第3章局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

第3章局域網(wǎng)協(xié)議體系3.1協(xié)議參考模型3.2LLC層3.3MAC層3.4LLC層的變遷3.5參考文獻2007年秋冬3.1協(xié)議參考模型3.1.1概述3.1.2IEEE802參考模型3.1.3IEEE802實現(xiàn)模型3.1.4IEEE802協(xié)議族2007年秋冬3.1.1概述協(xié)議參考模型OSI參考模型：一個抽象的概念和基礎框架TCP/IP參考模型：以N層為中心的實現(xiàn)模型802網(wǎng)絡參考模型：LAN/MAN的參考模型802網(wǎng)絡參考模型DL層：分成LLC/MAC子層目的是適應介質(zhì)訪問技術的復雜性Ph層：可以分成PMI/PMD子層以便在各種傳輸介質(zhì)上構(gòu)造高性能網(wǎng)絡2007年秋冬3.1.2IEEE802參考模型IEEE802RMforES摘自：Fig.1IEEEstd802-2001LLC：LogicalLinkControl邏輯鏈路控制（子層）MAC：MediumAccessControl介質(zhì)訪問控制（子層）LSAP：LinkServiceAccessPoint鏈路服務訪問點MSAP：MACServiceAccessPointMAC服務訪問點PhSAP：PhysicalServiceAccessPoint物理服務訪問點ApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalMediumMediumPhysicalPhysicalMACLLCMACLLCScopeofIEEE802StandardsUpperLayerProtocolsUpperLayerProtocolsMSAPLSAPPhSAP2007年秋冬3.1.2IEEE802參考模型-說明802網(wǎng)絡參考模型由IEEE802委員會制定定義802網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)和協(xié)議體系802網(wǎng)絡的協(xié)議層次與OSI/BRM的對應低二層：DL、PhDL層分為：LLC/MAC兩個子層Ph層越來越復雜，近年來也開始劃分子層大致分為：PMI/PMD子層參考模型定義了各層的服務訪問點物理服務訪問點：PhSAPMAC服務訪問點：MSAP鏈路服務訪問點：LSAP2007年秋冬3.1.2IEEE802參考模型-說明802模型中的LLC子層、MAC子層邏輯鏈路控制子層：LLC與具體的局域網(wǎng)技術無關介質(zhì)訪問控制子層：MAC與具體的局域網(wǎng)技術相關單一的LLC協(xié)議為所有的802網(wǎng)絡共用為所有的高層協(xié)議提供一致的服務訪問點多種MAC協(xié)議可更好的適應不同的局域網(wǎng)技術可以適應各種不同的介質(zhì)訪問技術設置的初衷似乎不錯，但后來的發(fā)展未能如愿2007年秋冬3.1.2IEEE802參考模型-說明802模型中的Ph層和介質(zhì)物理層：Ph層Ph層過于復雜，無法恰當?shù)貧w入一個模型將Ph層的子層劃分放入了802實現(xiàn)模型參考模型包括了對傳輸介質(zhì)的討論OSI模型：通常不予以討論傳輸介質(zhì)不屬于七層模型的一部分模型起源于廣域網(wǎng)，并不直接面對物理介質(zhì)局域網(wǎng)標準直接規(guī)范物理介質(zhì)上的比特傳輸在802參考模型中包括了傳輸介質(zhì)2007年秋冬3.1.3IEEE802實現(xiàn)模型802實現(xiàn)模型特別加強了物理層的結(jié)構(gòu)DLPHY高層MIIMDImediumLLCMACPMIPMDLLC：邏輯鏈路控制子層MAC：介質(zhì)訪問控制子層PMI：物理介質(zhì)無關子層

PhysicalMediumIndependentsublayerPMD：物理介質(zhì)相關子層PhysicalMediumDependentsublayerMII：介質(zhì)無關接口MediumIndependentInterfaceMDI：介質(zhì)相關接口MediumDependentInterface2007年秋冬3.1.4IEEE802標準族IEEE802標準族成員及其相互關系摘自：IEEEstd802.1Q-20032007年秋冬IEEE802.1:綜述、編址、橋接、管理、……IEEE802.2:屏蔽不同類型的LAN，向上提供一致的服務IEEE802.3/11/15/16/17，……定義不同類型的LAN/MAN內(nèi)容包括：MAC協(xié)議、物理接口、介質(zhì)需求所有的LAN具有相同的LLC子層及不同的MAC子層和物理層不同的MAC和物理層構(gòu)成了不同的LAN3.1.4IEEE802標準族-簡圖802.3……802.2802.11物理層數(shù)據(jù)鏈路層PHYMACLLCOSI層次LAN層次802.17…802.12007年秋冬3.2LLC層3.2.1LLC概述3.2.2LLC服務3.2.3LLCPDU3.2.4LLC地址3.2.5LLC協(xié)議應用模式2007年秋冬3.2.1LLC概述LLC協(xié)議：源于HDLC標準LLC提供DL層的功能兩個站點間DL_PDU的傳送支持共享介質(zhì)上的多路訪問組播/廣播功能LLC：當年位于中心位置向下支持多種MAC協(xié)議向上層提供統(tǒng)一接口：LSAP當前的演變、正在退出實用2007年秋冬3.2.2LLC服務LLC提供的基本服務無確認無連接服務Unacknowledgedconnectionless-modeservices連接式服務Connection-modeservices有確認無連接式服務Acknowledgedconnectionless-modeservices2007年秋冬3.2.3PDU與數(shù)據(jù)封裝LSAPXLLCMACPHYLLCLLCMACPHYLLCX站點A站點BDATADATADATALLC頭DATAMAC尾MAC頭LLCPDUMAC幀LLC頭DATAPDU：逐層加封PCI（包括地址等）2007年秋冬LLC頭部：LLC協(xié)議信息含源/宿LLC地址（DA/SA）及其他控制信息MAC頭部：MAC協(xié)議信息含源/宿MAC地址及其他控制信息MAC尾部：FCS，用于對MAC幀檢錯一般而言，協(xié)議頭部在各層協(xié)議中是必要的

源、宿地址指明誰與誰通信其他控制信息指明如何實現(xiàn)通信3.2.3LAN協(xié)議頭部信息2007年秋冬IPIPX...3.2.4LLC地址LLC地址是LLC的LSAP地址的簡稱LLC地址標識一個LLC用戶LLC用戶通常是網(wǎng)絡層的一個實體網(wǎng)絡層有多個用戶：通常是多種網(wǎng)絡層協(xié)議LLC/SAPLLC支持多重SAP每一個SAP都有自己的LLC地址LLCMACPHYLLCLSAP2007年秋冬3.2.4LLC地址——舉例LSAP分配：RFC1700-1994LSAP 說明 備注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層3.3.1背景3.3.2MAC層的功能3.3.3介質(zhì)訪問控制技術3.3.4MAC幀結(jié)構(gòu)3.3.5MAC地址3.3.6MAC服務3.3.7MAC幀發(fā)送與接收2007年秋冬3.3.1背景早期：局域網(wǎng)大都使用共享信道必須提供對傳輸介質(zhì)進行訪問控制的機制，這就是MAC協(xié)議目前：高性能局域網(wǎng)正在使用獨享信道不需要介質(zhì)訪問控制協(xié)議在高性能局域網(wǎng)標準中，介質(zhì)訪問控制協(xié)議名存實亡以太網(wǎng)的CSMA/CD在點對點鏈路中并不使用萬兆位以太網(wǎng)已經(jīng)不支持共享信道MAC協(xié)議仍然是重要的研究課題在新的接入網(wǎng)技術中使用是學術論文的重要題材2007年秋冬3.3.2MAC層功能編址成幀幀發(fā)送與接收幀過濾介質(zhì)訪問控制向上層提供無連接的服務MAC的功能基本上由網(wǎng)卡（NIC）來完成

網(wǎng)卡硬件與主機獨立，有CPU、ROM、RAM等獨立對MAC幀進行處理，不占主機的時間和空間介質(zhì)訪問管理

完成物理層的功能：編/解碼，同步等2007年秋冬3.3.3介質(zhì)訪問控制技術共享信道環(huán)境一定需要信道訪問控制信道訪問控制面臨的問題Where：在哪里控制？集中式控制與分布式控制目前多使用分布式仲裁機制How：如何控制？靜態(tài)分配與動態(tài)分配典型的控制機制輪轉(zhuǎn)、預約、爭用2007年秋冬3.3.3.1典型MAC技術－輪轉(zhuǎn)時間片輪轉(zhuǎn)，各站點輪流得到傳輸時間片使用時間片長度可能受限仲裁：集中、分布皆可優(yōu)點適用于各站點普遍需要發(fā)送數(shù)據(jù)重載性能好典型實例集中式：輪詢分布式：令牌環(huán)2007年秋冬3.3.3.2典型MAC技術－預約預約技術的基本特點各站點預約成功后方可傳輸數(shù)據(jù)仲裁：集中、分布皆可優(yōu)點適應長時延信道：提前預約典型實例預約ALOHA：用于衛(wèi)星信道2007年秋冬3.3.3.3典型MAC技術－爭用爭用技術基本特點各站點競爭成功立即使用仲裁：通常是分布式仲裁優(yōu)點輕載網(wǎng)絡時延短典型實例是局域網(wǎng)最常用的MAC機制CSMA系列2007年秋冬3.3.4MAC幀結(jié)構(gòu)MAC幀通用格式不同的LAN具有相似幀格式，控制信息有差異如：以太幀有長度控制，802.5幀有優(yōu)先級等同步位DATA幀頭用于幀同步、幀定位，硬件完成（物理層）源、目地址及其他控制信息上層數(shù)據(jù)幀尾校驗字段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單播、組播、廣播地址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站點間識別的唯一標識LAN站點的相互通信的地址在一個LAN中地址唯一MAC地址通常使用網(wǎng)卡的MAC地址MAC地址并不標識一個MAC用戶而是標識MAC實體本身！2007年秋冬3.3.5.1MAC地址概述MAC地址是邏輯地址還是硬件地址？MAC地址是一個邏輯地址在組建MAC幀時使用的源或目的地址通常，首次初始化時直接使用網(wǎng)卡硬件地址MAC地址可以人工更改，則組幀時使用更改后的MAC地址注意：MAC地址的更改，并不等于網(wǎng)卡地址更改了！網(wǎng)卡地址是幾乎不能更改的！2007年秋冬3.3.5.1MAC地址概述地址長度：通常采用48位地址標準定義了16位、48位兩種地址地址分類按管理策略分類：全局地址和局部地址全局地址：網(wǎng)卡的硬件地址，全世界唯一局部地址：人為設置的地址，一個局域網(wǎng)內(nèi)唯一按通信對象分類：廣播、組播和單播地址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

全局地址固化在網(wǎng)卡硬件上全局地址全世界唯一IEEE向全世界網(wǎng)卡生產(chǎn)廠分配廠商代號OUI（organizationalUniqueIdentifier),占前3字節(jié),保證網(wǎng)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，更換網(wǎng)卡則站點MAC地址隨之改變好處：網(wǎng)上的新老設備不會發(fā)生地址沖突不利之處：地址不連續(xù)，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，可以根據(jù)需要更改一般只在本地網(wǎng)絡中使用本地地址本地網(wǎng)中唯一可按一定規(guī)律配置本地地址如：樓號—樓層號—辦公室—……等編址好處：主機更換網(wǎng)卡可不改變MAC地址（設置）不利之處：加重管理員的負擔，必須人工配置網(wǎng)卡壞了換新卡時必須重新配置特別提醒若不手動設置MAC地址，則站點的MAC地址為網(wǎng)卡的固化地址如手動設置了MAC地址，則站點的MAC地址為手動設置的地址2007年秋冬3.3.5.2單播、組播、廣播地址單播地址（Uncast)表示一個站的唯一地址組播地址（mulitcast)表示一組站的地址廣播地址(boardcast)LAN所有站的地址48位全1FF-FF-FF-FF-FF-FF注：網(wǎng)卡能識別的地址：一般能識別單播地址和廣播地址要接收組播幀，必須對網(wǎng)卡進行配置2007年秋冬3.3.5.2單播、組播、廣播地址假設A、B、C、D四站屬于同一個沖突域（共享域），請問下列各種情況下，MAC幀的目的地址可能是何種地址？（假設MAC幀到達各站都是無錯的）A、B將數(shù)據(jù)上交高層，其他站丟棄。A將數(shù)據(jù)上交高層，其他站丟棄。A、B、C、D各站都將數(shù)據(jù)上交高層。A、B、C、D各站都丟棄。2007年秋冬3.3.5.3MAC地址表示法802標準中的傳送順序高八位組先傳、低八位組后傳每八位組中，低位先傳、高bit位后傳MAC地址示例(以下是線路是發(fā)送的順序）001101010111101100010010000000000000000000000001

Hexdecimalrepresentation（IETF）

十六進制表示法：AC-DE-48-00-00-80（機內(nèi)存儲順序）

Bit-reversedrepresentation（IEEE）

比特反轉(zhuǎn)表示法：35:7B:12:00:00:01（線路發(fā)送順序）八位組八位組 八位組高到低順序b7b0低到高位2007年秋冬3.3.6MAC服務數(shù)據(jù)發(fā)送請求MA-UNITDATArequest數(shù)據(jù)到達指示MA-UNITDATAindication發(fā)送狀態(tài)指示MA-UNITDATA-STATUSindication向上層提供前一數(shù)據(jù)發(fā)送請求的狀態(tài)信息僅具有本端含義例如，CSMA/CD網(wǎng)絡中的“沖突過多”狀態(tài)2007年秋冬3.3.6MAC子層提供的服務質(zhì)量

無連接，盡力而為

只負責將MAC幀盡可能快的傳到信道只簡單的丟棄無效幀，無差錯恢復功能幀中不含序號，丟失幀MAC子層不知道不保證可靠的服務，可靠性由上層保證2007年秋冬3.3.7MAC幀發(fā)送與接收（網(wǎng)卡完成）工作站對幀發(fā)送MAC幀頭中含源、目MAC地址目的MAC地址由上層提供目的MAC地址可為單播、組播或廣播上層數(shù)據(jù)高層MAC幀MAC層MAC幀同步位物理層編碼位流通過介質(zhì)發(fā)送2007年秋冬3.3.7MAC幀發(fā)送與接收（網(wǎng)卡完成）工作站對幀接收收到幀NoYes有效幀？NoYes剝?nèi)^幀尾數(shù)據(jù)交上層丟棄？指向本站目的地址丟棄無效幀什么是無效幀？

四種可接收情況

單播、廣播，地址相符的組播

單播、廣播

單播、廣播、所有組播所有幀（監(jiān)控用）長度不是整字節(jié)數(shù)

長度不在規(guī)定范圍之內(nèi)校驗出錯2007年秋冬3.4LLC層的變遷