第5章：介质访问控制子层_工硕

1、吴功宜吴功宜 编著编著计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层3本章学习要求本章学习要求： 了解：了解：局域网与城域网的主要技术特点局域网与城域网的主要技术特点 了解：局域网拓扑结构的类型与特点了解：局域网拓扑结构的类型与特点 了解：了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念参考模型与协议的基本概念 掌握：掌握：Ethernet局域网的基本工作原理局域网的基本工作原理 了解：令牌环网与了解：令牌环网与FDDI的基本工作原理的基本工作原理 掌握：高速局域网、交换局域网与虚拟局域网掌握：高速局域网、交换局域网与虚拟局域网 的基本工作原理的基本工作原理 了解：无线局域

2、网的基本工作原理了解：无线局域网的基本工作原理 掌握：网桥的基本工作原理掌握：网桥的基本工作原理计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层45.1 局域网与城域网基本概念局域网与城域网基本概念 5.1.1 决定局域网与城域网性能的三要素决定局域网与城域网性能的三要素 网络拓扑网络拓扑 传输介质传输介质 介质访问控制方法介质访问控制方法 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层55.1.2 局域网拓扑结构类型与特点局域网拓扑结构类型与特点 网络拓扑结构网络拓扑结构： 总线型总线型 环型环型 星型结构星型结构网络传输介质网络传输介质： 双绞线双

3、绞线 同轴电缆同轴电缆 光纤光纤计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层6总线型拓扑构型总线型拓扑构型特点特点： 总线型局域网的介质访问控制方法采用的是总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介共享介质质”方式；方式； 所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上； 总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线； 所有结点都可以通过总线传输介质以所有结点都可以通过总线传输介质以“广播广播”方式发方式发送或接收数据，因此出现送或接收数据，因此出现“冲突（冲突（collision）”是不可是

4、不可避免的；避免的； “冲突冲突”会造成传输失败；会造成传输失败； 必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC， medium access control）问题。问题。计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层7总线结构总线结构与冲突与冲突计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层8介质访问控制方法要解决以下几个问题介质访问控制方法要解决以下几个问题： 该哪个结点发送数据？该哪个结点发送数据？ 发送时会不会出现冲突？发送时会不会出现冲突？ 出现冲突怎么办？出现冲突怎么办？总线型拓扑的优点总线型拓扑

5、的优点： 结构简单，实现容易；结构简单，实现容易； 易于扩展，可靠性较好。易于扩展，可靠性较好。计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层9环型拓扑构型环型拓扑构型结点使用点结点使用点点线路连接，构成闭合的物理的环型结构；点线路连接，构成闭合的物理的环型结构；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；多个结点共享一条环通路；多个结点共享一条环通路；环建立、维护、结点的插入与撤出。环建立、维护、结点的插入与撤出。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层10 星型拓扑构型星型拓扑构型 逻辑结构逻辑结构与与物理结构物理

6、结构的关系的关系交换局域网交换局域网( (switched LAN)switched LAN)的物理结构的物理结构 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层115.1.3 传输介质类型与介质访问控制方法传输介质类型与介质访问控制方法 局域网的传输介质类型局域网的传输介质类型 同轴电缆同轴电缆 双绞线双绞线 光纤光纤 无线通信信道无线通信信道讨论讨论： 双绞线已能用于数据传输速率为双绞线已能用于数据传输速率为100100Mb/sMb/s、1Gb/s 1Gb/s 的高的高速局域网中；速局域网中； 在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在远在局部范围内的中、高速局域网

7、中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线技术的趋势已经明朗。无线技术的趋势已经明朗。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层12介质访问控制方法介质访问控制方法: 带有冲突检测的载波侦听多路访问带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD 令牌总线令牌总线 token bus 令牌环令牌环 token ring 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层135.1.4 IEEE 802参考模型参考模型 IEEE 802 标准所描述的局域网参考模型与标准所描述的局域网

8、参考模型与OSI参考模参考模型的关系型的关系 ：应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层OSI参考模型OSI参考模型逻辑链路控制子层IEEE 802参考模型IEEE 802参考模型介质访问控制子层物 理 层计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层14IEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为IEEE 802标准；标准；IEEE 802标准之间的关系：标准之间的关系： 802.10 可互操作的局域网安全802.2 逻辑链路控制子层802.3CSMA/CD802.4令牌总线802.5

9、令牌环802.6城域网802.9语音与数据综合局域网802.11无线局域网 802.1 体系结构与网络互联计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层155.2 Ethernet局域网局域网 5.2.1 Ethernet的发展的发展 Ethernet的核心技术是的核心技术是CSMA/CD介质访问控制方法；介质访问控制方法； 随机争用技术起源于夏威夷大学校园网随机争用技术起源于夏威夷大学校园网ALOHA； 1972年，年，Xerox公司开始公司开始Ethernet实验网的研究；实验网的研究； 1979年，年，Xerox公司宣布了公司宣布了Ethernet产品；产品； 19

10、80年，年，Xerox、DEC与与Intel联合宣布联合宣布Ethernet V2.0规范规范 ； 90年代，年代，10Base-T标准使得标准使得Ethernet性能价格比大大性能价格比大大提高；提高； 目前，交换式目前，交换式Ethernet与最高速率为与最高速率为10Gb/s的高速的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层165.2.2 Ethernet帧结构与帧发送、接收流程分析帧结构与帧发送、接收流程分析 1.Ethernet数据发送流程的分析数据发送流程的

11、分析 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层17CSMA/CD的发送流程可以概括为的发送流程可以概括为： 先听后发先听后发 边听边发边听边发 冲突停止冲突停止 延迟重发延迟重发 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层18Ethernet结点结点数据发送流程数据发送流程装配帧冲突次数过多?冲突吗？启动发送冲突加强发送完成?计算后退延迟时间冲突次数N+1N结束：冲突过多YNY发送帧总线忙？NY等待后退延迟时间N结束：发送成功YN计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层19载波侦听过程载波侦听过程 目的：目的：检

12、查是否已经有结点利用总检查是否已经有结点利用总 线在发送数据线在发送数据总总线线忙忙总总线线空空闲闲v(t)t01计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层20冲突检测：比较法和编码违例判决法冲突检测：比较法和编码违例判决法V (t)t1V (t)t2V (t)+V (t)t21计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层21冲突窗口的概念冲突窗口的概念结点A结点B帧A帧B= D/V帧A +帧 B2总线总线冲突发生冲突发生计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层22随机延迟重发随机延迟重发 截止截止二进制指数后退延迟

13、算法二进制指数后退延迟算法 2kRa 其中：其中：为结点重新发送需要的后退延迟时间，为结点重新发送需要的后退延迟时间，a为冲突为冲突窗口值，窗口值，R为随机数为随机数; 限定限定k的范围的范围,k=min（n，10）;如果重发次数如果重发次数n10，则则取取k=n；如果重发次数如果重发次数n10时，则时，则k取值为取值为10; 第第n次重发延迟是分布在次重发延迟是分布在0与与2min（n，10）-1个时间片之间，个时间片之间，最大可能延迟时间为最大可能延迟时间为1023 个时间片个时间片; 在到后退延迟时间之后，结点将重新判断总线忙、闲状在到后退延迟时间之后，结点将重新判断总线忙、闲状态，重复

14、发送流程态，重复发送流程; 当冲突次数超过当冲突次数超过16时，表示发送失败，放弃该帧发送。时，表示发送失败，放弃该帧发送。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层232.Ethernet帧结构帧结构 前导码与帧前定界符字段前导码与帧前定界符字段 目的地址和源地址字段目的地址和源地址字段 长度字段长度字段 LLC数据字段数据字段 帧校验字段帧校验字段前导码(7位)帧前定界符(1位)目的地址DA(2/6位)LLC数据(长度可变)帧校验字段FCS(4位)源地址SA(2/6位)长度域(2位)计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层24Ethe

15、rnet帧结构的讨论帧结构的讨论： 前导码与帧前定界符字段前导码与帧前定界符字段 前导码：前导码：7个字节，个字节，10101010101010比特序列比特序列 帧前定界符：帧前定界符：1字节，字节，10101011 目的地址和源地址字段目的地址和源地址字段 地址字段长度地址字段长度：2 2个字节或个字节或6 6个字节个字节 目的地址类型目的地址类型： 单一结点地址（单一结点地址（unicast address） 多点地址（多点地址（multicast address） 广播地址（广播地址（broadcast address）计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层

16、25 长度字段长度字段 帧的最小长度为帧的最小长度为64字节，最大长度为字节，最大长度为1518字节字节 LLC数据字段数据字段 LLC数据字段是帧的数据字段，长度最小为数据字段是帧的数据字段，长度最小为46个字节个字节少于少于46个字节，需要填充个字节，需要填充 帧校验字段帧校验字段 采用采用32位的位的CRC校验校验 校验的范围是：目的地址、源地址、长度、校验的范围是：目的地址、源地址、长度、LLC数据数据等字段等字段 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层263.Ethernet接收流程接收流程启动接收8位的整数倍？地址正确？帧校验正确?结束：帧校验错NYY

17、接收帧接收完成？N结束：帧长度错YN帧太短？帧长度正确?YN结束：帧比特错帧拆卸结束：成功接收NYYN计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层275.2.3 Ethernet实现方法实现方法系统接口Ethernet控制器（MAC）曼彻斯特编码译码器（PLS）收发器（MAU）主机系统总线同轴电缆主机系统主机系统AUI接口计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层28Ethernet网卡结构网卡结构 Ethernet控制器（M AC+MENDEC）IEEEAddressEPROM缓冲存储器收发器网卡网卡AUI接口BNC接口接计算机I / O 总

18、线接计算机I / O 总线接接传传输输介介质质计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层295.2.4 Ethernet物理地址物理地址 Ethernet地址地址 网络物理地址网络物理地址 物理网络地址物理网络地址 ;Ethernet地址地址 = Manufacture ID + NIC ID 24bit + 24bit 公司：公司：Cisco 00-00-0c Novell 00-00-1B 00-00-D8 3Com 00-20-AF 00-60-8C IBM 08-00-5A典型的典型的Ethernet地址地址 ： 00-60-8C-01-28-12 00000

19、0001010000010001100 000000010010100000010010Ethernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层30Ethernet物理地址的十六进制与二进制的表示方法物理地址的十六进制与二进制的表示方法 08 - 01 - 00 - 2A - 10 - C30000 10000001 00000010 10010000 00000000 00011100 0011十六进制地址格式十六进制地址格式二进制地址格式二进制地址格式计算机网络第计算机网络第5 5章章

20、介质访问控制子层介质访问控制子层315.2.5 网络协议分析器及其应用网络协议分析器及其应用 网络分析器或网络监视器是一种用来测试网络系统运网络分析器或网络监视器是一种用来测试网络系统运行状态的设备行状态的设备 ； 当网络分析器连接到被测试的网络时，它能监控特定当网络分析器连接到被测试的网络时，它能监控特定的事件，并且报告诸如每秒平均接收帧数或平均帧长的事件，并且报告诸如每秒平均接收帧数或平均帧长度等统计数据；度等统计数据； 网络分析器的另外一个重要的作用是对特定协议网络分析器的另外一个重要的作用是对特定协议（TCP/IP、FTP、HTTP）的解码，它按照指定的协的解码，它按照指定的协议规则加

21、以解释，然后将协议分析的结果显示出来。议规则加以解释，然后将协议分析的结果显示出来。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层32网络分析器的连入方式网络分析器的连入方式 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层33网络分析器捕获的帧数据网络分析器捕获的帧数据 ADDRADDRHEXHEX000000100020003000400050006002 60 8C 82 24 28 02 60 8C 02 24 20DA 3A 0E 00 FF EF 16 00 00 00 00 00 6B 16 19 01FF 53 4D 42 2D 00

22、 00 01 00 06 00 00 00 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 08 18 04 00 94 06 07 002E 3F 00 09 00 01 FF EE 13 00 00 85 00 00 00 EECA 3C 00 00 FF AF 12 00 06 06 00 00 6D 18 00 00EA 3A 00 00 FF 00 00 00 01 00 00 08 6A 00 12 FF00 81 F0 F0目的地址源地址计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层34网络分析器显示的网络分析器显示的Ethernet帧结构帧

23、结构 DLC： - DLC Header - DLC： DLC： Frame 1 arrived at 09:20:35.3543；frame size is 143（008F hex）bytes DLC： Destination = Station 3Com 822428 DLC： Source = Station 3Com 022420 DLC： 802.3 length = 129 DLC： LLC： - LLC Header - LLC： LLC： DSAP = F0，SSAP = F0，Command，I frame，N（R）= 29，N（s）=109 LLC： NETB： - NE

24、TBIOS Data Only Last - 协议分析器 协议分析器计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层355.3 令牌总线网令牌总线网 5.3.1 令牌总线的工作原理令牌总线的工作原理 结点D结点E结点A结点B结点C令牌总线令牌总线令牌总线令牌总线结点A结点B结点D结点C结点E令牌计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层365.3.2 令牌总线的环维护工作令牌总线的环维护工作 环初始化环初始化 新结点加入环新结点加入环 结点从环中撤出结点从环中撤出 环恢复环恢复 优先级优先级 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质

25、访问控制子层375.4 令牌环网与光纤分布式数据接口令牌环网与光纤分布式数据接口 5.4.1 令牌环网的工作原理令牌环网的工作原理 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层38 5.4.2 IEEE 802.5标准标准 单令牌协议单令牌协议 优先级位优先级位 监控站监控站 预约指示器预约指示器 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层395.4.3 光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口 FDDI作为主干网互连多个局域网的结构作为主干网互连多个局域网的结构 FDDI主干环网FDDI主干环网服务器Token Ring路由器以太网路由器计算机网

26、络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层40FDDI主要技术特点主要技术特点 使用使用 802.5的单令牌环网介质访问控制协议；的单令牌环网介质访问控制协议； 使用使用 802.2协议，与符合协议，与符合 802标准局域网兼容；标准局域网兼容； 数据传输速率为数据传输速率为100Mb/s，连网的结点数最大连网的结点数最大为为1000，环路长度为，环路长度为100km ； 可以使用双环结构，具有容错能力；可以使用双环结构，具有容错能力； 可以使用多模或单模光纤；可以使用多模或单模光纤； 具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。

27、数据传输。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层41FDDI主要应用环境主要应用环境 计算机机房网计算机机房网 办公室或建筑物群的主干网办公室或建筑物群的主干网 校园网的主干网校园网的主干网 多校园的主干网多校园的主干网 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层425.5 高速局域网的工作原理高速局域网的工作原理 5.5.1 高速局域网的研究方法高速局域网的研究方法 推动局域网技术发展的因素推动局域网技术发展的因素 个人计算机的广泛应用；个人计算机的广泛应用； 在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，在过去二十年中，计算机的处理

28、速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍；而网络数据传输速率只提高了上千倍； 从理论上讲，一台微通道或从理论上讲，一台微通道或EISA总线的微型机能产生总线的微型机能产生大约大约250Mb/s的流量；的流量； 基于基于Web的的Internet/Intranet应用也要求更高的带宽；应用也要求更高的带宽； 在数据仓库、桌面电视会议、在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图像图形与高清晰度图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层43传统共享式局域网的缺点传统共享式局域网

29、的缺点 传统的局域网技术是建立在传统的局域网技术是建立在“共享介质共享介质”的基础上，的基础上，典型的介质访问控制方法是典型的介质访问控制方法是CSMS/CD、Token Ring、Token Bus； 介质访问控制方法用来保证每个结点都能够介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平公平”地使用公共传输介质；地使用公共传输介质； 每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减少；而急剧减少； 网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服网络效率将

30、会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。务质量将会下降。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层44高速局域网的研究方法高速局域网的研究方法 第一种方案：提高第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：的数据传输速率： 10Mb/s100Mb/s10Gb/s ； 第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥 或路由器互连的子网，导致了局域网或路由器互连的子网，导致了局域网 互连技术的发展；互连技术的发展； 第三种方案：将第三种方案：将“共享介质方式共享介质方式”改为改为“交换方式交换方式”， 导致了导致了

31、“交换式局域网交换式局域网”技术的发展。技术的发展。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层45交换式局域网交换式局域网基于硬件交换技术基于硬件交换技术并发连接；并发连接； S = N10Mb/s共享式局域网与交换式局域网的比较共享式局域网与交换式局域网的比较计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层46局域网产品类型与相互之间的关系局域网产品类型与相互之间的关系 局域网共享介质局域网交换式局域网以太网令牌总线令牌环FDDI快速以太网千兆以太网FDDIFFOL交换式以太网ATM局域网仿真IP over ATMMPOA虚拟局域网计算机网络第

32、计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层475.5.2 快速以太网快速以太网 Fast Ethernet的传输速率比普通的传输速率比普通Ethernet快快10倍，数据倍，数据传输速率达到了传输速率达到了100Mb/s； Fast Ethernet保留着传统的帧格式、介质访问控制方保留着传统的帧格式、介质访问控制方法与组网方法；法与组网方法； 每个比特的发送时间由每个比特的发送时间由100ns降低到了降低到了10ns； 1995年年9月，月，IEEE 802委员会正式批准了委员会正式批准了Fast Ethernet标准标准IEEE 802.3u。 计算机网络第计算机网络第5 5

33、章章 介质访问控制子层介质访问控制子层48 Fast Ethernet的协议结构的协议结构 IEEE 802.2 LLCIEEE 802.3 MACMII（功能与A U I 相同 ）100 BASE-TX2对5 类 线或S T P100 BASE-FX光纤100 BASE-T44对3 ,4,5类 U T P100 BASE-T集线器计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层495.5.3 千兆以太网千兆以太网 用用Ethernet组建企业网的全面解决方案组建企业网的全面解决方案： 桌面系统采用传输速率为桌面系统采用传输速率为10Mb/s的的Ethernet； 部门级网

34、络系统采用传输速率为部门级网络系统采用传输速率为100Mb/s的的Fast Ethernet； 企业级网络系统采用传输速率为企业级网络系统采用传输速率为1000Mb/s的的Gigabit Ethernet。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层50Gigabit Ethernet的协议结构的协议结构 IEEE 802.2 LLCIEEE 802.3 MACGMII（功能与AUI相同）1000 BASE-CX屏蔽双绞线1000 BASE-SX多模光纤1000 BASE-T集线器1000 BASE-T非屏蔽双绞线1000 BASE-LX单模光纤8B/10B编码解码方

35、式PAM5编码解码方式计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层515.5.4 10Gb/s Ethernet 10Gb/s Ethernet主要具有以下特点主要具有以下特点 10Gb/s Ethernet的帧格式与的帧格式与10Mb/s、100Mb/s和和1Gb/s Ethernet相同；相同； 10Gb/s Ethernet保留了保留了802.3标准对标准对Ethernet最小帧长最小帧长度和最大帧长度的规定度和最大帧长度的规定 ； 10Gb/s Ethernet的传输介质只使用光纤；的传输介质只使用光纤； 10Gb/s Ethernet只工作在全双工方式，因此不

36、存在争只工作在全双工方式，因此不存在争用问题用问题 。计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5210Gb/s Ethernet的物理层协议的物理层协议 10Gb/s Ethernet有两种物理层协议标准有两种物理层协议标准 局域网物理层标准局域网物理层标准 一个一个10Gb/s Ethernet交换机可以支持交换机可以支持10个个Gigabit Ethernet网端口；网端口； 可选的广域网物理层标准可选的广域网物理层标准 广域网物理层符合光纤通道技术速率体的广域网物理层符合光纤通道技术速率体的SONET/SDH的的OC-192/STM-64的标准。的标准。 计算

37、机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层535.6 交换式局域网的工作原理交换式局域网的工作原理 5.6.1 交换式局域网的基本结构交换式局域网的基本结构 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层545.6.2 局域网交换机的工作原理局域网交换机的工作原理 地址表165432MAC帧DA=结点B转发机构缓冲器端口地址映射表端口MAC地址1结点A : 00-01-0C-12-D1-28234结点B : 06-21-0A-12-61-205结点C : 30-61-2C-61-02-166结点D : 01-31-00-0C-12-D1DAMAC帧D

38、A=结点CDA结点A : 00-01-0C-12-D1-28结点B结点C结点D : 01-31-00-0C-12-D1局域网交换机局域网交换机结点E计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层555.6.3 局域网交换机的技术特点局域网交换机的技术特点 低交换延迟低交换延迟 支持不同的传输速率和工作模式支持不同的传输速率和工作模式 支持虚拟局域网服务支持虚拟局域网服务 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层565.7 虚拟局域网的工作原理虚拟局域网的工作原理 5.7.1 虚拟网络的概念虚拟网络的概念 虚拟网络建立在局域网交换机之上虚拟网络建

39、立在局域网交换机之上; ; 以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理; ; 逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制; ; 一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层575.7.2 虚拟局域网的实现技术虚拟局域网的实现技术 虚拟局域网的物理虚拟局域网的物理结构与逻辑结构结构与逻辑结构计算机网络第计算机网络第5 5章

40、章 介质访问控制子层介质访问控制子层58虚拟局域网的组网方法虚拟局域网的组网方法 用交换机端口号定义虚拟局域网用交换机端口号定义虚拟局域网 用用 MAC地址定义虚拟局域网地址定义虚拟局域网 用网络层地址定义虚拟局域网用网络层地址定义虚拟局域网 IP广播组虚拟局域网广播组虚拟局域网 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层59用交换机端口号定义虚拟局域网成员用交换机端口号定义虚拟局域网成员 端口12345678局域网交换机局域网交换机(a)(a)端口12345678端口12345678(b)(b)局域网交换机1局域网交换机1局域网交换机2局域网交换机2VLAN1VLA

41、N2VLAN1VLAN2计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层60虚拟局域网的优点虚拟局域网的优点 方便网络用户管理方便网络用户管理 减少网络管理开销减少网络管理开销 提供更好的安全性提供更好的安全性 改善网络服务质量改善网络服务质量 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层615.8 无线局域网无线局域网 5.8.1 无线局域网的应用无线局域网的应用 作为传统局域网的扩充作为传统局域网的扩充 建筑物之间的互连建筑物之间的互连 漫游访问漫游访问 特殊网络特殊网络 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层62典

42、型的无线局域网结构典型的无线局域网结构 移动结点高速主干局域网高速主干局域网单元移动结点发射/ 接收无线发射与接收的天线计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层63特殊无线网络的结构特殊无线网络的结构 ad hoc 是一个临时需要的对等网络，无集中服务器的无线网络；是一个临时需要的对等网络，无集中服务器的无线网络；主要用于军事用途主要用于军事用途 。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层645.8.2 红外无线局域网红外无线局域网 红外无线（红外无线（infrared radio,IR）是按视距方式传播；是按视距方式传播； 红外线频谱

43、是非常宽，可以提供极高的数据传输速率；红外线频谱是非常宽，可以提供极高的数据传输速率； 红外局域网的数据传输有三种基本技术红外局域网的数据传输有三种基本技术： 定向光束红外传输技术定向光束红外传输技术 全方位红外传输技术全方位红外传输技术 漫反射红外传输技术漫反射红外传输技术计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层655.8.3 扩频无线局域网扩频无线局域网 1.跳频跳频通信通信 (frequence hopping spread spectum,FHSS ) IEEE 80211标准规定跳频通信使用标准规定跳频通信使用2.4GHz的工业、的工业、科学与医药专用的科

44、学与医药专用的ISM频段频段; 跳频扩频通信的数据传输速率为跳频扩频通信的数据传输速率为1Mb/s或或2Mb/s。 f1f2f3f4f5f6f7f8频率时间T计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层662.直接序列扩频直接序列扩频(direct sequence spread spectrum,DSSS) 直接序列扩频也使用直接序列扩频也使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的工业、科学与医药专用的的ISM频段频段; 数据传输速率为数据传输速率为1Mb/s或或2Mb/s; 系统实际发送的信号系统实际发送的信号d(t)是发送数据是发送数据a(t)与伪随机码与伪随机码c

45、(t)模二加的结果模二加的结果; a(t)c(t)d(t)计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层675.8.4 无线局域网标准无线局域网标准IEEE 802.11 802.11层次模型结构层次模型结构 点协调功能 PCF分布协调功能 DCF(CSMA/CA)物 理 层MAC层无争用服务争用服务计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层68CSMA/CA基本工作原理基本工作原理 802.11的的MAC层采用的是层采用的是CSMA/CA (collision avoidance,CA)的冲突避免方法的冲突避免方法; 冲突避免要求每一个发送结点

46、在发送帧之前需要先侦冲突避免要求每一个发送结点在发送帧之前需要先侦听信道。如果信道空闲，结点可以发送帧听信道。如果信道空闲，结点可以发送帧; 发送站在发送完一帧之后，必须再等待一个短的时间发送站在发送完一帧之后，必须再等待一个短的时间间隔，检查接收站是否发回帧的确认间隔，检查接收站是否发回帧的确认ACK。如果接收如果接收到确认，则说明此次发送没有出现冲突，发送成功到确认，则说明此次发送没有出现冲突，发送成功; 如果在规定的时间内没有接收到确认，表明出现冲突，如果在规定的时间内没有接收到确认，表明出现冲突，发送失败，重发该帧。直到在规定的最大重发次数之发送失败，重发该帧。直到在规定的最大重发次数

47、之内，发送成功。内，发送成功。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层69CSMA/CA基本工作原理示意图基本工作原理示意图 信道空闲源结点SIFSPIFSDIFS发送第1帧SIFSSIFSPIFSDIFSNAV(信道忙)争用窗口发送下一帧时间时间时间目的结点其他结点有帧要发送有帧要发送推迟接入计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层705.9 局域网互连与网桥的基本工作原理局域网互连与网桥的基本工作原理 5.9.1 局域网互连的基本概念局域网互连的基本概念 局域网互连的应用环境局域网互连的应用环境 一个单位的多个部门局域网的互连；一个

48、单位的多个部门局域网的互连； 办公楼之间局域网的互连；办公楼之间局域网的互连； 将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为多个子将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为多个子网的互连；网的互连； 超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网互连；超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网互连； 企业中部门的信息对安全、保密方面要求不同的局域企业中部门的信息对安全、保密方面要求不同的局域网互连。网互连。计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层715.9.2 网桥的基本工作原理网桥的基本工作原理 网桥基本特征网桥基本特征： 网桥在数据链路层上实现局域网互连；网桥在数据链路层上实

49、现局域网互连； 网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络；输介质与不同传输速率的网络； 网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的网络之间的通信；的网络之间的通信； 网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；议； 网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网络的性能与安全性。善互连网络的性能与安全性。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质

50、访问控制子层72 网桥的工作过程网桥的工作过程 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层735.9.3 网桥的层次结构网桥的层次结构 .EthernetEthernet主机A网桥Token Ring结点B主机A主机A分组分组分组分组分组802.3网络层网络层LLC子层LLC子层MAC子层MAC子层802.3物理层物理层分组分组分组分组分组802.4主机B主机B分组分组分组分组传输介质传输介质分组网桥网桥802.3802.3802.3802.4802.4802.4802.4传输介质传输介质计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层74 网桥帧

51、转发过程网桥帧转发过程 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层755.9.3 网桥的路由选择策略网桥的路由选择策略 1.网桥的基本分类网桥的基本分类 透明网桥（透明网桥（transparent bridge） 源路选网桥（源路选网桥（source routing bridge） 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层762.透明网桥的主要特点透明网桥的主要特点 透明网桥由各个网桥自己来决定路由选择，局域网上的透明网桥由各个网桥自己来决定路由选择，局域网上的各结点不负责路由选择，网桥对于互连局域网的各结点各结点不负责路由选择，网桥对于互连局域网的各结点来说是来说是“透明透明”的；的； 透明网桥一般用在两个使用同样的透明网桥一般用在两个使用同样的MAC层协议的网段之层协议的网段之间的互连。例如连接两个间的互连。例如连接两个Ethernet网段，或两个令牌环网段，或两个令牌环网；网； 透明网桥的最大优点是容易安装，是一种即插即用设备。透明网桥的最大优点是容易安装，是一种即插即用设备。 计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层77生成树（生成树（spanning tree）算法算法 网桥互联的环状结构网桥互联的环状