电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构

12006年秋冬第3章局域网协议体系3.1协议参考模型3.2LLC层3.3MAC层3.4LLC层的变迁3.5参考文献22006年秋冬3.1协议参考模型3.1.1概述3.1.2IEEE802参考模型3.1.3IEEE802实现模型3.1.4IEEE802协议族32006年秋冬3.1.1概述协议参考模型OSI参考模型：一个抽象的概念和基础框架TCP/IP参考模型：以N层为中心的实现模型802网络参考模型：LAN/MAN的参考模型802网络参考模型DL层：分成LLC/MAC子层目的是适应介质访问技术的复杂性Ph层：可以分成PMI/PMD子层以便在各种传输介质上构造高性能网络42006年秋冬3.1.2IEEE802参考模型IEEE802RMforES摘自：Fig.1IEEEstd802-2001LLC：LogicalLinkControl逻辑链路控制（子层）MAC：MediumAccessControl介质访问控制（子层）LSAP：LinkServiceAccessPoint链路服务访问点MSAP：MACServiceAccessPointMAC服务访问点PhSAP：PhysicalServiceAccessPoint物理服务访问点ApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalMediumMediumPhysicalPhysicalMACLLCMACLLCScopeofIEEE802StandardsUpperLayerProtocolsUpperLayerProtocolsMSAPLSAPPhSAP52006年秋冬3.1.2IEEE802参考模型-说明802网络参考模型由IEEE802委员会制定义802网络的层次结构和协议体系802网络的协议层次与OSI/BRM的对应低二层：DL、PhDL层分为：LLC/MAC两个子层向高层提供服务：通过LSAPPh层越来越复杂，近年来也开始划分子层大致分为：PMI/PMD子层注意:802的标准包括了对介质的规范62006年秋冬3.1.3IEEE802实现模型802实现模型特别加强了物理层的结构DLPHY高层MIIMDImediumLLCMACPMIPMDLLC：逻辑链路控制子层MAC：介质访问控制子层PMI：物理介质无关子层PhysicalMediumIndependentsublayerPMD：物理介质相关子层PhysicalMediumDependentsublayerMII：介质无关接口MediumIndependentInterfaceMDI：介质相关接口MediumDependentInterface72006年秋冬3.1.4IEEE802标准族IEEE802标准族成员及其相互关系摘自：IEEEstd802.1Q-200382006年秋冬IEEE802.1:综述、编址、桥接、管理、……IEEE802.2:屏蔽不同类型的LAN，向上提供一致的服务IEEE802.3/11/15/16/17，……定义不同类型的LAN/MAN内容包括：MAC协议、物理接口、介质需求所有的LAN具有相同的LLC子层及不同的MAC子层和物理层不同的MAC和物理层构成了不同的LAN3.1.4IEEE802标准族-简图802.3……802.2802.11物理层数据链路层PHYMACLLCOSI层次LAN层次802.17…802.192006年秋冬3.2LLC层3.2.1LLC概述3.2.2LLC服务3.2.3LLCPDU3.2.4LLC地址3.2.5LLC协议应用模式102006年秋冬3.2.1LLC概述LLC协议：源于HDLC标准LLC提供DL层的功能两个站点间DL_PDU的传送支持共享介质上的多路访问组播/广播功能LLC：当年位于中心位置向下支持多种MAC协议向上层提供统一接口：LSAP当前的演变、正在退出实用112006年秋冬3.2.2LLC服务LLC提供的基本服务无确认无连接服务Unacknowledgedconnectionless-modeservices连接式服务Connection-modeservices有确认无连接式服务Acknowledgedconnectionless-modeservices122006年秋冬3.2.3PDU与数据封装LSAPXLLCMACPHYLLCLLCMACPHYLLCX站点A站点BDATADATADATALLC头DATAMAC尾MAC头LLCPDUMAC帧LLC头DATAPDU：逐层加封PCI（包括地址等）132006年秋冬LLC头部：LLC协议信息含源/宿LLC地址（DA/SA）及其他控制信息MAC头部：MAC协议信息含源/宿MAC地址及其他控制信息MAC尾部：FCS，用于对MAC帧检错一般而言，协议头部在各层协议中是必要的源、宿地址指明谁与谁通信其他控制信息指明如何实现通信3.2.3LAN协议头部信息142006年秋冬IPIPX...3.2.4LLC地址LLC地址是LLC的LSAP地址的简称LLC地址标识一个LLC用户LLC用户通常是网络层的一个实体网络层有多个用户：通常是多种网络层协议LLC/SAPLLC支持多重SAP每一个SAP都有自己的LLC地址LLCMACPHYLLCLSAP152006年秋冬3.3MAC层3.3.1背景3.3.2MAC层的功能3.3.3介质访问控制技术3.3.4MAC帧结构3.3.5MAC地址3.3.6MAC服务3.3.7MAC帧发送与接收162006年秋冬3.3.1背景早期：局域网大都使用共享信道必须提供对传输介质进行访问控制的机制，这就是MAC协议目前：高性能局域网正在使用独享信道不需要介质访问控制协议在高性能局域网标准中，介质访问控制协议名存实亡以太网的CSMA/CD在点对点链路中并不使用万兆位以太网已经不支持共享信道MAC协议仍然是重要的研究课题在新的接入网技术中使用是学术论文的重要题材172006年秋冬3.3.2MAC层功能编址成帧帧发送与接收帧过滤介质访问控制向上层提供无连接的服务MAC的功能基本上由网卡（NIC）来完成网卡硬件与主机独立，有CPU、ROM、RAM等独立对MAC帧进行处理，不占主机的时间和空间介质访问管理完成物理层的功能：编/解码，同步等182006年秋冬3.3.3介质访问控制技术共享信道环境一定需要信道访问控制信道访问控制面临的问题Where：在哪里控制？集中式控制与分布式控制目前多使用分布式仲裁机制How：如何控制？静态分配与动态分配典型的控制机制轮转、预约、争用192006年秋冬3.3.3.1典型MAC技术－轮转时间片轮转，各站点轮流得到传输时间片使用时间片长度可能受限仲裁：集中、分布皆可优点适用于各站点普遍需要发送数据重载性能好典型实例集中式：轮询分布式：令牌环202006年秋冬3.3.3.2典型MAC技术－预约预约技术的基本特点各站点预约成功后方可传输数据仲裁：集中、分布皆可优点适应长时延信道：提前预约典型实例预约ALOHA：用于卫星信道212006年秋冬3.3.3.3典型MAC技术－争用争用技术基本特点各站点竞争成功立即使用仲裁：通常是分布式仲裁优点轻载网络时延短典型实例是局域网最常用的MAC机制CSMA系列222006年秋冬3.3.4MAC帧结构MAC帧通用格式不同的LAN具有相似帧格式，控制信息有差异如：以太帧有长度控制，802.5帧有优先级等同步位DATA帧头用于帧同步、帧定位，硬件完成（物理层）源、目地址及其他控制信息上层数据帧尾校验字段232006年秋冬3.3.5MAC地址3.3.5.1MAC地址概述3.3.5.2全局地址、局部地址3.3.5.3单播、组播、广播地址3.3.5.4MAC地址表示法242006年秋冬3.3.5.1MAC地址概述LAN的MAC地址在LAN站点间识别的唯一标识LAN站点的相互通信的物理地址在一个LAN中地址唯一地址长度：通常采用48位地址标准定义了16位、48位两种地址地址分类按管理策略分类：全局地址和局部地址全局地址：网卡的硬件地址，全世界唯一局部地址：人为设置的地址，一个局域网内唯一按通信对象分类：广播、组播和单播地址MAC地址可以使用全局地址，也可使用局部地址252006年秋冬3.3.5.2（1）全局MAC地址全局地址固化在网卡硬件上全局地址全世界唯一IEEE向全世界网卡生产厂分配厂商代号OUI（organizationalUniqueIdentifier),占前3字节,保证网卡地址全球唯一例：3Com公司OUI：00-60-80Intel公司OUI：00-90-27等等如使用全局地址，更换网卡则站点MAC地址随之改变好处：网上的新老设备不会发生地址冲突不利之处：地址不连续，管理不便262006年秋冬3.3.5.2（2）局部MAC地址（本地地址）本地地址由人工配置，可以根据需要更改一般只在本地网络中使用本地地址本地网中唯一可按一定规律配置本地地址如：楼号—楼层号—办公室—……等编址好处：主机更换网卡可不改变MAC地址（设置）不利之处：加重管理员的负担，必须人工配置网卡坏了换新卡时必须重新配置特别提醒若不手动设置MAC地址，则站点的MAC地址为网卡的固化地址如手动设置了MAC地址，则站点的MAC地址为手动设置的地址272006年秋冬3.3.5.2单播、组播、广播地址单播地址（Uncast)表示一个站的唯一地址组播地址（mulitcast)表示一组站的地址广播地址(boardcast)LAN所有站的地址48位全1FF-FF-FF-FF-FF-FF注：网卡能识别的地址：一般能识别单播地址和广播地址要接收组播帧，必须对网卡进行配置282006年秋冬3.3.5.2单播、组播、广播地址假设A、B、C、D四站属于同一个冲突域（共享域），请问下列各种情况下，MAC帧的目的地址可能是何种地址？（假设MAC帧到达各站都是无错的）1)A、B将数据上交高层，其他站丢弃。2)A将数据上交高层，其他站丢弃。3)A、B、C、D各站都将数据上交高层。4)A、B、C、D各站都丢弃。292006年秋冬3.3.5.3MAC地址表示法802标准中的传送顺序高八位组先传、低八位组后传每八位组中，低位先传、高bit位后传MAC地址示例(以下是线路是发送的顺序）001101010111101100010010000000000000000000000001Hexdecimalrepresentation（IETF）十六进制表示法：AC-DE-48-00-00-80（机内存储顺序）Bit-reversedrepresentation（IEEE）比特反转表示法：35:7B:12:00:00:01（线路发送顺序）八位组八位组八位组高到低顺序b7b0低到高位302006年秋冬3.3.6MAC服务数据发送请求MA-UNITDATArequest数据到达指示MA-UNITDATAindication发送状态指示MA-UNITDATA-STATUSindication向上层提供前一数据发送请求的状态信息仅具有本端含义例如，CSMA/CD网络中的“冲突过多”状态312006年秋冬3.3.6MAC子层提供的服务质量无连接，尽力而为只负责将MAC帧尽可能快的传到信道只简单的丢弃无效帧，无差错恢复功能帧中不含序号，丢失帧MAC子层不知道不保证可靠的服务，可靠性由上层保证322006年秋冬3.3.7MAC帧发送与接收（网卡完成）工作站对帧发送MAC帧头中含源、目MAC地址目的MAC地址由上层提供目的MAC地址可为单播、组播或广播上层数据高层MAC帧MAC层MAC帧同步位物