4_IEEE802系列标准及应用

MAC数据
2012/12/22
Page 22
MAC子层的地址
IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全 局地址，它是站点的全球唯一的标识符，与其物 理位置无关。——MAC地址（物理地址）
MAC地址为6Byte（48位）。 MAC地址的前3个字节（高24位）由IEEE统一 分配给厂商，低24位由厂商分配给每一块网卡。
BNC 接头 NIC
每段最大长度 185m 每段最多站点数 30
两站点间最短距离 0.5 m
网络最多5个段
网络最大跨度 925 m
2012/12/22 Page 29
T=1
T C Data
（b）
Page 16
IEEE802.5的帧结构
1B 1B
接入控制
1B
结束
监督位
P P P T M R R R
令牌帧
起始
非令牌帧（信息帧/控制帧）
1 1 1 2/6 2/6 ≥0
数据 起始 访问控制 帧控制 目的地址 源地址
优先级位 令牌位 预约位 4 1 1B
结束
FCS 帧状态
2012/12/22 Page 26
802.3布线介质标准
10Base5 10Base2 10BaseT 粗同轴 细同轴 双绞线
数据率（Mbps）
10 Base 5
基带或宽带 Base，Broad
10BaseF
100BaseT 100BaseF 1000BaseX 1000BaseT
2012/12/22
粗缆 最大段长度 500米 每段最多站点数 100
Vampire tap BNC端子
收发器
AUI 电缆
两站点间最小距离 2.5米
NIC
网络最大跨度 2.5公里
2012/12/22 Page 28
3. 10Base2
细缆
• • • •
细同轴电缆，可靠性稍差 BNC T型接头连接 总线型拓扑 用于办公室LAN
环路 输入
TCU
B
2012/12/22 Page 12
干线耦合器（TCU）
工作状态： 发送方式 （站点发送数据时） 收听/转发方式（其他时候） 收听方式下，TCU与DTE断开 TCU对位流再生并转发，同时监视帧 中是否出现本站地址和令牌。若出现本 站地址，则将开关K闭合，TCU与DTE接 通，位流复制到DTE，同时继续转发； 若出现令牌且有数据要发送，则截获令 牌，转为发送方式，发送数据帧。 发送方式下，数据以帧为单位从TCU 的输出端发送到下一个TCU的输入端。
2012/12/22
DTE
K
TCU
K
收听方式
DTE
K
TCU
K
发送方式
Page 13
Token Ring/802.5的操作
1）谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为 “ 令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有 拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的 站只能等待。
2）拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后 面加挂上自己的数据进行发送。
2012/12/22
Page 3
LAN典型拓扑结构
总线型:
所有结点都直接连接到共享信道 星型 : 所有结点都连接到中央结点 环型 : 结点通过点到点链路与相邻结点连接
A B C D
C
A T C
Bus
A A B C B
Ring
Page 4
Star
2012/12/22
3. LAN参考模型
3. 令牌环（IEEE802.5）
拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环 传输媒体：STP、光纤，速率4/16Mbps； 最多站点数：250， 信号采用曼彻斯特编码
D
干线耦合器的结构
干线耦合器
高层软件 发送缓冲区 接收缓冲区
DTE
站点 A
单向环 C
接收 发送
环路 输出
线路 线路 控制器 驱动 接收
2012/12/22 Page 25
IEEE 802.3 规范
•传统以太网 • 802.3 —— 同轴电缆Ethernet • 802.3a —— 细缆Ethernet • 802.3i —— 双绞线 • 802.3j —— 光纤 •快速以太网FE • 802.3u ——双绞线，光纤
•千兆以太网GE • IEEE802.3z —— 屏蔽短双绞线、光纤 • IEEE802.3ab —— 双绞线
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 部分分开，降低实现的复杂度。 • 局网特点：共享信道(如总线)。需要解决介 质访问控制(MAC)问题。分层可以使帧的传输 独立于介质和MAC方法。
LLC： 与介质、拓扑无关； MAC：与介质、拓扑相关。
2012/12/22 Page 20
2012/12/22 Page 24
4.3 以太网
1. Ethernet和IEEE 802.3
• 70年代中期由Xerox Palo Alto Research Center (Bob Metcalfe) 提出，数据率为2.94M ，称为Ethernet（以太网）。 • 经DEC, Intel and Xerox公司改进为10M标准 (DIX 标准) 。 • 1985年定名为IEEE 802.3，即使用1坚持的 CAMA/CD协议的LAN标准，数据率从1M到10M (现已发展到1000M)，支持多种传输媒体。 • Ethernet是指基带总线LAN。 • Ethernet和IEEE 802.3的帧格式不同。
特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网 物理层：传输媒体为75宽带同轴电缆，数据 速率为1Mb/s、5Mb/s或10Mb/s；
传输机制为以太网和令牌环的结合：
●物理传输采用广播方式； ●介质访问控制采用令牌方式。
2012/12/22
Page 19
5. LAN的数据链路层
按功能划分为两个子层：LLC和MAC
LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标 准(对不同的LAN标准，区别在MAC子层)
2012/12/22 Page 21
LLC的帧结构
1 1 1/2 长度无限制 单位：字节
DSAP SSAP
控制
数据
LLC帧和 MAC帧 的关系
高层PDU LLC首部 MAC首部 LLC数据 MAC尾部
网卡的MAC地址可以认为就是该网卡所在站点 的MAC地址。
2012/12/22 Page 23
5. LAN的网络层和高层
网络层 由于IEEE 802局域网拓扑结构简单，一般不需 中间转接，所以网络层的很多功能(如路由选择 等)是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、 差错控制等功能可在数据链路层完成，故IEEE 802标准没有单独设立网络层。 高层 局域网的高层尚未定义，一般由网络操作系统（ NOS）来实现，如Unix、Windows NT、 Netware等。
2012/12/22
Page 15
Token Ring/802.5的操作举例
（a）
A
Data
T
T=0
帧循环一圈后 A将数据帧回收 并放出空令牌 A
T
T=0
A有数据要发 送，它抓住空 令牌
T C Data
（c）
T C Data
A
A将令牌修改 为数据帧，并 加挂数据
2012/12/22
T C Data
第四章 IEEE802系列标准及应用
本章重点
●局域网的特点及关键技术 ●介质访问控制方法： CSMA/CD，TOKEN-PASSING ●以太网技术 ●高速局域网
2012/12/22 Page 1
4.1 局域网(LAN)概述
1. LAN的特点
覆盖范围小 房间、建筑物、园区范围 距离≤25km 高传输速率 10Mbps～1000Mbps 低误码率 10-8 ～ 10-10 采用总线、星形、环形拓扑 双绞线、同轴电缆、光纤 为一个单位所拥有，自行建 设，不对外提供服务
CSMA技术不能解决发送中出现的冲突现象。
2012/12/22 Page 9
2.CSMA/CD —带冲突检测的载波监听多点访问
•工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲 则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若 监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间 （称为退避）以后，再重新尝试。
•CSMA/CD可归结为四句话：
LAN的链路层与传统的数据链路层的区别：
LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播； 支持MAC介质访问控制功能； 提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复 用、流量控制、差错控制...
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，建立/释放逻辑连接， 差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。
IEEE802标准
OSI
高层
由NOS来实现
IEEE 802
网络层 数据链路层 物理层
逻辑链路控制 LLC
媒体访问控制 MAC 物理层PHY
2012/12/22
Page 5
IEEE802标准的主要成员
802.2 - 逻辑链路控制LLC 802.3 - CSMA/CD（以太网） 802.4 - Token Bus （令牌总线） 802.5 - Token Ring（令牌环） 802.6 - 分布队列双总线DQDB -- MAN标准
2012/12/22
Page 14
3）数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该 站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较： a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器， 供高层软件处理，同时将帧送回环中； b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。
4）数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在 环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧 从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其 余的站点能获得发送帧的许可权。
发前先侦听，空闲即发送， 边发边检测，冲突时退避。
2012/12/22 Page 10
CSMA/CD的流程图
发送帧
Yes
媒体忙？ No
延迟随机时间 No N≥16? Yes
发送帧
No 发送完？ Yes 发送成功 No 碰撞？ Yes 发送Jam
发送失败 碰撞次数N++
2012/12/22
Page 11
2012/12/22
Page 8
1.CSMA：载波监听多点访问
• 工作原理：发送前监听。每个站点在发送数据之前要监 听信道上是否有数据在传送。若有，则此站不能发送，需 等待一段时间后重试。 载波监听策略： 非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延 迟一个随机时间后再次监听。 坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信 道空闲。 1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据 p-坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率p发送数据 （以概率1-p延迟一段时间后再发送）
LLC
数据链路层
802.6 DQDB
802.8 FDDI
MAC
……
PHY
物理层
ห้องสมุดไป่ตู้
Page 7
4.2 局域网中的介质访问控制方法
常见的有两种：
• 载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)
Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect
• 令牌传递(Token Passing) Token Ring Token Bus FDDI(双环)
MMF
双绞线 MMF/SMF
段最大长度（百米）或 介质类型（T，F，X）
屏蔽短双绞线/MMF/SMF 双绞线
Page 27
2.10Base5
• • • • • 粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强 收发器 : 发送/接收, 冲突检测, 电气隔离 AUI : 连接件单元接口 总线型拓扑 用于网络骨干连接
起始、结束标志 访问控制字段包括：
优先级与预约及优先级限制位。 令牌位：帧类型标识。0 - 令牌；1 - 信息/控制帧 监督位：防止无效帧在环路中无限循环。
2012/12/22 Page 17
实际结构——星型环路
A
B
C
集线器
D
E
2012/12/22
Page 18
4.令牌总线(IEEE 802.4)
802.8 – FDDI（光纤分布数据接口）
802.11 – 无线LAN
2012/12/22 Page 6
IEEE802体系结构示意图
802.1D Bridge 802.2 LLC
802.4 Token Bus 802.5 Token Ring
2012/12/22
802.1A 体 系 结 构
802.3 CSMA/CD
2012/12/22
hub
stations
hub
stations
hub
station
Switch
Server farm
Page 2
2. 局域网的关键技术
拓扑结构（逻辑、物理）
总线型、星型、环型、树型
介质访问方法
按协议实现信道共享: CSMA/CD和Token-passing
信号传输形式
基带、宽带