1、1/38,第 9 讲 局域网（1）,2/38,知识回顾,滑动窗口的概念 信道利用率与最佳帧长 选择重传 ARQ 协议 面向比特的链路层协议 HDLC 因特网的点对点协议 PPP,3/38,本讲内容,局域网概述 特点、拓扑、体系结构 网卡 MAC地址 以太网的帧格式,4/38,局域网概述,局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。 局域网具有如下的一些主要优点： 覆盖的地理范围比较小，通常为10公里以内 数据传输速率高 误码率低 局域网一般为一个单位或部门所独有，而不是公共的或者商用的公共服务设施,局域网的拓扑,匹配电阻,集线器,干线耦合器,总线网,星形网,树形网,
2、环形网,6/38,局域网体系结构,局域网参考模型,7/38,局域网体系结构cont.,IEEE 802标准,8/38,局域网体系结构cont.,物理层 与OSI/RM的物理层的作用基本一致，主要是确保在通信信道上二进制位信号的正确传输。其主要功能包括信号的编码与解码、前导的生成与去除（该前导用于同步）、二进制位信号的发送与接收等。 802模型的物理层还包括对传输媒体和拓扑结构的说明。,9/38,局域网体系结构cont.,一般可以将访问控制技术分为同步和异步两大类。 为了更好地响应站点的及时请求，局域网一般采用动态分配信道的异步机制。,10/38,媒体共享技术,静态划分信道 频分复用 时分复用
3、波分复用 码分复用 动态媒体接入控制（多点接入） 随机接入 受控接入 ，如多点线路探询(polling)，或轮询。,11/38,局域网体系结构cont.,异步机制分为三种：时间片轮转、预约和竞争。 在时间片轮转中，每个结点按照一定的时间顺序得到传输时间片。在该时间片轮到某一个站点时，站点可以选择是否进行传输。如果要进行传输，传输的时间不能超过该时间片的长度。当该站点放弃传输机会或者完成传输后，时间片被传递给下一个逻辑站点。令牌环和令牌总线中的令牌传递（Token Passing）方法采用的就是时间片轮转机制。,12/38,局域网体系结构cont.,采用预约技术时，媒体访问的时间被分成一些时槽。
4、一个站点需要传输数据时，需要预约一些时槽。城域网的DQDB协议采用的就是预约机制。 在竞争机制中，没有相应的控制站点来决定谁来进行数据传输，所有的站点都展开竞争以获取对共享媒体的访问权。以太网中CSMA/CD 协议采用的就是竞争机制。,13/38,数据链路层的两个子层,为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层： 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。 与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采
5、用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的,14/38,数据链路层的两个子层 cont.,局域网对 LLC 子层是透明的,局 域 网,网络层,物理层,站点 1,网络层,物理层,数据 链路层,站点 2,LLC 子层看不见 下面的局域网,15/38,数据链路层的两个子层 cont.,以后一般不考虑 LLC 子层 由于TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网，因此现在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。 很多厂商生产的网卡上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。,16/
6、38,网卡的作用,网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“网卡”。 网卡的重要功能： 进行串行/并行转换。 对数据进行缓存。 在计算机的操作系统安装设备驱动程序。 实现以太网协议。,17/38,网卡的作用,计算机通过网卡和局域网进行通信,CPU,高 速 缓 存,存储器,I/O 总线,计算机,至局域网,网络接口卡 （网卡）,串行通信,并行通信,18/38,网卡的作用,数据的封装与解封 发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。 链路管理 主要是 CSM
7、A/CD 协议的实现。 编码与译码 即曼彻斯特编码与译码。,19/38,MAC层的硬件地址,在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。 802 标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。 但鉴于大家都早已习惯了将这种 48 bit 的“名字”称为“地址”，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。,20/38,第 1,最高位 最先发送,最低位,最高位,最低位 最后发送,00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001,最低位 最先发送,最高位,最低位,最高位 最后发送,机构惟一标志符 OUI,扩展
8、标志符,高位在前,低位在前,十六进制表示的 EUI-48 地址： AC-DE-48-00-00-80,二进制表示的 EUI-48 地址：,第 1 字节,第 6 字节,I/G 比特,I/G 比特,字节顺序,第 2,第 3,第 4,第 5,第 6,第 1,字节顺序,第 2,第 3,第 4,第 5,第 6,10101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000,802.5 802.6,802.3 802.4,21/38,网卡上的硬件地址,路由器,1A-24-F6-54-1B-0E,00-00-A2-A4-2C-02,20-60-8C-C7-75-2
9、A,08-00-20-47-1F-E4,20-60-8C-11-D2-F6,路由器由于同时连接到两个网络上， 因此它有两块网卡和两个硬件地址。,22/38,网卡检查 MAC 地址,网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址. 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。 “发往本站的帧”包括以下三种帧： 单播(unicast)帧（一对一） 广播(broadcast)帧（一对全体） 多播(multicast)帧（一对多）,23/38,以太网,以太网的核心思想起源于一种分组无线交换网-ALOHA。 ALOHA协议相当
10、简单，只要一个站点想要传输信息帧，它就把信息帧传输出去。然后它听一段时间，如果在一段特定的时间内收到了确认，它就认为数据传输成功；否则，传输站点等待一段随机的时间后重发信息帧。,24/38,以太网,由于两个站点等待的时间是随机的，所以它们再次冲突的可能性较小。若又发生了第二次冲突，站点还是采用相同的规则重传信息。如果在发生了好几次重传后仍得不到确认，就只好放弃此次信息的传输。 早期的以太网使用的传输介质是同轴电缆，造价较高。,25/38,以太网cont.,1990年推出了以双绞线作为传输介质的物理层标准10Base-T。 1993年推出了以光纤作为传输介质的物理层标准10Base-F。 199
11、5年推出了以双绞线和光纤作为传输介质的Fast Ethernet标准，数据速率达到了100Mbps。 1999年推出了以屏蔽双绞线和光纤作为传输介质的Gigabit Ethernet标准，数据速率达到了1000Mbps。,26/38,以太网的物理层,以太网的物理层主要是对传输介质进行规范。 IEEE为同轴电缆、屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP）和光纤定义了一套标准。IEEE使用了以下命名标准，它有三个部分： 速率：表示每秒兆位的数据速率。 信号：表示信道上传输的是基带信号或宽带信号。 PHY：表示物理介质的质地，以及早期版本中电缆段的最大长度，四舍五入到最近的100米的倍数。 如，1
12、0BASE2表示工作在10Mbps，BASE代表采用基带信号，2表示每个网段最长为185米（四舍五入到200米）。,27/38,两种不同的 MAC 帧格式,常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ： DIX Ethernet V2 标准 IEEE 的 802.3 标准 最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。,28/38,MAC 帧,字节,6,6,2,4,IP 层,物理层,目的地址,源地址,长度/类型,FCS,MAC 层,10101010101010 10101010101010101011,前同步码,帧开始定界符,7 字节,1 字节,数 据,MAC 子层,IP 层,LLC 子层,这种 802
13、.3 + 802.2 帧已经较少使用,43 1497,1,1,1,DSAP,SSAP,控制,29/38,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,目的地址字段 6 字节,30/38,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,源地址字段 6 字节,31/38,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,类型字段 2 字节,类型字段用来标志上一层使用的是什么协议， 以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。,32/38,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC
14、帧格式,数据字段 46 1500 字节,数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段 最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度,33/38,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,FCS 字段 4 字节,当传输媒体的误码率为 1108 时， MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014。,当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。,34/38,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,在帧的前面插入的 8 字节中的
15、第一个字段共 7 个字节， 是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。 第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。,为了达到比特同步， 在传输媒体上实际传送的 要比 MAC 帧还多 8 个字节,35/38,无效的 MAC 帧,数据字段的长度与长度字段的值不一致； 帧的长度不是整数个字节； 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错； 数据字段的长度不在 46 1500 字节之间。 有效的 MAC 帧长度为 64 1518 字节之间。 对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。,36/38,帧间最小间隔,帧间最小间隔为 9.6 s，相当于 96 bit 的发送时间。 一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.6 s 才能再次发送数据。 这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。,37/38,本讲小结,局域网概述 特点、拓扑、体系结构 网卡的作用 MAC地址 以太网的帧,38/38,作业,局域网的主要特点是什么？为什么局域网采用广播通信方式而广域网不采用呢？ DIX以太网和802.3以太网的帧格式有何异同之处？,
