第9章局域网体系结构教学文稿.doc

第9章局域网体系结构教学文稿 第9章局域网体系结构xx年8月计算机系网络教研室田华9.1学习目标?了解局域网的特点、应用范围9.1局域网概述?局域网的主要特点较小的地域范围高传输速率和低误码率一般为一个单位所建、管理侧重共享信息的处理?局域网的主要功能资源共享通信交往?局域网的主要技术拓扑结构传输介质介质访问控制方法（如何使用传输线路）9.3学习目标?了解1IEEE802参考模型的层次结构，各层功能，各层中英文名称2IEEE802主要协议802. 3、802. 5、802.11LLC帧、MAC帧的结构（MAC地址）IEEE802参考模型?最低层对应于OSI模型中的物理层功能?信号的编码/解码?前导的生成/去除（该前导用于同步）?比特的传输/接收?物理层以上层次对应于OSI模型中的数据链路层主要功能?组装帧，加入地址、差错检测、控制信息等字段；?解包帧，进行地址识别和差错检测；?管理和控制对于局域网传输媒体的访问；?为高层协议提供相应的接口，并且进行流量和差错控制。 LLC?LLC向高层提供的服务有四种类型面向连接的服务确认无连接服务不确认无连接服务高速传送服务?LLC的功能1.为高层协议调用数据链路层功能提供接口，称为SAP（Service AessPoint）服务访问点。 通过SAP提供面向连接的服务。 2.端到端的差错控制和确认3.端到端的流量控制LLC和MAC高层数据LLC数据LLC首部MAC首部MAC尾部MAC数据MAC子层?局域网大多采用广播传输技术。 ?所有站点共享一个传输信道，任何时候只允许一个站点使用信道（向信道上发送数据）。 若有两个或多个站点同时发送数据，则信号在信道上就会发生碰撞或冲突（collision），导致数据发送失败。 ?解决冲突的办法就是采用一套信道分配的策略来控制各个站点如何使用信道，即介质（信道）访问（使用）控制MAC（Medium AessControl）。 ?由于网络中使用的传输介质及拓扑结构的不同，使得介质访问控制的策略也不相同，因此在局域网的数据链路层底部特别设置一个介质访问控制子层来专门负责信道分配的问题。 局域网？以太网？?局域网按地理范围划分?在局域网发展过程中，曾出现过很多厂商生产的不同局域网组网的方案。 IDX联盟的以太网IBM的token ring等从以太网到IEEE802.3?1976年，Xerox公司建成世界上第一个CSMA/CD局域网（2.94Mbps），在一公里长的粗同轴电缆上连接了100多个个人工作站，此系统被称作以太网（ether）。 ?以太网的成功促使Xerox、DEC和Intel联合开发该产品，并制定了一个10Mbps的以太网标准。 IEEE802.3标准正是建立在此标准之上。 ?IEEE802.3和以太网的区别IEEE802.3描述了运行在各种介质上的从1Mbps10Mbps的整个1-坚持式CSMA/CD系统的家族。 两者帧的头部字段定义也有所不同。 ?以太网=？CSMA/CD=？IEEE802.3IEEE802和Ether II?局域网中的多种帧格式产生的原因1980DEC,Intel,Xerox制订了Ether I的标准1982DEC,Intel,Xerox又制订了Ehter II的标准1982IEEE开始研究Ether的国际标准802.31983Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ether帧格式1985IEEE推出IEEE802.3规范后来为解决EtherII与802.3帧格式的兼容问题推出折衷的Ether SNAP格式局域网的相关标准-IEEE?IEEE802.1A概述及网络体系结构?IEEE802.1B寻址、网络管理和网际互联?IEEE802.2逻辑链路控制协议?IEEE802.3CSMA/CD介质访问控制方法和物理层技术规范（以太网）?IEEE802.4令牌总线介质访问控制方法和物理层技术规范?IEEE802.5令牌环介质访问控制方法和物理层技术规范?IEEE802.6DQDB介质访问控制方法和物理层技术规范（MAN）?IEEE802.7宽带LAN（时分剑桥环网）?IEEE802.8光纤局域网（FDDI）?IEEE802.9综合话音数据局域网（ISDN）?IEEE802.10可互操作的局域网的安全机制（Virtual LAN）?IEEE802.11CSMA/CA（WLAN）?IEEE802.12优先级请求访问局域网（100VoiceGrade-AnyLAN）?IEEE802.14有线电视网上的数据传输?IEEE802.15WPAN（Wireless PersonalArea Networks）?IEEE802.16Broadband wireless（Wireless MAN）?IEEE802.17坚固型分组环（RPR，Resilient PacketRing）?IEEE802.18Radio RegulatoryTAG（Technical Advisory Group）?IEEE802.19Coexistence TechnicalAdvisoryGroupIEEE802各标准之间的关系802.3MAC802.3物理层802.4MAC802.4物理层802.5MAC802.5物理层802.6MAC802.6物理层802.2LLC802.1A概述及体系结构802.1B寻址、管理802.1B网际互联9.3.2LLC?IEEE802链路层通信用到2个地址SAP?区分进程MAC?区分线路高层数据LLC数据目的访问点DSAP MAC控制MAC尾部MAC数据源访问点SSAP控制字段源源MAC地址目的MAC地址MAC地址?由IEEE全球统一分配?顺序编号，和使用MAC的计算机所在的地理位置无关。 ?48bit?前24bit厂商编号?后24bit厂商定义的产品编号9.3.3MAC层?静态分配（同步）1.FDM2.TDM将频带或时间片固定地分配给各个站点。 适用于?站点数量少且固定的场所特点?控制简单，效率高。 ?动态分配（异步时分多路复用）1.随机访问（争用，contention）只要有数据，就可直接发送，发生冲突后再采取措施解决冲突。 适用于负载轻的网络，负载重时效率低。 2.控制访问发送站点必须先获得发送的权利，再发送数据，不会发生冲突。 在负载重的网络中可获得很高的信道利用率。 形式?轮转（round-robin）?预约（reservation）信道分配策略可分为两大类碰撞9.4IEEE802.3内容?CSMA/CD介质访问控制方法?物理层技术规范速率110Mbps信号编码曼彻斯特编码信号传输方式基带？频带？介质拓扑IEEE802.3的物理层介质规范?按历史的发展顺序依次为10Base5（粗缆以太网）10Base2（细缆以太网）10Base-T（双绞线以太网）10Base-F（光纤以太网）?含义“10”速率为10Mbps“Base”基带信号传输“5”单段的最大长度为5个100米“2”单段的最大长度为2个100米，实际为600英尺，约182.88米“T”Twisted pair，使用双绞线介质“F”Fiber optics使用光纤介质IEEE802.3物理层标准10BASE510BASE210BASE-F10BASE-T最大网段长度500m185m500/1000/2000m100m拓扑结构总线型总线型星型星型介质50粗缆50细缆单模/多模光缆100UTP连接器NIC-DB-15BNC ST/SC RJ-45介质挂接方法MAU栓接同轴电缆外接或在NIC中外接或在NIC中外接或在NIC中站站/网段1003010BASE-FP332（NIC和和中继器）最多网段数数5555不加中继器线路最大距离10Base5和10Base2组网方式介质直径(mm)阻抗(?)速率(Mbps)单段最大长度(m)每段最大节点数节点间距最小值(m)最大段数最长距离10Base5粗同轴电缆1050105001002.552.5km10Base2细同轴电缆55010xx00.55925m10BASE-T以太网跨距?单段长度100m?增加1个中继器100m*2=200m?增加2个中继器中继器之间B的距离S网络传输速率R=0.7C帧长L帧在媒体上的传输速率V物理层处理延迟t PHYA BT2*S/V+2*t PHYLmin=R*T最小帧长、网络直径?Lmin=(2*S/V+2*t PHY)*R?当Lmin=64byte时?R=10Mbps,网络直径S=5376m?R=100Mbps,网络直径S=537.6m帧扩展技术?当传输速率达到1Gbps时，会出现网络直径0的情况。 ?因此使用帧扩展技术，将最小帧长扩展到4096位（512字节）。 ?如果帧长10Base以太网的T=512bit/10Mbps=51.2s=10BASE-T网络应符合站点单程延时*2+线单程延时/m*线长*2+中继器单程延时*中继器个数*2 铜电缆的直径通常用AWG(American WireGauge)单位来衡量。 通常AWG数值越小，电线直径越大。 我们通常使用的双绞线均是24AWG。 ?CM是指通信通用电缆，CM是NEC(美国国家电气规程)中防火耐烟等级中的一种。 ?VERIFIED?UL说明双绞线满足UL(Underwriters LaboratoriesInc.保险业者实验室)的标准要求。 UL成立于1984年，是一家非营利的独立组织，致力于产品的安全性测试和认证。 ?CAT5E指该双绞线通过UL测试，达到超5类标准。 ?31086FEET?09745.0METERS表示生产这条双绞线时的长度点。 1英尺等于0.3048米，有的双绞线以米作为单位。 AVAYA-C SYSTEIMAX1061C+4/24AWG CMVERIFIED?UL CAT5E31086FEET?09745.0METERS双绞线以太网组网的硬件连接?单一集线器结构?多集线器单集线器结构?双绞线长度100m?联网计算机台数2-24多集线器级联结构交叉线的制作?一端T568B，一端T568A36145278绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕12345678多集线器级联结构?平行式级联?树型级联多集线器级联结构多集线器10M配置规则?每段UTP100m?任意2个节点之间最多可以有5个网段，4个集线器?整个网络范围500m?网络中不能出现环路9.5IEEE802.5令牌环局域网?令牌环工作原理所有节点必须拥有一个令牌才能发送数据令牌在网络上按一个方向从一个节点到另一个节点，整个路径形成一个环每个节点占用令牌的时间一定?令牌环的物理层类似10BASE-T使用屏蔽双脚线9.6IEEE802.4令牌总线?令牌总线工作原理网络启动后，形成逻辑环只有获得令牌的节点才可以发送数据令牌在逻辑环上根据地址从高到低传递任何节点保持令牌的时间固定?令牌总线的物理层总线类似于10BASE-5，使用同轴电缆连接多集线器100M配置规则?每段UTP100m?任意2个节点之间最多可以有2个集线器?集线器之间的级联电缆长度5m?整个网络范围205m?网络中不能出现环路无线局域网（Wireless LAN）协议?WLAN中通过有线介质将一些基站（base station）连接起来，每个基站通过微波或红外信号与移动的计算机进行通信，一个基站同时只能与一台计算机通信。 ?WLAN最基本使用CSMA协议，但由于各个站点发出的信号范围有限（不像有线网络中一个站点发出的信号可到达所有的站点），因此会造成隐藏站点问题（hidden stationproblem）图(a)中，A向B发送时，由于C听不到误以为可发送数据，造成B接收失败。 暴露站点问题（exposed stationproblem）图(b)中，B向A发送时，C听到信道忙误认为它不能向D发送数据，实际上并不影响A和D两站的接收。 CSMA withCollision Avoidance协议?CSMA/CA（避免冲突的CSMA协议）是WLAN采用的介质访问控制协议，其相应的国际标准为IEEE802.11。 ?发送方先激发（RTS）接收方发送一个短帧（CTS），使接收方周围的站点不会在即将到来的数据帧期间发送数据而导致冲突（避免冲突）。 ?当多个站点同时向一个站点激发时仍会发生冲突，在预定时间内没有收到CTS的发送方采用二进制指数退避算法，在等待一随机时