概述:
為什麼需要媒體通路控制子層(MAC)?
媒體通路控制子層(MAC)是區域網路體系結構中劃分的子層,多路通路鍊路采用共享媒體連接配接所有站點.發送站點通過廣播方式發送資料并占用整個帶寬,如果有多個站點同時發送資訊,就會産生沖突,而在點對點鍊路網絡中就不會存在這樣的問題,因為在點對點網絡中,目的節點是唯一的,不需要尋址,雙方之間的通訊也隻在彼此之間産生,不會有其他使用者占用這個傳輸媒體,是以,為了解決多路通信中媒體征用的問題,IEEE把這種通路共享媒體的功能專門劃分出了一個子層,就是媒體通路控制子層(MAC).
MAC的功能:
一是用來尋址(這裡指MAC位址),尋找目的節點.
二是用來解決網絡中多個使用者争搶共享信道的現象.
為什麼MAC子層之上又定義了一個LLC子層(邏輯鍊路控制子層)?
從MAC功能上來看,MAC并不能保證可靠資料的傳輸,為了做到這一點,在其之上又增加了一個LLC,用來保證資料的可靠性傳輸,來為網絡層提供服務.
說到共享信道,先來提一下信道的分類.
點對點信道:有兩個沒有經過任何中間裝置的節點構成的信道.點對點信道封裝的是點對點類型的資料鍊路層協定(PPP協定).
廣播信道:一個信道被多條鍊路共享,一個節點發送的資料會被多個節點收到,對應的鍊路就是廣播鍊路,廣播信道封裝是廣播型資料鍊路層協定(以太網協定,WLAN協定).
MAC位址是什麼?
在區域網路中,MAC的作用是用來找到我們要進行通信的計算機,MAC位址分為源位址(發送發的MAC位址),和目标位址(接收方MAC位址),源位址是單點傳播位址(也叫單點傳播幀),目标位址可能是單點傳播位址,也可能是多點傳播位址,或廣播位址.
單點傳播位址:全球唯一,每個網卡上都有自己的一個MAC位址.
MAC位址的幀格式:
如何解決媒體争用?
在區域網路中解決方案有CSMA協定(載波偵聽多路通路),CSMA/CD協定(帶沖突檢測的載波偵聽多路通路),後者是前者的改進版.
在WLAN網絡中解決方案是CSMA/CA協定,也是CSMA協定的改進版.
CSMA/CD的工作過程:
- 發送資料幀前先監聽信道,信道忙,則持續監聽,直到信道空閑,信道一旦空閑則立即發送資料.
- 邊發送邊檢測沖突,如果發送完畢都沒有檢測到沖突,則發送成功.
- 如果檢測到沖突,則停止發送,并發送一個32位幹擾信号(阻塞信号),以加強沖突信号,采用二進制指數退避算法随機延遲一段時間後,再重複以上步驟.
流程圖:
以太網(802.3)的實體層:
擴充區域網路:
用網橋(bridge)連接配接若幹區域網路(LAN)可以構造一個更大的區域網路,成為橋接區域網路或者擴充區域網路.
原來的區域網路成為了擴充區域網路的一部分,稱為這個擴充區域網路的一個網段,
百度百科是這樣定義網橋的:
網橋（Bridge）像一個聰明的中繼器。中繼器從一個網絡電纜裡接收信号， 放大它們，将其送入下一個電纜。相比較而言，網橋對從關卡上傳下來的資訊更敏銳一些。網橋是一種對幀進行轉發的技術，根據MAC分區塊，可隔離碰撞。網橋将網絡的多個網段在資料鍊路層連接配接起來
802.1d協定(STP 生成樹協定):
生成樹協定的設計目的是要使二級交換網絡中不存在二層環路,那麼什麼是環路呢?
假設現在有兩個交換機B,C之間有兩條鍊路,主機A,D分别連接配接B,C.主機A在某一時刻發送了一個廣播包到達了交換機A,交換機A接到廣播信号,會通過兩條鍊路向交換機B發送,這樣交換機B就會受到兩個廣播信号,收到以後他也會通過兩條鍊路向A廣播,這樣就形成了一個惡性循環,也就是形成了廣播風暴,造成大量的網絡裝置,和帶寬資源的浪費.
上面說的兩條鍊路成為"備援鍊路",在顯示網絡設計中大量存在,本來的設計目的是當一條鍊路失效以後,另一條備援鍊路可以馬上接管所有工作,當然實際中備援鍊路會帶來廣播風暴隐患.
STP的工作原理是把整個交換網絡看作是一個生成樹執行個體,稱之為公共生成樹(CST),STP就是把一個實體網絡拓撲結構變成無歡路的邏輯拓撲結構,采用兩項主要技術:一是通過選舉,使得交換網絡中各個交換機處于特定的角色,另一個就是把交換機之間連接配接的端口劃分為不同的角色,使可能形成環路的交換機端口在正常工作時處于堵塞狀态.
802.1q協定(VLAN 虛拟區域網路):
如圖,如果網橋隻在具有相同顔色的端口之間轉發幀,就會把原來的區域網路分割成多個多個互相隔離的小的區域網路,稱之為虛拟區域網路(VLAN).
虛拟區域網路顧名思義,是一個虛拟的或者說邏輯的LAN,并不是一個實體的LAN,上面圖中用的是網橋,實際更多的使用交換機,那麼網橋和交換機有什麼差別呢?
這是一個網絡上的一個總結:
區域網路交換機的基本功能與網橋一樣，具有幀轉發、幀過濾和生成樹算法功能。但是，交換機與網橋相比還是存在以下不同：
（1）交換機工作時，實際上允許許多組端口間的通道同時工作。是以，交換機的功能展現出不僅僅是一個網橋的功能，而是多個網橋功能的集合。即網橋一般分有兩個端口，而交換機具有高密度的端口。
（2）分段能力的差別
由于交換機能夠支援多個端口，是以可以把網絡系統劃分成為更多的實體網段，這樣使得整個網絡系統具有更高的帶寬。而網橋僅僅支援兩個端口，是以，網橋劃分的實體網段是相當有限的。
（3）傳輸速率的差別
交換機與網橋資料資訊的傳輸速率相比，交換機要快于網橋。
（4）資料幀轉發方式的差別
網橋在發送資料幀前，通常要接收到完整的資料幀并執行幀檢測序列FCS後，才開始轉發該資料幀。交換機具有存儲轉發和直接轉發兩種幀轉發方式。直接轉發方式在發送資料以前，不需要在接收完整個資料幀和經過32bit循環備援校驗碼CRC的計算檢查後的等待時間。
其實,我們隻要把一個VLAN看成一個交換機(虛拟的),許多問題就比較好了解了,因為虛拟交換機和實體交換機有相同的基本屬性,同一實體交換機上的不同VLAN之間就好像隻有邏輯連接配接,沒有實體連接配接的不同實體交換機一樣,既然沒有實體連接配接,那麼不同的VLAN肯定是不能互相通信的,即使這些VLAN的成員處于同一IP網段.
虛拟區域網路的幀頭部格式: