第三章 直接连接的网络.docx

第三章 直接连接的网络链路类型组帧,差错校验可靠传输介质访问控制(Media Access Control)点对点链路多路访问链路网络适配器点对点协议(PPP:Point-to-Point Protocol)以太网IEEE 802.3IEEE 802.11电话线接入广域网局域网PPP帧结构PPP会话过程帧结构Flag: 0111110当帧的数据部分出现flag时使用字符填充(前面加一个DLE字符)Flag Addr Control Protocol Payload Chechsum Flag8bits 8bits 8bits 16bits 16bits 8bitsPPP会话过程LCP协商建立,配置和检测数据链路连接认证类型协商认证CHAPPAPNCP协商配置不同的网络层协议常用的是IP控制协议即IPCPPAP认证两次握手认证口令为明文CHAP认证三次握手认证口令为密文IEEE 802.3以太网IEEE 802.3以太网10Base5:粗铜轴电缆10Base2:细铜轴电缆10Base-T:双绞线10Base-F:光纤IEEE 802.3u快速以太网100Base-T4:3类双绞线100Base-TX:5类双绞线1000Base-FX:光纤IEEE 802.3z千兆以太网1000Base-SX:多模光纤1000Base-LX:单模或者多模光纤1000Base-CX:屏蔽双绞线1000Base-T:标准5类双绞线10G(802.3ae)以太网100G以太网IEEE 802.3以太网是部署最广泛采用的局域网局域网参考模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI 参考模型物理层物理层MAC子层LLC子层MAC子层LLC子层高层协议IEEE802.2局域网参考模型高层协议高层协议比较说明OSI参考模型的物理层与局域网模型的物理层相当OSI参考模型的数据链路层与局域网模型的LLC+MAC 相当LLC层与传输介质无关,适合各种类型的局域网MAC层与传输介质有关,它和网络的拓扑形式,传输介质的类型,介质的访问控制方式有直接关系LLC层的主要作用:为高层协议提供相应的接口,即一个或多个服务访问点,并进行流量和差错控制.MAC层的主要作用:装/拆帧,地址识别和差错检测丢弃出错的帧),管理和控制对传输媒体的访问IEEE802.3:带冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)介质访问控制和物理层规范IEEE 802.3 MAC子层帧格式CSMA/CD机制帧格式PA: 先导域 - 10101010序列,用于使接收方与发送方同步SFD: 帧起始 - 10101011DA: 目的MAC地址; SA: 源MAC地址LEN:数据长度(数据部分的字节数)(0-1500B)Type: 类型.高层协议标识(0X0800,上层使用IP)LLC PDU+pad - 最少46字节, 最多1500字节Pad:填充字段,保证帧长不少于64字节(046字节,若Data域46字节,则无Pad)FCS: 帧校验序列(CRC-32)8 6 6 2 46-1500 4字节FCSSATypePADADataPadDIX EthernetIEEE 802.37 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节FCSPASALENSFDDALLC PDUPad校验区间64-1518 字节DEC,Intel,XeroxCSMA/CD-冲突冲突(Collision):由多台主机争用传输介质造成,当两台或两台以上主机发出的信号在同一段介质上叠加时引起的信号错误传送传送冲突CSMA/CD-数据发送算法媒体忙发送帧碰撞发送完发送JamN16NoNoYes发送成功Yes发送失败No执行退避算法NoYes发送帧碰撞次数N+YesCSMA/CD-二进制指数退避算法确定基本退避时间,一般取争用期,即2=51.2us.定义参数k,它等于重传次数,但k不超过10.因此,k=Min重传次数,10.从离散的整数集合0,1,(2k-1)中随机地取出一个数,记为r.重传所需的时延就是r倍的基本退避时间.虽然k定为不超过10,但多数网络适配器重传16次仍不能成功时(这表明同时打算发送数据的站太多,以致连续发生冲突)才丢弃该帧,并向高层报告.没有遇到冲突的站点更有机会获得访问权CSMA/CD-传播延时对载波监听的影响CSMA/CD-最小帧长最大长度为2500米,具有4个Repeater的10Mbps以太网,最差情况下往返传播延时为50us,而发送1bit需要100ns,所以500bits是保证可以工作的最小帧,考虑到安全余量,增加到512bits,即64字节的帧.PPPoE(PPP over Ethernet)PPPoE=PPP+Ethernet在以太网上建立PPP连接,本质是在多路访链路上提供一条逻辑的点对点链路以太网的可扩展性PPP协议的管理控制机制PPPoE帧格式PPPoE连接建立过程Discovery阶段PPP会话阶段自动配置,接入控制和计费等RFC2516PPPoE帧格式DEST_ADDR SRC_ADDR ETHER_TYPE payload CheckSum6 octets 6 octets 2 octets 1 octetsVer TYPE Code SESSION_ID Length payload0001 0001 1 octets 2 octets 2 octetsTAG_TYPE TAG_Len TAG_Value2 octets 2 octetsTAG_TYPE TAG_Len TAG_Value2 octets 2 octets.ETHER_TYPE:0x8863 Discovery阶段0x8864 PPP会话阶段Code:0x00 PPP会话阶段0x09 PPPoE Active Discovery Initiation (PADI)0x07 PPPoE Active Discovery Offer (PADO)0x19 PPPoE Active Discovery Request (PADR)0x65 PPPoE Active Discovery Session-confirmation(PADS)0xa7 PPPoE Active Discovery Terminate (PADT)网络架构EthernetLLC/SNAPRFC1483AAAL5SARATMxDSLEthernet10Base-TEthernet10Base-TIPPPPPPPoEIPPPPPPPoEEthernetLLC/SNAPRFC1483AAAL5SARATMSONET/SDHxDSLxDSLATMPPPoE过程Discovery阶段PPP会话阶段PPPoE的特点通过PPP会话的建立和释放进行基于时间或者流量的统计,计费方式灵活方便动态IP地址配置和管理与传统拨号上网类似,提供基于用户名和密码的认证IEEE 802.11无线局域网具有相同的MAC子层(MAC:Media Access Control)IEEE 802.11 MAC层工作原理功能基本功能:媒介访问控制增强功能:加密,认证,功率管理,同步以及漫游等(Roaming)两种访问控制方式基于分布式协调功能(DCF: Distributed Coordination Function)的竞争模式基本方式,所有802.11设备都必须支持基于点协调功能(PCF: Point Coordination Function)的非竞争模式补充方式,不要求所有802.11设备都支持PCF虽然在一定程度上可以保证分组发送的最大延时,但是可扩展性差,现有的802.11设备基本上都采用DCF方式CSMA/CD不能用于无线环境隐藏节点问题暴露节点问题冲突避免机制(CA: Collision Avoidance)检测无线信道是否忙,如果是,则推迟发送,如果在DIFS(DCF帧间间隔)处于空闲状态,则可以发送分组接收节点如果正确接收分组(校验和正确),回送确认(ACK)给发送方,发送方如果正确接收到ACK,则表明无冲突发生虚拟载波侦听(Virtual Carrier Sense)RTS: Request to Send,包含源,目的节点信息,以及接下来请求传送的持续时间CTS:Clear to Send,与RTS相同的信息收到RTS/CTS的节点将为包含在RTS/CTS中的持续时间设置一个虚拟载波侦听标识(Virtual Carrier Sense indicator),在这段时间内认为信道忙数据帧比较小或者网络规模不大时,为提高效率通常可不发送RTS/CTSCSMA/CA载波侦听/冲突避免(CSMA/CA:Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)机制Backoff 在CW上随机选取若给定时间内没有收到ACK,则将CW加倍,然后重新进入backoff过程CW:Contention Window(竞争窗口)发送方接收方其他发送方数据帧DIFSBackoffACKSIFSDIFS数据帧Backoff发送成功,或者超过最大重传次数而丢弃重新设置CW为初始值DIFS:DCF帧间间隔SIFS:短帧间隔EDCF(Enhanced DCF):DCF增强IEEE 802.11e实现区分服务改变DIFS,Backoff时间AC:Access Category,业务分类AIFS:相当于DIFS,大小由业务分类决定CW:对于每个业务都有一个CWAC,当加大时,乘以常数PFAC,最大最小为CWminAC,CWmaxAC基于IEEE 802.11的无线局域网网络组成无线工作站(STA:Wireless STAtion):必须配备支持802.11的无线网卡无线接入点(AP:Access Point)提供中心(或者点)协调功能,在具有基础设施网络中,STA必须通过AP进行通信网络构建Ad Hoc网络基础设施(Infrastructure)网络信道分配IEEE 802.11切换Ad Hoc网络BSS(Basic Service Set):WLAN的基本单位,不包含AP的STA集合或者一个与一个AP关联的STA组IBBS(Independent BSS):特指没有AP的BSSBSS或者IBSS用BSSID来标识连接到有线网络时只能有一个IBSS,不能实现漫游基础设施(Infrastructure)网络每个BSS包含一个AP,BSSID一般为AP的MAC地址多个BSS可以通过DS(Distribution System) 组成ESS(Extended Service Set),并使用ESSID来标识,ESSID一般为32个字符当用作接入网时,多采用基础设施网络,此时DS一般为有线网络(例如以太网)以下的讨论基于带有AP的基础设施网络帧格式Control Duration Addr1 Addr2 Addr3 SeqCtrl Addr4 Payload CRC16bits 16bits 48bits 48bits 48bits 16bits 48bits 32bits当从STA1发送分组到STA2时,Control域中的ToDS和FromDS都设置为1,此时Addr1为STA2,Addr2为AP2,Addr3为AP1,Addr4为STA1信道频率划分2484XX1424722472X1324672467X122462246224621124572457245710245224522452924472447244782442244224427243724372437624322432243252427242724274242224222422324172417241722412241224121中国和日本欧洲美国和加拿大信道ID注:X-不可用的信道信道分配避免相邻AP信道干扰,最多可以在同一个覆盖区域设置4个互不重叠的信道实际室内部署时相邻AP最少相隔5个信道,所以一个覆盖区域内只能有3个信道可用IEEE 802.11切换定义:STA从当前关联的AP(PAP:Previous Access Point)转移到另一个AP(NAP:New Access Point)的过程切换发起:STA监测到当前无线链路的信噪比(SNR:Signal to Noise Ratio),当SNR低于搜索门限扫描被动扫描:在每个信