第5章计算机网络技术基础课程课件设计介质访问控制子层

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1、第5章计算机网络技术基础课程课件设计介质访问控制子层Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望本章学习要求本章学习要求：了解：了解：局域网与城域网的主要技术特点。局域网与城域网的主要技术特点。了解：局域网拓扑结构的类型与特点。了解：局域网拓扑结构的类型与特点。了解：了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念。参考模型与协议的基本概念。掌握：掌握：Ethernet局域网的基本工作原理。局域网的基本工作原理。了解：令牌环网与了解：令牌环网与FDDI的基本工作原理。的基本工作原理

2、。掌握：高速局域网、交换局域网与虚拟局域网的基本掌握：高速局域网、交换局域网与虚拟局域网的基本工作原理。工作原理。了解：无线局域网的基本工作原理。了解：无线局域网的基本工作原理。掌握：网桥的基本工作原理。掌握：网桥的基本工作原理。2计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.1 局域网与城域网基本概念局域网与城域网基本概念 5.1.1 决定局域网与城域网性能的三要素决定局域网与城域网性能的三要素 网络拓扑网络拓扑 传输介质传输介质 介质访问控制方法介质访问控制方法 3计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.1.2 局域网拓扑结构类型与

3、特点局域网拓扑结构类型与特点 网络拓扑结构网络拓扑结构：总线型总线型环型环型星型结构星型结构网络传输介质网络传输介质：双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光纤光纤4计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层总线型拓扑构型总线型拓扑构型特点特点：总线型局域网的介质访问控制方法采用的是总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介共享介质质”方式；方式；所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；所有结点都可以通过总线传输介质以所有结点都可以通过总线传输介质

4、以“广播广播”方式发方式发送或接收数据，因此出现送或接收数据，因此出现“冲突（冲突（collision）”是不可是不可避免的；避免的；“冲突冲突”会造成传输失败；会造成传输失败；必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC， medium access control）问题。问题。5计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层总线结构总线结构与冲突与冲突6计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层介质访问控制方法要解决以下几个问题介质访问控制方法要解决以下几个问题：该哪个结点发送数据？该哪个结点发送数据

5、？发送时会不会出现冲突？发送时会不会出现冲突？出现冲突怎么办？出现冲突怎么办？总线型拓扑的优点总线型拓扑的优点：结构简单，实现容易；结构简单，实现容易；易于扩展，可靠性较好。易于扩展，可靠性较好。7计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层环型拓扑构型环型拓扑构型结点使用点结点使用点点线路连接，构成闭合的物理的环型结构；点线路连接，构成闭合的物理的环型结构；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；多个结点共享一条环通路；多个结点共享一条环通路；环建立、维护、结点的插入与撤出。环建立、维护、结点的插入与撤出。 8计算机网络第计算机网络第5 5

6、章章 介质访问控制子层介质访问控制子层 星型拓扑构型星型拓扑构型 逻辑结构与物理结构的关系逻辑结构与物理结构的关系交换局域网交换局域网( (switched LAN)switched LAN)的物理结构的物理结构 9计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.1.3 传输介质类型与介质访问控制方法传输介质类型与介质访问控制方法 局域网的传输介质类型局域网的传输介质类型 同轴电缆同轴电缆双绞线双绞线光纤光纤无线通信信道无线通信信道讨论讨论：双绞线已能用于数据传输速率为双绞线已能用于数据传输速率为100100Mb/sMb/s、1Gb/s 1Gb/s 的高的高速局域网中；

7、速局域网中；在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在远在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线技术的趋势已经明朗。无线技术的趋势已经明朗。 10计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层介质访问控制方法介质访问控制方法:带有冲突检测的载波侦听多路访问带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD令牌总线令牌总线 token bus令牌环令牌环 token ring 11计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.1.4 IEEE 802参

8、考模型参考模型IEEE 802 标准所描述的局域网参考模型与标准所描述的局域网参考模型与OSI参考模参考模型的关系型的关系 ：12计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层IEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，它们统委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为称为IEEE 802标准；标准；IEEE 802标准之间的关系：标准之间的关系： 13计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.2 Ethernet局域网局域网 5.2.1 Ethernet的发展的发展 Ethernet的核心技术是的核心技术是CSMA/CD介质访问控制方法；

9、介质访问控制方法；随机争用技术起源于夏威夷大学校园网随机争用技术起源于夏威夷大学校园网ALOHA；1972年，年，Xerox公司开始公司开始Ethernet实验网的研究；实验网的研究；1979年，年，Xerox公司宣布了公司宣布了Ethernet产品；产品；1980年，年，Xerox、DEC与与Intel联合宣布联合宣布Ethernet V2.0规范规范 ； 20世纪世纪90年代，年代，10Base-T标准使得标准使得Ethernet性能价格性能价格比大大提高；比大大提高；目前，交换式目前，交换式Ethernet与最高速率为与最高速率为10Gb/s的高速的高速Ethernet的出现，更确立了它

10、在局域网中的主流地位。的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。14计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.2.2 Ethernet帧结构与帧发送、接收流程分析帧结构与帧发送、接收流程分析 1.Ethernet数据发送流程的分析数据发送流程的分析 15计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层CSMA/CD的发送流程可以概括为的发送流程可以概括为： 先听后发先听后发 边听边发边听边发 冲突停止冲突停止 延迟重发延迟重发 16计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层Ethernet结点结点数据发送流程数据发送流程

11、17计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层载波侦听过程载波侦听过程 目的：目的：检查是否已经有结点利用总检查是否已经有结点利用总 线在发送数据。线在发送数据。18计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层冲突检测：比较法和编码违例判决法冲突检测：比较法和编码违例判决法19计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层冲突窗口的概念冲突窗口的概念20计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层随机延迟重发随机延迟重发截止二进制指数后退延迟算法截止二进制指数后退延迟算法 2kRa 其中：其中：为结

12、点重新发送需要的后退延迟时间，为结点重新发送需要的后退延迟时间，a为冲突为冲突窗口值，窗口值，R为随机数为随机数;限定限定k的范围的范围,k=min（n，10）;如果重发次数如果重发次数n10，则则取取k=n；如果重发次数如果重发次数n10时，则时，则k取值为取值为10; 第第n次重发延迟是分布在次重发延迟是分布在0与与2min（n，10）-1个时间片之个时间片之间，最大可能延迟时间为间，最大可能延迟时间为1023 个时间片个时间片;在到后退延迟时间之后，结点将重新判断总线忙、闲状在到后退延迟时间之后，结点将重新判断总线忙、闲状态，重复发送流程态，重复发送流程;当冲突次数超过当冲突次数超过16

13、时，表示发送失败，放弃该帧发送。时，表示发送失败，放弃该帧发送。 21计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层2.Ethernet帧结构帧结构前导码与帧前定界符字段前导码与帧前定界符字段目的地址和源地址字段目的地址和源地址字段 长度字段长度字段LLC数据字段数据字段帧校验字段帧校验字段22计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层Ethernet帧结构的讨论帧结构的讨论：前导码与帧前定界符字段前导码与帧前定界符字段 前导码：前导码：7个字节，个字节，10101010101010比特序列。比特序列。 帧前定界符：帧前定界符：1字节，字节，10

14、101011。 目的地址和源地址字段目的地址和源地址字段 地址字段长度地址字段长度：2 2个字节或个字节或6 6个字节个字节 。 目的地址类型目的地址类型： 单一结点地址（单一结点地址（unicast address）；）； 多点地址（多点地址（multicast address）；）； 广播地址（广播地址（broadcast address）。）。23计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层长度字段长度字段 帧的最小长度为帧的最小长度为64字节，最大长度为字节，最大长度为1518字节。字节。 LLC数据字段数据字段 LLC数据字段是帧的数据字段，长度最小为数据字段

15、是帧的数据字段，长度最小为46个字节少个字节少于于46个字节，需要填充。个字节，需要填充。帧校验字段帧校验字段 采用采用32位的位的CRC校验校验 校验的范围是：目的地址、源地址、长度、校验的范围是：目的地址、源地址、长度、LLC数据等数据等字段。字段。 24计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层3.Ethernet接收流程接收流程25计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.2.3 Ethernet实现方法实现方法26计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层Ethernet网卡结构网卡结构 27计算机网络

16、第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.2.4 Ethernet物理地址物理地址 Ethernet地址地址 网络物理地址网络物理地址 物理网络地址物理网络地址 ;Ethernet地址地址 = Manufacture ID + NIC ID 24bit + 24bit 公司：公司：Cisco 00-00-0c Novell 00-00-1B 00-00-D8 3Com 00-20-AF 00-60-8C IBM 08-00-5A典型的典型的Ethernet地址地址 ： 00-60-8C-01-28-12 000000001010000010001100 0000000100

17、10100000010010Ethernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。28计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层Ethernet物理地址的十六进制与二进制的表示方法物理地址的十六进制与二进制的表示方法 29计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.2.5 网络协议分析器及其应用网络协议分析器及其应用 网络分析器或网络监视器是一种用来测试网络系统运网络分析器或网络监视器是一种用来测试网络系统运行状态的设备行状态的设备 ；当网络分析器连接到被测试的网络时，它能监控特定当网络分析器连接到被测

18、试的网络时，它能监控特定的事件，并且报告诸如每秒平均接收帧数或平均帧长的事件，并且报告诸如每秒平均接收帧数或平均帧长度等统计数据；度等统计数据；网络分析器的另外一个重要的作用是对特定协议网络分析器的另外一个重要的作用是对特定协议（TCP/IP、FTP、HTTP）的解码，它按照指定的协的解码，它按照指定的协议规则加以解释，然后将协议分析的结果显示出来。议规则加以解释，然后将协议分析的结果显示出来。 30计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层网络分析器的连入方式网络分析器的连入方式 31计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层网络分析器捕获

19、的帧数据网络分析器捕获的帧数据 32计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层网络分析器显示的网络分析器显示的Ethernet帧结构帧结构 33计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.3 令牌总线网令牌总线网 5.3.1 令牌总线的工作原理令牌总线的工作原理 34计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.3.2 令牌总线的环维护工作令牌总线的环维护工作 环初始化环初始化 新结点加入环新结点加入环 结点从环中撤出结点从环中撤出 环恢复环恢复 优先级优先级 35计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子

20、层介质访问控制子层5.4 令牌环网与光纤分布式数据接口令牌环网与光纤分布式数据接口 5.4.1 令牌环网的工作原理令牌环网的工作原理 36计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层 5.4.2 IEEE 802.5标准标准 单令牌协议单令牌协议 优先级位优先级位 监控站监控站 预约指示器预约指示器 37计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.4.3 光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口 FDDI作为主干网互连多个局域网的结构作为主干网互连多个局域网的结构 38计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层FDDI主

21、要技术特点主要技术特点 使用使用 802.5的单令牌环网介质访问控制协议；的单令牌环网介质访问控制协议； 使用使用 802.2协议，与符合协议，与符合 802标准局域网兼容；标准局域网兼容； 数据传输速率为数据传输速率为100Mb/s，连网的结点数最大为连网的结点数最大为1000，环路长度为，环路长度为100km ；可以使用双环结构，具有容错能力；可以使用双环结构，具有容错能力； 可以使用多模或单模光纤；可以使用多模或单模光纤； 具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。输。 39计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问

22、控制子层FDDI主要应用环境主要应用环境 计算机机房网计算机机房网 办公室或建筑物群的主干网办公室或建筑物群的主干网 校园网的主干网校园网的主干网多校园的主干网多校园的主干网 40计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.5 高速局域网的工作原理高速局域网的工作原理5.5.1 高速局域网的研究方法高速局域网的研究方法 推动局域网技术发展的因素推动局域网技术发展的因素个人计算机的广泛应用；个人计算机的广泛应用； 在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍；而网络数据传输速率只提高了上千

23、倍； 从理论上讲，一台微通道或从理论上讲，一台微通道或EISA总线的微型机能产生总线的微型机能产生大约大约250Mb/s的流量；的流量；基于基于Web的的Internet/Intranet应用也要求更高的带宽；应用也要求更高的带宽；在数据仓库、桌面电视会议、在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图像图形与高清晰度图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。41计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层传统共享式局域网的缺点传统共享式局域网的缺点传统的局域网技术是建立在传统的局域网技术是建立在“共享介质共享介质”的基础上，的

24、基础上，典型的介质访问控制方法是典型的介质访问控制方法是CSMS/CD、Token Ring、Token Bus；介质访问控制方法用来保证每个结点都能够介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平公平”地使用公共传输介质；地使用公共传输介质；每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减少；而急剧减少；网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。务质量将会下降。 42计算机网络第计算机网

25、络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层高速局域网的研究方法高速局域网的研究方法第一种方案：提高第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：的数据传输速率： 10Mb/s100Mb/s10Gb/s ；第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥 或路由器互连的子网，导致了局域网或路由器互连的子网，导致了局域网 互连技术的发展；互连技术的发展；第三种方案：将第三种方案：将“共享介质方式共享介质方式”改为改为“交换方式交换方式”， 导致了导致了“交换式局域网交换式局域网”技术的发展。技术的发展。 43计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访

26、问控制子层介质访问控制子层交换式局域网交换式局域网基于硬件交换技术基于硬件交换技术并发连接；并发连接； S = N10Mb/s共享式局域网与交换式局域网的比较共享式局域网与交换式局域网的比较44计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层局域网产品类型与相互之间的关系局域网产品类型与相互之间的关系 45计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.5.2 快速以太网快速以太网 Fast Ethernet的传输速率比普通的传输速率比普通Ethernet快快10倍，数据倍，数据传输速率达到了传输速率达到了100Mb/s；Fast Ethernet保

27、留着传统的帧格式、介质访问控制方保留着传统的帧格式、介质访问控制方法与组网方法；法与组网方法；每个比特的发送时间由每个比特的发送时间由100ns降低到了降低到了10ns；1995年年9月，月，IEEE 802委员会正式批准了委员会正式批准了Fast Ethernet标准标准IEEE 802.3u。 46计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层Fast Ethernet的协议结构的协议结构 47计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.5.3 千兆以太网千兆以太网 用用Ethernet组建企业网的全面解决方案组建企业网的全面解决方案：桌面

28、系统采用传输速率为桌面系统采用传输速率为10Mb/s的的Ethernet；部门级网络系统采用传输速率为部门级网络系统采用传输速率为100Mb/s的的Fast Ethernet；企业级网络系统采用传输速率为企业级网络系统采用传输速率为1000Mb/s的的Gigabit Ethernet。 48计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层Gigabit Ethernet的协议结构的协议结构 49计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.5.4 10Gb/s Ethernet 10Gb/s Ethernet主要具有以下特点主要具有以下特点10Gb

29、/s Ethernet的帧格式与的帧格式与10Mb/s、100Mb/s和和1Gb/s Ethernet相同；相同；10Gb/s Ethernet保留了保留了802.3标准对标准对Ethernet最小帧长最小帧长度和最大帧长度的规定度和最大帧长度的规定 ；10Gb/s Ethernet的传输介质只使用光纤；的传输介质只使用光纤；10Gb/s Ethernet只工作在全双工方式，因此不存在争只工作在全双工方式，因此不存在争用问题用问题 。50计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层10Gb/s Ethernet的物理层协议的物理层协议 10Gb/s Ethernet有以

30、下两种物理层协议标准：有以下两种物理层协议标准： 局域网物理层标准局域网物理层标准 一个一个10Gb/s Ethernet交换机可以支持交换机可以支持10个个Gigabit Ethernet网端口；网端口； 可选的广域网物理层标准可选的广域网物理层标准 广域网物理层符合光纤通道技术速率体的广域网物理层符合光纤通道技术速率体的SONET/SDH的的OC-192/STM-64的标准。的标准。 51计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.6 交换式局域网的工作原理交换式局域网的工作原理 5.6.1 交换式局域网的基本结构交换式局域网的基本结构 52计算机网络第计算机网

31、络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.6.2 局域网交换机的工作原理局域网交换机的工作原理 53计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.6.3 局域网交换机的技术特点局域网交换机的技术特点 低交换延迟低交换延迟 支持不同的传输速率和工作模式支持不同的传输速率和工作模式 支持虚拟局域网服务支持虚拟局域网服务 54计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.7 虚拟局域网的工作原理虚拟局域网的工作原理5.7.1 虚拟网络的概念虚拟网络的概念虚拟网络建立在局域网交换机之上虚拟网络建立在局域网交换机之上; ;以软件方式实现对逻辑

32、工作组的划分与管理以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理; ;逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制; ;一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。 55计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.7.2 虚拟局域网的实现技术虚拟局域网的实现技术 虚拟局域网的物理虚拟局域网的物理结构与逻辑结构结构与逻辑结构56计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层虚拟局域网的

33、组网方法虚拟局域网的组网方法 用交换机端口号定义虚拟局域网；用交换机端口号定义虚拟局域网；用用 MAC地址定义虚拟局域网；地址定义虚拟局域网；用网络层地址定义虚拟局域网；用网络层地址定义虚拟局域网； IP广播组虚拟局域网。广播组虚拟局域网。57计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层用交换机端口号定义虚拟局域网成员用交换机端口号定义虚拟局域网成员 58计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层虚拟局域网的优点虚拟局域网的优点 方便网络用户管理；方便网络用户管理；减少网络管理开销；减少网络管理开销； 提供更好的安全性；提供更好的安全性； 改善

34、网络服务质量。改善网络服务质量。 59计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.8 无线局域网无线局域网 5.8.1 无线局域网的应用无线局域网的应用 作为传统局域网的扩充作为传统局域网的扩充 建筑物之间的互连建筑物之间的互连 漫游访问漫游访问 特殊网络特殊网络 60计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层典型的无线局域网结构典型的无线局域网结构 61计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层特殊无线网络的结构特殊无线网络的结构 ad hoc 是一个临时需要的对等网络，无集中服务器的是一个临时需要的对等网络，无

35、集中服务器的无线网络；无线网络；主要用于军事用途主要用于军事用途 。 62计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.8.2 红外无线局域网红外无线局域网 红外无线（红外无线（infrared radio,IR）是按视距方式传播；是按视距方式传播；红外线频谱是非常宽，可以提供极高的数据传输速率；红外线频谱是非常宽，可以提供极高的数据传输速率； 红外局域网的数据传输有三种基本技术：红外局域网的数据传输有三种基本技术： 定向光束红外传输技术；定向光束红外传输技术； 全方位红外传输技术；全方位红外传输技术； 漫反射红外传输技术。漫反射红外传输技术。63计算机网络第计算机网

36、络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.8.3 扩频无线局域网扩频无线局域网 1.跳频跳频通信通信 (frequence hopping spread spectum,FHSS )IEEE 80211标准规定跳频通信使用标准规定跳频通信使用2.4GHz的工业、的工业、科学与医药专用的科学与医药专用的ISM频段频段;跳频扩频通信的数据传输速率为跳频扩频通信的数据传输速率为1Mb/s或或2Mb/s。 64计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层2.直接序列扩频直接序列扩频(direct sequence spread spectrum,DSSS)直接序列扩频

37、也使用直接序列扩频也使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的工业、科学与医药专用的的ISM频段频段;数据传输速率为数据传输速率为1Mb/s或或2Mb/s; 系统实际发送的信号系统实际发送的信号d(t)是发送数据是发送数据a(t)与伪随机码与伪随机码c(t)模二加的结果模二加的结果; 65计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.8.4 无线局域网标准无线局域网标准IEEE 802.11 802.11层次模型结构层次模型结构 66计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层CSMA/CA基本工作原理基本工作原理802.11的的MAC层采用的是

38、层采用的是CSMA/CA (collision avoidance,CA)的冲突避免方法的冲突避免方法;冲突避免要求每一个发送结点在发送帧之前需要先侦冲突避免要求每一个发送结点在发送帧之前需要先侦听信道。如果信道空闲，结点可以发送帧听信道。如果信道空闲，结点可以发送帧;发送站在发送完一帧之后，必须再等待一个短的时间发送站在发送完一帧之后，必须再等待一个短的时间间隔，检查接收站是否发回帧的确认间隔，检查接收站是否发回帧的确认ACK。如果接收如果接收到确认，则说明此次发送没有出现冲突，发送成功到确认，则说明此次发送没有出现冲突，发送成功;如果在规定的时间内没有接收到确认，表明出现冲突，如果在规定的

39、时间内没有接收到确认，表明出现冲突，发送失败，重发该帧。直到在规定的最大重发次数之发送失败，重发该帧。直到在规定的最大重发次数之内，发送成功。内，发送成功。 67计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层CSMA/CA基本工作原理示意图基本工作原理示意图 68计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.9 局域网互连与网桥的基本工作原理局域网互连与网桥的基本工作原理 5.9.1 局域网互连的基本概念局域网互连的基本概念 局域网互连的应用环境局域网互连的应用环境 一个单位的多个部门局域网的互连；一个单位的多个部门局域网的互连；办公楼之间局域网

40、的互连；办公楼之间局域网的互连；将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为多个子将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为多个子网的互连；网的互连；超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网互连；超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网互连；企业中部门的信息对安全、保密方面要求不同的局域企业中部门的信息对安全、保密方面要求不同的局域网互连。网互连。69计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.9.2 网桥的基本工作原理网桥的基本工作原理 网桥基本特征网桥基本特征：网桥在数据链路层上实现局域网互连；网桥在数据链路层上实现局域网互连；网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、

41、不同传网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络；输介质与不同传输速率的网络； 网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的网络之间的通信；的网络之间的通信；网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；议； 网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网络的性能与安全性。善互连网络的性能与安全性。 70计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层网桥的工作过程网桥的工作过程 71计算机网

42、络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.9.3 网桥的层次结构网桥的层次结构 72计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层网桥帧转发过程网桥帧转发过程 73计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.9.3 网桥的路由选择策略网桥的路由选择策略 1.网桥的基本分类网桥的基本分类 透明网桥（透明网桥（transparent bridge）源路选网桥（源路选网桥（source routing bridge） 74计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层2.透明网桥的主要特点透明网桥的主要特点

43、 透明网桥由各个网桥自己来决定路由选择，局域网上的透明网桥由各个网桥自己来决定路由选择，局域网上的各结点不负责路由选择，网桥对于互连局域网的各结点各结点不负责路由选择，网桥对于互连局域网的各结点来说是来说是“透明透明”的；的； 透明网桥一般用在两个使用同样的透明网桥一般用在两个使用同样的MAC层协议的网段之层协议的网段之间的互连。例如连接两个间的互连。例如连接两个Ethernet网段，或两个令牌环网段，或两个令牌环网；网； 透明网桥的最大优点是容易安装，是一种即插即用设备。透明网桥的最大优点是容易安装，是一种即插即用设备。 75计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子

44、层生成树（生成树（spanning tree）算法算法 网桥互联的环状结构网桥互联的环状结构 76计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层网络拓扑与对应的生成树网络拓扑与对应的生成树77计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层3.源路选网桥源路选网桥的主要特点的主要特点源路选网桥由发送帧的源结点负责路由选择源路选网桥由发送帧的源结点负责路由选择；源路由网桥假定假定每个结点在发送帧时，都已经清源路由网桥假定假定每个结点在发送帧时，都已经清楚地知道发往各个目的结点的路由，因而在发送帧时楚地知道发往各个目的结点的路由，因而在发送帧时将详细的路由

45、信息放在帧的首部中将详细的路由信息放在帧的首部中；为了发现适合的路由，源结点以广播方式向目的结点为了发现适合的路由，源结点以广播方式向目的结点发送一个用于探测的发现帧；发送一个用于探测的发现帧；发现帧将在整个通过网桥互连的局域网中沿着所有可发现帧将在整个通过网桥互连的局域网中沿着所有可能的路由传送；能的路由传送；当这些发现帧到达目的结点时，就沿着各自的路由返当这些发现帧到达目的结点时，就沿着各自的路由返回源结点；回源结点；源结点在得到这些路由信息之后，从所有可能的路由源结点在得到这些路由信息之后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。中选择出一个最佳路由。78计算机网络第计算机网络第5 5章章

46、 介质访问控制子层介质访问控制子层5.9.5 网桥与广播风暴网桥与广播风暴 网桥网桥“盲目地盲目地”广播会使网络无用的通信量剧增，造广播会使网络无用的通信量剧增，造成成“广播风暴广播风暴”； 79计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层网桥与广播风暴的形成网桥与广播风暴的形成 80计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层5.9.6 多端口网桥与第二层交换多端口网桥与第二层交换 网桥与交换机都是工作在数据链路层，交换机可以认为网桥与交换机都是工作在数据链路层，交换机可以认为是一个多端口的网桥是一个多端口的网桥 ；交换机工作在数据链路层，完成

47、帧的转发交换机工作在数据链路层，完成帧的转发 ；交换机采用基于硬件的转发机制，其交换时延可以减少交换机采用基于硬件的转发机制，其交换时延可以减少到到s量级量级 ；由于交换机完成帧一级的交换，它是工作在数据链路层，由于交换机完成帧一级的交换，它是工作在数据链路层，因此也叫做第二层交换机。因此也叫做第二层交换机。 81计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层小结小结 局域网设计的主要目标是覆盖一个公司、一所大学、局域网设计的主要目标是覆盖一个公司、一所大学、一幢办公大楼的一幢办公大楼的“有限的地理范围有限的地理范围”；决定局域网特性的三要素是：网络拓扑、传输介质与决定局

48、域网特性的三要素是：网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法介质访问控制方法 ；从采用的介质访问控制方法的角度，可以分为共享介从采用的介质访问控制方法的角度，可以分为共享介质式局域网与交换式局域网两类质式局域网与交换式局域网两类 ；目前应用最为广泛的局域网是目前应用最为广泛的局域网是10Mb/s速率的速率的Ethernet网，速率为网，速率为100Mb/s的的Fast Ethernet与与1Gb/s的的Gigabit Ethernet已成为高速局域网方案中的首选技术，更高传已成为高速局域网方案中的首选技术，更高传输速率的输速率的10Gb/s的的Ethernet正在研究中；正在研究中；82计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层交换式局域网通过局域网交换机支持连接到交换机端交换式局域网通过局域网交换机支持连接到交换机端口的结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据口的结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输，增加了网络带宽，改善局域网的性能与的并发传输，增加了网络带宽，改善局域网的性能与服务质量；服务质量；交换技术的发展为虚拟局域网的实现提供了技术基础。交换技术的发展为虚拟局域网的实现提供了技术基础。83计算机网络第计算机网络第5 5章章 介质访问控制子层介质访问控制子层