数据链路层的MAC子层和LLC子层以太网交换基础启动交换机.ppt
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1、本章内容,数据链路层的MAC子层和LLC子层 以太网 交换基础 启动交换机,课程议题,数据链路层的 MAC子层和LLC子层,数据链路层的MAC子层和LLC子层,为了降低局域网的数据链路层的复杂度,将其分成两个子层: 逻辑链路控制(MAC)子层 媒体访问控制(LLC)子层,媒体访问控制子层,制定如何使用传输媒体的通信协议 ,主要功能有: 数据帧的封装和解封装,包括寻址和错误检测 介质的管理,包含介质分配(避免碰撞)和竞争裁决(碰撞处理) 设置网络设备的硬件地址,用以识别物理设备 IEEE 802标准中为MAC地址,MAC地址的结构,由48位二进制数组成,通常表示为12个16进制数 前24位是厂商
2、识别码,后24位是节点标识符 分为三类: 单播:第1个字节的最低位为0,可作为目的地址和源地址 组播:第1个字节的最低位为1,仅能作为目的地址 广播:48位全部为1,逻辑链路控制子层,控制信号交换和数据流量,解释上层通信协议传来的命令并且产生响应 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务 IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准,屏蔽不同MAC子层之间的差异,课程议题,以太网,以太网概述,20世纪70年代产生于施乐公司 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质,为共享式以太网,会产生冲突 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题 197
3、8年,DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的标准,成为DIX标准 1983年,DIX标准演变成IEEE 802.3标准 随着以太网技术的发展,百兆、千兆、万兆的标准相继出台,共享信道内的冲突问题,任意时刻信道只能传输一路数据 每台主机发出的数据可以被其他所有主机所接收 如果有两台主机同时发送数据,则产生冲突,冲 突,CSMA/CD,CSMA/CD:带有冲突检测的载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access/Collision Derect) 载波侦听:发送结点在发送数据之前,必须侦听传输介质(信道)是否处于空闲状态。 多路访问:
4、具有两种含义,既表示多个结点可以同时访问信道,也表示一个结点发送的数据可以被多个结点所接收。 冲突检测:发送结点在发出数据的同时,还必须监听信道,判断是否发生冲突,CSMA/CD,主机在发送数据前监听信道,如果空闲,则发送;如果忙,则退避等待,如果两台主机同时监听到信道空闲并发生数据,则发生冲突,冲 突,发送阻塞信号并退避等待,CSMA算法,非坚持算法 如果传输信道是空闲的,则可以立即发送 如果信道是忙的,则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后,再重复前一步骤 1-坚持算法 如果传输信道空闲的,则可以立即发送 如果信道是忙的,则继续监听,直至检测到信道空闲,然后立即发送 如果有冲突(在一段时
5、间内未收到肯定的回复),则等待一个随机时间,重复步骤前面2步 P-坚持算法 首先监听总线,如果传输信道是空闲的,则以概率P进行发送,而以(1-P)的概率延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传输时延的2倍。 延迟一个时间单位后,再重复第一步。 如果传输信道是忙的,则继续监听直至信道空闲并重复第一步。,带冲突检测的CSMA,发送站点传输过程中仍继续监听信道,以检测是否发生冲突 如果发生冲突,就立即停止发送,并向总线上发一串阻塞信号以通知其他节点 需要最小帧长度的限制,以便冲突能够被检测到 优点: 原理简单,技术上容易实现,不需集中控制,不提供优先级控制 缺点: 在网络负载增大时,发送时间增长
6、,发送效率急剧下降,以太网帧格式,历史上出现过多种以太网帧格式 1980年,DEC、Intel、Xerox制订了DIX Ethernet I的标准 1982年,DEC、Intel、Xerox又制订了DIX Ethernet II的标准 1982年,IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3,定义了802.3 SAP帧格式 1983年,Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式 1985年,IEEE推出IEEE 802.3规范,后来为解决Ethernet II与802.3帧格式的兼容问题,推出折衷的802.3 SNAP格式 现在最常见的是:Ether
7、net II、802.3 SAP和SNAP,Ethernet II标准的帧格式,类型/长度字段的值大于或等于0x0600时,表示上层数据使用的协议类型,例如0x0806表示ARP请求或应答,0x0800表示IP协议;,802.3 SAP和SNAP标准的帧结构,类型/长度字段的值小于0x0600时,表示以太网用户数据的长度 需要LLC子层的封装以指明上层协议类型,以太网技术的发展,共享式以太网 10BASE5 10BASE2 10BASE-T/F 交换式以太网 10BASE-T/F 100BASE-T4/TX/FX 1000BASE-T/SX/LX ,课程议题,交换基础,交换机工作原理,根据第2
8、层MAC地址,通过一种确定性的方法在端口之间来转发帧 交换机的三项主要功能: 学习 转发/过滤 消除环路 MAC地址表:存储地址到端口的映射关系的数据库,地址学习,E0: E1: E2: E3:,MAC地址表,E0,E1,E2,E3,主机A: 00-D0-F8-00-11-11,主机B: 00-D0-F8-00-22-22,主机C: 00-D0-F8-00-33-33,主机D: 00-D0-F8-00-44-44,初始的MAC地址表为空,地址学习,E0: 00-D0-F8-00-11-11 E1: E2: E3:,MAC地址表,E0,E1,E2,E3,主机A: 00-D0-F8-00-11-1
9、1,主机B: 00-D0-F8-00-22-22,主机C: 00-D0-F8-00-33-33,主机D: 00-D0-F8-00-44-44,主机A发给主机C的数据帧将被泛洪,同时MAC地址表中增加主机A和端口E0的映射关系,地址学习,MAC地址表,E0: 00-D0-F8-00-11-11 E1: E2: 00-D0-F8-00-33-33 E3:,E0,E1,E2,E3,主机A: 00-D0-F8-00-11-11,主机B: 00-D0-F8-00-22-22,主机C: 00-D0-F8-00-33-33,主机D: 00-D0-F8-00-44-44,主机C回复后,它的MAC地址和端口E3
10、的映射关系也将被写入MAC地址表,地址学习,MAC地址表,E0: 00-D0-F8-00-11-11 E1: 00-D0-F8-00-22-22 E2: 00-D0-F8-00-33-33 E3: 00-D0-F8-00-44-44,E0,E1,E2,E3,主机A: 00-D0-F8-00-11-11,主机B: 00-D0-F8-00-22-22,主机C: 00-D0-F8-00-33-33,主机D: 00-D0-F8-00-44-44,随着这个过程不断重复,最终建立起完整的MAC地址表,转发/过滤,E0: 00-D0-F8-00-11-11 E1: 00-D0-F8-00-22-22 E2:
11、 00-D0-F8-00-33-33 E3: 00-D0-F8-00-44-44,MAC地址表,E0,E1,E2,E3,主机A: 00-D0-F8-00-11-11,主机B: 00-D0-F8-00-22-22,主机C: 00-D0-F8-00-33-33,主机D: 00-D0-F8-00-44-44,单播帧依据MAC地址表进行转发/过滤,转发/过滤,E0: 00-D0-F8-00-11-11 E0: 00-D0-F8-00-55-55 E1: 00-D0-F8-00-22-22 E2: 00-D0-F8-00-33-33 E3: 00-D0-F8-00-44-44,MAC地址表,E0,E1,
12、E2,E3,主机E: 00-D0-F8-00-55-55,主机B: 00-D0-F8-00-22-22,主机C: 00-D0-F8-00-33-33,主机D: 00-D0-F8-00-44-44,主机A: 00-D0-F8-00-11-11,如果一个端口上连接多台主机,依然能够进行过滤,帧转发方式,直通转发:交换机收到帧头(通常只检查14个字节)后立刻察看目的MAC地址并进行转发,帧转发方式,存储转发:接收完整的帧,执行完校验后,转发正确的帧而丢弃错误的帧,帧转发方式,无碎片直通转发:交换机读取前64个字节后开始转发,课程议题,启动交换机,交换机的端口和指示灯,锐捷RG-S2126G系列增强型
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