介质访问子层课件

介质访问子层主要内容4.1局域网概述4.2局域网参考模型与IEEE802标准4.3总线网（以太网

）4.4环型网介质访问方法4.5令牌总线介质访问方法4.6局域网扩展4.7无线局域网4.8高速以太网

4.9小结4.1局域网概述4.1.1局域网的特点网络所覆盖的地理范围比较小。数据的传输速率比较高，近年来已达到1000Mbps、10000Mbps。具有较低的延迟和误码率。某个单位所有，专用网。便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。4.1.3介质访问控制方法局域网的信道广播信道访问方式随机访问受控访问集中式分散式令牌环网令牌总线网总线网返回本章首页4.2局域网参考模型

与IEEE802标准局域网概述IEEE802标准LLC子层MAC子层4.2.1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传输媒体高层协议LLC子层MAC子层物理层传输媒体高层协议LLC子层MAC子层物理层局域网参考模型OSI参考模型IEEE802局域网参考模型4.2.3LLC子层逻辑链路控制（LLC）子层完成与介质无关的数据链路层功能,将不可靠的信道处理为可靠的信道。提供统一的帧格式，向网络层提供接口，屏蔽各种802网络的差异在以太网中不讨论LLC子层常用的局域网是采用DIXEthernetV2标准而不是802.3标准，多数网卡仅装有MAC协议而没有LLC协议。4.2.4MAC子层的作用和功能MAC子层协议与网络拓扑形式及传输介质的类型直接有关。实现以下功能MAC帧的封装与解封介质访问控制返回本章首页4.3总线网（以太网）4.3.1以太网的MAC子层4.3.2以太网的通信方式4.3.3介质访问方法4.3.4802.3布线介质标准MAC地址局域网使用一种编址方案来提供直接通信，局域网上的每个站点都被分配一个唯一数值叫做硬件地址或物理地址或MAC地址—即网卡编号在局域网上传输的帧都包含发送计算机的源地址以及接收计算机的目的地址MAC地址与计算机所在的地理位置无关，仅与所安装的网卡有关。MAC地址长度为6个字节，即48位。十六进制表示的EUI-48地址：厂家标识码系列号24bits24bits由IEEE统一分配由网卡生产厂家分配AC-DE-48-00-00-80第1字节第6字节10101100110111100100100000广播地址广播（broadcast)：发送者向所有站点传输帧的副本广播地址：当帧按广播地址发送时，网络上的每台计算机都能收到它的一个副本。以太网约定全1（48个）为广播地址MAC帧格式常用的以太网MAC帧格式有两种标准：DIXEthernetV2标准IEEE的802.3标准最常用的MAC帧是以太网V2的格式。MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，0x0800：IP数据报目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500CRC32FCS校验范围当数据字段的长度小于46字节时，在数据字段尾部进行“填充”，使得MAC帧长不小于64字节。填充之后怎么区分有效数据和无效数据？当上层协议使用IP协议时，IP首部首部中有一个“长度字段”目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500MAC帧，HDLC帧和PPP帧主要区别：HDLC帧和PPP帧是广域网内数据链路层定义的帧格式，HDLC帧是针对IBM的SDH体系结构，PPP帧是用户接入Internet时通信采用的数据链路层帧格式。MAC帧是局域网通信用的数据链路层帧格式。返回本节首页4.3.2以太网的通信方式采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。原因：局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的在总线上实现一对一通信B向

D发送数据CDAE匹配电阻（吸收总线上传播的信号的能量，避免反射）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B发送的数据主机之间广播方式进行通信，根据帧的目的地址(MAC地址)确定是否接收数据。4.3.3介质访问方法ALOHACSMACSMA/CD1)介质随机访问方法ALOHA20世纪70年代，由夏威夷大学的NormanAberamson等人提出。纯ALOHA:

每个站点只要有数据要发送,就可以将数据送到网上。如果一个站在整个发送过程中,没有其他站发送数据,发送便成功；否则,产生冲突,冲突各站等待一段随机时间重发.信道利用率18.4%.1-坚持策略如果介质空闲，就立即发送数据；如果介质忙，则继续侦听直到介质变为空闲，然后发送数据；如果有冲突，等待随机时间后再侦听。之所以称其为1-坚持CSMA，是因为一旦发现介质空闲，以概率1发送数据。发送帧载波监听载波监听发送帧信道忙？否是p-坚持策略如果介质空闲，便以概率p发送数据，以概率q=1-p把数据发送推迟到下一个时间片；如果下一个时间片介质仍然空闲，便再次以概率p发送数据，以概率1-p将其推迟到下下一个时间片。此过程一直重复，直到将数据发送出去或是其他站点开始发送数据。如果一开始侦听介质就发现介质忙，那么它就等到下一个时间片继续侦听介质，然后重复上述过程发送帧发送帧信道忙？载波监听载波监听否是载波监听产生(0,1)内随机数i否i≥p？载波监听等待1个时间片是非坚持策略如果介质空闲，立即发送数据；如果介质忙，则等待一个随机时间后再尝试。与前两者相比，信道的利用率更高发送帧载波监听载波监听发送帧信道忙？载波监听等待否是返回本小节首页3)CSMA/CDCSMA/CD全称为carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection，即带冲突检测的载波侦听多路访问。它被广泛地应用于局域网的MAC子层，是IEEE802.3的核心协议，也是著名的以太网所采用的协议。设计原因CSMA/CD主要是为解决如何争用一个广播型的共享传输信道而设计的，它能够决定该谁占用信道。该方法主要内容：载波侦听多路访问、冲突检测以及退避算法。CSMA/CD协议的工作原理某站点想要发送数据，必须首先侦听介质。如果介质空闲，立即发送数据并进行冲突检测；如果介质忙，继续侦听介质，直到介质变为空闲才继续发送数据并进行冲突检测。如果站点在发送数据过程中检测到冲突，它将立即停止发送数据并等待一个随机长的时间，重复上述过程。CSMA/CD流程图载波监听载波监听冲突？载波监听延迟一个随机时间发送帧发送帧否是有待发帧？是否载波监听强化冲突载波监听放弃发送帧载波监听出口CD(冲突检测)产生冲突的原因：1）当两个或两个以上站点同时监听到信道空闲，开始发送数据时，就会产生冲突。2）传输延迟可能会使第一个站点的信号还未到达目的站点，另一个要发送数据的站点就已监听到信道空闲，并开始发送数据，这也会导致冲突的产生。“冲突检测”是指计算机在开始发送数据之后，检测是否有其他计算机也在发送数据。冲突检测方法检查信道上的信号电压大小判断收到的数据是不是自己所发出的冲突窗口表明了以太网的争用期（以太网端到端2T时间），即经过争用期这段时间还没有检测到碰橦，才能肯定这次发送不会发生碰橦。

为什么？对于IEEE802.3，其冲突窗口为51.2µs。对于10Mbps的以太网来说，争用期等于发送512位的时间。冲突域字节数＝51.2µs×10Mb/s＝512bit，即64字节。冲突窗口最短有效帧长如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节。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。强化冲突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人为干扰信号(jammingsignal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。数据帧干扰信号TJ人为干扰信号ABTBtB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。为了简单起见，只画出A发送干扰信号的情况。截断二进制指数类型退避算法(truncatedbinaryexponentialtype)核心：产生冲突的次数越多，等待的时间越长。步骤：确定基本退避时间，一般是取为争用期2。对于第n次重传，令k=Min[n,10]，从整数集合[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。当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。返回本节首页4.3.4802.3布线介质标准10Base5粗同轴10Base2细同轴10BaseT双绞线10BaseFMMF100BaseT双绞线100BaseFMMF/SMF1000BaseX屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT双绞线数据率（Mbps）基带或宽带Base，Broad段最大长度（百米）或介质类型（T，F，X）10

Base

5返回本章首页4.4环型网介质访问方法只有持有令牌的站点才可发送数据。令牌在环上是单向传输的，当环线上各站点都没有帧发送时，令牌标记为01111111，称为空标记(Empty)；当一个站点要发送帧时，需等待令牌通过，并将空标记置换为忙标记(Busy)01111110.AB令牌环中的主要操作截获令牌并且发送数据帧如果没有结点需要发送数据，令牌就由各个结点沿固定的顺序逐个传递；如果某个结点需要发送数据，它要等待令牌的到来，当空闲令牌传到这个结点时，该结点修改令牌帧中的标志，使其变为“忙”的状态，然后去掉令牌的尾部，加上数据，成为数据帧，发送到下一个结点。接收与转发数据数据帧每经过一个结点，该结点就比较数据帧中的目的地址。如果不属于本结点，则转发出去；如果属于本结点，则复制到本结点的计算机中，同时在帧中设置已经复制的标志（肯定或否定应答），然后向下一结点转发。取消数据帧并且重发令牌

由于环网在物理上是个闭环，一个帧可能在环中不停地流动，所以必须清除。当数据帧通过闭环重新传到发送结点时，发送结点不再转发，而是从环中移去数据帧，并且产生一个新的空闲令牌发送到环上。 在移去数据帧的同时，检查接收站载入该帧的应答信息。若为肯定应答，说明发送的帧已被正确接收，完成发送任务；若为否定应答，则等待下一个空闲令牌到来，重发该数据帧。帧循环一圈后A将数据帧回收并放出空令牌A有数据要发送它抓住空令牌A将令牌修改为数据帧，并加挂数据AT=“E”EData（a）BCDAT=“B”BDataC（b）BCDB发现目标地址与自己相同，复制数据，设置标志位“F”，再将帧发送出去AT=“B”BData（c）BCDFAT=“E”T（d）BCDBDataF需要注意的问题各站只有“占有”令牌才可发送数据，发送完一帧数据后，必须释放令牌，这样其他站点才有机会发送数据。发送站必须将发送的数据回收，以避免数据在环网内无线传输。令牌本质上也是“帧”，可视为“控制帧”。采用令牌后，没一时刻只有一个站点发送数据，可避免产生冲突。返回本章首页4.5令牌总线介质访问方法在物理总线上建立一个逻辑环。物理拓扑是总线型，逻辑结构是环型。令牌传递的顺序与站的物理位置无关。令牌总线使用宽带同轴电缆，速度可达到1.5或10Mbps，介质访问控制方式为控制令牌。令牌总线网的物理拓扑13578642令牌总线局域网的组成

特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网。令牌总线介质访问控制令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环，通过令牌控制发送权。逻辑环的组成一般是由大的站号到小的站号降序排列,最后由最小号与最大号相连。令牌的传递次序与总线上的物理位置无关,而是沿逻辑环上的顺序传送。N1N3N2N6N4N5N1N3N2N6N4N5返回本章首页4.6局域网扩展1）在物理层扩展局域网：集线器一系二系三系集线器集线器集线器集线器主干集线器用集线器扩展局域网优点使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够通信。扩大了局域网覆盖的地理范围（起到中继器的作用）。缺点碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。2）在数据链路层扩展局域网

网桥站表端口管理软件网桥协议实体端口1端口2缓存①②③网段B网段A1112①③⑤2②④⑥2站地址端口网桥网桥④⑤⑥12网桥的工作原理目标LAN与源LAN相同，丢弃目标LAN与源LAN不同，转发（根据目的LAN，查找转发表）目标LAN未知，扩散（将此帧输出到除源LAN之外的所有LAN上）。①②③网段B网段A网桥④⑤⑥使用网桥的优缺点优点：过滤通信量（隔离了碰撞域）。可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网。缺点：存储转发增加了时延。网桥只适合于用户数不太多和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞（广播风暴）。透明网桥透明网桥是目前使用得最多的网桥。

“透明”是指局域网上的站点并不知道它所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。透明网桥是一种即插即用设备，其标准是IEEE802.1D。使用生成树算法，避免网络的“兜圈子”问题。回路导致“兜圈子”问题局域网2局域网1网桥2网桥1AFF2④F1③不停地兜圈子①②A发出的帧⑤网桥1转发的帧⑥网桥2转发的帧假设帧F的目的地址都不在网桥1和2的转发表中。生成树（Spanningtree）算法属于图论的基本算法，使得任何两个站点之间只有一条路径，即消除回路。源路由网桥源站在发送帧时，将详细的路由信息放在MAC帧的首部。路由获得过程：源站以广播方式向目的站发送一个发现帧“DiscoveryFrame”，发现帧在局域网中沿所有可能的路由传送。发现帧达到目的站时，沿各自的路径返回源站。源站根据返回的发现帧，选择一条到达目的站的最佳路由。特点：主机必须知道网桥的标识以及连接到哪个网段上。可利用最佳路由。3）用以太网交换机扩展局域网集线器集线器集线器一系三系二系10BASE-T至因特网100Mb/s100Mb/s100Mb/sWeb服务器Email服务器以太网交换机路由器以太网交换机的特点“交换式集线器”、“以太网交换机”和“第二层交换机”表示同一含义。以太网交换机工作在数据链路层，实质上就