电子科大局域网与城域网第3章局域网的体系结构.ppt

12 六月 2023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3.1.1 概述3.1.2 IEEE 802参考模型3.1.3 IEEE 802实现模型3.1.4 IEEE 802协议族 2 23.1.1 概述n 协议参考模型n OSI参考模型：一个抽象的概念和基础框架n TCP/IP参考模型：以N层为中心的实现模型n 802网络参考模型：LAN/MAN的参考模型n 802网络参考模型n DL层：分成LLC/MAC子层n目的是适应介质访问技术的复杂性n Ph层：可以分成PMI/PMD子层n以便在各种传输介质上构造高性能网络 3 33.1.2 IEEE 802参考模型n IEEE 802 RM for ESn 摘自：Fig.1 IEEE std 802-2001LLC：Logical Link Control 逻辑链路控制（子层）MAC：Medium Access Control 介质访问控制（子层）LSAP：Link Service Access Point 链路服务访问点MSAP：MAC Service Access Point MAC服务访问点PhSAP：Physical Service Access Point 物理服务访问点ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalMedium MediumPhysical PhysicalMACLLCMACLLCScope of IEEE 802 StandardsUpper Layer ProtocolsUpper Layer ProtocolsMSAPLSAPPhSAP 4 43.1.2 IEEE 802参考模型-说明n 802网络参考模型由IEEE 802委员会制n定义802网络的层次结构和协议体系n 802网络的协议层次与OSI/BRM的对应n低二层：DL、Phn DL层分为：LLC/MAC两个子层n向高层提供服务：通过LSAPn Ph层越来越复杂，近年来也开始划分子层n大致分为：PMI/PMD子层注意:802的标准包括了对介质的规范 5 53.1.3 IEEE 802实现模型n 802实现模型n 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 Physical Medium Independent sublayerPMD：物理介质相关子层Physical Medium Dependent sublayerMII：介质无关接口Medium Independent InterfaceMDI：介质相关接口Medium Dependent Interface 6 63.1.4 IEEE 802标准族n IEEE 802标准族成员及其相互关系n 摘自：IEEE std 802.1Q-2003 7 7n IEEE802.1:综述、编址、桥接、管理、n IEEE802.2:屏蔽不同类型的LAN，向上提供一致的服务n IEEE802.3/11/15/16/17，n 定义不同类型的LAN/MANn 内容包括：MAC协议、物理接口、介质需求n 所有的LAN具有相同的LLC子层及不同的MAC子层和物理层n 不同的MAC和物理层构成了不同的LAN 3.1.4 IEEE 802标准族-简图802.3802.2802.11物理层数据链路层PHYMACLLCOSI 层次LAN层次802.17802.1 8 83.2 LLC层3.2.1 LLC概述3.2.2 LLC服务3.2.3 LLC PDU3.2.4 LLC地址3.2.5 LLC协议应用模式 9 93.2.1 LLC概述n LLC协议：源于HDLC标准n LLC提供DL层的功能n 两个站点间DL_PDU的传送n 支持共享介质上的多路访问n 组播/广播功能n LLC：当年位于中心位置n 向下支持多种MAC协议n 向上层提供统一接口：LSAPn 当前的演变、正在退出实用 10 103.2.2 LLC服务n LLC提供的基本服务n无确认无连接服务nUnacknowledged connectionless-mode servicesn连接式服务nConnection-mode servicesn有确认无连接式服务nAcknowledged connectionless-mode services 11 113.2.3 PDU与数据封装LSAPXLLCMACPHYLLC LLCMACPHYLLCX站点A站点BDATADATA DATALLC头 DATAMAC尾 MAC头LLC PDUMAC帧LLC头 DATA PDU PDU：逐层加封：逐层加封PCI PCI（包括地址等）（包括地址等）12 12n LLC头部：LLC协议信息n 含源/宿LLC地址（DA/SA）及其他控制信息n MAC头部：MAC协议信息n 含源/宿MAC地址及其他控制信息n MAC尾部：FCS，用于对MAC帧检错n 一般而言，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n 其他控制信息指明如何实现通信3.2.3 LAN协议头部信息 13 13IP IPX.3.2.4 LLC地址n LLC地址n 是LLC的LSAP地址的简称n LLC地址标识一个LLC用户n LLC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n LLC/SAPn LLC支持多重SAPn 每一个SAP都有自己的LLC地址LLCMACPHY LLCLSAP 14 143.3 MAC层3.3.1 背景3.3.2 MAC层的功能3.3.3介质访问控制技术3.3.4 MAC帧结构3.3.5 MAC地址3.3.6 MAC服务3.3.7 MAC帧发送与接收 15 153.3.1 背景n 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MAC协议n 目前：高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n 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CSMA/CD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n MAC协议仍然是重要的研究课题n 在新的接入网技术中使用n 是学术论文的重要题材 16 163.3.2 MAC层功能n 编址n 成帧n 帧发送与接收n 帧过滤n 介质访问控制n 向上层提供无连接的服务n MAC的功能基本上由网卡（NIC）来完成n 网卡硬件与主机独立，有CPU、ROM、RAM等n 独立对MAC帧进行处理，不占主机的时间和空间n 介质访问管理n 完成物理层的功能：编/解码，同步等 17 173.3.3 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n 信道访问控制面临的问题n Where：在哪里控制？n集中式控制与分布式控制n目前多使用分布式仲裁机制n How：如何控制？n静态分配与动态分配n 典型的控制机制n轮转、预约、争用 18 183.3.3.1 典型MAC技术轮转n 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n 仲裁：集中、分布皆可n 优点n 适用于各站点普遍需要发送数据n 重载性能好n 典型实例n 集中式：轮询n 分布式：令牌环 19 193.3.3.2 典型MAC技术预约n 预约技术的基本特点n 各站点预约成功后方可传输数据n 仲裁：集中、分布皆可n 优点n 适应长时延信道：提前预约n 典型实例n 预约ALOHA：用于卫星信道 20 203.3.3.3 典型MAC技术争用n 争用技术基本特点n 各站点竞争成功立即使用n 仲裁：通常是分布式仲裁n 优点n 轻载网络时延短n 典型实例n 是局域网最常用的MAC机制n CSMA系列 21 213.3.4 MAC帧结构n MAC帧通用格式n 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 22 223.3.5 MAC地址3.3.5.1 MAC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3.3.5.4 MAC地址表示法 23 233.3.5.1 MAC地址概述n LAN的MAC地址n 在LAN站点间识别的唯一标识n LAN站点的相互通信的物理地址n 在一个LAN中地址唯一n 地址长度：通常采用48位地址n 标准定义了16位、48位两种地址n 地址分类n 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n 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n MAC地址可以使用全局地址，也可使用局部地址 24 243.3.5.2（1）全局MAC地址n 全局地址固化在网卡硬件上n 全局地址全世界唯一n IEEE向全世界网卡生产厂分配厂商代号OUI（organizational Unique Identifier),占前3字节,保证网卡地址全球唯一例：3Com公司OUI：00-60-80 Intel公司OUI：00-90-27 等等n 如使用全局地址，更换网卡则站点MAC地址随之改变n 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 25 253.3.5.2（2）局部MAC地址（本地地址）n 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n 本地地址本地网中唯一n 可按一定规律配置本地地址n 如：楼号楼层号办公室等编址n 好处：主机更换网卡可不改变MAC地址（设置）n 不利之处：n 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n 特别提醒n 若不手动设置MAC地址，则站点的MAC地址为网卡的固化地址n 如手动设置了MAC地址，则站点的MAC地址为手动设置的地址 26 263.3.5.2 单播、组播、广播地址n 单播地址（Uncast)n 表示一个站的唯一地址n 组播地址（mulitcast)n 表示一组站的地址n 广播地址(boardcast)n LAN所有站的地址 n 48位全1n FF-FF-FF-FF-FF-FFn 注：网卡能识别的地址：n 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 27 273.3.5.2 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。28 283.3.5.3 MAC地址表示法n 802标准中的传送顺序n 高八位组先传、低八位组后传n 每八位组中，低位先传、高bit位后传n MAC地址示例(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：AC-DE-48-00-00-80（机内存储顺序）n Bit-reversed representation（IEEE）n 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 29 293.3.6 MAC服务n 数据发送请求n MA-UNITDATA requestn 数据到达指示n MA-UNITDATA indicationn 发送状态指示n MA-UNITDATA-STATUS indicationn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n例如，CSMA/CD网络中的“冲突过多”状态 30 303.3.6 MAC 子层提供的服务质量n 无连接，尽力而为n 只负责将MAC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n 帧中不含序号，丢失帧MAC子层不知道n 不保证可靠的服务，可靠性由上层保证 31 313.3.7 MAC帧发送与接收（网卡完成）n 工作站对帧发送n MAC帧头中含源、目MAC地址n 目的MAC地址由上层提供n 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帧同步位物理层编码位流通过介质发送 32 323.3.7 MAC帧发送与接收（网卡完成）n 工作站对帧接收 收到帧NoYes有效帧？NoYes剥去帧头帧尾 数据交上层丢弃？指向本站目的地址v 丢弃无效帧v什么是无效帧？v 四种可接收情况n 单播、广播，地址相符的组播n 单播、广播n 单播、广播、所有组播n 所有帧（监控用）n 长度不是整字节数n 长度不在规定范围之内n 校验出错 33 333.4 LLC层的变迁n LLC设立的初衷n LLC位于LAN参考模型的中心位置n 向上提供一致的服务供多个N层协议使用n 向下使用多种LAN（MAC）提供的服务n 近年来发生了重大变化n N层：IP协议几乎成了唯一n MAC层：以太网正在占绝对优势n LLC还是必要的？n 不再是必要的n LLC正在退出实用（不再使用）！n 当前的趋势n MAC(Ethernet)直接承载IP！LLC？IP IPX Decnet SNAOSI802.3802.4802.5 FDDIATMIP802.3 34 343.4 LLC层的变迁n 802网络的两种应用模式MACPHYLLCIP IPXEthernet采用 MAC帧直接封装IP 35 353.4 LLC层的变迁n 802.3-1985模式n 使用LLC/PDU和MAC帧n 上层数据封装在LLC/PDU中n 可提供CO和CL等三种服务n 可向多种高层协议提供服务n IP、IPX、n 802.3-2002模式n 跳过LLC子层n 直接在MAC帧封装高层数据n 在TYPE段中表示高层数据类型n 只提供CO服务MACPHYLLC高层MACPHY高层 36 363.5 参考文献n IEEE 802-2001n Overview and Architecturen IEEE 802.2-1998n Logical Link Controln ISO 7498-1/1994n OSI Reference Model-The Basic Model 37 37本章思考题n 解释LLC SAP的含义。n 说明当今LAN中LLC层退出中心位置的主要原因。n 说明MAC地址在LAN中的作用？说明MAC地址与网卡硬件地址的关系。38 38