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1、第四章介质媒体访问控制子层Medium Access Control Sublayer本章主要内容z信道分配战略z多址协议z令牌环网z以太网：共享式以太网，交换式以太网，快速以太网，千兆位以太网z无线局域网z数据链路层交换：网桥，虚拟局域网几个术语zMultiaccess channel：多址信道zrandom access channel：随机访问信道zmedium：介质，媒体，信道zmedium access：运用信道发送数据zmedium access controlMAC：决议谁可以运用信道发送数据1 信道分配战略z静态分配：z固定分配信道的方式，如FDM和同步TDM；z适用于用户数少
2、且数量固定、每个用户通讯量较大的情况，不会产生冲突。z动态分配：z按需分配信道的方式，如异步TDM；z适用于用户数多且数量可变、突发通讯的情况。信道分配战略2z动态分配的三种战略：z竞争方式：各个用户竞争运用信道，不需求获得发送权就可以发送数据，这种方式会产生冲突。z无冲突方式：每个用户必需先获得发送权，然后才干发送数据，这种方式不会产生冲突，如约定或轮转方式。z有限竞争方式：以上两种方式的折衷。2 多址协议zALOHAz载波侦听多址协议CSMAz无冲突协议z有限竞争协议z无线局域网协议2.1 ALOHA系统1z纯ALOHA的根本思想：z任何节点有数据发送就可以发送；z每个节点经过监听信道判别
3、能否发生了冲突；z一旦发现冲突，随机等待一段时间后重新发送。z随机访问信道的效率：z当有大量的活动节点、每个节点总有大量的帧要发送时，长期运转过程中胜利传输时间占总时间的份额。几个概念z帧时frame time：发送一个规范长度的帧所需的时间。zN：每帧时内系统产生的新帧数目0N1)zG：每帧时内系统需求发送的总帧数包括新帧和重发帧，这其实就是系统负载。zP0：发送的帧不产生冲突的概率。zS：系统吞吐量，指每帧时内系统可以胜利传输的帧数，S = GP0。纯ALOHA的易损时间区纯ALOHA系统的信道效率z假设G服从泊松分布，那么：z在一个给定的帧时内，产生k个帧的概率为：zPrk= Gke-G
4、/k!z在一个给定的帧时内，没有帧出现的概率为：zPr0= e-Gz对于一个给定的帧，在两个帧时内没有其它帧的概率为：P0 = e-Ge-G = e-2GzS = GP0 = Ge-2Gz当G = 0.5时，S到达最大值，为0.184。ALOHA系统2z时分ALOHA的根本思想z将时间分成离散的时间片slot，每个时间片用来传输一个帧；z每个节点只能在一个时间片的开场传送帧，其z它与纯ALOHA系统同。z时分ALOHA系统要求全局时钟同步。时隙ALOHA的易损时间区时分ALOHA系统的信道效率z与纯ALOHA相比，每个帧的易损时间区减少了，冲突的概率随之减小，系统吞吐量随之提高。zP0 = e
5、-GzS = GP0 = Ge-Gz当G = 1时，S到达最大值，为0.368。纯ALOHA和时分ALOHA的性能比较2.2 载波侦听多址协议-Carrier Sense Multiple Access Protocolsz1-坚持CSMAz发送前先监听信道，信道忙那么坚持监听直至发现信道空闲；假设信道空闲立刻概率1发送；发现冲突后随机等待一段时间，重新监听信道。z影响协议性能的要素：信号传播延迟，1-坚持的战略。z该协议适宜于规模较小和负载较轻的网络。CSMA协议续z非坚持CSMAz发送前先监听信道，信道忙那么放弃监听，等待一个随机时间后再监听，信道空闲那么发送数据。z信道利用率高于1-坚持
6、CSMA，但延迟特性要差些 。CSMA协议续zp-坚持CSMA，适用于时分信道：z发送前先监听信道，信道忙那么等到下一个时间片再监听；信道空闲那么以概率p发送数据，以概率1-p推迟到下一个时间片。下一个时间片执行一样的操作直至发送胜利或检测到信道忙。z该协议试图在1-坚持CSMA和非坚持CSMA间获得性能折衷，影响协议性能的关键在于p的选择。几个CSMA协议的性能比较2.3 CSMA/CD-CSMA with Collision Detectionz节点检测到冲突后立刻停顿冲突帧的发送，以节省时间和带宽。z协议的形状周期：由竞争周期、传输周期和空闲周期交错而成。z协议的效率近似为：= 1/1+
7、5tprop/ttrans，其中tprop为信号在恣意两个节点之间传播的最大时间，ttrans为传输一个最大长度的帧所需的时间。z该公式阐明，当信道很长即网络规模较大或帧传输时间很短帧很短或数据速率很高时，协议的效率较低。CSMA/CD的形状周期2.4 无冲突协议1z位图协议：z节点在发送前先约定，然后按约定的顺序发送。该协议不会产生冲突。z轻负载时，每个节点在发送前平均等待N比特；假设帧长为d比特，不思索其它开销，信道效率为：= d/(N + d)。z重负载时，每帧的开销为1比特，不思索其它开销，信道效率为：= d/(d+1) 。位图协议无冲突协议2zBinary Countdown：z节点
8、发送数据前先发送其二进制地址长度相等，这些地址在信道中被线性相加，地址最高的节点胜出，可继续发送数据。z不思索其它开销，信道效率为：z= d/(d+log2N)。z假设将地址作为帧的第一个字段，那么信道效率：= 100%。Binary Countdown图示无冲突协议3z令牌传送协议：z一个小的、称为令牌token的特殊帧在节点间按固定的次序巡游。 z节点收到令牌后，假设没有数据发送，就将令牌传给下一个节点；否那么发送一定数量的帧，再把令牌传给下一个节点。z网络中只需一个令牌，只需持有令牌的节点允许发送，所以不会有冲突发生。2.5 有限竞争协议z竞争协议：轻负载下延迟特性好，重负载下信道利用率
9、低。z无冲突协议：重负载下信道利用率高，轻负载下延迟特性不好。z有限竞争协议：结合以上两类协议的优点，抑制各自的缺陷，在轻负载下获得良好的延迟特性，而在重负载下获得较高的信道利用率。协议根本思想z对节点分组，每个时隙slot内只允许一个组的节点竞争信道，目的是经过减少同一个时隙内的竞争节点数来提高发送胜利的概率。z组内节点数随系统负载的变化动态调整，负载轻那么节点数多，负载重那么节点数少，在两个极端上分别退化为竞争协议和无冲突协议。z协议的关键在于如何根据系统负载自顺应调整组的划分，将时隙分配给节点。adaptive tree walk时间片0：A以下站点发送，冲突时间片1：B以下站点发送，冲
10、突时间片2：D以下站点发送，无发送时间片3：E以下站点发送，冲突时间片4：2发送，胜利时间片5：3发送，胜利时间片6：C以下站点发送，无发送2.6 无线局域网协议z无线局域网的两种方式：za 有基站的无线局域网zb 自组织网ad hoc networkAd Hoc方式的无线网络z单个节点的通讯范围不能覆盖整个网络，即节点的活动不能被网络中一切节点检测到。这种网络也称多跳无线网络。z假设节点位于两个发送节点的通讯范围内，该节点接纳失败。为什么CSMA不适用于多跳无线网络？为什么CSMA不适用于多跳无线网络？z经过载波侦听，发送节点只能知道其周围能否有节点在发送；但真正影响此次通讯的是接纳节点周围
11、能否有节点在发送。z隐藏节点：不在发送节点的通讯范围内、但在接纳节点通讯范围内的活泼节点。z暴露节点：在发送节点的通讯范围内、但不在接纳节点通讯范围内的活泼节点。Multiple Access with Collision Avoidancez问题：z当节点A预备向节点B发送数据时，如何让节点B附近的节点坚持沉默？zMACA的根本思想：z由发送方自动发起一次握手过程，引起接纳方发送一个短确实认帧；接纳端周围的节点检测到这个确认帧，并在随后的一段时间里坚持沉默。MACA协议图示(a) A sending an RTS to B. (b) B responding with a CTS to A.
12、MACA协议过程zA向B发送一个RTS帧，帧中给出后继数据帧的长度。zB收到后回复一个CTS帧，帧中也给出数据帧的长度。zA收到CTS帧后就可以发送。z在此过程中，假设A周围的节点监听到了A的RTS帧，它们会在随后的一段时间内坚持沉默，以便让A无冲突地收到CTS帧；而B周围的节点监听到B的CTS帧后，也会在随后的一段时间由CTS帧中的数据长度决议内坚持沉默，从而让B可以无冲突地收到A发送的数据帧。z假设B和C同时向A发送RTS帧，那么会产生冲突，这时不胜利的发送方会随机等待一段时间后再重试。MACA for WirelessMACAWzMACAW是对MACA的改良：z每当接纳端正确收到一个帧后
13、，发送一个确认帧；z发送端在发送RTS前，运用CSMA监听信道，防止两个节点同时向同一个接纳节点发送RTS；z改良了冲突后的回退算法；z添加了节点间交换拥塞信息的机制。3 局域网规范zIEEE于1980年2月成立局域网规范化委员会，构成的一系列规范统称为IEEE 802规范。zIEEE 802规范于1984年3月被ISO采用，作为局域网的国际规范，称为ISO 8802规范。zIEEE 802规范主要涉及物理层、数据链路层、网络层的一部分；数据链路层又进一步分为介质访问控制MAC子层和逻辑链路控制LLC子层。z将数据链路层分成两个子层的益处是，利用一致的LLC子层屏蔽物理网络的细节，使得网络层协
14、议可以独立于物理介质及介质访问控制方法。IEEE 802规范系列4 令牌环网z令牌环由环接口和环接口间的点到点链路组成，节点经过环接口连到网上。z数据沿着一个固定的方向在环上流动，每个节点从上游节点接纳数据，然后立刻转发到下游节点边收边发而不是存储转发。z目的节点将数据接纳下来，同时仍向下游转发。z数据前往到发送节点时，发送节点将其从环上取消。令牌环的帧构造1令牌环的帧构造2zAC：格式为zT：令牌比特，令牌帧中T=0，数据帧中T=1。当节点为发送数据而捕获到一个令牌帧后，将T翻转为1。 zPPP：优先级比特，当节点想发送优先级为的数据帧时，必需捕获到优先级小于或等于的令牌才干发送。zRRR：
15、约定比特，节点在数据帧经过时，将本人想要发送的帧的优先级写到约定比特中除非已有其它站约定了更高的优先级。当一帧数据发完后，新产生的令牌具有已约定的优先级。zM：监控比特，监控站用来检测未被发送站取消的数据帧。数据帧发送时M=0；第一次经过监控站时被置为1；第二次经过监控站时被检测到。 PPPMTRRR令牌环的帧构造3zFS：格式为zA：地址识别比特。数据帧发送时A=0；经过接纳站时，接纳站置A=1。zC：帧复制比特。数据帧发送时C=0，接纳站将帧接纳下来后，置C=1。z数据帧前往发送站时，发送站检查A和C，有三种情况：zA0，C0：接纳站不存在或没加电；zA1，C0：接纳站存在，但没有接纳帧；
16、zA1，C1：接纳站存在，且接纳了该帧。ACrrACrr星型环构造5 以太网Ethernetz传统以太网z交换式以太网z快速以太网z千兆以太网5.1 传统以太网Traditional Ethernetz组网方式：z10Base-5粗缆以太网：z运用粗的基带同轴电缆作为传输介质，采用总线型拓扑；z数据速率10Mbps，每段电缆最大长度500米。z10Base-2细缆以太网：z运用细的基带同轴电缆，采用总线型拓扑；z数据速率10Mbps，每段电缆最大长度约200米。z z*这两种以太网在新建的局域网中已很少运用。图示Three kinds of Ethernet cabling. (a) 10Ba
17、se5, (b) 10Base2, (c) 10Base-T.传统以太网组网方式2y10Base-Ty运用3类双绞线和集线器hub衔接计算机，物理上是星型拓扑，逻辑上是总线型拓扑；y数据速率10Mbps，双绞线最大长度100米；y运用RJ-45衔接器，插拔非常方便；y双绞线以太网是衔接桌面系统最流行的技术。传统以太网组网方式3y10Base-Fy运用多模光纤作为传输介质，采用星型拓扑；y数据速率10Mbps，光纤最大长度2000米。y光纤以太网常用于建筑物间的衔接。运用中继器衔接多个以太网段物理层编码z传统以太网在物理层上运用曼彻斯特编码。z为到达10Mbps数据速率，信号速率波特率要到达20
18、Mbaud。以太网帧构造DIX以太帧与802.3帧zDIX以太帧构造：z帧边境：8个前导码0xAAz类型：指出处置数据域的协议实体z802.3帧构造：zSOF：运用与802.4和802.5相兼容的帧起始标志z长度：替代DIX帧中的类型域，指出数据域的长度。z这两种格式都可运用，当类型/长度域的值大于1500时解释为类型域，否那么解释为长度域。MAC地址z每一块网络适配器网卡都固定分配了一个地址，称为MAC地址，也称物理地址。zMAC地址长6个字节，普通用由冒号分隔的6个十六进制数表示，如 8:0:2b:e4:b1:2。z全局地址和部分地址：z部分地址：由网管分配且只在本网内有效。z全局地址：由
19、IEEE一致分配，确保每块适配器的地址都是独一的。全局地址和部分地址z全局地址和部分地址是以地址的次高比特地址在线路上传输时的第二个比特来标识的：z全局地址：地址次高比特为0z部分地址：地址次高比特为1zTCP/IP规定包头中的整数值在传输时用网络字节序表示， TCP/IP定义网络字节序为大端，即高位字节存放在较小的地址。地址类型z目的地址类型：z单播地址：目的主机适配器的MAC地址，地址最高比特为0。z多播地址：标识一个多播组的逻辑地址，地址最高比特为1。z广播地址：48位全是1。 z以太网中传输的每一个帧可被每一个适配器收到，为减轻主机的任务负担，适配器仅将发给本节点的帧交给主机。z网桥、
20、协议分析器等特殊设备的适配器可设置成杂收方式promiscuous mode，将收到的一切帧交给主机。介质访问控制z以太网采用CSMA/CD作为介质访问控制协议：z发送前监听信道：z信道忙监听到信号能量那么坚持监听；z一旦发现信道空闲，立刻发送；z发送时继续监听信道，假设检测到冲突发现异常的信号能量，立刻停顿传送，并发送一个阻塞信号加强冲突；z进入指数回退exponential backoff阶段，随机等待一段时间后重新监听信道。 检测冲突z当信号传播延迟不可忽略时，为确保发送节点可以检测到冲突，发送的帧必需具有足够的长度。z假设信号在以太网上相距最远的两个适配器之间的往返延迟为2，帧的发送时
21、间至少应为2。z在最大配置的以太网带有4个中继器、直径为2500米的粗缆以太网中， 2=51.2s ，这在10Mbps速率下对应于512比特64字节的最小帧长。z这解释了为什么以太帧中需求046字节的填充域。检测冲突所需的最大时间处理冲突z指数回退：z冲突产生后，时间被分成一系列长为51.2s的时隙。z第一次冲突后，设置参数 n = 1，从01中随机选择一个整数 k，等待 k51.2s 后重试。z以后每发生一次冲突，就将 n 加倍，然后从02n-1中随机选择一个整数 k，等待 k51.2s 后重试。z算法规定 n 最大为10。10次冲突后，随机等待的最大时隙数固定在1023。z适配器通常最多尝
22、试16次，仍冲突那么向上层报告出错。以太网的性能z以太网适宜在轻负载下任务，普通而言，信道利用率超越30%就以为是重负载了。z多数以太网任务在较保守的形状下：z大部分以太网上的主机数小于200；z大部分以太网的规模远小于2500米，往返延迟接近5s而不是51.2s；z主机通常会提供某种端到端的流量控制机制。5.2 交换式以太网Switched Ethernetz共享式以太网的问题：z在有N个节点的系统中，每个节点平均只能获得总带宽的1/N；z当较多的节点参与网络时，由于冲突添加，导致网络性能下降。z处理网络规模与网络性能之间矛盾的几种方法：z提高网络速度：不能从根本上处理冲突添加的问题；z网络
23、分段：添加设备代价，管理困难；z交换技术：将冲突域中的节点数减少到一个，防止冲突的发生，从根本上改动共享式局域网的构造。交换机以太网2z交换机是交换式以太网的中心：z由一个高速交换背板和假设干线卡组成；z每块线卡上有一些端口，每个端口可衔接一台主机；z数据帧经过背板在不同线卡间交换。z线卡的两种构造方法：z线卡上的一切端口衔接在一同，构成一个冲突域；z线卡上的每个端口有一个输入缓存，输入的帧首先缓存在卡的RAM中，然后再拷贝到目的端口所对应的RAM中，即每个端口是一个独立的冲突域。交换机A simple example of switched Ethernet.交换式以太网的优点z交换式以太网
24、将“共享变为“独享：z交换机为每个端口提供公用的带宽z每个节点经过公用链路连到交换机的一个端口z网络的总带宽为各个交换端口带宽之和。z随着用户端口的增多，网络带宽不断添加，即使网络负载很重也不会导致网络性能下降。z交换式以太网从根本上处理了网络规模与网络性能的矛盾问题。交换式以太网的最小帧长及规模z交换式以太网不再运用CSMA/CD协议，实际上说，不再需求限制帧的最小长度；但为了向后兼容，帧的最小长度仍为64字节。这样协议软件不需求做任何改动。z由于交换式以太网不再运用CSMA/CD协议，传输介质的长度只和信号强度及介质传输才干有关，与信号的最大往返时间无关：z3类双绞线：在不超越100米的间
25、隔内支持10Mbpsz5类双绞线：在不超越100米的间隔内支持100Mbpsz光纤：可以到达数千米以上5.3 快速以太网Fast Ethernetz规范为802.3u，除了数据速率提高到100Mbps以外，完全保管了802.3的MAC层帧格式、接口及处置规程。z定义了三种新的物理层规范组网方案：z100Base-TX：5类非屏蔽双绞线z100Base-T4：3类非屏蔽双绞线z100Base-FX：光纤z物理层上只运用集线器和交换机进展组网，且传输介质只运用双绞线和光纤。100Base-TXz5类双绞线组网方案。z5类双绞线可任务在125MHz的时钟频率下，在不超越100米的间隔内，运用4B/5
26、B编码可获得100Mbps的数据速率。z因此，z运用两对双绞线衔接集线器和适配器采用RJ-45衔接器，一对用于输入，一对用于输出。z每对双绞线运转在125Mbaud，可获得125M4/5 = 100Mbps数据速率。z该方案可在两个方向上获得100Mbps数据速率。100Base-T4z3类双绞线组网方案。z3类双绞线无法在100米内支持100Mb/s，因此运用了一根电缆中的全部四对双绞线，一对固定作为输入，一对固定作为输出，还有两对总是切换到当前传输方向上。z每对双绞线运转在25M Baud，传输3形状信号，将三对双绞线视为一体，信号形状共有27种，每种形状至少携带4比特数据8B/6T编码。
27、z当前传输方向上可以获得425M = 100Mbps的数据速率，另一方向上提供33.3Mbps带宽一对双绞线。z该方案仅在一个方向上获得100Mbps数据速率。z该方案依然采用RJ-45衔接器。100Base-FXz光纤组网方案。z运用两条多模光纤，一条用于输入，一条用于输出。z采用4B/5B编码，每条光纤均提供100Mbps的数据速率。z计算机与组网设备间的间隔可以到达2000米。快速以太网运用的网络设备z集线器:z一切节点位于一个冲突域中，采用CSMA/CD协议，任务于半双工任务方式。z交换机：z每个端口是一个冲突域，不再执行CSMA/CD协议，任务于全双工方式 。z100Base-T10
28、0Base-T4和100Base-TX可以运用集线器，也可以运用交换机；但100Base-FX只能运用交换机。自动协商方式z允许两个节点自动配置通讯的最正确速率和通讯方式全双工或半双工，从而可以方便地衔接已有的10Mbps站点，也便于10Mbps站点的晋级。z10Mbp、100Mbps及1000M的设备都可以经过自动协商方式进展互操作。5.4 千兆以太网Gigabit Ethernetz规范是802.3z，除数据速率提高到1Gbps以外，依然与已有的以太网规范相兼容，包括帧格式、最小和最大帧长限制等。z千兆以太网的一切配置都是点到点的，它允许两台计算机直接相连，也允许用hub或交换机衔接计算机
29、，或衔接其它的hub或交换机。千兆以太网的衔接方式千兆以太网的操作方式1z全双工方式：z这是正常方式，当运用交换机衔接时运用这种方式。两根光纤或两对双绞线，一根对用作输入，一根对用作输出。z由于不运用CSMA/CD，线路的长度只取决于信号的强度。z交换机可以随意混合和匹配速率，也支持自动协商方式。千兆以太网的操作方式2z半双工方式：z当运用hub衔接时运用这种方式。z运用CSMA/CD协议，网络规模200米，线路上传输的最小帧长增大为512字节。z为向后兼容，添加以下两个特性：z载波扩展：链路层上仍运用64字节的最小帧长，但由发送硬件在发送时填充至512字节，并由接纳硬件自动去除。z帧突发传输
30、frame bursting：发送端可将多个帧放在一同传输，以防止将每个帧填充至512字节。千兆以太网物理层规范千兆以太网组网方式1z光纤组网：z激光作为光源，波长0.85m只用于多模光纤和1.3m两种。z光纤10m单模、50m多模和62.5m多模三种。z传输间隔与所运用的光纤类型及光波段有关，运用10m光纤和1.3m波长时可以到达5公里。z传输时运用8B/10B编码，1250Mbaud信号速率，数据速率1250M 8/10 = 1000Mbps。千兆以太网组网方式2z双绞线组网：z屏蔽双绞线：2对，由于间隔太近，很少运用。z5类双绞线：z运用4对5类线，最大长度100米。z每对运转在125M
31、波特。z采用PAM5编码，5个电平等级，其中四种电平用于编码数据，一种电平用于控制，因此每个信号携带2比特数据。z4对双绞线可以获得24125M = 1000Mbps数据速率。z每对双绞线都可以双向传输，因此可全双工地获得1000Mbps数据速率。流量控制z千兆以太网支持流量控制，缘由是：z在1Gb/s这样的高速下，收发双方的同步非常重要；z当位于千兆以太网上的主机向传统以太网上的主机发送数据时，很容易呵斥接纳主机缓存溢出。z流量控制的方法：z接纳端向发送端发送一个特殊的控制帧，要求暂停发送。z控制帧是类型为0x8808的普通以太帧，数据域的头两个字节给出命令，后续字节给出参数，阐明要暂停多长
32、时间，单位为发送最短帧所需的时间。z在千兆以太网中，时间单位为512ns，最长允许暂停的时间为33.6ms。6 无线局域网802.11z协议栈z物理层zMAC子层协议z帧构造z效力802.11协议栈802.11物理层z802.11 infrared：红外通讯，1Mbps和2Mbps两种速率。优点是各个房间的通讯系统互不干扰，缺陷是带宽太低。z802.11 FHSS：跳频扩频，任务在2.4GHz频带， 1Mbps和2Mbps两种速率。优点是平安性好，抗干扰强，常用于建筑物之间的通讯，缺陷是带宽太低。z802.11 DSSS：直序扩频， 1Mbps和2Mbps两种速率。z802.11a OFDM：
33、正交频分多路复用，任务于5GHz频带，最高速率54Mbps。优点是抗窄带干扰强，并可以运用非延续信道。z802.11b HR-DSSS：高速直序扩频，任务于2.4GHz频带，有1，2，5.5和11Mbps四种速率，通讯范围是802.11a 的7倍。z802.11g OFDM：任务在2.4GHz频带，实际上可以到达54Mbps。两种构造的无线局域网802.11的操作方式1zPCFPoint Coordination Function方式：z该方式只能用于有根底设备基站的无线网络，由基站控制单元内的一切通讯活动。z轮询：基站依次讯问单元中的节点，被讯问到的节点可以发送它们的帧，不会有冲突发生。z新
34、节点注册：新参与的节点可以注册一个恒定速率的轮询效力，声明本人希望得到的带宽。z电源管理：基站可以指示某些节点进入睡眠形状，当有数据要发给这些节点时唤醒它们。zPCF的实现是可选的。802.11的操作方式2zDCFDistributed Coordination Function：z该方式可用于有根底设备的无线网络和无根底设备的无线网络，一切实现必需支持DCF方式。z一切节点包括AP运用CSMA/CA协议竞争信道。zCSMA/CA支持两种机制：z信道约定机制可选z无信道约定的机制运用信道约定机制的CSMA/CAzB欲向C发送一个数据帧：zB向C发送一个RTS帧，帧中给出随后要发送的数据帧及确认
35、帧需求的总时间。zC收到后回复一个CTS帧，帧中给出同样的时间。zB收到CTS帧后开场发送，并启动一个定时器等待确认。zC收到帧后，发送一个ACK帧进展确认。zA和D收到RTS和CTS后，分别沉默一段时间，直至B收到ACK。z假设B定时器超时，反复以上过程。z假设有两个站同时发送RTS帧，产生冲突，不胜利的发送方随机等待一段时间后重试。运用RTS/CTS约定信道段突发传输机制z802.11允许发送站将帧分成较小的段传输以减小出错重发的通讯量。z每个段单独编号，采用停-等协议传输。z节点在获取信道后可以延续地将一个帧的一切段全部发完。段突发传输帧间距机制z802.11允许DCF和PCF在一个单元
36、内共存，这是经过帧间距机制实现的。帧间距机制续zSIFS：允许正处于会话中的节点优先发送，如收到RTS的节点发送一个CTS，收到数据的节点发送一个ACK，收到ACK的节点发送下一个段。zPIFS：假设在SIFS后没有节点发送，在PIFS之后基站PCF方式可以发送一个信标帧或一个轮询帧。zDIFS：假设没有基站发送，DIFS之后任何节点可以竞争信道。zEIFS：假设以上间隔都没有发送，EIFS之后收到坏帧或未知帧的节点可以发送一个帧报告错误。不运用信道约定机制的CSMA/CAz当一个节点有帧要发送时，首先侦听信道：z 1假设一开场就侦听到信道空闲，那么在等待了DIFS时间后发z 送该帧。z2假设
37、信道忙，那么选取一个随机的回退值，并在侦听到信道z 空闲时开场递减该值。在此过程中假设侦听到信道忙，那么z 冻结计数值。z3当计数值减为0时，该节点发送整个帧并等待确认。z4假设收到确认帧，阐明帧发送胜利；假设还要发送下一个z 帧，从第2步开场CSMA/CA协议；假设未收到确认，节点z 重新进入第2步中的回退阶段，并从一个更大的范围内z 选取随机值。 z因此，假设有k个节点在等待发送，那么它们随机选取的回退值确定了它们的发送顺序。CSMA/CA与CSMA/CD的不同z最根本的不同：zCSMA/CD在发送过程中检测冲突，而CSMA/CA在发送过程中不检测冲突。z冲突对无线网络的损害要大得多，该当
38、尽能够地防止。z由此带来的协议处置方面的不同：z在CSMA/CD中，节点侦听到信道空闲时立刻发送。z在CSMA/CA中，节点侦听到信道空闲后要推迟发送，尤其在第2步中要随机回退。这些措施都是为了尽能够防止冲突。802.11的帧构造z帧类型：数据帧、控制帧和管理帧。z每种帧都有一个被MAC层运用的头，还有一些被物理层运用的头。802.11的数据帧只给出MAC层的头802.11的效力z每个服从802.11的无线局域网必需提供2类共9种效力。 z分配效力Distribution service：由基站提供，管理cell成员关系，与其它cell中的站进展交互。z建立联络association：挪动节点
39、进入一个cell后运用该效力与基站建立联络。z解除联络disassociation：节点关机或分开前与基站解除联络。z重建联络reassociation：节点运用该效力改动首选基站。z分发distribution：基站转发收到的帧。z集成integration：将802.11格式转换成目的网络要求的格式。802.11效力续z站效力station services：在联络建立起来后运用，用于管理cell内的活动。z身份鉴别authentication：基站验证挪动节点的身份。z解除鉴别deauthentication：一个此前经过认证的节点分开网络前解除认证。z严密privacy：处置数据的加密
40、和解密。z数据传送data delivery：数据收发效力，802.11提供的数据传输效力是不可靠的。7 宽带无线网络802.16802.16传输环境802.11与802.16的比较z802.11主要为个人挪动用户提供因特网接入效力；802.16主要为建筑物中的固定用户提供包括话音、视频、因特网接入在内的综合效力。z802.11是覆盖范围很小的公用网络；802.16是覆盖城区范围的公用通讯网络，因此802.16的平安性要求比802.11高得多。z一个802.11 cell支持的用户数量不多，用户要求的带宽也不高；一个802.16 cell要支持上千户家庭，且每个用户的带宽要求能够很高，因此80
41、2.16要提供比802.11高得多的带宽。z虽然802.11支持实时通讯，但并不是专门针对和视频效力设计的；而802.16却不是这样，因此802.16要求更好的效力质量。8 蓝牙Bluetoothz蓝牙最初的目的是用短间隔、低功率和廉价的无线收发器将计算设备与通讯设备、外设等衔接起来。z蓝牙也可用于组建无线局域网，但它和802.11系统是相互关扰的， 由于802.11和蓝牙都任务在2.4GHz频带一样的79个信道上。目前尚无处理方法。z蓝牙是关于一个完好系统从物理层到运用层的规范。z无线个人区域网规范802.15采用了蓝牙1.0版本的规范，但只规范化了物理层和数据链路层。蓝牙体系构造z蓝牙系统
42、的根本单元是piconet皮可网，悄然网，半径不超越10米，有一个 主节点，最多七个活泼的从节点，和最多255个处于低功耗形状的停留节点。 z多个piconet可以经过桥节点衔接起来，构成scatternet。zPiconet的中心是一个集中式的TDM系统，主节点控制时钟并且决议哪个从节点在什么时候可以通讯.z一切通讯都发生在主节点和某个从节点之间，从节点之间的直接通讯是不允许的。Piconet和scatternet蓝牙运用z13种蓝牙运用大致分为4类：z为其它运用提供支撑效力1-4z提供联网接入效力5-7z提供效力8-10z提供数据交换效力11-139 逻辑链路控制协议802.2z逻辑链路控
43、制子层LLC的作用：z向网络层提供一致的接口，隐藏各种802局域网的差别z为网络层提供不同的效力z效力类型：z不可靠的数据报效力因特网只运用这种效力z可靠的数据报效力z可靠的面向衔接的效力LLC的位置(a) Position of LLC. (b) Protocol formats.802.2帧构造802.2帧构造z目的访问点：接纳该帧的协议实体，作用相当于DIX帧中的类型域。z源访问点：发送该帧的协议实体。z控制：类似于HDLC的控制字段，但做了一些修正，其中序号及确认仅在要求可靠传输的情况下运用。 z信息：携带上层数据。10 局域网互联z运用网桥衔接局域网z透明桥z生成树算法z远程桥z运用
44、交换机衔接局域网用网桥衔接两个局域网用网桥衔接不同局域网的困难z用网桥衔接不同局域网的困难：z帧格式不同：需求重新组帧和重新计算校验和。z网络速率不匹配：要求网桥可以缓存大量的帧，但仍有能够因内存不够而丧失帧。z最大帧长不同：数据链路层协议不能处置帧的分片与重组，因此超越目的网络最大帧长的帧只能被丢弃。z优先级：令牌传送网络支持优先级，而以太网不支持。z平安措施：802.11支持数据链路层加密，而以太网不支持。10.1 透明桥z设计目的：z即插即用：只需将网桥与各个欲经过它互联的局域网衔接起来，整个系统就可以正常任务，不需求做任何硬件或软件上的设置。z网桥的插入不会中断现有网络的运转。z网桥的
45、存在对网络用户是透明的。透明桥衔接局域网例如透明桥任务原理1z网桥的义务是接纳与之相连的网上传送的全部帧，挑选出需求转发的帧发送到相应的端口。z问题一：z网桥如何知道能否该当转发帧，以及应往哪个端口转发？z处理方法：z网桥内部运用一张转发表，表中记录各个目的地址在网桥的哪个端口上。z网桥用帧的目的地址查找转发表，假设目的地址所在端口与帧的输入端口一样，丢弃帧；否那么从目的地址所在端口转发帧。透明桥任务原理2z问题二：z网桥中的转发表从何而来？z答案：z网桥经过逆向学习法获知各个目的地址所在的端口，逐渐建立转发表。z逆向学习：网桥经过检查帧的源地址及输入端口来发现网络中的节点及所在的端口。透明桥
46、任务原理3z问题三：z假设转发表尚未完全建立或出现了新节点，即帧的目的地址不在转发表中，网桥该如何转发？z方法：z运用分散法转发。z分散法：将帧在除输入端口以外的一切端口上发送。透明桥任务原理4z问题四：z网桥学习到的知识过时了怎样办？z处理方法：z给转发表的每个表项添加一个时间项，称为生存期。z网桥定期扫描转发表，递减每个表项的生存期值，将生存期值减为0的表项删去。透明桥的处置过程z当透明桥收到一个帧后，要进展以下处置：z用帧的目的地址查找转发表进展转发决策：z假设目的地址的输出端口与帧的输入端口一样，丢弃帧。z假设目的地址的输出端口与帧的输入端口不同，从输出端口转发帧。z假设目的地址不在转
47、发表中，在除输入端口以外的一切端口转发帧。z用帧的源地址查找转发表更新转发表：z假设找到该地址，将对应表项的生存期设为最大值。z假设没有找到该地址，将源地址与输入端口添加到转发表中，设置表项的生存期为最大值。z管理程序定期扫描转发表，递减每个表项的生存期值，并将那些生存期值减为0的表项删去。 10.2 生成树算法z问题：z树型拓扑的网络中，每个网桥是一个单缺点点，系统可靠性差。z运用冗余的网桥可提高可靠性，但网络中又会构成环。如何处理环的问题？z处理思绪：z在有环的网络中，仅在网桥发生缺点时才启用冗余链路，平常只运用没有环的拓扑转发帧。z问题描画：z将网桥笼统成边，局域网笼统成顶点，构成网络拓
48、扑图。求该图的一棵生成树spanning tree，使得覆盖图中一切的顶点但没有环路。z基于生成树转发帧：z生成树构造完成后，只需位于生成树中的网桥可以在属于生成树的边上转发帧。用生成树消除冗余链路(a) Interconnected LANs. (b) A spanning tree covering the LANs生成树的构造算法802.1Dz选举根网桥：各个网桥广播本人的序列号，序列号最小的网桥成为生成树的根。根网桥可在一切的端口上转发帧。z 每个网桥计算本人到根的最短途径跳数，记录本人的哪个端口在最短途径上，这个端口即为该网桥到根的优先途径。z一切衔接到同一个LAN上的网桥选出一个指
49、派网桥designated bridge，指派网桥是这些网桥中离根最近的；假设间隔相等，那么选序列号最小的。z生成树的节点由根网桥和指派网桥组成，指派网桥到根网桥最短途径上的端口成为生成树上的边。z生成树算法一直在每个网桥包括非指派网桥上运转，当树中的某个网桥或局域网出现缺点时，重新计算生成树。构造生成树的例子10.3 远程桥z远程桥之间经过点到点线路相连。z点到点线路上运转某种点到点数据链路层协议，如PPP。Remote bridges can be used to interconnect distant LANs.远程桥之间帧的传输方式z假设源网络和目的网络一样：z完好的MAC帧放在点到
50、点链路层帧的载荷中传输。z这种方式最简单，防止了帧格式转换的费事，称为隧道方式。z假设源网络和目的网络不同：z源网桥将MAC帧的载荷取出，装入点到点链路层帧的载荷，目的网桥再取出组装成目的网络上的MAC帧。z这种方式需求较多的处置开销，而且会由于网桥存储器中某个内存位的损坏引入不可检测的错误。10.4 用交换机衔接局域网z交换机的运用：z可以作为集线设备，每个端口衔接一台主机。z可以用来衔接以太网，每个端口衔接一个网段。z大型交换机提供不同网络体系构造的端口，可以用来衔接不同类型的局域网，类似于网桥。z交换机与网桥类似的地方：z采用逆向学习法构造转发表z采用生成树算法去除冗余链路交换机与网桥不
51、同的地方z转发方式：z网桥只运用存储-转发方式；而交换机支持存储-转发和快速转发cut through两种方式，缺省方式是存储-转发。z快速转发：交换机在收到帧的前6个节字后即查找转发表，在输入和输出端口之间建立直通衔接，开场转发帧。z转发速率：z交换机的转发速率远高于网桥，由于交换机采用公用集成电路芯片实现协议解析和帧转发，而不是基于CPU的软件方法。z端口密度：z网桥普通只需很少的几个端口，用于衔接局域网；交换机主要用于衔接单个主机，有许多端口。运用多种交换机实现局域网组网运用二层设备衔接局域网的局限性z可扩展性问题：z生成树算法假设网络是扁平构造的，而扁平构造的网络不具有可扩展性。z用二
52、层设备衔接的局域网在同一个广播域中，不能阻断广播帧在网络中的传播，会呵斥广播风暴。z异构性问题：z二层设备运用帧头信息来转发，普通只支持一样地址格式的网络如48比特别址格式的网络，不易推行到其它类型的网络如ATM网络 。z运用网络层设备如路由器衔接局域网是处理以上两个问题的有效方案；在阻断广播帧方面，虚拟局域网是一种有效的处理方案。11 虚拟局域网VLANz双绞线和集线器/交换机的运用，使得管理员可以不依赖于用户的物理位置来组织网络。z为什么要将用户组织到不同的网络中？z平安的需求z不同部门的网络在运转时互不干扰z阻断广播风暴运用集线器和交换机的集中布线网络重配置的问题z当人员在部门之间流动时
53、，经常需求改动用户计算机衔接的网络，管理员经过改动用户计算机的衔接器在集线器或交换机上的端口来完成配置。z当这种改动非常频繁的时候，重新配置网络是一件很费事的事；而且有时这种方法不可行，比如网线不够长。z网络提供商开场运用软件的方法来完成网络的配置，导致了虚拟局域网概念的提出。 VLAN的根本概念zVLAN的根本思想将网络的物理拓扑和逻辑拓扑分开，用软件的方法将一个物理网络划分成逻辑上独立的假设干个子网，每个子网称为一个VLAN。z每个VLAN在逻辑上是一个独立的网络：z每个VLAN是一个单独的广播域，一个VLAN中的一切帧流量被限制在该VLAN中。z属于不同VLAN的节点不能相互访问，它们之
54、间的通讯普通要依赖于网络层路由。运用VLAN配置网络zVLAN的实现根底是支持VLAN功能的交换机，不同厂商的VLAN交换机的任务方式能够有差别。z运用VLAN配置网络：z管理员决议将物理网络划分成几个VLAN，每个机器在哪个VLAN上，以及每个VLAN的名字。z为每个VLAN交换机建立一个配置表，阐明经过交换机的哪个端口可以到达哪个VLAN的成员。一个交换机端口能够可以到达多个VLAN的成员。4个物理网络组织成2个虚拟网络交换机如何在VLAN间转发帧？z当一个帧到达时，z交换机判别该帧属于哪个VLANz查找转发表得到该VLAN对应的端口z在该VLAN对应的一切端口上转发帧VLAN与物理网络的
55、不同zVLAN不是一个物理网络，但存在于一个物理网络上。z一个物理网络由衔接到一样物理介质上的一切设备构成，而VLAN由一切配置为该VLAN成员的节点组成。VLAN实现的两个问题z如何确定一个节点在哪个VLAN上？z如何确定一个帧属于哪个VLAN？VLAN的划分方法1z基于交换机端口进展划分：z网络管理员将某些交换机端口直接、强迫性地分配给某个VLAN。z对于一些网络配置相对稳定的局域网如校园网来说，这种方式容易配置和维护，也相对平安。z可以将一些公共资源如效力器所连的端口划为公共端口，让其属于一切的VLAN。z在网络配置经常变化的网络中，这种方式自动化程度低，灵敏性差。VLAN的划分方法2z
56、基于MAC地址进展划分：z根据用户节点的MAC地址划分VLAN基于用户的网络划分。 z管理员事先对一切用户进展配置，规定哪个MAC地址属于哪个VLAN，并将配置表保管在交换机中。z交换机根据帧的源MAC地址确定其所属的VLAN，将该帧的输入端口动态地划分到相应的VLAN中。z优点：当终端在不同的交换机端口间挪动时，不需求重新配置VLAN，交换机可以自动识别和定义。z缺陷：z初始配置的任务量较大z支持的MAC地址数量有限交换机端口只能存储有限个MAC地址z每个端口能够存在多个VLAN成员，无法有效抑制广播帧。VLAN的划分方法3z基于IP地址进展划分：z根据IP子网地址划分VLAN同一个IP子网
57、的节点具有一样的IP地址前缀 。z交换机经过检查数据包的源IP地址确定端口应属于哪一个VLAN。 z优点：当终端改动其IP地址或者在网络内部挪动时，交换机可以自动识别和重新定义VLAN，不需求管理员的干涉。z缺陷：z检查每个数据包的网络层地址很费时。z每个端口能够存在多个VLAN成员，无法有效抑制广播帧。zIP地址可以人为设置，运用该方法划分VLAN会带来平安上的隐患。 如何知道一个帧属于哪个VLAN？z根据帧的到达端口、源MAC地址或源IP地址由VLAN的划分方法确定，查找VLAN的配置表来得悉。z为每个VLAN分配一个标识，每个帧头携带其所属的VLAN标识，交换机经过检查帧头的VLAN标识
58、得知这个帧所属的VLAN。 IEEE 802.1Qz802.1Q规定了新的以太帧格式，帧头中包含一个VLAN标签tag，用于指明帧属于哪个VLAN。802.1Q 如何与已有网卡兼容？z问题：z我们需求丢弃已有的以太网卡吗？z假设不用，那么谁来产生这些新的域？z假设帧曾经到达了最大长度，怎样办?z处理方案：z不需求丢弃以太网卡，由于只需交换时机运用新的域。z由第一个接纳到帧且支持VLAN的交换机添加新的域，而由途径上最后一个这样的交换机将新增的域去掉。z802.1Q将帧的最大长度提高到1522字节。VLAN以太网与已有以太网共存Transition from legacy Ethernet to
59、 VLAN-aware Ethernet. The shaded symbols are VLAN aware. The empty ones are not.12 几种网段/网络衔接设备(a) Which device is in which layer.(b) Frames, packets, and headers.中继器、集线器、网桥、交换机、路由器和网关z中继器和集线器：任务在物理层，不检查帧头。中继器放大电信号，起延伸电缆的作用；集线器的作用相当于一条共享电缆，通常不放大电信号。z网桥和交换机：任务在数据链路层，根据帧的目的地址转发帧。z路由器：任务在网络层，根据分组的网络地址如IP地址转发分组。z网关：任务在传输层及以上层次，传输网关和运用网关分别在传输层和运用层上进展协议转换。本章主要知识点z多址访问协议：ALOHA，CSMA/CD，CSMA/CA，自顺应树搜索z以太网技术z无线局域网802.11的根本原理z网桥与交换机z虚拟局域网课外练习z作业z2，6，10，17，18，21，37
