2、第2章 新局域网技术

第2章新局域网技术,学习目标及重点,掌握HDLC协议的基本概念、帧格式、协议的主要内容,了解WLAN的分类、标准和相关技术,掌握快速局域网和高速局域网组网技术,掌握局域网各层标准和功能，重点掌握CSMA/CD的原理,掌握局域网的分类和各种拓扑结构的特点,2.1局域网的分类和拓扑结构,2.1.1局域网的分类按拓扑结构分类按传输介质分类传输介质访问方法分类按网络操作系统分类按服务对象分类,2.1.2局域网拓扑结构类型,1总线型网络结构,总线型网络结构,2星形网络结构,星型网络结构,3树形网络结构,树形网络结构,4环形网络结构,环型网络结构,5混合型网络结构,混合型网络结构,2.2局域网标准和介质访问控制协议,2.2.1IEEE802标准与协议1IEEE802标准简介,LAN/RM模型,OSI参考模型与IEEE802标准之间的关系,2物理层,局域网物理层制定的标准规范主要由如下一些内容：（1）局域网传输介质与传输距离；（2）物理接口的机械特性、电气特性、性能特性和规程特性；（3）传输信号的编码方案，局域网常用的编码方案有曼彻斯特码、差分曼彻斯特码、非归零码、4B/5B、8B/6T和8B/10B等；（4）错误校验码以及同步信号的产生与删除；（5）传输速率；（6）拓扑结构；（7）信令方式。,3链路层,（1）MAC（介质访问控制）子层主要功能是：在传输数据时，将要传输的数据组装成帧，帧中包含有地址和差错检测等字段。在接受数据时，将收到的数据帧拆封，并进行地址识别和差错检测。管理和控制对局域网传输介质的访问，进行合理的信道分配，解决信道竞争问题。,（2）LLC（逻辑链路控制）子层：LLC在MAC子层的支持下向网际层提供服务。LLC子层与传输介质无关，它独立于介质访问控制方法，隐藏了各种802网络之间的差别，向网际层提供一个统一的格式和接口，并为网际层提供两种类型的服务（面向连接服务和无连接服务）。LLC子层提供的主要功能是寻址、排序、差错控制和流量控制等功能。,4网际层在任意两个节点之间都有唯一的路由，所以网络层不存在路由选择问题。5IEEE802标准系列,2.2.2以太网介质访问控制协议,1以太网数据帧结构,IEEE802.3数据帧格式,2CSMA/CD原理,CSMA/CD原理,CSMA/CD的数据帧接收过程滤除因冲突而产生的“帧碎片”检查帧的目的地址是否与本站地址相符进行帧长度检验进行帧的CRC校验最后将有效的帧提交给LLC子层,3CSMA/CD系统中的帧长,以太网数据帧是641518字节的可变大小数据帧。,2.3以太网技术,2.3.1快速以太网（100BASE-T）100BASE-T，由IEEE802.3u标准规范100BASE-T与10BASE-T明显不同之处,100BASE-T高速以太网示意图,100BASE-TX是2对UTP电缆系统，支持5类UTP和1类STP电缆100BASE-T4是4对UTP电缆系统100BASE-FX是多摸光纤系统,各种100BASE-T的物理层媒体选项,2.3.2千兆以太网,什么是千兆以太网？千兆以太网信号系统的基础是光纤信道。1.物理层协议,千兆以太网技术标准,2.MAC子层3.逻辑链路层4.实例,千兆以太网实例,2.3.3万兆以太网,万兆以太网（10GigabitEthernet）相对于以往代表最高适用度的千兆以太网拥有着绝对的优势和特点，其技术特色首先表现在物理层面上。万兆以太网技术基本承袭了以太网、快速以太网及千兆以太网技术。,万兆标准意味着以太网将具有更高的带宽（10G）和更远的传输距离（最长传输距离可达40千米）。在企业网中采用万兆以太网可以最好地连接企业网骨干路由器。万兆以太网技术提供了更多的更新功能，大大提升QoS。,万兆以太网标准和规范比较繁多，可归纳为：1.基于光纤的局域网万兆以太网规范2.基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范3.基于光纤的广域网万兆以太网规范,2.3.4交换式以太网的实现,共享式以太网和交换式以太网的区别:中心控制设备数据的流向冲突域,2.3.5虚拟局域网（VLAN）技术,虚拟网的示意图,1交换机上VLAN的实现方法（1）基于端口（2）基于MAC地址（3）基于网络层协议,2VLAN规划的限制（1）VLAN1不要分配给业务VLAN使用。（2）相近业务的VLANID要连续成段分配：如Trunk连接、MSTP、配置基于VLAN的安全策略时。（3）尽量使用1024以下的VLANID：低端交换机只支持1024个VLAN。（4）为每一个VLAN规划VLAN描述符。（5）VLAN的数目不超过4096个。（6）每一个VLAN的主机数目建议不超过64个。（7）VLAN不易划分的太多：会占用越多的主机地址。解决的方法可使用super-VLAN、VLANperPort等技术。,2.4无线局域网,WLAN利用电磁波在空气中传输来发送和接收数据，无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。,2.4.1WLAN的分类,1独立的WLAN,不使用AP,使用AP,2非独立的WLAN,非独立的WLAN,2.4.2WLAN的标准（IEEE802.11无线局域网标准）,1802.11物理层的相关概念及传输介质（1）微单元和无线漫游（2）扩频（SpreadSpectrum）直接序列扩频跳频扩频,2802.11物理层标准,（1）IEEE802.11b（2）IEEE802.11a（3）IEEE802.11g（4）IEEE802.11n,2.4.3IEEE802.11无线局域网物理层的关键技术,1DSSS调制技术2PBCC调制技术3OFDM技术4MIMOOFDM技术,MIMO系统原理框图,2.4.4IEEE802.11标准中MAC层及数据链路层的传输控制办法1802.11标准的MAC层IEEE802.11协议的MAC层分为两个子层，即点协调功能（PCF，PointCoordinationFunction）子层和分布协调功能（DCF，DistributedCoordinationFunction）子层。,2载波监听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）其原因有4点：在无线局域网中，要求每个站在发送数据前不间断地检测信道，以便发现其他站也在发送数据，这样做的代价太高；即使检测到信道“空闲”，仍然可能出现碰撞，例如，“隐蔽站”问题；有时虽然检测到信道“忙”，实际上仍然可以发送数据，例如，“暴露站”问题；无线信道信号强度的动态范围大，无法用碰撞检测的方法来确定是否发生了碰撞。,下面解释“隐蔽站”和“暴露站”的概念,隐蔽站、暴露站概念,为了尽量避免碰橦或冲突，802.11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了一定的门限值就可判定是否有其它的移动节点在信道上发送数据。所有的节点在发送完一个数据帧后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。为了解决隐蔽站和暴露站带来的碰撞问题，允许发送数据站对信道进行预约，也就是请求发送/允许发送协议（RTS/CTS）。,使用RTS/CTS帧可以避免冲突，但也使无线局域网的效率降低，增加了额外开销。因此，802.11标准允许用户有3种选择：在发送短数据帧时，可以不使用RTS/CTS帧；当数据帧的长度超过某一阈值时才使用RTS/CTS帧；直接使用RTS/CTS帧。,2.7数据链路层协议,传输控制规程分为两大类：面向字符型是异步传输方式。这种类型由于信息报文和控制报文格式不一致，并且用户数据不允许在控制字符中出现，因此存在通信链路利用率低，不易扩展等缺点。,2.7数据链路层协议,面向比特型采用特定的二进制标志序列作为帧的开始和结束，以一定的比特组合所表示的命令和响应实现链路的监控功能。命令和响应可以与信息一起传送。SDLC、ADCCP、HDLC、X.25都属于这类规程。下面就HDLC协议做一个介绍：,1.HDLC协议的基本概念,1）HDLC的数据链路结构平衡型链路结构，有两种组成方法：,平衡型链路结构的平衡结构,对称平衡型链路结构,非平衡型链路结构的点一点式,非平衡型链路结构的点一多点式,非平衡型链路结构也有两种组成方法：,2）HDLC的操作模式HDLC共有三种操作模式：正常响应模式（NRM）异步响应模式（ARM）异步平衡模式（ABM）选择哪种操作模式，可使用HDLC不同的设置命令去设定。置正常响应模式（NRM）、异步响应模式（ARM）和异步平衡模式（ABM）的命令分别是SNRM、SARM和SABM。,HDLC还有三种扩充模式，分别与上述三种操作模式相对应，称为NRME、ARME和ABME。相应的设置命令为SNRME、SARME和SABME。扩充模式用于HDLC帧中使用了扩充序号字段的情况。,2.HDLC协议的帧格式,HDLC的帧格式,3.HDLC协议的主要内容,1）HDLC的各类帧信息帧监控帧无编号帧2）链路操作过程链路建立数据传输链路拆除,1）HDLC的各类帧HDLC控制字段C的组成比较复杂。它的第12位用来标识帧的类型。当第1位为“0”时，标志该帧为信息帧，用来传送用户数据。当第12位为“10”时，标志该帧为监控帧，用来监控数据链路，传送接收站发出的应答信息。当第12位为“11”时，标志此帧为无编号帧，用来传送命令和其它控制信息，以控制数据链路的建立、拆除，并处理系统错误等。除信息帧外，其它两类帧均没有信息字段I。,（1）信息帧。信息帧控制字段的第2、3、4位为发送帧序号N（S）。它是由发送方在发送该帧前填入的发送流水号，用来供收发双方检查是否有遗漏或重复帧发生。为减少序号所占用的比特数，发送序号通常采用模8运算，必要时（如使用卫星信道）也可采用模128运算。信息帧控制字段的第6、7、8位为接收帧序号N（R）。它是由接收方填入的，代表了接收方期望接收的下一帧号。控制字段的P/F位，在命令帧中称为P位，在响应帧中称F位，用来标识通信站之间的“命令-响应”信息对。信息帧中的P/F位与监控帧中的P/F位意义相同。,（2）监控帧：监控帧用于对信息帧的应答和对命令帧的响应，所以没有信息字段。第3、4位为TYPE字段，有四种编号，分别用来表示四种不同含义和作用的监控帧：RR帧，REJ帧，RNR帧和SREJ帧。监控帧中的N（R）字段也是接收帧序号，但它的具体含义随TYPE字段值的不同而不同。RR（ReceiveReady）帧，又称接收就绪帧。其TYPE字段值为00。是对发送方的肯定应答。该帧中的N（R）是接收方等待接收的下一帧号，表示接收方已正确接收编号在N（R）之前的所有帧，请求发送方发送N（S）=N（R）的帧。,REJ（REJect）帧，又称否定应答帧。其TYPE字段值为10。在接收到失序帧后，用它来请求发送方重发编号为N（R）的帧，同时确认编号直到N（R）-1的所有信息已正确收到。RNR（ReceiveNotReady）帧，又称接收器未就绪帧。其TYPE字段值为01。用来表示接收方处于繁忙状态，暂时无力接收信息帧。发送站收到这类应答帧后，即暂停发送信息帧。直至收到RR帧或REJ帧再恢复发送。N（R）值代表它之前的所有帧已收妥。SREJ（SelectREJect）帧，又称选择拒绝接收帧。其TYPE字段值为11。接收站用此帧通知发送站仅重发编号为N（R）的信息帧。,（3）无编号帧：因这类帧中没有N（R），N（S）编号，所以称为无编号帧。它被用来传递命令/响应等各种控制信息，通常与用户无关，且在传输中优先。第5位为0第3、4、6、7、8位为命令/响应编码，共可发25种命令/响应等控制信息。SARM/SABM帧：它们用于链路的建立，并把所有计数器的初始状态置为零。SARM表示置成异步响应操作模式，SABM表示置成异步平衡操作方式。,DISC（拆除链路）帧：比命令用来中止早先建立的操作模式，告知通信方停止工作，并希望拆除链路。UA（无序号确认响应）帧：此命令是对置操作模式命令SARM/SABM等，及拆除链路命令DISC的确认应答。FRMB（帧拒绝响应）帧/CMDR（命令拒绝响应）帧：当接收端收到一个错误的帧，并且无法通过重传此帧恢复错误时，则发出FRMR/CMDR帧报告通信对方，由主站或复合站负责处理这种情况。,2）链路操作过程数据链路层为实现数据交换，需经过链路建立、数据传输和链路拆除三个阶段。若在数据传输过程中出现无法由重发恢复的差错时，还需进行链路复位，这时可能导致信息丟失，所以应当通知给网络节点的高一层次。,（1）链路建立。链路两端设有发送状态变量V（S）和接收状态变量V（R），分别表示待发送的下一帧的序号和期望收到的下一帧的序号