局域网与城域网_2010_第3章_局域网的体系结构.ppt

2010年秋冬 第3章局域网协议体系 3 1引言3 2OSI协议体系结构3 3802协议体系结构3 4LLC概要3 5MAC概要3 6物理层概要3 7802标准体系的演变3 8参考文献 2010年秋冬 3 1引言 本章讲解内容回顾OSI体系结构及相关概念讨论802体系结构重点讨论LLC和MAC子层概要内容介绍物理层概要情况介绍802体系的演变 2010年秋冬 3 2OSI协议体系结构 3 2 1OSI基本模型要点3 2 2七层模型3 2 3数据单元3 2 4逐层封装 2010年秋冬 3 2 1OSI基本模型要点 OSI BRM 概念要点七层模型根据开放系统功能从逻辑上划分为七个有序层组成一个严格的层次性模型服务访问点 SAP 相邻层之间的服务通过SAP提供与使用数据单元 DataUnit 实体间数据转移的基本形式PDU 协议数据单元SDU 服务数据单元LAN MAN中的DU 分组 这是基于分组的通信之基本特点OSI BRM 过程要点每一层中的实体使用下一层实体提供的服务通过与对等实体的协议交互 完成本层功能向上一层实体提供增强了的服务 2010年秋冬 层次模型的基本要素 协议是实现功能 提供服务的基础 是计算机网络的灵魂 功能 要做什么 层内层次定义依据服务 为用户做什么 相邻层之间下层为上层提供的功能通过服务原语进行交互接口 SAP 相邻层之间相邻层间的通信操作协议 有什么规则 对等层之间对等层间的通信规则 n n 1接口 SAP 第n层 第n层功能 第n层协议 第n 1层 向第n 1层提供的服务 2010年秋冬 3 2 2OSI七层模型 通信介质 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据连路层 物理层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据连路层 物理层 网络层 数据连路层 物理层 通信介质 传输层协议 会话层协议 表示层协议 应用层协议 端系统A 端系统B 中继系统 实通信 虚通信 2010年秋冬 3 2 3数据单元 数据单元实体之间信息传送的基本形式基于分组 packetbased 的通信已是大势所趋IEEE802 2001 ITU TY 2001 等等数据单元的基本类型协议数据单元PDU 用于对等实体之间的协议交互服务数据单元SDU 用于相邻实体之间的原语交互接口数据单元新版标准 ISO7498 1 1994 中已经取消IDU 只有本地含义是系统内部无需开放的部分OSI只关注系统之间相互开放的部分 2010年秋冬 3 2 3数据单元 服务数据单元 N SDU最简单时就是 N 1 PDU协议数据单元 N PDU最简单时就是 N PCI N SDU N 1 PDU N SDU N PDU N层协议头部 2010年秋冬 3 2 4逐层封装 数据单元的封装与拆封源于 层次模型与数据单元的结合逐层加封数据沿物理通信的方向逐层向下传递并逐层加封头部 直到通过物理介质传输到对端系统逐层拆封则反之实通信逐层加封到由物理介质传输到对端系统再逐层拆封的机制虚拟通信各层交换的PDU 2010年秋冬 3 2 5逐层封装 图 A P S T N DL Ph DL PDU NH T PDU TH S PDU 用户数据 A P S T N DL Ph ES ES DLH N PDU SH P PDU PH A PDU AH UD PhH 2010年秋冬 3 3协议参考模型 3 3 1概述3 3 2IEEE802参考模型3 3 3IEEE802实现模型3 3 4IEEE802的端系统与中继系统3 3 5IEEE802协议族 2010年秋冬 3 3 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 2010年秋冬 3 3 2802参考模型 802参考模型 802 RM 802ReferenceModel IEEE802委员会提出 802标准的参考模型802 RM表达了局域网协议体系结构 对应OSI模型低二层 DL PhDL层分为 LLC MAC两个子层PH层分为 PMI和PMD模型中含有对介质的描述三个服务访问点LLC服务访问点 LSAPMAC服务访问点 MSAPPh服务访问点 PhSAP 2010年秋冬 3 3 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 2010年秋冬 3 3 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 2010年秋冬 3 3 3IEEE802实现模型 802实现模型特别加强了物理层的结构 DL PHY 高层 MII MDI medium LLC MAC PMI PMD LLC 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MediumDependentInterface 2010年秋冬 3 3 4802中的端系统与中继系统 端系统与中继系统OSI模型中称为 ES RS ISLAN MAN模型 应当注意区分802模型中称为端站 Station 网桥 Bridge 或交换机 Switch TCP IP中的习惯称呼主机 Host 简写为H路由器 Router 以简写为R 2010年秋冬 3 3 4IEEE802的端系统 IEEE802RMforES摘自 Fig 1IEEEstd802 2001 LLC 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 Application Presentation Session Transport Network DataLink Physical Medium Medium Physical Physical MAC LLC MAC LLC ScopeofIEEE802Standards UpperLayerProtocols UpperLayerProtocols MSAP LSAP PhSAP 2010年秋冬 3 3 4802中继系统参考模型 802网络中继系统 桥 参考模型摘自 Fig4 IEEEstd802 2001 LAN LAN MAC LLC EndStation MAC LLC EndStation MAC MAC Relay Bridge MACServiceuser MACSublayer PhysicalLayer Media InternalorganizationoftheMACsublayerwithbridging 2010年秋冬 3 3 5IEEE802标准族 IEEE802标准族成员及其相互关系摘自 IEEEstd802 1Q 2003 2010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LAN 3 3 5IEEE802标准族 简图 802 3 802 2 802 11 物理层 数据链路层 PHY MAC LLC OSI层次 LAN层次 802 17 802 1 2010年秋冬 3 4LLC层 3 4 1LLC概述3 4 2LLC服务3 4 3LLCPDU3 4 4LLC地址3 4 5LLC协议应用模式 2010年秋冬 3 4 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 2010年秋冬 3 4 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 modeservices 2010年秋冬 3 4 3PDU与数据封装 2010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 4 3LAN协议头部信息 2010年秋冬 IPIPX 3 4 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 LLC MAC PHY LLC LSAP 2010年秋冬 3 4 4LLC地址 举例 LSAP分配 RFC1700 1994LSAP说明备注00000000NullLSAPIEEE01000000IndivLLCSublayerMgtIEEE11000000GroupLLCSublayerMgtIEEE00100000SNAPathControlIEEE01100000Reserved DODIP RFC768 JBP01110000PROWAY LANIEEE01110010EIA RS511IEEE01111010SIIPJBP01110001PROWAY LANIEEE01010101SNAPIEEE01111111SOCLNSIS8473RFC926 JXJ11111111GlobalDSAPIEEE 2010年秋冬 3 5MAC层 3 5 1背景3 5 2MAC层的功能3 5 3介质访问控制技术3 5 4MAC帧结构3 5 5MAC地址3 5 6MAC服务3 5 7MAC帧发送与接收 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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Whereandwho 在哪里控制 由谁控制 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 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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 如果更改了 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 网卡地址是不能更改的 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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在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 通过人工配置来保证 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地址采用网卡的固化地址如手动设置了MAC地址 则站点的MAC地址采用手动设置的地址 2010年秋冬 3 5 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所有站都接收的地址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 单播为0组播为1 高6位 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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 以下是线路上发送的顺序 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 b7 b0 低到高位 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 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 无差错控制功能帧中不含序号 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 2010年秋冬 3 5 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 2010年秋冬 3 5 7MAC帧发送与接收 网卡完成 工作站对帧接收 丢弃无效帧什么是无效帧 长度不是整字节数 长度不在规定范围之内 校验出错 2010年秋冬 3 7物理层概要 LAN标准中的物理层OSI物理层通常不包括传输介质然而802模型的物理层包括传输介质的使用规范介质的使用在LAN标准中十分重要LAN技术强烈地依赖于传输介质LAN直接在传输介质上传输位 这是LAN与WAN的区别LAN性能的提升强烈依赖于在介质上的传输技术更新802模型的物理层功能调制解调 高效编解码位同步与位传输 2010年秋冬 3 6物理层概要 几个基本概念比特 bit binarydigit 二进制位数字通信均为二进制 所以比特也是数据基本单位符号 symbol 码元 codeelement 码元有多种进制数据率 bit s b s bps 单位 其他说法 位传输率 比特率 位元率波特 bau