详尽的IEEE802标准

精品文档 1欢迎下载 IEEE802IEEE802 协议集介绍 协议集介绍 802 1802 1 802 21802 21 TCP Transport Control Protocol 传输控制协议 IP Internetworking Protocol 网间网协议 UDP User Datagram Protocol 用户数据报协议 ICMP Internet Control Message Protocol 互联网控制信息协议 SMTP Simple Mail Transfer Protocol 简单邮件传输协议 SNMP Simple Network manage Protocol 简单网络管理协议 FTP File Transfer Protocol 文件传输协议 ARP Address Resolation Protocol 地址解析协议 1980 年 2 月成立 IEEE802 委员会 IEEE Institute of Electrical and lectronics Engineers INC 即电器和电子工程师协会 该委员会制定了一系列局域网标准 称为 IEEE802 标准 按 IEEE802 标准 局域网体系结构由物理层 介质访问控制子层 MAC Media Access Control 和逻 辑链路子层 LLC Logical Link Control 组成 IEEE 委员会为局域网制定了一系列标准 统称为 IEEE802 标准 IEEE802 1 局域网概述 体系结构 网络管理和网络互联 IEEE802 2 逻辑链路控制 LLC IEEE802 3 CSMA CD 访问方法和物理层规范 主要包括如下几个标准 IEEE802 3 CSMA CD 介质访问控制标准和物理层规范 定义了四种不同介质 10Mbps 以太网 规范 10BASE2 10BASE5 10BASET 10BASEF IEEE802 3u 100Mbps 快速以太网标准 现已合并到 802 3 中 IEEE802 3z 光纤介质千兆以太网标准规范 IEEE802 3ab 传输距离为 100 米的 5 类无屏蔽双绞线介质千兆以太网标准规范 IEEE802 4 Token Passing BUS 令牌总线 IEEE802 5 Token Ring 令牌环 访问方法和物理层规范 IEEE802 6 城域网访问方法和物理层规范 IEEE802 7 宽带技术咨询和物理层课题与建议实施 IEEE802 8 光纤技术咨询和物理层课题 IEEE802 9 综合声音 数据服务的访问方法和物理层规范 IEEE802 10 安全与加密访问方法和物理层规范 IEEE802 11 无线局域网访问方法和物理层规范 包括 IEEE802 11a IEEE802 11b IEEE802 11c 和 IEEE802 11q 标准 IEEE802 12 100VG AnyLAN 快速局域网访问方法和物理层规范 简单说一下 802 系列如下 802 1 高层局域网协议 Higher Layer LAN Protocols 802 2 逻辑链路控制 Logical Link Control 802 3 以太网 Ethernet CSMA CD 802 4 令牌总线 Token Bus 802 5 令牌环 Token Ring 802 6 城域网 802 7 宽带技术 精品文档 2欢迎下载 802 8 光纤技术 802 9 语音与数据综合局域网 802 11 无线局域网 Wireless LAN 802 12 100VG AnyLAN 802 15 无线个域网 Wireless Personal Area Network 蓝牙 802 16 宽带无线接入 Broadband Wireless Access WiMAX 802 17 弹性分组环 Resilient Packet Ring 802 18 无线管制 Radio Regulatory TAG 802 19 共存 Coexistence TAG 802 20 移动宽带无线接入 Mobile Broadband Wireless Access MBWA 802 21 媒质无关切换 Media Independent Handoff IEEE802 协议是一种物理协议 因为有以下多种子协议 把这些协议汇集在一起就叫 802 协 议集 IEEE 是电气和电子工程师协会 Institute of Electrical and Electronics Engineers 的简称 IEEE 组织主要负责有关电子和电气产品的各种标准的制定 IEEE 于 1980 年 2 月成立了 IEEE 802 委员会 专门研究和指定有关局域网的各种标准 IEEE 802 委员会不断增加 这些分委员会的职能如下 一 802 1X 协议 802 1X 协议是由 美 电气与电子工程师协会提出 刚刚完成标准化 的一个符合 IEEE802 协议 集的局域网接入控制协议 全称为基于端口的访问控制协议 能够在利用 IEEE 802 局域网优势的 基础上提供一种对连接到局域网的用户进行认证和授权的手段 达到了接受合法用户接入 保护 网络安全的目的 802 1x 认证 又称 EAPOE 认证 主要用于宽带 IP 城域网 802 1 802 1 高层及其交互工作 提供高层标准的框架 包括端到端协议 网络互连 网络管理 高层及其交互工作 提供高层标准的框架 包括端到端协议 网络互连 网络管理 路由选择 桥接和性能测量 路由选择 桥接和性能测量 802 基于端口的访问控制 Port Based Network Access Control 协议起源于 802 11 协议 后者是标准的无线局域网协议 802 1x 协议的主要目的是为了解决无线局域网用户的接入认证问 题 802 1x 协议仅仅提供了一种用户接入认证的手段 并简单地通过控制接入端口的开 关状态来 实现 这种简化适用于无线局域网的接入认证 点对点物理或逻辑端口的接入认证 而在可运营 可管理的宽带 IP 城域网中作为一种认证方式具有一定的局限性 IEEE 802 1d 生成树协议 Spanning Tree IEEE 802 1w RSTP 算法 IEEE 802 1s MSTP 算法 IEEE 802 1P 讲述的是交换机与优先级相关的流量处理的协议 IEEE 802 1q 虚拟局域网 Virtual LANs VLan 虚拟桥接局域网协议 定义了 VLAN 以及封装 技术 包括 GARP 协议及其源码 GVRP 源码 二 IEEE 802 2 IEEE 802 2 LLC Logical Link Control 逻辑链路控制 802 2 802 2 连接链路控制连接链路控制 LLCLLC 提供 提供 OSIOSI 数据链路层的高子层功能 提供数据链路层的高子层功能 提供 LANLAN MACMAC 子层与高层子层与高层 协议间的一致接口协议间的一致接口 三 IEEE 802 3 IEEE 802 3 是一篇非常重要的业界规范文档 其中最主要的就是规定了以太网的电气指标 从物理层的电路结构到链路层的 MAC 操作都有介绍 802 3 802 3 以太网规范 定义以太网规范 定义 CSMA CDCSMA CD 标准的媒体访问控制 标准的媒体访问控制 MACMAC 子层和物理层规范 子层和物理层规范 802 3u 快速以太网 Fast Ethernet 精品文档 3欢迎下载 802 3z 千兆以太网 Gigabit Ethernet 四 802 4 令牌总线网 802 4 令牌环总线 Token Passing Bus 单一 多信道速率 1 5 10 MBit s 802 4 802 4 令牌总线网 定义令牌传递总线的媒体访问控制 令牌总线网 定义令牌传递总线的媒体访问控制 MACMAC 子层和物理层规范 子层和物理层规范 五 802 5 令牌环线网 802 5 802 5 令牌环线网 令牌环线网 802 5 令牌环 Token Passing Ring 基带速率 1 4 16 MBit s 定义定义 令牌传递环的媒体访问控制 令牌传递环的媒体访问控制 MACMAC 子层和物理层规范 子层和物理层规范 六 802 6 城域网 MAN 802 6 802 6 城域网城域网 MANMAN 定义城域网 定义城域网 MANMAN 的媒体访问控制 的媒体访问控制 MACMAC 子层和物理层规范 子层和物理层规范 DQDB DQDB 分分 布队列双总线布队列双总线 七 802 7 宽带局域网 Brandband Lan 802 7 802 7 宽带技术咨询组 为其他分委员会提供宽带网络技术的建议和咨询 宽带技术咨询组 为其他分委员会提供宽带网络技术的建议和咨询 802 7802 7 宽带局宽带局 域网域网 Brandband Brandband LanLan 八 802 8 光纤局域网 802 8 802 8 光纤技术咨询组 为其他分委员会提供使用有关光纤网络技术的建议和咨询 光纤技术咨询组 为其他分委员会提供使用有关光纤网络技术的建议和咨询 九 802 9 集成数据和语音网络 Integrated Voice and Data Networks VoIP 802 9 802 9 综合话音综合话音 数据局域网 数据局域网 IVDIVD LANLAN 定义综合话音 定义综合话音 数据终端访问综合话音数据终端访问综合话音 数据局域数据局域 网 包括网 包括 IVDIVD LANLAN MANMAN WANWAN 的媒体访问控制 的媒体访问控制 MACMAC 子层和物理层规范 子层和物理层规范 802 9a IsoENET proposed 十 802 10 可互操作局域网安全标准 SILS 802 10 网络安全 Network Security Empfehlungen ber Sicherheitsaspekte im LAN 802 10 802 10 可互操作局域网安全标准 可互操作局域网安全标准 SILSSILS 定义局域网互连安全机制 定义局域网互连安全机制 十一 802 11 无线局域网 802 11 802 11 无线局域网 定义自由空间媒体的媒体访问控制 无线局域网 定义自由空间媒体的媒体访问控制 MACMAC 子层和物理层规范 子层和物理层规范 无线局域网采用 802 11 系列标准 主要有 4 个子标准 1 802 11b 标准的传输速度为 11MB S 2 802 11a 标准的连接速度可达 54MB S 与 802 11a 互不兼容 3 802 11g 兼容 802 11b 与 802 11a 两种标准 这样原有的 802 11b 和 802 11a 两种标准的设备 都可以在同一网络中使用 4 802 11z 是一种专门为了加强无线局域网安全的标准 十二 802 12 按需优先 100VG ANYLAN 802 12 802 12 按需优先按需优先 100VG ANYLAN 100VG ANYLAN 定义使用按需优先访问方法的 定义使用按需优先访问方法的 100Mpbs100Mpbs 的以太网标准 的以太网标准 十三 802 13 十四 802 14 有线电视 CATV 定义了电缆调调制解调器 定义了电缆调调制解调器 cablecable modemmodem 标准 标准 十五 802 15 无线 PAN Personal Area Network 无线个人局域网 无线个人网络 WPAN 和无线分布式感知 控制网络 WDSC 中的网络设备可能会由不同的公司 进行开发生产 所以一个统一的协议或标准显得尤其重要 2002 年 IEEE 802 15 工作组成立 专门从事 WPAN 标准化工作 它的任务是开发一套适用于 短程无线通信的标准 通常我们称之为无线个人局域网 WPANs 目前 IEEE 802 15 WPAN 共拥有 4 个工作组 1 蓝牙 WPAN 工作组 蓝牙是无线个人局域网的先驱 在初始阶段 IEEE 并没有制定蓝牙相关 的标准 所以经过一段快速发展时期后 蓝牙很快就有了产品兼容性的问题 现在 IEEE 决定制 定行业标准来开发能够相互兼容的蓝牙芯片 网络和产品 2 共存组 为所有工作在 2 4GHz 频带上的无线应用建立一个标准 精品文档 4欢迎下载 3 高数据率 WPAN 工作组 其 802 15 3 标准适用于高质量要求的多媒体应用领域 4 802 15 4 工作组为了满足低功耗 低成本的无线网络要求 IEEE 标准委员会在 2000 年 12 月份正式批准并成立了 802 15 4 工作组 任务就 是开发一个低数据率的 WPAN LR WPAN 标准 它具有复杂度低 成本极少 功耗很小的特点 能在低成本设备 固定 便携或可移动的 之间进 行低数据率的传输 目前该标准仍处于不断改善和修订阶段 预计于 2003 年初推出正式标准 802 15 4 无线发射 接收机及网络被 Motorola Philips Eaton Invensys 和 Honeywell 这些国际通信与工业控制 界巨头们极力推崇 IEEE 802 15 4 标准及其技术特点 IEEE 802 15 4 满足国际标准组织 ISO 开放系统互连 OSI 参考模式 它包括物理层 介质 访问层 网络层和高层 物理层 IEEE 802 15 4 提供两种物理层的选择 868 915 MHz 和 2 4GHz 物理层与 MAC 层的协作扩 大了网络应用的范畴 这两种物理层都采用直接序列扩频 DSSS 技术 降低数字集成电路的成本 并且 都使用相同的包结构 以便低作业周期 低功耗地运作 2 4G 物理层的数据传输率为 250kb s 868 915MHz 物理层的数据传输率分别是 20 kbps 40 kbps 2 4GHz 物理层的较高速率主要归因于一个较好的调制方案 基于 DSSS 方法 16 个状态 的准 正交调制技术 来自 PPDU 的二进制数据被依次 按字节从低到高 组成 4 位二进制数据符号 每种 数据符号 对应 16 状态组 中的一组 被映射成 32 位伪噪音 CHIP 以便传输 然后这个连续的伪 噪音 CHIP 序列被调制 采用最小移位键控方式 MSK 到载波上 即采用半正弦脉冲波形的偏移四相 移相键控 O QPSK 调制方式 868 915MHZ 物理层使用简单 DSSS 方法 每个 PPDU 数据传 输位被最大长为 15 的 CHIP 序列 m 序列 所扩展 即被多组 1 1 构成的 m 序列编码 然后使用二进制相移键控技术调制这个扩 展的位元序列 不同的数据传输率适用于不同的场合 举例如下 868 915MHz 物理层的低速率换 取了较好的灵敏度 85dbm 2 4G 92dbm 868 915MHz 和较大的覆盖面积 从而减少了覆盖给定物 理区域所需的节点数 2 4G 物理层的较高速率适用于较高的数据吞吐量 低延时或低作业周期的 场合 介质访问层 IEEE 802 15 4 MAC 层的特征是 联合 分离 确认帧传递 通道访问机制 帧确认 保证 时隙管理 和信令管理 MAC 子层提供两个服务与高层联系 即通过两个服务访问点 SAP 访问高 层 通 过 MAC 通用部分子层 SAP MCPS SAP 访问 MAC 数据服务 用 MAC 层管理实体 SAP MLME SAP 访问 MAC 管理服务 这两个服务为网络层和物理层提供了一 个接口 灵活的 MAC 帧结构适应了不同的应用及网络拓扑的需要 同时也保证了协议的简洁 MAC 帧的 通用格式如图 2 所示 帧控制说明了如何看待帧的其余部分及它们包含什么 序列号是传输数据帧 及确认帧的序号 仅当确认帧的序列号与上次数据传输帧的序列号一致时 才能判定数据传输业务成功 帧校验序 列是 16 位循环冗余校验 净荷 payload 是 MAC 帧要承载的上层数据 它的字段长度可变 MAC 数据帧被送至物理层 作为物理层帧数据 PPDU 的一部分 网络层 网络层包括逻辑链路控制子层 802 2 标准定义了 LLC 并且通用于 诸如 802 3 802 11 及 802 15 1 等 802 系列标准中 而 MAC 子层与硬件联系较为紧密 并随不同的物理层实现而变化 网络层负责拓扑结构的建立和维护 命名和绑定服务 它们协同完成寻址 路由及安全这些必须 的任务 这个标准的网络层被期望能自己组织和维护 IEEE 802 4 标准支持多种网络拓扑结构 包括星型和点 点拓扑结构 应用的设计选择决定了 精品文档 5欢迎下载 拓扑结构 一些应用 诸如 PC 外设 适合低延时的星型连接 而对于别的 诸如涉及安全要求领 域 适合大面积的点 点拓扑结构 802 15 4 WPAN 具有如下的特点 可升级 卓越的网络能力 可对多达 254 个的网络设备进行动态设备寻址 适应性 与现有控制网络标准无缝集成 通过网络协调器 Coordinator 自动建立网络 采用 CSMA CA 方式进行信道存取 可靠性 为了可靠传递 提供全握手协议 与蓝牙的比较 在过去的几年内 蓝牙技术引起了极大的关注 在文章的第一部分已经提 到 蓝牙被重新定 义为 802 15 1 大多数了解蓝牙的读者可能会有一个共同的问题 蓝牙 802 15 1 与 802 15 4 的本质区别是什么 为什么通信 控制工业会注重对 WPAN 的新技术 802 15 4 的投资 802 15 4 和蓝牙很相似 二者均用于 WPAN 802 15 4 适用于传感器 玩具和家庭自动控制 同时注重于低速数据或短操作时间的控制 和通信网络 蓝牙则是在 ad hoc peer to peer 网络中擅长便携式音频 便携式屏幕图表图象及 文件的传输 802 15 4 设计特点是能够合理地优化能源的使用 一块正常电池的使用寿命可以达到 2 年 以上 蓝牙的能耗与移动电话类似 需定期充电 802 15 4 技术的应用和挑战 产品的方便灵活 易于连接 实用可靠及可继承延续是市场的驱动力 IEEE 802 15 4 的早 期客户将是高端工业用户 这是由于 802 15 4 主要应用于工业控制 远程监控和楼宇自动化领域 后期 802 15 4 的市场将转 向消费者和家庭用户 主要应用于家庭自动化 安全和交互式玩具 其市场的动力来将自其低造价 小功耗以及便于使用的特点 最终每个 802 15 4 发射接收机的价 格将低于 5 美元 对于工业市场领域来说 感应器网络是主要市场对象 将感应器和 802 15 4WPAN 设备组合 进行数据收集 处理和分析 就可以决定是否需要或何时需要用户操作 无线感应器应用实例包 括恶劣环境下的检测 诸如涉 及危险的火和化学物质的现场 监测和维护正在旋转的机器等等 在这些应用上 一个 802 15 4WPAN 网络可以极大的降低新感应器网络的安装成本并简 化对现有 网络的扩充 802 15 4 网络另一个充满魅力的应用领域是精作农业 使用自动化的远程控制网络的智能设 备实现农场经营的信息化和软件化是精作农业的新范例 这需要成千上万个带传感 器的 LR WPAN 设备组成网状网络 感应器将收集有关田地的信息 比如土地湿度 氮浓缩量和土壤的 PH 值等 每个感应器将经过计算的数据传输到它相应的 LR WPAN 设备 并通过网络将其返回到一个中央数 据采集设备 精作农业的网络应用属 802 15 4LR WPAN 的低端应用 仅需通过已部署的网络 设备 每天进行少许数据的传输 针对巨大的中国市场和 2008 年国际奥林匹克运动会 802 15 4 技术产品将在中国的环境监 测和保护领域发挥重要的作用 利用该技术可以对污染源 特别是各工厂废水 废气的排放口进 行实时监测控制 在每个排放口安装相应 感应器 完成样本的采集 分析和最终的流量测定 就 目前的环境来说 污染源的数量大的惊人 仅北京地区的排污口就有几万个 802 15 4 将提供一个低成本的用于数据采集和传输的网状网络 网络上每个监测点只需在有 限的时间内发送几个比特的数据 数据流是异步的 并在数据等待时间上限制极小 这些因素利 于电池使用寿命的延长 802 15 4 WPAN 应用的挑战在于它的网络拓扑结构 由于实际应用需用网状拓扑结构 所以一 些节点可使用能量感知来获取生存所需能源 同时充当其他节点的中继器 以便转发信息到最终 目的地 网络配置也不适合采用手动配置 应该实现自我配置 精品文档 6欢迎下载 十六 802 16 宽带无线接入 Broadband Wireless Access 定义了宽带无线局域网标准定义了宽带无线局域网标准 IEEE 802 委员会于 1999 年成立了 802 16 工作组来专门开发宽带无线标准 IEEE 802 16 负责对无线本地环路的无线接口及其相关功能制定标准 它由三个小工作组组成 每 个小工作组分别负责不同的方面 IEEE 802 16 1 负责制定频率为 10G 到 60G 赫兹的无线接口标准 IEEE 802 16 2 负责制定宽带无线接入系统共存方面的标准 IEEE 802 16 3 负责制定频率范围在 2G 到 10G 赫兹之间获得频率使用许可的应用的无线接口标准 我们可以看到 802 16 1 所负责的 频率是非常高 的 而它的工作也是在这三个组中走在最前沿的 由于其所定位的带宽很特殊 在 将来 802 16 1 最有可能会引起工业界的兴趣 802 16 无线服务的作用就是在用户站点同核心网络之间建立起一个通信路 径 这个核心网络可以 是公用电话网络也可以是因特网 IEEE 802 16 标准所关心的是用户的收发机同基站收发机之间的 无线接口 其中的协议专门对在网络中传输大数据块时的无线传输地址问题做了规定 协议标准 是按