計算機局域網(wǎng)課件

第五章局域網(wǎng)技術局域網(wǎng)概述Chapter5-1本章教學目標局域網(wǎng)的特點、功能主要的局域網(wǎng)組網(wǎng)設備常見的局域網(wǎng)拓樸結構局域網(wǎng)的介質訪問控制方式局域網(wǎng)的特點局域網(wǎng)最主要的特點是：網(wǎng)絡為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數(shù)目均有限。局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點：具有廣播功能，從一個站點可很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。

便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活調整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。局域網(wǎng)的特點通信速率高：達Mbit/s通信質量高：誤碼率在10-7—10-12支持多種傳輸介質：同軸電纜、雙絞線、光纖、無線介質成本低、安裝、擴充及維護方便

通常屬于某個部門、企業(yè)或單位所有

采用寬帶局域網(wǎng)技術后，可實現(xiàn)高帶寬的應用：語音、數(shù)據(jù)和視頻局域網(wǎng)的功能資源共享

--硬件、軟件資源相互通信：

--數(shù)據(jù)傳送與電子郵件提高計算機系統(tǒng)的可靠性分布式計算

高性能計算環(huán)境

匹配電阻集線器干線耦合器總線網(wǎng)星形網(wǎng)樹形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)常見局域網(wǎng)拓樸結構靜態(tài)劃分信道頻分復用時分復用波分復用碼分復用動態(tài)媒體接入控制（多點接入）隨機接入受控接入，如多點線路探詢(polling)，或輪詢。媒體共享技術IEEE802標準Chapter5-2IEEE802標準的制訂者IEEE802委員會通信介質分會：負責研究局域網(wǎng)中對應于ISO/OSI物理層的功能，包括局域網(wǎng)通信的物理傳輸特性、與數(shù)據(jù)鏈路層的接口信號訪問控制分會：負責研究局域網(wǎng)中對應于ISO/OSI數(shù)據(jù)鏈路層的功能，主要涉及邏輯鏈路控制協(xié)議、介質訪問控制協(xié)議及和網(wǎng)絡層的接口高層接口分會：負責研究局域網(wǎng)中對應于ISO/OSI中網(wǎng)絡層以上的高層的功能。IEEE802標準概述IEEE802為局域網(wǎng)制定了一系列標準，主要有：IEEE802.1:概述，局域網(wǎng)體系結構及尋址、網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡互連。IEEE802.2:定義了邏輯鏈路控制子層LLC的功能與服務。IEEE802.3:定義了CSMA/CD介質訪問控制協(xié)議和相應物理層技術規(guī)范。IEEE802.4:Token-Bus介質訪問控制方法和物理層技術規(guī)范。IEEE802.5:Token-Ring介質訪問控制方法和物理層技術規(guī)范。IEEE802.6:城域網(wǎng)（MAN）的介質訪問控制協(xié)議和物理層技術規(guī)范。IEEE802.7:寬帶局域網(wǎng)的推薦實踐。IEEE802.8:光纖局域網(wǎng)/城域網(wǎng)的推薦實踐。IEEE802.9:綜合服務局域網(wǎng)介質訪問控制和物理層接口。IEEE802.10:可互操作局域網(wǎng)/城域網(wǎng)安全標準。IEEE802.11:無線網(wǎng)介質訪問控制方法和物理層技術規(guī)范。IEEE802.12:需求優(yōu)先訪問控制方法和物理層技術規(guī)范。IEEE802.15:無線個人域網(wǎng)（WPAN）介質訪問控制方法和物理層技術規(guī)范。IEEE802.16:寬帶無線局域網(wǎng)標準。IEEE802標準是一個標準體系，包含一系列不同的標準或協(xié)議。隨著局域網(wǎng)技術的發(fā)展，該體系中在不斷地增加新的標準和協(xié)議。802.10安全與加密802.1局域網(wǎng)概述、體系結構、網(wǎng)絡互連與網(wǎng)絡管理802.2邏輯鏈路控制LLC802.3CSMA/CD物理層802.4令牌總線物理層802.5令牌環(huán)物理層802.6城域網(wǎng)物理層802.8FDDI802.11無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層物理層802.3、802.4及802.5的比較

802.3

優(yōu)點使用最為廣泛；算法簡單；站點可以在網(wǎng)絡運行中安裝；使用無源電纜；輕負載時，延遲為0。缺點使用模擬器件，每個站點在發(fā)送的同時要檢測沖突；最短幀長64字節(jié)，對于短數(shù)據(jù)來講開銷太大；無優(yōu)先級，發(fā)送是非確定性的，不適合于實時工作；電纜最長2500米（使用中繼器）；速率提高時，幀傳輸時間減少，競爭時間不變（2），效率降低；重負載時，沖突嚴重。

802.4

優(yōu)點：發(fā)送具有確定性，支持優(yōu)先級，可處理短幀；使用寬帶電纜，支持多信道；重負載時，吞吐量和效率較高。缺點：使用大量的模擬裝置；協(xié)議復雜；輕負載時，延遲大；很難用光纖實現(xiàn)。

802.5

優(yōu)點：使用點到點連接，完全數(shù)字化；使用線路中心，自動檢測和消除電纜故障；支持優(yōu)先級，允許短幀，但受令牌持有時間限制，不允許任意長的幀；重負載時，吞吐量和效率較高。缺點：中央監(jiān)控；輕負載時，延遲大。局域網(wǎng)的體系結構OSI參考模型傳輸媒體應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸媒體媒體訪問控制子層邏輯鏈路控制子層IEEE802參考模型IEEE802標準范圍高層協(xié)議服務訪問點SAP物理層局域網(wǎng)模型的有關說明物理層：與OSI對應層類似，主要規(guī)定比特流的傳輸與接收，描述所使用的信號電平的編碼及解碼，規(guī)定網(wǎng)絡的拓樸結構，傳輸介質及介質的傳輸速率等。為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應多種局域網(wǎng)標準，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：LLC子層與MAC子層。媒體訪問控制層（MAC,MediumAccessControl）邏輯鏈路控制層（LLC,LogicLinkControl）局域網(wǎng)物理層制定的標準規(guī)范主要有如下一些內容：局域網(wǎng)傳輸媒體。物理接口的機械特性、電氣特性、性能特性和規(guī)程特性。傳輸信號的編碼方案，局域網(wǎng)常用的編碼方案有：曼徹斯特碼、差分曼徹斯特碼、非歸零碼、4B/5B碼、8B/6T和8B/10B等。同步信號的產生與刪除。拓撲結構1、物理層物理層的主要作用是確保二進制位信號的正確傳輸，包括位流的正確傳送與正確接收。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能就是數(shù)據(jù)鏈路的管理(建立、撤銷、標識)和鏈路復用。另外，數(shù)據(jù)鏈路層還具有差錯校驗功能，以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送過程中出現(xiàn)的誤碼。與接入到傳輸媒體有關的內容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對LLC子層來說都是透明的。2數(shù)據(jù)鏈路層為什么數(shù)據(jù)鏈路層會有兩個子層首先，從功能上看，數(shù)據(jù)鏈路層的任務是在點到點的物理線路上形成數(shù)據(jù)幀的通道。這個通道稱為數(shù)據(jù)鏈路，它是一種邏輯鏈路。一般情況下，一條物理鏈路上可以存在多條邏輯鏈路。因此，邏輯鏈路的控制是數(shù)據(jù)鏈路層相對獨立的一組功能。另外，數(shù)據(jù)鏈路層緊挨著物理層，它要直接與物理介質打交道，具體講，就是向介質發(fā)送數(shù)據(jù)(存)和從介質接收數(shù)據(jù)(取)，因此數(shù)據(jù)鏈路層還存在一個介質存取問題。在LAN中各站共享網(wǎng)絡公共信道，因此首先必須解決如何避免信道爭用問題，即數(shù)據(jù)鏈路層必須有解決沖突的介質訪問控制功能。又由于LAN采用的拓撲結構不同，傳輸介質各異，相應的介質訪問控制方法也有多種。導致數(shù)據(jù)鏈路層存在與傳輸介質有關的和無關的兩部分。所以可將LAN的數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個子層：邏輯鏈路控制子層LLC和介質存取控制子層MAC。為什么數(shù)據(jù)鏈路層會有兩個子層劃分子層的原因保持與OSI模型的一致性解決OSI中的數(shù)據(jù)鏈路層不具備局域網(wǎng)所需的介質訪問控制功能問題。使整個標準具有良好的可擴展性，以備將來接受新的介質與介質訪問控制方法。數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層

為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應多種局域網(wǎng)標準，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層。與接入到傳輸媒體有關的內容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對LLC子層來說都是透明的邏輯鏈路控制層（LLC，LogicLinkControl）屏蔽MAC子層的具體實現(xiàn)，將其變成統(tǒng)一的LLC界面，從而向網(wǎng)絡層提供一致的服務（面向連接的虛電路服務和無連接的數(shù)據(jù)報服務，數(shù)據(jù)幀的封裝與拆卸，網(wǎng)絡服務訪問點）。媒體訪問控制層（MAC，MediumAccessControl）處理局域網(wǎng)中各站點對通信介質的爭用問題，不同類型的局域網(wǎng)使用不同的介質訪問控制協(xié)議。局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層OSI/RM的數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)模型的LLC+MAC相當。（1）LLC層與傳輸媒體無關，對于各種不同類型的局域網(wǎng)都是適合的。LLC層的主要作用：為高層協(xié)議提供相應的接口，并進行差錯和流量控制。（2）MAC層與傳輸媒體有關，它和網(wǎng)絡的拓撲形式、傳輸媒體的類型有直接關系。MAC層的主要作用：媒體接入控制和對信道資源的分配；裝/拆幀、CRC校驗。用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)LLC頭MAC頭MAC尾LLC頭LLC層MAC層LLC幀和MAC幀的關系用戶數(shù)據(jù)高層LLCPDUMAC幀MAC是數(shù)據(jù)鏈路層的下半部分，它直接與物理層相鄰，是將傳輸媒體的帶寬有效地分配給網(wǎng)上各站點用戶的方法。MAC子層集中了與接入介質有關的部分，負責在物理層的基礎上進行無差錯通信，維護數(shù)據(jù)鏈路功能，并為LLC子層提供服務，支持CSMA/CD、Token-Bus、Token-Ring等介質訪問控制方式。媒體訪問控制子層MAC在傳輸時，將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組裝成幀，幀中包含有地址和差錯檢測等字段。在接收時，將收到的幀解包，進行地址識別和差錯檢測。管理和控制對于局域網(wǎng)傳輸媒體的訪問。為高層協(xié)議提供相應的接口，即一個或多個服務訪問點（SAP），并且進行流量和差錯控制。媒體訪問控制層MAC功能DIXEthernetV2是世界上第一個局域網(wǎng)產品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。IEEE的802.3標準。DIXEthernetV2標準與IEEE的802.3標準只有很小的差別，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴格說來，“以太網(wǎng)”應當是指符合DIXEthernetV2標準的局域網(wǎng)以太網(wǎng)的兩個標準

常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標準：DIXEthernetV2標準IEEE的802.3標準最常用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。MAC幀的格式

MAC幀格式

由于采用不同的MAC協(xié)議，各MAC幀的確切定義不盡相同。但是所有的MAC幀的格式都大致類似。包括18個字節(jié)的幀頭和幀尾在內的最大幀長為1518個字節(jié)。從幀結構可以看出，MAC層協(xié)議在LLC層PDU的外面，加上幀頭和幀尾，組裝成完整的MAC幀，然后經(jīng)物理層傳送出去。以太網(wǎng)MAC幀物理層MAC層1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報MAC幀以太網(wǎng)的MAC幀格式

MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入在幀的前面插入的8字節(jié)中的第一個字段域共7個字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實現(xiàn)MAC幀的比特同步。第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。為了達到比特同步，在傳輸媒體上實際傳送的要比MAC幀還多8個字節(jié)MAC幀格式

幀同步序列，其格式為連續(xù)7個字節(jié)的“10101010”二進制序列，它的作用是使接收節(jié)點的接收電路在正式開始接收幀之前達到穩(wěn)定的同步狀態(tài)，但它不作為幀的有效成份。MAC幀格式

表示一個有效幀的開始，其格式為“10101011”二進制序列，它也不作為幀的有效成份。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式目的地址字段6字節(jié)MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式源地址字段6字節(jié)在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址。802標準所說的“地址”嚴格地講應當是每一個站的“名字”或標識符。但鑒于大家都早已習慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以也采用這種習慣用法，盡管這種說法并不太嚴格。MAC層的硬件地址

IEEE的注冊管理機構RA

負責向廠家分配地址字段的前三個字節(jié)(即高位24位)。地址字段中的后三個字節(jié)(即低位24位)由廠家自行指派，稱為擴展標識符，必須保證生產出的適配器沒有重復地址。一個地址塊可以生成224個不同的地址。這種48位地址稱為MAC-48，它的通用名稱是EUI-48?！癕AC地址”實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48。48位的MAC地址MAC地址的結構圖占1比特，稱為單個或組地址標志(IndividualorGroupaddressflag)。它指明該MAC地址是單個的地址(0)，還是組地址。當I/G=1時，MAC地址的其余47比特用于編碼組地址，此時U/L、OUI和OUA字段不存在。MAC地址的結構圖占1比特，稱為通用或局部管理標志(UniversalorLocaladministrationflag)。它指明該MAC地址是全局唯一的(U/L=0)，還是局部唯一的(U/L=1)。由非網(wǎng)絡接口設備廠商生產的設備，其U/L=1，此類設備一般專用于局部網(wǎng)絡。MAC地址的結構圖占22比特，稱為組織唯一標識(OrganizationallyUniqueIdentifier)。它指明具有該MAC地址的設備是由哪個供應商生產的。OUI由IEEE分配給廠商，一個廠商可以得到1個或幾個OUI。MAC地址的結構圖占24比特，稱為組織唯一地址(OrganizationallyUniqueAddress)。它是廠商給自己生產的接口設備分配的編號。同一廠商設備的OUA兩兩不同。因此任意兩個MAC地址都不相同。單個通用MAC地址：該MAC地址的I/G=0且U/L=0，它全局唯一地尋址一個接口設備。當局域網(wǎng)數(shù)據(jù)幀只能發(fā)給一個接口設備時(此方式稱為單播)，該幀的目的地址必須使用這種MAC地址。這種地址又稱單播地址。廣播MAC地址：48比特全為1的MAC地址稱為廣播MAC地址。當局域網(wǎng)幀要發(fā)給網(wǎng)上所有接口設備時，該幀的目的地址必須使用這種地址。它可以看成是一種特殊的組地址。

MAC地址被分成三類組播MAC地址：I/G=1，但其余47位不全為1的組地址。當局域網(wǎng)幀發(fā)給網(wǎng)上多個接口設備時，就要在該幀的目的地址字段中填入代表這些設備的組地址。

MAC地址被分成三類由于MAC地址是協(xié)議參考模型第二層協(xié)議(MAC協(xié)議)使用的地址，它用于尋址網(wǎng)絡接口，而且被固化在網(wǎng)絡接口的物理硬件中，不能被重新設置，因此它又經(jīng)常被稱為第二層地址、物理地址或硬件地址。局域網(wǎng)硬件在識別MAC地址時，實際上只關心它是單播地址還是組地址，而不去處理U/L、OUI或OUA字段。說明適配器從網(wǎng)絡上每收到一個MAC幀就首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址.單播(unicast)幀（一對一）廣播(broadcast)幀（一對全體）多播(multicast)幀（一對多）“發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。適配器檢查MAC地址

MAC幀格式

DA，SA表示分別目的節(jié)點和源節(jié)點（發(fā)送節(jié)點）地址，可以選擇16位或48位地址長度，但這兩個地址長度必須保持一致。DA可以是單地址、多播地址或廣播地址；而SA必須是單地址。在選用48位地址時，可用特征位來指示該地址是作為局部地址，還是作為全局地址。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式類型字段2字節(jié)類型字段用來標志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的MAC幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個協(xié)議。MAC幀格式

以字節(jié)為單位來表示PDU數(shù)據(jù)的實際長度。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式數(shù)據(jù)字段46~1500字節(jié)數(shù)據(jù)字段的正式名稱是MAC客戶數(shù)據(jù)字段最小長度64字節(jié)18字節(jié)的首部和尾部=數(shù)據(jù)字段的最小長度

MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式當數(shù)據(jù)字段的長度小于46字節(jié)時，應在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的MAC幀長不小于64字節(jié)。MAC幀格式

MAC幀要求有最小幀長限制，最小幀長為64個字節(jié)，其中包括18個字節(jié)固定長度的幀頭（幀頭為DA、SA、FL和FCS等4個字段，共18個字節(jié)）在內。如果實際的PDU數(shù)據(jù)長度小于46個字節(jié)，必須在PAD字段上填充若干字節(jié)的0，使PDU和PAD字段的總長度不小于46個字節(jié)；否則，接收節(jié)點會把超短幀作為“幀碎片”濾掉，不予接收。MAC幀格式

表示要傳送的LLC層數(shù)據(jù)，LLC層數(shù)據(jù)應是一個字節(jié)序列，最大數(shù)據(jù)長度為1500個字節(jié)。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式FCS字段4字節(jié)當傳輸媒體的誤碼率為1108時，MAC子層可使未檢測到的差錯小于11014。MAC幀格式

采用32位CRC校驗，用規(guī)定的生成多項式去除數(shù)據(jù)信息，獲得的余數(shù)作為校驗序列填入FCS字段。數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致；幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；用收到的幀檢驗序列FCS查出有差錯；數(shù)據(jù)字段的長度不在46~1500字節(jié)之間。有效的MAC幀長度為64~1518字節(jié)之間。對于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負責重傳丟棄的幀。無效的MAC幀

幀間最小間隔為9.6s，相當于96bit的發(fā)送時間。一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待9.6s才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準備。幀間最小間隔

①MAC與LLC之間的接口。MAC層通過該接口向LLC層提供LLC幀的發(fā)送與接收服務。該接口定義了兩個功能，即幀發(fā)送和幀接收。LLC層可以通過該接口使用MAC層設施來發(fā)送和接收LLC幀。②MAC與物理層之間的接口。物理層通過該接口向MAC層提供MAC幀的發(fā)送與接收服務。該接口定義了兩個功能:位發(fā)送與位接收，以及三個狀態(tài)變量:沖突檢測、載波監(jiān)聽和發(fā)送正在進行中。MAC層通過該接口使用物理層設施，并根據(jù)物理層提供的介質狀態(tài)，對介質訪問實施相應的控制。MAC層定義了兩個與相鄰層的接口LLC是數(shù)據(jù)鏈路層的一個功能子層。LLC協(xié)議是根據(jù)局域網(wǎng)的特點，對HDLC通信規(guī)程進行了適當?shù)暮喕椭囟x而制定的。LLC子層集中了與介質接入無關的部分，并將網(wǎng)絡層的服務訪問點SAP設在LLC子層與高層的交界面上。LLC子層功能：數(shù)據(jù)幀的組裝、拆卸、收發(fā)；差錯控制、流量控制；為網(wǎng)絡層提供服務。邏輯鏈路控制子層LLC在IEEE802局域網(wǎng)體系結構中，數(shù)據(jù)鏈路層功能由LLC和MAC兩個子層實現(xiàn)，LLC幀必須封裝在MAC幀中進行傳輸，而不能單獨地通過物理層傳輸。因此，LLC幀中沒有用于幀同步的標志字段以及用于驗證幀正確性的幀校驗字段；這些字段由MAC協(xié)議添加在MAC幀中，而LLC幀被封裝在MAC幀的信息字段中。MAC協(xié)議則與局域網(wǎng)類型有關。LLC協(xié)議與HDLC協(xié)議的區(qū)別LLC地址就是數(shù)據(jù)鏈路層的服務訪問點。LLC地址實際上是主機中某個上層協(xié)議實體的地址。一個主機中可以同時有多個上層協(xié)議進程，因而就有多個服務訪問點。1、LLC幀格式

DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

1、LLC幀DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

SAP提供了多個高層協(xié)議進程共同使用一個LLC層實體進行通信的機制。在一個網(wǎng)絡節(jié)點上，一個LLC層實體可能同時為多個高層協(xié)議提供服務。為此，LLC協(xié)議定義了一種邏輯地址SAP及其編碼機制，允許多個高層協(xié)議進程使用不同的SAP地址來共享一個LLC層實體進行通信，而不會發(fā)生沖突。SAP機制還允許高層協(xié)議進程同時使用多個SAP進行通信，但在某一時刻一個SAP只能由一個高層協(xié)議進程使用，一次通信結束并釋放了SAP后，才能被其它高層協(xié)議進程使用。1、LLC幀DDDDDDDI/GSSSSSSSSC/RDSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

SSAP和DSAP地址字段分別定義了SSAP地址和DSAP地址，其中DSAP的最高位為地址類型標志（I/G）位，I/G=0表示DSAP地址是一個單地址，LLC幀由DSAP標識的惟一目的LLCSAP接收；I/G=1表示DSAP地址是一個組地址，LLC幀由DSAP標識的一組目的LLCSAP接收。SSAP的最高位為命令/響應標志（C/R）位，C/R=0表示LLC幀是命令幀；C/R=1表示LLC幀是響應幀。1、LLC幀DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

用于定義LLC幀類型。LLC定義了如下三種幀：信息幀（I幀）、監(jiān)控幀（S幀）和無編號幀（U幀），其含義與HDLC幀相同，但它根據(jù)局域網(wǎng)特點進行了調整和簡化。LLC幀中的控制字段可以擴展為兩個字節(jié)，擴展后的控制字段主要增加了N（S）和N（R）的長度，即由原來的3位增加到7位，序號的模數(shù)由原來的8增加到128。1、LLC幀N（S）0P/FN（R）SS1P/FN（R）00000MM1P/F1MMM信息幀監(jiān)控幀無編號幀DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

1100*111無確認無連接的測試1、LLC幀DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

用于傳送用戶數(shù)據(jù)。信息字段長度為8的整數(shù)（M）倍，M上限取決于所采用的MAC協(xié)議。不確認無連接的服務，它是在無連接的數(shù)據(jù)鏈路上提供數(shù)據(jù)傳輸服務的，無需任何形式的確認，也無需流量和差錯控制。因此不保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。數(shù)據(jù)傳輸模式可以是單播（點對點）方式、組播（點對多點）方式和廣播（點對全體）方式。這是一種數(shù)據(jù)報服務，相當簡單。面向連接方式的服務，這種服務類似于HDLC提供的服務，它是在面向連接的數(shù)據(jù)鏈路上提供數(shù)據(jù)傳輸服務的，因此它必須提供建立、使用、終止以及復位數(shù)據(jù)鏈路層連接所需的操作手段，并且還要提供數(shù)據(jù)鏈路層的定序、流控和錯誤恢復等功能。這是一種虛電路服務。2、LLC服務LLC協(xié)議通過不同的操作類型來標識這兩種服務：2、LLC服務類型Ⅰ操作：采用不確認無連接的服務方式，使用無編號的信息（UI）幀實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。與類型Ⅰ操作有關的LLC幀有UI、XID和TEST。類型Ⅱ操作:采用面向連接的服務方式，在建立連接時使用SABME幀；在數(shù)據(jù)傳輸時使用有編號的信息（I）幀；在斷開連接時使用DISC幀；在數(shù)據(jù)傳輸過程中使用RR、RNR和REJ幀實施定序、流控和錯誤恢復等功能。除了UI、XID和TEST三種幀外，其余的LLC幀都是在類型Ⅱ操作中使用的。LLC協(xié)議的實現(xiàn)可采用兩種方法：只支持類型Ⅰ操作的LLC和同時支持兩種類型操作的LLC，具體取決于網(wǎng)絡產品開發(fā)商。在一般網(wǎng)絡系統(tǒng)中，LLC協(xié)議只支持類型Ⅰ操作。面向連接的服務通常是由高層協(xié)議（如傳輸層協(xié)議）實現(xiàn)的。局域網(wǎng)對LLC子層是透明的

局域網(wǎng)網(wǎng)絡層物理層站點1網(wǎng)絡層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數(shù)據(jù)鏈路層站點2LLC子層看不見下面的局域網(wǎng)由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標準中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在802委員會制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標準）的作用已經(jīng)不大了。很多廠商生產的適配器上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議。以后一般不考慮LLC子層

局域網(wǎng)介質訪問控制Chapter5-3本節(jié)教學目標介質訪問控制CSMA/CDToken最初的局域網(wǎng)是將許多計算機都連接到一根總線上。當初認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)局域網(wǎng)的廣播方式發(fā)送

總線上的每一個工作的計算機都能檢測到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。由于只有計算機D的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫入的地址一致，因此只有D才接收這個數(shù)據(jù)幀。其他所有的計算機（A,C和E）都檢測到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總線上實現(xiàn)了一對一的通信。局域網(wǎng)的廣播方式發(fā)送

采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進行編號，也不要求對方發(fā)回確認。這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質量很好，因信道質量產生差錯的概率是很小的。

為了通信的簡便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施以太網(wǎng)提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。以太網(wǎng)提供的服務

局域網(wǎng)介質訪問控制介質訪問控制：在共享或廣播網(wǎng)絡中，當信道的使用產生競爭時，如何分配信道的使用權。在局域網(wǎng)中，特意從數(shù)據(jù)鏈路層中分出介質訪問控制子層，用以完成信道分配或介質訪問控制功能。使網(wǎng)絡有更高的工作效率和可靠性。

介質訪問控制策略在介質訪問控制技術中，最關鍵的是控制地點和控制方法。

1）在什么地方對媒體訪問進行控制集中式控制、分布式控制

2）怎樣對共享媒體進行控制訪問同步機制：如FDM、TDM等。異步機制：如時間片輪轉、預約、競爭等。介質訪問控制的類型集中式：

有一個單獨的集中控制器或一個具有控制整個網(wǎng)絡的節(jié)點來管理網(wǎng)絡的通信分布式：

無集中控制節(jié)點，各節(jié)點均處于平等地位。節(jié)點間的通信由各節(jié)點自身控制

CSMA/CD

令牌法時隙法（TimeSlot）1、訪問控制方式缺點：如果控制點不能工作，則會導致整個網(wǎng)絡癱瘓。由于所有訪問要經(jīng)過控制點的允許，可能會形成瓶頸，降低效率。（1）集中方式：指定某個控制器擁有控制網(wǎng)絡訪問的權利。優(yōu)點：能提供除了對媒體訪問外的其他更高級的功能，如優(yōu)先級控制、可靠性等。每個站點的訪問控制邏輯簡單。避免進行分布合作可能帶來的協(xié)調問題。（2）分布方式：由各個站點共同完成媒體訪問控制功能，動態(tài)地確定站點的發(fā)送順序。2、時間片輪轉每個站點按照一定的時間順序得到傳輸時間。如果站點利用這個機會發(fā)送，則對其發(fā)送時間或發(fā)送的數(shù)據(jù)總量有一定限制，超過這個限制的數(shù)據(jù)只能在下一輪中發(fā)送。

在一段時間內有多個節(jié)點要傳輸數(shù)據(jù)時，此方式是有效的。當要傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點較少時，時間開銷就顯得很大。

這種順序控制可能是集中式的，也可能是分布式的。

3、預約式一般來說，這種技術把傳輸媒體的使用時間劃分為一些時槽。一個節(jié)點要傳輸數(shù)據(jù)時，就可以預約一些時槽進行連續(xù)傳輸。

流式通信就是長時間連續(xù)傳輸，例如話音通信、遙測通信和長文件的傳輸?shù)?。適合于傳輸連續(xù)數(shù)據(jù)的情況?？梢允羌惺降模部梢允欠植际降摹?、競爭式這種技術并不對各個工作站點的發(fā)送權限進行控制，而是由各個工作站點自由競爭發(fā)送機會。對突發(fā)性的數(shù)據(jù)傳輸，競爭是最常用的機制。突發(fā)式通信就是短時間的少量傳輸，例如終端和主機之間的通信就是這樣的。在低負荷時，性能不錯。是分布式的。媒體訪問控制技術CSMA/CD和它之前的ALOHA、CSMA技術都是隨機訪問和競爭發(fā)送協(xié)議。隨機訪問意味著對任何節(jié)點都無法預計其發(fā)送的時刻；競爭發(fā)送是指所有發(fā)送的節(jié)點自由競爭信道的使用權。ALOHA協(xié)議訪問方式：不監(jiān)聽—隨機重發(fā)，即“發(fā)送—沖突—再發(fā)送”分槽ALOHA各用戶節(jié)點只能在下一時間片的起始時刻開始發(fā)送信息。信道利用率最多為37%信道利用率最多為18%CSMA

載波偵聽多路訪問（CSMA，CarrierSenseMultipleAccess）是一種適合于總線結構的具有信道檢測功能的分布式介質訪問控制方法，其控制手段稱之為“載波偵聽”。該協(xié)議的一般描述非常簡單。如果一個站點有一個幀要發(fā)送，它遵循下面的規(guī)則：（1）偵聽介質的活動。（2）如果沒有活動，則立即傳送，否則等待。CSMA按其算法的不同分為三種方式載波監(jiān)聽策略：非堅持CSMA：一旦監(jiān)聽到信道忙，就不再監(jiān)聽；延遲一個隨機時間后再次監(jiān)聽。堅持CSMA：監(jiān)聽到信道忙時，仍繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑。

1-堅持CSMAp-堅持CSMA非堅持CSMA協(xié)議NonpersistentCSMA，欲傳輸?shù)恼军c監(jiān)聽介質并遵循以下規(guī)則：1）介質空閑就傳輸，否則，轉到第（2）步。2）介質忙，等待一段隨機的重傳延遲時間，重復第（1）步。優(yōu)點：降低了沖突發(fā)生的概率；缺點：信道利用率降低；

1堅持CSMA協(xié)議欲傳輸?shù)恼军c監(jiān)聽介質并遵循以下規(guī)則：1）介質空閑就傳輸，否則，轉到第2）步。2）介質忙則繼續(xù)監(jiān)聽，直到檢測到信道空閑，然后立即傳輸。3）如果沖突，則等待一段隨機的時間后重復第一步。優(yōu)點：有利于搶占信道，減少信道空閑時間；缺點：沖突概率較大。

非堅持CSMA協(xié)議中的站點是尊重別人的，而1堅持方式是自私的。試圖既能如非堅持算法那樣減少沖突而又像1堅持算法那樣減少空閑時間的一種折衷方案是P堅持協(xié)議。欲傳輸?shù)恼军c監(jiān)聽并遵循以下規(guī)則：1、若介質空閑，以概率P傳輸，以概率（1－P）延遲一個時間單位，該時間單位通常等于最大傳播延遲的兩倍。2、若介質忙，繼續(xù)監(jiān)聽直到信道空閑，并重復第1步。3、若傳輸延遲了一個時間單位，則重復第1步。P堅持CSMA協(xié)議用戶就緒?信道忙?等到下一個時間槽發(fā)送幀等待一個時間槽信道忙?成功?等待一段隨機時間NYY概率P概率1-PNNYY入口在信道忙時不會有其他主機打亂正在進行的發(fā)送。由于采用了信道偵聽，因此在一定程度上減少了沖突發(fā)生的次數(shù)，從而提高了信道的利用率和整個網(wǎng)絡的吞吐量。CSMA不能完全避免沖突的原因：當主機A認為信道空閑時，主機B也可能認為信道空閑，因此，兩臺主機差不多同時發(fā)送數(shù)據(jù)，導致沖突發(fā)生。CSMA能夠做到載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測，CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。“多點接入”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CD總線上并沒有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽”就是用電子技術檢測總線上有沒有其他計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)信號?！芭鲎矙z測”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CDCSMA/CD工作原理先聽后發(fā)：每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先檢測總線上是否空閑。如果信道是空閑的，立即搶占總線發(fā)送信息。如果信道忙，則退避一段時間再嘗試。邊聽邊發(fā)：當一個節(jié)點將開始發(fā)送數(shù)據(jù)后，在傳送的過程中發(fā)送者要邊發(fā)送邊監(jiān)聽(listenwhiletalking)。沖突停止：如果檢測到的信息與發(fā)出的不一致，說明發(fā)生了沖突，則停止發(fā)送，并發(fā)送一串阻塞信號以加強沖突。隨機延遲后重發(fā)：延遲一個隨機時間片后再去偵聽總線，延遲時間短的節(jié)點先搶占總線。發(fā)送者把從信道上收到的信號的特性，如電壓值、脈沖寬度等，與發(fā)送的信號的特性作比較，如果一致，則認為無沖突，否則認為發(fā)生了沖突。當幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產生了碰撞。碰撞檢測在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a生了嚴重的失真，無法從中恢復出有用的信息來。每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費網(wǎng)絡資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。檢測到碰撞后當某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。A向B發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間后才能傳送到B。B若在A發(fā)送的信息到達B之前發(fā)送自己的幀(因為這時B的載波監(jiān)聽檢測不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結果是兩個幀都變得無用。電磁波在總線上的

有限傳播速率的影響1kmABt碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞t=t=0單程端到端傳播時延記為

傳播時延對載波監(jiān)聽的影響1kmABt碰撞t=

B檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞t=ABABABt=0A檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt=0t=B檢測到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt=2

A檢測到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時延記為

使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內，存在著遭遇碰撞的可能性。這種發(fā)送的不確定性使整個以太網(wǎng)的平均通信量遠小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。重要特性最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間2（兩倍的端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時延2

稱為爭用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。爭用期確定發(fā)生沖突要花多少時間？傳輸周期：該時間內信道上有數(shù)據(jù)在傳輸。競爭周期：有數(shù)據(jù)要發(fā)送的主機在這段時間內偵聽信道。空閑周期：該時間內信道上沒有數(shù)據(jù)傳輸，也沒有主機偵聽信道。工作狀態(tài)假設在t0時刻，A的第一個比特離開A開始向B傳輸，經(jīng)過τ后到達B。如圖所示，如果B在t0到t0+τ之間發(fā)送數(shù)據(jù)，就會導致沖突。討論沖突在t0到t0+τ之間發(fā)生沖突檢測時間沖突信號需要經(jīng)過2ε到達A，此時A才能檢測出沖突。從t0時刻起，要想避免與A發(fā)生沖突，其他主機至少要在t0+τ之后發(fā)送數(shù)據(jù)。而A最晚可能在t0+2τ時刻檢測到?jīng)_突。顯然，τ與A到B之間距離d和信號傳輸速度r有關，即τ=d/r而傳輸速度r又與信道有關。對于UTP電纜信道，電磁波在電纜中的傳播速度r最大只有在自由空間的65%左右。因此，1km電纜的τ≈51.2×10-6s=51.2μs。結論顯然，數(shù)據(jù)的發(fā)送時間與數(shù)據(jù)的長度L和比特率R有關(R又與數(shù)據(jù)編碼方式有關)。數(shù)據(jù)幀的最小長度Lmin應該滿足關系：2τ=Lmin/R即Lmin=2τR又由于τ=d/r所以Lmin=2dR/r其中d為網(wǎng)絡共享鏈路的長度，常被稱為網(wǎng)絡直徑，R是數(shù)據(jù)率，r是信號傳輸速率。結論（1）共享信道上的主機要在A發(fā)送數(shù)據(jù)后的τ時間后發(fā)送數(shù)據(jù)才可能避免沖突。（2）A發(fā)送數(shù)據(jù)的長度要大于2Τr，才能避免潛在的沖突。（3）從以上公式可以看出，為了避免沖突、提高信道的效率，應該在d、R、r之間做出合理的匹配。換句話說，當網(wǎng)絡規(guī)模(d)不同時，使用的信道(r)和采用的編碼方式(R)也要做相應的調整。結論二進制指數(shù)類型退避算法

(truncatedbinaryexponentialtype)發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2。定義重傳次數(shù)k，k10，即

k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k

1)]中隨機地取出一個數(shù)，記為r。重傳所需的時延就是r倍的基本退避時間。當重傳達16次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。

以太網(wǎng)取51.2s

為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。爭用期的長度如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內。由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于64字節(jié)。以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為64字節(jié)，凡長度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。最短有效幀長

重要原則：幀必須足夠長，使沖突能在幀傳輸完之前被檢測到。當發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。

強化碰撞數(shù)據(jù)幀干擾信號TJ人為干擾信號

ABTBtB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測到?jīng)_突開始沖突信道占用時間A發(fā)送數(shù)據(jù)B也能夠檢測到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接著就發(fā)送干擾信號。這里為了簡單起見，只畫出A發(fā)送干擾信號的情況。CSMA/CD幀發(fā)送過程流程圖若干說明如何判斷信道忙或空閑？

以差分Machester編碼為例，若信道存在電平跳變，則判斷為忙，否則判為空閑

如何檢測沖突？比較法----將偵聽信號與原始的發(fā)送信號進行比較以判斷是否發(fā)生沖突編碼違例判決法----分析偵聽到的信號是否符合原始的編碼規(guī)律，如差分Manchester編碼規(guī)律

如何隨機延遲？采用二進制指數(shù)后退算法：一般地，第n次沖突后的等待時間從0到2n-1中選??；達到10次后，隨機等待的最大時隙固定在1023；16次沖突后，控制器不再動作，報告發(fā)送失敗CSMA/CD的特點優(yōu)點：每個節(jié)點都處于平等地位去競爭傳輸介質，實現(xiàn)的算法簡單；網(wǎng)絡維護方便，增刪節(jié)點容易；負載較少時，要發(fā)送信息的節(jié)點可以“立即”獲得對介質的訪問權，執(zhí)行發(fā)送操作，效率較高。缺點：不具有某些場合要求的優(yōu)先權；負載重時，容易出現(xiàn)沖突，使傳輸效率和有效帶寬大為降低，不確定的等待時間和延遲可能在過程控制應用中產生嚴重問題。令牌訪問控制法在令牌環(huán)網(wǎng)中，令牌是一種特殊的控制幀，它具有特殊的格式和標記。令牌有“忙（Busy）”和“空閑（Free）”兩種狀態(tài)。令牌在網(wǎng)絡中傳送，只有獲得令牌的節(jié)點才能啟動幀的發(fā)送令牌法又稱許可證法。令牌訪問控制方法又可分為令牌環(huán)（tokenRing）訪問控制和令牌總線（tokenbus）訪問控制。令牌環(huán)訪問控制法是令牌環(huán)網(wǎng)采用的媒體訪問控制方法。令牌環(huán)網(wǎng)由IBM公司提出，拓撲結構是環(huán)型，遵循IEEE802.5標準。令牌環(huán)工作原理各站點通過站接口連接成物理環(huán)型拓樸，令牌在物理環(huán)中逐站單向傳送，不存在路徑選擇問題。當一個站點想發(fā)送幀時，必須獲得空閑令牌，并在啟動數(shù)據(jù)幀的傳送前將令牌幀中的忙/閑狀態(tài)位置于“忙”。由于只存在一個令牌，所以任何時候，環(huán)中只能有一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，而其余站點只能允許接收幀。令牌環(huán)工作原理當數(shù)據(jù)幀沿途經(jīng)過各站的環(huán)接口時，各站將該幀的目的地址與本站地址進行比較，若不相符，則轉發(fā)該幀；若相符，則放入接收BUFFER以送入本站，并修改環(huán)上幀的接收狀態(tài)位，修改后的幀在環(huán)上繼續(xù)流動直到循環(huán)一周后回到發(fā)送站，由發(fā)送站將幀移去。若發(fā)送站數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，則釋放令牌。

令牌環(huán)訪問控制令牌環(huán)中各站點的三種主要操作：1、截獲令牌并且發(fā)送數(shù)據(jù)幀2、接受與轉發(fā)數(shù)據(jù)3、取消數(shù)據(jù)幀并且重發(fā)令牌

在單令牌體制下，整個環(huán)路只有一個站工作在發(fā)送方式，其它所有的站只能處于監(jiān)聽方式而不能發(fā)送數(shù)據(jù)。截獲令牌的站要負責在發(fā)送數(shù)據(jù)幀完畢后再將令牌恢復過來，發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站要負責從環(huán)路上收回它所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。ACDB數(shù)據(jù)ACDB數(shù)據(jù)ACDB令牌ACDB令牌令牌的附加功能數(shù)據(jù)幀中的幀狀態(tài)字節(jié)可為幀自動提供確認。提供優(yōu)先級預定位：當站點要發(fā)送優(yōu)先級為n的幀時，其必須等到捕獲了優(yōu)先級小于或等于n的令牌。當數(shù)據(jù)幀經(jīng)過某站時，該站可通過將為其想發(fā)送的幀的優(yōu)先級寫入數(shù)據(jù)幀中的預訂位的方法為其的待發(fā)幀預訂下一個令牌。但若預訂位已被具有更高優(yōu)先級的站點所預訂，則該站放棄預訂。在當前幀傳完后，可產生一個具有預訂優(yōu)先級的新令牌。令牌總線訪問控制（4）故障管理：由令牌持有者發(fā)現(xiàn)故障并管理故障恢復過程，可能有各種偶然因素影響這種管理過程。維護包括下面一些功能：（2）加入環(huán)：環(huán)中的站在得到令牌后必須提供一個新站加入邏輯環(huán)的機會。（1）環(huán)初始化：當一個或多個站在一段持續(xù)時間（即令牌循環(huán)一周的時間）內，沒有檢測到網(wǎng)絡活動，就可斷定令牌已丟失，這種情況可能發(fā)生在網(wǎng)絡初始上電或者持有令牌的站失效時。（3）離開環(huán)：一個站要離開環(huán)必須等收到令牌后，向它的前導站發(fā)送set_successor幀（這種幀中含有它的后繼站的地址），然后照常把令牌向后繼站傳送。兩種介質訪問控制方式的比較

CSMA/CDToken隨機MAC控制確定MAC控制協(xié)議簡單，易于實現(xiàn)（有VLSI來實現(xiàn)CSMA/CD算法）

協(xié)議復雜，需維護環(huán)（初始化、新結點的加入、結點的刪除、環(huán)恢復等）

不適合實時通信，無優(yōu)先級

適合實時通信，支持優(yōu)先級，支持非任意長度的短幀

適合于低負載環(huán)境，重負荷時，沖突增加，傳輸延遲增大，吞吐率下降

適合于重負荷環(huán)境，在重負荷時，有良好的延遲特性和吞吐率

802.3802.5

Homework復習本章內容兩種介質訪問控制方式的比較為令牌控制訪問方法制作一個動畫局域網(wǎng)的主要組網(wǎng)設備計算機：

服務器、客戶機、工作站中繼器(Reapter)和集線器（Hub)網(wǎng)橋(Bridge)交換機(Switch)

網(wǎng)絡適配器網(wǎng)卡/NIC局域網(wǎng)組網(wǎng)的兩種方式對等方式：主從方式（C/S模式）服務器主從式局域網(wǎng)中的核心控制部件。一般由高檔的PC機或專用服務器組成。主從模式的局域網(wǎng)中至少有一臺服務器，也可有多臺服務器主要功能：

網(wǎng)絡服務（文件服務、打印服務、郵件服務等）網(wǎng)絡管理（共享資源管理、用戶管理等）客戶機/工作站客戶機：

C/S模式下提出服務請求并接受服務的計算機，通常為PC機或專用工作站。工作站：對等網(wǎng)絡環(huán)境下的所有計算機，它們地位平等，只能相互提供簡單的共享。主機與OSI模型網(wǎng)絡中的計算機統(tǒng)稱為主機主機不屬于OSI的某一特定層，而是被視為是一種涵蓋了OSI所有七層的設備.網(wǎng)卡概述網(wǎng)絡接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。局域網(wǎng)中提供主機與通信介質相連的接口。其性能和質量直接影響網(wǎng)絡的性能和網(wǎng)上所運行軟件的效果

網(wǎng)卡與OSI模型網(wǎng)卡的功能包括了物理層與數(shù)據(jù)鏈路層，我們通常將其歸入數(shù)據(jù)鏈路層設備。計算機通過適配器和局域網(wǎng)進行通信

硬件地址至局域網(wǎng)適配器（網(wǎng)卡）串行通信CPU和存儲器生成發(fā)送的數(shù)據(jù)處理收到的數(shù)據(jù)把幀發(fā)送到局域網(wǎng)從局域網(wǎng)接收幀計算機IP地址并行通信網(wǎng)卡的主要功能幀的封裝與拆卸，實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。

發(fā)送時將上一層交下來的數(shù)據(jù)加上首部和尾部，成為以太網(wǎng)的幀。接收時將以太網(wǎng)的幀剝去首部和尾部，然后送交上一層。鏈路管理,介質訪問控制主要是CSMA/CD協(xié)議的實現(xiàn)。對數(shù)據(jù)進行緩存實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)越大越好，一般為2-64KB編碼與解碼

曼徹斯特或差分曼徹斯特編碼

進行串行/并行轉換。網(wǎng)卡的分類按照網(wǎng)絡技術不同可分為：按照傳輸速度不同可分為：按照總線類型可分為：按照所支持的傳輸介質可分為：按照網(wǎng)卡的使用對象可分為：網(wǎng)卡NIC的組成幀的裝配與拆卸數(shù)據(jù)緩沖MAC子層協(xié)議控制電路編碼與解碼電路收發(fā)電路內部總線BNC/RJ-45AUI1、網(wǎng)卡的結構和功能

網(wǎng)卡(networkinterfacecard,NIC)網(wǎng)卡地址每一塊網(wǎng)卡在出廠時均獲得一個唯一的地址，稱為網(wǎng)卡地址網(wǎng)卡地址有許多別名：

物理地址/硬件地址/MAC地址MAC地址的長度為48位的二進制數(shù)，或12位的十六進制數(shù)前24比特代表廠商標識，后24比特為產品的序列號。中繼器/集線器中繼器：用于當網(wǎng)絡段傳輸超出網(wǎng)絡拓樸結構/網(wǎng)絡傳輸介質決定的最大傳輸距離時，起中繼、放大及整形作用，將其按原方向重新發(fā)送。在物理上對網(wǎng)絡進行擴展。集線器：多端口中繼器，起集中器作用。兩者均為物理層網(wǎng)絡設備。HubAPDUPPDUFrameBitsPacketSPDUSegment集線器的一些特點

集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD協(xié)議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個多接口的轉發(fā)器，工作在物理層。具有三個接口的集線器

集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線中繼器的5-4-3-2-1規(guī)則5個網(wǎng)絡段4個中繼器(或集線器)3個網(wǎng)段有主機2個網(wǎng)段為連接網(wǎng)段1個沖突域.5-4-3的含義（1）“5”是指網(wǎng)段的最大個數(shù)；（2）“4”是指連接網(wǎng)段的中繼器的最大個數(shù)；（3）“3”是指只有3個網(wǎng)段上有主機。5-4-3規(guī)則的示意圖如圖所示。以太網(wǎng)互聯(lián)的5-4-3規(guī)則共享網(wǎng)絡環(huán)境與沖突共享網(wǎng)絡環(huán)境是指網(wǎng)絡上的所有的設備通過一條公用的信道來傳輸數(shù)據(jù)，又稱廣播網(wǎng)絡。當同一時刻這些設備中的多個節(jié)點試圖發(fā)送數(shù)據(jù)時，就會發(fā)生沖突。沖突會使其所涉及的各節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生失敗。通常將可能發(fā)生沖突的所有設備和與之相關的共享介質稱為一個沖突域。中繼器作為物理層的網(wǎng)絡互連設備，不具備任何流量過濾功能，所以采用中繼器互連的網(wǎng)絡將會是一個更大的沖突域。集線器作為多端口中繼器，也會擴大沖突域的規(guī)模。任何以中繼器或集線器互連而成的網(wǎng)絡段處于同一個沖突域中，對各個主機而言，沖突的幾率進一步增加Question＆Answer除介質訪問控制機制外，是否有其他解決沖突的方法？不是所有的網(wǎng)絡互連設備均具有隔離沖突的作用網(wǎng)絡互連設備物理上擴展網(wǎng)絡邏輯上劃分沖突域

網(wǎng)絡分段使用智能網(wǎng)絡互連設備可以減少沖突域的大小(增加沖突域的個數(shù))智能網(wǎng)絡互連設備包括：網(wǎng)橋/交換機(第二層設備)路由器(第三層設備)網(wǎng)橋與OSI模型網(wǎng)橋基于第二層地址進行工作，所以被歸于數(shù)據(jù)鏈路層設備網(wǎng)橋（Bridges）網(wǎng)橋（Bridge）也叫橋接器，是在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)兩個或兩個以上LAN互連的一種存儲轉發(fā)設備。用以連接兩個不同的局域網(wǎng)網(wǎng)段

-----網(wǎng)絡互連功能（物理上擴展），它能將一個較大的LAN分割為多個網(wǎng)段，或將兩個以上的LAN互連成一個邏輯LAN，使LAN上的所有用戶都可訪問服務器。網(wǎng)橋（Bridges）網(wǎng)橋的擴展網(wǎng)絡范圍功能類似于中繼器，但它還能提供智能化連接服務。它根據(jù)MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉發(fā)。網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當網(wǎng)橋收到一個幀時，并不是向所有的端口轉發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉發(fā)到哪一個端口。1.網(wǎng)橋的內部結構站表端口管理軟件網(wǎng)橋協(xié)議實體端口1端口2緩存①②③網(wǎng)段B網(wǎng)段A1112①③⑤2②④⑥2站地址端口網(wǎng)橋網(wǎng)橋④⑤⑥網(wǎng)橋功能物理上擴展網(wǎng)絡:將多個不同的網(wǎng)段互連數(shù)據(jù)過濾：當網(wǎng)橋收到一個MAC幀時，它檢查該幀的源地址和目的地址，如果目的站點和源站點是在同一個網(wǎng)絡上，則不對其進行轉發(fā)，從而正確地完成了對網(wǎng)絡地隔離。邏輯上劃分網(wǎng)絡：物理網(wǎng)絡內部通信的相互隔離數(shù)據(jù)推進：如果目的站點和源站點不在同一個網(wǎng)絡上，則根據(jù)該站點所保持的路由表選擇正確的網(wǎng)絡來進行“轉發(fā)”。幀格式轉換：將一種幀格式轉換為另一種幀格式網(wǎng)橋的工作示意圖A001CD201B56LAN1/PORT120017D201B96LAN1/PORT179E17D2019B6LAN2/PORT2LAN1LAN2port1port2以網(wǎng)橋互連的兩個網(wǎng)段屬于兩個不同的沖突域網(wǎng)橋帶來的好處

過濾通信量。擴大了物理范圍。提高了可靠性。可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。網(wǎng)橋帶來的缺點存儲轉發(fā)增加了時延。在MAC子層并沒有流量控制功能。具有不同MAC子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延更大。網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產生網(wǎng)絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網(wǎng)橋1網(wǎng)橋2AB①②③④⑤⑥⑦⑧⑨用戶數(shù)據(jù)IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T①⑨②⑧③④⑥⑦⑤物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN兩個網(wǎng)橋之間還可使用一段點到點鏈路網(wǎng)橋和集線器（或轉發(fā)器）不同集線器在轉發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。網(wǎng)橋在轉發(fā)幀之前必須執(zhí)行CSMA/CD算法。若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進行退避。在這一點上網(wǎng)橋的接口很像一個網(wǎng)卡。但網(wǎng)橋卻沒有網(wǎng)卡。由于網(wǎng)橋沒有網(wǎng)卡，因此網(wǎng)橋并不改變它轉發(fā)的幀的源地址。透明網(wǎng)橋目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparentbridge)?！巴该鳌笔侵妇钟蚓W(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因為網(wǎng)橋對各站來說是看不見的。透明網(wǎng)橋是一種即插即用設備，其標準是IEEE802.1D。網(wǎng)橋應當按照以下算法

處理收到的幀和建立轉發(fā)表

(1)從端口x收到無差錯的幀（如有差錯即丟棄），在轉發(fā)表中查找目的站MAC地址。(2)如有，則查找出到此MAC地址應當走的端口d，然后進行(3)，否則轉到(5)。(3)如到這個MAC地址去的端口d=x，則丟棄此幀（因為這表示不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉發(fā)）。否則從端口d轉發(fā)此幀。(4)轉到(6)。網(wǎng)橋應當按照以下算法

處理收到的幀和建立轉發(fā)表

(5)向網(wǎng)橋除x以外的所有端口轉發(fā)此幀（這樣做可保證找到目的站）。(6)如源站不在轉發(fā)表中，則將源站MAC地址加入到轉發(fā)表，登記該幀進入網(wǎng)橋的端口號，設置計時器。然后轉到(8)。如源站在轉發(fā)表中，則執(zhí)行(7)。(7)更新計時器。(8)等待新的數(shù)據(jù)幀。轉到(1)。網(wǎng)橋在轉發(fā)表中登記以下三個信息

站地址：登記收到的幀的源MAC地址。端口：登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的端口號。時間：登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的時間。轉發(fā)表中的MAC地址是根據(jù)源MAC地址寫入的，但在進行轉發(fā)時是將此MAC地址當作目的地址。如果網(wǎng)橋現(xiàn)在能夠從端口x收到從源地址A發(fā)來的幀，那么以后就可以從端口x將幀轉發(fā)到目的地址A。這是為了避免產生轉發(fā)的幀在網(wǎng)絡中不斷地兜圈子。透明網(wǎng)橋使用了支撐樹算法

局域網(wǎng)2局域網(wǎng)1網(wǎng)橋2網(wǎng)橋1AFF2④F1③不停地兜圈子①②A發(fā)出的幀⑤網(wǎng)橋1轉發(fā)的幀⑥網(wǎng)橋2轉發(fā)的幀網(wǎng)絡資源白白消耗了支撐樹的得出每隔幾秒鐘每一個網(wǎng)橋要廣播其標識號(由生產網(wǎng)橋的廠家設定的一個惟一的序號)和它所知道的其他所有在網(wǎng)上的網(wǎng)橋。支撐樹算法選擇一個網(wǎng)橋作為支撐樹的根(例如，選擇一個最小序號的網(wǎng)橋)，然后以最短路徑為依據(jù)，找到樹上的每一個結點。當互連局域網(wǎng)的數(shù)目非常大時，支撐樹的算法很花費時間。這時可將大的互連網(wǎng)劃分為多個較小的互連網(wǎng)，然后得出多個支撐樹。源路由網(wǎng)橋透明網(wǎng)橋容易安裝但網(wǎng)絡資源的利用不充分。源路由(sourceroute)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時將詳細的路由信息放在幀的首部中。源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。發(fā)現(xiàn)幀到達目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。交換機與OSI模型交換機與網(wǎng)橋一樣，基于第二層地址進行工作，所以也被歸于數(shù)據(jù)鏈路層設備。交換機（Switch)交換機由網(wǎng)橋發(fā)展而來，與網(wǎng)橋類似，屬于數(shù)據(jù)鏈路層上的網(wǎng)絡互連設備，基于第二層地址進行流量的過濾。多端口的網(wǎng)橋，在其內部配備大容量的交換式背板實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換。將網(wǎng)橋的第二層過濾功能與集線器所具有的集中功能集成到了一起。所有端點都要通過交換機連接起來，交換機為端點提供存儲轉發(fā)和路由選擇功能，使端點間能沿著指定的路徑傳輸數(shù)據(jù)，而不是像共享式網(wǎng)絡那樣把數(shù)據(jù)廣播到每個節(jié)點。SwitchAPDUPPDUFrameBitsPacketSPDUSegment交換機工作示意圖LAN1LAN2LAN3LAN4A001CD201B56LAN1/PORT120017D201B96LAN2/PORT2…………79E17D2019B6LAN4/PORT12洪泛（flood）交換機根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址同交換機端口的映射，并將其寫入MAC地址表中。交換機將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進行比較，以決定由哪個端口進行轉發(fā)。如數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，則向所有端口轉發(fā)。以太網(wǎng)交換機的特點交換機的每個端口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對的端口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)交換機由于使用了專用的交換結構芯片，其交換速率就較高。獨占傳輸媒體的帶寬

對于普通10Mb/s的共享式以太網(wǎng)，若共有N個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10Mb/s)的N分之一。使用以太網(wǎng)交換機時，雖然在每個端口到主機的帶寬還是10Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有N對端口的交換機的總容量為N10Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)

集線器集線器集線器一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網(wǎng)服務器電子郵件服務器以太網(wǎng)交換機路由器交換機的每個端口都連接了一個網(wǎng)絡分段（沖突域）交換機的每個端口都關連了一個沖突域交換機的轉發(fā)方式1、直接交換模式快速轉發(fā)交換（fast-forwardswitching）：收到目的地址就查找相應輸出端口，迅速把幀轉發(fā)出去。無碎片交換（fragment-freeswitching）：只轉發(fā)幀長度大于64B的幀，任何長度小于64B的幀會被立即丟棄。2、存儲轉發(fā)技術：是將需要發(fā)送的信息幀存儲起來，直到完全接收后再進行CRC檢驗，確認正確后再取出幀頭的目的地址，通過查找交換表發(fā)送至目的端口。交換機的3種幀轉發(fā)模式712/62/6246-15004字節(jié)FCSPASALENSFDDALLCPDUPad快速轉發(fā)，具有最小的延時，不提供幀的錯誤檢測。無碎片交換低延時，可過濾碎片幀存貯轉發(fā)高延時，可過濾所有錯誤幀交換機與集線器的比較不同點集線器為物理層設備，只關注原始比特流的傳送，不具備流量過濾功能。會增加沖突。交換機為數(shù)據(jù)鏈路層設備，基于MAC地址在不同網(wǎng)段間進行流量過濾。能隔離沖突。集線器提供共享帶寬，交換機提供專用帶寬

e.g.24口/100M集線器，每個端口帶寬100/24M24口/100M交換機，每個端口帶寬100M相同點：

均具有集中器功能基于硬件地址實現(xiàn)網(wǎng)橋與交換機的比較不同點網(wǎng)橋基于軟件實現(xiàn)，交換機基于硬件實現(xiàn)，所以速度更快交換機比網(wǎng)橋擁有更多的端口和更高的帶寬--多端口網(wǎng)橋交換機具有VLAN功能相同點：

OSI第二層的網(wǎng)絡互連設備基于硬件地址的流量過濾功能主機1向主機2發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，盡管兩者在同一網(wǎng)段，但網(wǎng)絡中的集線器會不加選擇地向所有端口轉發(fā)流量，從而引發(fā)廣播風暴。集線器不具過濾功能21紅色的箭頭表示所有的主機都有收到了集線器轉發(fā)的數(shù)據(jù)，但只有主機2才會給予回應網(wǎng)橋具有流量過濾功能21假定主機1仍向主機器2發(fā)送數(shù)據(jù)包，則只在與其在同一網(wǎng)段中的設備能看到該數(shù)據(jù)包，但不可能通過網(wǎng)橋到達其他網(wǎng)段。交換機同樣具有流量過濾功能121位于同一網(wǎng)段的主機1到主機2的數(shù)據(jù)流量將不會通過交換機到達其他網(wǎng)段交換機作為多端口網(wǎng)橋的交換機可以取代多個網(wǎng)橋的作用，且具有更高的帶寬以太網(wǎng)系列Chapter5-5當前應用最廣泛的局域網(wǎng)是以太網(wǎng)家族。以太網(wǎng)系列技術是目前局域網(wǎng)組網(wǎng)首選的網(wǎng)絡技術?！耙蕴W(wǎng)”是英文ethernet翻譯過來的。以太是物理學名詞，