第4章局域网协议体系及以太网

计算机网络与INTERNET原理及技术计算机科学与技术专业MajorofComputerScienceandTechnology主讲：郭银章教授第一讲：计算机网络概述第二讲：计算机网络通信与数据交换技术第三讲：数据链路层协议及差错控制技术第四讲：局域网协议体系及以太网技术目录提纲第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP第六讲：路由协议与路由算法第七讲：传输层传输控制协议TCP/UDP计算机网络与INTERNET原理及技术第四讲：局域网协议体系与以太网技术4.1局域网体系结构及协议模型4.2总线型以太网协议CSMA/CD4.3常见以太网及快速以太网4.4以太网的数据链路层扩展模式4.5虚拟局域网VLAN4.6无线局域网技术计算机网络与INTERNET原理及技术1、局域网体系结构。4.1、局域网IEEE802体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术hubhubhubSwitchServerfarmstationstationsstations覆盖范围小房间、建筑物、园区范围距离≤25km高传输速率10Mbps～1000Mbps低误码率10-8～10-10采用总线、星形、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1、局域网体系结构4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术数据链路层采用广播信道传输方式实现数据信道的共享，具有数据的收发、差错控制、流量控制、分组交换及多路复用的功能。要实现信道共享，就必须解决信道的合理分配和控制。局域网信道共享一般采用两种技术静态化分信道技术：多路复用技术。这种划分信道技术代价较高。动态媒体接入技术：通过介质访问控制协议来实现信道的动态分配。可分为随机争用方式和轮询控制方式。随机争用就是所有用户随机发送数据，如产生冲突就采用争用策略解决。轮询控制方式是指用户发送数据受到一定规则的控制。1、局域网体系结构4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术局域网LAN的参考模型L＆MAN/RM与OSI/RM比较网络层数据链路层物理层逻辑链路控制LLC介质访问控制MAC高层OSIIEEE802物理层PHY由NOS来实现1、局域网体系结构4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术逻辑链路控制子层LLCIEEE802提供两种类型服务：无连接LLC（类型1），面向连接LLC（类型2）.类型1操作中，LLC在实体间交换信息时，无需再对等层实体间事先建立逻辑链路，对于LLC帧既不确认，也无任何流控和差错恢复功能。类型2的操作中，需要在对等层实体间建立逻辑连接，LLC帧依次发送，具有流控和差错恢复的功能。介质访问控制子层MAC通过MSAP支持LLC，实现帧的寻址和识别，完成帧的检验序列的产生和校验．1、局域网体系结构介质访问控制子层的主要功能：在发送端将要传输的数据组装成帧、在接收端解封并进地址识别和差错检测、管理和控制对于局域网传输介质的访问。介质访问控制协议：局域网中所有网络设备都共享传输介质，如何有效的分配和管理传输介质的使用权，提供这种方法的协议就是介质访问控制协议。介质访问控制技术的分类：集中式、分布式。集中式的优点是：可提供更加复杂和灵活的控制、各工作站的访问逻辑比较简单、避免了复杂的配合问题。其缺点是：监控站可能造成单点失败、监控站可能成为网络性能的瓶颈。MAC控制策略可分为同步和异步两种，异步式分配方法又可分为三种：争用、轮转、预约（竞争、循环、预约）4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术1、局域网体系结构争用：所有的站点都通过争用的方法获得网络资源。该技术实现简单，适合于轻载和中等负载的系统。争用方法属于随机访问控制。轮转：每个站轮流获得发送机会，该技术适合于交互式的终端与主机的通信。轮转方法属于控制访问技术。预约：介质上的时间被分成时间片，网上站点要发送，必须事先预约能占用的时间片。属于控制访问技术。4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术1、局域网的体系结构IEEE802局域网LAN参考模型包含了OSI/RM的最低两层，也包含了网际互联的高层协议．其体系结构如下图4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术……802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6DQDB802.8FDDI802.2LLC数据链路层物理层LLCMAC802.1DBridge802.1A体系结构PHY1、局域网的体系结构4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术IEEE802标准的主要成员802.2-逻辑链路控制LLC802.3-CSMA/CD（以太网）802.4-TokenBus（标记总线）802.5-TokenRing（标记环）802.6-分布队列双总线DQDB--MAN标准802.8–FDDI（光纤分布数据接口）802.11–无线LAN1、局域网体系结构4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术局域网层间服务访问接口可分为：PSAP，MSAP，LSAP，NSAP四种。4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术3局域网中的服务原语服务用户通过服务访问点获得由服务提供者提供的服务，服务规范定义了服务访问点可利用的服务．服务原语描述提供的服务，并规定通过服务访问点接口所必须传递的信息．服务原语中的参数表示通过接口必须传递的信息内容，但不表示如何传递和如何格式化．源端网络层目标网络层数据链路层网络层LLC层L-DATA-REQUEST(参数)L-DATA-INDICATION(参数)LSAP2、局域网的分类星型:所有结点都连接到中央结点，中央节点执行集中式控制策略．采用这种拓扑的交换方式有线路交换和报文交换4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术星型ABCA特点：方便服务，故障影响范围小、集中控制和故障诊断，简单访问协议缺点：电缆长度和安装费用高，扩展困难，依赖中央节点、中央节点配置复杂。2、局域网的分类总线型:所有结点都直接连接到共享信道，信号发送采用广播信道的方式，总线形拓扑采用分布式控制策略来保证一次只能有一个设备传输．通信处理在各个站点执行，网络负担较轻，是一种无源传输网络。采用CSMA/CD协议来解决争用问题．4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术BusABCC优点：线缆长度短，可靠性高，易扩展，缺点：故障诊断困难，故障隔离困难，中继器配置，终端智能化2、局域网的分类环型:环形网络是由一些中继器和连接到中继器的点到点的链路组成．结点通过点到点链路与相邻结点连接，每个站都是通过中继器连接到网上，信息的传输只能在一个方向上进行，应用标记环MAC进行控制4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术RingADCBT优点：电缆长度短，不需要接线盒，适合于光纤缺点：结点故障引起全网故障，故障诊断困难，网络扩展性差，网络结构影响访问协议．2、局域网的分类环型:１）.环型网中中继器的三种基本功能:数据插入环，有两种：站的数据发送，中继器的数据转发数据的接收，当分组目标地址与本站地址相同时，接收数据．数据的删除，有两种：目的站删除；发送站删除．目的站删除在接收端中继器由于识别地址必须有足够长的延迟．发送站删除，中继器只须1位延迟，允许多点广播．缺点是数据从目标站返回发送站浪费网络资源．２）．环型网中中继器的四种状态:监听，发送，接收，旁路4.1、局域网体系结构及网络分类第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术1、以太网的介质访问控制技术4.2、总线型以太网介质访问控制协议CSMA/CD第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术以太网（Ethernet）是目前最流行的网络技术之一。由美国Xerox公司1975年研制成功。1980年，DECINTELXEROX三家公司联合设计了10Mb/s的第一个版本DIXV1,1982年，改为第二个版本V2。1983年IEEE颁布了第一个以太网标准协议IEEE802.3，与V2标准相比只做了很小的改动，所以从严格意义上讲他们是不一样的，但一般通常都不做区别。IEEE802为了适应各种竞争需求，将数据链路层划分为两个子层，LLC与传输媒体无关，即802.2协议；MAC与接入的传输介质有关。到了上个世纪90年代，由于互联网的发展，其TCP/IP只使用局域网DIXV2标准，这样LLC逻辑链路控制子层的功能就逐渐减弱，甚至消失。很多网络适配器生产厂商就只装有MAC层协议，而没有LLC协议了。1、以太网的介质访问控制技术4.2、总线型以太网介质访问控制协议CSMA/CD第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术以太网主要是通过广播信道的方式实现数据链路层点对点的通信。首先广播带有目的主机MAC地址的信息，当与广播地址MAC相同的主机接收到广播后，就接收传递的数据，这样具有广播特性总线上就实现了一对一通信。1、以太网的介质访问控制技术4.2、总线型以太网介质访问控制协议CSMA/CD第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术最早的以太网叫ALOHA，1968年美国夏威夷大学研制。ALOHA协议处于数据链路层，属于随机访问协议。它分为纯ALOHA和分段ALOHA协议。纯ALOHA协议：当终端有数据需要传输的时候，立即向信道发送；接收端收到数据后，会发出ACK信息给发送端；若接收端数据有错，发送NACK；当多发送端有数据发送，就会发生冲突，等待一段时间再传。这种争用方式在负载增加时，冲突次数也会增加，信道利用率降低，当时的ALOHA信道最大利用率仅有18%。开槽ALOHA协议：将通信信道的时间划分为固定的槽，各站点要发送数据，只有获得相应的槽，从时间槽边界点开始。这样提高了网络利用率，最高可达37%。信道利用率低的原因是站点之间的传输延迟比发送延迟大。2、CSMA/CD协议原理4.2、总线型以太网介质访问控制协议CSMA/CD第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD）CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect（１）CSMA控制方案发送前监听。每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若介质空闲，则此站可以发送．若介质忙，需等待一段时间后重试。(所谓监听就是网卡通过电子技术检测数据信号，当多路信号发送数据的时候，总线上的信号电压相互叠加，变化幅度增大，超过一定门限即冲突)1、CSMA/CD协议原理4.2、总线型以太网介质访问控制协议CSMA/CD第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术（2）．载波监听策略：坚持退避算法不坚持CSMA：监听总线，若介质空闲，则发送问题：多用户监听时，可能产生冲突若介质忙，则等待一段随机时间，重复第一步．此时不再监听问题可能出现在某一时刻介质空闲，而又有用户需要发送数据坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据，如果是忙继续监听，直到空闲立即发送，如果冲突等待一段随机时间重复第一步问题：无法解决冲突问题］1、CSMA/CD协议原理4.2、总线型以太网介质访问控制协议CSMA/CD第四讲：局域网IEEE802协议体系与VLAN技术（2）．载波监听策略：坚持退避算法P-坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率p发送数据（以概率1-p延迟一段时间后再发送）介质忙，继续监听，如果延迟一个时间单位，重复第一步．对于P值的选取，考虑避免在系