第3章局域网体系结构培训教材

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1、Page 1,2020/8/1,第三章 局域网,本章重点 局域网的特点 局域网的参考模型 局域网的拓扑结构,Page 2,2020/8/1,3.1.1 局域网的定义和组成,lLAN不是纯计算机网络，从广义上讲，计算机化的电话交换机也属于LAN。 lLAN支持多对多的通信，即连在LAN中任何一个设备都能与网上的任何其他设备直接进行通信。 l LAN中的“设备”是广义的，它包括在传输介质上的任何设备。 lLAN地域范围是适中的，通常在10km之内。 lLAN是通过物理信道通信的，常用介质有同轴电缆、双绞线和光纤等。 l LAN的信道以适中的数据速率传输信息。,返回本节,3.1 局域网(LAN)概述

2、,Page 3,2020/8/1,3.1.2 LAN的特点,覆盖范围小 房间、建筑物、园区范围 距离20km 高传输速率 10Mbps1000Mbps 低误码率 10-7 10-8 采用总线、星形、树形、环形拓扑 双绞线、同轴电缆、光纤 为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务,Page 5,2020/8/1,3.2 局域网层次结构及标准化模型,IEEE802标准(LAN参考模型),网络层,数据链路层,物理层,逻辑链路控制 LLC,媒体访问控制 MAC,高层,OSI,IEEE 802,物理层PHY,由NOS来实现,Page 6,2020/8/1,802.3 CSMA/CD,802.4 Tok

3、en Bus,802.5 Token Ring,802.6 DQDB,802.9,802.2 LLC,数据链路层,物理层,LLC,MAC,802.1B Bridge,802.1A 体系结构,IEEE802体系结构示意图,PHY,LLC : (Logical Link Control),MAC: (Media Access Control),802.1(A) 概述、体系结构。 802.1(B) 寻址、网络管理、网间互连及高层接口。 802.2 逻辑链路控制(LLC)。这是高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。 802.3 CSMA/CD。定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规范。

4、802.4 令牌总线网(Token Bus)。定义令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规范。 802.5 令牌环形网(Token Ring)。定义令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规范。,802.6 城域网MAN。定义城域网的MAC子层和物理层的规范。 802.7 宽带技术。 802.8 光纤技术。 802.9 综合话音数据局域网接口(LAN-ISDN)。 802.10 可互操作的局域网安全规范(SILS) 802.11 无线局域网(Wireless LAN)。 802.12优先级高速局域网(100VG ANY LAN)。 802.14 电缆电视(Cable-TV)。,802.15：无线个人

5、局域网 Wireless Personal Area Network (蓝牙 bluetooth) 802.16：宽带无线接入 Broadband Wireless Access 802.17：弹性分组环 Resilient Packet Ring 802.18：无线管制 Radio Regulatory TAG 802.19：共存 Coexistence TAG 802.20：移动宽带无线接入 Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) 802.21：媒质无关切换 Media Independent Handoff 802.22：无线区域网络 Wirele

6、ss Regional Area Networks 802.23：应急无线电通信 Emergency Services,Page 10,2020/8/1,拓扑结构（逻辑、物理） 总线型、星型、环型、树型 介质访问方法 按协议实现信道共享: CSMA/CD和Token-passing 传输介质与信号传输形式 双绞线、同轴电缆、光纤、电磁波、 基带、宽带,3.3 决定局域网的主要技术,Page 11,2020/8/1,3.3.1 LAN典型拓扑结构,总线型: 所有结点都直接连接到共享信道 星型 : 所有结点都连接到中央结点 环型 : 结点通过点到点链路与相邻结点连接,Bus,Star,Ring,A

7、,B,C,C,A,D,C,B,A,B,C,A,T,Page 12,2020/8/1,3.3.2 局域网的传输介质与传输形式,传输介质： 双绞线、同轴电缆、光纤、电磁波 常用介质： 非屏蔽5类双绞线 廉价、100Mbit/s 非屏蔽6类双绞线 廉价、传输速率可达 1000Mbit/s 光纤 带宽宽、传输速率1000Mbit/s 传输形式：基带、宽带,Page 13,2020/8/1,34 局域网的数据链路层协议分析,341 IEEE802逻辑链路控制子层 两个子层构成;没有第三层; 1、LAN的数据链路层的特点 支持链路多重访问; MAC承担某些链路访问的细节; 必须提供第三层的功能。 2、逻辑

8、链路层的功能 端端差错控制和确认; 流量控制; 数据报、虚电路和多路复用（通过SAP实现）； 多路访问（多址和广播）。 3、LLC服务 无确认无连接服务 有确认无连接服务 面向连接的服务,Page 14,2020/8/1,341 IEEE802逻辑链路控制子层,4、LLC协议与HDLC和LAPB 类似； 没F和FCS，封装在MAC里 1）LLC的帧结构：,2）LC协议：地址、控制和信息 XID（1111.101);UI(1100.000);TEST(1100.111),Page 15,2020/8/1,341 IEEE802逻辑链路控制子层,2),Page 16,2020/8/1,3.4.2

9、IEEE802媒体访问控制子层,1、MAC地址： 单地址：惟一站点 组地址：多终点站；多站（逻辑）；广播 16位（局域）和48位（全域）：第二位来区分01 MAC地址是IEEE管理，一个制造商从IEEE获得唯一的地址块，这个获得的地址块又被称为一个组织的OUI（Organizationally Unique Identifier）,获得这个地址可以为16777216个设备分配地址。 MAC地址后48bit,通常被表示为12bit的点分十六进制数。前六位代表某个制造商，后六位由制造商自己决定。 如：思科某个设备为00-60-2F-1A-2E-3D，那么00-60-2F是思科OUI。后面六位则是思

10、科内部给设备分的地址。 MAC地址分类：（1）物理MAC地址：固化在硬件里（如网卡）中，网络上绝对唯一的标识一个终端。（2）广播MAC地址：其48bit全部位1，如 ffffffffffff，代表网络上的所有终端设备。（3）组播MAC地址：一个逻辑MAC地址，代表网络上的一组终端,Page 17,2020/8/1,（1）半双工模式下采用的是CSMA/CD的访问方式 （2）全双工模式下则可直接收发，不管线路的忙闲状态。半双工和全 双工是物理层的概念，而针对物理层的双工模式提供不同的访问方式则是数据链路层的概念. 因此：数据链路层和物理层是相关的。为了针对物理层的不同工作模式 进行访问，后来提出了

11、逻辑链路控制子层（LLC）和媒体访问控制子层(MAC)。 这样：不同的物理层对应不同的MAC子层，LLC子层则完全独立。,3、MAC与LLC 关系：,Page 18,2020/8/1,2、MAC子层的功能,（1）提供物理链路的访问：即是连接下层，访问物理层可以通过MAC子层。 （2）链路级的站点标识，即是在该层次保留了MAC地址标识一个唯一 的站点。 （3）链路级的数据传输：即是连接LLC子层，从LLC子层接受数据，附加上MAC地址和控制信息后再校验一下放到物理层去。 总结：MAC子层就 是承上启下，加MAC地址。,Page 19,2020/8/1,342媒体访问控制子层,3、MAC子层的协议

12、常见的有两种四类：,载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD) Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA) Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance 令牌环 Token Ring-FDDI(双环) 令牌总线 Token Bus,Page 20,2020/8/1,4、 IEEE802.3标准,1）、CSMA的方法-其算法的不同有三种方式： （1）非-坚持CSMA （2）P-坚持CSMA （3）1-坚持CSMA,Page 21,2020/8/1

13、,Pure ALOHA、 Slot- ALOHA的结点在发送报文分组之前对通信信道的忙闲情况不进行监听； CSMA的主要改进是结点在发送报文分组之前对通信信道的忙闲情况进行监听 Carrier Sense ； Carrier Sense 如果通信信道的忙怎么处理？ 1-坚持（1-persistent） :发前侦听，媒体闲发送，一旦监听到通信信道忙，仍然坚持监听，直到通信信道空闲为止立即发送 非坚持（nonpersistent）:发前侦听，媒体闲发送，一旦监听到通信信道的忙，等待一个随机延迟时间后，再重新监听一旦空闲就发送； P-坚持（P-persistent） :发前侦听，媒体闲： 结点以概率

14、p发送分组； 以（1-p）概率延迟一个t时间再重新监听通信信道；出现冲突，延迟一个时间后重复上步。,Page 22,2020/8/1,2）、CSMA/CD（IEEE802.3） 带冲突检测的载波监听多点访问,工作原理：-适合于总线结构（目前也用于星形） （1）先侦听信道，如果信道空闲,则发送信息。 （2）如果信道忙，则继续侦听，等信道空闲时立即发送 （3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。 （4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。,Pa

15、ge 23,2020/8/1,3）CSMA/CD的流程图,Page 24,2020/8/1,4）CSMA/CD的方法注意问题： ： 帧的长度足够长 间隔时间往返传播时间与干扰序列之和最小MAC帧长 5）、CSMA/CD的MAC的帧结构 前导码 帧起始定界符 目的地址 源地址 信息字段的长度值 信息字段 填充字段 信息和帧检验序列,Page 25,2020/8/1,5、令牌传递-令牌环（IEEE802.5）,A,B,D,C,站点,干线耦合器,单向环, 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环,发送缓冲区,接收缓冲区,接收,发送,线路驱动,线路接收,控制器,DTE,环路输入,环路输出,干线耦合器的结构

16、, 传输媒体：STP、光纤，速率4/16Mbps； 最多站点数：250个， 信号采用曼彻斯特编码,高层软件,Page 26,2020/8/1,Token Ring/802.5的操作,1）谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“ 令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。 2）拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后面加挂上自己的数据进行发送。,Page 27,2020/8/1,3）数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较： a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将帧送回环中； b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。 4）数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环