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  • MAC子层基础 两种信道类型:物理信道可分为“点对点信道”的“广播信道”两大类 理解“冲突域” 介质争用解决方案主要有:CSMA、CSMA/CD和CSMA/CA协议。 冲突避让原理 以太网帧格式综述
  • 介质访问控制子层(MAC子层)概述 MAC子层要解决的问题 1. 介质的多路访问控制/介质访问控制MAC 2. 数据通信方式(单播/广播/组播) 单播(unicast):一对一的通信,是客户端与服务器之间的点到点连接 广播...

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    介质访问控制子层(MAC子层)概述

    MAC子层要解决的问题

    1. 介质的多路访问控制/介质访问控制MAC

    2. 数据通信方式(单播/广播/组播)

    • 单播(unicast):一对一的通信,是客户端与服务器之间的点到点连接
    • 广播(broadcast):一对所有的通信,发出的信息,要送达到所有对象
    • 组播(multicast):一对一个组的通信,发出的信息送达到特定组的用户

    局域网中采用了共享传输介质的方式来降低成本,共享传输介质上通常采用的就是广播的通信方式


    广播网络面临问题

    一条信道上有多个站点,所以会出现在共享信道(多路访问信道,广播信道)上同时有两个甚至更多的站点同时请求占用网络

    解决方法:

    介质的多路访问控制:在多路访问信道上确定下一个使用者(分配信道)

    分配信道方式:

    • 静态分配:预先分配信道给用户,对于不同用户也采用相同的信道分配方式
    • 动态分配:信道开放,没有预分配,按照需求临时分配给用户

    静态分配

    已经学习过的静态分配方式:

    • 频分多路复用 FDM(Frequency Division Multiplexing)
    • 时分多路复用 TDM(Time Division Multiplexing)

    缺陷:

    • 信道分配不合理,资源没有按需分配
    • 有资源浪费,效率低
    • 由于信道可能是按时间分配的,所以延迟时间增大N倍

    静态信道分配的排队模型(符合M/M/1排队系统模型)

    M:

    帧到达时间间隔服从指数分布(顾客到达时间间隔分布)

    平均到达率(输入率):λ 帧/秒

    M:

    帧长度服从指数分布,平均长度 1 μ \frac{1}{μ} μ1 (位/帧) (顾客到达时间间隔分布)

    信道容量为C 位/秒,则信道服务率为μC (帧/秒)

    1:

    并列服务台个数为1

    根据排队理论,可证明:单信道平均延迟时间(顾客在服务系统中的逗留时间)为:

    T = 1 μ C − λ T=\frac{1}{μC-λ} T=μCλ1

    信道N等分后每个子信道的平均延迟时间

    M — 平 均 输 入 率 : λ N M —平均输入率: \frac{λ}{N} MNλ

    M — 平 均 服 务 率 : μ C N M —平均服务率: \frac{μC}{N} MNμC

    T F D M = 1 μ ( C / N ) − ( λ / N ) = N μ C − λ = N T T_{FDM}=\frac{1}{μ(C/N)-(λ/N)}=\frac{N}{μC-λ}=NT TFDM=μ(C/N)(λ/N)1=μCλN=NT

    得证:信道N等分后每个子信道的平均延迟时间增大N倍

    适用范围:

    • 用户量少,用户数目固定
    • 通信量大且流量稳定
    • 不适用于突发性业务的情况

    动态分配

    通过多路访问协议,动态分配信道资源,可以提高信道利用率

    多路访问协议分为两大类

    • 随机访问协议
    • 受控访问协议

    随机访问协议

    站点/用户争用信道,可能会出现站点之间的冲突

    典型的随机访问协议

    • ALOHA协议
    • CSMA协议
    • CSMA/CD协议(以太网采用此协议)

    受控访问协议(Controlled Access)

    特点:站点明确被分配占用信道,不会产生冲突


    ALOHA协议

    上世纪七十年代诞生于夏威夷大学的随机访问协议,为了解决夏威夷群岛与檀香山之间的无线网络通信问题。无线信道是典型的广播/共享信道

    ALOHA协议有两个版本:

    • 纯ALOHA协议
    • 分隙ALOHA协议(隙是时隙,时槽的意思)

    纯ALOHA协议

    工作原理

    • 任何一个信道都可以在帧生成后立刻发送帧(可能发生冲突,且不关心信道是否已经被占用),通过信号的反馈,检测信道,确定是否发送成功
    • 两个以上站点都在发送数据时就会发生冲突
    • 对于发送失败的帧,在随机延时后,继续重新发送

    在这里插入图片描述

    重要概念

    吞吐率(Throughout) S

    在发送时间T(一个帧时)内,发送成功的平均帧数

    显然:0<S<1

    S = 1时分组一个接一个地发送出去,帧之间没有空隙。一
    般用S接近于1的程度来衡量信道的利用率

    运载负载(Carried load) G 又称网络负载

    时间T内所有通信站总共发送的帧平均值(包括原发和重发的分组)。

    显然G>=S,当G=S时表示无冲突发生,G>S时,表示存在冲突,当G>1时,表示冲突频繁

    p0

    一帧发送成功(即未发生冲突)的概率。即发送成功的分
    组在已发送分组的总数中所占的比例。

    三者之间存在关系:

    S = G ∗ P 0 S=G*P_0 S=GP0

    冲突危险期

    发送的帧容易根其他帧发生冲突的时间

    在纯ALOHA协议中冲突危险期是2T

    在2T内生成帧的均值是2G

    生成k帧的概率服从泊松分布

    P r [ k ] = G k e − G k ! P_r[k]=\frac{G^ke^{-G}}{k!} Pr[k]=k!GkeG

    所以生成0帧的概率就是

    P r [ 0 ] = G 0 e − G 0 ! = e − G P_r[0]=\frac{G^0e^{-G}}{0!}=e^{-G} Pr[0]=0!G0eG=eG

    在冲突危险期内发送成功的概率就是在2T内都不产生新帧的概率,所以

    P 0 = P r [ 0 ] ∗ P r [ 0 ] = e − 2 G P_0=P_r[0]*P_r[0]=e^{-2G} P0=Pr[0]Pr[0]=e2G

    带入纯ALOHA协议中

    S = G ∗ P 0 = G ∗ e − 2 G S=G*P_0=G*e^{-2G} S=GP0=Ge2G

    两边求导,求极值

    S ′ = e − 2 G − 2 G ∗ e − 2 G = 0 S^{'}=e^{-2G}-2G*e^{-2G}=0 S=e2G2Ge2G=0

    当G=0.5时,S取得极大值≈0.184,即纯ALOHA协议信道利用率最大可达到18.4%

    分隙(分槽)ALOHA协议

    协议原理

    把时间分成时间片(时隙),时隙长度=1帧时T

    新帧的产生仍然是随机的,但不再允许随机发送

    每一个发送帧想要发送必须等待时槽的起点,等到时槽起点到来才可以发送,所以冲突只可能发生在时槽的起点冲突危险期缩短为T

    一旦某个站占用时隙并且发送成功,则在这个时隙内就不会发生冲突(因为其他帧在这段时间内不能发送)

    在这里插入图片描述

    显而易见,由于冲突时间减小,所以P0发生变化,性能随之提高

    P 0 = P r [ 0 ] = e − G P_0=P_r[0]=e^{-G} P0=Pr[0]=eG
    S = G ∗ P 0 = G ∗ e − G S=G*P_0=G*e^{-G} S=GP0=GeG
    S ′ = e − G − G ∗ e − G = 0 S^{'}=e^{-G}-G*e^{-G}=0 S=eGGeG=0

    解得极值位于1处,此时S约等于0.368,也就是说信道利用率最大为36.8%。较纯ALOHA协议提升了一倍

    在这里插入图片描述


    载波侦听多路访问协议(CSMA)

    属于改进的ALOHA协议,特点是“先听后发

    CSMA分为两大类

    • 非持续式
    • 持续式(又分为1-持续CSMAP-持续式CSMA

    非持续式-载波侦听多路访问协议

    特点:

    1. 经侦听,如果介质空闲,就开始发送
    2. 如果介质忙,则等待一段随机事件
    3. 随机事件结束后,继续重复步骤1

    等待一个随机时间,可以减少站点之间发生冲突的可能性,但在等待这段时间,可能整条信道是空闲的,这就会导致信道浪费

    持续式-载波侦听多路访问协议

    1-持续式CSMA

    1. 经侦听,如果介质空闲,就开始发送
    2. 如果介质忙,就开始持续侦听,直到介质空闲
    3. 如果发生冲突,就等待一个随机时间,然后重复步骤1

    显然,持续式的随机时间要少于非持续式的随机时间

    存在问题:

    一旦一条信道上有两个及以上站点在持续侦听,那么一旦介质空闲下来,多个站点同时争用信道,必然发生冲突

    P-持续式CSMA

    1. 经侦听,如果介质空闲,以P概率发送,以1-P概率延迟一个时间单元
    2. 如介质忙,持续侦听,介质一旦空闲,重复步骤1
    3. 如果已经延迟一个时间单元,就再次重复步骤1

    1-持续式是P-持续式的特例,当概率P为1时,二者相同

    CSMA工作方式如果侦听到介质上没有报文发送,则帧发送后,仍然会发生冲突

    冲突原因

    • 同时传送:两个都在持续侦听的站点在空闲时同时发送帧导致冲突
    • 传播延迟时间

    传播延迟时间

    信号在介质上的传播速度只有在自由空间的65%左右,一般近似为:200m/μs。由于传播延迟时间的存在,某个站发出报文后仍会遇到冲突

    在这里插入图片描述

    冲突窗口

    发生冲突时间的上限,即发送站发出帧后能检测到碰撞的最长时间,数值上等于最远两站传播时间的两倍,即2t

    信号在物理信道上的传播速度v 一般近似为:

    (v=200m/μs,网卡延时= t P H Y t_{PHY} tPHY,最远距离S,t=S/v)

    S l o w t i m e = 2 t + 2 t P H Y Slow time=2t+2t_{PHY} Slowtime=2t+2tPHY
    如果考虑网段上有N个中继器,每个中继器延迟时间为 t 中 继 器 t_{中继器} t,则可得下式:

    S l o w t i m e = 2 ∗ ( t + t P H Y + N ∗ t 中 继 器 ) Slow time=2*(t+t_{PHY}+N*t_{中继器}) Slowtime=2(t+tPHY+Nt)

    CSMA/CD(采用1-持续)

    (带冲突检测的载波侦听多路访问协议)

    工作原理:“先听后发,边听边发”

    特点:

    • 经侦听,如果介质空闲,则发送当前帧
    • 如介质忙,持续侦听,一旦空闲立即发送。
    • 如果发生冲突,等待一个随机分布的时间再重复步骤1
    • 不同于其他CSMA协议,该协议在帧发出后,仍持续监视该帧情况,一旦收到的信号与发出的不一致,就说明发生了冲突
    • 发送站感知冲突后立即停止帧的发送,并且发一个简短的堵塞信号 (称强化冲突信号,Jammingsignal),通知网上各站已经发生冲突,本站及网上所有站都等待一段随机分布的时间,然后再按CSMA/CD方式重发该帧。

    随着P变化P-持续式CSMA吞吐量变化

    在这里插入图片描述

    不难发现P越小,吞吐量越大,传输效率越高。这是由于发送出的帧发生冲突的可能性降低了,但同样的,P变小牺牲了等待时间,一个帧发送所经历的等待时间变长

    冲突检测方法

    比较发送信号(A→B)与回复信号(A⬅B)的能量或脉冲
    宽度变化

    最大冲突检测时间(冲突窗口):两个最远距离站点间的传输时间为t,则网络的最大冲突检测时间为2t

    冲突检测的要求

    1. 时隙宽度 = 最大冲突检测时间(保证在一个时隙内能够检测到最远距离发生的冲突)

    2. 发送有效帧的时间 >= 最大冲突检测时间(防止因在发生冲突时已完成短帧发送而造成的异常情况)


    以太网概述

    以太网发展史

    • 1973 Robert Metcalfe及其同事设计了以太网雏形(施乐公司)
    • 1980 DIX发布最早的以太网标准,开放标准
    • 1985 IEEE802.3对以太网作了小的修改,基本一致,兼容
    • 1995 IEEE宣布了100Mbps以太网标准
    • 1998 吉比特以太网标准(1000M) 1999
    • 2002 IEEE通过了10Gbps以太网标准

    以太网分为

    • 经典以太网(3M~10Mbps,不再使用)
    • 交换式以太网(10M,100M,1G,广泛使用)

    IEEE以太网命名规则

    10Base2:(IEEE 802.3a)

    10:表示10Mbps

    Base:表示以太网采用线路编码这种基带传输的方式

    2:表示传输距离,单位是百米(四舍五入)

    10Base-TX(IEEE 802.3X)

    -T:表示铜制非屏蔽双绞线

    -F:表示光缆

    名称电缆最大区间/长度节点数/段优点接口
    10Base5粗缆(采用总线拓扑)500m100用于主干AUI
    10Base2细缆(采用总线拓扑)200m(185)30廉价BNC
    10Base-T双绞线(采用星型拓扑)100m1024易于维护RJ-45
    10Base-F光纤2km1024用于楼间ST

    10Base-T拓扑结构

    在这里插入图片描述

    • 物理连接是星型/扩展星型结构
    • 逻辑上是总线结构(站点争用总线)

    10Base-T相较于10Base2和10Base5的优点

    1. 安装成本大大降低
    2. 即插即用,组网灵活,增删方便(采用了RJ-45)
    3. 采用星型结构,故障便于隔离
    4. 适合大批量制造
    5. 具有开放式标准的互操作能力

    问题:

    多个用户共享一条10M速率的信道

    10Base-T以太网采用曼彻斯特编码

    • 1:高电压到低电压
    • 0:低电压到高电压
    • 电压值:

      +0.85 volt: high signal

      -0.85 volt: low signal

      0 volt: DC value

    所以要求比特率达到b = 10 Mbps

    就需要波特率B = 20 MHz(信号的变化频率)

    IEEE802.3协议描述了运行在各种介质上1 Mb/s~10 Mb/s的1-持续CSMA/CD协议的局域网标准。

    很多人对以太网和IEEE802.3不加区分,但二者确有差别(如帧格式)。

    在这里插入图片描述

    以太网采用介质访问控制技术(CSMA/CD)

    CSMA/CD协议遵守先听后发,边发边听的原则,并且在发生冲突后返回等待一段随机时间,这段随机时间的确定,利用到了“二进制指数回退算法

    二进制指数回退算法

    1. 冲突检测到后,时间被分散成离散的时隙
    2. 时隙长度等于信号在介质上来回传输的时间,在以太网中一般是51.2μs
    3. 一般地,第i次冲突后,随机时间可从以下事件中选择

    ( 0   2 i − 1 ) ∗ 51.2 μ s (0~2^i-1)*51.2μs (0 2i1)51.2μs
    当冲突超过16次,一般直接放弃发送

    提高负载方法

    10Base以太网逐渐不能满足人的需求,所以需要考虑如何提升负载

    • 提速到100M
    • 采用全双工代替半双工,提速1倍
    • 采用交换式网络,用交换机取代集线器

    快速以太网(100M以太网)

    标准:IEEE802.3u

    属于改进的10M以太网

    要求:与10M以太网兼容

    基本思想:

    保留原有帧格式,接口和过程规则,将比特时间(发送1比特所需时间)由100ns降至10ns,电缆长度也由2500m降低至250m

    编码方式也发生了改变,由曼彻斯特编码变为4B/5B编码方式

    4B/5B编码表

    在这里插入图片描述

    优点:

    • 效率高
    • 易于实现
    • 容易电压平衡

    千兆位以太网(吉比特以太网,GE)

    标准:IEEE802.3z

    与现有的10M/100M以太网完美兼容

    主要工作在全双工模式,工作在半双工模式下时,需要使用CSMA/CD技术,可能带来传输距离过短的问题(适用帧串/帧扩充方法来解决)

    FDDI,ATM等技术失败原因

    • 太复杂,很难到桌面
    • 部署复杂,成本高昂,交换机端口少
    • 受快速以太网的冲击

    以太网优点

    1. 简易性和灵活性
    2. 易于维护
    3. 支持TCP/IP协议,容易互联
    4. 善于借鉴(4B/5B…)

    以太网帧格式

    在这里插入图片描述

    以太网和IEEE802.3之间并不是完全相同的,以太网对应OSI模型中的下两层(物理层数据链路层),而IEEE 802.3只对应于OSI模型中的下1.5层(物理层,逻辑链路控制子层)

    二者的区别主要存在于帧格式上

    帧格式

    帧类型前导码(先导码)帧起始字节目的地址源地址长度/类型数据校验和
    IEEE 802.3帧格式62bit(1010…)2bit(11)6byte6byte2byte(长度)46~1500byte4byte-循环冗余校验
    DIX以太网帧格式62bit(1010…)2bit(10)6byte6byte2byte(类型)46~1500byte4byte-循环冗余校验

    第一个字段—前导码+帧起始字段

    大小为8byte(前导码62bit,帧起始字段2bit)。帧起始字段用来表明一个帧的开始,在IEEE 802.3中这个字段是用11表示的,但在以太网中才用10表示

    第二,三个字段—目的地址,源地址

    每个字段6byte,48bit。表示的地址都是物理地址(MAC地址)

    在这里插入图片描述

    总共存在约 7 ∗ 1 0 13 7*10^{13} 71013(七万亿个),暂时不存在枯竭的风险

    MAC地址表示形式=组织/机构ID(Manufacture ID 24bit)+NIC ID(自定义 24bit)

    前后各24bit,由于都是用十六进制表示的,所以一个典型的物理地址表示如下:(三种格式均正确)

    00 − 60 − 8 C − 01 − 28 − 12 00-60-8C-01-28-12 00608C012812
    00 : 60 : 8 C : 01 : 28 : 12 00:60:8C:01:28:12 00:60:8C:01:28:12
    00.60.8 C . 01.28.12 00.60.8C.01.28.12 00.60.8C.01.28.12

    其中前6位由IEEE分配表示的是一个企业或组织,例如:

    • 3Com 00-20-AF
    • IBM 08-00-5A
    • Cisco 00-00-0c

    后六位是由企业自行分配的

    物理地址具有全球唯一性的特点,也就是说没有两台电脑可能具有相同的MAC地址,MAC地址烧录在ROM中,当计算机启动时,会从ROM拷贝到RAM中

    目的MAC地址定位目的机

    在这里插入图片描述

    为了维护MAC地址的全球唯一性IEEE 要求厂商遵守两条简单的规定:

    • 必须使用该供应商分配的OUI作为前3个字节
    • OUI相同的所有MAC地址的最后3个字节必须分配唯一的值

    第四个字段—长度/类型字段

    大小为2byte。

    在IEEE 802.3中表示帧的长度字段(不包括前导码),长度最短不能小于64字节,最长不能超过1518各字节(由于以前内存十分昂贵,而帧中的数据要占用内存,如果过大对数据的要求会越高)

    在DIX以太网协议中表示类型字段,由于以太网对应整个下两层直接与上层的网络层交流,所以第四字段用于存放网络层类型

    如何区分第四字段是类型还是长度?

    (如何区分当前帧是以太帧还是IEEE 802.3帧?)

    检查数值大小:

    • 小于等于1536(十六进制下<=0x600):表示长度字段(802.3帧)
    • 大于1536(十六进制下>0x600):表示类型字段(以太帧)

    第五个字段—数据字段

    长度最小为46字节(因为帧头,帧尾长度14字节,为保证帧的长度大于64字节,多以数据字段长度最少46字节)小于46字节就进行填充。

    内含LLC层(逻辑链路子层)的数据

    第六个字段—校验字段

    大小4byte,32bit。

    以太帧采用CRC循环冗余校验,校验的范围是目的/源地址,长度字段,LLC数据字段等

    为什么最小帧的长度是64byte

    以太网(802.3)采用CSMA/CD协议

    协议要求为保证正确检查是否发生冲突

    最 短 帧 的 发 送 时 间 ≥ 争 用 时 隙 2 t 最短帧的发送时间\ge争用时隙2t 2t

    以太网规定,在10Mbps局域网中,时隙2t=51.2μs

    所以最短帧的长度:

    最 短 帧 长 度 = 10 M b p s ∗ 51.2 μ s 8 = 64 b y t e 最短帧长度=\frac{10Mbps*51.2μs}{8}=64byte =810Mbps51.2μs=64byte

    二层交换的基本原理

    在不同的区域,地点,都存在着很多的LAN(局域网),我们将这些LAN连接起来就利用到了重要的“网桥”

    网桥工作在DLL层(数据链路层),通过检查MAC地址做出转发帧的决策,因为工作在DLL层,所以不会检查网络层情况所以,IPv4, IPv6, AppleTalk, ATM, IPX, 和OSI 分组均可穿越网桥。

    交换机是网桥的现代名称,二者之间不做区别

    二层交换

    通过网桥实现

    在这里插入图片描述

    网桥可以将两种不同格式的局域网相连接,例如802.11和802.3虽然是两个不同类型的LAN,仍然可以通过网桥连接起来,网桥会在内部处理两个LAN的区别,使之可以正常通信

    • 帧格式不同—进行重新封装
    • 不同的数据传输速率—从快的LAN向慢的传递时进行缓存
    • 不同的最大帧长度—进行切割 (例如, 802.3 1526 字节,802.11 2346 字节)
    • 不同的安全策略,不同的服务质量信息—在传递过程中,如果以访不支持对应的安全策略或服务质量信息的话就会消去对应信息

    透明的网桥(transparent bridges)

    • 通过透明的网桥可以将多个LAN连接起来,同时硬件和软件不需要做任何形式的变化,所以称其为“透明”
    • 透明网桥工作在混杂模式,接收所有与之相连的LAN的帧
    • 当一个帧到达网桥,它必须要做出决策,丢弃还是转发,如果转发还要知道向哪个LAN转发
    • 决策通过网桥内部的一张地址表实现,通过地址表确定丢弃还是转发

    如何维护网桥内部的地址转发表

    • 初始时,这张转发表是空表
    • 利用扩散算法(泛洪算法,flooding algorithm),当网桥不知道目的地址在何处时,将会把这个帧向传入LAN以外的所有LAN转发(广播
    • 逆向学习,网桥从到达帧的源地址认识到源地址对应的那台机是在帧来的那条LAN上,所以,把它写入MAC地址表(例如PC1发送一个帧从LAN1向PC6传递,到达网桥处时,网桥并不认识PC6,但它直到这个帧是从LAN1来的,并且这个帧的源地址是XX-XX-XX-XX-XX-XX,就会将这两个数据写入网桥的转发表中,再遇到要转发给XX-XX-XX-XX-XX-XX的帧,就只向LAN1转发)

    网络的拓扑结构在不断变化,网桥如何适应这种变化

    1. 任何时候,在向网桥的转发表中写入数据的时候,都要同时打下时戳(表明数据在何时写入)
    2. 当一个到达的帧它的到达地址在表中已经有记录时,它会再次更新这个时戳
    3. 网桥周期性的扫描整张表,删去那些时戳已经过期的记录

    这样保证了网桥的转发表中的数据一直都是最新且活跃的那些工作站的信息(如果一个工作站十分活跃的接收帧却从来不发送,那网桥中同样不会有它的信息)

    网桥工作原理

    当一个帧到达网桥时,网桥启动如下算法:

    1. 如果源LAN和目的LAN相同,则丢弃该帧(filtering,过滤或丢弃)
    2. 如果源LAN和目的LAN不同,则转发该帧(forwarding)
    3. 如果目的LAN不存在于转发表中,则广播该帧(flooding,泛洪广播)

    每当帧到达,上述算法都将被执行一遍

    有些专用的 VLSI芯片可以在几微秒内完成查找和更新表项的动作

    网桥工作示例:

    初始时,整个结构状态:

    在这里插入图片描述

    此时两个网桥的转发表都是初始状态为空:

    网桥1

    MACPort

    网桥2

    MACPort

    现在,要从图上的源地址(AA-AA-AA-AA-AA-AA)向目的地址(BB-BB-BB-BB-BB-BB)发送数据帧,帧从源地址出发到达LAN1,然后到达网桥1,网桥1发现源地址与目的地址不同,并且目的地址信息未知,所以进行广播,然后网桥1进行逆向学习,它发现这个帧的源地址是(AA-AA-AA-AA-AA-AA),没有在转发表中,并且它是从LAN1所在的端口(这里记作A1端口)来的,所以将这个地址和端口写入到转发表中。

    网桥1

    MACPort
    AA-AA-AA-AA-AA-AAA1

    非目的地址收到帧后都选择忽略,当帧到达网桥2时,进行同样算法继续广播,同时进行逆向学习(将网桥1所在端口记作B1)将数据写入转发表中

    网桥2

    MACPort
    AA-AA-AA-AA-AA-AAB1

    最终数据帧成功从LAN4找到目的地址(BB-BB-BB-BB-BB-BB)

    在这里插入图片描述

    这时,假设目的地址返回一个确认帧,数据从图上目的地址出发,通过LAN4到达网桥2,到达网桥2时,运行算法查找目的地址,发现此时目的地址就是原来的源地址(AA-AA-AA-AA-AA-AA),所以此时网桥2就会进行转发,而不再广播,只将这个帧转发给网桥1所在的B1端口。同时会进行逆向学习.

    网桥2

    MACPort
    AA-AA-AA-AA-AA-AAB1
    BB-BB-BB-BB-BB-BBB2

    到达网桥1后同样的运行算法并且发现了AA-AA-AA-AA-AA-AA在准发表中对应的端口是LAN1所在的A1端口,所以它只对LAN1进行转发,并且进行逆向学习

    网桥1

    MACPort
    AA-AA-AA-AA-AA-AAA1
    BB-BB-BB-BB-BB-BBA2

    最终成功在LAN1上找到了AA-AA-AA-AA-AA-AA

    在这里插入图片描述

    有了网桥/交换机,各个LAN之间的通信可以互不影响,同时进行,这个过程也就分割了冲突域,提高了性能

    网桥与中继器比较

    header 1header 2
    row 1 col 1row 1 col 2
    row 2 col 1row 2 col 2
    功能网桥中继器
    再生信号YesYes
    连接采用不同MAC协议的网段YesNo
    隔离冲突域YesNo
    根据帧头的物理地址转发帧YesNo
    丢弃损坏帧YesNo

    生成树协议(STP)

    (Spanning Tree Protocol)

    为了数据传输的可靠性,我们经常采用冗余结构来搭建网桥,即一个LAN可能连着多个网桥,如下图所示,但这样同样带来了一些问题

    在这里插入图片描述

    冗余结构导致了环结构的产生

    问题1:多帧传送

    例如PC1向PC3传输数据,从LAN1上可以直接到达,从LAN1到网桥1再到LAN2再到网桥2最后到PC3也可以到达,这就导致了会有多个相同的帧(或帧的副本)传送到PC3,造成多帧传送问题

    问题2:广播风暴

    在局域网中经常会发送广播,例如PC1向PC2发送帧,帧到达网桥1进行广播到达网桥2,到达网桥2后,进行广播又可以回到网桥1,如此循环往复就会形成广播风暴。严重情况下可使网络彻底瘫痪

    MAC地址库不稳定

    PC1发出帧(MAC地址为A),A从LAN1通过端口port1到达网桥1,将这组信息(A,port1)写入转发表中。

    同样的,A还能通过port2端口到达网桥2。在经过循环从LAN2到达网桥1的port3,所以更新这组数据为(A,port3).导致交换机的逆向学习不断发生改变

    导致帧的转发方向具有不确定性


    解决方案:生成树协议

    Radia perlman提出了生成树算法,利用生成树的定义产生一棵无环的树

    IEEE将这个协议标准化为IEEE 802.1D,即STP

    STP运作方式:

    • 每个网络一个根网桥
    • 每个网桥一个根端口
    • 每网段一个指定端口
    • 非指定端口不被使用

    在这里插入图片描述

    生成树算法生成一棵逻辑上无回路的树,即生成树,但不能保证这棵生成树是最优的

    非指定端口虽然不参与数据帧的传送,但它会继续监听树的工作报文,一旦树中某些工作端口失效后,非工作端口会被重新启用,形成新的生成树


    虚拟局域网VLAN

    经典LAN:物理LAN,地理位置靠近的工作站组成LAN

    VLAN:虚拟局域网,一组逻辑上的设备或用户,不需要考虑地理位置

    同一个VLAN用户中的通信和在LAN中是一样的,在一个VLAN中的广播只有VLAN的成员能够听到,而不会传到其他VLAN中去,从而避免了不必要的广播风暴产生。若没有路由,不同的VLAN之间不能够相互通信,进一步提高了不同工作组之间信息的安全性。网络管理员可以通过配置VLAN之间的路由来全面管理网络内部不同工作组之间的信息互访。

    VLAN的实现方式

    1. 基于端口
    2. 基于MAC地址
    3. 基于三层协议

    基于端口的VLAN在交换机内部有一张VLAN成员配置表,由此了解某个端口属于哪个VLAN

    当一个帧在LAN中定位目标机(MAC寻址)时,帧在整个VLAN中穿行,类似下图,从源地址出发,发送给所有相同类型的目标机

    在这里插入图片描述

    如上图情况所示,当一个VLAN的成员跨越了交换机时,帧在传输到交换机1时会进行一些处理,向帧中写入数据VLAN ID,表明这是该条VLAN上传送的帧,这样这个帧就会顺利到达交换机2,并在交换机2处重新进行格式转换,消去VLAN ID等信息,最终到达目标机的帧就与发出帧完全一致了

    上述描述的就是IEEE802.1Q(一种帧标记法)

    • 帧在经过干线trunk(图中两个交换机之间的连线)时,会打上标签
    • 标签中有10bit用来表示VLAN ID
    • 到达干线终点时会拆除标签

    一个VLAN就是一个广播域(广播域就是指网络中所有能接收到同样广播消息的设备的集合。)

    有了VLAN,可以使用二层交换机实现广播域的分割


    二层设备

    二层(数据链路层设备)主要有

    • 网卡
    • 网桥
    • 交换机

    NIC网卡(Network Interface Card)

    主要功能:

    网卡的主要功能包括命名、成帧、介质访问控制,再生信号等。

    为主机提供介质访问

    MAC地址就烧在网卡的ROM中

    • Logical link control (LLC): 和上层通信
    • Naming: 提供一个独特的 MAC 地址标识符
    • Framing: 封装过程的一部分,为传输比特流打包
    • Media Access Control (MAC): 为访问共享介质提供访问策略
    • Signaling:创建信号和与介质的接口

    网卡同时运作在第一层和第二层

    主要是第二层的设备

    • 在计算机中与上层通信
    • Logical Link Control (LLC)
    • 烧入芯片的MAC 地址
    • 封装数据城帧
    • 提供介质访问

    也是第一层设备

    • 创建信号和与介质的接口
    • 内建转发器( transceiver)

    网卡分类:

    • 按照计算机类型分类:笔记本,台式机
    • 按照网络类型分类:Ethernet, Token Ring, FDDI
    • 按照传输介质分类:Twisted pair, coax, fiber
    • 按照系统总线类型分类:PCI, ISA

    网桥

    连接不同的LAN网段

    通过过滤部分交通流量(以网段分流交通,基于 MAC 地址过滤流量),减少冲突的机会,改善网络性能。

    交换机

    LAN 交换机是多端口网桥

    连接 LAN 网段(比网桥更高的交换速度)

    使用一张 MAC 表,来决定一帧转发的端口

    交换机常被用来替换集线器(hub),用作以太网星型拓扑中心,以改善现有网络性能

    增加带宽

    支持新的功能,如VLAN

    基本的工作原理与网桥一模一样

    微分段

    交换机利用微分段(LAN被交换机分割开的网段在冲突域中产生无冲突域,就是微分段)的技术(交换机的每个端口只接一个工作站)创建无冲突域

    交换机的交换模式

    存储转发:

    交换机将整个帧接收下来,计算其校验和,确保没有发生错误,再按照MAC地址转发表的指示进行转发

    延迟大,出错率小

    直通交换(贯穿交换),虫孔交换:

    交换机读取到帧的目的地址后,就直接将其进行转发,不再在接收整个帧后再处理。

    延迟小,出错率高

    无碎片交换(无分片交换):

    交换机再读取帧的字节数达到64字节后才开始转发,类似于前两种交换方式的折中,避免了碎片帧的转发(冲突的碎片帧,短帧,残帧往往小于64字节)

    延迟和出错率达到了相当的平衡

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  • 二、介质访问控制子层(Media Access Control, MAC层) 1、逻辑链路控制子层 2、以太网(Ethernet) 3、世界上最早的无线电计算机通信网:ALOHA 4、CSMA(Carrier Sense Multiple Access)协议:载波监听多路访问...

    目录

     

    一、概述

    1、多路访问链路

    2、介质访问控制子层的由来

    二、介质访问控制子层(Media Access Control, MAC层)

    1、逻辑链路控制子层

    2、以太网(Ethernet)

    3、世界上最早的无线电计算机通信网:ALOHA

    4、CSMA(Carrier Sense Multiple Access)协议:载波监听多路访问协议

    三、以太网的MAC层协议

    1、发送帧的方法:CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection)协议,即1-persistent CSMA

    2、二进制指数退避算法(binary exponential backoff)

    3、802.3的MAC帧格式(802.3标准是以太网的一个协议)

    4、地址类型

    5、以太网接收帧的方法

    6、其他知识点

    四、以太网的物理层

    1、冲突域和广播域

    2、集线器(hub)和交换机(switch)

    3、交换机的转发方法:

    4、交换机的自动翻转:

    五、透明网桥

    1、相关概述

    2、三种操作:

    3、MAC地址表

    4、透明网桥算法

    5、自学习

    6、自学习的合理性:

    六、生成树协议(Spanning Tree Protocol)

    七、虚拟局域网VLAN

    八、令牌环网


    一、概述

    1、多路访问链路

    多路访问链路(广播链路)采用共享介质连接所有站点。发送站点通过广播方式发送数据并占用整个共享介质的带宽。每个站点只需要一条线接入网络就可以访问该链路上的所有站点。【局域网LAN使用的就是多路访问链路】

    2、介质访问控制子层的由来

    在多路访问链路中多个站点同时发送数据会造成冲突,因此OSI(开放式系统互联通信参考模型)为解决冲突问题,专门在数据链路层划分出一个子层:介质访问控制子层,以控制和协调所有站点对共享介质的访问,避免或减少冲突。即MAC层定义了主机何时以及如何访问共享介质

    二、介质访问控制子层(Media Access Control, MAC层)

    1、逻辑链路控制子层

    MAC子层不提供可靠的数据传输,在这一层之上又定义了一个子层:逻辑链路控制子层(logic link control, LLC)用来为上层协议提供服务。如滑动窗口就是在LLC层中实现的,其中LLC2提供了有确认的面向连接的服务(TCP)。【LLC:提供可靠的数据传输】

    2、以太网(Ethernet)

    以太网属于OSI参考模型的数据链路层,是为了实现局域网通信而设计的一种技术,它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议,是目前应用最普遍的局域网技术。

    3、世界上最早的无线电计算机通信网:ALOHA

    • 纯ALOHA协议(随机访问/竞争发送协议):想发送就发送,超时未收到确认则认为发送了冲突。
    • 分槽ALOHA协议:把时间分为长度相同的时槽(slot),每个站点只在时槽开始时发送,信道空则立即以概率P发送,以概率1-P延迟一个时槽;若信道忙则延迟一个时槽。

    4、CSMA(Carrier Sense Multiple Access)协议:载波监听多路访问协议

    CSMA协议属于随机访问协议(Random Access Protocol)的一种,它遵循发送前先监听信道的规则:

    • 1-persistent CSMA(以太网使用):信道空则立即发送,信道忙则持续监听(所以如果信道为空时有两个站点同时发送数据则它们一定会产生冲突);
    • non-persistent CSMA:信道空则发送,信道忙则延迟一段随机长度的时间(这种方式在信道较忙时最省电)。
    • p-persistent CSMA(分槽ALOHA):信道空则立即以概率P发送,以概率1-P延迟一个时槽,信道忙则延迟一个时槽。

    三、以太网的MAC层协议

    1、发送帧的方法:CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection)协议,即1-persistent CSMA

    • 发送数据帧之前先监听信道,如果信道空闲则立即发送,如果信道忙则持续监听,直到信道空闲,立即发送。(发送前持续监听时,如果监听到96bits的空闲则说明当前信道空闲,立即发送信号。96bits的空闲可以用于区分帧,即以太网采用了inter-frame space的成帧方法
    • 边发送边检测冲突,如果发送完毕都没有检测到冲突则发送成功。
    • 如果检测到冲突,则停止发送,并发送32位干扰位(jamming signal)以加强冲突信号。采用二进制指数退避算法随机延迟一段时间后执行第一条操作。(因此第一个冲突的概率无法计算)

    注意两个概念:

    • 监听信道:指的是在未发送信号时监听,监听的是主机接入到多路访问链路上的共享链路的位置是否有数据在传输;
    • 边发送边检测冲突:指的是在帧的发送延迟这段时间内检测是否有冲突;

    2、二进制指数退避算法(binary exponential backoff)

    这里引入最短帧的问题:

    以太网(10Mbps)相距最远的两个站点之间的信号往返时间为51.2微秒。如果A发送的数据在快到B时与其发送的数据冲突(因为B检测到其上方的共享链路为空则发送,此时可能A还没传到B,但B一发送A就到了),因为发送站点只有在发送的时候才检测冲突,为了检测到返回的冲突信号,要求此时站点A仍在发送数据帧,故一个数据帧至少为512bit(64B,由51.2微秒乘上10Mbps所得),即一个往返时间的字节长度。这也就是最短帧的长度,这个长度同时也被称为争用窗口长度(contention window)。

    为什么二进制指数退避算法选择最短帧的发送时间作为其时间槽/片的长度?

    因为,最短帧的发送时间保证了首先发送的信号可以到达最远的站点,如果先发送的只有一个站点,那么其他站点要不就是检测到发送站点的信号而不能发送自己的信号,要不就是因为发送站点发送完毕而检测到信道空闲,总之不会与之冲突。即时间槽的长度为最短帧发送时间或者大于最短帧发送时间,则可以保证两个发送数据的站点不会发生冲突。

    分析下面问题:

    最长帧1520B,一个64B(最短帧)的帧的传送需要一个时间片,所以一个最长帧需要23个时间片。故最少情况下第一次冲突时,只有一个站点发送成功,其他四个站点继续监听信道,直到信道空闲时立即发送,产生第二次冲突,...,以此类推,由于前四次冲突后各站点最多可以延迟15个时间片再发送,15<23,故每一次延迟后信道上仍有帧在发送,故每一次冲突只能成功发送一个信号,所以总共需要四次冲突。

    3、802.3的MAC帧格式(802.3标准是以太网的一个协议)

    • 前导字符(preamble):包含同步字符和起始定界字符;
    • 有效载荷(payload):是用户数据,不足46字节时加入填充字节至46字节;
    • 类型/长度:若值大于1500,则用于指明上层协议;若值<=1500,则用于指明有效载荷长度;

    4、地址类型

    • 单播地址:全球唯一,每个网卡(或接口)有一个单播地址,最高字节的最低有效位是0,也称为网卡地址,烧录地址BIA,MAC地址、硬件地址、物理地址;共48位

      厂商号(3B)

           序号(3B)

    • 多播地址:0号字节的第0位为1;
    • 广播地址:48位地址全为1;

    5、以太网接收帧的方法

    • 以太网站点会缓存所有的帧
    • 如果缓存的帧有错则丢弃;
    • 如果缓存的帧的目的地址为单播地址且与接收该帧的网卡的MAC地址一致,则接收它;如果目的地址为多播地址且为网卡预设的多播地址之一,或者目的地址为广播地址,也接收该帧。其他情况则丢弃该帧。
    • 如果把网卡设置为混杂模式则会接收所有无错的帧。

    6、其他知识点

    • 以太网的物理层采用的是异步传输,采用曼彻斯特编码。命名规则为10BaseT,表示10Mbps,base=基带传输,T表示双绞线
    • 以太网中的一个站点有可能一直不能成功发送信号
    • 规定最短帧是为了使得发送站点可以检测到所有冲突
    • 属于同一个以太网的所有站点可以收到广播帧;
    • 以太网、快速以太网和千兆以太网主要在OSI的物理层不同(传输介质);
    • 以太网传输速率的提高会使得可传输距离缩短,因为速率越高,对信号干扰的规定越严格,而线路越长抗干扰能力越弱,想要在长距离上进行高速传输只有靠光纤,无法使用双绞线。

    四、以太网的物理层

    1、冲突域和广播域

    • 如果通过两个接口同时发送数据会产生冲突,则这两个接口属于同一个冲突域(collision domain),属于同一个冲突域的以太网部分称为网段;
    • 一个广播帧可以到达的所有接口属于同一个广播域;

    2、集线器(hub)和交换机(switch)

    • 集线器收到一个bit就立刻转发给所有其他接口,其所有接口都属于同一个冲突域。而交换机的每个接口属于一个冲突域,但所有接口属于同一个广播域。
    • 集线器是将信号收集放大后传输给所有其他端口,即集线器的传输线路是共享的;而交换机能够选择目标端口,在很大程度上减少了冲突的发生,能够为通信双方提供一条独占的线路。(即交换机增加了冲突域的数量,但减小了冲突的范围);
    • 集线器上的数据传输属于半双工传输,交换机上的数据传输属于全双工传输
    • 集线器只属于物理层
    • 交换机跟踪与它直接相连的设备的MAC地址;

    3、交换机的转发方法:

    • 存储转发:交换机接收整个数据帧后转发它;
    • 直通(cut through):交换机收到帧的硬件地址后立即转发它,如果输出忙则会转为存储转发;
    • 无碎片(fragment free):交换机收到帧的前64个字节(最短帧长度)后立即转发它
    • 适应性交换:自动在上面三种方式进行选择;

    4、交换机的自动翻转:

    指的是网线接口的切换。网线分为直通线和交叉线。当同种设备连接时需要用到交叉线(如电脑之间的直连),当不同设备连接时需要用到直通线(如电脑和交换机相连),自动反转指的是交换机的端口会自动根据接入的线对信号进行调整。

    五、透明网桥

    1、相关概述

    • 用网桥连接若干个局域网可以建造一个更大的局域网,称为桥接的局域网或扩展局域网,原来的局域网称为扩展局域网的一部分,称为一个网段(一个网段是一个冲突域);
    • 透明网桥采用的是广播模式;
    • 网桥由交换机实现,因为对于终端来说它们不知道网桥的存在,不需要通过修改自己的配置来适应网桥,所以称为透明网桥;

    2、三种操作:

    • 扩散(flood):网桥把收到的帧转发到除了该帧的接收端口之外的所有其他端口;
    • 转发(forward):把收到的帧转发到查到的端口;
    • 过滤(filter):当根据帧查到的端口(即网桥要转发该帧的端口)与收到该帧的端口一致则丢弃该帧,防止重复传输帧;

    3、MAC地址表

    查询收到的帧的MAC地址需要从哪个端口转发,查不到则扩散。

    4、透明网桥算法

    当网桥收到一个单播帧时,则用该帧的目的地址查询MAC地址表,如果没查到则扩散该帧;如果查到了则看查看到的端口是否为收到该帧的端口,如果是则丢弃该帧,否则把该帧从查到的端口发送出去;

    5、自学习

    • MAC地址表初始为空;
    • 网桥从端口接收所有的帧,并把接收到的帧的源地址和接收端口记录到MAC地址表中。如果该源地址在MAC地址表中不存在,则增加一个新记录并启动超时定时器;如果存在则更新接口并重置超时定时器;
    • 网桥会自动删除超时的记录;

    6、自学习的合理性:

    • 网桥从一个接口收到一个帧,则该帧中源地址的主机一定与该接口连通;
    • 如果整个扩展局域网没有回路,则该接口处于从该网桥到达该主机唯一的路径上,该网桥只有把目的地址为该源地址的帧转发到该接口才能使该帧可能到达目的地;

    六、生成树协议(Spanning Tree Protocol)

    • 网桥ID:BID,优先权+网桥的MAC地址;
    • 端口ID:PID,优先权+序号;
    • 根端口:网桥上离根网桥最近的端口;
    • 指定网桥:网段上离根网桥最近的网桥;(这是从网段的角度去看的)
    • 指定端口:指定网桥与对应网段之间相连的端口(网桥只在根端口和指定端口之间传输数据
    • 可以这样理解,网桥上的端口只有三种:根端口、指定端口和阻塞端口,阻塞端口就是无法转发帧的端口;
    • 根网桥的确定:一开始生成树中所有网桥都以广播形式传帧,各个网桥只要接收到了比其BID还小的网桥发送的帧,就停止发送。

    只要两个网桥之间有通路,在构造生成树的时候它们就会连接在同一棵树中

    七、虚拟局域网VLAN

    据上图,如果网桥只在具有相同颜色的端口之间转发帧,就会把原来的局域网分割成多个相互隔离的局域网,称为虚拟局域网。

    所谓的颜色其实就是VLAN ID,是由管理员为每个端口配置的一个标识。具有相同的VLAN ID的端口处于同一个VLAN,端口的默认VLAN为VLAN1;

    要点:

    • 一个VLAN的帧只能转发到属于同一个VLAN的端口或者干道端口;
    • 干道(trunk)可以接收所有颜色的帧,但每一帧需要加上自己的VLAN ID;
    • 只有发往干道端口的帧才需要加上VLAN ID;
    • 从干道收到的帧中如果没有VLAN ID,则认为是本征VLAN(Native VLAN),默认为VLAN 1;
    • 发往干道的Native VLAN不需要加VLAN ID;

    上图中VLAN可以从E发信息给A也可以从A发信息给E。

    如果从A发给E,因为S2转发到S3的端口是VLAN10的端口,所以可以转发,而S3与S2连接的端口是VLAN20,所以S3会认为接收到的帧都是VLAN20的帧,然后转发给E。(因为只有发往干道端口的帧才需要加上VLAN ID)

    八、令牌环网

    • 令牌环网采用了Take Turns Protocol,是一个通过在站点之间传递令牌防止冲突并且具有优先权的VLAN,其标准为IEEE 802.5。(令牌指的是帧)
    • 令牌环网需要设置监控站点(以竞选的方式决定),用于检测令牌是否丢失。
    • 同时监控站点也用于监控数据帧,每次收到一个数据帧就对其标记,当再次接收到被标记的数据帧时说明数据帧的传输出现问题(该数据帧没有被任何站点接收),把该帧删除。
    • 监控站点也需要定时发送帧给其他站点让其他站点检测监控站点是否失效。
    • 光纤分布式数据接口是一种采用了令牌环的局域网。

    数据传送过程:

    • 令牌绕环而行;
    • 只有截获令牌的站点才可以发送数据帧;
    • 发送的数据帧通过所有的活动站点;
    • 目的站点拷贝数据帧;
    • 当没有数据帧要发送或者持有时间到,当前的发送站点要释放令牌。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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  • 计算机网络:介质访问控制子层

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    目录   一、概述 ...二、介质访问控制子层(Media Access Control, MAC层) 1、逻辑链路控制子层 2、以太网(Ethernet) 3、世界上最早的无线电计算机通信网:ALOHA 4、CSMA(Carrier Sense Multip...

    目录

     

    一、概述

    1、多路访问链路

    2、介质访问控制子层的由来

    二、介质访问控制子层(Media Access Control, MAC层)

    1、逻辑链路控制子层

    2、以太网(Ethernet)

    3、世界上最早的无线电计算机通信网:ALOHA

    4、CSMA(Carrier Sense Multiple Access)协议:载波监听多路访问协议

    三、以太网的MAC层协议

    1、发送帧的方法:CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection)协议,即1-persistent CSMA

    2、二进制指数退避算法(binary exponential backoff)

    3、802.3的MAC帧格式(802.3标准是以太网的一个协议)

    4、地址类型

    5、以太网接收帧的方法

    6、其他知识点

    四、以太网的物理层

    1、冲突域和广播域

    2、集线器(hub)和交换机(switch)

    3、交换机的转发方法:

    4、交换机的自动翻转:

    五、透明网桥

    1、相关概述

    2、三种操作:

    3、MAC地址表

    4、透明网桥算法

    5、自学习

    6、自学习的合理性:

    六、生成树协议(Spanning Tree Protocol)

    七、虚拟局域网VLAN

    八、令牌环网


    一、概述

    1、多路访问链路

    多路访问链路(广播链路)采用共享介质连接所有站点。发送站点通过广播方式发送数据并占用整个共享介质的带宽。每个站点只需要一条线接入网络就可以访问该链路上的所有站点。【局域网LAN使用的就是多路访问链路】

    2、介质访问控制子层的由来

    在多路访问链路中多个站点同时发送数据会造成冲突,因此OSI(开放式系统互联通信参考模型)为解决冲突问题,专门在数据链路层划分出一个子层:介质访问控制子层,以控制和协调所有站点对共享介质的访问,避免或减少冲突。即MAC层定义了主机何时以及如何访问共享介质

    二、介质访问控制子层(Media Access Control, MAC层)

    1、逻辑链路控制子层

    MAC子层不提供可靠的数据传输,在这一层之上又定义了一个子层:逻辑链路控制子层(logic link control, LLC)用来为上层协议提供服务。如滑动窗口就是在LLC层中实现的,其中LLC2提供了有确认的面向连接的服务(TCP)。【LLC:提供可靠的数据传输】

    2、以太网(Ethernet)

    以太网属于OSI参考模型的数据链路层,是为了实现局域网通信而设计的一种技术,它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议,是目前应用最普遍的局域网技术。

    3、世界上最早的无线电计算机通信网:ALOHA

    • 纯ALOHA协议(随机访问/竞争发送协议):想发送就发送,超时未收到确认则认为发送了冲突。
    • 分槽ALOHA协议:把时间分为长度相同的时槽(slot),每个站点只在时槽开始时发送,信道空则立即以概率P发送,以概率1-P延迟一个时槽;若信道忙则延迟一个时槽。

    4、CSMA(Carrier Sense Multiple Access)协议:载波监听多路访问协议

    CSMA协议属于随机访问协议(Random Access Protocol)的一种,它遵循发送前先监听信道的规则:

    • 1-persistent CSMA(以太网使用):信道空则立即发送,信道忙则持续监听(所以如果信道为空时有两个站点同时发送数据则它们一定会产生冲突);
    • non-persistent CSMA:信道空则发送,信道忙则延迟一段随机长度的时间(这种方式在信道较忙时最省电)。
    • p-persistent CSMA(分槽ALOHA):信道空则立即以概率P发送,以概率1-P延迟一个时槽,信道忙则延迟一个时槽。

    三、以太网的MAC层协议

    1、发送帧的方法:CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection)协议,即1-persistent CSMA

    • 发送数据帧之前先监听信道,如果信道空闲则立即发送,如果信道忙则持续监听,直到信道空闲,立即发送。(发送前持续监听时,如果监听到96bits的空闲则说明当前信道空闲,立即发送信号。96bits的空闲可以用于区分帧,即以太网采用了inter-frame space的成帧方法
    • 边发送边检测冲突,如果发送完毕都没有检测到冲突则发送成功。
    • 如果检测到冲突,则停止发送,并发送32位干扰位(jamming signal)以加强冲突信号。采用二进制指数退避算法随机延迟一段时间后执行第一条操作。(因此第一个冲突的概率无法计算)

    注意两个概念:

    • 监听信道:指的是在未发送信号时监听,监听的是主机接入到多路访问链路上的共享链路的位置是否有数据在传输;
    • 边发送边检测冲突:指的是在帧的发送延迟这段时间内检测是否有冲突;

    2、二进制指数退避算法(binary exponential backoff)

    这里引入最短帧的问题:

    以太网(10Mbps)相距最远的两个站点之间的信号往返时间为51.2微秒。如果A发送的数据在快到B时与其发送的数据冲突(因为B检测到其上方的共享链路为空则发送,此时可能A还没传到B,但B一发送A就到了),因为发送站点只有在发送的时候才检测冲突,为了检测到返回的冲突信号,要求此时站点A仍在发送数据帧,故一个数据帧至少为512bit(64B,由51.2微秒乘上10Mbps所得),即一个往返时间的字节长度。这也就是最短帧的长度,这个长度同时也被称为争用窗口长度(contention window)。

    为什么二进制指数退避算法选择最短帧的发送时间作为其时间槽/片的长度?

    因为,最短帧的发送时间保证了首先发送的信号可以到达最远的站点,如果先发送的只有一个站点,那么其他站点要不就是检测到发送站点的信号而不能发送自己的信号,要不就是因为发送站点发送完毕而检测到信道空闲,总之不会与之冲突。即时间槽的长度为最短帧发送时间或者大于最短帧发送时间,则可以保证两个发送数据的站点不会发生冲突。

    分析下面问题:

    最长帧1520B,一个64B(最短帧)的帧的传送需要一个时间片,所以一个最长帧需要23个时间片。故最少情况下第一次冲突时,只有一个站点发送成功,其他四个站点继续监听信道,直到信道空闲时立即发送,产生第二次冲突,...,以此类推,由于前四次冲突后各站点最多可以延迟15个时间片再发送,15<23,故每一次延迟后信道上仍有帧在发送,故每一次冲突只能成功发送一个信号,所以总共需要四次冲突。

    3、802.3的MAC帧格式(802.3标准是以太网的一个协议)

    • 前导字符(preamble):包含同步字符和起始定界字符;
    • 有效载荷(payload):是用户数据,不足46字节时加入填充字节至46字节;
    • 类型/长度:若值大于1500,则用于指明上层协议;若值<=1500,则用于指明有效载荷长度;

    4、地址类型

    • 单播地址:全球唯一,每个网卡(或接口)有一个单播地址,最高字节的最低有效位是0,也称为网卡地址,烧录地址BIA,MAC地址、硬件地址、物理地址;共48位

      厂商号(3B)

           序号(3B)

    • 多播地址:0号字节的第0位为1;
    • 广播地址:48位地址全为1;

    5、以太网接收帧的方法

    • 以太网站点会缓存所有的帧
    • 如果缓存的帧有错则丢弃;
    • 如果缓存的帧的目的地址为单播地址且与接收该帧的网卡的MAC地址一致,则接收它;如果目的地址为多播地址且为网卡预设的多播地址之一,或者目的地址为广播地址,也接收该帧。其他情况则丢弃该帧。
    • 如果把网卡设置为混杂模式则会接收所有无错的帧。

    6、其他知识点

    • 以太网的物理层采用的是异步传输,采用曼彻斯特编码。命名规则为10BaseT,表示10Mbps,base=基带传输,T表示双绞线
    • 以太网中的一个站点有可能一直不能成功发送信号
    • 规定最短帧是为了使得发送站点可以检测到所有冲突
    • 属于同一个以太网的所有站点可以收到广播帧;
    • 以太网、快速以太网和千兆以太网主要在OSI的物理层不同(传输介质);
    • 以太网传输速率的提高会使得可传输距离缩短,因为速率越高,对信号干扰的规定越严格,而线路越长抗干扰能力越弱,想要在长距离上进行高速传输只有靠光纤,无法使用双绞线。

    四、以太网的物理层

    1、冲突域和广播域

    • 如果通过两个接口同时发送数据会产生冲突,则这两个接口属于同一个冲突域(collision domain),属于同一个冲突域的以太网部分称为网段;
    • 一个广播帧可以到达的所有接口属于同一个广播域;

    2、集线器(hub)和交换机(switch)

    • 集线器收到一个bit就立刻转发给所有其他接口,其所有接口都属于同一个冲突域。而交换机的每个接口属于一个冲突域,但所有接口属于同一个广播域。
    • 集线器是将信号收集放大后传输给所有其他端口,即集线器的传输线路是共享的;而交换机能够选择目标端口,在很大程度上减少了冲突的发生,能够为通信双方提供一条独占的线路。(即交换机增加了冲突域的数量,但减小了冲突的范围);
    • 集线器上的数据传输属于半双工传输,交换机上的数据传输属于全双工传输
    • 集线器只属于物理层
    • 交换机跟踪与它直接相连的设备的MAC地址;

    3、交换机的转发方法:

    • 存储转发:交换机接收整个数据帧后转发它;
    • 直通(cut through):交换机收到帧的硬件地址后立即转发它,如果输出忙则会转为存储转发;
    • 无碎片(fragment free):交换机收到帧的前64个字节(最短帧长度)后立即转发它
    • 适应性交换:自动在上面三种方式进行选择;

    4、交换机的自动翻转:

    指的是网线接口的切换。网线分为直通线和交叉线。当同种设备连接时需要用到交叉线(如电脑之间的直连),当不同设备连接时需要用到直通线(如电脑和交换机相连),自动反转指的是交换机的端口会自动根据接入的线对信号进行调整。

    五、透明网桥

    1、相关概述

    • 用网桥连接若干个局域网可以建造一个更大的局域网,称为桥接的局域网或扩展局域网,原来的局域网称为扩展局域网的一部分,称为一个网段(一个网段是一个冲突域);
    • 透明网桥采用的是广播模式;
    • 网桥由交换机实现,因为对于终端来说它们不知道网桥的存在,不需要通过修改自己的配置来适应网桥,所以称为透明网桥;

    2、三种操作:

    • 扩散(flood):网桥把收到的帧转发到除了该帧的接收端口之外的所有其他端口;
    • 转发(forward):把收到的帧转发到查到的端口;
    • 过滤(filter):当根据帧查到的端口(即网桥要转发该帧的端口)与收到该帧的端口一致则丢弃该帧,防止重复传输帧;

    3、MAC地址表

    查询收到的帧的MAC地址需要从哪个端口转发,查不到则扩散。

    4、透明网桥算法

    当网桥收到一个单播帧时,则用该帧的目的地址查询MAC地址表,如果没查到则扩散该帧;如果查到了则看查看到的端口是否为收到该帧的端口,如果是则丢弃该帧,否则把该帧从查到的端口发送出去;

    5、自学习

    • MAC地址表初始为空;
    • 网桥从端口接收所有的帧,并把接收到的帧的源地址和接收端口记录到MAC地址表中。如果该源地址在MAC地址表中不存在,则增加一个新记录并启动超时定时器;如果存在则更新接口并重置超时定时器;
    • 网桥会自动删除超时的记录;

    6、自学习的合理性:

    • 网桥从一个接口收到一个帧,则该帧中源地址的主机一定与该接口连通;
    • 如果整个扩展局域网没有回路,则该接口处于从该网桥到达该主机唯一的路径上,该网桥只有把目的地址为该源地址的帧转发到该接口才能使该帧可能到达目的地;

    六、生成树协议(Spanning Tree Protocol)

    • 网桥ID:BID,优先权+网桥的MAC地址;
    • 端口ID:PID,优先权+序号;
    • 根端口:网桥上离根网桥最近的端口;
    • 指定网桥:网段上离根网桥最近的网桥;(这是从网段的角度去看的)
    • 指定端口:指定网桥与对应网段之间相连的端口(网桥只在根端口和指定端口之间传输数据
    • 可以这样理解,网桥上的端口只有三种:根端口、指定端口和阻塞端口,阻塞端口就是无法转发帧的端口;
    • 根网桥的确定:一开始生成树中所有网桥都以广播形式传帧,各个网桥只要接收到了比其BID还小的网桥发送的帧,就停止发送。

    只要两个网桥之间有通路,在构造生成树的时候它们就会连接在同一棵树中

    七、虚拟局域网VLAN

    据上图,如果网桥只在具有相同颜色的端口之间转发帧,就会把原来的局域网分割成多个相互隔离的局域网,称为虚拟局域网。

    所谓的颜色其实就是VLAN ID,是由管理员为每个端口配置的一个标识。具有相同的VLAN ID的端口处于同一个VLAN,端口的默认VLAN为VLAN1;

    要点:

    • 一个VLAN的帧只能转发到属于同一个VLAN的端口或者干道端口;
    • 干道(trunk)可以接收所有颜色的帧,但每一帧需要加上自己的VLAN ID;
    • 只有发往干道端口的帧才需要加上VLAN ID;
    • 从干道收到的帧中如果没有VLAN ID,则认为是本征VLAN(Native VLAN),默认为VLAN 1;
    • 发往干道的Native VLAN不需要加VLAN ID;

    上图中VLAN可以从E发信息给A也可以从A发信息给E。

    如果从A发给E,因为S2转发到S3的端口是VLAN10的端口,所以可以转发,而S3与S2连接的端口是VLAN20,所以S3会认为接收到的帧都是VLAN20的帧,然后转发给E。(因为只有发往干道端口的帧才需要加上VLAN ID)

    八、令牌环网

    • 令牌环网采用了Take Turns Protocol,是一个通过在站点之间传递令牌防止冲突并且具有优先权的VLAN,其标准为IEEE 802.5。(令牌指的是帧)
    • 令牌环网需要设置监控站点(以竞选的方式决定),用于检测令牌是否丢失。
    • 同时监控站点也用于监控数据帧,每次收到一个数据帧就对其标记,当再次接收到被标记的数据帧时说明数据帧的传输出现问题(该数据帧没有被任何站点接收),把该帧删除。
    • 监控站点也需要定时发送帧给其他站点让其他站点检测监控站点是否失效。
    • 光纤分布式数据接口是一种采用了令牌环的局域网。

    数据传送过程:

    • 令牌绕环而行;
    • 只有截获令牌的站点才可以发送数据帧;
    • 发送的数据帧通过所有的活动站点;
    • 目的站点拷贝数据帧;
    • 当没有数据帧要发送或者持有时间到,当前的发送站点要释放令牌。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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  • 概述:多路访问链路(广播链路)采用共享介质连接所有站点。发送站点通过广播方式发送数据并占用整个共享介质的带宽。由于每个站点只需要一条网线接入网络就可以访问所有站点,这种网络一般安装简单,价格便宜。...

    概述:

    • 多路访问链路(广播链路)采用共享介质连接所有站点。发送站点通过广播方式发送数据并占用整个共享介质的带宽。由于每个站点只需要一条网线接入网络就可以访问所有站点,这种网络一般安装简单,价格便宜。局域网(Local Area Network,LAN)都是使用这种链路。
        
    • 在多路访问链路中多个站点同时发送数据,则会产生冲突。这种问题是点到点链路没有的,因此,需要重新考虑数据链路层的功能设计。
    • OSI把这种访问共享介质的功能专门划分为数据链路层的一个字层,就是介质访问控制子层(Media Access Control,MAC)。其功能是控制和协调所有站点对共享介质的访问,以避免或减少冲突。
    • 因为MAC子层不提供可靠的数据传输,所以在MAC子层之上又定义了一个子层,逻辑链路控制子层(Logic Link Control,LLC),用来为上层协议提供服务
    1. LLC1提供无确认无连接服务
    2. LLC2提供有确认面向连接的服务
    3. LLC3提供有确认无连接的服务

    以太网(Ethernet):

    以太网属于OSI参考模型的数据链路层是为了实现局域网通信而设计的一种技术,它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容,是目前应用最普遍的局域网技术。

    以太网的MAC层协议:

    发送帧的方法——CSMA/CD协议:(Carrier Sense MultipleAccess With Collision Detection)

    1. 发送数据帧之前先监听信道。如果信道空闲,立即发送。如果信道忙,则持续监听,直到信道空闲,立即发送。
    2. 边发送边检测冲突。如果发送完毕都没有检测到冲突,则发送成功。
    3. 如果检测到冲突,则停止发送,并发送32位干扰位(jamming signal)以加强冲突信号。采用二进制指数退避算法随机延迟一段时间后,转1。

    二进制指数退避算法:

    第一次冲突:从0个或1个时间片中随机选择一个进行延迟

    第二次冲突:从0,1,2,3个时间片中随机选择一个

    ……

    第i次冲突:从0,1,…2^j-1个时间片随机选择一个。i<16,j=min(i,10).

    前十次冲突后可选时间片数量每次加倍,11~15次冲突后可选时间片数量不变,所以也称为截止式二进制指数退避算法。(其中, 时间片τ的长度为512比特的时间, 10Mbps的以太网为51.2 μs

    三种CSMA协议:

    1. 1-persistent CSMA 信道空,立即发送;信道忙,持续监听。(以太网)
    2. non-persistent CSMA 信道空,发送;信道忙,随机延迟一段时间
    3. p-persistent CSMA:信道空,立即以概率p发送,以概率1-p延迟一个时间槽;信道忙,延迟一个时间槽

    802.3的MAC帧格式:


    • 前导字符(Preamble): 同步字符(7B)和起始定界符(Start of Frame Delimiter)(1B)
    • 有效载荷(Payload): 用户数据。不足46字节时加入填充字节(任何字节)46字节。
    • 类型/长度字段(Type/Length):指明上层协议(>1500)或有效载荷的长度(1500)
    • 帧校验序列(Frame Check Sequence):对目的地址、源地址、类型/长度和有效载荷(加填充位)字段进行CRC-32校验。

    MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡,一台设备若有一或多个网卡,则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。

    (可运行 ipconfig /all 命令,MAC地址会显示在下方)

    源地址和目标地址(6B):

    源地址一般为发送者的单播地址。目标地址可以是接收者的单播地址,也可以是多播地址和广播地址。

    • 单播地址:全球唯一。每个网卡或接口一个,最高字节的最低有效位为0.如: 06-01-02-01-2C-4B 也称为网卡地址,烧录地址,MAC地址,硬件地址,物理地址
    • 多播地址:字节0的第0位为1,并且地址非全1,如:01-00-5E-20-01-4B。
    • 广播地址:48位全为1.

    可使用ipconfig/all显示mac地址:


    接收帧的方法:

    1. 以太网站点(网卡)会缓存所有的帧
    2. 如果缓存的帧有错(长度错误,CRC错等),则丢弃它
    3. 如果缓存的帧的目的地址为单播地址并且与接收该帧的网卡的MAC地址一致,则接收它。如果目的地址为多播地址并且为网卡预设的多播地址之一,或者为广播地址,也接收它。其他情况则丢弃它
    4. 如果把网卡设置为混杂模式,则会接收所有无错的帧

    最短帧问题:

    • 以太网(10M bps)相距最远的两个站点(上图站点AB)之间的信号往返时间为51.2 μs
    • 假如站点A发送的数据在快到达站点B时与其发送的数据冲突,因为发送站点只在发送时才检测冲突,为了检测到返回的冲突信号,则要求站点A此时还在发送,故帧长至少为512b(64B)
    •  64B也称为争用窗口(contention window)长度


    以太网(802.3)的物理层:


    交换机的每个端口属于一个冲突域,集线器的所有端口处于一个冲突域。

    交换机会增加冲突域的数量,减少冲突范围的大小。

    由集线器(hub)连接形成的以太网以半双工方式工作,因为集线器采用电子线路方法模拟总线方式的以太网,两台主机同时发送会产生冲突。

    • 如果两个接口同时发送数据会产生冲突,则这两个接口属于同一个冲突域
    • 一个广播帧可以到达的所有接口属于一个广播域
    • 属于同一个冲突域的以太网部分称为网段(segment)

    以太网:802.3,10Mbps

    快速以太网:802.3u,100Mbps,其它同以太网相比不变

    千兆以太网:802.3ab,1000Mbps,其它不变

    万兆以太网:保持帧格式不变,光纤或双绞线,全双工,无冲突,不使用CSMA/CD算法

    以太网(10BaseT)、快速以太网(100Base-TX)和千兆以太网主要在OSI的物理层不同。

    透明网桥:

    用网桥(bridge)连接若干局域网(LAN)可以建造一个更大的局域网, 称为桥接的局域网(bridged LAN) 或 扩展局域网(extended LAN) 原来的局域网就成为该扩展局域网的一部分,称为该扩展局域网的一个网段(Segment)

    透明网桥算法的操作包括:

    • 扩散(flood)
    • 转发(forward)
    • 过滤(filter)

    MAC地址表,自学习:

    • MAC地址表初始为空。 网桥从端口接收所有的帧,并把接收到的帧的源地址接收端口记录到MAC地址表
    • 如果该源地址在MAC地址表中不存在,则增加一个新记录,并启动超时定时器;如果存在,则更新接口并重启超时定时器


    当网桥收到一个单播帧,它会用该帧的目的地址查询MAC地址表:

    1. 如果没有查到,则扩散(flood)该帧。
    2. 如果查到,则看查到的端口是否为收到该帧的端口,如果是,则丢弃该帧(filter),否则,把该帧从查到的端口发送出去(forward)
    3. 当网桥收到一多播或广播帧,它会直接扩散(flood)该帧。
    扩散(flood)就是网桥把收到的帧转发到除了该帧的接收端口之外的所有其它端口。


    例子:

    下面的扩展LAN包含三个透明网桥B1、B2、B3和四台主机A、 C、D、E。如果网桥的MAC地址表初始都是空的,在以下三次传输之后MAC地址表的内容是什么?
    (1) D发送了一个帧给E;
    (2) A发送了一个帧给D;
    (3) C发送了一个帧给A.

    解析:

    (1)D发送帧给E,到达B2网桥时,B2更新该帧的源地址为D,接收端口为3; 因为未找到目的地址E,所以进行扩散,到达B1和B3,B1更新源地址为D,接收端口为1,B3更新源地址为D,接收端口为1,然后在B3网桥处找到目的地址,帧传输结束。

    (2)A发送帧给D,帧达到B2时,B2更新源地址为A,接收端口为1,找到目的地址D,结束。

    (3)C发送给A,帧到达B1,B1更新源地址为C,接收端口为2;未找到目的地址,所以进行扩散,到达B2,B2更新源地址为C,接收端口为2,找到目的地址A。

    所以经过三次帧传输之后,B1、B2、B3的MAC地址表分别为:

    B1的MAC地址表:

    D1
    C2

    B2的MAC地址表:

    D3
    A1
    C2

    B3的地址表:

    D1

    生成树协议(Spanning Tree Protocol):


    • 网桥只在根端口和指定端口之间转发帧
    • 指定端口:指定网桥上与网段连接的端口
    • 指定网桥:网段上离根最近的网桥
    • 如果到根网桥的最短路径有多条,可以采用最短路径上的下一网桥ID和下一个端口ID用于打破平衡(取更小的)

    例子:

    下图显示了由五个透明网桥(B1~B5)形成的扩展LAN。如果网桥ID使用其下标,所有链路的开销均为1。

    (1)哪个是根网桥?

    (2)段A~D的指定网桥(designated bridges)分别是什么? 

    (3)网桥B1~B5的根端口分别是什么?

    解析:

    (1)B1 BID最小,为根网桥。

    (2)指定网桥:网段上离根最近的网桥。

    A、B上离B1最近的网桥就是B1

    C上离B1最近的网桥为B2

    D上B4和B5离根网桥距离相同,但是B4id较小,所以指定网桥为B4

    (3)根端口:网桥上离根最近的端口

    B1无

    B2为1

    B3端口1、2距离相等,但是1端口id小,所以根端口为1

    B4为2

    B5为2

    虚拟局域网(Virtual LAN,VLAN):

    • 如果网桥只在具有相同颜色的端口(Port) 之间转发帧,就会把原来的局域网分割成多个相互隔离的局域网,称为虚拟局域网(Virtual LAN,VLAN)
    • 所谓的颜色其实就是VLAN ID,是由管理员为每个端口配置的,具有相同的VLAN ID的端口处于同一个VLAN,端口的默认VLANVLAN 1

    • 一个VLAN的帧只能转发到属于同一个VLAN的端口或者干道端口。
    • 只有发往干道端口的帧才需要加上VLAN ID。 
    • 从干道收到的帧中如果没有VLAN ID,则认为是本征VLAN(Native VLAN),默认为VLAN 1
    • 发往干道的Native VLAN的帧不加VLAN ID 
    例子:

    下图中哪些发送的帧将被目的主机收到?

    E发送给A.
    E发送给B.
    A发送给E.
    A发送给D.
    B发送给D.
    D发送给A.
    D发送给B

    解析:

    上述中只有E发给A和A发给E的能被收到。

    交换机:

    交换机(switch)是一个把多个网段连接起来的设备,也称为多端口网桥。

    转发方法:

    • 存储转发(Store and forward): 交换机接收整个帧后转发它。大部分都采用这种转发模式。
    • 直通(Cut through): 交换机不用收到整个帧而是收到帧的硬件地址后立即转发它。如果输出(outgoing port)忙,则会转为存储转发。
    • 无碎片(Fragment free): 交换机不用收到整个帧而是收到帧的前64个字节(冲突窗口)后立即转发它。
    • 适应性交换(Adaptive switching): 自动在上面三种方式进行选择。
    全双工模式: 交换机可以工作在全双工模式下,因为没有冲突, CSMA/CD 算法可以被关闭。
    自动翻转 (Auto-MDIX) : 大部分交换机可以自动选择连接方式:交叉线或直通线

    自适应 (Autonegotiation) : 两个站点周期性使用快速链路脉冲 (fast link pulse,FLP) 选择 10M/100M/1000M bps 自适应 。

    IEEE802系列标准:

    IEEE 802又称为LMSC(LAN /MAN Standards Committee, 局域网/城域网标准委员会),致力于研究局域网和城域网的物理层和MAC层中定义的服务和协议,对应OSI网络参考模型的最低两层(即物理层和数据链路层)。 将数据链路层划分为LLC逻辑链路控制子层和MAC介质访问控制子层。




















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  • 习题 - 介质访问控制子层

    千次阅读 2020-04-12 16:41:39
    解析: 有小小的差别,DIX以太网跨越2层的功能,而IEEE802.3以太网只有1.5层,不包含LLC子层 10、分隙ALOHA协议不再是想发就发,而是通过规定必须在时隙的起始处发帧,降低了冲突危险期,从而提高了信道的利用率。...
  • 文章目录计算机网络——介质访问控制子层(一)一、Mac子层概述数据的通信方式广播面临的问题信道分配方式静态分配动态分配二、ALOHA协议纯ALOHA协议分隙ALOHACSMA协议CSMA/CD协议(1持续) 计算机网络——介质访问...
  • 介质访问控制(MAC)子层

    千次阅读 多人点赞 2020-08-06 19:11:47
    MAC子层的协议:纯ALOHA协议、分槽ALOHA、CSMA、CSMA/CD、无冲突协议(位图协议、令牌传递、二进制倒计数)、有限竞争协议(自适应树搜索协议)、无线局域网协议(MACA、CSMA/CA)。
  • 介质访问控制协议MAC,解决了信道争用的问题,是数据链路协议的一部分 **静态分配:**无法灵活适用站点数和通信量的变化 频分多路复用 时分多路复用 动态分配: 多路访问协议: ALOHA协议: 纯ALOHA协议:发送数据...
  • 引言 在物理叙述过点到点链路,本章将讨论广播网络和相应的协议。
  • 数据链路介质访问控制(概述)

    千次阅读 多人点赞 2019-10-18 16:41:03
    什么是介质访问控制? 介质:通信信道。...几乎所有的局域网都以广播信道作为通信的基础,而广域网中除卫星网以外,都采用点到点连接,所以介质访问控制子层对于局域网技术来说尤为重要。 在广播网中所有...
  • [OSI ]MAC(介质访问控制

    千次阅读 2020-03-13 09:03:41
    所属于数据链路层,数据链路层的两个子层中,上层部分称为LLC 逻辑链路控制、而下层为MAC 介质访问控制 功能 LLC层作为上层,功能与抽象的数据格式相关。为了保证IP包可以在不同的网络类型中传输,LLC为IP包添加...
  • 计算机网络——介质访问控制子层

    千次阅读 2017-01-12 05:21:30
    The medium access ...MAC协议(multiple access control 多路访问控制 ,Medium access control 介质访问控制) 1.纯ALOHA和分槽ALOHA  每帧时的吞吐量S的峰值的推导。 1)纯ALOHA系统  基本思想:当有
  • 22、第四章介质访问控制子层习题及答案

    万次阅读 多人点赞 2019-01-16 21:10:40
    槽1是2、3、5、7、11、13竞争,左节点成功,即槽2由编号1~8的站竞争,所以2、3、5、7竞争,左节点成功,即槽3由编号1~4的站竞争,所以2、3竞争,左节点成功,即槽4由编号1~2的时间槽竞争,所以2站成功发送,槽...
  • 访问控制子层(MAC子层)

    千次阅读 2018-08-03 20:57:03
    介质访问控制(MAC, Medium Access Control)子层是局域网体系结构中划分的子层,对于广播型网络(以太网、WLAN)是非常重要的,它负责局域网内寻址和介质争用的问题 。而非广播型的网络(广域网)就不存在这个问题,...
  • 一、 局域网、 二、 局域网 拓扑结构、 三、 局域网 传输介质、 四、 局域网 介质访问控制方法、 五、 局域网 分类、 六、 IEEE 802 标准、 六、 数据链路层 LLC、MAC 子层
  • 第五章介质访问控制子层

    千次阅读 2009-10-15 23:50:00
    摘抄自:http://asnc-et.blog.sohu.com/46643635.html局域网领域三足鼎立:以太网令牌环网(物理环)令牌总线网(逻辑环)5.1.1 决定局域网与城域网性能的三要素网络拓扑传输介质介质访问控制方法5.1.1 分类和特点局域网...
  • 一、 介质访问控制 ( Multiple Access Control )、 二、 轮询协议、 三、令牌传递协议、 四、令牌传递协议 示例、
  • 文章目录介质访问控制信道划分介质...用来决定广播信道中信道分配的协议属于数据链路层的一个子层,称为介质访问控制子层MAC; 信道划分介质访问控制 多路复用技术把多个信号组合在一条物理信道上进行上传输,使多
  • 介质访问控制是数据链路层的子层,通过采取一定的措施,使共享信道的节点之间通信不会发生相互干扰。常用的介质访问控制方法有:信道划分介质访问控制、随机访问介质访问控制和轮询访问介质访问控制。 一、信道划分...
  • 介质访问控制:用来决定广播信道中信道分配的协议属于数据链路层的一个子层 信道划分介质访问控制 多路复用:通过在一条介质上同时携带多个传输信号的方法来提高传输系统的利用率,把多个信号组合在一条物理信道上...
  • 主要内容: 1、局域网定义和特性 2、各种流行的局域网技术 3、高速局域网技术 4、基于交换的局域网技术 ...2、决定局域网特性的三个技术:(1)用以传输数据的介质(2)用以连接各种设备的拓扑结构(3)用以共.
  • 1.何为数据链路层的(DATA LINK LAYER)的MAC子层和LLC子层...在MAC子层的诸多功能中,非常重要的一项功能是仲裁介质的使用权,即规定站点何时可以使用通信介 质。实际上,局域网技术中是采用具有冲突检测的载波侦...

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