第5章 局域网.doc

第5章 局域网本章内容 局域网概述 传统以太网 以太网的MAC层 扩展局域网 虚拟局域网 高速以太网 无线局域网本章重点： 以太网工作原理 以太网的MAC层 局域网的拓展问题导入 1、你听了解的、或你所理解的局域网是什么样的？有什么特点？ 2、你听说过几种局域网？ 3、你听说过几种局域网协议？ 4、你了解拓展局域网的常用设备和方法吗？5.1 局域网概述 局域网的特点 为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务 覆盖地理范围小，在房间、建筑物、园区范围 传输速率高，一般在10Mbps1000Mbps 误码率低（一般在10-8 10-10），时延小 决定局域网特性的主要技术有 3 个方面： 用以传输数据的传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线； 用以连接各种设备的拓扑结构； 用以共享资源的介质访问控制方法。这 3 种技术在很大程度上决定了传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量和利用率，以及网络应用等各种网络特性。其中最重要的是介质访问控制方法，它对网络特性具有十分重要的影响。 局域网一般采用媒体共享技术，使众多用户可以合理而方便地共享通信媒体资源。 静态划分信道：如频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等； 动态媒体接入控制：信道并非固定分配给用户 随机接入：用户可以随机地发送信息，因此需要解决好碰撞问题； 受控接入：用户不能随机地发送信息，必须服从一定的控制，如探询。5.2 传统以太网 局域网参考模型：一般都采用IEEE制订的802标准体系 IEEE 802标准只定义了物理层和数据链路层两层，并根据 LAN 的特点，把数据链路层分成逻辑链路控制 LLC （ Logical Link Control ）子层和介质访问控制 MAC （ Medium Access Control ）子层；还加强了数据链路层的功能，把网络层中的寻址、排序、流控和差错控制等功能放在 LLC 子层来实现。 IEEE 802标准中对局域网各层的功能定义： 物理层：处理在物理链路上发送、传递和接收非结构化的比特流，包括对带宽的频道分配和对基带的信号调制、建立、维持、撤消物理链路，处理机械的、电气的和过程的特性。 介质访问控制层 MAC：成帧/拆帧，实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址。根据网络的具体拓扑方式以及传输介质的类型，控制对传输介质的访问，和对信道资源的分配。 逻辑链路控制层 LLC：向高层提供统一的链路访问形式，建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，为高层提供网络服务的逻辑接口，能够实现差错控制和流量控制 5.2.1 以太网标准一、以太网的两个标准 DIX V2 1975年美国施乐（Xerox）公司研制成功的一种基带总线局域网，数据率2.94Mb/s。 1980年，DEC公司、Intel公司和Xerox公司联合提出了10 Mb/s以太网的第一个版本DIX V1 1982年，该版本又修改为DIX Ethernet V2。 IEEE 802.3 1983年，IEEE制订了第一个以太网标准802.3，数据率为10 Mb/s，它与DIX V2版本差别很小。二、网卡的作用通信适配器，网络接口卡 装有处理器和存储器 功能： 串行/并行转换：网卡和局域网之间的通信通过电缆或双绞线以串行传输方式进行。 对数据进行缓存：网络上的数据率与计算机总线的数据率不同。 实现以太网协议 安装设备驱动程序 收发数据 分隙ALOHA协议 基本思想：把信道时间分成离散的时间段，段长为一个帧所需的发送时间。每个站点只能在时段开始时才允许发送。其他过程与纯ALOHA协议相同。 信道效率 与纯ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概率，信道利用率最高为36.8%。5.2.3 CSMA/CD协议 总线方式接入 竞争使用总线，随机发送 只有地址与目的地址相同的站点才接收，实现一对一通信 采用无连接通信，数据帧不编号，也不确认5.2.3 CSMA/CD协议 为控制传输媒体的使用，以太网采用了载波侦听多点接入/碰撞冲突协议 多点接入：多个用户共用一条线路 载波侦听：每一站点在发送数据之前，先检测总线上是否有其它计算机发送数据。如果有，则暂不发送，以免冲突。 碰撞检测：计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小，如发现冲突，则停止发送，发出瞬间干扰信号，通知其它站点发生了冲突，然后等待一段随机时间后再发送。 1-坚持型CSMA（1-persistent CSMA） 原理 若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则发送； 若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。 优点：减少了信道空闲时间； 缺点：增加了发生冲突的概率； 广播延迟对协议性能的影响：广播延迟越大，发生冲突的可能性越大，协议性能越差 非坚持型CSMA（nonpersistent CSMA） 原理 若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则发送； 若信道忙，等待一随机时间，然后重新开始发送过程； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。 优点：减少了冲突的概率； 缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大； 信道效率比 1-坚持CSMA高，传输延迟比 1-坚持CSMA大。 p-坚持型CSMA（p-persistent CSMA） 适用于分隙信道 原理 若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则以概率p发送数据，以概率q =1- p 延迟至下一个时隙发送。若下一个时隙仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时隙被其他站点所占用； 若信道忙，则等待下一个时隙，重新开始发送； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送。 碰撞检测 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。 在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，帧中数据被破坏，无法从中恢复出有用的信息来。 每一个正在发送数据的站点边发送边监听，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突，然后等待一段随机时间后再次发送。为什么站点在信道空闲时发送数据还会存在冲突？ 使用CSMA/CD时，计算机只能进行半双工通信。 每个站点在发送数据后的一小段时间内可能遭遇冲突。 争用期：以太网的端到端往返时延2碰撞窗口 二进制指数类型退避算法：让发生碰撞的站在停止发送数据后，不是立即发送数据，而是推迟（退避）一个随机时间，以减小再次发生冲突的概率。 确定基准退避时间，一般为争用期2 定义参数k=Min重传次数，10，表示重传次数，但k超过10时取10 从离散的整数集合0,1,2k-1中取出一个数r，重传所需的时延就是基本退避时间的r倍 当重传达16次仍不能成功时，则丢弃该帧，并向高层报告。 以太网取51.2s为争用期长度。对于10Mb/s的以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。如在64字节之前无冲突，则后续的数字就不会发生冲突。 争用期51.2s还包含转发器所增加的时延等多种因素，因此大于往返时延。 最短有效帧长为64字节。如果有冲突产生，一定在发送的前64字节之内。 强化冲突：当发送数据的站一旦发现冲突，除了立即停止发送数据外，还继续发送若干比特的人为干扰信号（jamming ），以便让所有其它用户都知道发生了冲突。5.2.4 传统以太网的连接方法 传统以太网可使用的传输媒体有四种： 铜缆（粗缆或细缆） 铜线（双绞线） 光缆 这样，以太网就有四种不同的物理层。 使用粗同轴电缆的以太网：计算机中的网卡使用DB-15连接器与收发器电缆（即AUI电缆）相连，AUI电缆另一端与收发器相连。收发器的主要功能： 经电缆收发数据 在同轴电缆上检测数据帧的冲突 在同轴电缆和电缆接口的电子设备之间进行电气隔离 当收发器或计算机发生故障时，保护同轴电缆不受影响。当传输距离超过500米时，粗同轴电缆之间可通过转发器相连，但最长不超过2500米。 使用细同轴电缆的以太网：每段长度不超过185米，线缆与计算机网卡之间通过BNC口连接 网卡的主要功能： 数据的封装与解封 链路管理 编码与译码 使用10BASE-T的以太网：以双绞线取代同轴电缆： 10BASE-T使用两对无屏蔽双绞电话线，一对线发送数据，另一对线接收数据；使用RJ-45的8针模块插头。 和其它以太网媒体一样，10BASE-T使用曼彻斯特编码，信号频率是20M赫兹，并且必须使用3类或更高类别的UTP电缆。 10BASE-T具有链接一体化的特征，使电缆安装和故障查找变得容易了。每隔16毫秒，集线器和网卡都发出“滴答”(heart-beat)脉冲，它们也都要查听此信号，收到滴答信号表示物理连接已经建立。 用多端口集线器连接计算机，每个站到集线器不超过100米。 10BaseF：使用光纤作为媒体，在距离和传输特性上优点明显。 集线器 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议。 一个集线器有许多端口，很像一个多端口转发器。 集线器和转发器都工作在物理层 集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。 堆叠式集线器可由48个集线器堆叠成一个更大的集线器。5.3 以太网的MAC层5.3.1 MAC层的硬件地址 著名文献SHOC78：名字指出我们所要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处。严格地讲：名字应当与系统的所在地无关。 802标准为局域网规定了一种48bit的全球地址，是指局域网上的每一台计算机所插入的网卡上固化在ROM中的地址。 局域网上的计算机更换一块新网卡，它的局域网的“地址”就改变了，虽然物理位置没变，接入的局域网也没变。 一台笔记本电脑从一个地方移到另外一个地方并接入局域网，其局域网的“地址”没变，物理位置、接入的网络都变了。 总结：802标准所说的“地址”严格的讲应当是每一个站的“名字”或标识符。 802标准为6个字节局域网全球地址的法定管理机构RAC (Registration Authority Committee)，负责分配地址字段6个字节中的前3个字节(高24位)。 局域网卡的生产厂家必须购买由这3个字节构成的一个号(即地址块)，其正式名称为OUI(Organizationally Unique Identifier) 。 地址字段中的后3个字节(即低24位)则由厂家自行指派，称为扩展的惟一标识符(Extended Unique Identifier)，只要保证生产出的网卡没有重复地址即可，可见一个地址块可以生成224个不同的地址。 MAC地址即硬件地址、物理地址也是网卡地址或网卡标识符EUI-48。 IEEE规定地址字段的第一字节的最低位I/G (Individual/Group)比特。当I/G比特为0时，地址字段表示一个单个站地址；当I/G比特为1时，表示组地址，用来进行多播。 IEEE制定的二进制EUI-48地址有两种不同的记法（如P109图4-15） 第一种记法是802.5和 802.6采用的标准：每一个字节的高位写在最左边 第二种记法是802.3和 802.4采用的标准：每一个字节的高位写在最右边。 IEEE标准规定：地址字段第1字节的最低第2位为G/L（Global/Local）位。当G/L=1时表示全球管理（保证全球无相同的地址）；当G/L=0时表示本地管理，用户可以任意分配网络上的地址。以太网一般不使用G/L位。 网卡每接收一个MAC帧首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址。 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他处理； 否则，将此帧丢弃，不再进行其他处理。 “发往本站的帧”包括三种帧：单播 (unicast)帧(一对一)：收到的帧的MAC地址与本站的硬件地址相同。广播 (broadcast)帧(一对全体)：发送给所有站点的帧(全1地址)。多播 (multicast)帧(一对多)：发送给一部分站点的帧。 注意：所有的网卡都最至少能识别前两种帧。5.3.2 以太网的两种不同的MAC帧格式 常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ： DIX Ethernet V2 标准 IEEE 的 802.3 标准 最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。 无效的 MAC 帧 数据字段的长度与长度字段的值不一致； 帧的长度不是整数个字节； 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错； 数据字段的长度不在 46 1500 字节之间。有效的 MAC 帧长度为 64 1518 字节之间。 对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。 帧间最小间隔 帧间最小间隔为 9.6 ms，相当于 96 bit 的发送时间。 一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.6 ms 才能再次发送数据。 这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。 5.4.1 在物理层扩展局域网 设备：转发器和集线器 多级结构的集线器局域网的优点： 不同局域网的计算机之间可以通信。 扩大了局域网的地理覆盖范围。 多级结构的集线器局域网的缺点： 通过集线器互连在一起的局域网组成了一个更大的共同的碰撞域。 采用不同以太网技术的局域网互连，不能用集线器。因为此时它只是一个多端口的转发器，不能缓存帧 网桥是通过内部的端口管理软件和网桥协议实体完成工作的。 网桥从端口上受到数据帧时，先暂存于缓存中； 如帧无差错，欲发送的目的站MAC地址在另一网段，则通过查找转发表，将该帧转到另一端口；若有错，则丢弃。 使用网桥的优点： 过滤通信量。同一网段中通信无需转发。 扩大了物理范围，增加局域网中工作站的最大数目。 提高了可靠性。一般发生故障时只影响个别网段。 可互连不同物理层、不同MAC层和不同速率的局域网。 使用网桥的缺点： 增加了时延，一方面因为网桥需要缓存和查转发表，另一方面具有不同的MAC子层的网段桥接在一起时，网桥转发一个帧必须修改帧部分内容。 MAC子层无流量控制功能，重负荷时容易导致缓存溢出。 对于用户数多、通信量大的局域网会引发广播风暴。 网桥和集线器（或转发器）不同 集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。 网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。 若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。 在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡。 由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址。二、透明网桥 透明网桥是指局域网上的站点不知道所发送的帧经过哪几个网桥，是一种即插即用设备，其标准是IEEE802.1D。 工作原理：(1) 从端口 x 收到无差错的帧（如有差错即丢弃），在转发表中查找目的站 MAC 地址。 (2) 如有，则查找出到此 MAC 地址应当走的端口 d，然后进行(3)，否则转到(5)。(3) 如到这个 MAC 地址去的端口 d = x，则丢弃此帧（因为这表示不需要经过网桥进行转发）。否则从端口 d 转发此帧。(4) 转到(6)。(5) 向网桥除 x 以外的所有端口转发此帧（这样做可保证找到目的站）。(6) 如源站不在转发表中，则将源站 MAC 地址及进入的端口号加入到转发表，设置计时器，然后转到(8)。如源站在转发表中，则执行(7)。(7) 更新计时器。(8) 等待新的数据帧。转到(1)。 转发表的建立逆向学习 网桥工作在混杂（promiscuous）方式，接收所有的帧； 网桥接收到一帧后，通过查询地址/端口对应表来确定是丢弃还是转发； 网桥刚启动时，地址/端口对应表为空，采用扩散算法即洪泛方法转发帧：将目的地不明确的帧发送到网桥所连的所有LAN中； 在转发过程中采用逆向学习（backward learning）算法收集MAC地址。网桥通过分析帧的源MAC地址得到MAC地址与端口的对应关系，并写入地址/端口对应表； 网桥软件对地址/端口对应表进行不断的更新，并定时检查，删除在一段时间内没有更新的地址/端口项； 帧的路由过程 目的LAN与源LAN相同，则丢弃帧； 目的LAN与源LAN不同，则转发帧； 目的LAN未知，则洪泛帧，并逆向学习。 支撑树算法：互连在一起的网桥在进行彼此通信后，就能找出原来的网络拓扑的一个子集，在这个子集里整个连通的网络中不存在回路。即，在任何两个站之间只有一条路经，一旦支撑树确定了，网桥就会将某些端口断开，以确保从原来的拓扑得出一个支撑树。 工作过程：每隔几秒每个网桥要广播其标识号和他所知道的其他的所有在网上的网桥，以便及时反映网络拓扑变化时的支撑树。支撑树算法选择一个网桥作为支撑树的根，然后以最短路径为依据，找到树上的每个结点。 源路由的产生： 每个站点通过广播“发现帧”（discovery frame）来获得到各个站点的最佳路由。 若目的地址未知，源站发送“发现帧”，每个网桥收到后广播，目的站收到后发应答帧，该帧经过网桥时被加上网桥的标识，源站收到后就知道了到目的站的最佳路由。 优点 对带宽进行最优的使用。 缺点 网桥的插入对于网络是不透明的，需要人工干预。站点要知道网络的拓扑结构。 复杂: 存储路由, 发送查找帧, 向帧中复制路由信息 选择路由案例研究：H1想向H2发送数据帧 H1首先发送一个测试帧以检测H2是否与H1在同一网段上；如果测试后发现H2与H1不在同一网段上；则H1将进行下列动作： 第一步：H1发出一个探测帧，探测H2的所在位置。 第二步：桥B1和B2都收到H1发出的探测帧，它们分别在探测帧中加进路由信息，然后将探测帧分别转发到LAN3和LAN4。 第三步：桥B3和B4也收到H1发出的探测帧，它们也分别在探测帧中加进自己的路由信息，然后继续将探测帧转发到LAN2。 第四步：H2收到两个探测帧，H2检查探测帧中累积的路由信息，然后分别沿着探测帧来的路径发响应帧。 第五步：H1收到两个H2发来的两个响应帧，从而得知有两条路径可以到达H2，分别为：LAN1B1LAN3B3LAN2和LAN1B2LAN4B4LAN2 最后H1选择其中一条路径，将路由信息加到数据帧中发给H2。四、多端口网桥以太网交换机 以太网交换机（交换式集线器、第二层交换机）：工作在网络的数据链路层。 以太网交换机的每个端口都直接与一个单个主机或另一个集线器/交换机相连(即连接一个网段)，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞的传输数据。 以太网交换机采用了专用的交换结构芯片，其交换速率较高。5.5 虚拟局域网 虚拟局域网的定义：虚拟局域网是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。 说明：虚拟局域网只是局域网提供给用户的一种服务，并不是一种新型局域网。 虚拟网络是建立在局域网交换机或ATM交换机之上的，它以软件方式来实现逻辑工作组的划分和管理，逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制。 同一逻辑工作组的成员不一定要连接在同一个物理网段上，它们可以连接在同一个或不同的局域网交换机上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。 当一个结点从一个逻辑工作组转移到另一个逻辑工作组时，只要通过软件设定，不需要改变它在网络中的物理位置。5.5 高速以太网5.5.1 快速以太网 100Base-T以太网 100Base-T以太网：在双绞线上传送100Mb/s的基带信号的星型拓扑以太网，仍使用IEEE 802.3和CSMA/CD协议，称为快速以太网。 用户只需要更换一张网卡，并配上100Mb/s的集线器/交换机，就可以方便地从10Base-T升级到100Base-T。 100Base-T能识别并自适应10Mb/s和100Mb/s的以太网。 标准：1995年，IEEE通过802.3u标准，实际上是802.3的一个补充。原有的帧格式、接口、规程不变，只是将比特时间从100ns缩短为10ns。 对10 Mbps 802.3 LAN的改进：一种方法是改进10Base-5 或 10Base-2，采用CSMA/CD，最大电缆长度减为1/10，未被采纳；另一种方法是改进10Base-T，使用HUB，被采纳：当数据率提高10倍时，为保持最短帧长不变，网段的电缆长度减为100米，帧间间隔从原来的9.6s改为现在的0.96 s。 100BASE-T MAC与10Mbps经典以太网MAC几乎完全一样，例如两者都具有下列参数值：时隙=512位时，重试次数极限=16，退避次数极限=10，碰撞加强(jam)信号长度=32比特，地址位长度=48比特，最大帧长=1518字节，最小帧长=512比特(64字节)，唯一不同的参数就是帧际间隙时间，10Mbps是9.6微秒(最小值)，快速以太网(100Mbps)是0.96微秒(最小值)。 100BASE-T MAC以10倍速度使用传统的以太网MAC。100BASE-T标准允许包括多种物理层协议，现在已有三个不同的100BASE-T物理层规范，其中的两个标准支持长度为100米的无屏蔽双绞线，第三个标准支持单模或多模光缆。表4-1列出了三种媒体类别的主要参数值。有时人们把100BASE-TX和100BASE-FX合在一起称作100BASE-X 。 100Base-TX 使用2对5类平衡双绞线或150W屏蔽平衡电缆，1对 用于发送，另1对用于接收，可实现全双工通信； 信号能量主要集中在30MHz以下，以便减少辐射的影响； 信号编码采用MLT-3多电平传输编码方法，用正、负和零电平实现三元制进行编码： 当输入一个“0”时，下一个输出值不变； 当输入一个“1”时，下一个输出值要变化：若前一个输出值为正值或负值，则下一个输出值为零；若前一个输出值为零，则下一个输出值与上一次的一个非零输出值的符号相反。 100Base-T4 使用4对UTP3类或5类线，同时使用3对线同时传送数据（每对数据率为33.5MB/s），用1对作为冲突检测的接收信道；传输距离最长为100m； 信号采用8B6T-NRZ编码方法：将数据流中的每0位作为一组，然后按规则转换为每组6位的三元制码元。5.5.2 千兆以太网吉比特以太网 1997年，IEEE通过802.3Z标准，允许在1Gb/s下实现全双工/半双工通信； 仍采用802.3协议规定的帧； 在半双工通信方式下使用CSMA/CD协议，全双工下方式不需要使用CSMA/CD协议 与10Base-T和100Base-T技术向后兼容 吉比特以太网的物理层使用了两种成熟的技术：一种来自现有的以太网，另一种来自ANSI制订的光纤通道。 吉比特网的物理层共有两个标准： 1000Base-X(802.3z标准)：基于光纤通道的物理层，即FC-0和FC-1，使用的媒体有： 1000Base-SX：使用短波长（850nm）的激光器，采用纤芯直径为62.5m和50 m的多模光纤时，传输距离为275m和550m。 1000Base-LX：使用长波长（1300nm）的激光器，采用纤芯直径为62.5m和50 m的多模光纤时，传输距离为550m；采用纤芯直径为10 m的单模光纤时，传输距离为5Km。 1000Base-CX：使用铜线，如采用两对短距离的屏蔽双绞线电缆，传输距离为25m。 1000Base-T(802.3ab标准)：使用4对5类双绞线，传送距离为100m。 吉比特以太网在半双工方式下必须进行冲突检测，由于数据率的提高，使一个网段的最大长度保持在100m，采用了“载波延伸”的办法，使最小帧长仍为64字节，将最大争用时间增大为512字节。 吉比特网还增加了分组突发的功能：当很多短帧要发送时，第一个短帧仍需载波延伸进行填充，随后的帧可一个接一个发送，只需相互间留有必要的帧间最小间隔。5.5.3 10吉比特网万兆以太网 2002年6月，IEEE802.3ae委员会制订了万兆以太网标准。 万兆以太网的帧格式与10Mb/s、100Mb/s和1Gb/s完全 相同，并保留了802.3标准规定的最帧长和最大帧长，以便能和已有的以太网兼容与升级。 万兆以太网只使用光纤作为传输媒体，使用长距离（超过40Km）的光收发器与单模光纤接口，可在广域网和城域网范围内工作。如使用多模光纤，传输距离为65300m。 万兆以太网只工作在全双工方式下，不存在争用问题，也不使用CSMA/CD协议。 万兆以太网使用自己物理层标准，共有两种： 局域网物理层LAN PHY，数据率精确为10Gb/s； 可选的广域网物理层WAN PHY，以便和所谓的“Gb/s”的SONET/SDH（实际为9.58464Gb/s）相连接。 万兆以太网的工作范围从局域网扩展到广域网，实现端到端的以太网传输，好处如下： 以太网是成熟的技术，需在更大的范围内试验。 以太网的互操作性好 以太网的价格低廉，能适应多种传输媒体 端到端的以太网使用的帧的格式全部是以太网的格式，无需转换就可互连。5.6 无线局域网5.6.1 无线局域网的组成 无线局域网发展缓慢的原因 价格贵 数据率低 安全性较差 使用登记手续复杂 便携站和移动站:含义不同 1997年，IEEE制订出无线局域网802.11 无线局域网分类：有固定基础设施的和无固定基础设施的 有固定基础设施的无线局域网:预先建立起来的,能覆盖一定地理范围的一批固定基站，如移动电信基站。 最小构件：基本服务集BSS，包含一个基站和基于个移动站，所有的站在本BSS内都可以直接通信，但和本BSS以外的站通信时必须通过本BSS基站。 基本服务区BSA:一个基本服务集BSS所覆盖的地理范围。无线局域网中，一个基本服务区的范围可达几十米。 接入点AP:基本服务集里的基站，其作用类似于网桥。 扩展的服务集ESS:一个基本服务集可以是孤立的，也可以通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS，然后再接入到另一个基本服务集，这样就构成了一个扩展的服务集。分配系统可以使用以太网、点对点链路或其他无线网络。ESS还可为无线用户提供到非802.11无线局域网的接入通过门桥实现。一个基本服务集 BSS 包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信时都要通过本 BSS 的基站。 基本服务集中的基站叫做接入点 AP (Access Point)其作用和网桥相似。一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点 AP连接到一个主干分配系统 DS (Distribution System)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS (Extended Service Set)。ESS 还可通过Portal为无线用户提供到非 802.11 无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。Portal的作用就相当于网桥。 移动站 A 从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集，而仍然可保持与另一个移动站 B 进行通信。 无固定设施的无线局域网（自组网络） 网络中无接入点AP，而是由平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络 每个网站具有路由功能，能存储转发信息 移动自组网络和移动 IP 并不相同 移动 IP 技术使漫游的主机可以用多种方式连接到因特网。 移动 IP 的核心网络功能仍然是基于在固定互联网中一直在使用的各种路由选择协议。 移动自组网络是将移动性扩展到无线领域中的自治系统，它具有自己特定的路由选择协议，并且可以不和因特网相连。 站点隐藏问题：由于站点距离竞争者太远，从而不能发现潜在介质竞争者。 站点暴露问题：暴露站点问题（exposed station problem）：由于非竞争者距离发送站点太近，从而导致介质非竞争者不能发送数据。 传统的CSMA协议不适合于无线局域网，需要特殊的MAC子层协议 CSMA 在电缆上，信号传播给所有站点 CSMA只判断本发送站点周围是否有活跃发送站点 冲突被发送站点发现 某一时刻，信道上只能有一个有效数据帧 无线局域网 信号只能被发送站点周围一定范围内的站点接收 MAC子层协议需要尽量保证接收站点周围一定范围内只有一个发送站点。 冲突被接收站点发现 某一时刻，信道上可以有多个有效数据帧 CSMA/CA协议：关键在于冲突避免 要检测冲突，设备必须能够在发送数据的同时接收数据（全双工），以便检测有无冲突，这对无线网络设备是非常难以实现。 无线介质上的信号强度的动态范围很大，因此发送站无法用信号强度的变化来检测是否有冲突发生。 即使以上两个问题都已解决，在接收站仍有可能产生冲突，因为无线网络存在隐藏站问题。 802.11设计了独特的MAC层，通过协调功能来确定在基本服务集BSS中的移动站在什么时候能发送或接收数据。 分布协调功能DCF：在每一结点使用CSMA机制的分布式接入算法，让各个站点通过争用信道来获取发送权； 点协调功能PCF：使用集中的接入算法，用类似于探询的方法将发送数据权轮流地交给各个站，从而避免冲突的发生。 帧间间隔IFS：为尽量避免冲突，所有的站在完成发送后，必须等待很短的时间（继续监听）才能发送下一帧，这段时间称为帧间间隔IFS。 短帧间间隔SIFS：28微秒，用于高优先级帧的发送，如ACK帧、CTS帧、回答AP探询的帧，以及在PCF方式中接入点AP发送的帧； 点协调帧间隔PIFS：78微秒，在开始使用PCF方式时优先获得接入到媒体中。在一个基本服务集内，当某个站在一个时隙开始时接入到媒体时，那么在下一个时隙开始时，所有其他站都能检测出信道已经变为忙； 分布协调帧间隔DIFS：128微秒，在DCF方式中，用来发送数据帧和管理帧。 CSMA/CA协议中的载波侦听多路访问分两个层次 物理层次上与IEEE 802.3基本相同： 发送数据前首先要侦听网络无线信道，如处于“空闲”状态，则等待一个很短的时间空隙IFS。此后，若信道仍空闲，可以发送数据；若信道上有信号传播，则推迟传输而继续侦听直到信道空闲。 当一帧传输结束后，站点再等待一个时间空隙IFS。如此时信道忙碌，则执行二进制退避算法而并继续监听；如果信道空闲，便可以传送下一帧。 虚拟层次上： 站点如接收到其他站点要求占用介质的“传输持续时间”通告后，调整网络分配向量NAV，而主动推迟本站的发送，其效果相当于检测到信道忙而延迟发送。 CSMA/CA协议中的冲突避免有三种机制： 预约信道：发送站利用“传输持续时间”向其他无线站点通告本站将要占用多长时间的信道，以便其他站点让出信道，避免冲突。 正向确认机制：接收站若正确收到数据帧（非广播帧、组播帧），就向发送站发送一个确认ACK帧。若发送站在规定时间内未收到确认帧，则重发数据帧，直到收到确认帧。 请示发送RTS/允许发送CTS机制：A向B发送RTS帧，表明要向B发送数据，A周围的站点会收到此帧，不再要求发送发送；B收到后，回送CTS帧，表明接收已准备就绪，B周围的站点会收到此帧，也按兵不动。这样A和B的通信就可以避免冲突。当然，B正确收到数据后需发送ACK确认帧。RTS和CTS帧中都包含有“传输持续时间”。 CSMA/CA 协议的原理 欲发送数据的站先检测信道。在 802.11 标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。 通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。 当源站发送它的第一个 MA