介质访问控制与局域网技术Li学习教案

1、会计学1介质介质(jizh)访问控制与局域网技术访问控制与局域网技术Li第一页，共77页。第1页/共76页第二页，共77页。第2页/共76页第三页，共77页。第3页/共76页第四页，共77页。第4页/共76页第五页，共77页。第5页/共76页第六页，共77页。第6页/共76页第七页，共77页。第7页/共76页第八页，共77页。第8页/共76页第九页，共77页。ALOHA信道的效率怎么样？帧时：传输一个标准的、固定长度的帧所需要的时间。如果从一帧被发送出去开始，在一个帧时内没有(mi yu)其他的帧被发送，则这一帧不会遭到冲突冲突(chngt)窗口 2t第9页/共76页第十页，共77页。!Prk

2、eGkGkGGGeSeP220ALOHAALOHA系统中吞吐率与帧流量系统中吞吐率与帧流量(liling)(liling)之间的关系之间的关系第10页/共76页第十一页，共77页。分槽ALOHA协议： 把使用信道的时间分成离散的时间槽，槽长为一个帧所需的发送时间，每个站点只能在时间槽开始(kish)时才允许发送，其他过程与纯ALOHA协议相同。 冲突主要发生在时间槽的起点，一旦发送成功就不会出现冲突，分槽ALOHA大幅度降低了冲突的可能性，信道利用率比纯ALOHA提高了约一倍。 冲突窗口t 第11页/共76页第十二页，共77页。第12页/共76页第十三页，共77页。（1）站点有数据发送，先侦听

3、信道；（2）若站点发现信道空闲，则发送；（3）若信道忙，则继续侦听直至发现信道空闲，然后完成发送；（4）若产生冲突，等待一个(y )随机时间，然后重新开始发送过程（回到（1）。优点：减少了信道空闲时间，缺点：增加了发生冲突的概率。广播延迟越大，发生冲突的可能性越大，协议性能越差。1、坚持(jinch)型CSMA（1-persistent CSMA）第13页/共76页第十四页，共77页。（1）若站点有数据发送，先侦听信道；（2）若站点发现信道空闲，则发送；（3）若信道忙，等待一个随机时间，然后重新开始发送过程（回到（1）；（4）若产生(chnshng)冲突，等待一个随机时间，然后重新开始发送过程

4、（回到（1）。优点：减少了冲突的概率，信道效率比1-坚持CSMA高缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大。传输延迟比1-坚持CSMA大。 2、非坚持(jinch)型CSMA（nonpersistent CSMA）第14页/共76页第十五页，共77页。（1）若站点有数据(shj)发送，先侦听信道；（2）若站点发现信道空闲，则以概率p发送数据(shj)，以概率q =1- p 延迟至下一个时间槽发送。若下一个时间槽仍空闲，重复此过程，直至数据(shj)发出或时间槽被其他站点所占用（3）若信道忙，则等待下一个时间槽，重新开始发送（4）若产生冲突，等待一随机时间，重新开始发送折中方案，既能像非坚持型

5、CSMA那样减少冲突，又能像1-坚持型CSMA那样减少媒体空闲时间的，适用于分槽信道。3. p-坚持(jinch)型CSMA（p-persistent CSMA）第15页/共76页第十六页，共77页。第16页/共76页第十七页，共77页。检测(jin c)冲突：边发边收第17页/共76页第十八页，共77页。CSMA/CD工作状态包括三个周期：传输周期、竞争(jngzhng)周期和空闲周期第18页/共76页第十九页，共77页。一个(y )站点确定发生冲突所花的时间到底为多少？2 最小帧长第19页/共76页第二十页，共77页。思考：考虑在一条1km长的电缆（无中继器）上建立一个1Gbps速度的CS

6、MA/CD网络(wnglu)。信号在电缆中的速度为200000km/s。请问最小的帧长度为多少？第20页/共76页第二十一页，共77页。预留协议(xiy)，每个站的开销是一位，不可能扩展到包含上千个站的网络中。第21页/共76页第二十二页，共77页。第22页/共76页第二十三页，共77页。11/1Prkkkkp第23页/共76页第二十四页，共77页。第24页/共76页第二十五页，共77页。第25页/共76页第二十六页，共77页。每个站分配两个信道: 控制信道;数据信道每个信道被分成时槽组面向连接通信的基本思想: 若A要与B通信,A先要在B的控制信道的一个(y )空时隙中插入一个(y )连接请求

7、帧,若B接受,则在A的数据信道上进行通信.每个站点有两个发送器和两个接收器固定波长的接收器-监听自己的控制信道可调波长接收器-选择监听一个(y )数据发送器固定波长发送器-发送数据帧可调波长发送器-在其他站的控制信道上发送信息第26页/共76页第二十七页，共77页。全局同步的时钟用于同步所有的信道.数据信道中有一个时槽用于报告(bogo)状态,如两个信道中哪些时槽是空的.0号时槽需要特殊的方法标记.第27页/共76页第二十八页，共77页。第28页/共76页第二十九页，共77页。第29页/共76页第三十页，共77页。第30页/共76页第三十一页，共77页。隐藏(yncng)站问题暴露(bol)站

8、问题用CSMA存在的问题冲突发生(fshng)在接收方而不是发送方A向B发送，C侦听不到，就会向B发数据B向A发送，C能检测到，C不能向D发数据第31页/共76页第三十二页，共77页。第32页/共76页第三十三页，共77页。制指数后退算法.第33页/共76页第三十四页，共77页。第34页/共76页第三十五页，共77页。 （1）DSAP字段：目的地址，低位为0时为单地址；低位为1时为组地址；各位全为1时为广播地址。 （2）SSAP字段：源地址，命令帧时低位为0； 响应(xingyng)帧时低位为1。 （3）控制字段：与HDLC类似，包含了序列号和确认号。当要可靠连接时才用到。第35页/共76页第

9、三十六页，共77页。 它们的数据(shj)间的关系见下图：第36页/共76页第三十七页，共77页。第37页/共76页第三十八页，共77页。名称介质最大区间长度节点树/段拓扑结构接口优点10base5粗缆500m100个节点总线型AUI骨干10base2细缆185m30总线型BNC廉价10base-T双绞线100m1024星形RJ-45容易维护10base-F光缆2000m1024星形ST1距离较远10BROAD3675欧姆电缆3600m树形AUI宽带系统第38页/共76页第三十九页，共77页。第39页/共76页第四十页，共77页。 10Base5：原始的以太网标准，使用AUI接口的50欧姆粗缆

10、直径（10mm） ，总线拓扑结构。10代表10Mbps；Base代表基带传输（baseband medium）；5代表500米。 收发器用于检测线路冲突,发送强化干扰信号. 收发器电缆可达50米长. 10BASE2是为降低10Base5的安装成本和复杂性而设计的。使用BNC接口的50欧姆细缆（5mm） 数据速率为10Mbps。 由于两者数据传输率相同，10BASE2电缆段和10BASE5电缆段可以共存于一个(y )网络中。 第40页/共76页第四十一页，共77页。10BASE-T：1990年发布的以太网物理层标准，物理上的星形拓扑网，T表示采用双绞线。中央节点是一个集线器，每个节点通过两对双绞

11、线与集线器相连，一对线发送数据，另一对线接收数据。 集线器的作用类似于一个转发器，接收来自一条线上的信号并向其他的所有线转发。由于任意一个站点发出的信号都能被其他所有站点接收，若有两个站点同时(tngsh)要求传输，冲突就必然发生。所以尽管这种策略在物理上是一个星形结构，但从逻辑上看与CSMA/CD总线拓扑的功能是一样的。 第41页/共76页第四十二页，共77页。 10BASE-F:以光纤作为介质的系统的规范。每条传输线路均使用一条光纤，每条光纤采用(ciyng)曼切斯特编码传输一个方向上的信号。包含三个标准： 10BASE-FP（Passive，无源的） 10BASE-FL（Link， 链路

12、） 10BASE-FB（Backbone，主干） 第42页/共76页第四十三页，共77页。 10BROAD36: 针对宽带系统的规范，采用双电缆带宽或中分带宽的75欧姆CATV同轴电缆。 使用与10BASE5规定的相同AUI，数据速率(sl)10Mbps。10BROAD36结构中的MAU（收发器）完成下列功能：（1）往媒体发送信号；（2）自媒体接收信号；（3）识别媒体上是否存在信号；（4）识别碰撞。第43页/共76页第四十四页，共77页。DIX以太网的MAC帧格式(g shi)地址:最高位0-普通(ptng)地址 1组播地址 次高位用于区分局部地址(管理员分配)还是全局地址(IEEE统一分配的

13、)全局地址可用46位,地址空间246.第44页/共76页第四十五页，共77页。第45页/共76页第四十六页，共77页。采用曼彻斯特(mn ch s t)编码第46页/共76页第四十七页，共77页。IEEE 802.3使用截断(ji dun)的二进制指数退避算法，将冲突发生后的时间划分为长度为51.2微秒的时间槽。（1）发生第一次冲突后，各个站点等待 0或1个时间槽再开始重传；（2）发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待0、1、2或3个时间槽再开始重传； （3）第 i 次冲突后，在 0至2i-1间随机地选择一个等待的时间槽数，再开始重传；（4）10次冲突后，等待的时间槽数固定在0至210-1间

14、；（5）16次冲突后，发送失败，报告上层。 第47页/共76页第四十八页，共77页。高速底板速度可以是几个(j )Gbps冲突域每块插卡;每个端口有缓存,独立冲突域第48页/共76页第四十九页，共77页。第49页/共76页第五十页，共77页。第50页/共76页第五十一页，共77页。第51页/共76页第五十二页，共77页。第52页/共76页第五十三页，共77页。千兆以太网的电缆(dinln)类型要达到1Gbps左右的速率，使用激光，可用0.85um 1.3um波长。光纤直径可以(ky)是10,50,62.5um. 1.3um的激光作用在10um的光纤上才能达到5000m的距离。采用8B/10B编

15、码方案，每个8位字节编成10位。1000Base-T使用4对5类双绞线。5级电压值，每对双绞线2位，每个时钟周期8位，125MHz,可达1Gbp速率。千兆以太网支持流控制：特殊控制帧，类型0 x8808,数据域前两个字节给出命令，后续为参数，暂停多少个最小帧长时间（512ns）允许暂停的时间可以(ky)长达33.6ms。第53页/共76页第五十四页，共77页。第54页/共76页第五十五页，共77页。第55页/共76页第五十六页，共77页。第56页/共76页第五十七页，共77页。环比特长度=传播时延数据传输速率接口延迟(ynch)位数 环路介质长度/ 200（m/s）例：某令牌环介质长度为10K

16、m，数据传输速率为4Mbps，环路上共有50个站点，每个站点的接口引入1位延迟(ynch)，则可计算得：环的比特长度=10（Km）/ 200（m/s） 4（Mbps）1（bit）50=500（bit） 环长计算(j sun)第57页/共76页第五十八页，共77页。第58页/共76页第五十九页，共77页。1、IEEE 802.5MAC 帧格式(g shi)IEEE 802.5令牌环的MAC帧有两种基本格式(g shi)：令牌帧和数据帧，如下图所示。 第59页/共76页第六十页，共77页。（1）访问控制字段AC （2）帧控制(kngzh)字段FC （3）帧状态字段FS 第60页/共76页第六十一页

17、，共77页。（1）帧发送：采用沿环传递令牌的方法来实现对介质的访问控制，取得令牌的站点具有发送一个数据帧或一系列数据帧的机会(j hu)。（2）令牌发送：发送站完成数据帧发送后，等待数据帧的返回。在等待期间，继续发送填充字符。一旦源地址与本站相符的数据帧返回后，即发送令牌。令牌发送之后，该站仍保持在发送状态，直到该站点发送的所有数据帧从环路上撤消为止。（3）帧接收：若接收到的帧为信息帧，则将FC、DA、Data等字段复制到接收缓冲区中，并随后将其转至适当的子层。（4）优先权操作：访问控制字段中的优先权和预约位配合工作，使环路服务优先权与环上准备发送的PDU最高优先级匹配。第61页/共76页第六

18、十二页，共77页。第62页/共76页第六十三页，共77页。 逻辑环：每一个(y )站点都在一个(y )有序的序列中被指定一个(y )逻辑位置，序列中最后一个(y )站点的后面又跟着第一个(y )站点。每个站点都知道它的前趋站和后继站标识。第63页/共76页第六十四页，共77页。环初始化 令牌传递算法 站插队入环算法 站退出(tuch)环算法 故障处理 令牌总线的主要(zhyo)操作：第64页/共76页第六十五页，共77页。0 1 r r r p p p数据帧扩充用优先权（0，2，4，6）MAC控制帧分类编码000000申请令牌000001请求令牌001000请求后继0 0 c c c c c

19、c第65页/共76页第六十六页，共77页。 1. 802.3协议： 使用最为广泛；电缆是无源的，站点的接入与安装(nzhung)很方便；在低负载时网络基本上没有时延。 缺点：发送时延的不确定性，对某些实时应用非常不利。在使用转发器的情况下，电缆的最大长度只有2.8km。电磁波在电缆线上的往返时间决定了争用期的长度，它和数据的发送速率无关，但这一点限制了数据的发送速率。当网络的负载很重时，由于冲突增多，网络的效率下降很多。 第66页/共76页第六十七页，共77页。2. 802.4协议 使用高可靠的电视电缆。发送时延一般是确定的。802.4协议没有对数据帧的长度设置下限；可以设定优先级，有利于传送

20、数字化的分组话音(huyn)信号。令牌总线局域网在重载时的性能非常好，采用的是宽带电缆，可以支持多个信道，除了数据外，还可以传送话音(huyn)和电视。 但是802.4协议使用了许多的模拟部件，包括调制解调器和宽带放大器。该协议非常复杂，在负载很轻时也要等待令牌的到来，产生了不必要的发送时延。和总线局域网相似，令牌总线局域网也很难用光纤来实现。 第67页/共76页第六十八页，共77页。3. 802.5协议 既可用双绞线连接，也较易用光纤来实现；可自动检测和排除电缆的故障；可设置优先级；允许发送(f sn)很短的帧。重载时，效率和吞吐率都是很高的。 主要缺点是令牌的管理采用了集中管理方式。当管理

21、令牌的站出现故障时，虽然按照协议可以再产生一个新的管理令牌的站，但还是会造成一些麻烦。在低负载时，发送(f sn)数据的站由于要等待令牌，会产生附加的时延。 三种局域网的标准(biozhn)不兼容，差别很大。第68页/共76页第六十九页，共77页。 两条平行的单向总线穿绕于整个城市，站点同时连接于两条总线之上。每条总线都有一个首端(shu dun)，它产生一个稳定的53字节的信元流。每个信元从首端(shu dun)沿总线往下传，当它到达终点时，就从总线中消失了，每个信元带有44字节的有效载荷。第69页/共76页第七十页，共77页。 以光纤作为传输介质，逻辑拓扑结构是一个环，物理拓扑结构可以是环

22、形带树形或者(huzh)是带星形的环。数据传输速率可达100Mbps，覆盖的范围可达几公里。 可在主机与外设之间、主机与主机之间、主干网与IEEE802低速网之间提供高带宽和通用目的的互连。 FDDI工作原理 FDDI体系结构 FDDI MAC帧 第70页/共76页第七十一页，共77页。（1）双环配置(pizh)（dual-ring） 双环配置(pizh)使用两个全冗余的环，其中一个环作为主通信路径，当站检测到主路径失败时，可以自动“绕过”出错点，使用第二个环。（2）单环配置（single-ring） 还支持使用单环配置。单个接入站需要使用FDDI集中器。尽管(jn gun)舍弃了冗余、无差错操作，但它们对于前端应用通常并不重要。 第71页/共76页第七十二页，共77页。 FDDI标准是由美国国家标准学会（ANSI）主持制定的，它采用(ciyng)了802的体系结构，即FDDI的MAC可以在IEEE系列标准定义的LLC下操作。FDDI标准定义了100Mbps光纤网介质控制（MAC）和物理层，在MAC之上借用了ISO的802.2中的LLC（逻辑链路控制）协议，FDDI把物理层分成两个子层。 第72页/共76页第七十三页，共77页。FDDI标准共分为四部分： 1、介质访问控制（MAC） 定义了MAC服务及协议两部分。 2、物理层协