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1、lxm,第3章 局域网协议体系,3.1 引言3.2 OSI协议体系结构3.3 802协议体系结构3.4 LLC概要3.5 MAC概要3.6 物理层概要3.7 802标准体系的演变3.8 参考文献,lxm,3.1 引言,本章讲解内容回顾OSI 体系结构及相关概念讨论802体系结构重点讨论LLC和MAC子层概要内容介绍物理层概要情况介绍802体系的演变,lxm,3.2 OSI协议体系结构,3.2.1 OSI基本模型要点3.2.2 七层模型3.2.3 数据单元3.2.4 逐层封装,lxm,3.2.1 OSI基本模型要点,OSI/BRM：概念要点七层模型根据开放系统功能从逻辑上划分为七个有序层组成一个
2、严格的层次性模型服务访问点（SAP）相邻层之间的服务通过SAP提供与使用数据单元（Data Unit）实体间数据转移的基本形式PDU：协议数据单元SDU：服务数据单元LAN/MAN中的DU：分组，这是基于分组的通信之基本特点OSI/BRM：过程要点每一层中的实体使用下一层实体提供的服务通过与对等实体的协议交互，完成本层功能向上一层实体提供增强了的服务,lxm,层次模型的基本要素,协议是实现功能、提供服务的基础，是计算机网络的灵魂,功能（要做什么）层内层次定义依据服务（为用户做什么）相邻层之间下层为上层提供的功能通过服务原语进行交互接口（SAP）相邻层之间相邻层间的通信操作协议（有什么规则）对等
3、层之间对等层间的通信规则,n/n+1接口(SAP),第n层,第n层功能,第n层协议,第n+1层,向第n+1层提供的服务,lxm,3.2.2 OSI 七层模型,通 信 介 质,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据连路层,物理层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据连路层,物理层,网络层,数据连路层,物理层,通 信 介 质,传输层协议,会话层协议,表示层协议,应用层协议,端系统A,端系统B,中继系统,实通信,虚通信,lxm,3.2.3 数据单元,服务数据单元：(N)SDU：用于相邻实体之间的原语交互最简单时就是：(N+1)PDU协议数据单元：(N)PDU：用于对等实体之间的协议交互
4、最简单时就是：(N)PCI+(N)SDU,(N+1)-PDU,(N)-SDU,(N)-PDU,N层协议头部,lxm,3.2.4 逐层封装,数据单元的封装与拆封源于：层次模型与数据单元的结合逐层加封数据沿物理通信的方向逐层向下传递并逐层加封头部，直到通过物理介质传输到对端系统逐层拆封则反之实通信逐层加封到由物理介质传输到对端系统再逐层拆封的机制虚拟通信各层交换的PDU,lxm,3.2.5 逐层封装：图,A,P,S,T,N,DL,Ph,DL-PDU,NH,T-PDU,TH,S-PDU,用户数据,A,P,S,T,N,DL,Ph,ES,ES,DLH,N-PDU,SH,P-PDU,PH,A-PDU,AH
5、,UD,PhH,lxm,3.3 协议参考模型,3.3.1 概述3.3.2 IEEE 802参考模型3.3.3 IEEE 802实现模型3.3.4 IEEE 802的端系统与中继系统3.3.5 IEEE 802协议族,lxm,3.3.1 概述,协议参考模型OSI参考模型：一个抽象的概念和基础框架TCP/IP参考模型：以N层为中心的实现模型802网络参考模型：LAN/MAN的参考模型802网络参考模型DL层：分成LLC/MAC子层目的是适应介质访问技术的复杂性Ph层：可以分成PMI/PMD子层以便在各种传输介质上构造高性能网络,lxm,3.3.2 802参考模型,802参考模型:802/RM（80
6、2 Reference Model）IEEE 802委员会提出、802标准的参考模型802/RM表达了局域网协议体系结构,对应OSI模型低二层：DL、PhDL层分为：LLC/MAC两个子层PH层分为：PMI和PMD模型中含有对介质的描述三个服务访问点LLC服务访问点：LSAPMAC服务访问点：MSAPPh服务访问点：PhSAP,lxm,3.3.2 IEEE 802参考模型-说明,802模型中的LLC子层、MAC子层逻辑链路控制子层：LLC与具体的局域网技术无关介质访问控制子层：MAC与具体的局域网技术相关单一的LLC协议为所有的802网络共用为所有的高层协议提供一致的服务访问点多种MAC协议可
7、更好的适应不同的局域网技术可以适应各种不同的介质访问技术设置的初衷似乎不错，但后来的发展未能如愿,lxm,3.3.2 IEEE 802参考模型-说明,802模型中的Ph层和介质物理层：Ph层Ph层过于复杂，无法恰当地归入一个模型将Ph层的子层划分放入了802实现模型参考模型包括了对传输介质的讨论OSI模型：通常不予以讨论传输介质不属于七层模型的一部分模型起源于广域网，并不直接面对物理介质局域网标准直接规范物理介质上的比特传输在802参考模型中包括了传输介质,lxm,3.3.3 IEEE 802实现模型,802实现模型特别加强了物理层的结构,DL,PHY,高层,MII,MDI,medium,LL
8、C,MAC,PMI,PMD,LLC：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,lxm,3.3.4 802中的端系统与中继系统,端系统与中继系统OSI模型中称为：ES、RS/ISLAN/MAN模型：应当注意区分802模型中称为端站（Station）网桥（Bridg
9、e）或交换机（Switch）TCP/IP中的习惯称呼主机（Host），简写为H路由器（Router），以简写为R,lxm,3.3.4 IEEE 802的端系统,IEEE 802 RM for ES摘自：Fig.1 IEEE std 802-2001,LLC：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 Acces
10、s Point 物理服务访问点,Application,Presentation,Session,Transport,Network,Data Link,Physical,Medium,Medium,Physical,Physical,MAC,LLC,MAC,LLC,Scope of IEEE 802 Standards,Upper Layer Protocols,Upper Layer Protocols,MSAP,LSAP,PhSAP,lxm,3.3.4 802中继系统参考模型,802网络中继系统（桥）参考模型摘自：Fig4-IEEE std 802-2001,LAN,LAN,MAC,LL
11、C,End Station,MAC,LLC,End Station,MAC,MAC,Relay,Bridge,MACService user,MACSublayer,Physical Layer,Media,Internal organization of the MAC sublayer with bridging,lxm,3.3.5 IEEE 802标准族,IEEE 802标准族成员及其相互关系摘自：IEEE std 802.1Q-2003,lxm,IEEE802.1:综述、编址、桥接、管理、IEEE802.2:屏蔽不同类型的LAN，向上提供一致的服务 IEEE802.3/11/15/16
12、/17，定义不同类型的LAN/MAN内容包括：MAC协议、物理接口、介质需求 所有的LAN具有相同的LLC子层及不同的MAC子层和物理层 不同的MAC和物理层构成了不同的LAN,3.3.5 IEEE 802标准族-简图,lxm,3.4 LLC层,3.4.1 LLC概述3.4.2 LLC服务3.4.3 LLC PDU3.4.4 LLC地址3.4.5 LLC协议应用模式,lxm,3.4.1 LLC概述,LLC协议：源于HDLC标准LLC提供DL层的功能两个站点间DL_PDU的传送支持共享介质上的多路访问组播/广播功能LLC：当年位于中心位置向下支持多种MAC协议向上层提供统一接口：LSAP当前的演
13、变、几乎退出实用,lxm,3.4.2 LLC服务,LLC提供的基本服务无确认无连接服务Unacknowledged connectionless-mode services连接式服务Connection-mode services有确认无连接式服务Acknowledged connectionless-mode services,lxm,3.4.3 PDU与数据封装,LLC头部：LLC协议信息含源/宿LLC地址（DA/SA）及其他控制信息MAC头部：MAC协议信息含源/宿MAC地址及其他控制信息MAC尾部：FCS，用于对MAC帧检错一般而言，协议头部在各层协议中是必要的 源、宿地址指明谁与谁通
14、信其他控制信息指明如何实现通信,lxm,IP IPX.,3.4.4 LLC地址,LLC地址是LLC的LSAP地址的简称LLC地址标识一个LLC用户LLC用户通常是网络层的一个实体网络层有多个用户：通常是多种网络层协议LLC/SAPLLC支持多重SAP每一个SAP都有自己的LLC地址,LLC,MAC,PHY,LLC,LSAP,lxm,3.4.4 LLC地址举例,LSAP分配：RFC1700-1994 LSAP 说明备注00000000Null LSAP IEEE01000000Indiv LLC Sublayer MgtIEEE11000000Group LLC Sublayer MgtIEEE
15、00100000SNA Path ControlIEEE01100000Reserved(DOD IP)RFC768/JBP01110000PROWAY-LANIEEE01110010EIA-RS 511IEEE01111010 SI IP JBP01110001PROWAY-LANIEEE01010101SNAPIEEE01111111 SO CLNS IS 8473 RFC926/JXJ11111111Global DSAPIEEE,lxm,3.5 MAC层,3.5.1 背景3.5.2 MAC层的功能3.5.3介质访问控制技术3.5.4 MAC帧结构3.5.5 MAC地址3.5.6 MAC
16、服务3.5.7 MAC帧发送与接收,lxm,3.5.1 背景,早期：局域网大都使用共享信道必须提供对传输介质进行访问控制的机制，这就是MAC协议目前：高性能局域网正在使用独享信道不需要介质访问控制协议在高性能局域网标准中，介质访问控制协议名存实亡以太网的CSMA/CD在点对点链路中并不使用万兆位以太网已经不支持共享信道MAC协议仍然是重要的研究课题在新的接入网技术中使用是学术论文的重要题材,lxm,3.5.2 MAC层功能,编址成帧帧发送与接收帧过滤介质访问控制向上层提供无连接的服务在端站系统中，MAC的功能由网卡（NIC）来完成 网卡硬件与主机独立，有CPU、ROM、RAM等 独立对MAC帧
17、进行处理，不占主机的时间和空间 介质访问管理 完成物理层的功能：编/解码，同步等,lxm,3.5.3 介质访问控制技术,共享信道环境一定需要信道访问控制信道访问控制面临的问题Where and who：在哪里控制？由谁控制？集中式控制分布式控制How：如何控制？静态分配与动态分配典型的控制机制轮转、预约、争用,lxm,3.5.3.1 典型MAC技术轮转,时间片轮转，各站点轮流得到传输时间片使用时间片长度可能受限仲裁：集中、分布皆可优点适用于各站点普遍需要发送数据重载性能好典型实例集中式：轮询分布式：令牌环,lxm,3.5.3.2 典型MAC技术预约,预约技术的基本特点各站点预约成功后方可传输数
18、据仲裁：集中、分布皆可,lxm,3.5.3.3 典型MAC技术争用,争用技术基本特点各站点竞争成功立即使用仲裁：通常是分布式仲裁优点轻载网络时延短典型实例是局域网最常用的MAC机制CSMA系列,lxm,3.5.4 MAC帧结构,MAC帧通用格式不同的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,lxm,3.5.5 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,lxm,3.5.5.1 MAC地址概述,LAN的MAC地址在LAN站点间识别的唯一标识LAN站点的相
19、互通信的地址在一个LAN中地址唯一MAC地址通常使用网卡的MAC地址MAC地址并不标识一个MAC用户而是标识MAC实体本身！,lxm,3.5.5.1 MAC地址概述,MAC地址是逻辑地址还是硬件地址？MAC地址是一个逻辑地址在形成MAC帧时使用的源或目的地址通常，首次初始化时直接使用网卡硬件地址MAC地址可以人工更改，如果更改了，则成帧时使用更改后的MAC地址注意：MAC地址的更改，并不等于网卡地址更改了！网卡地址是不能更改的！,lxm,3.5.5.1 MAC地址概述,地址长度：通常采用48位地址标准定义了16位、48位两种地址地址分类按管理策略分类：全局地址和局部地址全局地址：网卡的硬件地址
20、，全世界唯一局部地址：人为设置的地址，一个局域网内唯一按通信对象分类：广播、组播和单播地址MAC地址可以使用全局地址，也可使用局部地址,lxm,3.5.5.2（1）全局MAC地址,全局地址固化在网卡硬件上全局地址全世界唯一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 等等如使用全局地址，更换网卡则站点MAC地址随之改变好处：网上的新老设备不会发生地址冲突不利之处：地址不连续，管理不便,lxm,3.5.5.2（2）局
21、部MAC地址（本地地址）,本地地址由人工配置，可以根据需要更改一般只在本地网络中使用本地地址在本地网中唯一可按一定规律配置本地地址 如：楼号楼层号办公室等编址好处：主机更换网卡可不改变MAC地址（通过人工配置来保证）不利之处：加重管理员的负担，必须人工配置网卡坏了换新卡时必须重新配置特别提醒若不手动设置MAC地址，则站点的MAC地址采用网卡的固化地址如手动设置了MAC地址，则站点的MAC地址采用手动设置的地址,lxm,3.5.5.2 单播、组播、广播地址,单播地址（Uncast)表示一个站的唯一地址组播地址（mulitcast)表示一组站的地址广播地址(boardcast)LAN所有站都接收的
22、地址 48位全1FF-FF-FF-FF-FF-FF注：网卡能识别的地址：一般能识别单播地址和广播地址要接收组播帧，必须对网卡进行配置,单播为0组播为1,高6位,lxm,3.5.5.2 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）A、B将数据上交高层，其他站丢弃。A将数据上交高层，其他站丢弃。A、B、C、D各站都将数据上交高层。A、B、C、D各站都丢弃。,lxm,3.5.5.3 MAC地址表示法,802标准中的传送顺序高八位组先传、低八位组后传每八位组中，低位先传、高bit位后传M
23、AC地址示例(以下是线路上发送的顺序）0011 0101 0111 1011 0001 0010 0000 0000 0000 0000 0000 0001,Hexdecimal representation（IETF）十六进制表示法：AC-DE-48-00-00-80（机内存储顺序）Bit-reversed representation（IEEE）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,b7,b0,低到高位,lxm,3.5.6 MAC服务,数据发送请求MA-UNITDATA request数据到达指示MA-UNITDATA i
24、ndication发送状态指示MA-UNITDATA-STATUS indication向上层提供前一数据发送请求的状态信息仅具有本端含义例如，CSMA/CD网络中的“冲突过多”状态,lxm,3.5.6 MAC子层提供的服务质量,无连接，尽力而为 只负责将MAC帧尽可能快的传到信道 只简单的丢弃无效帧，无差错控制功能 帧中不含序号，丢失帧MAC子层不知道不保证可靠的服务，可靠性由上层保证,lxm,3.5.7 MAC帧发送与接收（网卡完成）,工作站对帧的发送MAC帧头中含源、目MAC地址目的MAC地址由上层提供目的MAC地址可为单播、组播或广播,lxm,3.5.7 MAC帧发送与接收（网卡完成）
25、,工作站对帧接收,丢弃无效帧什么是无效帧？,长度不是整字节数,lxm,3.6物理层概要,LAN标准中的物理层OSI物理层通常不包括传输介质然而802模型的物理层包括传输介质的使用规范介质的使用在LAN标准中十分重要LAN技术强烈地依赖于传输介质LAN直接在传输介质上传输位，这是LAN与WAN的区别LAN性能的提升强烈依赖于在介质上的传输技术更新802模型的物理层功能调制解调、高效编解码位同步与位传输物理层的详细内容十分复杂本课程不作深入讨论在具体以太网、无线局域网中进行深入讨论,lxm,3.7 802标准体系的演进,LLC设立的初衷LLC位于LAN参考模型的中心位置向上提供一致的服务供多个N层
26、协议使用向下使用多种LAN（MAC）提供的服务近年来发生了重大变化N层：IP协议几乎成了唯一MAC层：以太网正在占绝对优势LLC还是必要的？不再是必要的LLC正在退出实用（不再使用）！当前的趋势MAC(Ethernet)直接承载IP！,？,IP,IPX,Decnet,SNA,OSI,802.3,802.4,802.5,FDDI,ATM,lxm,3.7 802标准体系的演进,802网络的两种应用模式,如今，Ethernet采用 MAC帧直接封装IP,lxm,3.7 802标准体系的演进,802.3-1985模式使用LLC/PDU和MAC帧上层数据封装在LLC/PDU中可提供CO和CL等三种服务可
27、向多种高层协议提供服务IP、IPX、802.3-2002模式跳过LLC子层直接在MAC帧封装高层数据在TYPE段中表示高层数据类型只提供CO服务,lxm,3.8 参考文献,IEEE 802-2001Overview and ArchitectureIEEE 802.2-1998Logical Link ControlISO 7498-1/1994OSI Reference Model-The Basic Model,lxm,本章思考题,解释LLC SAP的含义。说明当今LAN中LLC层退出中心位置的主要原因。写出几种共享信道局域网的典型MAC技术，并说明每种MAC技术的特点。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。,
