第4章 局域網(wǎng)

1、 2021年7月17日2/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n第第1 1章章概述概述n第第2 2章章物理層與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)物理層與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)n第第3 3章章數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層n第第4 4章章局域網(wǎng)局域網(wǎng)n第第5 5章章網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層n第第6 6章章網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)n第第7 7章章傳輸層傳輸層n第第8 8章章應(yīng)用層應(yīng)用層n第第9 9章章網(wǎng)絡(luò)管理與信息安全網(wǎng)絡(luò)管理與信息安全n第第1010章章網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)專題網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)專題3/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江4.14.1局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)概述4.24.2以太網(wǎng)以太網(wǎng)4.34.3無線局域網(wǎng)（無線局域網(wǎng)（WLANWLAN）4.44.4高速局

2、域網(wǎng)高速局域網(wǎng)4.54.5局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)4/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江4.1.1 4.1.1 局域網(wǎng)的特點(diǎn)局域網(wǎng)的特點(diǎn)4.1.2 4.1.2 局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4.1.3 4.1.3 局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)5/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江(1) (1) 覆蓋的地理范圍比較小，通常為覆蓋的地理范圍比較小，通常為1010公里以內(nèi)公里以內(nèi)(2) (2) 數(shù)據(jù)傳輸速率高數(shù)據(jù)傳輸速率高(3) (3) 誤碼率低誤碼率低(4) (4) 局域網(wǎng)一般為一個單位或部門所獨(dú)有，而不是公共的局域網(wǎng)一般為一個單位或部門所獨(dú)有，而不是公共的或者商用的公共服務(wù)設(shè)施或者商用

3、的公共服務(wù)設(shè)施6/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n總線結(jié)構(gòu)所有結(jié)點(diǎn)都直接連接到共享信道總線結(jié)構(gòu)所有結(jié)點(diǎn)都直接連接到共享信道n環(huán)型結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)通過點(diǎn)到點(diǎn)鏈路與相鄰結(jié)點(diǎn)連接環(huán)型結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)通過點(diǎn)到點(diǎn)鏈路與相鄰結(jié)點(diǎn)連接n星型結(jié)構(gòu)所有結(jié)點(diǎn)都連接到中央結(jié)點(diǎn)星型結(jié)構(gòu)所有結(jié)點(diǎn)都連接到中央結(jié)點(diǎn)BusABCCRingADCBTStarABCA7/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江1. 1. 局域網(wǎng)參考模型局域網(wǎng)參考模型8/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江2. 2. IEEE 802IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)9/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江3. 3. 物理層物理層n802模型的物理層與模型的物理

4、層與OSI/RM的物理層的作用基本的物理層的作用基本一致，主要是確保在通信信道上二進(jìn)制位信號的一致，主要是確保在通信信道上二進(jìn)制位信號的正確傳輸。其主要功能包括信號的編碼與解碼、正確傳輸。其主要功能包括信號的編碼與解碼、前導(dǎo)的生成與去除（該前導(dǎo)用于同步）、二進(jìn)制前導(dǎo)的生成與去除（該前導(dǎo)用于同步）、二進(jìn)制位信號的發(fā)送與接收等。位信號的發(fā)送與接收等。 n802模型的物理層還包括對傳輸媒體和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的模型的物理層還包括對傳輸媒體和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的說明。說明。 10/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江4. 4. MACMAC子層子層n必須提供相應(yīng)的機(jī)制來控制對傳輸媒體的訪問，必須提供相應(yīng)的機(jī)制來控制對傳

5、輸媒體的訪問，以便使之更加有序和有效以便使之更加有序和有效。n訪問訪問控制技術(shù)控制技術(shù)n為了為了更好地響應(yīng)站點(diǎn)的及時請求，局域網(wǎng)一般采更好地響應(yīng)站點(diǎn)的及時請求，局域網(wǎng)一般采用用動態(tài)分配信道的異步機(jī)制動態(tài)分配信道的異步機(jī)制。同步：信道分割同步：信道分割異步：信道共享異步：信道共享11/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n異步機(jī)制分為三種：異步機(jī)制分為三種：時間片輪轉(zhuǎn)、預(yù)約和競爭時間片輪轉(zhuǎn)、預(yù)約和競爭。n在在時間片輪轉(zhuǎn)時間片輪轉(zhuǎn)中，每個結(jié)點(diǎn)按照一定的時間順序得中，每個結(jié)點(diǎn)按照一定的時間順序得到傳輸時間片。在該時間片輪到某一個站點(diǎn)時，站到傳輸時間片。在該時間片輪到某一個站點(diǎn)時，站點(diǎn)可以選擇是否進(jìn)

6、行傳輸。如果要進(jìn)行傳輸，傳輸點(diǎn)可以選擇是否進(jìn)行傳輸。如果要進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)臅r間不能超過該時間片的長度。當(dāng)該站點(diǎn)放棄傳的時間不能超過該時間片的長度。當(dāng)該站點(diǎn)放棄傳輸機(jī)會或者完成傳輸后，時間片被傳遞給下一個邏輸機(jī)會或者完成傳輸后，時間片被傳遞給下一個邏輯站點(diǎn)。輯站點(diǎn)。n令牌環(huán)令牌環(huán)和和令牌總線令牌總線中的令牌傳遞（中的令牌傳遞（Token PassingToken Passing）方法采用的就是時間片輪轉(zhuǎn)機(jī)制。方法采用的就是時間片輪轉(zhuǎn)機(jī)制。12/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n采用采用預(yù)約預(yù)約技術(shù)時，媒體訪問的時間被分成一些時技術(shù)時，媒體訪問的時間被分成一些時槽。一個站點(diǎn)需要傳輸數(shù)據(jù)時，需

7、要預(yù)約一些時槽。一個站點(diǎn)需要傳輸數(shù)據(jù)時，需要預(yù)約一些時槽。槽。城域網(wǎng)的城域網(wǎng)的DQDB協(xié)議采用的就是預(yù)約機(jī)制。協(xié)議采用的就是預(yù)約機(jī)制。n在在競爭競爭機(jī)制中，沒有相應(yīng)的控制站點(diǎn)來決定誰來機(jī)制中，沒有相應(yīng)的控制站點(diǎn)來決定誰來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所有的站點(diǎn)都展開競爭以獲取對進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所有的站點(diǎn)都展開競爭以獲取對共享媒體的訪問權(quán)。這種機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，共享媒體的訪問權(quán)。這種機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，并且在低負(fù)荷和中等負(fù)荷時性能最好，只是在重并且在低負(fù)荷和中等負(fù)荷時性能最好，只是在重負(fù)荷下性能會急劇下降。負(fù)荷下性能會急劇下降。以太網(wǎng)中以太網(wǎng)中CSMA/CDCSMA/CD 協(xié)議協(xié)議采用的就是競爭機(jī)制。采用的

8、就是競爭機(jī)制。13/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江5. 5. LLCLLC子層子層nLLCLLC子層的主要功能有：子層的主要功能有：(1) (1) 建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接。建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接。(2) (2) 提供與高層的接口。提供與高層的接口。(3) (3) 差錯控制。差錯控制。(4) (4) LLCLLC幀的封裝和拆卸。幀的封裝和拆卸。14/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江nLLCLLC幀、幀、MACMAC幀和高層幀和高層PDUPDU之間的關(guān)系之間的關(guān)系 n服務(wù)訪問點(diǎn)服務(wù)訪問點(diǎn)( (SAP)SAP)：SAPSAP提供了多個高層協(xié)議進(jìn)程共同使用提供了多個高層協(xié)

9、議進(jìn)程共同使用一個一個LLCLLC層實(shí)體進(jìn)行通信的機(jī)制。層實(shí)體進(jìn)行通信的機(jī)制。n控制控制：用于定義：用于定義LLCLLC幀類型。幀類型。LLCLLC定義了三種類型的幀：信定義了三種類型的幀：信息幀息幀( (I I幀幀) )、監(jiān)控幀、監(jiān)控幀( (S S幀幀) )和無編號幀和無編號幀( (U U幀幀) )。n信息信息：用于傳送用戶數(shù)據(jù)。：用于傳送用戶數(shù)據(jù)。 高層PDU DSAP SSAP 控制 信息 MAC 首部 MAC 數(shù)據(jù) MAC 尾部 LLC PDUMAC PDU15/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江4.2.1 4.2.1 以太網(wǎng)概述以太網(wǎng)概述4.2.2 4.2.2 以太網(wǎng)物理層以太網(wǎng)

10、物理層4.2.3 4.2.3 以太網(wǎng)以太網(wǎng)MACMAC子層協(xié)議子層協(xié)議4.2.4 4.2.4 二進(jìn)制指數(shù)退避算法二進(jìn)制指數(shù)退避算法4.2.5 4.2.5 以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的MACMAC幀格式幀格式4.2.6 4.2.6 交換式以太網(wǎng)交換式以太網(wǎng)16/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n以太網(wǎng)的核心思想起源于一種分組無線交換網(wǎng)以太網(wǎng)的核心思想起源于一種分組無線交換網(wǎng)-ALOHAALOHA。Norman Abramson Norman Abramson University of Hawaii University of Hawaii 17/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江nALOHAAL

11、OHA協(xié)議相當(dāng)簡單，只要一個站點(diǎn)想要傳輸信息幀，協(xié)議相當(dāng)簡單，只要一個站點(diǎn)想要傳輸信息幀，它就把信息幀傳輸出去。然后它聽一段時間，如果在它就把信息幀傳輸出去。然后它聽一段時間，如果在一段特定的時間內(nèi)收到了確認(rèn)，它就認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸成一段特定的時間內(nèi)收到了確認(rèn)，它就認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸成功；否則，傳輸站點(diǎn)等待一段隨機(jī)的時間后重發(fā)信息功；否則，傳輸站點(diǎn)等待一段隨機(jī)的時間后重發(fā)信息幀。由于兩個站點(diǎn)等待的時間是隨機(jī)的，所以它們再幀。由于兩個站點(diǎn)等待的時間是隨機(jī)的，所以它們再次沖突的可能性較小。若又發(fā)生了第二次沖突，站點(diǎn)次沖突的可能性較小。若又發(fā)生了第二次沖突，站點(diǎn)還是采用相同的規(guī)則重傳信息。如果在發(fā)生了好幾次還是

12、采用相同的規(guī)則重傳信息。如果在發(fā)生了好幾次重傳后仍得不到確認(rèn)，就只好放棄此次信息的傳輸。重傳后仍得不到確認(rèn)，就只好放棄此次信息的傳輸。18/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n早期的以太網(wǎng)使用的傳輸介質(zhì)是同早期的以太網(wǎng)使用的傳輸介質(zhì)是同軸電纜，造價較高。軸電纜，造價較高。n19901990年，年， 10Base-T10Base-T（雙絞線）（雙絞線）n19951995年，年， Fast EthernetFast Ethernet（雙絞線（雙絞線和光纖）和光纖）n19991999年，年，Gigabit EthernetGigabit Ethernet（屏蔽（屏蔽雙絞線和光纖）雙絞線和光纖）B

13、ob MetcalfeBob MetcalfeXerox Palo Alto Research CenterXerox Palo Alto Research Center19/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n以太網(wǎng)的物理層主要是對傳輸介質(zhì)進(jìn)行規(guī)范。以太網(wǎng)的物理層主要是對傳輸介質(zhì)進(jìn)行規(guī)范。IEEEIEEE為為同軸電纜、屏蔽雙絞線（同軸電纜、屏蔽雙絞線（STPSTP）、非屏蔽雙絞線（）、非屏蔽雙絞線（UTPUTP）和光纖定義了一套標(biāo)準(zhǔn)。和光纖定義了一套標(biāo)準(zhǔn)。nIEEEIEEE使用的命名標(biāo)準(zhǔn)含有三個部分：使用的命名標(biāo)準(zhǔn)含有三個部分： 10 BASE 2 10 BASE 21) 1) 速率速率

14、：表示每秒兆位的數(shù)據(jù)速率。：表示每秒兆位的數(shù)據(jù)速率。2) 2) 信號信號：表示信道上傳輸?shù)氖牵罕硎拘诺郎蟼鬏數(shù)氖腔鶐Щ鶐盘柣蛐盘柣蝾l帶頻帶信號。信號。3) 3) PHYPHY：表示物理介質(zhì)的質(zhì)地，以及早期版本中電纜段：表示物理介質(zhì)的質(zhì)地，以及早期版本中電纜段的最大長度，四舍五入到最近的的最大長度，四舍五入到最近的100100米的倍數(shù)。米的倍數(shù)。表示工作在表示工作在10 10 MbpsMbpsBASE BASE 代表采用基帶信號代表采用基帶信號2 2 表示每個網(wǎng)段最長為表示每個網(wǎng)段最長為185185米米20/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n以太網(wǎng)采用的媒體訪問控制協(xié)議是載波偵聽多路訪問

15、以太網(wǎng)采用的媒體訪問控制協(xié)議是載波偵聽多路訪問/ /沖突檢測（沖突檢測（CSMA/CDCSMA/CD）。）。 1. CSMA1. CSMA協(xié)議協(xié)議n“載波偵聽載波偵聽”的含義是指在使用傳輸介質(zhì)發(fā)送信息之的含義是指在使用傳輸介質(zhì)發(fā)送信息之前，先要偵聽前，先要偵聽(檢測檢測)介質(zhì)上有無信號傳送，即偵聽傳介質(zhì)上有無信號傳送，即偵聽傳輸介質(zhì)是否空閑。輸介質(zhì)是否空閑。n“多路訪問多路訪問”的含義是指多個有獨(dú)立標(biāo)識符的結(jié)點(diǎn)的含義是指多個有獨(dú)立標(biāo)識符的結(jié)點(diǎn)共享一條傳輸介質(zhì)。共享一條傳輸介質(zhì)。nCSMA方法又稱為方法又稱為“先聽后說先聽后說”方法（方法（LBT，Listen Before Talk）。）。 2

16、1/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江(1) (1) 非堅(jiān)持非堅(jiān)持CSMACSMA1) 1) 若媒體空閑就傳輸；否則，轉(zhuǎn)到第若媒體空閑就傳輸；否則，轉(zhuǎn)到第2)2)步。步。2) 2) 若媒體忙，等待一段隨機(jī)的重傳延遲時間，重復(fù)第若媒體忙，等待一段隨機(jī)的重傳延遲時間，重復(fù)第1)1)步。步。n優(yōu)點(diǎn)：減少沖突發(fā)生的可能性。優(yōu)點(diǎn)：減少沖突發(fā)生的可能性。n缺點(diǎn)：媒體利用率低。缺點(diǎn)：媒體利用率低。(2) 1 1堅(jiān)持堅(jiān)持CSMACSMA1) 1) 若媒體空閑就傳輸；否則，轉(zhuǎn)到第若媒體空閑就傳輸；否則，轉(zhuǎn)到第2)2)步。步。2) 2) 若媒體忙則繼續(xù)監(jiān)聽，直到檢測到信道空閑，然后立即傳輸。若媒體忙則繼續(xù)監(jiān)聽

17、，直到檢測到信道空閑，然后立即傳輸。3) 3) 如果有沖突，則等待一段隨機(jī)的時間后重復(fù)第如果有沖突，則等待一段隨機(jī)的時間后重復(fù)第1)1)步。步。n優(yōu)點(diǎn)：媒體利用率提高優(yōu)點(diǎn)：媒體利用率提高n缺點(diǎn)：沖突增加缺點(diǎn)：沖突增加22/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江(3) P P堅(jiān)持堅(jiān)持CSMACSMA1) 1) 若媒體空閑，以概率若媒體空閑，以概率P P傳輸，以概率傳輸，以概率(1-P)(1-P)延遲一時間延遲一時間單位單位。2) 2) 若媒體忙，繼續(xù)監(jiān)聽直到信道空閑，并重復(fù)第若媒體忙，繼續(xù)監(jiān)聽直到信道空閑，并重復(fù)第1)1)步。步。3) 3) 若傳輸延遲了一個時間單位，則重復(fù)第若傳輸延遲了一個時間

18、單位，則重復(fù)第1)1)步。步。n優(yōu)點(diǎn)：是非堅(jiān)持和優(yōu)點(diǎn)：是非堅(jiān)持和1 1堅(jiān)持算法的折中堅(jiān)持算法的折中n缺點(diǎn)：傳輸性能基于缺點(diǎn)：傳輸性能基于P P的取值。的取值。P P太小，讓試圖傳輸?shù)奶?，讓試圖傳輸?shù)恼军c(diǎn)等待時間太長站點(diǎn)等待時間太長; ; P P太大，沖突的可能性增大太大，沖突的可能性增大23/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江2. CSMA/CD2. CSMA/CD協(xié)議協(xié)議nCSMA/CDCSMA/CD又被稱為邊說邊聽（又被稱為邊說邊聽（LWTLWT）。）。n傳輸時間傳輸時間是指一個數(shù)據(jù)幀從一個站點(diǎn)開始發(fā)送，到該數(shù)據(jù)幀發(fā)送是指一個數(shù)據(jù)幀從一個站點(diǎn)開始發(fā)送，到該數(shù)據(jù)幀發(fā)送完畢所需的時間；當(dāng)

19、然，它也表示一個接收站點(diǎn)開始接收數(shù)據(jù)幀，完畢所需的時間；當(dāng)然，它也表示一個接收站點(diǎn)開始接收數(shù)據(jù)幀，到該數(shù)據(jù)幀接收完畢所需的時間到該數(shù)據(jù)幀接收完畢所需的時間。n傳播時間傳播時間是指從一個站點(diǎn)開始發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個站點(diǎn)開始接收數(shù)是指從一個站點(diǎn)開始發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個站點(diǎn)開始接收數(shù)據(jù)所需要的時間，也即載波信號從一端傳播到另一端所需的時間，據(jù)所需要的時間，也即載波信號從一端傳播到另一端所需的時間，稱為信號傳播時間稱為信號傳播時間。傳輸時間（傳輸時間（s s）= = 數(shù)據(jù)幀長度（數(shù)據(jù)幀長度（bitbit）/ / 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率（bpsbps）信號傳播時間信號傳播時間（ss）= = 兩站點(diǎn)兩站點(diǎn)間的距

20、離（間的距離（m m）/ / 信號傳播速度（一信號傳播速度（一般為般為200m/s200m/s）24/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n在在CSMA/CDCSMA/CD協(xié)議中，欲傳輸?shù)恼军c(diǎn)監(jiān)聽媒體并遵循以下協(xié)議中，欲傳輸?shù)恼军c(diǎn)監(jiān)聽媒體并遵循以下規(guī)則：規(guī)則：1) 1) 若媒體空閑就傳輸；否則，轉(zhuǎn)到第若媒體空閑就傳輸；否則，轉(zhuǎn)到第2)2)步。步。2) 2) 若媒體忙則繼續(xù)監(jiān)聽，直到檢測到信道空閑，然后若媒體忙則繼續(xù)監(jiān)聽，直到檢測到信道空閑，然后立即傳輸。立即傳輸。3) 3) 如果在傳輸?shù)倪^程中監(jiān)聽到?jīng)_突，它就發(fā)送一個短如果在傳輸?shù)倪^程中監(jiān)聽到?jīng)_突，它就發(fā)送一個短小的人為干擾信號，這個信號使得

21、沖突的時間足夠小的人為干擾信號，這個信號使得沖突的時間足夠長，讓其他的結(jié)點(diǎn)都能發(fā)現(xiàn)。長，讓其他的結(jié)點(diǎn)都能發(fā)現(xiàn)。4 4）所有結(jié)點(diǎn)收到干擾信號后，都停止傳輸，并等待一）所有結(jié)點(diǎn)收到干擾信號后，都停止傳輸，并等待一個隨機(jī)產(chǎn)生的時間間隙后重發(fā)（重復(fù)第個隨機(jī)產(chǎn)生的時間間隙后重發(fā)（重復(fù)第1 1）步）。步）。25/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江nCSMACSMA和和CSMA/CDCSMA/CD兩種協(xié)議在發(fā)生沖突時所浪費(fèi)的時間情兩種協(xié)議在發(fā)生沖突時所浪費(fèi)的時間情況況 26/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江nCSMA/CDCSMA/CD中一個站點(diǎn)用于檢測沖突所需要的最大時間中一個站點(diǎn)用于檢測沖突所

22、需要的最大時間 從信道的一端到另從信道的一端到另一端的傳播延遲一端的傳播延遲檢測沖突最多需要檢測沖突最多需要2的時間的時間27/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n算法思想算法思想：當(dāng)一個站點(diǎn)經(jīng)歷重復(fù)碰撞時，它應(yīng)退避一個更長的時：當(dāng)一個站點(diǎn)經(jīng)歷重復(fù)碰撞時，它應(yīng)退避一個更長的時間以補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的額外負(fù)載。間以補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的額外負(fù)載。n算法過程算法過程：n在一次沖突發(fā)生后，時間被分割成離散的時槽。在一次沖突發(fā)生后，時間被分割成離散的時槽。時槽長度時槽長度= = 2 2 對于對于10M10M以太網(wǎng)以太網(wǎng)，時槽的長度被設(shè)置為，時槽的長度被設(shè)置為512512位時間，即為位時間，即為51.2s51.2s。n第

23、一次沖突產(chǎn)生后，每個站點(diǎn)隨機(jī)等待第一次沖突產(chǎn)生后，每個站點(diǎn)隨機(jī)等待0 0或或1 1個時槽后重新發(fā)送。個時槽后重新發(fā)送。若有多個站點(diǎn)在沖突后又選擇了同一個等待時槽數(shù)，則它們將若有多個站點(diǎn)在沖突后又選擇了同一個等待時槽數(shù)，則它們將再次沖突。在第二次沖突后，它們會從再次沖突。在第二次沖突后，它們會從0 0、1 1、2 2、3 3中隨機(jī)挑選中隨機(jī)挑選一個數(shù)作為等待的時槽數(shù)。若又產(chǎn)生第三次沖突（發(fā)生的概率一個數(shù)作為等待的時槽數(shù)。若又產(chǎn)生第三次沖突（發(fā)生的概率為為0.250.25），則它們將從），則它們將從0 07 7（2 23 3-1-1）中隨機(jī)挑選一個等待的時）中隨機(jī)挑選一個等待的時槽數(shù)。槽數(shù)。28/

24、74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n一般而言，一般而言，n n次沖突后，等待的時槽數(shù)從次沖突后，等待的時槽數(shù)從0 02 2n n-1-1中隨機(jī)選出。但在達(dá)到中隨機(jī)選出。但在達(dá)到1010次沖突后，等次沖突后，等待的最大時槽數(shù)固定為待的最大時槽數(shù)固定為10231023，以后不再增加，以后不再增加了。在了。在1616次沖突后，站點(diǎn)放棄傳輸，并報告次沖突后，站點(diǎn)放棄傳輸，并報告一個錯誤。一個錯誤。n這種退避算法帶來一個這種退避算法帶來一個不良后果不良后果：沒有遇到過：沒有遇到過或遇到?jīng)_突次數(shù)少的站點(diǎn)比等待時間更長的站或遇到?jīng)_突次數(shù)少的站點(diǎn)比等待時間更長的站點(diǎn)更有機(jī)會得到媒體的訪問權(quán)。點(diǎn)更有機(jī)會得到

25、媒體的訪問權(quán)。 29/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江(1) (1) 前導(dǎo)前導(dǎo)：包含：包含8 8個字節(jié)。個字節(jié)。n用于通知接收端即將有數(shù)據(jù)幀到來，使接收端能夠用于通知接收端即將有數(shù)據(jù)幀到來，使接收端能夠利用曼徹斯特編碼的信號跳變來同步時鐘。利用曼徹斯特編碼的信號跳變來同步時鐘。(2) (2) 目的地址和源地址目的地址和源地址：各包含：各包含6 6個字節(jié)。個字節(jié)。n目的地址標(biāo)識了幀的目的地站點(diǎn)，源地址標(biāo)識了發(fā)目的地址標(biāo)識了幀的目的地站點(diǎn)，源地址標(biāo)識了發(fā)送幀的站點(diǎn)。送幀的站點(diǎn)。30/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江(3) (3) 類型類型：包含：包含2 2個字節(jié)。個字節(jié)。n類型域標(biāo)識了

26、在以太網(wǎng)上運(yùn)行的客戶端協(xié)議。使用類型域標(biāo)識了在以太網(wǎng)上運(yùn)行的客戶端協(xié)議。使用類型域，單個以太網(wǎng)可以向上復(fù)用不同的高層協(xié)議類型域，單個以太網(wǎng)可以向上復(fù)用不同的高層協(xié)議( (如如IPIP、IPXIPX、ARPARP等等) )。(4) (4) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：包含：包含0 015001500字節(jié)。字節(jié)。n數(shù)據(jù)域封裝了通過以太網(wǎng)傳輸?shù)母邔訁f(xié)議信息。每數(shù)據(jù)域封裝了通過以太網(wǎng)傳輸?shù)母邔訁f(xié)議信息。每個幀所能攜帶的用戶數(shù)據(jù)最長為個幀所能攜帶的用戶數(shù)據(jù)最長為15001500字節(jié)，字節(jié)，15001500字字節(jié)的限制是為了防止結(jié)點(diǎn)長時間地獨(dú)占傳輸媒體。節(jié)的限制是為了防止結(jié)點(diǎn)長時間地獨(dú)占傳輸媒體。31/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)

27、網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江(5) (5) 填充填充：包含：包含0 04646字節(jié)字節(jié)n該域是用于保證以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)幀的長度不能小于某該域是用于保證以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)幀的長度不能小于某個最小長度個最小長度6464字節(jié)（從目的地址域一直到校驗(yàn)和字節(jié)（從目的地址域一直到校驗(yàn)和域）。由于以太網(wǎng)幀中的目的地址、源地址、類型域）。由于以太網(wǎng)幀中的目的地址、源地址、類型和校驗(yàn)和字段總共占和校驗(yàn)和字段總共占1818字節(jié)，所以幀攜帶的數(shù)據(jù)最字節(jié)，所以幀攜帶的數(shù)據(jù)最少為少為4646字節(jié)。若從高層傳來的數(shù)據(jù)少于字節(jié)。若從高層傳來的數(shù)據(jù)少于4646字節(jié)，則字節(jié)，則通過填充來滿足限制。通過填充來滿足限制。(6) (6) 校驗(yàn)和校驗(yàn)和：

28、包含：包含4 4字節(jié)字節(jié)n這個這個3232位字段包括的值用來校驗(yàn)幀字段中數(shù)據(jù)位的位字段包括的值用來校驗(yàn)幀字段中數(shù)據(jù)位的完整性完整性( (不包括前導(dǎo)字段不包括前導(dǎo)字段) )。這個值通常為循環(huán)冗余。這個值通常為循環(huán)冗余校驗(yàn)校驗(yàn)(CRC)(CRC)碼。碼。 32/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的長度為什么不能小于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的長度為什么不能小于6464字節(jié)呢？字節(jié)呢？n以太網(wǎng)中的以太網(wǎng)中的CSMA/CDCSMA/CD是基于沖突檢測的協(xié)議。一個站點(diǎn)如果在是基于沖突檢測的協(xié)議。一個站點(diǎn)如果在傳送數(shù)據(jù)幀時檢測到了沖突信號，它就知道這個數(shù)據(jù)幀發(fā)生了傳送數(shù)據(jù)幀時檢測到了沖突信號，它就知道

29、這個數(shù)據(jù)幀發(fā)生了錯誤，然后立即停止傳送并等待一段隨機(jī)的時間重傳這個數(shù)據(jù)錯誤，然后立即停止傳送并等待一段隨機(jī)的時間重傳這個數(shù)據(jù)幀。但如果沖突信號返回到該站點(diǎn)時，數(shù)據(jù)幀已經(jīng)發(fā)完，則它幀。但如果沖突信號返回到該站點(diǎn)時，數(shù)據(jù)幀已經(jīng)發(fā)完，則它就不會重傳這個數(shù)據(jù)幀。就不會重傳這個數(shù)據(jù)幀。n要保證以太網(wǎng)的重傳的實(shí)現(xiàn)，就必須要保證以太網(wǎng)的重傳的實(shí)現(xiàn)，就必須保證發(fā)送站點(diǎn)收到?jīng)_突信保證發(fā)送站點(diǎn)收到?jīng)_突信號的時候，數(shù)據(jù)幀還沒有傳完號的時候，數(shù)據(jù)幀還沒有傳完。也就是。也就是要求站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的要求站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的時間不能小于最壞情況下的沖突檢測時間時間不能小于最壞情況下的沖突檢測時間。根據(jù)前面的描述，。根據(jù)前面的描述

30、，此時間為此時間為22（51.2s51.2s）。對于）。對于10M10M以太網(wǎng)來說，就是要保證以太網(wǎng)來說，就是要保證最小數(shù)據(jù)幀的長度必須要達(dá)到最小數(shù)據(jù)幀的長度必須要達(dá)到51.2sx10M bps=51251.2sx10M bps=512位，也即位，也即6464字節(jié)的長度。字節(jié)的長度。33/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n交換式以太網(wǎng)的核心是交換機(jī)（交換式以太網(wǎng)的核心是交換機(jī)（switchswitch）n當(dāng)一個站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，該幀首先被傳送到交換機(jī)的插卡當(dāng)一個站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，該幀首先被傳送到交換機(jī)的插卡上，獲得該幀的插卡判斷目的站點(diǎn)是否連在同一塊插卡上。上，獲得該幀的插卡判斷目的站點(diǎn)

31、是否連在同一塊插卡上。如果是的話，則將該幀復(fù)制到同一塊插卡的相應(yīng)連接器上。如果是的話，則將該幀復(fù)制到同一塊插卡的相應(yīng)連接器上。如果不是，則通過交換機(jī)的高速底板將數(shù)據(jù)幀復(fù)制到目標(biāo)插如果不是，則通過交換機(jī)的高速底板將數(shù)據(jù)幀復(fù)制到目標(biāo)插卡的相應(yīng)連接器上。通常，交換機(jī)的底板使用私有的協(xié)議，卡的相應(yīng)連接器上。通常，交換機(jī)的底板使用私有的協(xié)議，其運(yùn)行速度可達(dá)到好幾個其運(yùn)行速度可達(dá)到好幾個GbpsGbps。n不同插卡上可并行傳輸數(shù)據(jù)，同一插卡仍是共享式訪問不同插卡上可并行傳輸數(shù)據(jù)，同一插卡仍是共享式訪問。34/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江4.3.1 WLAN4.3.1 WLAN概述概述4.3.2

32、WLAN4.3.2 WLAN的應(yīng)用和優(yōu)勢的應(yīng)用和優(yōu)勢4.3.3 WLAN4.3.3 WLAN的基本技術(shù)的基本技術(shù)4.3.4 WLAN4.3.4 WLAN標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.11IEEE 802.114.3.5 WLAN4.3.5 WLAN展望展望35/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江1. WLAN1. WLAN的發(fā)展的發(fā)展19711971年，年，ALOHAALOHA2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代，建立終端結(jié)點(diǎn)控制器年代，建立終端結(jié)點(diǎn)控制器(TNC)(TNC)19851985年，年，F(xiàn)CCFCC授權(quán)普通用戶可以使用授權(quán)普通用戶可以使用ISMISM頻段頻段19901990年年1111

33、月月IEEEIEEE召開了召開了802.11802.11委員會，開始制訂無委員會，開始制訂無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。nIEEE 802.11IEEE 802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定是無線網(wǎng)絡(luò)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。IEEE 802.11IEEE 802.11規(guī)范了無規(guī)范了無線局域網(wǎng)絡(luò)的線局域網(wǎng)絡(luò)的MACMAC層及物理層。層及物理層。 36/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江2.2.中國中國WLANWLAN發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀3.WLAN3.WLAN的組成的組成(1) WLAN(1) WLAN設(shè)備設(shè)備1) 1) 無線網(wǎng)卡無線網(wǎng)卡37/74計(jì)

34、算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江2) 2) 無線接入點(diǎn)無線接入點(diǎn)APAP 有線網(wǎng)絡(luò)與無線有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)之間的橋接網(wǎng)絡(luò)之間的橋接(2) WLAN(2) WLAN的結(jié)構(gòu)模式的結(jié)構(gòu)模式1) 1) 擴(kuò)展服務(wù)集模式擴(kuò)展服務(wù)集模式ESSESSn該模式又稱為該模式又稱為基礎(chǔ)設(shè)施模式基礎(chǔ)設(shè)施模式 nESSESS擴(kuò)大了無線擴(kuò)大了無線站點(diǎn)間的通信距離站點(diǎn)間的通信距離38/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江2) 2) 獨(dú)立基本服務(wù)集模式獨(dú)立基本服務(wù)集模式IBSSIBSSn該模式又稱為該模式又稱為Ad hocAd hoc模式，也稱為點(diǎn)對點(diǎn)（模式，也稱為點(diǎn)對點(diǎn)（peer to peer to peerpeer，

35、P2PP2P）模式）模式 39/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江 1. WLAN 1. WLAN的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域 (1) (1) 作為有線局域網(wǎng)的擴(kuò)充作為有線局域網(wǎng)的擴(kuò)充 (2) (2) 建筑物之間的互連建筑物之間的互連 (3) (3) 臨時性網(wǎng)絡(luò)臨時性網(wǎng)絡(luò) 2. WLAN 2. WLAN的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) (1) (1) 搭建速度較快搭建速度較快 (2) (2) 安裝靈活方便安裝靈活方便 (3) (3) 節(jié)約建設(shè)投資節(jié)約建設(shè)投資 (4) (4) 維護(hù)費(fèi)用較低維護(hù)費(fèi)用較低 (5) (5) 易于使用擴(kuò)充易于使用擴(kuò)充40/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江1. 1. 紅外線技術(shù)紅外線技術(shù)n

36、紅外線局域網(wǎng)采用小于紅外線局域網(wǎng)采用小于1m1m波長的紅外線作為傳輸媒波長的紅外線作為傳輸媒體，具有非常高的頻率，有較強(qiáng)的方向性。由于它采體，具有非常高的頻率，有較強(qiáng)的方向性。由于它采用低于可見光的部分頻譜作為傳輸介質(zhì)，使用不受無用低于可見光的部分頻譜作為傳輸介質(zhì)，使用不受無線電管理部門的限制。與微波通信一樣，紅外線也是線電管理部門的限制。與微波通信一樣，紅外線也是按視距方式傳播的。按視距方式傳播的。n紅外無線局域網(wǎng)具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：紅外無線局域網(wǎng)具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：n安全性較高安全性較高n每個房間里的紅外線網(wǎng)絡(luò)可以互不干擾每個房間里的紅外線網(wǎng)絡(luò)可以互不干擾n紅外線局域網(wǎng)設(shè)備相對簡單且又便宜紅外

37、線局域網(wǎng)設(shè)備相對簡單且又便宜41/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江2. 2. 擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)n主要目的是將信號散布到更寬的帶寬上，以減小發(fā)生擁主要目的是將信號散布到更寬的帶寬上，以減小發(fā)生擁塞和干擾的概率。塞和干擾的概率。 （1 1）跳頻通信）跳頻通信n在跳頻方案中，按固定的時間間隔使發(fā)送信號頻率在跳頻方案中，按固定的時間間隔使發(fā)送信號頻率從一個頻譜跳到另一個頻譜。接收器與發(fā)送器同步從一個頻譜跳到另一個頻譜。接收器與發(fā)送器同步跳動，從而正確地接收信息。而那些可能的入侵者跳動，從而正確地接收信息。而那些可能的入侵者只能得到一些無法理解的信號。只能得到一些無法理解的信號。nIEEE 802

38、.11IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每300 ms300 ms的間隔變換一次發(fā)送的間隔變換一次發(fā)送頻率。發(fā)送頻率變換的順序由一個偽隨機(jī)數(shù)決定，頻率。發(fā)送頻率變換的順序由一個偽隨機(jī)數(shù)決定，發(fā)送器和接收器使用相同變換的順序序列。發(fā)送器和接收器使用相同變換的順序序列。42/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江（2 2）直接序列擴(kuò)頻）直接序列擴(kuò)頻n在直接序列擴(kuò)頻方案中，輸入數(shù)據(jù)信號進(jìn)入在直接序列擴(kuò)頻方案中，輸入數(shù)據(jù)信號進(jìn)入一個通道編碼器并產(chǎn)生一個接近某中央頻譜一個通道編碼器并產(chǎn)生一個接近某中央頻譜的較窄帶寬的模擬信號。這個信號將用一偽的較窄帶寬的模擬信號。這個信號將用一偽隨機(jī)數(shù)序列來進(jìn)行調(diào)

39、制。隨機(jī)數(shù)序列來進(jìn)行調(diào)制。n在接收端，使用同樣的數(shù)字序列來恢復(fù)原信在接收端，使用同樣的數(shù)字序列來恢復(fù)原信號，然后信號再進(jìn)入通道解碼器來還原傳送號，然后信號再進(jìn)入通道解碼器來還原傳送的數(shù)據(jù)。的數(shù)據(jù)。43/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江3. 3. 窄帶技術(shù)窄帶技術(shù)n在窄帶調(diào)制方式中，數(shù)據(jù)基帶信號的頻譜不做在窄帶調(diào)制方式中，數(shù)據(jù)基帶信號的頻譜不做任何擴(kuò)展即被直接搬移到射頻發(fā)射出去。窄帶任何擴(kuò)展即被直接搬移到射頻發(fā)射出去。窄帶無線設(shè)備以盡可能窄的無線信號頻率傳遞信息。無線設(shè)備以盡可能窄的無線信號頻率傳遞信息。通過小心調(diào)整使用不同信道頻率的用戶，在信通過小心調(diào)整使用不同信道頻率的用戶，在信道之間

40、避免干擾。道之間避免干擾。n與擴(kuò)頻技術(shù)相比，窄帶調(diào)制方式占用頻帶少，與擴(kuò)頻技術(shù)相比，窄帶調(diào)制方式占用頻帶少，頻帶利用率高。頻帶利用率高。44/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江1. 802.111. 802.11標(biāo)準(zhǔn)系列簡介標(biāo)準(zhǔn)系列簡介(1) IEEE 802.11(1) IEEE 802.11n標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和MACMAC層協(xié)議的規(guī)范，帶寬層協(xié)議的規(guī)范，帶寬2Mbps2Mbps 。(2) IEEE 802.11b (2) IEEE 802.11b n帶寬最高可達(dá)帶寬最高可達(dá)11Mbps11Mbps，比，比IEEE 802.11IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)快標(biāo)準(zhǔn)快5 5倍

41、，擴(kuò)倍，擴(kuò)大了無線局域網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。大了無線局域網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。(3) IEEE 802.11a(3) IEEE 802.11an工作在工作在5GHz5GHz頻帶，帶寬最高可達(dá)頻帶，帶寬最高可達(dá)54Mbps54Mbps。 45/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江(4) IEEE 802.11g(4) IEEE 802.11gn802.11g802.11g其實(shí)是一種混合標(biāo)準(zhǔn)，它既能適應(yīng)傳統(tǒng)的其實(shí)是一種混合標(biāo)準(zhǔn)，它既能適應(yīng)傳統(tǒng)的802.11b802.11b標(biāo)準(zhǔn)，也符合標(biāo)準(zhǔn)，也符合802.11a802.11a標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。(5) IEEE 802.11i(5) IEEE 802.11i安全安全(6)

42、 IEEE 802.11e-QoS(6) IEEE 802.11e-QoS(7) IEEE 802.11f(7) IEEE 802.11f基站的互聯(lián)性基站的互聯(lián)性(8) IEEE 802.11s(8) IEEE 802.11sWireless Mesh NetworkWireless Mesh Network 46/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江2. WLAN2. WLAN的物理層的物理層nWLANWLAN的物理層主要由三部分組成：的物理層主要由三部分組成：PMDPMD協(xié)議（物理介質(zhì)相關(guān)協(xié)議（物理介質(zhì)相關(guān)協(xié)議）、協(xié)議）、PLCPPLCP（物理層匯聚協(xié)議）、物理層管理子層，如（物理層匯聚

43、協(xié)議）、物理層管理子層，如圖所示。圖所示。nPMDPMD子層用于識別相關(guān)介質(zhì)傳輸?shù)男盘査褂玫恼{(diào)制和子層用于識別相關(guān)介質(zhì)傳輸?shù)男盘査褂玫恼{(diào)制和編碼技術(shù)；編碼技術(shù)；nPLCPPLCP子層主要進(jìn)行載波偵聽的分析和針對不同的物理層子層主要進(jìn)行載波偵聽的分析和針對不同的物理層形成相應(yīng)格式的分組；形成相應(yīng)格式的分組；n物理層管理子層為不同的物理層進(jìn)行信道選擇和調(diào)諧。物理層管理子層為不同的物理層進(jìn)行信道選擇和調(diào)諧。物理層管理子層物理層管理子層47/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江3. WLAN3. WLAN的的MACMAC層層n無線傳輸?shù)碾[藏站點(diǎn)問題無線傳輸?shù)碾[藏站點(diǎn)問題n(a)(a)表示站點(diǎn)表示

44、站點(diǎn)A A和和C C都想和都想和B B通信，但通信，但A A和和C C都不在對方都不在對方的無線電波范圍內(nèi)。假定的無線電波范圍內(nèi)。假定A A正在給正在給B B傳送數(shù)據(jù)，若傳送數(shù)據(jù)，若C C此此時監(jiān)聽信道，則它什么也不會聽到，從而錯誤地得時監(jiān)聽信道，則它什么也不會聽到，從而錯誤地得出結(jié)論：現(xiàn)在可以向出結(jié)論：現(xiàn)在可以向B B發(fā)送數(shù)據(jù)了。結(jié)果發(fā)送數(shù)據(jù)了。結(jié)果B B同時收到同時收到A A和和C C發(fā)來的數(shù)據(jù)，發(fā)生了沖突。這種未能檢測出媒體發(fā)來的數(shù)據(jù)，發(fā)生了沖突。這種未能檢測出媒體上已存在信號的問題叫做隱藏站點(diǎn)問題。上已存在信號的問題叫做隱藏站點(diǎn)問題。 C C的作用范圍的作用范圍A A的作用范圍的作用范

45、圍48/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n無線傳輸?shù)谋┞墩军c(diǎn)問題無線傳輸?shù)谋┞墩军c(diǎn)問題n(b)(b)給出了另一種情況。這里給出了另一種情況。這里C C希望傳送數(shù)據(jù)給希望傳送數(shù)據(jù)給D D，但此時但此時B B正在給正在給A A傳送數(shù)據(jù)，所以傳送數(shù)據(jù)，所以C C監(jiān)聽到信道上監(jiān)聽到信道上有信號，從而得出錯誤的結(jié)論：現(xiàn)在不能向有信號，從而得出錯誤的結(jié)論：現(xiàn)在不能向D D傳傳送數(shù)據(jù)。其實(shí)送數(shù)據(jù)。其實(shí)B B向向A A傳送數(shù)據(jù)并不影響傳送數(shù)據(jù)并不影響C C向向D D傳送數(shù)傳送數(shù)據(jù)。這就是暴露站點(diǎn)問題。據(jù)。這就是暴露站點(diǎn)問題。 B B的作用范圍的作用范圍C C的作用范圍的作用范圍49/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)

46、網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江(1) MAC(1) MAC子層結(jié)構(gòu)子層結(jié)構(gòu)nDCFDCF通過使用通過使用CSMA/CACSMA/CA和隨機(jī)退避算法實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的自動共享。和隨機(jī)退避算法實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的自動共享。DCFDCF向上提供向上提供競爭服務(wù)競爭服務(wù)。nPCFPCF通過使用通過使用集中控制的接入算法集中控制的接入算法（一般在接入點(diǎn)（一般在接入點(diǎn)APAP實(shí)現(xiàn)集實(shí)現(xiàn)集中控制），用類似于探詢的方法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各中控制），用類似于探詢的方法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站點(diǎn)，從而避免了沖突的產(chǎn)生。個站點(diǎn)，從而避免了沖突的產(chǎn)生。n所有的所有的802.11802.11實(shí)現(xiàn)必須都支持實(shí)現(xiàn)必須都支持DCFDCF，而，而PCF

47、PCF則是可選的。則是可選的。 50/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江(2) CSMA/CA1) CSMA/CA1) CSMA/CA的兩種載波偵聽的兩種載波偵聽n物理偵聽機(jī)制物理偵聽機(jī)制和以太網(wǎng)中的和以太網(wǎng)中的CSMA/CDCSMA/CD的偵聽機(jī)制完全的偵聽機(jī)制完全相同，即站點(diǎn)在幀傳送之前要偵聽信道，如果信道忙相同，即站點(diǎn)在幀傳送之前要偵聽信道，如果信道忙則推遲幀傳送，直到信道空閑為止。則推遲幀傳送，直到信道空閑為止。n虛擬偵聽機(jī)制虛擬偵聽機(jī)制是一種與無線信道狀態(tài)無關(guān)的偵聽機(jī)制。是一種與無線信道狀態(tài)無關(guān)的偵聽機(jī)制。它要求每個站點(diǎn)都維護(hù)一個變量它要求每個站點(diǎn)都維護(hù)一個變量NAVNAV（Ne

48、twork Network Allocation VectorAllocation Vector，其值是一個時間長度），在一個，其值是一個時間長度），在一個站點(diǎn)的站點(diǎn)的NAVNAV指定的時間段內(nèi)，該站點(diǎn)會認(rèn)為信道忙。指定的時間段內(nèi)，該站點(diǎn)會認(rèn)為信道忙。51/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n一個站點(diǎn)一個站點(diǎn)設(shè)定它的設(shè)定它的NAVNAV的方法的方法是：每個站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)是：每個站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前，都會通過發(fā)送控制幀來宣布自己將占用信道幀之前，都會通過發(fā)送控制幀來宣布自己將占用信道的時間；其它站點(diǎn)會根據(jù)這個時間來設(shè)置自己的的時間；其它站點(diǎn)會根據(jù)這個時間來設(shè)置自己的NAVNAV，從而做出謙讓

49、。從而做出謙讓。n設(shè)定設(shè)定NAVNAV是一種積極的避免沖突的做法。是一種積極的避免沖突的做法?！疤摂M幀聽虛擬幀聽”是表示其它站點(diǎn)并沒有監(jiān)聽信道，而是由于它收到了是表示其它站點(diǎn)并沒有監(jiān)聽信道，而是由于它收到了源站點(diǎn)的源站點(diǎn)的“占用信道時間占用信道時間”的通知才不發(fā)送數(shù)據(jù)。這的通知才不發(fā)送數(shù)據(jù)。這種效果好像是其它站點(diǎn)都監(jiān)聽了信道。種效果好像是其它站點(diǎn)都監(jiān)聽了信道。52/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江2 2）CSMA/CACSMA/CA的四種幀間間隔的四種幀間間隔n為了盡量避免沖突，為了盡量避免沖突，IEEE 802.11IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所有的站標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所有的站點(diǎn)在監(jiān)聽到信

50、道空閑或完成數(shù)據(jù)幀的發(fā)送后，必須再等點(diǎn)在監(jiān)聽到信道空閑或完成數(shù)據(jù)幀的發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間才能發(fā)送下一幀。這段時間通稱為待一段很短的時間才能發(fā)送下一幀。這段時間通稱為幀幀間間隔間間隔。 短幀間間隔短幀間間隔SIFSSIFS 點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔PIFSPIFS 分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔DIFSDIFS 擴(kuò)展幀間間隔擴(kuò)展幀間間隔EIFSEIFS53/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江3) CSMA/CA3) CSMA/CA的工作原理的工作原理n欲發(fā)送數(shù)據(jù)幀的源站點(diǎn)首先監(jiān)聽信道，當(dāng)確定信道空閑時，源欲發(fā)送數(shù)據(jù)幀的源站點(diǎn)首先監(jiān)聽信道，當(dāng)確定信道空閑時，源

51、站點(diǎn)在等待站點(diǎn)在等待DIFSDIFS時間之后，信道仍然空閑則發(fā)送一幀。發(fā)送結(jié)時間之后，信道仍然空閑則發(fā)送一幀。發(fā)送結(jié)束后，源站點(diǎn)等待接收束后，源站點(diǎn)等待接收ACKACK確認(rèn)幀。確認(rèn)幀。n目的站點(diǎn)在收到正確的數(shù)據(jù)幀，間隔目的站點(diǎn)在收到正確的數(shù)據(jù)幀，間隔SIFSSIFS時間之后，向源站點(diǎn)時間之后，向源站點(diǎn)發(fā)送發(fā)送ACKACK幀。若源站點(diǎn)在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到幀。若源站點(diǎn)在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到ACKACK幀（由重傳幀（由重傳計(jì)時器控制這段時間），就必須重傳此幀，直到收到正確計(jì)時器控制這段時間），就必須重傳此幀，直到收到正確ACKACK幀為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。幀為止，或者經(jīng)過若干次

52、的重傳失敗后放棄發(fā)送。54/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n欲發(fā)送數(shù)據(jù)幀的其它站點(diǎn)若檢測到信道由忙狀態(tài)變?yōu)榭臻e欲發(fā)送數(shù)據(jù)幀的其它站點(diǎn)若檢測到信道由忙狀態(tài)變?yōu)榭臻e時，則它不僅要等待一個時，則它不僅要等待一個DIFSDIFS的時間，還必須執(zhí)行的時間，還必須執(zhí)行退避算退避算法法，以進(jìn)一步減少沖突的幾率。，以進(jìn)一步減少沖突的幾率。n802.11802.11也是使用二進(jìn)制退避算法，但它與以太網(wǎng)中的退避也是使用二進(jìn)制退避算法，但它與以太網(wǎng)中的退避算法稍有不同。即第算法稍有不同。即第i i次退避就在次退避就在2 22+i2+i個時隙中隨機(jī)地選擇個時隙中隨機(jī)地選擇一個等待時隙數(shù)。例如第一個等待時隙數(shù)。

53、例如第1 1次退避是在次退避是在0 07 7中隨機(jī)地選擇中隨機(jī)地選擇一個等待時隙數(shù)。一個等待時隙數(shù)。n以太網(wǎng)中的退避算法是在以太網(wǎng)中的退避算法是在沖突發(fā)生之后沖突發(fā)生之后才引起執(zhí)行，而才引起執(zhí)行，而CSMA/CACSMA/CA中的退避算法是在中的退避算法是在信道從忙狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻e信道從忙狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻e時，時，各站點(diǎn)就要執(zhí)行退避算法。各站點(diǎn)就要執(zhí)行退避算法。 55/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江(3) MAC(3) MAC幀格式幀格式n幀控制幀控制：這個字段載有在各個工作站之間發(fā)送的控制：這個字段載有在各個工作站之間發(fā)送的控制信息。它又可劃分為信息。它又可劃分為1111個子字段。個子字段

54、。n持續(xù)時間持續(xù)時間/ID/ID：它提供了這樣的信息：該幀和它的確認(rèn)：它提供了這樣的信息：該幀和它的確認(rèn)幀將會占用信道多長時間。幀將會占用信道多長時間。n地址地址1 1（地址（地址2 2，地址，地址3 3，地址，地址4 4）：地址字段包含不同：地址字段包含不同類型的地址，地址的類型取決于發(fā)送幀的類型。它們類型的地址，地址的類型取決于發(fā)送幀的類型。它們分別是源地址和目標(biāo)地址以及源和目標(biāo)基站地址。分別是源地址和目標(biāo)地址以及源和目標(biāo)基站地址。56/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n序列控制序列控制：該字段的：該字段的1616位中，后面位中，后面1212位表示該幀所屬的位表示該幀所屬的MSDUM

55、SDU（MACMAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元）的序號，對于同一個服務(wù)數(shù)據(jù)單元）的序號，對于同一個MSDUMSDU的所有分片，的所有分片，該處的值相同。前面該處的值相同。前面4 4位表示該分片的序號。位表示該分片的序號。n幀體幀體：這個字段的有效長度可變，所載的信息取決于發(fā)送幀：這個字段的有效長度可變，所載的信息取決于發(fā)送幀的類型。如果發(fā)送幀是數(shù)據(jù)幀，那么該字段會包含一個的類型。如果發(fā)送幀是數(shù)據(jù)幀，那么該字段會包含一個LLCLLC數(shù)據(jù)單元。數(shù)據(jù)單元。MACMAC管理和控制幀會在幀體中包含一些特定的參管理和控制幀會在幀體中包含一些特定的參數(shù)。如果幀不需要承載信息，那么幀體字段的長度為數(shù)。如果幀不需要承載信息，

56、那么幀體字段的長度為0 0。nFCSFCS（Frame Check SequenceFrame Check Sequence幀校驗(yàn)序列）幀校驗(yàn)序列）：發(fā)送站點(diǎn)的：發(fā)送站點(diǎn)的MACMAC層利用層利用CRCCRC對幀前邊諸字段內(nèi)容運(yùn)算，計(jì)其一個對幀前邊諸字段內(nèi)容運(yùn)算，計(jì)其一個3232位的位的FCSFCS，并將結(jié)果存入這個字段。并將結(jié)果存入這個字段。57/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江(4) RTS/CTS(4) RTS/CTS協(xié)議協(xié)議n RTS/CTS即請求發(fā)送（即請求發(fā)送（Request To Send）/允許發(fā)送（允許發(fā)送（Clear To Send）協(xié)議，相當(dāng)于一種）協(xié)議，相當(dāng)于一種

57、握手協(xié)議握手協(xié)議。n工作原理工作原理：n發(fā)送站點(diǎn)在向接收站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包之前，不是立即發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送站點(diǎn)在向接收站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包之前，不是立即發(fā)送數(shù)據(jù)，而是發(fā)送一個而是發(fā)送一個RTSRTS幀，以申請對信道的占用，當(dāng)接收站點(diǎn)收到幀，以申請對信道的占用，當(dāng)接收站點(diǎn)收到RTSRTS信號后，立即在一個短幀隙信號后，立即在一個短幀隙SIFSSIFS之后回應(yīng)一個之后回應(yīng)一個CTSCTS幀，告知幀，告知對方已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。雙方在成功交換對方已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。雙方在成功交換RTS/CTSRTS/CTS信號對信號對( (即完即完成握手成握手) )后才開始真正的數(shù)據(jù)傳遞。后才開始真正的數(shù)據(jù)傳遞。n可解決隱藏終端問題

58、可解決隱藏終端問題58/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江n即使有沖突發(fā)生，也只是在發(fā)送即使有沖突發(fā)生，也只是在發(fā)送RTSRTS幀時有可能產(chǎn)幀時有可能產(chǎn)生。這種情況下，接收站點(diǎn)不會發(fā)送生。這種情況下，接收站點(diǎn)不會發(fā)送CTSCTS幀。由于幀。由于收不到接收站點(diǎn)的收不到接收站點(diǎn)的CTSCTS消息，發(fā)送站點(diǎn)各自隨機(jī)地消息，發(fā)送站點(diǎn)各自隨機(jī)地推遲一段時間后重新發(fā)送其推遲一段時間后重新發(fā)送其RTSRTS幀。幀。4. Wi-Fi4. Wi-FinWi-FiWi-Fi（Wireless FidelityWireless Fidelity，無線相容性認(rèn)證或無線保，無線相容性認(rèn)證或無線保真）是一個非贏利性質(zhì)

59、的國際組織，也是一種認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。真）是一個非贏利性質(zhì)的國際組織，也是一種認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。它的主要工作就是測試那些基于它的主要工作就是測試那些基于IEEE 802.11IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無標(biāo)準(zhǔn)的無線設(shè)備，以確保線設(shè)備，以確保Wi-FiWi-Fi產(chǎn)品的互操作性。產(chǎn)品的互操作性。 59/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江nWi-FiWi-Fi的發(fā)展將有四大趨勢，分別是：的發(fā)展將有四大趨勢，分別是：n網(wǎng)絡(luò)配置趨向智能化網(wǎng)絡(luò)配置趨向智能化n網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨向標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨向標(biāo)準(zhǔn)化n位置感知趨向精確化位置感知趨向精確化n網(wǎng)絡(luò)漫游趨向廣泛化網(wǎng)絡(luò)漫游趨向廣泛化 60/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江4

60、.4.1 FDDI4.4.1 FDDI4.4.2 4.4.2 快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)4.4.3 4.4.3 千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)61/74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-劉桂江劉桂江1. FDDI1. FDDI簡介簡介n光纖分布式數(shù)據(jù)接口（光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDIFDDI）是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)化組織）是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)化組織（ANSIANSI）制定的在光纖上發(fā)送數(shù)字信號的一組協(xié)議。）制定的在光纖上發(fā)送數(shù)字信號的一組協(xié)議。FDDI FDDI 使用雙環(huán)令牌，傳輸速率可以達(dá)到使用雙環(huán)令牌，傳輸速率可以達(dá)到 100Mbps100Mbps，網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)跨越的距離可達(dá)絡(luò)跨越的距離可達(dá)200km200