高級計算機網(wǎng)絡課件第5章局域網(wǎng)

高級計算機網(wǎng)絡第五章局域網(wǎng)局域網(wǎng)概述

局域網(wǎng)體系結構

以太網(wǎng)

無線局域網(wǎng)4123目錄其他種類的高速局域網(wǎng)

55.1局域網(wǎng)概述

局域網(wǎng)最主要的特點是：網(wǎng)絡為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數(shù)目均有限。局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點：具有廣播功能，從一個站點可很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活調整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。局域網(wǎng)拓撲結構

一、星型拓撲結構任意兩個站之間的通信均要通過公共中心，不允許兩個站直接通信。二、環(huán)型拓撲結構局域網(wǎng)是由一組轉發(fā)器通過點到點鏈路連接成封閉的環(huán)，數(shù)據(jù)沿一個方向繞環(huán)運行三、總線型拓撲結構所有站通過合適的硬件連接到一條線狀傳輸介質上，任何一個站的發(fā)送都在介質上傳播并被所有其他站所接受四、樹型拓撲結構樹形拓撲結構是總線型拓撲結構的一般變化局域網(wǎng)的拓撲匹配電阻集線器干線耦合器總線網(wǎng)星形網(wǎng)樹形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)5.2局域網(wǎng)體系結構一、局域網(wǎng)參考模型1.物理層2.數(shù)據(jù)鏈路層二、局域網(wǎng)標準IEEE802三、介質訪問控制方法1.載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CD2.令牌環(huán)訪問控制（1）截獲令牌并且發(fā)送數(shù)據(jù)幀（2）接收與發(fā)送數(shù)據(jù)（3）取消數(shù)據(jù)幀并且重發(fā)令牌3.令牌總線訪問控制5.3.2高速以太網(wǎng)5.3.1傳統(tǒng)以太網(wǎng)5.3

以太網(wǎng)5.3.1傳統(tǒng)以太網(wǎng)兩個標準DIXEthernetV2是世界上第一個局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。IEEE的802.3標準。DIXEthernetV2標準與IEEE的802.3標準只有很小的差別，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴格說來，“以太網(wǎng)”應當是指符合DIXEthernetV2標準的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應多種局域網(wǎng)標準，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層。與接入到傳輸媒體有關的內(nèi)容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對LLC子層來說都是透明的。局域網(wǎng)對LLC子層是透明的局域網(wǎng)網(wǎng)絡層物理層站點1網(wǎng)絡層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數(shù)據(jù)鏈路層站點2LLC子層看不見下面的局域網(wǎng)以后一般不考慮LLC子層由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標準中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在802委員會制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標準）的作用已經(jīng)不大了。很多廠商生產(chǎn)的網(wǎng)卡上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議。802.10可互操作的局域網(wǎng)的安全802.1體系結構網(wǎng)絡互連802.2邏輯鏈路控制LLC802.3CSMD/CDMAC物理層802.4令牌總線MAC物理層802.5令牌環(huán)網(wǎng)MAC物理層802.6城域網(wǎng)MAC物理層802.9話音數(shù)據(jù)綜合局域網(wǎng)802.11無線局域網(wǎng)802.7寬帶技術802.8光纖技術物理層數(shù)據(jù)鏈路層OSI/RMIEEE802IEEE802協(xié)議圖傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種：銅纜（粗纜或細纜）銅線（雙絞線）光纜這樣，以太網(wǎng)就有四種不同的物理層。10BASE5粗纜10BASE2細纜10BASE-T雙絞線10BASE-F光纜以太網(wǎng)媒體接入控制MAC14標準以太網(wǎng)的編碼標準以太網(wǎng)采用曼切斯特編碼一個時鐘周期傳輸一個bit，在時鐘周期間使用電平翻轉來表示bit信息高電平到低電平翻轉為“0”，低電平到高電平翻轉為“1”時鐘頻率為10M銅纜或銅線連接到以太網(wǎng)的示意圖主機箱主機箱主機箱雙絞線集線器BNCT型接頭收發(fā)器電纜網(wǎng)卡插入式分接頭MAUMDI保護外層外導體屏蔽層內(nèi)導體收發(fā)器DB-15連接器BNC連接器插口RJ-45插頭以太網(wǎng)的最大作用距離250m750m500m500m500m50m50m50m網(wǎng)段1轉發(fā)器網(wǎng)段2網(wǎng)段3轉發(fā)器轉發(fā)器轉發(fā)器在任意兩個站之間最多可以有三個同軸電纜段；點到點鏈路的總長度不能超過1000m。例如下圖網(wǎng)段1和網(wǎng)段2通過轉發(fā)器經(jīng)過750m點到點相連，網(wǎng)段2和網(wǎng)段3通過轉發(fā)器250m點到點相連，總和是1000m。細纜以太網(wǎng)10BASE2用更便宜的直徑為5mm的細同軸電纜(特性阻抗仍為50W)，可代替粗同軸電纜。將媒體連接單元MAU和媒體相關接口MDI都安裝在網(wǎng)卡上，取消了外部的AUI電纜。細纜直接用標準BNCT型接頭連接到網(wǎng)卡上的BNC連接器的插口。星形網(wǎng)10BASE-T不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個站需要用兩對雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。在星形網(wǎng)的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器(hub)。集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這樣的硬件設備的可靠性已大大提高了。以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位10BASE-T的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過100m。這種10Mb/s速率的無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。10BASE-T雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎。集線器的一些特點集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD

協(xié)議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個多端口的轉發(fā)器，工作在物理層。具有三個端口的集線器集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線5.3.2高速以太網(wǎng)100BASE-T以太網(wǎng)吉比特以太網(wǎng)10吉比特以太網(wǎng)312100BASE-T以太網(wǎng)速率達到或超過100Mb/s的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)。在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號的星型拓撲以太網(wǎng)，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD協(xié)議。100BASE-T以太網(wǎng)又稱為快速以太網(wǎng)(FastEthernet)。100BASE-T技術規(guī)范邏輯鏈路控制（LLC）802.3介質存取控制（MAC)協(xié)調子層物理編碼子層（PCS)8B6T編碼介質相關接口物理介質連接（模擬功能）物理編碼子碼層4B5B編碼物理編碼子層4B5B編碼物理介質連接（模擬功能）ANSI物理介質相關子層（PMD)ANSI物理介質相關子層（PMD)物理介質連接（模擬功能）物理層介質獨立接口介質獨立接口介質獨立接口100BASE-TX100BASE-T4100BASE-FX100BASE-T4實現(xiàn)

100BASE-T4使用4對3類的UTP電纜，8針RJ-45連接器。站點發(fā)送時，使用三對線1/2,4/5,7/8來發(fā)送數(shù)據(jù)，使用一對線3/6來檢測沖突；站點接收數(shù)據(jù)時，使用三對線3/6,7/8,

4/5接收數(shù)據(jù)。每個站點與HUB間最大距離不能超過100m。100BASE-T4的編碼解碼8B/6T8B/6T:每一個8位組映象為6位三元符號組，然后輪流在三個輸出線對上發(fā)送輸出，每個線對上波特率25Mbaud，因為25Mbaud÷6/8=33.333Mbps，所以總傳輸率100Mbps。8B/6T編碼舉例8位二進制（B）編碼為6位三進制（T）

因為100BASE-T4使用3對線同時發(fā)送數(shù)據(jù)(每一對線數(shù)據(jù)傳送速率33.3Mb/s)，用剩下的一對線作沖突檢測的接收信道，由于沒有同時使用的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)線，因此不能進行全雙工操作。100BASE-TX實現(xiàn)

100BASE-TX使用2對5類UTP電纜，用線對1/2(發(fā)送),3/6(接收)，電纜制作同10BASE-T，連接器使用8針RJ-45連接器，從站點到集線器或交換機間的距離應小于100m。100BASE-TX的編碼解碼MIIPCSPMAPMDMDI4B/5B編碼每4位作為一組，4位5位：(32種組合)使一組至少有2個“1”,保證信號碼元至少發(fā)生2次跳變。其中：數(shù)據(jù)碼(16種)增加了：控制碼(5種)錯誤檢測(1種)剩余：非法組合4B/5BCodeGroups（第一頁，共兩頁）4B/5B編碼(續(xù))控制碼：“I”(Idle)=11111,用于流間填充。

“J”和“K”=11000&10001,

該碼對表示流開始定界符?！癟”和“R”=01101&00111,

該碼對表示流結束定界符。4B/5BCodeGroups（第二頁，共兩頁）在PMD子層使用MLT-3傳輸碼

100BASE-TXPMD中使用擾碼(使頻率分布均勻)、及MLT-3(多電平傳輸-3)編碼:若數(shù)據(jù)為“1”，則從當前電平到下一電平跳變。例如：11111=>+1,0,-1,0,+1若數(shù)據(jù)為“0”，則不跳變100BASE-FX實現(xiàn)

100BASE-FX使用2芯

多?；騿文９饫w，一根光纖用來發(fā)送,一根用來接收，可使用ST或SC連接器。100BASE-FX的編碼解碼MIIPCSPMAPMDMDI快速以太網(wǎng)的自動協(xié)商自動協(xié)商（AutoNegotiation）：

使連接在一條線路上的兩個設備能夠告知另一端可能的速率，集線器或網(wǎng)卡將自動調整速率至最高的公共水平，即線路兩端可能具有的最高速率。在以太網(wǎng)自協(xié)商中，需要根據(jù)技術能力的優(yōu)先級確定最終選擇哪個技術能力與對方匹配。按優(yōu)先權從高到低依次為：

100BASE-TX全雙工100BASE-T4100BASE-TX10BASE-T全雙工10BASE-T100BASE-T網(wǎng)絡拓撲規(guī)則集線器與工作站及其之間的最大UTP電纜仍為100m采用半雙工100BASE-FX進行MAC到MAC的連接式光纖長度可達400m采用兩個中繼器時，中繼器件的最大電纜長度為5m采用雙中繼結構時，兩工作站之間最大網(wǎng)絡電纜長度為205m采用單中繼結構時，可連接185m光纖，這種情況下的最大網(wǎng)絡線纜長度為285m采用全雙工100BASE-FX進行遠距離連接時，兩臺設備之間的連接距離可達2000m100BASE-T以太網(wǎng)的特點可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。因此，不使用CSMA/CD協(xié)議。MAC幀格式仍然是802.3標準規(guī)定的。保持最短幀長不變，但將一個網(wǎng)段的最大電纜長度減小到100m。幀間時間間隔從原來的9.6s改為現(xiàn)在的0.96s。吉比特以太網(wǎng)允許在1Gb/s下全雙工和半雙工兩種方式工作。使用802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式。在半雙工方式下使用CSMA/CD協(xié)議（全雙工方式不需要使用CSMA/CD協(xié)議）。與10BASE-T和100BASE-T技術向后兼容。吉比特以太網(wǎng)的物理層1000BASE-X基于光纖通道的物理層：1000BASE-SXSX表示短波長1000BASE-LXLX表示長波長1000BASE-CXCX表示銅線1000BASE-T使用4對5類線UTP

載波延伸(carrierextension)吉比特以太網(wǎng)在工作在半雙工方式時，就必須進行碰撞檢測。由于數(shù)據(jù)率提高了，因此只有減小最大電纜長度或增大幀的最小長度，才能使參數(shù)a保持為較小的數(shù)值。吉比特以太網(wǎng)仍然保持一個網(wǎng)段的最大長度為100m，但采用了“載波延伸”的辦法，使最短幀長仍為64字節(jié)（這樣可以保持兼容性），同時將爭用時間增大為512字節(jié)。在短MAC幀后面加上載波延伸凡發(fā)送的MAC幀長不足512字節(jié)時，就用一些特殊字符填充在幀的后面，使MAC幀的發(fā)送長度增大到512字節(jié)，但這對有效載荷并無影響。接收端在收到以太網(wǎng)的MAC幀后，要將所填充的特殊字符刪除后才向高層交付。目地地址源地址數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)FCSMAC幀的最小值=64字節(jié)載波延伸前同步碼加上載波延伸使MAC幀長度=爭用期長度512字節(jié)在以太網(wǎng)上實際傳輸?shù)膸L分組突發(fā)當很多短幀要發(fā)送時，第一個短幀要采用上面所說的載波延伸的方法進行填充。隨后的一些短幀則可一個接一個地發(fā)送，只需留有必要的幀間最小間隔即可。這樣就形成可一串分組的突發(fā)，直到達到1500字節(jié)或稍多一些為止。發(fā)送的數(shù)據(jù)分組#1RRRRRRRR

分組#2

RRRR

分組#3RRR

分組#4爭用期512字節(jié)將突發(fā)計時器設定為1500字節(jié)載波延伸載波監(jiān)聽全雙工方式當吉比特以太網(wǎng)工作在全雙工方式時（即通信雙方可同時進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)），不使用載波延伸和分組突發(fā)。吉比特以太網(wǎng)的配置舉例1Gb/s鏈路吉比特交換集線器百兆比特或吉比特集線器100Mb/s鏈路中央服務器10吉比特以太網(wǎng)10吉比特以太網(wǎng)與10Mb/s，100Mb/s和1Gb/s以太網(wǎng)的幀格式完全相同。10吉比特以太網(wǎng)還保留了802.3標準規(guī)定的以太網(wǎng)最小和最大幀長，便于升級。10吉比特以太網(wǎng)不再使用銅線而只使用光纖作為傳輸媒體。10吉比特以太網(wǎng)只工作在全雙工方式，因此沒有爭用問題，也不使用CSMA/CD協(xié)議。

吉比特以太網(wǎng)的物理層局域網(wǎng)物理層LANPHY。局域網(wǎng)物理層的數(shù)據(jù)率是10.000Gb/s?？蛇x的廣域網(wǎng)物理層WANPHY。廣域網(wǎng)物理層具有另一種數(shù)據(jù)率，這是為了和所謂的“Gb/s”的SONET/SDH（即OC-192/STM-64）相連接。為了使10吉比特以太網(wǎng)的幀能夠插入到OC-192/STM-64幀的有效載荷中，就要使用可選的廣域網(wǎng)物理層，其數(shù)據(jù)率為9.95328Gb/s。

端到端的以太網(wǎng)傳輸10吉比特以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)的工作范圍已經(jīng)從局域網(wǎng)（校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)）擴大到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，從而實現(xiàn)了端到端的以太網(wǎng)傳輸。這種工作方式的好處是：成熟的技術?；ゲ僮餍院芎?。在廣域網(wǎng)中使用以太網(wǎng)時價格便宜。統(tǒng)一的幀格式簡化了操作和管理。

以太網(wǎng)從10Mb/s到10Gb/s的演進以太網(wǎng)從10Mb/s到10Gb/s的演進證明了以太網(wǎng)是：可擴展的（從10Mb/s到10Gb/s）。靈活的（多種傳輸媒體、全/半雙工、共享/交換）。易于安裝。穩(wěn)健性好。5.4.1無線局域網(wǎng)的組成5.4.2802.11局域網(wǎng)協(xié)議棧

5.4.2802.11局域網(wǎng)物理層5.4.3802.11局域網(wǎng)MAC子層協(xié)議41235.4

無線局域網(wǎng)有固定基礎設施的無線局域網(wǎng)基本服務集

BSS擴展的服務集ESS基本服務集

BSSAB漫游接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)5.4.1無線局域網(wǎng)的組成有固定基礎設施的無線局域網(wǎng)基本服務集BSS擴展的服務集ESS基本服務集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)一個基本服務集BSS包括一個基站和若干個移動站，所有的站在本BSS以內(nèi)都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信時都要通過本BSS的基站。

有固定基礎設施的無線局域網(wǎng)基本服務集BSS擴展的服務集ESS基本服務集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)接入點AP(AccessPoint)和網(wǎng)橋擴展的服務集ESS基本服務集BSS基本服務集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)一個基本服務集可以是孤立的，也可通過接入點AP連接到一個主干分配系統(tǒng)

DS(DistributionSystem)，然后再接入到另一個基本服務集，構成擴展的服務集ESS(ExtendedServiceSet)。擴展的服務集ESS基本服務集BSS基本服務集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)ESS還可通過叫做門橋(portal)為無線用戶提供到非802.11無線局域網(wǎng)（例如，到有線連接的因特網(wǎng)）的接入。門橋的作用就相當于一個網(wǎng)橋。擴展的服務集ESS基本服務集BSS基本服務集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)移動站A從某一個基本服務集漫游到另一個基本服務集，而仍然可保持與另一個移動站B進行通信。無固定基礎設施的無線局域網(wǎng)自組網(wǎng)絡AEDCBF源結點目的結點轉發(fā)結點轉發(fā)結點轉發(fā)結點自組網(wǎng)絡(adhocnetwork)沒有上述基本服務集中的接入點AP而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨時網(wǎng)絡。移動自組網(wǎng)絡的應用前景在軍事領域中，攜帶了移動站的戰(zhàn)士可利用臨時建立的移動自組網(wǎng)絡進行通信。這種組網(wǎng)方式也能夠應用到作戰(zhàn)的地面車輛群和坦克群，以及海上的艦艇群、空中的機群。當出現(xiàn)自然災害時，在搶險救災時利用移動自組網(wǎng)絡進行及時的通信往往很有效的移動自組網(wǎng)絡和移動IP并不相同移動IP技術使漫游的主機可以用多種方式連接到因特網(wǎng)。移動IP的核心網(wǎng)絡功能仍然是基于在固定互聯(lián)網(wǎng)中一直在使用的各種路由選擇協(xié)議。移動自組網(wǎng)絡是將移動性擴展到無線領域中的自治系統(tǒng)，它具有自己特定的路由選擇協(xié)議，并且可以不和因特網(wǎng)相連。

5.4.2802.11局域網(wǎng)協(xié)議棧802.11協(xié)議棧的部分視圖：物理層與OSI的物理層對應得非常好，但是，在所有的802協(xié)議中，數(shù)據(jù)鏈路層都被分成了兩個或者更多個子層。在802.11中，MAC（MediumAccessControl，介質訪問控制）子層確定了通道的分配的方式，也就是說，它決定了下一個該由誰傳輸數(shù)據(jù)。在MAC子層的上面是LLC（LogicalLinkControl，邏輯鏈路控制）子層，它的任務是隱藏802各個標準之間的差異，使得它們對于網(wǎng)絡層而言都是一致的。5.4.2802.11局域網(wǎng)協(xié)議棧1997年IEEE制訂出無線局域網(wǎng)的協(xié)議標準的第一部分，802.11。在1999年又制訂了剩下的兩部分，802.11a和802.11b。802.11的物理層有以下三種實現(xiàn)方法：跳頻擴頻FHSS直接序列擴頻DSSS紅外線

IR

5.4.2802.11局域網(wǎng)協(xié)議棧802.11a的物理層工作在5GHz頻帶，采用正交頻分復用OFDM，它也叫做多載波調制技術（載波數(shù)可多達52個）。可以使用的數(shù)據(jù)率為6,9,12,18,24,36,48和56Mb/s。802.11b的物理層使用工作在2.4GHz的直接序列擴頻技術，數(shù)據(jù)率為5.5或11Mb/s。

5.4.2802.11局域網(wǎng)協(xié)議棧5.4.3802.11局域網(wǎng)物理層紅外線技術使用了0.85或者0.95微米波段上的漫射傳輸。它允許兩種速率：1Mbps和2Mbps。在1Mbps上它所用的編碼方案是這樣的：每4位成一組，每個組被編碼成一個16位的碼字，其中包含15個0和一個1，這種編碼稱為灰色編碼（graycode）。它具有這樣的特性：在時間同步中的一個小錯誤只會導致輸出中的一位錯誤。在2Mbps上所用的編碼方案為：取出2位，生成一個4位的碼字，4位之中也只有一個，即0001、0010、0100、1000四個碼字之一。紅外線信號不能夠穿透墻壁，所以不同房間中的信元是相互隔離的。然而，由于帶寬較低（以及太陽光對紅外信號的干擾），這不是一種很通用的選擇方案。紅外線技術FHSS（FrequencyHoppingSpreadSpectrum，跳頻擴頻）使用了79個信道，每個信道的寬度為1MHz，從2.4GHzIsm頻段的低端開始往上。它使用一個偽隨機數(shù)發(fā)生器，來產(chǎn)生跳頻序列。只要所有的站中的隨機數(shù)發(fā)生都使用同樣的種子，并且這些站在時間上保持同步，那么，它們將會同時跳到同樣的頻率上，在每個頻率上所花的時間長度稱為停延時間（dwelltime），這是一個可調整的參數(shù)，但是必須小于400ms。FHSS的隨機性提供了一種很公平的方式來分配無許可限制的Ism頻段中的頻譜。FHSS（跳頻擴頻）FHSS（跳頻擴頻）它同時也提供了一定程度的安全性，因為如果入侵者不知道跳頻序列或者停延時間的話，他就不可能竊聽所傳輸?shù)男盘?。在較長的距離上，多徑衰減（multipathfading）現(xiàn)象可能是一個問題，F(xiàn)HSS提供了很好的抵抗能力。并且它對于無線電干擾也相對不敏感，這使得它非常適合用于建筑物之間的鏈路上。它的主要缺點是帶寬較低。DHSS直接序列擴頻第三種調制方法為DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列擴頻），它也被限制在1或2Mbps的速率上。所用的編碼方案與CDMA系統(tǒng)有一些相似之處，也有不同之處。它使用了“巴克序列（Barkersequence）”，每一位在傳輸?shù)臅r候需要11個時間片。它使用1M波特的相移調制，當在1Mbps上工作的時候，在美國，F(xiàn)CC（聯(lián)邦通信委員會）要求所有的無線通信設備都再Ism頻段上工作，并使用擴頻技術，但是在2002年5月，由于新技術的出現(xiàn)，這條規(guī)則被廢除了。802.11a第一個高速無線LAN，即802.11a，使用了OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分多路復用），在更寬的5GHzIsm頻段中它可以達到54Mbps。正如其名字中的FDM所隱含的，它用到了不同的頻率，在52個頻率中，48個用于數(shù)據(jù)，4個用于同步，這與DSL沒有什么不同。由于多個傳輸過程會在不同的頻率上同時進行，所以這項技術也可以被看作是一種擴頻形式，但是與CDMA和FHSS有所不同。802.11aOFDM將信號分割成許多個窄的頻段。這種技術用到了一種復雜的編碼系統(tǒng)，基于相移調制，速度可以達到18Mbps，基于QAM，速度更高。54Mbps上，216個數(shù)據(jù)位被編碼到288位的碼元中。OFDM產(chǎn)生的部分動機是為了與歐洲的HiperLAN/2系統(tǒng)（Doufeietal，2002）兼容。從每個赫茲的位傳輸率而言，這項技術有非常好的頻譜效率，并且，它對于多徑衰減也有很好的抵抗能力。HR-DSSS（高速率的直接序列擴頻）HR-DSSS（HighRateSequence，高速率的直接序列擴頻）是另一種擴頻技術，使用每秒11兆時間片，從而在2.4GHz頻段內(nèi)達到了11Mbps。它被稱為802.11b，但并不是802.11a的繼續(xù)。實際上，他的標準是首先被通過的，而且它也是首先進入市場的。HR-DSSS（高速率的直接序列擴頻）802.11b支持的數(shù)據(jù)率為1、2、5.5和11Mbps。其中前兩種慢速率使用了相移調制方案（為了與DSSS兼容），運行在1M波特率上，每個波特分別為1位和2位。后兩種快速率方案使用了Walsh/Hadamard編碼，運行在1.375M波特率上，每個波特分別為4位和8位。在運行過程中，數(shù)據(jù)率可能會動態(tài)地調制，以便達到當前荷載和噪聲條件下的最優(yōu)可能速度。在實踐中，802.11b的運行速度幾乎總是11Mbps。盡管802.11b比802.11a更慢一些，但是，它的范圍卻是后者的7倍左右，在許多情況下是非常重要的。802.11g802.11g是802.11b的一個增強版本，它是在解決了專利使用問題之后與2001年11月由IEEE批準的。它使用了802.11a的OFDM調制方法，但是運行在2.4GHzISM頻段內(nèi)，這一點與802.11b一樣，在理論上，它的運行速度可以達到54Mbps。目前還不清楚這個速度在實踐中是否可行。802.11委員會已經(jīng)產(chǎn)生了三種不同的高速無線LAN，802.11a、802.11b和802.11g（不算三種低速的無線LAN）。5.4.4802.11局域網(wǎng)MAC子層協(xié)議無線局域網(wǎng)卻不能簡單地搬用CSMA/CD協(xié)議。這里主要有兩個原因。隱蔽站問題暴露站問題A的作用范圍無線局域網(wǎng)的特殊問題C的作用范圍ABCD當A和C檢測不到無線信號時，都以為B是空閑的，因而都向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結果發(fā)生碰撞。這種未能檢測出媒體上已存在的信號的問題叫做隱蔽站問題(hiddenstationproblem)B的作用范圍無線局域網(wǎng)的特殊問題C的作用范圍ADCB？B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D發(fā)送數(shù)據(jù)這就是暴露站問題(exposedstationproblem)CSMA/CA協(xié)議無線局域網(wǎng)不能使用CSMA/CD，而只能使用改進的CSMA協(xié)議。改進的辦法是將CSMA增加一個碰撞避免(CollisionAvoidance)功能。802.11就使用CSMA/CA協(xié)議。而在使用CSMA/CA的同時還增加使用確認機制。下面先介紹802.11的MAC層。802.11的MAC層MAC層無爭用服務爭用服務分布協(xié)調功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11MAC層通過協(xié)調功能來確定在基本服務集BSS中的移動站在什么時間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。802.11的MAC層在物理層之上包括兩個子層MAC層無爭用服務爭用服務分布協(xié)調功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11DCF子層在每一個結點使用CSMA機制的分布式接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發(fā)送權。因此DCF向上提供爭用服務。

MAC層無爭用服務爭用服務分布協(xié)調功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11PCF

子層使用集中控制的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權

輪流交給各個站從而避免了碰撞的產(chǎn)生

MAC層無爭用服務爭用服務分布協(xié)調功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11幀間間隔IFS所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時間的通稱是幀間間隔

IFS(InterFrameSpace)。幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要等待的時間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權，但低優(yōu)先級幀就必須等待較長的時間。若低優(yōu)先級幀沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而低優(yōu)先級幀只能推遲發(fā)送。這樣就減少了發(fā)生碰撞的機會。三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送使用SIFS的幀類型有：ACK幀、CTS幀、由過長的MAC幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答AP探詢的幀和在PCF方式中接入點AP發(fā)送出的任何幀。SIFS，即短(Short)幀間間隔，長度為28s，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個站應當能夠在這段時間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送時隙的長度是這樣確定的：在一個基本服務集BSS內(nèi)當某個站在一個時隙開始時接入到媒體時，那么在下一個時隙開始時，其他站就都能檢測出信道已轉變?yōu)槊B(tài)。PIFS，即點協(xié)調功能幀間間隔（比SIFS長），是為了在開始使用PCF方式時（在PCF方式下使用，沒有爭用）優(yōu)先獲得接入到媒體中。PIFS的長度是SIFS加一個時隙(slot)長度（其長度為50s），即78s。三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送DIFS，即分布協(xié)調功能幀間間隔（最長的IFS），在DCF方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS的長度比PIFS再增加一個時隙長度，因此DIFS的長度為128s。CSMA/CA協(xié)議的原理欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測信道。在802.11標準中規(guī)定了在物理層的空中接口進行物理層的載波監(jiān)聽。通過收到的相對信號強度是否超過一定的門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動站在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。當源站發(fā)送它的第一個MAC幀時，若檢測到信道空閑，則在等待一段時間DIFS后就可發(fā)送。為什么信道空閑還要再等待這是考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級的幀要發(fā)送。如有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送。假定沒有高優(yōu)先級幀要發(fā)送源站發(fā)送了自己的數(shù)據(jù)幀。目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時間間隔SIFS后，向源站發(fā)送確認幀ACK。若源站在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到確認幀ACK（由重傳計時器控制這段時間），就必須重傳此幀，直到收到確認為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。虛擬載波監(jiān)聽虛擬載波監(jiān)聽(VirtualCarrierSense)的機制是讓源站將它要占用信道的時間（包括目的站發(fā)回確認幀所需的時間）通知給所有其他站，以便使其他所有站在這一段時間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣就大大減少了碰撞的機會?！疤摂M載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒有監(jiān)聽信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。虛擬載波監(jiān)聽的效果這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。所謂“源站的通知”就是源站在其MAC幀首部中的第二個字段“持續(xù)時間”中填入了在本幀結束后還要占用信道多少時間（以微秒為單位），包括目的站發(fā)送確認幀所需的時間。CSMA/CA中虛擬信道監(jiān)聽的用法A向B發(fā)送數(shù)據(jù)④網(wǎng)絡分配向量當一個站檢測到正在信道中傳送的MAC幀首部的“持續(xù)時間”字段時，就調整自己的網(wǎng)絡分配向量

NAV(NetworkAllocationVector)。NAV指出了必須經(jīng)過多少時間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉入到空閑狀態(tài)。爭用窗口信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，任何一個站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，不僅都必須等待一個DIFS的間隔，而且還要進入爭用窗口，并計算隨機退避時間以便再次重新試圖接入到信道。在信道從忙態(tài)轉為空閑時，各站就要執(zhí)行退避算法。這樣做就減少了發(fā)生碰撞的概率。802.11使用二進制指數(shù)退避算法。二進制指數(shù)退避算法第i

次退避就在22+i

個時隙中隨機地選擇一個。第1次退避是在8個時隙（而不是2個）中隨機選擇一個。第2次退避是在16個時隙（而不是4個）中隨機選擇一個。使用退避算法僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測到信道是空閑的，并且這個數(shù)據(jù)幀是要發(fā)送的第一個數(shù)據(jù)幀。除此以外的所有情況，都必須使用退避算法。即：在發(fā)送第一個幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。在每一次的重傳后。在每一次的成功發(fā)送后。

A的作用范圍B的作用范圍對信道進行預約802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進行預約。ACBDERTSRTS源站A在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個短的控制幀，叫做請求發(fā)送

RTS(RequestToSend)，它包括源地址、目的地址和這次通信（包括相應的確認幀）所需的持續(xù)時間。A的作用范圍B的作用范圍2.對信道進行預約802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進行預約。CTSACBDECTSA收到CTS幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。

若媒體空閑，則目的站B就發(fā)送一個響應控制幀，叫做允許發(fā)送

CTS(ClearToSend)，它包括這次通信所需的持續(xù)時間（從RTS幀中將此持續(xù)時間復制到CTS幀中）。RTS和CTS幀以及數(shù)據(jù)幀和ACK幀的

傳輸時間關系

時間DIFSRTSSIFS時間NAV（RTS）DIFS爭用窗口推遲接入源站時間目的站ACK

其他站CTSSIFSSIFS數(shù)據(jù)NAV（CTS）NAV（數(shù)據(jù)）5.5其他種類的高速局域網(wǎng)5.5.1光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI5.5.2高性能并行接口HIPPI5.5.3光纖通道FC5.5.1光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI（F