电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构课件.ppt

1、2023-1-20电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构电子科大局域网与城域电子科大局域网与城域网第网第3章局域网的体系结章局域网的体系结构构电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.1 协议参考模型协议参考模型3.1.1 概述概述3.1.2 IEEE 802参考模型参考模型3.1.3 IEEE 802实现模型实现模型3.1.4 IEEE 802协议族协议族电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.1.1 概述概述n协议参考模型协议参考模型nOSI参考模型：一个抽象的概念和基础框架参考模型：一个抽象的概念和基础框架nTCP/IP参考模型：以参考模型：以N层为中心的实现模型层为

2、中心的实现模型n802网络参考模型：网络参考模型：LAN/MAN的参考模型的参考模型n802网络参考模型网络参考模型nDL层：分成层：分成LLC/MAC子层子层n目的是适应介质访问技术的复杂性目的是适应介质访问技术的复杂性nPh层：可以分成层：可以分成PMI/PMD子层子层n以便在各种传输介质上构造高性能网络以便在各种传输介质上构造高性能网络电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.1.2 IEEE 802参考模型参考模型nIEEE 802 RM for ESn摘自：摘自：Fig.1 IEEE std 802-2001LLC：Logical Link Control 逻辑链路控制（子层）

3、逻辑链路控制（子层）MAC：Medium Access Control 介质访问控制（子层）介质访问控制（子层）LSAP：Link Service Access Point 链路服务访问点链路服务访问点MSAP：MAC Service Access Point MAC服务访问点服务访问点PhSAP：Physical Service Access Point 物理服务访问点物理服务访问点ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalMediumMediumPhysicalPhysicalMACLLCMACLLCSco

4、pe of IEEE 802 StandardsUpper Layer ProtocolsUpper Layer ProtocolsMSAPLSAPPhSAP电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.1.2 IEEE 802参考模型参考模型-说明说明n802网络参考模型由网络参考模型由IEEE 802委员会制委员会制n定义定义802网络的层次结构和协议体系网络的层次结构和协议体系n802网络的协议层次与网络的协议层次与OSI/BRM的对应的对应n低二层：低二层：DL、PhnDL层分为：层分为：LLC/MAC两个子层两个子层n向高层提供服务：通过向高层提供服务：通过LSAPnPh层越来越复

5、杂，近年来也开始划分子层层越来越复杂，近年来也开始划分子层n大致分为：大致分为：PMI/PMD子层子层注意注意:802的标准包括了对介质的规范的标准包括了对介质的规范电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.1.3 IEEE 802实现模型实现模型n802实现模型实现模型n特别加强了物理层的结构特别加强了物理层的结构DLPHY高层高层MIIMDImediumLLCMACPMIPMDLLC：逻辑链路控制子层：逻辑链路控制子层MAC：介质访问控制子层：介质访问控制子层PMI：物理介质无关子层：物理介质无关子层 Physical Medium Independent sublayerPMD：物

6、理介质相关子层：物理介质相关子层Physical Medium Dependent sublayerMII：介质无关接口：介质无关接口Medium Independent InterfaceMDI：介质相关接口：介质相关接口Medium Dependent Interface电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.1.4 IEEE 802标准族标准族nIEEE 802标准族成员及其相互关系标准族成员及其相互关系n摘自：摘自：IEEE std 802.1Q-2003电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构nIEEE802.1:综述、编址、桥接、管理、综述、编址、桥接、管理、n IEE

7、E802.2:屏蔽不同类型的屏蔽不同类型的LAN，向上提供一致的服务，向上提供一致的服务n IEEE802.3/11/15/16/17，n定义不同类型的定义不同类型的LAN/MANn内容包括：内容包括：MAC协议、物理接口、介质需求协议、物理接口、介质需求n 所有的所有的LAN具有相同的具有相同的LLC子层及不同的子层及不同的MAC子层和物理层子层和物理层n 不同的不同的MAC和物理层构成了不同的和物理层构成了不同的LAN 3.1.4 IEEE 802标准族标准族-简图简图802.3802.2802.11物理层物理层数据链路层数据链路层PHYMACLLCOSI 层次层次LAN层次层次802.1

8、7802.1电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.2 LLC层层3.2.1 LLC概述概述3.2.2 LLC服务服务3.2.3 LLC PDU3.2.4 LLC地址地址3.2.5 LLC协议应用模式协议应用模式电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.2.1 LLC概述概述nLLC协议：源于协议：源于HDLC标准标准nLLC提供提供DL层的功能层的功能n两个站点间两个站点间DL_PDU的传送的传送n支持共享介质上的多路访问支持共享介质上的多路访问n组播组播/广播功能广播功能nLLC：当年位于中心位置：当年位于中心位置n向下支持多种向下支持多种MAC协议协议n向上层提供统一接口：

9、向上层提供统一接口：LSAPn当前的演变、正在退出实用当前的演变、正在退出实用电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.2.2 LLC服务服务nLLC提供的基本服务提供的基本服务n无确认无连接服务无确认无连接服务nUnacknowledged connectionless-mode servicesn连接式服务连接式服务nConnection-mode servicesn有确认无连接式服务有确认无连接式服务nAcknowledged connectionless-mode services电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.2.3 PDU与数据封装与数据封装LSAPXLLCM

10、ACPHYLLCLLCMACPHYLLCX站点站点A站点站点BDATADATA DATALLC头头 DATAMAC尾尾MAC头头LLC PDUMAC帧帧LLC头头 DATA电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构nLLCLLC头部：头部：LLCLLC协议信息协议信息n含源含源/宿宿LLCLLC地址（地址（DA/SADA/SA）及其他控制信息）及其他控制信息nMACMAC头部：头部：MACMAC协议信息协议信息n含源含源/宿宿MACMAC地址及其他控制信息地址及其他控制信息nMACMAC尾部：尾部：FCSFCS，用于对，用于对MACMAC帧检错帧检错n一般而言，协议头部在各层协议中是必要的一

11、般而言，协议头部在各层协议中是必要的n 源、宿地址指明谁与谁通信源、宿地址指明谁与谁通信n其他控制信息指明如何实现通信其他控制信息指明如何实现通信3.2.3 LAN协议头部信息协议头部信息电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构IP IPX.3.2.4 LLC地址地址nLLC地址地址n是是LLC的的LSAP地址的简称地址的简称nLLC地址标识一个地址标识一个LLC用户用户nLLC用户通常是网络层的一个实体用户通常是网络层的一个实体n网络层有多个用户：通常是多种网络层协议网络层有多个用户：通常是多种网络层协议nLLC/SAPnLLC支持多重支持多重SAPn每一个每一个SAP都有自己的都有自己

12、的LLC地址地址LLCMACPHYLLCLSAP电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3 MAC层层3.3.1 背景背景3.3.2 MAC层的功能层的功能3.3.3介质访问控制技术介质访问控制技术3.3.4 MAC帧结构帧结构3.3.5 MAC地址地址3.3.6 MAC服务服务3.3.7 MAC帧发送与接收帧发送与接收电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.1 背景背景n早期：局域网大都使用共享信道早期：局域网大都使用共享信道n必须提供对传输介质进行访问控制的机制，这就是必须提供对传输介质进行访问控制的机制，这就是MAC协议协议n目前：高性能局域网正在使用独享信道目前：高

13、性能局域网正在使用独享信道n不需要介质访问控制协议不需要介质访问控制协议n在高性能局域网标准中，介质访问控制协议名存实亡在高性能局域网标准中，介质访问控制协议名存实亡n以太网的以太网的CSMA/CD在点对点链路中并不使用在点对点链路中并不使用n万兆位以太网已经不支持共享信道万兆位以太网已经不支持共享信道nMAC协议仍然是重要的研究课题协议仍然是重要的研究课题n在新的接入网技术中使用在新的接入网技术中使用n是学术论文的重要题材是学术论文的重要题材电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.2 MAC层功能层功能n编址编址n成帧成帧n帧发送与接收帧发送与接收n帧过滤帧过滤n介质访问控制介质

14、访问控制n向上层提供无连接的服务向上层提供无连接的服务nMAC的功能基本上由网卡（的功能基本上由网卡（NIC）来完成）来完成n 网卡硬件与主机独立，有网卡硬件与主机独立，有CPU、ROM、RAM等等n 独立对独立对MAC帧进行处理，不占主机的时间和空间帧进行处理，不占主机的时间和空间n 介质访问管理介质访问管理n 完成物理层的功能：编完成物理层的功能：编/解码，同步等解码，同步等电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.3 介质访问控制技术介质访问控制技术n共享信道环境一定需要信道访问控制共享信道环境一定需要信道访问控制n信道访问控制面临的问题信道访问控制面临的问题nWhere：在哪

15、里控制？：在哪里控制？n集中式控制与分布式控制集中式控制与分布式控制n目前多使用分布式仲裁机制目前多使用分布式仲裁机制nHow：如何控制？：如何控制？n静态分配与动态分配静态分配与动态分配n典型的控制机制典型的控制机制n轮转、预约、争用轮转、预约、争用电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.3.1 典型典型MAC技术轮转技术轮转n时间片轮转，各站点轮流得到传输时间片时间片轮转，各站点轮流得到传输时间片n使用时间片长度可能受限使用时间片长度可能受限n仲裁：集中、分布皆可仲裁：集中、分布皆可n优点优点n适用于各站点普遍需要发送数据适用于各站点普遍需要发送数据n重载性能好重载性能好n典型

16、实例典型实例n集中式：轮询集中式：轮询n分布式：令牌环分布式：令牌环电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.3.2 典型典型MAC技术预约技术预约n预约技术的基本特点预约技术的基本特点n各站点预约成功后方可传输数据各站点预约成功后方可传输数据n仲裁：集中、分布皆可仲裁：集中、分布皆可n优点优点n适应长时延信道：提前预约适应长时延信道：提前预约n典型实例典型实例n预约预约ALOHA：用于卫星信道：用于卫星信道电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.3.3 典型典型MAC技术争用技术争用n争用技术基本特点争用技术基本特点n各站点竞争成功立即使用各站点竞争成功立即使用n仲裁：

17、通常是分布式仲裁仲裁：通常是分布式仲裁n优点优点n轻载网络时延短轻载网络时延短n典型实例典型实例n是局域网最常用的是局域网最常用的MAC机制机制nCSMA系列系列电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.4 MAC帧结构帧结构nMAC帧通用格式帧通用格式n不同的不同的LAN具有相似帧格式，控制信息有差异具有相似帧格式，控制信息有差异 如：以太帧有长度控制，如：以太帧有长度控制，802.5帧有优先级等帧有优先级等同步位同步位 DATA帧头帧头用于帧同步、用于帧同步、帧定位，硬件帧定位，硬件完成（物理层）完成（物理层）源、目地址及源、目地址及其他控制信息其他控制信息上层上层数据数据帧尾帧

18、尾校验校验字段字段电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.5 MAC地址地址3.3.5.1 MAC地址概述地址概述3.3.5.2 全局地址、局部地址全局地址、局部地址3.3.5.3 单播、组播、广播地址单播、组播、广播地址3.3.5.4 MAC地址表示法地址表示法电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.5.1 MAC地址概述地址概述nLAN的的MAC地址地址n在在LAN站点间识别的唯一标识站点间识别的唯一标识nLAN站点的相互通信的物理地址站点的相互通信的物理地址n在一个在一个LAN中地址唯一中地址唯一n地址长度：通常采用地址长度：通常采用48位地址位地址n标准定义了标

19、准定义了16位、位、48位两种地址位两种地址n地址分类地址分类n按管理策略分类：全局地址和局部地址按管理策略分类：全局地址和局部地址n全局地址：网卡的硬件地址，全世界唯一全局地址：网卡的硬件地址，全世界唯一n局部地址：人为设置的地址，一个局域网内唯一局部地址：人为设置的地址，一个局域网内唯一n按通信对象分类：广播、组播和单播地址按通信对象分类：广播、组播和单播地址nMAC地址可以使用全局地址，也可使用局部地址地址可以使用全局地址，也可使用局部地址电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.5.2（1）全局全局MACMAC地址地址n 全局地址固化在网卡硬件上全局地址固化在网卡硬件上n全局

20、地址全世界唯一全局地址全世界唯一nIEEEIEEE向全世界网卡生产厂分配厂商代号向全世界网卡生产厂分配厂商代号OUI OUI（organizational Unique Identifier),organizational Unique Identifier),占前占前3 3字节字节,保证网卡地址全球唯一保证网卡地址全球唯一例：例：3Com3Com公司公司OUI OUI：00-60-8000-60-80 Intel Intel公司公司OUI OUI：00-90-27 00-90-27 等等等等n如使用全局地址，更换网卡则站点如使用全局地址，更换网卡则站点MAC地址随之改变地址随之改变n好处：网

21、上的新老设备不会发生地址冲突好处：网上的新老设备不会发生地址冲突n不利之处：地址不连续，管理不便不利之处：地址不连续，管理不便电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.5.2（2）局部局部MACMAC地址地址（本地地址）（本地地址）n本地地址由人工配置，可以根据需要更改本地地址由人工配置，可以根据需要更改n一般只在本地网络中使用一般只在本地网络中使用n本地地址本地网中唯一本地地址本地网中唯一n可按一定规律配置本地地址可按一定规律配置本地地址n 如：楼号如：楼号楼层号楼层号办公室办公室等编址等编址n好处：主机更换网卡可不改变好处：主机更换网卡可不改变MACMAC地址（设置）地址（设置）

22、n不利之处：不利之处：n加重管理员的负担，必须人工配置加重管理员的负担，必须人工配置n网卡坏了换新卡时必须重新配置网卡坏了换新卡时必须重新配置n特别提醒特别提醒n若不手动设置若不手动设置MACMAC地址，则站点的地址，则站点的MACMAC地址为网卡的固化地址地址为网卡的固化地址n如手动设置了如手动设置了MACMAC地址，则站点的地址，则站点的MACMAC地址为手动设置的地址地址为手动设置的地址电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.5.2 单播、组播、广播地址单播、组播、广播地址n单播地址（单播地址（Uncast)Uncast)n表示一个站的唯一地址表示一个站的唯一地址n组播地址（

23、组播地址（mulitcast)mulitcast)n表示一组站的地址表示一组站的地址n广播地址广播地址 (boardcast)(boardcast)nLANLAN所有站的地址所有站的地址 n4848位全位全1 1nFF-FF-FF-FF-FF-FFFF-FF-FF-FF-FF-FFn注：网卡能识别的地址：注：网卡能识别的地址：n一般能识别单播地址和广播地址一般能识别单播地址和广播地址n要接收组播帧，必须对网卡进行配置要接收组播帧，必须对网卡进行配置电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.5.2 单播、组播、广播地址单播、组播、广播地址假设假设A、B、C、D四站属于同一个冲突域四站属

24、于同一个冲突域（共享域），请问下列各种情况下，（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？帧的目的地址可能是何种地址？（假设（假设MAC帧到达各站都是无错的）帧到达各站都是无错的）nA、B将数据上交高层，其他站丢弃。将数据上交高层，其他站丢弃。nA将数据上交高层，其他站丢弃。将数据上交高层，其他站丢弃。nA、B、C、D各站都将数据上交高层。各站都将数据上交高层。1)A、B、C、D各站都丢弃。各站都丢弃。电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.5.3 MAC地址表示法地址表示法n802标准中的传送顺序标准中的传送顺序n高八位组先传、低八位组后传高八位组先传、低八

25、位组后传n每八位组中，低位先传、高每八位组中，低位先传、高bit位后传位后传nMAC地址示例地址示例(以下是线路是发送的顺序）以下是线路是发送的顺序）0011 0101 0111 1011 0001 0010 0000 0000 0000 0000 0000 0001n Hexdecimal representation（IETF）n 十六进制表示法：十六进制表示法：AC-DE-48-00-00-80（机内存储顺序）（机内存储顺序）n Bit-reversed representation（IEEE）n 比特反转表示法：比特反转表示法：35:7B:12:00:00:01（线路发送顺序）（线路发

26、送顺序）八位组八位组八位八位组组八位组八位组 高到低高到低 顺序顺序b7b0低到高位低到高位电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.6 MAC服务服务n数据发送请求数据发送请求nMA-UNITDATA requestn数据到达指示数据到达指示nMA-UNITDATA indicationn发送状态指示发送状态指示nMA-UNITDATA-STATUS indicationn向上层提供前一数据发送请求的状态信息向上层提供前一数据发送请求的状态信息n仅具有本端含义仅具有本端含义n例如，例如，CSMA/CD网络中的网络中的“冲突过多冲突过多”状态状态电子科大局域网与城域网第3章局域网的体

27、系结构3.3.6 MAC子层提供的服务质量子层提供的服务质量n无连接无连接，尽力而为，尽力而为n 只负责将只负责将MAC帧尽可能快的传到信道帧尽可能快的传到信道n 只简单的丢弃无效帧，无差错恢复功能只简单的丢弃无效帧，无差错恢复功能n 帧中不含序号，丢失帧帧中不含序号，丢失帧MAC子层不知道子层不知道n不保证可靠的服务，可靠性由上层保证不保证可靠的服务，可靠性由上层保证电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.7 MAC帧发送与接收（网卡完成）帧发送与接收（网卡完成）n工作站对帧发送工作站对帧发送nMAC帧头中含源、目帧头中含源、目MAC地址地址n目的目的MAC地址由上层提供地址由上

28、层提供n目的目的MAC地址可为单播、组播或广播地址可为单播、组播或广播上层数据上层数据高层高层MAC帧帧MAC层层MAC帧帧同步同步位位物理层物理层编码编码位流通过介质发送位流通过介质发送电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.3.7 MAC帧发送与接收（网卡完成）帧发送与接收（网卡完成）n工作站对帧接收工作站对帧接收 收到帧收到帧NoYes有效帧有效帧？NoYes剥去帧头帧尾剥去帧头帧尾 数据交上层数据交上层丢丢弃弃？指向本站指向本站目的地址目的地址v 丢弃无效帧丢弃无效帧v什么是无效帧？什么是无效帧？v 四种可接收情况四种可接收情况n 单播、广播，地址相符的组播单播、广播，地址相符

29、的组播n 单播、广播单播、广播n 单播、广播、所有组播单播、广播、所有组播n 所有帧（监控用）所有帧（监控用）n 长度不是整字节数长度不是整字节数n 长度不在规定范围之内长度不在规定范围之内n 校验出错校验出错 电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.4 LLC层的变迁层的变迁nLLC设立的初衷设立的初衷nLLC位于位于LAN参考模型的中心位置参考模型的中心位置n向上提供一致的服务供多个向上提供一致的服务供多个N层协议使用层协议使用n向下使用多种向下使用多种LAN（MAC）提供的服务）提供的服务n近年来发生了重大变化近年来发生了重大变化nN层：层：IP协议几乎成了唯一协议几乎成了唯一n

30、MAC层：以太网正在占绝对优势层：以太网正在占绝对优势nLLC还是必要的？还是必要的？n不再是必要的不再是必要的nLLC正在退出实用（不再使用）！正在退出实用（不再使用）！n当前的趋势当前的趋势nMAC(Ethernet)直接承载直接承载IP！LLCIP IPX Decnet SNAOSI802.3802.4802.5 FDDIATMIP802.3电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.4 LLC层的变迁层的变迁n802网络的两种应用模式网络的两种应用模式MACPHYLLCIPIPXEthernet采用采用 MAC帧直接封装帧直接封装IP电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构3.

31、4 LLC层的变迁层的变迁n802.3-1985模式模式n使用使用LLC/PDULLC/PDU和和MACMAC帧帧n上层数据封装在上层数据封装在LLC/PDULLC/PDU中中n可提供可提供COCO和和CLCL等三种服务等三种服务n可向多种高层协议提供服务可向多种高层协议提供服务nIPIP、IPXIPX、n802.3-2002模式模式n跳过跳过LLCLLC子层子层n直接在直接在MACMAC帧封装高层数据帧封装高层数据n在在TYPETYPE段中表示高层数据类型段中表示高层数据类型n只提供只提供COCO服务服务MACPHYLLC高层高层MACPHY高层高层电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结

32、构3.5 参考文献参考文献nIEEE 802-2001nOverview and ArchitecturenIEEE 802.2-1998nLogical Link ControlnISO 7498-1/1994nOSI Reference Model -The Basic Model电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构本章思考题本章思考题n解释解释LLC SAP的含义。的含义。n说明当今说明当今LAN中中LLC层退出中心位置的主层退出中心位置的主要原因。要原因。n说明说明MAC地址在地址在LAN中的作用？说明中的作用？说明MAC地址与网卡硬件地址的关系。地址与网卡硬件地址的关系。2023-1-20电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构