第3章局域网的体系结构

第3章局域网协议体系3.1协议参考模型3.2LLC层3.3MAC层3.4LLC层的变迁3.5参考文献2007年秋冬3.1协议参考模型3.1.1概述3.1.2IEEE802参考模型3.1.3IEEE802实现模型3.1.4IEEE802协议族2007年秋冬3.1.1概述协议参考模型OSI参考模型：一个抽象的概念和基础框架TCP/IP参考模型：以N层为中心的实现模型802网络参考模型：LAN/MAN的参考模型802网络参考模型DL层：分成LLC/MAC子层目的是适应介质访问技术的复杂性Ph层：可以分成PMI/PMD子层以便在各种传输介质上构造高性能网络2007年秋冬3.1.2IEEE802参考模型IEEE802RMforES摘自：Fig.1IEEEstd802-2001LLC：LogicalLinkControl逻辑链路控制（子层）MAC：MediumAccessControl介质访问控制（子层）LSAP：LinkServiceAccessPoint链路服务访问点MSAP：MACServiceAccessPointMAC服务访问点PhSAP：PhysicalServiceAccessPoint物理服务访问点ApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalMediumMediumPhysicalPhysicalMACLLCMACLLCScopeofIEEE802StandardsUpperLayerProtocolsUpperLayerProtocolsMSAPLSAPPhSAP2007年秋冬3.1.2IEEE802参考模型-说明802网络参考模型由IEEE802委员会制定定义802网络的层次结构和协议体系802网络的协议层次与OSI/BRM的对应低二层：DL、PhDL层分为：LLC/MAC两个子层Ph层越来越复杂，近年来也开始划分子层大致分为：PMI/PMD子层参考模型定义了各层的服务访问点物理服务访问点：PhSAPMAC服务访问点：MSAP链路服务访问点：LSAP2007年秋冬3.1.2IEEE802参考模型-说明802模型中的LLC子层、MAC子层逻辑链路控制子层：LLC与具体的局域网技术无关介质访问控制子层：MAC与具体的局域网技术相关单一的LLC协议为所有的802网络共用为所有的高层协议提供一致的服务访问点多种MAC协议可更好的适应不同的局域网技术可以适应各种不同的介质访问技术设置的初衷似乎不错，但后来的发展未能如愿2007年秋冬3.1.2IEEE802参考模型-说明802模型中的Ph层和介质物理层：Ph层Ph层过于复杂，无法恰当地归入一个模型将Ph层的子层划分放入了802实现模型参考模型包括了对传输介质的讨论OSI模型：通常不予以讨论传输介质不属于七层模型的一部分模型起源于广域网，并不直接面对物理介质局域网标准直接规范物理介质上的比特传输在802参考模型中包括了传输介质2007年秋冬3.1.3IEEE802实现模型802实现模型特别加强了物理层的结构DLPHY高层MIIMDImediumLLCMACPMIPMDLLC：逻辑链路控制子层MAC：介质访问控制子层PMI：物理介质无关子层

PhysicalMediumIndependentsublayerPMD：物理介质相关子层PhysicalMediumDependentsublayerMII：介质无关接口MediumIndependentInterfaceMDI：介质相关接口MediumDependentInterface2007年秋冬3.1.4IEEE802标准族IEEE802标准族成员及其相互关系摘自：IEEEstd802.1Q-20032007年秋冬IEEE802.1:综述、编址、桥接、管理、……IEEE802.2:屏蔽不同类型的LAN，向上提供一致的服务IEEE802.3/11/15/16/17，……定义不同类型的LAN/MAN内容包括：MAC协议、物理接口、介质需求所有的LAN具有相同的LLC子层及不同的MAC子层和物理层不同的MAC和物理层构成了不同的LAN3.1.4IEEE802标准族-简图802.3……802.2802.11物理层数据链路层PHYMACLLCOSI层次LAN层次802.17…802.12007年秋冬3.2LLC层3.2.1LLC概述3.2.2LLC服务3.2.3LLCPDU3.2.4LLC地址3.2.5LLC协议应用模式2007年秋冬3.2.1LLC概述LLC协议：源于HDLC标准LLC提供DL层的功能两个站点间DL_PDU的传送支持共享介质上的多路访问组播/广播功能LLC：当年位于中心位置向下支持多种MAC协议向上层提供统一接口：LSAP当前的演变、正在退出实用2007年秋冬3.2.2LLC服务LLC提供的基本服务无确认无连接服务Unacknowledgedconnectionless-modeservices连接式服务Connection-modeservices有确认无连接式服务Acknowledgedconnectionless-modeservices2007年秋冬3.2.3PDU与数据封装LSAPXLLCMACPHYLLCLLCMACPHYLLCX站点A站点BDATADATADATALLC头DATAMAC尾MAC头LLCPDUMAC帧LLC头DATAPDU：逐层加封PCI（包括地址等）2007年秋冬LLC头部：LLC协议信息含源/宿LLC地址（DA/SA）及其他控制信息MAC头部：MAC协议信息含源/宿MAC地址及其他控制信息MAC尾部：FCS，用于对MAC帧检错一般而言，协议头部在各层协议中是必要的

源、宿地址指明谁与谁通信其他控制信息指明如何实现通信3.2.3LAN协议头部信息2007年秋冬IPIPX...3.2.4LLC地址LLC地址是LLC的LSAP地址的简称LLC地址标识一个LLC用户LLC用户通常是网络层的一个实体网络层有多个用户：通常是多种网络层协议LLC/SAPLLC支持多重SAP每一个SAP都有自己的LLC地址LLCMACPHYLLCLSAP2007年秋冬3.2.4LLC地址——举例LSAP分配：RFC1700-1994LSAP 说明 备注00000000 NullLSAP IEEE01000000 IndivLLCSublayerMgt IEEE11000000 GroupLLCSublayerMgt IEEE00100000 SNAPathControl IEEE01100000 Reserved(DODIP) RFC768/JBP01110000 PROWAY-LAN IEEE01110010 EIA-RS511 IEEE01111010 SIIP JBP01110001 PROWAY-LAN IEEE01010101 SNAP IEEE01111111 SOCLNSIS8473 RFC926/JXJ11111111 GlobalDSAP IEEE2007年秋冬3.3MAC层3.3.1背景3.3.2MAC层的功能3.3.3介质访问控制技术3.3.4MAC帧结构3.3.5MAC地址3.3.6MAC服务3.3.7MAC帧发送与接收2007年秋冬3.3.1背景早期：局域网大都使用共享信道必须提供对传输介质进行访问控制的机制，这就是MAC协议目前：高性能局域网正在使用独享信道不需要介质访问控制协议在高性能局域网标准中，介质访问控制协议名存实亡以太网的CSMA/CD在点对点链路中并不使用万兆位以太网已经不支持共享信道MAC协议仍然是重要的研究课题在新的接入网技术中使用是学术论文的重要题材2007年秋冬3.3.2MAC层功能编址成帧帧发送与接收帧过滤介质访问控制向上层提供无连接的服务MAC的功能基本上由网卡（NIC）来完成

网卡硬件与主机独立，有CPU、ROM、RAM等独立对MAC帧进行处理，不占主机的时间和空间介质访问管理

完成物理层的功能：编/解码，同步等2007年秋冬3.3.3介质访问控制技术共享信道环境一定需要信道访问控制信道访问控制面临的问题Where：在哪里控制？集中式控制与分布式控制目前多使用分布式仲裁机制How：如何控制？静态分配与动态分配典型的控制机制轮转、预约、争用2007年秋冬3.3.3.1典型MAC技术－轮转时间片轮转，各站点轮流得到传输时间片使用时间片长度可能受限仲裁：集中、分布皆可优点适用于各站点普遍需要发送数据重载性能好典型实例集中式：轮询分布式：令牌环2007年秋冬3.3.3.2典型MAC技术－预约预约技术的基本特点各站点预约成功后方可传输数据仲裁：集中、分布皆可优点适应长时延信道：提前预约典型实例预约ALOHA：用于卫星信道2007年秋冬3.3.3.3典型MAC技术－争用争用技术基本特点各站点竞争成功立即使用仲裁：通常是分布式仲裁优点轻载网络时延短典型实例是局域网最常用的MAC机制CSMA系列2007年秋冬3.3.4MAC帧结构MAC帧通用格式不同的LAN具有相似帧格式，控制信息有差异如：以太帧有长度控制，802.5帧有优先级等同步位DATA帧头用于帧同步、帧定位，硬件完成（物理层）源、目地址及其他控制信息上层数据帧尾校验字段2007年秋冬3.3.5MAC地址3.3.5.1MAC地址概述3.3.5.2全局地址、局部地址3.3.5.3单播、组播、广播地址3.3.5.4MAC地址表示法2007年秋冬3.3.5.1MAC地址概述LAN的MAC地址在LAN站点间识别的唯一标识LAN站点的相互通信的地址在一个LAN中地址唯一MAC地址通常使用网卡的MAC地址MAC地址并不标识一个MAC用户而是标识MAC实体本身！2007年秋冬3.3.5.1MAC地址概述MAC地址是逻辑地址还是硬件地址？MAC地址是一个逻辑地址在组建MAC帧时使用的源或目的地址通常，首次初始化时直接使用网卡硬件地址MAC地址可以人工更改，则组帧时使用更改后的MAC地址注意：MAC地址的更改，并不等于网卡地址更改了！网卡地址是几乎不能更改的！2007年秋冬3.3.5.1MAC地址概述地址长度：通常采用48位地址标准定义了16位、48位两种地址地址分类按管理策略分类：全局地址和局部地址全局地址：网卡的硬件地址，全世界唯一局部地址：人为设置的地址，一个局域网内唯一按通信对象分类：广播、组播和单播地址MAC地址可以使用全局地址，也可使用局部地址2007年秋冬3.3.5.2（1）全局MAC地址

全局地址固化在网卡硬件上全局地址全世界唯一IEEE向全世界网卡生产厂分配厂商代号OUI（organizationalUniqueIdentifier),占前3字节,保证网卡地址全球唯一例：3Com公司OUI：00-60-80Intel公司OUI：00-90-27等等如使用全局地址，更换网卡则站点MAC地址随之改变好处：网上的新老设备不会发生地址冲突不利之处：地址不连续，管理不便2007年秋冬3.3.5.2（2）局部MAC地址（本地地址）本地地址由人工配置，可以根据需要更改一般只在本地网络中使用本地地址本地网中唯一可按一定规律配置本地地址如：楼号—楼层号—办公室—……等编址好处：主机更换网卡可不改变MAC地址（设置）不利之处：加重管理员的负担，必须人工配置网卡坏了换新卡时必须重新配置特别提醒若不手动设置MAC地址，则站点的MAC地址为网卡的固化地址如手动设置了MAC地址，则站点的MAC地址为手动设置的地址2007年秋冬3.3.5.2单播、组播、广播地址单播地址（Uncast)表示一个站的唯一地址组播地址（mulitcast)表示一组站的地址广播地址(boardcast)LAN所有站的地址48位全1FF-FF-FF-FF-FF-FF注：网卡能识别的地址：一般能识别单播地址和广播地址要接收组播帧，必须对网卡进行配置2007年秋冬3.3.5.2单播、组播、广播地址假设A、B、C、D四站属于同一个冲突域（共享域），请问下列各种情况下，MAC帧的目的地址可能是何种地址？（假设MAC帧到达各站都是无错的）A、B将数据上交高层，其他站丢弃。A将数据上交高层，其他站丢弃。A、B、C、D各站都将数据上交高层。A、B、C、D各站都丢弃。2007年秋冬3.3.5.3MAC地址表示法802标准中的传送顺序高八位组先传、低八位组后传每八位组中，低位先传、高bit位后传MAC地址示例(以下是线路是发送的顺序）001101010111101100010010000000000000000000000001

Hexdecimalrepresentation（IETF）

十六进制表示法：AC-DE-48-00-00-80（机内存储顺序）

Bit-reversedrepresentation（IEEE）

比特反转表示法：35:7B:12:00:00:01（线路发送顺序）八位组八位组 八位组高到低顺序b7b0低到高位2007年秋冬3.3.6MAC服务数据发送请求MA-UNITDATArequest数据到达指示MA-UNITDATAindication发送状态指示MA-UNITDATA-STATUSindication向上层提供前一数据发送请求的状态信息仅具有本端含义例如，CSMA/CD网络中的“冲突过多”状态2007年秋冬3.3.6MAC子层提供的服务质量

无连接，尽力而为

只负责将MAC帧尽可能快的传到信道只简单的丢弃无效帧，无差错恢复功能帧中不含序号，丢失帧MAC子层不知道不保证可靠的服务，可靠性由上层保证2007年秋冬3.3.7MAC帧发送与接收（网卡完成）工作站对帧发送MAC帧头中含源、目MAC地址目的MAC地址由上层提供目的MAC地址可为单播、组播或广播上层数据高层MAC帧MAC层MAC帧同步位物理层编码位流通过介质发送2007年秋冬3.3.7MAC帧发送与接收（网卡完成）工作站对帧接收收到帧NoYes有效帧？NoYes剥去帧头帧尾数据交上层丢弃？指向本站目的地址丢弃无效帧什么是无效帧？

四种可接收情况

单播、广播，地址相符的组播

单播、广播

单播、广播、所有组播所有帧（监控用）长度不是整字节数

长度不在规定范围之内校验出错2007年秋冬3.4LLC层的变迁