第3章底层技术.ppt

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1、第第3 3章章 底层技术底层技术 TCP/IP网络不是一种新的网络建立在底层网络上的网际网底层网络被称为“物理网”网际网被称为“互连网”物理网为上层提供通信支持物理网成为互连网的“信道”，或“接口”理解和抽象互连网的接口（物理网提供的通信服务）SLIP/PPPSLIP/PPP 两种通信方式两种通信方式 线路交换点对点物理信道保证信道容量无确定通信协议自由选择通信方式点对点通信 分组交换多点对多点逻辑信道不保证信道容量有确定通信协议分组通信方式可多点通信线路交换分组交换广域网与局域网广域网与局域网 WAN 传输时延 大，几百uS几百mS 传输速率 几十Kbps几Gbps 信道 点对点信道为主 通

2、信协议 种类繁多，且依赖于服务提供商 LAN 传输时延 小，几uS几mS 传输速率 MbpsGbps 信道 多点共享、交换信道 通信协议 标准化协议、种类不多，依赖性小网络网络“硬件硬件”地址地址 各种网络都定义了自己的编址和寻址机制物理网只能用自己的地址来实现寻址和传输 物理网的地址也可称为物理地址物理地址 IPIP地址地址不是物理网的地址，不能用作物理网的寻址给定物理网的目的地址目的地址源地址物理网底层网络底层网络 LAN和以太网 点到点广域连接 PPP 交换式广域技术 X.25 FR ATMLANLAN概述概述 本地多台计算机的连网 自主网络（计算机、设备、信道）自主选择 自主维护管理

3、标准化LAN-IEEE802委员会 IEEE802.1 LAN框架结构 IEEE802.2 LAN逻辑链路层控制 IEEE802.3 Ethernet IEEE802.4 Tokin Bus IEEE802.5 Tokin Ring IEEE802.6 MAN802.3 802.4 802.5802.2802.11802.1物理层数据链路层802.1：LAN的管理和控制标准801.1p、802.1q、802.1x、802.1z等802.2：逻辑链路控制，网络互连标准802.3、4、5等：介质访问、物理层、传输介质等标准 介质访问方式与物理层密切相关，因此，每种介质访问方式与物理层密切相关，因此

4、，每种MAC层的标准都层的标准都包括包括MAC和和PHY两部分两部分PHYMACLLCOSI 层次LAN子层LANLAN协议体系结构协议体系结构802802系列各层特点系列各层特点 物理层：透明传输位流，规定信号编码、传输媒体、拓扑结构及数据率 数据链路层按功能划分为两个子层：LLC（Logic link control）逻辑链路层和MAC（Media access control）介质访问控制子层 功能分解的目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分进行区分，降低研究和实现的复杂度。MAC子层功能：成帧/拆帧，实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址 LLC子层功能：向高层提供SAP，建

5、立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，某些网络层功能 地址长度：48bits 个别地址和组地址（Individual/Group address)个别地址：表示一个站的唯一地址 组地址：表示一组站的地址 广播地址：表示全部站点的地址 全局地址和局部地址 全局地址（Universally Address):地址中有一部分为权威机构分配的厂商代码，可在全局范围内（全球）使用。局部地址（Locally Address):无厂商代码，只能局部使用（由网络拥有者自己设定）。MACMAC编址编址编址方法0011 0101 0111 1011 0001 0010 0000 0000 0000 0000 0

6、000 0001OUI（Oganization Unique Identifier）Universally/Locally（U/L)bit，0=UIndividual/Group(I/G)bit，0=I 0 1 2 3 4 5AC-DE-48-00-00-80二进制表示二进制表示十六进制表示十六进制表示所有bit全为1表示广播地址MAC地址固化在网络接口卡硬件中。网络拥有者可自由选择使用全局地址或局部地址网络拥有者可根据网络管理要求自行设计站点的局部地址。Hardware Sequence numberbit0bit47802.3MAC帧格式DASALLC-PDU介质相关数据 DA(2 or

7、6)：目的地址，在帧的前面，便于硬件检测。SA(2 or 6)：发送站的MAC地址 Len（2）：LLC-PDU的长度 规定帧的最小长度和最大长度。最小长度用于保证CSMA/CD的冲突检测有效。最大长度限制站点占用信道的时间（如0.1us 1ms)如Ethernet 帧：641518字节LenCRCLLCLLC层层 标准：IEEE802.2 目的：为上层提供通用的、与具体LAN无关的通信服务 所有不同的LAN，都具有统一的LLCLLCLLC802.3 802.3802.3802.5 802.5802.5EthernetTokin RingLLCMACPHYLLCMACPHYLANLLC-SAP

8、LLC 模型LLC在LAN中的通信为端-端通信（不考虑中继功能）通过LSAP为上层提供统一的接口（屏蔽了不同LAN差异）LLC实体实现两种通信方式：CO、CL提供两类服务：类 I：CL类II：CO+CLLLC 的服务访问点 每个LLC实体最多有127个个别SAP和127个组SAP 特殊SAP SAP=0：Null，用于直通MAC服务访问点 SAP=40H、C0H：LLC子层管理用 其它SAP：为上层实体提供CL或CO通信LLCMAC访问0LLC管理NetBiosIP无连接面向连接体系结构应用模式体系结构应用模式 两种应用模式 IEEE802标准模式 Internet模式MACPHYMACPHY

9、LLCInternet 模式IEEE802标准模式 IEEE802标准模式 完整的LAN层次结构和LLC的PDU格式，上层实体使用LLC提供的服务 IEEE标准模式意在提供一种通用的通信服务接口、如：X.25、NetBios、IP、IPX等。Internet模式 无LLC层、不使用LLC的PDU格式，但MAC继PHY采用IEEE802标准，上层实体直接使用MAC帧封装PDU（对其中的Len有修改）。该模式不考虑提供CO服务，并以最简化的方法提供CL服务。Internet 模式的帧结构DASADataL/TL/T:长度/类型L/T 1500表示data的类型（称为Ethernet-II帧）注意：

10、L/T实现了两种帧格式的统一例如：L/T=800H 表示data 为 IP分组L/T=806H 表示data 为ARP分组L/T=1FC9H表示data 为IPX分组CRC 实际系统中的LAN协议栈MACPHYLLCIPNetBiosIP具体使用何种帧格式由系统配置决定，以Ethernet-II最流行EthernetEthernet以太网发展历程以太网发展历程 1982.10IEEE802.3 1990.4Switch 1993Full duplex 1995.3100Mbps,IEEE802.3u 1998.61Gbps,IEEE802.3z 2000.1010Gbps,IEEE802.3a

11、e1010M EthernetM Ethernet 数据传输速率：10Mbps 传输介质：10Base5粗缆，最大段长500米 10Base2细缆，最大段长185米 10Base-T双绞线，UTP3，最大长度100米 10Base-F光纤，最大长度5002000米 编码方式 曼切斯特编码 信道传输码率 20Mbps100100M EthernetM Ethernet 数据传输速率：100Mbps 传输介质：100Base-TX，UTP5，2对，最大长度100米 100Base-T4，UTP3,4对，最大长度100米 100Base-FX，光纤，2对，最大长度5002000米 编码方式 4B/5

12、BMLT-3(-TX,125Mbps)8B6T(-T4,25Mbps)4B/5BNRZ-I(-FX,125Mbps)10/100M自适应技术（10/100M AutoSense)需硬件能力支持 主动在信道上发送链路整合脉冲(Link Integrty Pulse)，以实现AutoSense。从高到低进行协商过程 100M全双工 100M半双工 10M全双工 10M半双工10001000M EthernetM Ethernet 数据传输速率：1000Mbps 传输介质 1000Base-LX，长波多模，550米或5000米 1000Base-SX，短波多模，275米或550米 1000Base-

13、CX，铜屏蔽跳线，25米 1000Base-T，UTP5，4对 编码方式 8B10B(光纤，1250Mbps）4D-PAM5(UTP，250Mbps)从来没用过冲突多端转发器（多端转发器（HUBHUB）总线型结构（MAU+信道）、物理层设备 具备冲突检测和产生冲突增强信号 双绞线、光纤、同轴电缆接口 端口故障隔离MAUMedia逻辑上等效于：冲突域与广播域 冲突域 冲突域是CSMA/CD工作的范围 冲突域内所有站点共同竞争共享信道，所有站点的通信容量总和不超过信道传输速率 任何两站点间同时发送数据就会产生冲突的范围属于同一个冲突域 总线型以太网和HUB构成的网络是一个冲突域 广播域 广播帧到达

14、的网络范围称为广播域 每个广播帧，广播域内所有站点都收到 总线型以太网、HUB构成的网络属于同一个广播域，且广播域与冲突域的范围是相同的。HUB组网 HUB通过级联构成树状结构 逻辑上仍然是一个总线型网络 过多级联影响CSMA/CD性能不小心形成了环状，会产生什么问题？交换式以太网交换式以太网桥的基本原理交换机的概念1 1 问题提出问题提出 考虑两个以太网的连接 直接连接 效果 两个以太网合成一个以太网 信道竞争范围加大、竞争冲突增加 信道容量不变、平均每个站点的通信性能降低换一种思路换一种思路 用一台计算机，安装两个以太网接口，连接两个以太网通信效果：任一个网络上的站点都可与计算机通信 网络

15、两边的站点之间仍然不能进行通信 原因：计算机是端系统，不是中继系统，没有转发义务PHYPHYMACMACLLC计算机中的层结构增加计算机的中继功能增加计算机的中继功能 在MAC层增加中继软件 去掉接口过滤，接收网络上所有的帧 把目的MAC不属于自己的帧从另一个接口再发送出去PHYPHYMACMACLLC中继计算机中的层结构 对计算机中软件功能的基本要求 其他所有站点的通信仍保持原样，不受影响 广播、多播、单播都能到达应到达的地方 从源站点到目的站点的传输中，帧的内容不应有任何变动 允许站点的物理位置从一个网络移动到另一个网络软件功能计算机 软件功能设计 对收到的广播、多播帧，则从另一端口转发出

16、去 对收到的单播帧 转发到另一端口（如果知道他在另一边的话）忽略（如果知道他在同一边网络的话）存储收到的帧，按先到先处理，并排队发送（存储转发）各个接口独立按各自的信道竞争算法发送帧通信如同一个网一样，但网络性能提高了通信如同一个网一样，但网络性能提高了 效果推断 每个端口工作是独立的，并参与各自的CSMA 两个网络同时有帧发送时，不会产生冲突 到达另一个网络的帧会有较大的延时，但该延时不影响CSMA/CD 广播、多播会穿越计算机到达另一个网络 如果计算机有合适的MAC地址信息，则单播帧会送到目的站点 网络上的站点完全可以不知道该计算机的存在，站点的工作方式不受影响 信道竞争分为两段进行，相互独立 每个信道竞争站点少，每个信道效率提高 两个信道同时工作，网络的整体容量提高（约2倍）网桥网桥 桥的实现 MAC地址表存放网络上站点的MAC地址及对应的端口 转发处理依据帧中目的地址查找地址表，决定是否转发 转发时，将帧送到端口的发送队列中，依次发送出去MAC1MAC2MAC地址表MACa 1MACb 2MACc 1MACa MACcMACb转发处理 实现细节 需考虑的问题 MAC地址表的建立