第四章介质访问控制子层思维导图

U861296713

2024-04-27

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访问控制

数据交换

控制子层

多路访问协议，以太网，链路层交换等内容讲解

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思维导图大纲

4.1 信道分配问题

局域网信道

总线拓扑

星型拓扑

环形拓扑

静态分配

频分复用（FDM）

时分复用（TDM）

动态分配

通过多路访问协议(Multiple Access Protocol)动态分配信道资源，提高信道利用率，也称为动态媒体接入控制/多点接入

4.2 多路访问协议

随机访问协议

ALOHA （想发就发）

纯ALOHA

分隙ALOHA

CSMA （发前先听，空闲发送）

持续式

P-持续

1-持续（CSMA/CD）

非持续式

受控访问协议

位图协议

二进制倒计数

令牌

有限竞争协议

自适应树

4.3 以太网

经典以太网

数据字段：46~1500字节

使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信(半双工通信)

每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性

这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。

交换式以太网

集线器（HUB）

内部连接所有线缆，道逻辑上等同于单根总线的经典以太网

所有站都位于同一个冲突域，必须使用CSMA/CD协议

对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有N个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的N分之一

交换机（Switch）

内部通过高速背板连接所有端口

每个端口都有独立的冲突域，在全双工模式下端口可以同时收发，则不需要CSMA/CD

可以实现并行传输

使用以太网交换机时，在每个端口到主机的带宽还是10Mb/s，但用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享

对于拥有N对端口的交换机的总容量为Nx10 Mb/s.

快速以太网

千兆以太网

万兆以太网

40G-100G以太网

4.4 数据链路层交换

交换原理

物理层设备扩充网络

中继器

光纤

集线器

数据链路层设备扩充网络

网桥或交换机

逆向学习源地址

过滤

泛洪

链路层交换机

LAN分段

传统LAN

交换机端口通常与集线器连接

使用交换机把LAN分段为更小的冲突域，交换机

现代LAN

直连PC，微分段，创建无冲突域

交换模式

带宽角度

对称交换

出入带宽相同

非对称交换

出入带宽不同

转发时机角度

存储转发模式

特点

转发前必须接收整个帧、执行CRC校验

缺点

延迟大

优点

不转发出错帧、支持非对称交换

直通模式

特点

一旦接收到帧的目的地址，就开始转发

缺点

能转发错误帧、不支持非对称交换

优点

延迟非常小，可以边入边出

无碎片模式

特点

接收到帧的前六十四字节即开始转发

缺点

仍可能转发错误帧，不支持非对称交换

优点

过滤了冲突碎片，延迟和转发错帧介于存储转发和直通交换之间

生成树协议

冗余拓扑

导致物理环路

广播风暴

重复帧

MAC地址表不稳定

生成树协议

选举根桥(Root Bridge)

同一广播域中的所有交换机均参与选举桥ID最小的交换机(网桥)成为生成树的根在给定广播域内只有一个根桥，其它均为非根桥根桥的所有端口都处在转发状态

为每个非根桥选出一个根端口(Root Port)

每个非根桥，通过比较其每个端口到根桥的根路径开销，选出根端口具有最小根路径开销的端口被选作根端口如果多个端口的根路径开销相同，则端口ID最小的端口被选作根端口非根桥只能有一个根端口，根端口处于转发状态。

为每个网段确定一个指定端口

对于每一个网段，在所有连接到它的交换机(网桥)端口中进行选择一个具有最小根路径开销的端口，作为该网段的指定端口指定端口处于转发状态，负责该网段的数据转发连接该网段的其他端口，若既不是指定端口，也不是根端口，则阻塞

虚拟局域网（VLAN）

类型

基于端口

Access端口

接收处理

一般只接收“未打标签”的普通以太网MAC帧

根据PVID“打标签”，即插入4个字节VLAN标记字段，字段中VID取值与PVID一致

发送处理

若帧中的VID与端口的PVID相等，则“去标签”并转发该帧，否则不转发

Trunk端口

接收处理

接收“已打标签”帧，而不管VID

接收“未打标签”帧，根据PVID打标签

发送处理

对VID等于端口PVID的帧，去标签再转发;不等直接转发

Hybrid端口

接收处理

收“已打标签”的数据帧，而不管数据帧中的VID是否等于端口的PVID

接收“未打标签”的数据帧，根据端口的PVID值给帧“打标签”，即插入4字节VLAN ID字段，字段中的VID取值与端口PVID取值相等

发送处理

查看数据帧中的VID是否在端口的“去标签”列表中: 如果存在，则去掉“标签”再转发; 如果不存在，则直接转发。

基于MAC地址

基于协议

基于子网

4.5 无线局域网

概述

定义

无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN):指以无线信道作为传输介质的计算机局域网

设计目标

针对小的覆盖范围(受限的发射功率) 使用无需授权的频谱(ISM频段) 面向高速率应用能够支持实时和非实时应用

组网模式

有固定基础设施的WLAN

无固定基础设施的WLAN

体系结构

LLC层

MAC层

PLCP层

PMD层

介质访问控制

DCF CSMAICA(强制的)

采用随机退避避免冲突

接收端要给确认(not for broadcasts)

DCF/RTSICTS(可选的)

对信道预约来解决隐藏站和暴露站问题

PCF(可选的)

AP轮询各终端

退避算法

虚拟载波监听

让源站将它要占用信道的时间(包括目的站发回确认帧所需的时间)通知给所有其他站

其他所有站在这一段时间都停止发送数据

帧格式

帧控制

协议版本:通常为0 类型和子类型:如果子类型的最后一位设置为1，表示是QoS数据帧更多段:用于长帧被分段的情况，1表示不是最后一段重传:表明当前帧是以前帧的重传电源管理:1表示节能模式;0表示活跃状态更多数据:指明有更多的数据要发送(缓存) 安全保护:1表明采用802.11标准的安全机制，对数据进行保护顺序:1指示接收者必须严格按照顺序处理

持续时间

下一个要发送帧可能持续的时间(NAV)或关联ID(AID)

地址1-4

个地址的含义基于“去往DS”和“来自DS”域段确定

顺序控制

过滤掉重复帧，或用于分片组合

QoS控制域段

存放数据流的QoS信息

数据

包含任意长度的数据(0-2312字节)

CRC检验

802.11采用4个字节的校验码