第3章-局域网技术

1、第第3章章-局域网技术局域网技术第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程2第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程3局域网技术发展的过程局域网技术发展的过程第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程4802参考模型与参考模型与OSI参考模型的对应关系参考模型的对应关系 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程5IEEE 802协议结构（协议结构（1） 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程6IEEE 802协议结构（协议结构（2） 第第3章章-局域网技术局

2、域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程7不同通信负荷的不同通信负荷的3种局域网实际数据传输速率的比较种局域网实际数据传输速率的比较 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程8最早的最早的Ethernet原理设计图原理设计图 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程9802.3协议结构与实际协议结构与实际10BASE-5结构的比较结构的比较 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程10Ethernet协议结构协议结构 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程11发送流程与接收流程

3、图发送流程与接收流程图 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程12CSMA/CD的结点工作状态图的结点工作状态图 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程13Ethernet网卡电路结构网卡电路结构 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程14Ethernet网卡网卡第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程15计算机接入计算机接入局域网的结构局域网的结构第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程16Ethernet帧结构的比较帧结构的比较第第3章章-局域网

4、技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程17用集线器连接多用集线器连接多个结点的个结点的Ethernet 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程18Fast Ethernet介质专用接口介质专用接口MII 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程19十六进制数十六进制数0F对应的对应的4B/5B编码值编码值 数据数据4B二进制数二进制数5B编码编码0000011110100010100120010101003001110101401000101050101010116011001110701110111181000100109

5、100110011A101010110B101110111C110011010第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程20MLT-3信号的编码过程信号的编码过程 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程21全双工与半双工工作模式全双工与半双工工作模式 如果要实现全双工工作，主机需要通过网卡的如果要实现全双工工作，主机需要通过网卡的两个通道两个通道 ； 支持全双工模式的支持全双工模式的Fast Ethernet的拓扑构型一的拓扑构型一定是星形定是星形 ； 采取全双工、点采取全双工、点-点连接方式的点连接方式的Fast Ethernet的的介

6、质覆盖距离将不受冲突窗口的大小限制介质覆盖距离将不受冲突窗口的大小限制 ； 支持全双工方式的交换机可以自由混接不同速支持全双工方式的交换机可以自由混接不同速率的网卡，并实现不同速率之间的交互。率的网卡，并实现不同速率之间的交互。 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程2210Mbps与与100Mbps速率自动协商功能速率自动协商功能 自动确定非屏蔽双绞线的远端连接设备使用的自动确定非屏蔽双绞线的远端连接设备使用的是半双工（是半双工（CSMA/CD）的）的10Mbps工作模式，工作模式，还是全双工的还是全双工的100Mbps工作模式；工作模式； 向其它结点发布远端连

7、接设备的工作模式；向其它结点发布远端连接设备的工作模式； 与远端连接设备交换工作模式相关参数，协调与远端连接设备交换工作模式相关参数，协调和确定双方的工作模式；和确定双方的工作模式； 自动协商功能自动选择共有的最高性能的工作自动协商功能自动选择共有的最高性能的工作模式。模式。第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程23讨论：讨论： 自动协商功能只能用于使用双绞线的自动协商功能只能用于使用双绞线的Ethernet； 自动协商过程需要在自动协商过程需要在500ms内完成；内完成； 按工作模式性能从高到低，这些协议的优先级从按工作模式性能从高到低，这些协议的优先级从高到低

8、的排序是：高到低的排序是： 100BASE-TX或或100BASE-FX全双工模式全双工模式 100BASE-T4 100BASE-TX半双工模式半双工模式 10BASE-T全双工模式全双工模式 10BASE-T半双工模式半双工模式第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程2410Mbps与与100Mbps速率自动协商功能带来的限制速率自动协商功能带来的限制 在在100BASE-T半双工模式下，它仍然执行半双工模式下，它仍然执行CSMA/CD工作机制，冲突窗口大小是不变工作机制，冲突窗口大小是不变的，由于发送速率提高了的，由于发送速率提高了10倍，则双绞线长倍，则双绞

9、线长度的最大长度应减小为度的最大长度应减小为10BASE-T时的时的1/10； 在在100BASE-T全双工模式下，它采取点全双工模式下，它采取点-点点连接、独占双绞线的工作方式，已不需要受连接、独占双绞线的工作方式，已不需要受CSMA/CD机制的限制，因此机制的限制，因此10BASE-T全双全双工模式可以支持更大范围内组网的需求。工模式可以支持更大范围内组网的需求。第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程25 基本链路代码字的结构基本链路代码字的结构 S0-S4=00001表示使用的表示使用的是是IEEE 802.3协议；协议； A0位表示位表示10BASE-T半

10、半双工；双工； A1位表示位表示10BASE-T全全双工；双工； A2位表示位表示100BASE-T半半双工双工; A3位表示位表示100BASE-TX全双全双工；工； A4位表示位表示10BASE-T4半双半双工；工； A5位表示支持帧流控；位表示支持帧流控； RF位表示远端故障；位表示远端故障； ACK位表示确认。位表示确认。第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程26Gigabit Ethernet对对802.3协议的调整协议的调整 冲突窗口时间的改变冲突窗口时间的改变 CSMA/CD机制要求发送结点在一个冲突机制要求发送结点在一个冲突窗口，即发送窗口，即发送

11、512bit的时间（的时间（51.2s）内）内检测出是否发生冲突，因此冲突窗口的检测出是否发生冲突，因此冲突窗口的时间长短直接影响到一个网段的最大长时间长短直接影响到一个网段的最大长度度 ; 802.3z标准将发送标准将发送512bit的时间修改为的时间修改为512byte的时间，从而扩大了的时间，从而扩大了Gigabit Ethernet网段的最大长度网段的最大长度 。第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程27载波扩展与短帧的发送载波扩展与短帧的发送IEEE 802.3z标准规定标准规定： 传统传统Ethernet中的帧长度在中的帧长度在64B1518B； 在半

12、双工在半双工Gigabit Ethernet中，如果要发送长度在中，如果要发送长度在64B512B之间的帧，这时就需要采用载波扩展方法。之间的帧，这时就需要采用载波扩展方法。第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程28帧突发处理帧突发处理 在在1000Mbps传输速率的情况下，如果需要传输速率的情况下，如果需要获得高的服务质量，半双工状态与获得高的服务质量，半双工状态与CSMA/CD的机制不可取；的机制不可取； 推荐采用点推荐采用点-点连接的全双工模式。点连接的全双工模式。 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程29千兆介质专用接口千兆

13、介质专用接口GMII的结构的结构第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程30Gigabit Ethernet 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程3110Gbps Ethernet 帧格式与帧格式与10Mbps、100Mbps和和1Gbps Ethernet的帧格式相同；的帧格式相同； 保留保留IEEE 802.3标准对标准对Ethernet最小帧长度和最小帧长度和最大帧长度的规定；最大帧长度的规定； 传输介质不再使用铜质的双绞线，而只使用光传输介质不再使用铜质的双绞线，而只使用光纤，以便能在城域网和广域网范围内工作；纤，以便能在城域

14、网和广域网范围内工作； 只工作在全双工方式，不需要使用只工作在全双工方式，不需要使用CSMA/CD工作机制，传输距离不再受冲突检测的限制。工作机制，传输距离不再受冲突检测的限制。第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程3210Gbps Ethernet对对802.3协议的调整协议的调整 10Gb/s Ethernet对帧的修改只是针对封装到对帧的修改只是针对封装到OC-192帧帧时，它只对物理层的传输过程有效；时，它只对物理层的传输过程有效； 这个封装与拆分这个封装与拆分OC-192帧的过程，对源节点和目的结帧的过程，对源节点和目的结点的点的MAC层是透明的。层是透

15、明的。 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程3310Gbps Ethernet的的帧发送与接收过程帧发送与接收过程 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程3410Gbps Ethernet的物理层协议的物理层协议 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程35无线局域网技术的研究与发展无线局域网技术的研究与发展 无线网络包括：无线局域网与无线城域网无线网络包括：无线局域网与无线城域网 无线局域网技术与无线局域网技术与IEEE 802.11标准标准 无线无线Ad hoc网络技术网络技术 蓝牙（蓝牙（Bluet

16、ooth）技术）技术 无线应用协议无线应用协议WAP技术技术 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程36无线局域网技术发展的过程无线局域网技术发展的过程第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程37无线网络标准无线网络标准 标准名称标准名称标准描述标准描述发布时间发布时间IEEE 802.11a传输标准，传输标准，5GHz波段，速率波段，速率54Mb/s1999年年IEEE 802.11b传输标准，传输标准，2.4GHz波段，速率波段，速率11Mb/s1999年年IEEE 802.11d多国漫游多国漫游2001年年IEEE 802.11e

17、服务质量服务质量QoS2005年年IEEE 802.11f接入点第二层（数据链路层）漫游接入点第二层（数据链路层）漫游2003年年IEEE 802.11g传输标准，传输标准，2.4GHz波段，速率波段，速率54Mb/s2003年年IEEE 802.11h动态频率选择与传输功率控制动态频率选择与传输功率控制2003年年IEEE 802.11i无线通信安全无线通信安全2004年年IEEE 802.11j4.9-5GHz波段传输标准波段传输标准2004年年IEEE 802.11k无线电资源管理无线电资源管理2002年年IEEE 802.11n传输标准，传输标准，5GHz波段，速率波段，速率100Mb

18、/s2006年年IEEE 802.11r快速漫游快速漫游2006年年IEEE 802.11s接入点无线网络接入点无线网络2006年年IEEE 802.11x无线安全认证无线安全认证2001年年IEEE 802.16d高速无线城域网（固定应用）高速无线城域网（固定应用）2004年年IEEE 802.16e高速无线城域网（移动应用）高速无线城域网（移动应用）2006年年第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程381. 无线传输标准无线传输标准 802.11a : 5GHz波段（速率波段（速率54Mbps） 802.11b : 2.4GHz波段（速率波段（速率11Mbps

19、） 802.11g : 5GHz波段（速率波段（速率100Mbps）第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程392.无线网络安全无线网络安全 802.11x:最早出现的无线网络安全标准最早出现的无线网络安全标准 802.11i :用新的加密标准去替代静态密钥用新的加密标准去替代静态密钥 WEP标准，可以实现密钥的动标准，可以实现密钥的动 态分配态分配; 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程403.无线网络管理无线网络管理 无线网络管理处了包括传统网络管理的内容，无线网络管理处了包括传统网络管理的内容，涉及对结点的漫游管理与保证无线网络

20、传输服涉及对结点的漫游管理与保证无线网络传输服务质量务质量QoS的问题的问题 ; 802.11e:为数据、语音与视频流量定义了无线为数据、语音与视频流量定义了无线网络传输能提供的服务质量网络传输能提供的服务质量QoS基本水平基本水平; 802.11f:定义了接入点之间在第定义了接入点之间在第2层（数据链路层（数据链路层）漫游时的通信，它支持在一个无线局域网层）漫游时的通信，它支持在一个无线局域网内部的漫游，不支持在不同无线局域网之间的内部的漫游，不支持在不同无线局域网之间的漫游，因为会涉及第漫游，因为会涉及第3层的路由问题。层的路由问题。第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机

21、网络高级教程41 802.11d： 2001年颁布的标准，它用于协调不同国家无年颁布的标准，它用于协调不同国家无 线局域网之间的漫游问题线局域网之间的漫游问题; 802.11r：用来提高结点的不同无线局域网之间漫游的：用来提高结点的不同无线局域网之间漫游的 接入速度；接入速度； 802.11s： 工作组是工作组是2004年成立的，主要研究如何将移年成立的，主要研究如何将移 动结点接入主干网的路由、负载平衡和性能动结点接入主干网的路由、负载平衡和性能 优化问题优化问题; 802.11h： 用于动态频率选择与传输功率分配等物理层用于动态频率选择与传输功率分配等物理层 的问题的问题; 802.11k

22、：无线电资源管理标准：无线电资源管理标准; 802.11j： 4.9-5GHz波段传输标准；波段传输标准； 802.11n ：2006年年5月，标准在委员会的投票中以超过月，标准在委员会的投票中以超过 3/4的多数通过，标志着业界对传输速率达的多数通过，标志着业界对传输速率达 到到100Mb/s 的高速的高速WLAN技术的高度关注。技术的高度关注。第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程42典型的无线局域网结构典型的无线局域网结构 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程43无线局域网的应用领域无线局域网的应用领域 作为传统局域网的扩充作

23、为传统局域网的扩充 建筑物之间的互连建筑物之间的互连 漫游访问漫游访问 特殊网络特殊网络 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程44红外无线局域网红外无线局域网 红外无线红外无线（infrared radio,IR）是按视距方式是按视距方式传播；传播； 红外线频谱是非常宽，可以提供极高的数据传红外线频谱是非常宽，可以提供极高的数据传输速率；输速率； 红外局域网的数据传输有红外局域网的数据传输有3种基本技术：种基本技术： 定向光束红外传输技术定向光束红外传输技术 全方位红外传输技术全方位红外传输技术 漫反射红外传输技术漫反射红外传输技术第第3章章-局域网技术局域网技

24、术计算机网络高级教程计算机网络高级教程45典型的红外无线局域网结构典型的红外无线局域网结构 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程46扩频通信的基本概念扩频通信的基本概念 扩频通信是军事电子对抗中经常使用的扩频通信是军事电子对抗中经常使用的一种方法，它是将数据基带信号频谱扩一种方法，它是将数据基带信号频谱扩展几倍或几十倍，以牺牲通信频带宽度展几倍或几十倍，以牺牲通信频带宽度为代价，来提高无线通信系统的抗干扰为代价，来提高无线通信系统的抗干扰性与安全性性与安全性 无线局域网采用了传统的扩频通信技术，无线局域网采用了传统的扩频通信技术，主要采用跳频扩频与直接序列扩频技

25、术。主要采用跳频扩频与直接序列扩频技术。第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程47扩频数字通信系统的基本结构扩频数字通信系统的基本结构 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程48扩频无线局域网扩频无线局域网 跳频通信跳频通信 (frequence hopping spread spectum,FHSS ) IEEE 802.11标准规定跳频通信使用标准规定跳频通信使用2.4GHz的工业、科的工业、科学与医药专用的学与医药专用的ISM频段频段; ISM，Industrial,Scientific,Medical 跳频扩频通信的数据传输速

26、率为跳频扩频通信的数据传输速率为1Mb/s或或2Mb/s。 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程49跳频扩频通信的技术要点跳频扩频通信的技术要点 将分配的频带划分为多个子频带，子频带称为信道；将分配的频带划分为多个子频带，子频带称为信道； 每一个信道带宽相同；每一个信道带宽相同； 信道按跳频序列的规律被随机的使用；信道按跳频序列的规律被随机的使用； 跳频序列是根据一个伪随机码决定；跳频序列是根据一个伪随机码决定； 发送双方使用同一个伪随机码。发送双方使用同一个伪随机码。第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程50直接序列扩频直接序列扩

27、频(direct sequence spread spectrum,DSSS) 直接序列扩频也使用直接序列扩频也使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的工业、科学与医药专用的的ISM频段频段; 数据传输速率为数据传输速率为1Mb/s或或2Mb/s; 系统实际发送的信号系统实际发送的信号d(t)是发送数据是发送数据a(t)与伪随机码与伪随机码c(t)模二加的结果模二加的结果; 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程51直接序列扩频的技术要点直接序列扩频的技术要点 将待发送的数据与伪随机的二进制序列进行异将待发送的数据与伪随机的二进制序列进行异或操作或操作,然后将编码

28、后的数据调制在载波上进行然后将编码后的数据调制在载波上进行发送发送; 同一个同一个WLAN中的所有结点使用相同的伪随机中的所有结点使用相同的伪随机的二进制序列；的二进制序列； 属于同一个属于同一个WLAN中的所有结点使用同一个分中的所有结点使用同一个分配的频带，使用同样的伪随机的二进制序列，配的频带，使用同样的伪随机的二进制序列，它们之间的传输会产生相互干扰，因此也存在它们之间的传输会产生相互干扰，因此也存在采用介质访问控制方法问题。采用介质访问控制方法问题。第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程52无线局域网标准无线局域网标准 802.11 802.11层次模型结构层次模型结构 第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程53802.11帧发送过程帧发送过程第第3章章-局域网技术局域网技术计算机网络高级教程计算机网络高级教程54CSMA/CA基本工作原理基本工作原理 802.11的的MAC层采用的是层采用的是CSMA/CA (collision avoidance,CA)的冲突避免方法的冲突避免方法; 冲突避免要求每一个发送结点在发送帧之前需要先侦冲突避免要求每一个发送结点在发送帧之前需要先侦听信道。如果信道空闲，结点可以发送帧听信道。如果信道