计算机网络-第5章-介质访问控制子层---第二次课(可编辑ppt文档).ppt

介质访问控制子层1回顾回顾-介质访问控制的基本概念介质访问控制的基本概念多个主机同时在一条共享介质上发送数据，就会产生冲突。多个主机同时在一条共享介质上发送数据，就会产生冲突。2回顾-解决传输冲突的两种方法两种基本方法：两种基本方法：1，设定一个中心控制主机，由它来决定主机发送数据的顺，设定一个中心控制主机，由它来决定主机发送数据的顺序，无冲突序，无冲突2，分布式控制，各个主机自主决定，需解决冲突问题，分布式控制，各个主机自主决定，需解决冲突问题lIEEE802规定了局域网中最常用的介质访问控制方法：规定了局域网中最常用的介质访问控制方法：lIEEE 802.3载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测（冲突检测（CSMA/CD）；）；lIEEE 802.4令牌总线（令牌总线（TokenBus）；）；lIEEE 802.5令牌环（令牌环（TokenRing）；）；3l数据在总线传播数据在总线传播l最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。l采用采用CSMA/CD技术技术回顾回顾-Ethernet基本工作原理基本工作原理B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据4CSMA/CD协议的工作流程 lCSMA/CD协议的工作过程通常可以概括为：协议的工作过程通常可以概括为：l先听后发、先听后发、l边听边发、边听边发、l冲突停止、冲突停止、l延迟重发。延迟重发。51 kmABt碰撞t=2 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=t=0单程端到端传播时延记为 假设局域网两端的站假设局域网两端的站A和站和站B相距相距1km（电磁波在（电磁波在1km电缆上的传播时延约为电缆上的传播时延约为5s），单程传播时延记为），单程传播时延记为。数据帧发生冲突的示意图数据帧发生冲突的示意图6冲突窗口冲突窗口最先发送数据帧的站点，至多经过时间最先发送数据帧的站点，至多经过时间2 （两倍的端到端（两倍的端到端往返时延）往返时延）就就可以知道该帧是否发生了碰撞。可以知道该帧是否发生了碰撞。经过经过经过经过2还没有还没有还没有还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时延2称为冲突窗口，称为冲突窗口，其中其中=D/V，D为总线传输介质的最大长度，为总线传输介质的最大长度，V为传播速度为传播速度。以太网物理层协议规定了总线最大长度，因此可确定冲突以太网物理层协议规定了总线最大长度，因此可确定冲突窗口大小窗口大小7最短有效帧长 8l为了保证任何一个节点在发送任何一个数据帧都能检测到可能存在的为了保证任何一个节点在发送任何一个数据帧都能检测到可能存在的冲突，就要求发送一个最短帧的时间都要超过冲突窗口的时间：冲突，就要求发送一个最短帧的时间都要超过冲突窗口的时间：lLmin为最短帧的长度，为最短帧的长度，S为发送速率为发送速率l以太网取以太网取51.2 s为为竞争竞争(冲突冲突)窗口窗口的长度。的长度。l对于对于10Mb/s以太网，在竞争窗口内可发送以太网，在竞争窗口内可发送512bit，即，即64字节。以太网在发送数据时，若前字节。以太网在发送数据时，若前64字节没有发生字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。冲突，则后续的数据就不会发生冲突。因此冲突窗口又称为争用期。以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。或发现冲突、停止发送l当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的发送数据外，还要再继续发送若干比特的加强干扰序加强干扰序列信号列信号(jammingsignal)。l发送加强干扰序列信号的目的是：确保有足够的持续冲发送加强干扰序列信号的目的是：确保有足够的持续冲突时间，使得网络中所有节点都能检测出冲突的存在。突时间，使得网络中所有节点都能检测出冲突的存在。9数据帧干扰信号 TJ人为干扰信号 ABTBt B 发送数据A 检测到冲突开始冲突信道占用时间A 发送数据B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。10随机延迟重发随机延迟重发？问问 题题？考虑这样的一种情形：当某站正在发送数据时，另外考虑这样的一种情形：当某站正在发送数据时，另外两个站有数据要发送。这两个站进行载波监听，发现总两个站有数据要发送。这两个站进行载波监听，发现总线忙，于是就等待；当它们发现总线变为空闲时，就立线忙，于是就等待；当它们发现总线变为空闲时，就立即发送自己的数据即发送自己的数据。但这必然再次发生碰撞；经检测发。但这必然再次发生碰撞；经检测发现了碰撞，就停止发送。然后再重新发送，现了碰撞，就停止发送。然后再重新发送，这样，这样下去，一直不能发送成功下去，一直不能发送成功。解决这一问题，需要采用解决这一问题，需要采用所谓的退避算法。所谓的退避算法。11退退 避避 算算 法法就是让发生碰撞的站在停止发送数据后，不是立即再发送就是让发生碰撞的站在停止发送数据后，不是立即再发送数据，而是推迟（这叫做退避）一个随机时间数据，而是推迟（这叫做退避）一个随机时间才能再发送数据才能再发送数据。具体做法是：具体做法是：（1）确定基本退避时间，一般是取为争用期）确定基本退避时间，一般是取为争用期2 。（2）定义参数）定义参数k，它等于重传次数，但，它等于重传次数，但k不超过不超过10(k 10)，即，即 k=min(重传次数，重传次数，10)。（3）从离散整数集合）从离散整数集合0,1,2,(2 k-1)中随机地取出一个数，记为中随机地取出一个数，记为r。重传所需的重传所需的时延时延就是就是r倍的基本退避时间。倍的基本退避时间。（4）当重传达）当重传达16次仍不能成功时，则丢弃该帧，并向高层报告。次仍不能成功时，则丢弃该帧，并向高层报告。这样做是为了减小这样做是为了减小 再再次发生碰撞的概率。次发生碰撞的概率。说明想发送数据的站太多，说明想发送数据的站太多，以致连续发生碰撞。以致连续发生碰撞。二进制指数类型退避算法(truncated binary exponential type)12重要特性l使用使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。只能进行双向交替通信（半双工通信）。l每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。撞的可能性。l这种这种发送的不确定性发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。以太网的最高数据率。13l常用的以太网常用的以太网MAC帧格式有两种标准帧格式有两种标准：lDIXEthernetV2标准标准lIEEE的的802.3标准标准IEEE802.3标标准准的的MAC帧帧和和EthernetV2的的MAC帧帧相相似似，不不同同点点在在第第三三字字段段，在在EthernetV2中中该该字字段段表表示示LLC的的上上层层所所使使用用的的协协议议类类型型，而而在在802.3标标准准中中该该字字段段表表示后面数据字段的示后面数据字段的长度长度。l最常用的最常用的MAC帧是帧是以太网以太网V2的格式的格式。目的地址目的地址6 6字节字节源地址源地址6 6字节字节类型类型2 2字节字节数据数据46-150046-1500字节字节帧校验序列帧校验序列4 4字节字节145.2.2Ethernet帧结构帧结构Ethernet帧结构帧结构l前导码与帧前定界符字段l目的地址和源地址字段 l长度/类型字段lLLC数据字段l帧校验字段15MAC 帧物理层MAC 层10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报16Ethernet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 前导码或前同步码，是用来迅速实现前导码或前同步码，是用来迅速实现 MAC MAC 帧的比特同步，有帧的比特同步，有7 7个字节，个字节，即即1010101010101010101010101010比特序列比特序列 帧前定界符或帧开始定界符，是表示后面的信息就是帧前定界符或帧开始定界符，是表示后面的信息就是MAC MAC 帧，帧，1 1字节，字节，10101011 10101011 MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式目的地址字段 6 字节17目的地址和源地址字段 地址字段长度：6个字节 目的地址类型：单一结点地址（unicast address）多点地址（multicast address）广播地址（broadcast address）MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式源地址字段 6 字节18MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式类型字段 2 字节类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。19MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式数据字段 46 1500 字节数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部=数据字段的最小长度 20MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式FCS 字段 4 字节当传输媒体的误码率为 1108 时，MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014。当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。21MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节，是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比 MAC 帧还多 8 个字节22l数据字段的长度与长度字段的值不一致；数据字段的长度与长度字段的值不一致；l帧的长度不是整数个字节；帧的长度不是整数个字节；l用收到的帧检验序列用收到的帧检验序列FCS查出有差错；查出有差错；l数据字段的长度不在数据字段的长度不在461500字节之间。有字节之间。有效的效的MAC帧长度为帧长度为641518字节之间。字节之间。l对于检查出的无效对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃。以帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。太网不负责重传丢弃的帧。无效的无效的MAC帧帧23Ethernet接收流程接收流程24l帧间最小间隔为帧间最小间隔为9.6 s，相当于，相当于96bit的发送的发送时间。时间。l一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6 s才能再次发送数据。才能再次发送数据。l这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。存来得及清理，做好接收下一帧的准备。帧间最小间隔帧间最小间隔255.2.4Ethernet网卡设计与物理地址网卡设计与物理地址计算机与局域网的连接和通信是通过计算机与局域网的连接和通信是通过网络接口卡网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)来实现的，网络接口卡又称为通信适配器来实现的，网络接口卡又称为通信适配器(adapter)，简称为网卡。网卡和局域网之间的通信是以串行方式进行的。，简称为网卡。网卡和局域网之间的通信是以串行方式进行的。l网卡覆盖网卡覆盖802.3的的mac子层与物理层子层与物理层l当网卡收到一个有差错的帧时，就将该帧丢弃；当收当网卡收到一个有差错的帧时，就将该帧丢弃；当收到一个正确的帧时就用中断来通知计算机并交付给协到一个正确的帧时就用中断来通知计算机并交付给协议栈中的网络层。议栈中的网络层。l当计算机要发送一个当计算机要发送一个IP数据报时，就由协议栈向下交数据报时，就由协议栈向下交给网卡组装成帧后发送到局域网。给网卡组装成帧后发送到局域网。26图2 图解PCI网卡 图1 一块10/100Mbps的PCI网卡 27网卡的功能网卡的功能数据的封装与解封数据的封装与解封发送时将上一层交下来的数据加上首部发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。尾部，然后送交上一层。链路管理链路管理主要是主要是CSMA/CD协议的实现。协议的实现。编码与译码编码与译码即曼彻斯特编码与译码。即曼彻斯特编码与译码。l网卡的重要功能：网卡的重要功能：l进行串行进行串行/并行转换。并行转换。l对数据进行缓存。对数据进行缓存。l在计算机的操作系统安装设备驱动程序。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。l实现以太网协议。实现以太网协议。28Ethernet物理地址物理地址MACMAC地址地址在局域网中，在局域网中，硬件地址硬件地址又称为又称为物理地址物理地址或或MACMAC地址地址，这一地址，这一地址被固化在每个网卡的被固化在每个网卡的ROMROM中，每个网卡在出厂时都赋于了一个全世界中，每个网卡在出厂时都赋于了一个全世界范围内范围内唯一的唯一的地址编号，地址编号，地址为地址为6字节（即字节（即48位）位）。所有网卡制造商对网卡地址范围达成协议，每个制造商只能使所有网卡制造商对网卡地址范围达成协议，每个制造商只能使用许可范围内的地址，这样可保证生产出来的网卡不使用重复的地用许可范围内的地址，这样可保证生产出来的网卡不使用重复的地址。址。IEEE的注册管理委员会的注册管理委员会RAC负责分配地址负责分配地址6个字节中的前个字节中的前3个字个字节（称为地址块），一个地址块中的节（称为地址块），一个地址块中的24位可以生产位可以生产224=16777216个个网卡地址。后三个字节的地址由制造厂家自行安排。例如网卡地址。后三个字节的地址由制造厂家自行安排。例如 以下公司以下公司生产的网卡的生产的网卡的MACMAC地址的前地址的前3 3个字节为：个字节为：公司：公司：Cisco00-00-0cNovell00-00-1B00-00-D83Com00-20-AF00-60-8CIBM08-00-5A29网卡上的硬件地址网卡上的硬件地址路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。30网卡检查网卡检查MAC地址地址l网卡从网络上每收到一个网卡从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查帧就首先用硬件检查MAC帧中的帧中的MAC地址地址.l如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。l否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。l“发往本站的帧发往本站的帧”包括以下三种帧：包括以下三种帧：l单播单播(unicast)帧（一对一）帧（一对一）l广播广播(broadcast)帧（一对全体）帧（一对全体）l多播多播(multicast)帧（一对多）帧（一对多）315.2.5 Ethernet物理层标准命名方法l了解常见的命名含义，如：了解常见的命名含义，如：lIEEE802.310Base-5：表示传输速率为：表示传输速率为10Mbps，基带传输、粗同轴电缆，最大长度为基带传输、粗同轴电缆，最大长度为500m的物理层的物理层标准标准lIEEE802.310Base-2：表示传输速率为：表示传输速率为10Mbps，基带传输、细同轴电缆，最大长度为基带传输、细同轴电缆，最大长度为200m的物理层的物理层标准标准lIEEE802.310Base-T：表示传输速率为：表示传输速率为10Mbps，基带传输、使用双绞线的物理层标准基带传输、使用双绞线的物理层标准325.3 交换式局域网与虚拟局域网技术l共享式以太网共享式以太网l采用了以共享集线器为中心的星型连接方式，但其实际上是总线型的拓扑结构；l当网络规模不断扩大时，冲突大大增加，网络整体性能下降。在网络节点较多时，以太网的带宽使用效率只有30%40%。33l传统共享式以太网共用传输介质传统共享式以太网共用传输介质交换式以太网（Switching Ethernet）l交换式以太网交换式以太网l交换机（Switch）是工作在数据链路层，根据接入交换机帧的mac地址，过滤、转发数据帧的一种网络设备l采用交换机作为中央设备的以太网成为交换式以太网；l交换机提供了多个通道，允许多个用户之间同时进行数据传输；3435交换式局域网基于硬件交换技术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交换式以太网的工作原理 l交换机对数据的转发是以网络节点计算机的交换机对数据的转发是以网络节点计算机的MAC地址地址为基础的。为基础的。l交换机在内部建立一个“端口-MAC地址”映射表。建立映射表后，当某个端口接收到数据帧后，交换机会读取出该帧中的目的节点MAC地址，并通过“端口-MAC地址”的对照关系，迅速的将数据帧转发到相应的端口。l以太网交换机对数据帧的转发方式分为三类以太网交换机对数据帧的转发方式分为三类：l直接交换、改进直接交换与存储转发交换直接交换、改进直接交换与存储转发交换36交换机对数据帧的转发方式一l直接交换方式直接交换方式(Cut-Through)l不接收完整个转发的帧，只收到帧中最前面的源地址和目的地址即可；l根据目的地址找到相应的交换机端口，并将该帧发送到该端口；l特点l优点：速度快、延时小；l缺点：在转发帧时不进行错误校验，可靠性相对低；另外，不能对不同速率的端口转发，100到10Mbps时就需要缓冲帧。37交换机对数据帧的转发方式二l存储转发交换方式存储转发交换方式(Store-and-Forward)l与直接交换方式类似，不同处在于要把信息帧全部接收到内部缓冲区中，并对信息帧进行校验，一旦发现错误就通知源发送站重新发送帧；l特点l优点：可靠性高，能支持不同速率端口之间的转发；l缺点：延迟时间大；交换机内的缓冲存储器有限，当负载较重时，易造成帧的丢失；38交换机对数据帧的转发方式三l改进的直接交换方式改进的直接交换方式l将前两者结合起来，在收到帧的前64字节后，判断帧的帧头字段是否正确；l特点：l对于短的帧，交换延迟时间与直接交换方式相同；l对于长的帧，交换延迟时间减少；39虚拟局域网VLANl什么是虚拟局域网（什么是虚拟局域网（VLAN）l通过路由和交换设备，在网络的物理拓朴结构基础上建立一个逻辑网络，以使得网络中任意几个局域网网段或（和）节点能够组合成一个逻辑上的局域网。l建立在局域网交换机上，以软件方式实现逻辑工作组的建立在局域网交换机上，以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理，逻辑工作组的节点组成不受物理位置的限划分与管理，逻辑工作组的节点组成不受物理位置的限制；制；l同一逻辑分组的成员可以分布在相同的物理网段上，也同一逻辑分组的成员可以分布在相同的物理网段上，也可以分布在不同的网络上；可以分布在不同的网络上；4041VLAN的划分方法 l基于交换机端口的虚拟局域网基于交换机端口的虚拟局域网l基于交换机端口的虚拟局域网无法自动解决节点的移动、增加基于交换机端口的虚拟局域网无法自动解决节点的移动、增加和变更问题。如果一个节点从一个端口移动到另一个端口时，和变更问题。如果一个节点从一个端口移动到另一个端口时，网络管理者必须对虚拟局域网成员进行重新配置。网络管理者必须对虚拟局域网成员进行重新配置。42VLAN中使用集线器l当交换机端口连接的是一个集线器时，由于集线器所支持的是当交换机端口连接的是一个集线器时，由于集线器所支持的是一个共享介质的多用户网络，因此，按交换机端口号的划分方一个共享介质的多用户网络，因此，按交换机端口号的划分方案只能将连接到集线器的所有用户划分到同一个案只能将连接到集线器的所有用户划分到同一个VLAN中；中；43基于MAC地址的虚拟局域网 l优点：优点：l允许节点移动到网络其它物理网段；l可以解决基于端口的VLAN所不能解决的问题，将一个集线器连接区域内的节点划分到不同的VLAN中。l缺点：缺点：l需要对大量的毫无规律的MAC地址进行操作；4445基于网络层地址的虚拟局域网 l使用节点的网络层地址来配置虚拟局域网，要求交换使用节点的网络层地址来配置虚拟局域网，要求交换机能够处理网络层的数据；机能够处理网络层的数据；l有利于组成基于服务或应用的虚拟局域网；有利于组成基于服务或应用的虚拟局域网；l用户可以随意移动节点而无需重新配置网络地址；用户可以随意移动节点而无需重新配置网络地址；l一个虚拟局域网可以扩展到多个交换机的端口上，甚一个虚拟局域网可以扩展到多个交换机的端口上，甚至一个端口能对应于多个虚拟局域网。至一个端口能对应于多个虚拟局域网。l由于检查网络层地址比检查由于检查网络层地址比检查MAC地址的延迟要大，因地址的延迟要大，因此，这种方法影响了交换机的交换时间以及整个网络此，这种方法影响了交换机的交换时间以及整个网络的性能；的性能；46VLAN的优点 l控制网络的广播风暴：一个控制网络的广播风暴：一个VLAN中广播发送的数据不中广播发送的数据不会发送到另一个会发送到另一个VLAN；l确保网络的安全性：网络管理员可以制定交换机转发规确保网络的安全性：网络管理员可以制定交换机转发规则；则；l简化网络管理：可通过软件设置的方法灵活组网；简化网络管理：可通过软件设置的方法灵活组网；475.4 高速Ethernet的研究与发展5.4.1快速以太网快速以太网FastEthernetl背景背景l硬件处理能力增强，主机数增加，应用功能增强，通信量增大。lFastEthernet标准标准802.3u1995年年9月月l传输速率10Mbps100Mbpsl与传统以太网兼容，速率自动协商，即插即用485.4.2千兆位以太网（Gigabit Ethernet）5.4.3万兆位以太网（10Gigabit Ethernet）l千兆位以太网千兆位以太网802.3z（1998年），同样保留着传统的年），同样保留着传统的100Base-T的所有特征。的所有特征。l万兆位以太网万兆位以太网802.3ae（2002年），部分兼容以前的标年），部分兼容以前的标准，如虽然仍然规定最小数据帧为准，如虽然仍然规定最小数据帧为64字节，但不再使用字节，但不再使用CSMA/CD协议，没有冲突窗口限制，因此没有最大传协议，没有冲突窗口限制，因此没有最大传输距离规定，只限制于光纤通信系统。输距离规定，只限制于光纤通信系统。l5.4.4：40GigabitEthernet，100GigabitEthernet，5.4.5：光以太网，城域以太网：光以太网，城域以太网495.5 以太网组网设备与组网方法l10Base-5、10Base-2（粗、细同轴电缆）：（粗、细同轴电缆）：信号有衰减，单根同轴电缆的长度有所限制，需要用信号有衰减，单根同轴电缆的长度有所限制，需要用到中继器到中继器中继器中继器的特点：的特点：l工作在物理层工作在物理层，只对信号进行接收、放大、整形与转，只对信号进行接收、放大、整形与转发的作用，不属于网络互联设备发的作用，不属于网络互联设备l不涉及帧的结构，不对帧进行任何处理，只起到增加不涉及帧的结构，不对帧进行任何处理，只起到增加电缆长度的作用电缆长度的作用l不同电缆上的节点仍然属于同一个局域网不同电缆上的节点仍然属于同一个局域网l中继器的使用数量有限制中继器的使用数量有限制50集线器集线器Hub-10BaseTHub-10BaseTl相当于一个多端口的中继器（转发器），数据从一个端口进入相当于一个多端口的中继器（转发器），数据从一个端口进入后，广播道其他所有端口（后，广播道其他所有端口（扩充信号传输距离。将信号放大并扩充信号传输距离。将信号放大并扩充信号传输距离。将信号放大并扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减）整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减）整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减）整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减）。NIC最大长度 100m集线器特点：l通过双绞线连接；通过双绞线连接；l从物理结构上看是星型结构，但在逻辑上仍是总线从物理结构上看是星型结构，但在逻辑上仍是总线型结构，并且型结构，并且MAC层仍然采用层仍然采用CSMA/CD介质访问介质访问控制方法；控制方法；l当集线器接收到某个结点发送的帧时，立即将数据当集线器接收到某个结点发送的帧时，立即将数据帧通过广播方式转发到其他连接端口；帧通过广播方式转发到其他连接端口；l普通的集线器都提供两类端口：用于连接结点的普通的集线器都提供两类端口：用于连接结点的RJ-45端口，用于扩展的向上连接端口。端口，用于扩展的向上连接端口。l工作在物理层。工作在物理层。单一集线器结构组网 堆叠式集线器结构 集线器的级联 l使用双绞线通过集线器的使用双绞线通过集线器的RJ-45端口实现级联；端口实现级联；5.6局域网互连与网桥局域网互连与网桥局域网互连的应用环境l一个单位的多个部门局域网的互连；l办公楼之间局域网的互连；l超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网互连；l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。56网桥的帧转发过程网桥的帧转发过程l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；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；57网桥的基本分类网桥的基本分类按照网桥转发表的建立方法，分为两类：l源路由网桥（source routing bridge）l透明网桥（transparent bridge）58源路由网桥的主要特点源路由网桥的主要特点l源结点负责路由选择，发送帧时将详细的路由信息放源结点负责路由选择，发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中；在帧的首部中；l源结点以广播方式发送一个用于探测的发现帧；发现源结点以广播方式发送一个用于探测的发现帧；发现帧将在整个通过网桥互连的局域网中沿着所有可能的帧将在整个通过网桥互连的局域网中沿着所有可能的路由传送；路由传送；l发现帧到达目的结点时，就沿着各自的路由返回源结发现帧到达目的结点时，就沿着各自的路由返回源结点；源结点在得到这些路由信息之后，从所有可能的点；源结点在得到这些路由信息之后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。路由中选择出一个最佳路由。59透明网桥的主要特点透明网桥的主要特点l由网桥自己决定路由选择，局域网上的各结点不负责路由网桥自己决定路由选择，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来说是由选择，网桥对于互连局域网的各结点来说是“透明透明”的；的；l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MACMAC层协议的网段之间层协议的网段之间的互连。例如连接两个的互连。例如连接两个EthernetEthernet网段，或两个令牌环网；网段，或两个令牌环网；60生成树（生成树（spanningtree）算法）算法l网桥互联的环状结构l要避免出现环路的情况要避免出现环路的情况61总结：网桥的基本特征总结：网桥的基本特征l在数据链路层（在数据链路层（MACMAC层）上实现局域网互连层）上实现局域网互连；l能够互连采用不同数据链路层协议、不同传输介质与能够互连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；不同传输速率的网络；l需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；l分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网可以络的性能与安全性可以络的性能与安全性。62网桥与中继器、集线器、交换机的比较网桥与中继器、集线器、交换机的比较l见P181 表5-2l中继器：只起延长线缆的作用l集线器：节点仍然处于同一个冲突域63l网桥：可隔开多个局域网，有各自的冲突域l对于广播、多播的数据帧，或者在转发表中找不到目的端口，网桥“盲目地”广播，使网络无用的通信量剧增，造成“广播风暴”；645.7 无线局域网l1997年年6月月，第第一一个个无无线线局局域域网网标标准准IEEE802.11正正式式颁颁布实施布实施l功能功能提供对现有有线网络的临时连接提供对现有有线网络的临时连接帮助提供对现有网络的备份帮助提供对现有网络的备份提供一定程度的可携带性提供一定程度的可携带性扩展网络，使其突破物理连接的限制扩展网络，使其突破物理连接的限制l从所用基础设施区分：从所用基础设施区分：l有固定基础设施的无线局域网有固定基础设施的无线局域网l无固定基础设施的无线局域网无固定基础设施的无线局域网l自组织网络自组织网络(adhocnetwork)65有固定基础设施的无线局域网一个BSS 包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信时都要通过本 BSS 的基站。66802.11标准中的服务集l最小构件是最小构件是“基本服务集基本服务集”BSS。l通通一一个个BSS内内，必必须须使使用用同同样样的的MAC协协议议并并以以争争用用方方式式共共享同样的媒体。享同样的媒体。l一一个个扩扩展展服服务务集集ESS包包括括两两个个或或更更多多的的基基本本服服务务集集，是是一一个个在在LLC子层上的逻辑局域网。子层上的逻辑局域网。802.11标准还定义了三种类型的站：标准还定义了三种类型的站：l仅在一个仅在一个BSS内移动内移动l在不同的在不同的BSS之间移动但仍在一个之间移动但仍在一个ESS之内之内l在不同的在不同的ESS之间移动（之间移动（802.11不支持）。不支持）。67无固定基础设施的无线局域网l自组网络自组网络(adhocnetwork)l没有上述基本服务集中的接入点没有上述基本服务集中的接入点AP而是由一些处于而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点68802.11中的物理层 lDSSS（直直接接序序列列扩扩频频）局局域域网网可可在在很很宽宽的的频频率率范范围围内内进进行行通通信信，支支持持12Mb/s数数据据速速率率，在在发发送送和和接接收收端端都都以以窄窄带带方方式式进进行行，而而传输过程中则以宽带方式通信。传输过程中则以宽带方式通信。lFHSS（跳跳频频扩扩频频）局局域域网网支支持持1Mb/s数数据据速速率率，共共22组组跳跳频频图图案案，包包括括79个个信信道道，输输出出的的同同步步载载波波经经调调解解后后，可可获获得得发发送送端端送送来来的的信信息。息。DSSS和和FHSS无无线线局局域域网网都都使使用用无无线线电电波波作作为为媒媒体体，覆覆盖盖范范围围大大，发发射射功功率率较较自自然然背背景景的的噪噪声声低低，基基本本避避免免了了信信号号的的偷偷听听和和窃窃取取，使使通通信信非非常常安安全全。同同时时，无无线线局局域域网网中中的的电电波波不不会会对对人人体体健健康康造造成成伤伤害，具有抗干扰性、抗噪声、抗衰减和保密性能好等优点。害，具有抗干扰性、抗噪声、抗衰减和保密性能好等优点。69802.11标准中的MAC子层 l不不能能使使用用CSMA/CD：由由于于无无线线信信道道中中信信号号强强度度的的动动态态范范围围非非常常大大，使使得得发发送送站站无无法法使使用用冲冲突突检检测测的的方方法法来来确确定定是是否否发发生生了了冲冲突。突。l采采用用CSMA/CA(载载波波监监听听多多路路访访问问/冲冲突突避避免免)协协议议：为为了了尽尽量量减减少少数数据据的的传传输输碰碰撞撞和和重重试试发发送送，防防止止各各站站点点无无序序地地争争用用信信道道，。CSMA/CA通通信信方方式式将将时时间间域域的的划划分分与与帧帧格格式式紧紧密密联联系系起起来来，保保证某一时刻只有一个站点发送，实现了网络系统的集中控制。证某一时刻只有一个站点发送，实现了网络系统的集中控制。70无线局域网标准无线局域网标准IEEE802.11l802.11层次模型结构71CSMA/CA基本工作原理基本工作原理l发送帧之前需要先侦听信道。如果信道空闲发送帧之前需要先侦听信道。如果信道空闲超过一定超过一定时间（时间（DIFSDIFS）结点才可以发送帧结点才可以发送帧;l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ACKACK。如果接收到。如果接收到确认，则说明此次发送没有出现冲突，发送成功确认，则说明此次发送没有出现冲突，发送成功;l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之内，发送成功。内，发送成功。72802.11结点发送数据帧的过程结点发送数据帧的过程73CSMA/CA基本工作原理示意图基本工作原理示意图74无线局域网中的其他问题l暴露节点与隐藏节点问题暴露节点与隐藏节点问题lP185图图5-46lRTS/CTS预约机制预约机制75