計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件：ch4 介質(zhì)訪問子層

1、1,第四章 介質(zhì)訪問子層,2,介質(zhì)訪問子層(MAC)?,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以分成兩類 點(diǎn)到點(diǎn)連接的網(wǎng)絡(luò)。如：大多數(shù)廣域網(wǎng) 廣播信道（多路訪問信道或隨機(jī)訪問信道）的網(wǎng)絡(luò)。如：大多數(shù)局域網(wǎng) 關(guān)鍵問題：如何解決對(duì)信道爭(zhēng)用 誰解決這個(gè)問題呢？ 介質(zhì)訪問控制協(xié)議（MAC，Medium Access Control） 解決信道爭(zhēng)用的協(xié)議，即用于多路訪問信道上確定下一個(gè)使用者的協(xié)議 是數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的一部分,3,介質(zhì)訪問子層(MAC)?,MAC層所處位置,網(wǎng)絡(luò)層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,高層,OSI,4,主要內(nèi)容,信道分配問題 多路訪問協(xié)議 以太網(wǎng) 無線LAN 數(shù)據(jù)鏈路層交換,5,4.1 信道分配問題,問題 如何在多

2、個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的用戶之間分配單個(gè)廣播信道 分配方式 靜態(tài)分配 FDM TDM 動(dòng)態(tài)分配,6,信道的靜態(tài)分配,頻分多路復(fù)用（FDM）/時(shí)分多路復(fù)用（TDM） 原理：如果總共N個(gè)用戶，則整個(gè)帶寬分成CN2等分（頻帶/時(shí)槽），每個(gè)用戶分配一份 優(yōu)點(diǎn)：適合于用戶較少，數(shù)目基本固定，且各用戶的通信量都較大的情況 缺點(diǎn)： 無法靈活地適應(yīng)站點(diǎn)數(shù)及其通信量的變化 不能適應(yīng)突發(fā)性流量,7,信道的動(dòng)態(tài)分配,信道分配模型的五個(gè)基本假設(shè) 站模型（station model） 每個(gè)站點(diǎn)是獨(dú)立的，并以統(tǒng)計(jì)固定的速率產(chǎn)生幀，一幀產(chǎn)生后到被發(fā)送走之前，站點(diǎn)被封鎖 單通道假設(shè)（single channel） 所有的通信都是通過單一的信

3、道來完成的，各個(gè)站點(diǎn)都可以從該信道上收發(fā)信息,8,信道的動(dòng)態(tài)分配,沖突假設(shè)（collision assumption） 若兩幀同時(shí)發(fā)出，會(huì)相互重疊，結(jié)果使信號(hào)無法辨認(rèn)，稱為沖突 所有的站點(diǎn)都能檢測(cè)到?jīng)_突，沖突幀必須重發(fā)。除了沖突而產(chǎn)生錯(cuò)誤外，沒有其它錯(cuò)誤 連續(xù)時(shí)間（continous time）和分槽時(shí)間（slotted time） 連續(xù)時(shí)間 幀在任何時(shí)刻都可以開始發(fā)送，沒有時(shí)槽的概念 分槽時(shí)間 時(shí)間被分成離散的間隔（即時(shí)槽），幀總在時(shí)槽開始的一瞬間開始發(fā)送,9,信道的動(dòng)態(tài)分配,載波幀聽（carrier sense）和無載波幀聽（no carrier sense） 載波幀聽 所有站在使用信道之

4、前都檢測(cè)信道是否正在使用 如果信道忙，則沒有站企圖使用信道，如此下去直到信道空閑為止 無載波幀聽（no carrier sense） 各站在使用信道前不檢測(cè)信道，只是盲目地發(fā)送，以后再判斷這次是否發(fā)送成功,10,4.2 多路訪問協(xié)議,多路訪問協(xié)議 在多路訪問信道上確定下一個(gè)使用者的協(xié)議 分類 ALOHA協(xié)議 純ALOHA 分槽ALOHA 載波偵聽多路訪問協(xié)議（CSMA） 1-持續(xù)CSMA 非持續(xù)CSMA p-持續(xù)CSMA CSMA/CD,11,4.2.1 ALOHA協(xié)議,70年代，夏威夷大學(xué)的Norman Abramson和他的同事設(shè)計(jì)的，用于解決信道的分配問題 可用于“多個(gè)無協(xié)調(diào)關(guān)系的用戶競(jìng)

5、爭(zhēng)單個(gè)共享信道使用權(quán)”的系統(tǒng) 分類 純ALOHA協(xié)議 分槽ALOHA協(xié)議,12,純ALOHA,基本思想 用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，就讓它們發(fā)送 然后監(jiān)聽信道是否產(chǎn)生沖突，若產(chǎn)生沖突，則等待一段隨機(jī)的時(shí)間重發(fā),在純ALOHA中，幀的傳輸完全是在任意時(shí)間進(jìn)行的,13,純ALOHA,沖突發(fā)生 任何時(shí)候只要兩幀同時(shí)使用信道就會(huì)產(chǎn)生沖突，破壞兩幀 兩幀只要有1位的重疊，這兩幀都將被完全毀壞，稍后都要重傳 純ALOHA信道的利用率最好為18.4%,14,分槽ALOHA,基本思想 把時(shí)間分成離散的間隔，每個(gè)間隔對(duì)應(yīng)于發(fā)送一幀所需時(shí)間 每個(gè)站點(diǎn)只能在時(shí)槽開始時(shí)才允許發(fā)送 其他過程與純ALOHA相同 犧牲了隨機(jī)性來提

6、高利用率0.368 必須全局時(shí)間同步,15,4.2.2 載波偵聽多路訪問,載波偵聽多路訪問（CSMA, Carrier Sense Multiple Access） 站點(diǎn)在發(fā)送幀之前，首先監(jiān)聽信道是否存在載波，若有載波，說明已有用戶在使用信道，則不發(fā)送幀以避免沖突 分類 1-持續(xù)CSMA 非持續(xù)CSMA p-持續(xù)CSMA CSMA/CD,16,1-持續(xù)CSMA,原理 若站點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送，先監(jiān)聽信道 若站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)信道空閑，則發(fā)送 若信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽直至發(fā)現(xiàn)信道空閑，立即開始發(fā)送 若產(chǎn)生沖突，等待一隨機(jī)時(shí)間，然后重新開始發(fā)送過程 優(yōu)點(diǎn) 減少了信道空閑時(shí)間 缺點(diǎn) 增加了發(fā)生沖突的概率,17,非持續(xù)CS

7、MA,原理 若站點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送，先監(jiān)聽信道 若站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)信道空閑，則發(fā)送 若信道忙，等待一隨機(jī)時(shí)間，然后重新開始發(fā)送過程 若產(chǎn)生沖突，等待一隨機(jī)時(shí)間，然后重新開始發(fā)送過程 優(yōu)點(diǎn) 減少了沖突的概率 缺點(diǎn) 增加了信道空閑時(shí)間，數(shù)據(jù)發(fā)送延遲增大 信道效率比1-堅(jiān)持CSMA高，傳輸延遲比1-堅(jiān)持CSMA大,18,p-持續(xù)CSMA,適用于分槽信道 原理 若站點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送，先監(jiān)聽信道 若站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)信道空閑，則以概率p發(fā)送，以概率q =1- p 延遲至下一個(gè)時(shí)槽發(fā)送。若下一個(gè)時(shí)槽仍空閑，重復(fù)此過程，直至數(shù)據(jù)發(fā)出或時(shí)槽被其他站點(diǎn)所占用 若信道忙，則等到下一個(gè)時(shí)槽，重新開始 若產(chǎn)生沖突，等待一隨機(jī)時(shí)間，然后重新開始,

8、19,載波偵聽多路訪問 CSMA,堅(jiān)持退避算法,20,Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 引入原因 當(dāng)兩個(gè)幀發(fā)生沖突時(shí)，兩個(gè)被損壞幀繼續(xù)傳送毫無意義，而且信道無法被其他站點(diǎn)使用，對(duì)于有限的信道來講，造成很大的浪費(fèi) 如果站點(diǎn)邊發(fā)送邊監(jiān)聽，并在監(jiān)聽到?jīng)_突之后立即停止發(fā)送，可以提高信道的利用率,帶沖突檢測(cè)的CSMA(CSMA/CD),21,CSMA/CD,原理 發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑 若空閑則立即發(fā)送 若信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽，一旦空閑就立即發(fā)送 在發(fā)送過程中，仍需繼續(xù)監(jiān)聽 若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，然后發(fā)送一串干擾信號(hào) 等待一段隨機(jī)時(shí)

9、間（稱為退避）以后，再重新嘗試 歸結(jié)為四句話 發(fā)前先偵聽，空閑即發(fā)送，邊發(fā)邊檢測(cè)，沖突時(shí)退避,22,CSMA/CD,一個(gè)站點(diǎn)確定發(fā)生沖突要花多少時(shí)間？ 即經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間可以抓住信道(考慮最差的情況),23,CSMA/CD,一個(gè)站點(diǎn)確定發(fā)生沖突要花多少時(shí)間？即經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間可以抓住信道(考慮最差的情況) 假設(shè)兩個(gè)相距最遠(yuǎn)的站間傳播信號(hào)所需時(shí)間為。在t0時(shí)刻，一個(gè)站開始發(fā)送數(shù)據(jù)；在-時(shí)刻（信號(hào)到達(dá)最遠(yuǎn)站之前的那一時(shí)刻），最遠(yuǎn)站開始發(fā)送數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)在2-時(shí)刻才能到達(dá)原來的那個(gè)站 最差的情況下，當(dāng)一個(gè)站發(fā)送了2之后還沒有監(jiān)聽到?jīng)_突，就確保它抓住了信道,24,CSMA/CD協(xié)議的時(shí)間槽,時(shí)間槽能夠檢測(cè)到?jīng)_

10、突的時(shí)間區(qū)間（也稱為爭(zhēng)用時(shí)隙或碰撞窗口） 若兩個(gè)相距最遠(yuǎn)的站點(diǎn)之間傳播時(shí)延為a，則時(shí)間槽2a。,站點(diǎn)2 發(fā)送幀,站點(diǎn)2 停止發(fā)送,當(dāng)0時(shí)，將不會(huì)再發(fā)生沖突。這時(shí)，時(shí)間槽2a。 最差的情況下，當(dāng)一個(gè)站發(fā)送了2a之后還沒有監(jiān)聽到?jīng)_突，就確保它抓住了信道,25,時(shí)間槽的意義： 一個(gè)站點(diǎn)開始發(fā)送后，若在時(shí)間槽內(nèi)沒有檢測(cè)到?jīng)_突，則本次發(fā)送不會(huì)再發(fā)生沖突； 以太網(wǎng)中，時(shí)間槽51.2s 傳輸速率10Mb/s時(shí)，一個(gè)時(shí)間槽內(nèi)可發(fā)送512bits，即64字節(jié)（所以也稱一個(gè)時(shí)間槽長(zhǎng)度為64字節(jié)） 。 由此可知： 1. 沖突只可能在一幀的前64字節(jié)內(nèi)發(fā)生； 2. 幀長(zhǎng)度小于64字節(jié)時(shí)，將無法檢測(cè)出沖突； 以太網(wǎng)規(guī)定

11、，最小幀長(zhǎng)度為64字節(jié) 3. 長(zhǎng)度小于64字節(jié)的幀（碎片幀）都是無效幀。 想一想：什么情況下會(huì)產(chǎn)生碎片幀？,26,與時(shí)間槽相關(guān)的幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)參數(shù),采用CSMA/CD的局域網(wǎng)中，由于時(shí)間槽的限制，傳輸速率R、網(wǎng)絡(luò)跨距S、最小幀長(zhǎng)Fmin三者之間必須滿足一定的關(guān)系： FminkSR k:系數(shù) 可以看出： 最小幀長(zhǎng)度不變時(shí)，傳輸率越高，網(wǎng)絡(luò)跨距就越小； 傳輸率固定時(shí)，網(wǎng)絡(luò)跨距越大，最小幀長(zhǎng)度就應(yīng)該越大； 網(wǎng)絡(luò)跨距固定時(shí)，傳輸率越高，最小幀長(zhǎng)度就應(yīng)該越大。 非常重要的結(jié)論！,CSMA/CD 信道狀態(tài),傳送 競(jìng)爭(zhēng) 傳送 空閑 傳送,爭(zhēng)用期,站A,站B,B發(fā)現(xiàn)沖突,A發(fā)現(xiàn)沖突,干擾信號(hào),B監(jiān)聽到信道空閑,TJ

12、,TB,設(shè)站B在站A發(fā)送之后TB 時(shí)刻開始 發(fā)送，單程傳播時(shí)延為 ，干擾信號(hào) 的發(fā)送時(shí)延為TJ ，則 爭(zhēng)用期 = 爭(zhēng)用期 ,TB + 2 + TJ,TJ + 2 ,TJ + 3,2,29,CSMA/CD,在沖突發(fā)生后，短時(shí)間內(nèi)可探測(cè)到 則，立即中斷傳輸, 減少信道的時(shí)間浪費(fèi) 沖突檢測(cè): 在有線 LAN中簡(jiǎn)便易行: 檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度, 比較收、發(fā)的信號(hào) 在無線 LAN比較困難: 發(fā)送時(shí)接收器是關(guān)閉的 人類社會(huì)的范例: 彬彬有禮的交談?wù)?30,CSMA/CD的優(yōu)缺點(diǎn),控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)； 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載輕時(shí)，有較好的性能： 3040以內(nèi) 延遲時(shí)間短、速度快 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重時(shí)，性能急遽下降： 7080以上 沖突數(shù)

13、量的增長(zhǎng)使網(wǎng)絡(luò)速度大幅度下降,31,4.2.3 無沖突協(xié)議,無沖突協(xié)議 沖突根本不會(huì)發(fā)生 嚴(yán)格協(xié)調(diào)訪問來避免沖突 分類 位圖協(xié)議 二進(jìn)制倒計(jì)數(shù)協(xié)議（自學(xué)）,32,工作原理 共享信道上有N個(gè)站，競(jìng)爭(zhēng)周期分為N個(gè)時(shí)槽，如果一個(gè)站有幀發(fā)送，則在對(duì)應(yīng)的時(shí)槽內(nèi)發(fā)送比特1 N個(gè)時(shí)槽之后，每個(gè)站都知道哪個(gè)站要發(fā)送幀，這時(shí)按站序號(hào)發(fā)送 最后一個(gè)站傳送完幀后，另一個(gè)N位的競(jìng)爭(zhēng)周期又開始了,位圖協(xié)議,33,位圖協(xié)議,在實(shí)際發(fā)送信息前先廣播發(fā)送請(qǐng)求的協(xié)議稱為預(yù)留協(xié)議（reservation protocol） 缺點(diǎn) 與站序號(hào)有關(guān)的不平等性，序號(hào)大的站得到的服務(wù)好 每個(gè)站都有 1 比特的額外開銷,34,4.2.3 無

14、沖突協(xié)議,無沖突協(xié)議 沖突根本不會(huì)發(fā)生 嚴(yán)格協(xié)調(diào)訪問來避免沖突 分類 位圖協(xié)議 二進(jìn)制倒計(jì)數(shù)協(xié)議（自學(xué)）,35,4.2.6 無線局域網(wǎng)協(xié)議,WLAN不能使用CSMA/CD的原因 避免沖突的多路訪問（MACA, Multiple Access with Collision Avoidance） 無線的MACA,36,WLAN不能使用CSMA/CD的原因,以太網(wǎng)中 一個(gè)站只要等到以太網(wǎng)空閑，就可以傳輸數(shù)據(jù) 如果一個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)2a后還沒有監(jiān)聽到?jīng)_突，則可以認(rèn)為該幀已被正確遞交了 在無線環(huán)境中，這樣的條件成立？,37,隱藏站問題 當(dāng)A向B傳送數(shù)據(jù)的時(shí)候，如果C正在檢測(cè)信道的話，則它不會(huì)聽到A，它會(huì)錯(cuò)誤

15、的認(rèn)為它可以向B傳送數(shù)據(jù) 若C真的開始傳送數(shù)據(jù)了，則在B處產(chǎn)生干擾，擾亂了A發(fā)送的數(shù)據(jù) 由于競(jìng)爭(zhēng)者離得太遠(yuǎn)而導(dǎo)致了一個(gè)站不能檢測(cè)到潛在的介質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,這個(gè)問題稱為隱藏站問題,WLAN不能使用CSMA/CD的原因,B?,38,WLAN不能使用CSMA/CD的原因,暴露站問題 當(dāng)B向A發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候， 若C正在檢測(cè)介質(zhì)，則它將會(huì)聽到有一個(gè)傳輸在進(jìn)行，錯(cuò)誤的認(rèn)為它不能給D發(fā)送數(shù)據(jù) 實(shí)際上C所監(jiān)聽到的傳輸過程只會(huì)影響到B和C之間的重疊區(qū)域的接收過程，不會(huì)影響到它的接收方D所在的區(qū)域，這個(gè)問題稱作暴露站問題,D?,39,WLAN不能使用CSMA/CD的原因,以太網(wǎng)中 一個(gè)站只要等到以太網(wǎng)空閑，就可以傳輸

16、數(shù)據(jù) 如果一個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)2a后還沒有監(jiān)聽到?jīng)_突，則可以認(rèn)為該幀已被正確遞交了 在無線環(huán)境中，這樣的條件不成立 隱藏站問題 暴露站問題 大多數(shù)無線電設(shè)備都是半雙工的,40,無線LAN不能使用CSMA/CD的原因,大多數(shù)無線電設(shè)備都是半雙工的 它們不能同時(shí)在一個(gè)頻率上既傳輸數(shù)據(jù)，又監(jiān)聽噪聲尖峰,41,避免沖突的多路訪問（MACA）,MACA的基本思想 發(fā)送方刺激一下接收方，讓它輸出一個(gè)短幀， 接收方附近的站可以檢測(cè)到該幀，從而在接下來的數(shù)據(jù)幀傳輸過程中他們不再發(fā)送數(shù)據(jù)了,42,MACA舉例：A向B發(fā)送數(shù)據(jù)：,A先給B發(fā)送一個(gè)RTS，包含將要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度。 然后B用一個(gè)CTS作為應(yīng)答，也包含了

17、數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度。 A收到CTS幀后便開始向B傳輸幀。 如果一個(gè)站聽到RTS幀，它在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持沉默，以便A能在無沖突情況下接收CTS，之后可向其他站點(diǎn)發(fā)送幀 如果一個(gè)站聽到CTS幀，它必須一直保持沉默，直到B接收完整個(gè)幀。檢查收到的CTS幀即知道要等多長(zhǎng)時(shí)間 如果一個(gè)站RTS和CTS幀都聽到了怎么辦？,(a) A給B發(fā)送一個(gè)RTS； (b) B向A送回一個(gè)CTS,RTS: request-to-send CTS: clear-to-send,43,MACA,MACA的沖突仍可能發(fā)生 B和C同時(shí)給A發(fā)送RTS幀，產(chǎn)生沖突， 一個(gè)失敗的發(fā)送方（即在期望的時(shí)間間隔內(nèi)沒有聽到CTS）將等待一段隨機(jī)

18、時(shí)間，以后再重試,44,無線的MACA（MACAW）,MACAW是對(duì)MACA的改進(jìn)。如： 在每個(gè)成功的數(shù)據(jù)幀后引入一個(gè)ACK幀 加入載波檢測(cè) 為每個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)流（即源-目的對(duì)）運(yùn)行后退算法，而不是為每個(gè)站運(yùn)行后退算法 增加了供各個(gè)站間交換有關(guān)擁塞信息的機(jī)制等,45,4.3 以太網(wǎng),IEEE 802協(xié)議 IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)定義了若干種LAN，包括對(duì)物理層、MAC子層的定義和描述,46,IEEE802 標(biāo)準(zhǔn),ANSI/IEEE Std 802-1990， IEEE Standards for LAN/MAN: Overview and Architecture. 802.1， Overvie

19、w and architecture of LANs 802.2，1989 LLC 802.3， 1983 (CSMA/CD) Type 10BASE-X 802.3， 1995 100Mbps Fast Ethernet 802.3z， 1998 Gigabit Ethernet， on fiber optic cable 802.4，Token-Passing Bus Specifications 802.5e， Token Ring Specifications 802.6， Distributed Queue Dual Bus (DQDB) for MAN 802.7，1989， Br

20、oadband Local Area Networks 802.8， Fiber Optic TAG 802.9， Isochronous Services CSMA/CD MAC Service 802.10，1992， IEEE Standards for Interoperable LAN/MAN Security 802.11， Wireless LAN 802.12， LAN/MAN Demand Priority,47,IEEE802 標(biāo)準(zhǔn),802.14， Cable Modem 802.15， Wireless Personal Area Network (WPAN) 802.1

21、6， Broadband Wireless Access 802.17， Resilient Packet Ring 802.18， Radio Regulatory TAG 802.19， Coexistence TAG 802.20， Mobile Broadband Wireless Access (MBWA),48,以太網(wǎng)簡(jiǎn)介,70年代，Xerox公司的Bob Metcalfe和David Boggs設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)2.94Mbps的采用CSMA/CD協(xié)議的Ethernet,A drawing of the first Ethernet system by Bob Metcalfe,4

22、9,以太網(wǎng)簡(jiǎn)介,1978年，DEC，Intel， Xerox擬定了10Mbps的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，稱為DIX標(biāo)準(zhǔn) 1983年，經(jīng)過小的修改，DIX標(biāo)準(zhǔn)變成IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn),最初的以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),50,4.3.1 以太網(wǎng)電纜,10Base5（粗以太網(wǎng)） 10：信號(hào)在電纜上的傳輸速率為10Mbps Base：電纜上的信號(hào)是基帶信號(hào) 5：每一段電纜的最大長(zhǎng)度為500m 10Base5以太網(wǎng)的主要缺點(diǎn) 布線很貴，且安裝很不方便， 故障定位困難,粗以太網(wǎng),10 Base 5,51,以太網(wǎng)電纜-10Base2,10Base2（細(xì)以太網(wǎng)） 2：表示距離約為200m 10Base2的優(yōu)點(diǎn) 采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的BN

23、C T型接頭進(jìn)行連接，使用靈活，可靠性高 細(xì)纜的價(jià)格便宜，且在布線轉(zhuǎn)角處易轉(zhuǎn)彎 10Base2的缺點(diǎn) 適用范圍小，故障定位困難,52,以太網(wǎng)電纜-10Base2,終端匹配器,T型接頭,BNC接頭,53,以太網(wǎng)電纜-10BaseT,10Base-T 使用星形網(wǎng)拓?fù)?，在星形網(wǎng)的中心使用集線器 每個(gè)站用一根專用的雙絞線連接到集線器 10Base-T優(yōu)點(diǎn) 增添或移去站點(diǎn)非常方便 易于檢測(cè)到電纜故障，易于維護(hù) 10Base-T缺點(diǎn) 從集線器出來的電纜的最大長(zhǎng)度只有100米。,54,屏蔽雙絞線 (STP) 非屏蔽雙絞線 (UTP)(Shielded Twisted Pair)(Unshielded Twi

24、sted Pair),以鋁箔屏蔽以減少 干擾和串音,3類、5類、6類 （16M、155M、1200M） 雙絞線外沒有任何附加屏蔽,55,雙絞線（UTP），兩頭壓接RJ45連接器； 所有站點(diǎn)都與HUB （集線器）相連接； HUB的作用：信號(hào)放大與整形 轉(zhuǎn)發(fā)器/中繼器/HUB物理層設(shè)備(工作在物理層)。 星形拓?fù)洌壿嬐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)仍然是總線。,NIC,HUB,雙絞線以太網(wǎng)（10Base-T）,RJ-45連接器,56,10Base-T hub， with 10Base-T cables connecting computers to the hub,57,雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn) 在以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)中，10Mbp

25、s雙絞線系統(tǒng)采用的線序：1、2兩根線為一對(duì)，3、6兩根線為另一對(duì)。 色標(biāo) Pin# Signal 白橙 1 TD+ 橙 2 TD- 白綠 3 RD+ 藍(lán) 4 不用 白藍(lán) 5 不用 綠 6 RD- 白棕 7 不用 棕 8 不用,58,以太網(wǎng)電纜-10BaseT,直接連接法 主要用于計(jì)算機(jī)連接集線器（/交換機(jī)） 線序 橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕 橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕,雙 絞 線 如 何 連 ？,59,以太網(wǎng)電纜-10BaseT,交叉連接法 適用于兩臺(tái)計(jì)算機(jī)直接連接, 或者兩臺(tái)集線器（/交換機(jī)）互連 線序 橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕 綠白、綠、橙白、藍(lán)、藍(lán)白

26、、橙、棕白、棕,雙 絞 線 如 何 連 ？,60,以太網(wǎng)電纜-10BaseF,10Base-F 使用光纖作為傳輸媒體 10Base-F優(yōu)點(diǎn) 具有極好的抗干擾性 可以用于長(zhǎng)距離連接 10Base-F缺點(diǎn) 成本太高,61,以太網(wǎng)電纜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),(a) 線形,(b) 主干,(c) 樹形,(d) 分段,62,中繼器（repeater）擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)范圍 雙向接收、放大并重發(fā)信號(hào) 是一個(gè)物理層設(shè)備，,以太網(wǎng)電纜,?,63,4.3.2 以太網(wǎng)編碼方案-曼徹斯特編碼,二進(jìn)制編碼,位流,曼徹斯特編碼,差分曼徹斯特 編碼,此處有相變，表示0,此處無相變，表示1,64,4.3.3 以太網(wǎng)MAC子層協(xié)議,DIX以太網(wǎng),幀格

27、式：,IEEE 802.3,65,DIX以太網(wǎng),先導(dǎo)域 先導(dǎo)域包含了位模式10101010，這個(gè)位模式經(jīng)過曼徹斯特編碼后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)10MHz的方波（持續(xù)6.4s），從而使接收方與發(fā)送方的時(shí)鐘同步 幀起始(IEEE802.3) 為了與802.4與802.5兼容,IEEE 802.3,66,目的地址和源地址 標(biāo)準(zhǔn)中允許是使用2字節(jié)或6字節(jié)的地址， 但10Mbps基帶標(biāo)準(zhǔn)定義的參數(shù)只使用6字節(jié)地址 前三個(gè)字節(jié)表示供應(yīng)商標(biāo)識(shí)，后三個(gè)字節(jié)表示供應(yīng)商對(duì)網(wǎng)卡的唯一標(biāo)識(shí) 目標(biāo)地址 第1個(gè)字節(jié)的最低位為“0”：普通地址。如： 00:13:E8:A3:D2:A9 第1個(gè)字節(jié)的最低位為“1”：多播地址。允許多個(gè)站點(diǎn)

28、使用同一地址。如：01:00:5E:00:00:01 全部位為“1”：廣播地址。如：FF:FF:FF:FF:FF:FF,DIX以太網(wǎng),IEEE 802.3,67,長(zhǎng)度域或類型域 類型域（DIX以太網(wǎng)） 說明高層使用的協(xié)議，如IP，IPX等 長(zhǎng)度域（IEEE802.3） 指它后續(xù)數(shù)據(jù)的字節(jié)長(zhǎng)度，但不包括校驗(yàn)和部分，范圍461500字節(jié) 當(dāng)數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度小于46字節(jié)時(shí)，需要在幀填充字段中填“0” IEEE802.3定義在數(shù)據(jù)部分增加一個(gè)小的頭信息，由它來提供幀類型的信息 為保證以上兩種幀可以兼容，類型域的類型碼需大于1500 如0800H表示IP，8137H表示IPX等 若此字段的值小于1500，

29、則該幀為IEEE802.3類型的幀,幀格式,68,幀格式,數(shù)據(jù)域 長(zhǎng)度為11500字節(jié)，當(dāng)長(zhǎng)度小于46字節(jié)時(shí)，需要在幀填充字段中填“0” 有最大幀長(zhǎng)和最小幀長(zhǎng)的限制 校驗(yàn)和 采用32位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）,69,幀格式舉例-以太網(wǎng)的幀,類型,類型,70,幀格式舉例-IEEE 802.3的幀,長(zhǎng)度,71,How to check MAC address,WinXP c:arp -a c:ipconfig UNIX/Linux #ifconfig -a Wireshark Sniffer Router show arp .,#表示root用戶,72,最小幀長(zhǎng)（回顧）,避免檢測(cè)到?jīng)_突時(shí)幀已經(jīng)發(fā)

30、完，幀發(fā)送時(shí)間應(yīng)該大于2； 10Mbps LAN，最大沖突檢測(cè)時(shí)間為51.2微秒，最短幀長(zhǎng)為64字節(jié)（10Mb/s*51.2s） 網(wǎng)絡(luò)速度提高，最短幀長(zhǎng)也應(yīng)該增大或者站點(diǎn)間的距離減小,73,思考題1,考慮在一條1km長(zhǎng)的電纜（無中繼器）上建立一個(gè)1Gbps速率的CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)。信號(hào)在電纜中的速度為200 000km/s。請(qǐng)問最小的幀長(zhǎng)度為多少？,74,思考題1,考慮在一條1km長(zhǎng)的電纜（無中繼器）上建立一個(gè)1Gbps速率的CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)。信號(hào)在電纜中的速度為200 000km/s。請(qǐng)問最小的幀長(zhǎng)度為多少？ 對(duì)于1km電纜，單向傳播時(shí)延為1/200000s=5s， 往返時(shí)延為2=10s。

31、 為了能夠按照CSMA/CD工作，最小幀的發(fā)送時(shí)間不能小于10s。 以1Gbps速率工作，10s可以發(fā)送的比特?cái)?shù)為 所以，最小幀是10 000位或1250字節(jié),75,思考題2,一個(gè)1km長(zhǎng)、10Mbps的CSMA/CD LAN（不是802.3），其傳播速度為200m/s。在這個(gè)系統(tǒng)中不允許使用中繼器。數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度為256位，其中包括32位的頭部、校驗(yàn)和以及其他的開銷。在一次成功的傳輸之后，第一個(gè)位時(shí)槽將被預(yù)留給接收方，以便他抓住信道并發(fā)送一個(gè)32位的確認(rèn)幀。假設(shè)沒有沖突，請(qǐng)問有效數(shù)據(jù)率為多少（不包括各種開銷）？,76,思考題2,一個(gè)1km長(zhǎng)、10Mbps的CSMA/CD LAN（不是802.3

32、），其傳播速度為200m/s。在這個(gè)系統(tǒng)中不允許使用中繼器。數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度為256位，其中包括32位的頭部、校驗(yàn)和以及其他的開銷。在一次成功的傳輸之后，第一個(gè)位時(shí)槽將被預(yù)留給接收方，以便他抓住信道并發(fā)送一個(gè)32位的確認(rèn)幀。假設(shè)沒有沖突，請(qǐng)問有效數(shù)據(jù)率為多少（不包括各種開銷）？ 電纜的往返傳輸時(shí)延為1000/200*2=10（s）。 一個(gè)完整的傳輸有6個(gè)過程： 發(fā)送方“抓住”電纜（10s） （見P.218） 發(fā)送數(shù)據(jù)幀（25.6s） 傳輸時(shí)延（5s） 接收方“抓住”電纜（10s） 發(fā)送確認(rèn)幀（3.2s） 傳輸時(shí)延（5s） 6階段的時(shí)間總和是58.8s，在這期間共發(fā)送224個(gè)數(shù)據(jù)位。 所以，有效數(shù)據(jù)

33、速率為224/58.8=3.8Mbps,77,將沖突發(fā)生后的時(shí)間劃分為長(zhǎng)度為51.2微秒的時(shí)槽 發(fā)生第一次沖突后，各個(gè)站點(diǎn)等待0或1個(gè)時(shí)槽再開始重傳 發(fā)生第二次沖突后，各個(gè)站點(diǎn)在0， 1， 2或3間隨機(jī)地選擇一個(gè)等待時(shí)槽數(shù)，再開始重傳 第i次沖突后，在0至2i-1間隨機(jī)地選擇一個(gè)等待的時(shí)槽數(shù)，再開始重傳 10次沖突后，選擇等待的時(shí)槽數(shù)固定在0至210-1間 16次沖突后，發(fā)送失敗，報(bào)告上層,4.3.4 二元指數(shù)后退算法,78,以太網(wǎng)存在的問題 以太網(wǎng)使用共享式信道，隨著負(fù)載的增加，局域網(wǎng)沖突概率的增加，達(dá)到飽和,79,4.3.6 交換式以太網(wǎng),1. 提高網(wǎng)絡(luò)速度,即采用交換式以太網(wǎng),解決方法,

34、2. 減少?zèng)_突域,80,Memory,Switch,4.3.6 交換式以太網(wǎng),81,交換式以太網(wǎng),交換機(jī)包含 一塊高速底板 一個(gè)可以容納多塊插線卡的空間 每個(gè)插線卡上包含多個(gè)連接器 一般每個(gè)連接器有一個(gè)10Base-T雙絞線接口，可以連接到一臺(tái)計(jì)算機(jī)上,82,插卡分類 插卡上的所有端口都用線連在一起，一個(gè)插卡是一個(gè)802.3LAN，構(gòu)成自己的沖突域，與其它插卡完全獨(dú)立，減少?zèng)_突域 插卡的每個(gè)輸入端口支持緩存功能，每個(gè)端口是一個(gè)獨(dú)立的沖突域，無沖突發(fā)生,交換式以太網(wǎng),83,交換式以太網(wǎng),交換機(jī)工作過程 一個(gè)站發(fā)送一個(gè)以太網(wǎng)幀時(shí)，它向交換機(jī)發(fā)送該幀 獲得該幀的插卡檢查該幀目的地址，看它的目標(biāo)站是否

35、連接在同一塊插卡上 若連接在同一塊插卡上 對(duì)于所有端口都用線連在一起的插卡，該幀被復(fù)制到該插卡的所有端口 對(duì)于每個(gè)輸入端口支持緩存功能的插卡，該幀被轉(zhuǎn)發(fā)到該插卡的相應(yīng)端口 否則，通過交換機(jī)的高速底板，該幀被轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)站的插卡中,84,交換式以太網(wǎng),使用交換機(jī)后，可建立多個(gè)并發(fā)的通信。 例如： 8個(gè)端口可建立4個(gè)并發(fā)通信， 總帶寬 = (8/2)*10Mbps = 40 Mbps,10Mbps 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),85,4.3.7 快速以太網(wǎng),標(biāo)準(zhǔn) 1995年，IEEE通過802.3u標(biāo)準(zhǔn)，它是802.3的一個(gè)補(bǔ)充 原有的幀格式、接口、過程規(guī)程不變，只是將位時(shí)間從100ns縮短為10ns 對(duì)10Mbps

36、 802.3 LAN的改進(jìn) 一種方法是改進(jìn)10Base-5 或 10Base-2，最大電纜長(zhǎng)度減為1/10，仍采用CSMA/CD，未被采納 另一種方法是改進(jìn)10Base-T，使用集線器和交換機(jī)，被采納,86,快速以太網(wǎng),Application Software and Upper-layer Protocols,TCP / IP,Card driver,802.3 Media Access Control Sublayer,100BaseTX,100BaseFX,100BaseT4,Physical Layer,87,100Base-T4 3類非屏蔽雙絞線（UTP），使用25MHz的信號(hào) 要求

37、4對(duì)雙絞線，1對(duì)總是給集線器發(fā)送信號(hào)，1對(duì)總是接收集線器信號(hào)，另外2對(duì)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方向變換 使用8B/6T（8個(gè)二進(jìn)制數(shù)映射到6位三進(jìn)制數(shù)上）編碼，即使用三進(jìn)制信號(hào)，三對(duì)線路，有27種可能的符號(hào)，每個(gè)周期可以傳送4位（還有冗余）二進(jìn)制數(shù)， 25MHz的信號(hào)，三對(duì)雙絞線的比特率100Mbps(=25M*4)，反向一對(duì)雙絞線33.3bps,快速以太網(wǎng),88,100Base-TX 使用2對(duì)5類平衡雙絞線或150屏蔽平衡電纜，1對(duì)用于發(fā)送信號(hào)到集線器，另1對(duì)用于從集線器接收信號(hào)，全雙工 5類雙絞線使用125 MHz的信號(hào) 4B/5B編碼，5個(gè)時(shí)鐘周期分為一組，有32種組合，其中16種組合被用來傳輸，4

38、個(gè)比特，比特率為125*4/5=100Mbps 100Base-TX 和 100Base-T4 統(tǒng)稱 100Base-T 100Base-FX 使用2根多模光纖，全雙工,快速以太網(wǎng),89,兩種類型的互連設(shè)備 集線器（共享式） 所以端口一個(gè)沖突域， 工作方式與802.3相同，CSMA/CD，二進(jìn)制指數(shù)后退算法， 半雙工 交換機(jī)（交換式） 輸入幀被緩存，一個(gè)端口構(gòu)成一個(gè)沖突域,快速以太網(wǎng),90,4.3.8 千兆以太網(wǎng),標(biāo)準(zhǔn) 1998年，IEEE 802.3z 千兆以太網(wǎng)的特性 使以太網(wǎng)快上10倍，保持向后兼容 提供無確認(rèn)的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù) 支持單播和多播 使用已有48位編址方案 維護(hù)同樣的幀格式，包括幀

39、的最小和最大長(zhǎng)度,91,千兆以太網(wǎng),1000Mbps MAC 802.3 CSMA/CD Ethernet,Gigabit Ethernet Interface Carrier (GBIC),1000Mbps CX Copper STP 25M,1000Mbps CX Copper Cat5 UTP 100M,1000Mbps CX Multimode Fiber (780nm) 500M,1000Mbps CX Singlemode Fiber (1300nm) 3KM,Gigabit Ethernet Structure,92,千兆以太網(wǎng),千兆網(wǎng)太網(wǎng)的所有配置都是點(diǎn)到點(diǎn)的，每根以太網(wǎng)電纜都

40、只有兩臺(tái)設(shè)備，如下圖,93,千兆以太網(wǎng)支持兩種不同的操作模式 全雙工模式，正常的模式 允許兩個(gè)方向上的流量同時(shí)進(jìn)行 一臺(tái)交換機(jī)將周圍的計(jì)算機(jī)連接起來，所有的線路都具有緩沖能力，不會(huì)發(fā)生沖突， 不用CSMA/CD協(xié)議，電纜的最大長(zhǎng)度由信號(hào)的強(qiáng)度決定 半雙工模式 計(jì)算機(jī)連接的是集線器而不是交換機(jī)，使用標(biāo)準(zhǔn)的CSMA/CD協(xié)議，為擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)范圍加入兩個(gè)特性： 載荷擴(kuò)充：在普通幀后面增加一些填充數(shù)據(jù)，以便使幀長(zhǎng)擴(kuò)充到512字節(jié) 幀串：它允許發(fā)送方將多個(gè)幀連接在一起，把它們串起來一起傳輸出去,千兆以太網(wǎng),94,千兆以太網(wǎng)對(duì)于光纖采用8B/10B編碼；每個(gè)8位字節(jié)在光纖上編碼為10位，共有1024種可能的輸

41、出碼字，選取可用碼字的時(shí)候，采用兩條規(guī)則：不允許一個(gè)碼字中有超過4個(gè)連續(xù)相等的位；不允許一個(gè)碼字中0的個(gè)數(shù)或者1的個(gè)數(shù)超過6個(gè)。 1000BASE-T 采用4B/5B編碼；采用4對(duì)5類雙絞線，用到5級(jí)電壓值，每對(duì)雙絞線有2個(gè)數(shù)據(jù)位，時(shí)鐘運(yùn)行125MHz，1Gbps速率(=125M*2*4),千兆以太網(wǎng),95,Ethernet on the web,10Mbps /ethernet/10mbps.html 100Mbps 1Gbps / 10Gbps http:/www.10gig

42、abit-,96,4.3.9 IEEE 802.2邏輯鏈路控制,在有些系統(tǒng)中，要求使用具有錯(cuò)誤控制和流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，IEEE委員會(huì)定義802.2邏輯鏈路控制協(xié)議（LLC） LLC可以運(yùn)行在以太網(wǎng)和其他802協(xié)議之上，提供一種統(tǒng)一的格式，以及向網(wǎng)絡(luò)層提供一個(gè)接口，隱藏各種802網(wǎng)絡(luò)的差異,包含序列號(hào) 和確認(rèn)號(hào),97,LLC,LLC幀格式：HDLC相類似 LLC頭包含 目的訪問點(diǎn)（DSAP）：指明了該幀要被交給哪個(gè)進(jìn)程 源訪問點(diǎn)（SSAP）：指明了該幀從哪個(gè)進(jìn)程來 控制域：包含了序列號(hào)和確認(rèn)號(hào),98,LLC,LLC幀和MAC幀的關(guān)系,高層PDU,99,802.11 協(xié)議棧,4.4 無線L

43、AN,100,紅外線技術(shù)（infrared） 1Mbps和2Mbps兩種速率 跳頻擴(kuò)頻 (frequence hopping spread spectum，F(xiàn)HSS ) IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定跳頻通信使用2.4GHz的工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)藥專用的ISM頻段 跳頻擴(kuò)頻通信的數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s或2Mb/s 直接序列擴(kuò)頻(direct sequence spread spectrum，DSSS) 直接序列擴(kuò)頻也使用2.4GHz的工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)藥專用的ISM頻段 數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s或2Mb/s,4.4.2 802.11物理層,101,正交頻分多路復(fù)用（Orthogonal Frequen

44、cy Division Multiplexing，OFDM) IEEE 802.11a 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定通信使用5GHz的ISM頻段 數(shù)據(jù)傳輸速率為54Mb/s 高速率的直接序列擴(kuò)頻(High Rate direct sequence spread spectrum，HR-DSSS) IEEE 802.11b 使用2.4GHz的工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)藥專用的ISM頻段 數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到11Mb/s 802.11g使用802.11a的調(diào)制方法，使用2.4GHz的頻段，可以達(dá)到54Mbps,802.11物理層,102,4.4.3 802.11 MAC子層協(xié)議,802.11沒有像以太網(wǎng)那樣采用CSMA/CD。其

45、原因 隱藏站問題 暴露站問題 大多數(shù)無線電設(shè)備都是半雙工的 802.11支持兩種操作模式 DCF(分布式協(xié)調(diào)功能）（必須支持的） PCF(點(diǎn)協(xié)調(diào)功能）（可選的） DCF使用CSMA/CA(避免沖突的CSMA)，CSMA/CA支持兩種操作方法 第一種采用載波偵聽 第二種以MACAW為基礎(chǔ)，它用到了虛擬信道監(jiān)聽方法,103,CSMA/CA中虛擬信道監(jiān)聽的用法,(a) A給B發(fā)送一個(gè)RTS；(b) B向A送回一個(gè)CTS,網(wǎng)絡(luò)分配向量：用來保持一定時(shí)間的安靜,104,分片 無線網(wǎng)絡(luò)是有噪聲的，也是不可靠的 802.11的幀太長(zhǎng)的話，完好無損地傳輸?shù)臋C(jī)率會(huì)減小 802.11允許傳輸?shù)膸环殖尚〉乃槠?/p>

46、個(gè)分片有自己的校驗(yàn)和，使用停-等協(xié)議獨(dú)立編號(hào)和確認(rèn) 一旦通過RTS和CTS獲得信道，可以發(fā)送多個(gè)分片,802.11 MAC子層協(xié)議,105,PCF模式，基站對(duì)其他的站進(jìn)行表決，問他們是否要發(fā)送幀 在PCF模式中，傳輸順序完全是由基站控制的，不會(huì)發(fā)生沖突,802.11 MAC子層協(xié)議,106,802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了三種不同類型的幀用于通信 數(shù)據(jù)幀 控制幀 管理幀,4.4.4 802.11 幀結(jié)構(gòu),107,802.11標(biāo)準(zhǔn)聲明了每個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的無線LAN必須提供9種服務(wù)，可分為兩類 5種分發(fā)服務(wù) 由基站提供的，他們處理站的移動(dòng)性。當(dāng)移動(dòng)站進(jìn)入單元的時(shí)候通過這些服務(wù)與基站關(guān)聯(lián)起來；當(dāng)移動(dòng)站離開單元的時(shí)

47、候，通過這些服務(wù)與基站斷開聯(lián)系 4種站服務(wù) 只與一個(gè)單元內(nèi)部的活動(dòng)有關(guān),4.4.5 802.11 服務(wù),108,802.11 服務(wù),5種分發(fā)服務(wù) 關(guān)聯(lián)Association：移動(dòng)站利用該服務(wù)連接到基站上 分離Disassociation：一個(gè)站在離開或者關(guān)閉之前，利用該服務(wù)。 重新關(guān)聯(lián)Reassociation：利用該服務(wù)，一個(gè)站可以改變它的首選基站 分發(fā)Distribution：決定如何路由那些發(fā)送給基站的幀 融合Integration：將802.11格式的幀翻譯成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)所要求的幀格式（如果一幀需要通過一個(gè)非802.11的網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送時(shí)）,109,4種站服務(wù) 認(rèn)證Authentication

48、 解除認(rèn)證Deauthentication：如果一個(gè)原先已經(jīng)通過認(rèn)證的移動(dòng)站要離開網(wǎng)絡(luò)，則它需要解除認(rèn)證 私密性Privacy：加密和解密 數(shù)據(jù)投遞Data Delivery,802.11 服務(wù),110,4.7 數(shù)據(jù)鏈路層交換,從802.x到802.y的網(wǎng)橋 本地的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 生成樹網(wǎng)橋 遠(yuǎn)程網(wǎng)橋 中繼器、集線器、網(wǎng)橋、交換機(jī)、路由器和網(wǎng)關(guān) VLAN,111,為什么使用網(wǎng)橋？ 學(xué)校和企業(yè)的各個(gè)部門分別擁有自己獨(dú)立管理的LAN，不同部門可能選擇不同的LAN，為了進(jìn)行交互，需要使用橋來實(shí)現(xiàn)互連 一個(gè)企業(yè)分布在相隔很遠(yuǎn)的不同建筑物內(nèi)，在每個(gè)建筑物內(nèi)組建單獨(dú)的LAN，并通過網(wǎng)橋和光纖鏈路將這些LAN連接

49、起來，是比較經(jīng)濟(jì)的方案,4.7 數(shù)據(jù)鏈路層交換,112,將一個(gè)負(fù)載很重的大LAN分隔成使用網(wǎng)橋互連的幾個(gè)LAN，以減輕負(fù)擔(dān),數(shù)據(jù)鏈路層交換,113,LAN上的兩臺(tái)機(jī)器其距離超過2500米，必須使用網(wǎng)橋?qū)⑦@個(gè)LAN分隔以保證網(wǎng)絡(luò)的正常工作 可靠性問題。防止出故障的站點(diǎn)損害全網(wǎng) 網(wǎng)橋可以有助于安全保密 網(wǎng)橋（bridge） 在互連的LAN間實(shí)現(xiàn)幀的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā) 工作在數(shù)據(jù)鏈路層，通過查看數(shù)據(jù)鏈路層的地址來完成幀轉(zhuǎn)發(fā),數(shù)據(jù)鏈路層交換,114,4.7.1 從802.X到802.Y的網(wǎng)橋,網(wǎng)橋的工作原理：,Network,LLC,MAC,Physical,Wireless LAN,Ethernet,Hos

50、t A,Host B,注：連接k個(gè)不同LAN的網(wǎng)橋?qū)⑿枰猭個(gè)MAC子層和k個(gè)物理層,115,為不同的802 LAN建立網(wǎng)橋時(shí)遇到的困難： 不同LAN幀格式的轉(zhuǎn)換 不同的LAN速率不同。網(wǎng)橋要有緩存能力 不同的LAN支持的最大幀長(zhǎng)度不同。 解決辦法：丟棄無法轉(zhuǎn)發(fā)的幀 安全性問題。802.11支持加密功能，以太網(wǎng)不支持 服務(wù)質(zhì)量（QoS）。802.11和802.16都支持QoS，以太網(wǎng)不支持,從802.X到802.Y的網(wǎng)橋,IEEE802幀格式,116,4.7.2 本地網(wǎng)絡(luò)互連,網(wǎng)橋是透明的 不需要改動(dòng)硬件和軟件和配置表（如：地址表或參數(shù)等） 對(duì)用戶來講是透明的， 透明網(wǎng)橋的工作原理 網(wǎng)橋工作在混

51、雜（promiscuous）方式，接收所有和它相連的LAN上傳送的幀,117,本地網(wǎng)絡(luò)互連,網(wǎng)橋接收到一幀后，必須確定該幀是丟棄、轉(zhuǎn)發(fā)還是擴(kuò)散 通過查詢散列表來決定 散列表：列出了每個(gè)可能的目的地址，且指明它屬于哪一條輸出線路（LAN）。如：網(wǎng)橋B1的散列表,118,本地網(wǎng)絡(luò)互連-散列表的創(chuàng)建,網(wǎng)橋剛啟動(dòng)時(shí)，所有的散列表為空， 采用擴(kuò)散算法（flooding）轉(zhuǎn)發(fā)幀 擴(kuò)散算法：對(duì)于每一個(gè)發(fā)向未知地址的進(jìn)入幀，網(wǎng)橋?qū)⑺敵龅匠碙AN外的其它LAN中 在轉(zhuǎn)發(fā)過程中采用逆向?qū)W習(xí)算法（backward learning）更新散列表的表項(xiàng) 逆向?qū)W習(xí)：網(wǎng)橋通過檢查幀的源地址，就知道通過哪個(gè)LAN可以到達(dá)

52、哪臺(tái)機(jī)器 如：網(wǎng)橋B1收到LAN2上的來自C的幀，那么它就知道通過LAN2 可以到達(dá)C， 在散列表中添加一項(xiàng)，注明發(fā)給C的幀應(yīng)該使用LAN2,119,網(wǎng)橋有一個(gè)進(jìn)程定期掃描散列表，并且將那些時(shí)間值在幾分鐘以前的表項(xiàng)都清除 當(dāng)一幀到達(dá)，如果源地址已經(jīng)在散列表中，則更新對(duì)應(yīng)表項(xiàng)中的時(shí)間值 進(jìn)入的幀在網(wǎng)橋上的路由過程取決于它從哪個(gè)LAN上到達(dá)（源LAN），以及它的目的地址到哪個(gè)LAN上（目的LAN） 目的LAN與源LAN相同，則丟棄幀 目的LAN與源LAN不同，則轉(zhuǎn)發(fā)幀 目的LAN未知，則使用擴(kuò)散法,本地網(wǎng)絡(luò)互連-散列表的更新,120,透明網(wǎng)橋的工作原理舉例,主機(jī)a,主機(jī)d,目的地址/輸出線路,主機(jī)

53、d,主機(jī)a,剛開始的時(shí)候，所有的網(wǎng)橋內(nèi)部的散列表都是空的(左圖) a向d發(fā)送幀后，不同的網(wǎng)橋中的散列表變化情況(右圖),121,透明網(wǎng)橋的工作原理舉例,主機(jī)d,主機(jī)c,主機(jī)a,c向a發(fā)送幀后，不同的網(wǎng)橋中的散列表變化情況（在上次變化的基礎(chǔ)上）,122,為了提高可靠性，在LAN對(duì)之間使用多個(gè)網(wǎng)橋，并行網(wǎng)橋可能產(chǎn)生回路，產(chǎn)生無限循環(huán)問題,4.7.3 生成樹網(wǎng)橋,一個(gè)帶有未知目的地址的幀（F）的處理過程,123,解決多個(gè)網(wǎng)橋產(chǎn)生回路的問題 思想 讓網(wǎng)橋之間互相通信，用一棵連接每個(gè)LAN的生成樹（Spanning Tree）覆蓋實(shí)際的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),生成樹網(wǎng)橋,（a）相互連接的LAN； （b）覆蓋所有LAN的生成樹，虛線不屬于生成樹,124,生成樹網(wǎng)橋,構(gòu)造生成樹 每個(gè)橋廣播自己的序列號(hào)，序列號(hào)最小的橋變成生成樹的根 每個(gè)網(wǎng)橋計(jì)算自己到根的最短路徑，構(gòu)造出生成樹，使得每個(gè)LAN和橋到根的路徑最短 當(dāng)某個(gè)LAN或網(wǎng)橋發(fā)生故障時(shí)，要重新計(jì)算生成樹 生成樹構(gòu)造完后，算法繼續(xù)執(zhí)行以便自動(dòng)發(fā)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，更新生成樹,125,如何連接兩個(gè)遠(yuǎn)距離的LAN 實(shí)現(xiàn)方法：使用遠(yuǎn)程網(wǎng)橋 在每個(gè)LAN上安放一個(gè)網(wǎng)橋，并且用點(diǎn)到點(diǎn)線路將一對(duì)網(wǎng)橋連接起來 點(diǎn)到點(diǎn)線路可以選用某一種標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路層協(xié)議。如：PPP,