介质访问控制子层
2017-03-31 14:18:30 0 举报AI智能生成
介质访问控制子层（MAC Sublayer）是数据链路层的一个关键组成部分，主要负责在物理网络中对数据传输进行有效的调度和管理。它通过使用特定的访问控制策略和协议，确保在同一网络中的多个设备之间实现有序、高效且无冲突的数据通信。MAC子层的主要功能包括：媒体接入控制、碰撞检测与避免、信道分配以及传输速率调整等。这些功能使得不同类型的网络设备能够协同工作，实现数据的可靠传输。总之，介质访问控制子层在数据链路层中起到了至关重要的作用，为网络通信提供了稳定、高效的基础。
作者其他创作
大纲/内容
4.高速Ethernet的研究与发展 P162
4.1Fast Ethernet
快速以太网Fast Ethernet是在传统10Mbps的Ethernet基础上发展起来的一种高速局域网。
1995年9月，IEEE 802委员会正式批准快速以太网FE标准---IEEE 802.3u。
保留着相同的帧格式与最小、最大帧长度等特征。
支持半双工与全双工工作模式。
增加了10Mbps与100Mbps速率自动协商功能。
4.2Gigabit Ethernet
千兆以太网（GE）运用在数据仓库、视频会议、三维图形、高性能计算机、存储区域网与云计算硬件平台等的建设中。
GE标准---IEEE 802.3z。 1998年2月IEEE 802委员会正式批准。
GE的传输速率达到了1000Mbps,但仍保留着传统的Ethernet的帧格式与最小、最大帧长度等特征。
GE 已成为大、中型局域网系统主干网的首选方案，有着广泛的应用前景。
4.3 10 Gigabit Ethernet
十千兆以太网（10GbE）2002年完成IEEE 802.3ae标准。
特点
保留着传统的Ethernet的帧格式与最小、最大帧长度的特征。
定义了介质专用接口10GMII，将MAC层与物理层分隔开。
只工作在全双工方式，不再采用CSMA/CD协议。
应用领域已经从局域网逐渐扩展到城域网与广域网的核心交换网之中。
10GbE的物理层协议分为：局域网物理层标准与广域网物理层标准。
局域网物理层 基于光纤与双绞线
广域网物理层 使用SONET/SDH光纤通道技术 或 直接采用光纤密集波分复用DWDM技术。
4.4 40 Gigabit Ethernet 与100 Gigabit Ethernet
4.5光以太网与城域以太网
5.Ethernet组网设备与组网方法 P168
5.1Ethernet基本的组网方法与设备
中继器
传输介质主要是同轴电缆。
中继器工作在物理层。
中继器工作不涉及帧的结构，不对帧的内容做任何处理。
中继器连接的几个缆段仍然属于一个局域网。
在一个局域网中使用中继器的数量是有限制的。
集线器
集线器用于10Base-T组网，传输介质为UDP，接口为RJ-45。
集线器组网物理结构上是星型，逻辑上是总线型结构。
在MAC层仍然采用CSMA/CD介质访问控制方法。
所有节点同属一个“冲突域”（或广播域）
5.2交换Ethernet与高速Ethernet组网方法
组建快速以太组网，需使用以下硬件设备：100Mbps集线器或100Mbps Ethernet交换机、10/100Mbps Ethernet网卡、双绞线或光纤。
组建千兆以太网，需使用：千兆以太网卡、千兆以太交换机、光纤或双绞线。
5.3局域网结构化布线的基本概念
结构化布线技术是指在一座办公大楼或群楼中安装的传输线路。
从用户角度看，结构化布线系统是使用一套标准的组网器件，按照标准的连接方法来实现的网络布线系统。
结构化布线系统所使用的组网器件包括：各类传输介质、介质的端接设备、连接器、各类插座与插头及跳线等。
结构化布线系统主要应用于建筑物综合布线系统、智能大楼布线系统、工业布线系统 三种环境。
6.局域网互联与网桥 P173
6.1局域网互联与网桥的基本概念
1.网桥的主要功能
（1）端口号与对应的MAC地址表的转发表生成与维护
（2）帧接受，过滤与转发
2.网桥的结构与基本工作原理
3.网桥转发表的生成与自学习算法
源路由网桥
透明网桥
6.2网桥的工作流程
1.学习过程
2.帧转发过程
6.3生成树协议
1.生成树协议研究的背景
2.生成树协议的基本概念
（1）生成树协议的作用
（2）网桥协议数据单元的作用
3.根网桥，桥优先级，端口优先级，路径成本的基本概念
（1）跟网桥
（2）路径成本
（3）端口优先级
4.生成树算法实现方法分析
6.4网桥与中继器，集线器，交换机的比较
1.网桥的特点
2.网桥与中继器，集线器，交换机的比较
7.无线局域网 P181
7.1无线局域网发展背景
无线局域网以微波、激光与红外线等无线电波作为传输介质，来全部或部分取代传统局域网中的双绞线与光纤。
无线局域网不仅能够满足移动和特殊应用领域网络的要求，还能覆盖有线局域网难以布线的位置。
无线局域网的发展速度相当快。
作为传统局域网的扩充
建筑物之间的互连
移动Internet漫游访问
无线自组网络
7.2扩频无线局域网
扩频通信是将信号扩展到更宽的频谱上传输，它是军事通信常用的抗干扰与保密通信技术。
以牺牲通信频带宽度为代价，来提高无线通信系统的抗干扰性与安全性。
跳频扩频通信（FHSS）是扩频技术中常用的一种方法。它的发送器以固定的时间间隔T，一次変换一个发送频率。
7.3无线局域网IEEE802.11标准
7.4IEEE802.11标准的MAC 层协议
2.Ethernet基本工作原理 P145
2.1Ethernet数据发送流程分析
1.Ethernet数据发送过程分析
2.Ethernet数据发送流程
CSM/CD的发送流程可以简单的概括4步
先听后发（载波侦听）
边听边发（冲突检测）
冲突停止
延迟重发
（1）载波侦听过程
总线忙
如果总线上已经有数据传输，总线的电平将会按曼彻斯特编码规律出现跳变
总线清闲
如果总线上没有数据在传输，总线的电平将不发生跳变
（2）冲突检测方法
1.最小帧长度与总线长度，发送速率之间的关系
冲突窗口
2D/V(D:总线传输介质的最大长度，V：电磁波在介质中的传播速度
发送一个最短帧的时间都要超过冲突窗口的时间
D<=VLmin/2S(L:短帧长度；S：主机发送速率）
最小帧长为64B
2.在网络环境中如何检测到冲突
比较法
编码违例子判决法
3.传播延时是发生冲突的原因
（3）发现冲突，停止发送
（4）随机延迟重发
第一步是发送冲突加强干扰序列
帧的最大重发次数为16
截至二进制指数后退延迟算法
T=2的k次*R*a(2的k次*R取整)
2.1Ethernet帧结构
1.Ethernet V2.0标准和IEEE 802.3标准的Ethernet帧结构区别
（1）前导码部分
（2）类型字段与长度字段
2.Ethernet帧结构分析
（1）前导码字段
足够长以使接收端进入稳定接收状态，实现收发双方比特同步
（2）目的地址和源地址字段
（3）类型字段
表示的是网络层使用的类型协议
802.3帧结构小于0X0600（1536）-长度，DIX帧结构大于等于0X0800（IP）-类型
（4）数据字段
46~1500B（最大传输单元），小于46B时需补充
（5）帧校验字段
CRC
2.3Ethernet接收流程的分析
1.Ethernet节点只要不发送数据帧就应该处于接收状态
2.帧目的地址检查
3.帧接受
4.帧校验
出错分为三种
帧校验错
帧长度错
帧比特位错
5.帧间最小间隔
2.4Ethernet网卡设计与物理地址
1.Ethernet网卡的设计方法
网卡又称网络接口适配卡或网络接口卡
2.Ethernet物理地址
（1）对Ethernet物理地址的管理方法
（2）Ethernet物理地址的表示方法
（3）Ethernet物理地址的唯一性
（4）关于全局管理/本地管理(G/L)位与单播/多播（I/G）位的规定
G/L=0表示本地管理的物理地址，用户可以任意分配，但是不能够保证这个地址是全球唯一的；G/L=1表示全局管理的物理地址。
每一个字节的最低位写在最左边
I/G=0表示单播地址；I/G=1表示多播地址；
2,5Ethernet物理层标准命名方法
3.交换式局域网与虚拟局域网技术 P155
3.1交换式局域网技术
1.交换机的四个基本功能
建立和维护一个表示MAC地址与交换机端口对应的映射表
在发送主机与接收主机端口之间建立虚连接
完成帧的过滤与开发
执行生成树协议，防止出现环路
2.局域网交换机的工作原理
交换式局域网的核心设备是局域网交换机，它是利用集成电路交换芯片在多个端口之间同时建立多个虚连接，以实现多对端口之间的并发传输
3.端口转发表的建立与维护
交换式局域网
借助端口—地址映射表
采用学习转发算法
“地址学习”是交换机通过检查帧的源地址与帧进入的交换机端口号之间的对应关系，来不断完善端口转化表的方法。
交换机
交换机工作在数据链路层
转发：源地址和目的地址都在映射表中
丢弃：源地址和目的地址为同一个端口
泛洪：目的地址不在映射表中
4.交换机的交换方式
直接交换方式
改进直接交换方式
存储转发交换方式
3.2虚拟局域网技术
1.虚拟局域网技术研究的背景
2.虚拟局域网与传统局域网的区别
3.VLAN的划分方法
1）基于交换机端口的VLAN划分方法
2）基于节点MAC地址的VLAN划分方法
3）基于网络层地址或协议的VLAN划分方法
4.IEEE 802.1 Q的基本内容
在Ethernet帧结构源地址和类型之间插入VLAN标记
5.VLAN数据帧交换过程分析
在VLAN组网过程中，网络管理员可以将交换机的一个端口设置为中继端口，也可以设置为普通端口。
6.VLAN技术的优点
1.局域网技术的发展与演变 P135
1.1局域网技术的研究与发展
局域网技术发展过程
1.Ethernet技术不是最早，但它是最成功的技术
2.目前，高速.交换局域网与无线局域网成为局域网的重点研究方向
介质访问控制的基本概念
当局域网中共享介质的多路访问产生冲突时，如何分配信道的使用权
介质访问控制的基本思路
1.中心控制
在局域网中设置一个中心控制主机，由它来决定主机发送数据的顺序
2.分布式控制
局域网中不存在中心控制主机，而是由每个主机各自决定是否发送数据，以及出现冲突时如何处理
解决三个基本问题
什么时候发送数据？
如何发现冲突？
发生冲突怎么办？
1.2介质访问控制方法CSMA/CD，Token Bus与TokenRing的比较
局域网的三种控制方法
以太网Ethernet
CSMA/CD的主要特点
介质访问控制方法算法简单，易于实现
一种随机访问的控制方法，适用于传输实时性不高的工作环境
在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐吕和延时特性
令牌环状
优点
能够提供优先级服务，适用于重负载的应用领域
缺点
环与令牌维护复杂，实现困难，组网成本高
特点
1.闭合环状结构
2.环中数据绕一个方向传播
3.令牌帧头有一位用于标志令牌的忙.闲
4.令牌单向逐站传播
令牌总线型
优点
在重负载情况下信道利用率高，并且能够支持优先级服务
缺点
复杂，需要完成大量的逻辑环维护工作
特点
1.利用令牌控制节点访问公共总线
2.预先确定节点获得令牌的顺序，逻辑上为环状
确定性介质访问控制Token Bus,Token Ring的主要特点
适用于对数据传输实时性要求比较高的应用环境
适用于通信负荷较重的应用环境
维护过程复杂，难以实现
1.3Ethernet技术的研究与发展
1.4局域网参考模型与协议标准
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