第5章 IEEE 802模型

1、1 第第5章章 IEEE 802模型与局域网模型与局域网 vIEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers，美国电子与电气，美国电子与电气 工程师协会）于工程师协会）于1980年年2月成立了局域网月成立了局域网 标准委员会，简称标准委员会，简称IEEE 802委员会，专委员会，专 门从事局域网的标准化工作，该委员会门从事局域网的标准化工作，该委员会 为局域网制定了一系列标准，统称为为局域网制定了一系列标准，统称为 IEEE 802标准。标准。 2 局域网概局域网概 述述 n 地理范围有限，故早期不需考虑和其它局域网相连的问题。所以地理

2、范围有限，故早期不需考虑和其它局域网相连的问题。所以 在其内部只需考虑通过何种通信手段完成有效传递信息即可在其内部只需考虑通过何种通信手段完成有效传递信息即可 n 拓扑结构简单，早期的局域网参考模型和拓扑结构简单，早期的局域网参考模型和OSIOSI七层模型相比，它七层模型相比，它 只包含物理层和数据链路层两层只包含物理层和数据链路层两层 物物 理理 层层：完成通信的物理连接及传输媒质上的比特传送：完成通信的物理连接及传输媒质上的比特传送 数据链路层数据链路层：对信息帧进行传送和控制：对信息帧进行传送和控制 n 随着局域网应用的不断深入以及和广域网相连要求的不断增加，随着局域网应用的不断深入以及

3、和广域网相连要求的不断增加， 再加上虚拟局域网的出现等原因，使局域网参考模型发生了变再加上虚拟局域网的出现等原因，使局域网参考模型发生了变 化，网络层的功能随之出现化，网络层的功能随之出现 3 局域网技术 n 决定局域网的决定局域网的主要技术要素主要技术要素： 网络拓扑、传输介质、介质访问控制方法网络拓扑、传输介质、介质访问控制方法 介质访问控制方法介质访问控制方法： 如何控制多个结点利用公共传输介质发送和接收数据的方法如何控制多个结点利用公共传输介质发送和接收数据的方法 介质访问控制方法需解决的问题介质访问控制方法需解决的问题： 。哪个结点有权发送数据。哪个结点有权发送数据? ? 。发送数据

4、时是否出现冲突。发送数据时是否出现冲突? ? 。出现冲突怎么办。出现冲突怎么办? ? 4 介质访问控制方法介质访问控制方法 信道共享技术信道共享技术 TDMFDM STDMATDM 随机访问随机访问受控访问受控访问 CSMACSMA/CD 集中控制集中控制分散控制分散控制 轮询轮询令牌令牌 静态分配静态分配 动态分配动态分配 以太网以太网 令牌环网令牌环网 WDMCDM 5.1 5.1 局域网模型局域网模型 5.2 5.2 令牌网令牌网 5.3 5.3 以太网以太网 5.4 5.4 无线局域网无线局域网WLAN WLAN 5.5 5.5 交换式局域网交换式局域网 6 5.1局域网模型局域网模型

5、 5.1.1 IEEE 802模型模型 5.1.2 IEEE 802协议标准协议标准 5.1.3 信道的多点共享访问控制信道的多点共享访问控制 7 5.1.1 IEEE 802模型 IEEE 802IEEE 802模型的特点模型的特点 : v介质访问控制介质访问控制MAC MAC 子层来进行传输介质子层来进行传输介质 访问控制，逻辑链路控制访问控制，逻辑链路控制LLCLLC子层处理逻子层处理逻 辑上的链路。辑上的链路。 vLLCLLC子层与具体局域网使用的介质访问方子层与具体局域网使用的介质访问方 式无关，主要为高层协议与局域网介质式无关，主要为高层协议与局域网介质 访问控制访问控制MACMA

6、C子层之间提供统一的接口。子层之间提供统一的接口。 v拓扑结构比较简单拓扑结构比较简单, ,只具备只具备OSI/RMOSI/RM低两层低两层 802.1 网际互连 802.2 逻辑链路控制 802.3 CSMA/CD 802.4 Token Bus 802.16 BBWA 802.1A体系结构 802.1B管理、寻址 物理层 MAC层 LLC层 网际互连 IEEE 802模型及其与OSI/RM的比较 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC 介质访问控制介质访问控制 MAC 高层高层 OSI IEEE 802 物理层物理层PHY 由由TCP/IP和和N

7、OS实现实现 9 MACMAC子层的主要功能子层的主要功能 v将上层交下来的数据封装成帧进行发送将上层交下来的数据封装成帧进行发送 v按按MACMAC地址（即帧地址）寻址地址（即帧地址）寻址 v进行差错检测进行差错检测 v MACMAC层的维护和管理层的维护和管理 10 LLCLLC子层的主要功能子层的主要功能 v提供与高层的接口提供与高层的接口 v实现数据链路层的差错控制实现数据链路层的差错控制 v给帧加上序号给帧加上序号 v为高层提供数据链路层逻辑连接的建立和释放服务为高层提供数据链路层逻辑连接的建立和释放服务 11 5.1.2 IEEE 8025.1.2 IEEE 802协议标准协议标准

8、 IEEE 802是一个标准系列，经不断增加新的标准， 现有的标准有 : vIEEE 802.1AIEEE 802.1A，概述和体系结构，概述和体系结构 ; IEEE 802.1B IEEE 802.1B， 寻址、网际互联及网络管理寻址、网际互联及网络管理 . vIEEE 802.2IEEE 802.2，LLCLLC协议协议 ; vIEEE 802.3IEEE 802.3，CSMA/CDCSMA/CD访问方法及物理层规范；访问方法及物理层规范； IEEE 802.3iIEEE 802.3i，10 BASE-T10 BASE-T标准；标准； IEEE 802.3uIEEE 802.3u， 100

9、 BASE-T100 BASE-T标准标准 ; vIEEE 802.4IEEE 802.4，令牌传送总线访问方法及物理层，令牌传送总线访问方法及物理层 规范；规范； v IEEE 802.5IEEE 802.5，令牌传送环访问方法及物理层规范；，令牌传送环访问方法及物理层规范； v IEEE 802.6IEEE 802.6，城域网（，城域网（MANMAN）标准；）标准； v IEEE 802.7IEEE 802.7，宽带局域网标准；，宽带局域网标准； v IEEE 802.8IEEE 802.8，光纤局域网标准；，光纤局域网标准； v IEEE 802.9IEEE 802.9，综合数据，综合数

10、据/ /语音网络标准；语音网络标准； v IEEE 802.10IEEE 802.10，网络安全与保密标准；，网络安全与保密标准； v IEEE 802.11IEEE 802.11，无线局域网标准；，无线局域网标准； v IEEE 802.12IEEE 802.12，100BASE-VG100BASE-VG标准；标准； v v IEEE 802.14IEEE 802.14，有线电视网（，有线电视网（CATV BroadbandCATV Broadband）标准；）标准； v IEEE 802.15IEEE 802.15，无线个人网络（，无线个人网络（WPANWPAN）标准；）标准； v IEE

11、E 802.16IEEE 802.16，无线宽带局域网（，无线宽带局域网（BBWABBWA）标准；）标准； 13 IEEE802IEEE802标准之间关系标准之间关系 14 5.1.3 5.1.3 信道的多点共享访问控制信道的多点共享访问控制 多点共享技术是在某一时刻只允许传送一个用户多点共享技术是在某一时刻只允许传送一个用户 数据的情况下，为解决多个用户争使用引起的数据的情况下，为解决多个用户争使用引起的 信道冲突而采用的介质访问控制方案。信道冲突而采用的介质访问控制方案。 v无竞争（受控）方式，各个节点必须在无竞争（受控）方式，各个节点必须在 某一控制原则下接入，形成一种无冲突某一控制原则

12、下接入，形成一种无冲突 的访问控制方式。的访问控制方式。 v竞争方式，各节点以竞争方式来取得介竞争方式，各节点以竞争方式来取得介 质的使用权。质的使用权。 15 5.2 令牌网 令牌传递是一种受控访问控制方法，按令牌传递是一种受控访问控制方法，按 照网络拓扑结构可以分为令牌环和令牌照网络拓扑结构可以分为令牌环和令牌 总线两种方法。总线两种方法。 5.2.1 5.2.1 令牌环网与令牌环网与IEEE802.5IEEE802.5标准标准 5.2.2 5.2.2 令牌总线网与令牌总线网与IEEE 802.4IEEE 802.4标准标准 16 5.2.1 5.2.1 令牌环网与令牌环网与IEEE802

13、.5IEEE802.5标准标准 v令牌环的工作原理令牌环的工作原理 vIEEE 802.5IEEE 802.5的的MACMAC帧（帧（media access media access control control 介质访问控制）介质访问控制） 17 令牌环的工作原理令牌环的工作原理 令牌有令牌有“闲闲”和和“忙忙”两个状态，开始时为两个状态，开始时为闲闲（如将（如将 状态寄存器置状态寄存器置“1”1”）。）。 一个节点有数据要发送，必须等空闲令牌到来；检测一个节点有数据要发送，必须等空闲令牌到来；检测 到空闲令牌到来，便将之截获下来，置令牌的状态为到空闲令牌到来，便将之截获下来，置令牌的状

14、态为 “忙忙” ” ，并把要传送的数据等字段加上去，令其继，并把要传送的数据等字段加上去，令其继 续往前传送；续往前传送； 每到一个站点，该站点的转发器便将帧内的目的地与每到一个站点，该站点的转发器便将帧内的目的地与 本站的地址进行比较，如果两地址复合，则复制该帧，本站的地址进行比较，如果两地址复合，则复制该帧， 并在帧中置入并在帧中置入“已收到已收到”标志，然后让帧继续传送；标志，然后让帧继续传送； 当传送回源站点时，若没有检查到当传送回源站点时，若没有检查到“已收到已收到”标志则标志则 继续发送当前帧，若检查到继续发送当前帧，若检查到“已收到已收到”的标志时就停的标志时就停 止传送，撤消所

15、发送的数据帧并立即生成一个新的令止传送，撤消所发送的数据帧并立即生成一个新的令 牌发送到环上。牌发送到环上。 计算机B 计算机C 计算机D 计算机A 令牌 转发器 令牌流动方向 19 IEEE 802.5IEEE 802.5的的MACMAC帧帧 vIEEE 802.5IEEE 802.5是令牌环网的访问方法和物理是令牌环网的访问方法和物理 层的标准，它定义了令牌环网层的标准，它定义了令牌环网MACMAC子层的子层的 两个基本帧：令牌帧和非令牌帧。两个基本帧：令牌帧和非令牌帧。 v起始字段和结束字段中，各有两对起始字段和结束字段中，各有两对“JK”JK” 的特殊比特，用于起始和结束的识别标志。的

16、特殊比特，用于起始和结束的识别标志。 起始访问控制结束 起始 访问控制 帧控制 目的地址 源地址帧校验序列 结束帧状态 数据 141 2或62或6 0任意 411 F FZZZZZZ 18765432 J KEIIKJ0A CrrCArr J K000KJ0 18765432 P PRRRMTP 比特 字节 令牌帧 比特 非令牌帧 字节 （a）令牌帧结构 （b）非令牌帧结构 令牌环的帧结构 21 访问控制字段访问控制字段 v 优先级比特优先级比特PPPPPP（占（占3 3位），将优先级分为位），将优先级分为8 8级，使优先级，使优先 级高的站点可以通过预约取得下一次的发送权。级高的站点可以通过

17、预约取得下一次的发送权。 v 预约比特预约比特RRRRRR（占（占3 3位），用于按优先权预约下次发送位），用于按优先权预约下次发送 权。一个站要发送数据时，可以在经过本站点的数据权。一个站要发送数据时，可以在经过本站点的数据 帧的帧的RRRRRR字段中进行预约，以取得下一次的发送权，当字段中进行预约，以取得下一次的发送权，当 然，必须是本站的优先权高于当前数据帧中然，必须是本站的优先权高于当前数据帧中RRRRRR字段的字段的 优先权。优先权。 v 令牌比特令牌比特T T（占（占1 1位），用于表示令牌的位），用于表示令牌的“闲闲”和和 “忙忙”。 v 监督比特监督比特M M（占（占1 1位）

18、，为防止忙令牌的无限循环而设位），为防止忙令牌的无限循环而设 置。置。 22 帧控制字段帧控制字段 帧控制字段中前帧控制字段中前2 2位位FFFF表示帧的类型，根据表示帧的类型，根据FFFF的取值，帧的取值，帧 字段分以下三种类型：字段分以下三种类型： v FF=00FF=00，为，为MACMAC控制帧，无数据字段控制帧，无数据字段 v FF=01FF=01，为一般信息帧，只发送数据给地址字段指定的，为一般信息帧，只发送数据给地址字段指定的 目的站点目的站点 v FF=11FF=11或或FF=10FF=10未定义。未定义。 v 对于数据帧来说，在结束字段中，要用对于数据帧来说，在结束字段中，要

19、用1 1位位I I作为后继作为后继 比特，当比特，当I=1I=1时，表示还有数据要发送，时，表示还有数据要发送，I=0I=0表示最后表示最后 一帧数据。一帧数据。 v 用用1 1位位E E作为差错比特，开始时发送站将作为差错比特，开始时发送站将E E置置0 0，环上所，环上所 有的经过站点都要对经过的帧进行校验，检测到错误，有的经过站点都要对经过的帧进行校验，检测到错误， 即将即将E E置置1 1。 23 5.2.2 5.2.2 令牌总线网与令牌总线网与IEEE 802.4IEEE 802.4标准标准 令牌总线网（令牌总线网（Token BusToken Bus）的物理拓扑为总）的物理拓扑为总

20、 线，其基本原理是：让令牌一站接着一站线，其基本原理是：让令牌一站接着一站 地在总线上传递，到最后一个站点时反绕地在总线上传递，到最后一个站点时反绕 到第一个站点，形成逻辑上的环。到第一个站点，形成逻辑上的环。 1357 2468 令牌总线网的物理和逻辑结构 25 5.3 5.3 以太网以太网 5.3.1 CSMA/CD5.3.1 CSMA/CD协议协议 5.3.2 IEEE 802.35.3.2 IEEE 802.3与与10Mbps10Mbps以太网以太网 5.3.3 100Mbps5.3.3 100Mbps以太网以太网 5.3.4 IEEE 802.3z5.3.4 IEEE 802.3z与

21、千兆位以太网与千兆位以太网 26 5.3.1 CSMA/CD5.3.1 CSMA/CD协议协议 v以最初的以最初的10Mbps速率的以太网为基础探讨其速率的以太网为基础探讨其 工作原理工作原理. v传统以太网采用的媒体接入协调方法是传统以太网采用的媒体接入协调方法是 CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection）带有冲突检测（）带有冲突检测（CD）的）的 载波侦听（载波侦听（CS）多路访问（）多路访问（MA） 多点接入多点接入 载波监听载波监听 碰撞检测碰撞检测 27 载波侦听载波侦听 v载波侦听载波侦听CSCS是欲发送数

22、据的节点进行的是欲发送数据的节点进行的 第一件工作，即在数据发送之前先要检第一件工作，即在数据发送之前先要检 测线路上有无信号正在传送。测线路上有无信号正在传送。 v坚持与不坚持算法坚持与不坚持算法 当监听到信道上有信号时，可以有坚持当监听到信道上有信号时，可以有坚持 和不坚持两种算法进行处理，具体又演和不坚持两种算法进行处理，具体又演 化为化为如下三种如下三种CSMACSMA方法方法。 28 1_1_坚持型坚持型CSMACSMA（节约信道空闲时间）（节约信道空闲时间） 。信道空闲发送：忙则继续侦听，直到发现空闲则立即发送。信道空闲发送：忙则继续侦听，直到发现空闲则立即发送 。如信道有冲突，等

23、待并继续侦听，空闲立即发送。如信道有冲突，等待并继续侦听，空闲立即发送 P_P_坚持型坚持型CSMACSMA 。信道闲信道闲, ,以以P P的概率发送，以的概率发送，以1-P1-P的概率推迟一个时隙；的概率推迟一个时隙； 。信道忙。信道忙, ,则等待一个时隙后重发，若冲突，则随机延迟一则等待一个时隙后重发，若冲突，则随机延迟一 段时间后重复上述过程段时间后重复上述过程 非坚持型非坚持型CSMACSMA（减少冲突）（减少冲突） 。信道空闲。信道空闲, ,立即发送；信道忙立即发送；信道忙, ,随机延迟随机延迟, ,时间一到时间一到, ,立即发送立即发送 。虽降低了冲突概率，但随机延迟降低了信道的利

24、用率。虽降低了冲突概率，但随机延迟降低了信道的利用率 29 冲突检测冲突检测 就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电 压大小，由信号电压摆动值的大小来判断是否压大小，由信号电压摆动值的大小来判断是否 发生了碰撞。发生了碰撞。 1）比较法）比较法 利用波形叠加方式对接收信号波形与发送信利用波形叠加方式对接收信号波形与发送信 号波形进行比较号波形进行比较 2）编码违例判决法）编码违例判决法 通过检测从总线上接收到的信号波形是否通过检测从总线上接收到的信号波形是否 符合规定的编码来判定是否有冲突现象发生符合规定的编码来判定是否有冲突现象发生 30 冲突产生的

25、情形冲突产生的情形 每个站点都是在监听到信道每个站点都是在监听到信道“空闲空闲”时才发送数据的，时才发送数据的， 为什么还会发生碰撞为什么还会发生碰撞？ 有如下两种：有如下两种： v两个以上节点都准备发送信号，并同时进行载两个以上节点都准备发送信号，并同时进行载 波侦听又在侦听到线路空闲后都把信号发送到波侦听又在侦听到线路空闲后都把信号发送到 线路上，因而造成冲突。线路上，因而造成冲突。 v一个节点先检测到线路空闲后发送了信号，但一个节点先检测到线路空闲后发送了信号，但 由于信号传输延迟，另一个节点没有检测到并由于信号传输延迟，另一个节点没有检测到并 发送了数据因而造成冲突。发送了数据因而造成

26、冲突。 为什么会发生碰撞？为什么会发生碰撞？ 碰碰 撞撞 第二种情形的根本原因是因为电磁波在媒体上的传播速度总是有限的。第二种情形的根本原因是因为电磁波在媒体上的传播速度总是有限的。 假设局域网两端的站假设局域网两端的站A和站和站B相距相距1km（电磁波在（电磁波在1km电缆上的传播时延电缆上的传播时延 约为约为5s），单程传播时延记为），单程传播时延记为。 AB A A A B B B A t = 0 A发送数据发送数据 B t = 2 A检测到检测到 发生碰撞发生碰撞 t = B 检测到信道空闲检测到信道空闲 发送数据发送数据 t = /2 发生碰撞发生碰撞 t = B检测到碰撞检测到碰撞

27、 停止发送停止发送 A和和B发送数据均失败，发送数据均失败， 它们都要推迟一段时间它们都要推迟一段时间 后再重新发送后再重新发送 32 争用期争用期 v最先发送数据帧的站点，在发送数据帧最先发送数据帧的站点，在发送数据帧 后至多经过后至多经过2 就可以知道该帧是否发生就可以知道该帧是否发生 了碰撞。了碰撞。 v以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时延2 称为争用期，称为争用期， 又称为又称为碰撞窗口碰撞窗口或或时间槽时间槽。 v一个站点开始发送后，若在时间槽内没一个站点开始发送后，若在时间槽内没 有检测到冲突，则本次发送不会再发生有检测到冲突，则本次发送不会再发生 冲突冲突 33 检检 测

28、测 条条 件件 v 要使冲突的两端都能检测出，就应当使两端要使冲突的两端都能检测出，就应当使两端 都满足发送时间大于传输延迟时间的条件，并都满足发送时间大于传输延迟时间的条件，并 且越大传输效果越好。且越大传输效果越好。 v为了考虑传输延迟的影响，倾听时间要考虑为了考虑传输延迟的影响，倾听时间要考虑两两 个因素：个因素：一是信号在线路上最远两点间来回传一是信号在线路上最远两点间来回传 输所需的时间，二是以太网时隙时间（输所需的时间，二是以太网时隙时间（Slot Slot TimeTime）512512位（以太帧格式所规定的最小位（以太帧格式所规定的最小 帧长度）的发送时间。帧长度）的发送时间。

29、 34 后退等待后退等待 v一旦检测出冲突，应立即停止发送，同时一旦检测出冲突，应立即停止发送，同时 发出一个干扰信号（发出一个干扰信号（Jamming SignalJamming Signal）， 清除（丢弃）已发出帧，并通知所有站点清除（丢弃）已发出帧，并通知所有站点 “冲突已经发生冲突已经发生” ” 。这个等待停滞称为。这个等待停滞称为 退让（退让（BackoffBackoff），其中发出的干扰信号），其中发出的干扰信号 是一串是一串32324848位的位的“1”1”。 v最常用的后退算法是截断二进制后退算法最常用的后退算法是截断二进制后退算法 35 退避算法退避算法 1. 令基本退避时

30、间令基本退避时间T=2（即时间槽长度）；（即时间槽长度）； 2. k=min（重传次数，（重传次数，10）；）； 3. r=在在 0, 1, , (2k-1) 中随机取一个数；中随机取一个数； 4. 退避时间退避时间=rT。 v限定最大重传次数限定最大重传次数16，若发送，若发送16次仍次仍 不成功，则发送失败。不成功，则发送失败。 36 接收处理 接收处理主要有两项工作：接收处理主要有两项工作：接收校验接收校验和和本本 地处理地处理。接收校验包括碎片校验、目的地。接收校验包括碎片校验、目的地 址校验和完整性校验：址校验和完整性校验： v碎片校验，长度小于碎片校验，长度小于512512位的帧是

31、冲突碎位的帧是冲突碎 片。片。 v 目的地址校验用于判断是否是本地地址。目的地址校验用于判断是否是本地地址。 v完整性校验包括校验是否是畸形帧（长完整性校验包括校验是否是畸形帧（长 度度15181518字节）、字节）、CRCCRC校验和定界符（长校验和定界符（长 度必须是度必须是8 8位的整数倍）。位的整数倍）。 37 5.3.2 IEEE 802.35.3.2 IEEE 802.3与与10Mbps10Mbps以太网以太网 v以太网与以太网与 802 .3802 .3 v以太网的组成以太网的组成 v 10Mb/s10Mb/s以太网的物理层标准以太网的物理层标准 vIEEE 802.3 IEEE

32、 802.3 以太网体系结构以太网体系结构 以太网历史以太网历史 v 1968年年 夏威夷大学的夏威夷大学的Norman Abramson研制了一个名为研制了一个名为ALOHA系统的系统的 无线电网络。系统将位于无线电网络。系统将位于Oahu岛上校园内的岛上校园内的IBM360主机与分布在其它主机与分布在其它 岛上和海洋船舶上的读卡机和终端连接起来。岛上和海洋船舶上的读卡机和终端连接起来。 v 1972年，施乐的帕洛阿尔托研究中心年，施乐的帕洛阿尔托研究中心(PARC)的计算机科学实验室的网络的计算机科学实验室的网络 专家专家Metcalfe设计了一套网络，该网络是以设计了一套网络，该网络是以

33、ALOHA系统为基础，世界上系统为基础，世界上 第一个个人计算机局域网络，该网络名为以太网第一个个人计算机局域网络，该网络名为以太网(Ethernet)，其灵感来，其灵感来 自于自于“电磁辐射是可以通过发光的以太来传播的这一想法电磁辐射是可以通过发光的以太来传播的这一想法”。最初的实。最初的实 验型验型PARC以太网以以太网以2.94Mbps(每秒兆位每秒兆位)的速度运行。的速度运行。 v 1977年底，多点传输系统被称为年底，多点传输系统被称为 CSMACD(载波监听多路存取载波监听多路存取/冲突检冲突检 测测)。1979年，年，DEC、Intel和施乐共同将此网络标准化。和施乐共同将此网络

34、标准化。 v 在上个世纪在上个世纪70年代末，涌现出数十种局域网技术。除了以太网外，还有：年代末，涌现出数十种局域网技术。除了以太网外，还有： MCA、Hyperchannel、ARCnet和和Omninet。使以太网最终坐上局域网。使以太网最终坐上局域网 宝座的不是技术优势和速度，而是宝座的不是技术优势和速度，而是Metcalfe版本的以太网已成为产业标版本的以太网已成为产业标 准。准。 39 以太网和以太网和802.3 v 1980年年9月月30日，日，DEC、Intel和施乐公布了第三稿的和施乐公布了第三稿的 “以太网规范，以太网规范，”，这就是著名的以太网蓝皮书，也，这就是著名的以太网

35、蓝皮书，也 称为称为DIX版以太网版以太网10规范。规范。 v 在在DIX开展以太网标准化工作的同时，开展以太网标准化工作的同时，IEEE组成一个组成一个 定义与促进工业定义与促进工业LAN标准的委员会，并以办公室环境标准的委员会，并以办公室环境 为主要目标，该委员会名叫为主要目标，该委员会名叫802工程。在工程。在1981年年6月，月， IEEE802工程决定组成工程决定组成802.3分委员会，以产生基于分委员会，以产生基于 DIX工作成果的公认标准，针对整个工作成果的公认标准，针对整个CSMA/CD网络。网络。 v 今天的以太网是今天的以太网是TCP/IP采用的主要局域网技术，以太采用的主

36、要局域网技术，以太 网一词更多的被用来指各种采用网一词更多的被用来指各种采用CSMA/CD技术的局域技术的局域 网。以太网和网。以太网和802.3可以认为是同义词。但是两者在帧可以认为是同义词。但是两者在帧 格式上存在一定区别。格式上存在一定区别。 帧结构上差别帧结构上差别 802.3802.3帧数据字段的数据是帧数据字段的数据是LLCLLC子层的协议数据单元子层的协议数据单元, ,而而 以太帧的数据以太帧的数据 字段是网络层的分组字段是网络层的分组 802.3802.3采用采用“填充填充”字符来保证最小字符来保证最小4646字节数据长度；字节数据长度； 以太以太由上层软件来保证由上层软件来保

37、证 802.3802.3使用使用“长度长度”字段来表明字段来表明 数据字节数数据字节数目；目； 以太以太用用“类型类型”来来 指明数据协议类型指明数据协议类型 6 6 2 46-1500 4字节字节 FCSSATypeDADataPadEthernet PR SFD 7 1 PRSFD 7 1 IEEE 802.3 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节字节 FCSSALENDALLC-PDUPad 校验区间校验区间 64-1518 字节字节 41 以太网帧结构以太网帧结构 802.3 MAC802.3 MAC子层帧的结构。子层帧的结构。 v前同步码由前同步码由7 7字节的前导码（字节的

38、前导码（101010101010）,1,1字节字节 的同步码的同步码SFDSFD（10101011010101）组成，用于接收站点）组成，用于接收站点 进行帧同步。进行帧同步。 v源地址是指发送站的网卡地址；目的地址是指源地址是指发送站的网卡地址；目的地址是指 接收以太网帧的网卡地址。接收以太网帧的网卡地址。 v类型：以太网封装的消息协议类型。类型：以太网封装的消息协议类型。 v长度：帧的长度。长度：帧的长度。 vFCSFCS：帧的循环冗余校验序列。：帧的循环冗余校验序列。 42 IEEE 802 .3IEEE 802 .3的特点的特点 IEEE 802.3IEEE 802.3标准规定了标准规

39、定了CSMA/CDCSMA/CD访问方法访问方法和和 物理层物理层技术规范。该规范的特点是：技术规范。该规范的特点是： v采用采用1 1坚持坚持CSMA/CDCSMA/CD协议协议 v规定规定MACMAC帧的长度范围为帧的长度范围为6464 15181518字节字节 v任何站点发送数据时都要遵循任何站点发送数据时都要遵循CSMA/CD协议协议 v每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据 v只有地址与帧的目的地址相同的站点才接收数据只有地址与帧的目的地址相同的站点才接收数据 v目的站点将复制该帧，其他站点则忽略该帧目的站点将复制该帧，其他站点则忽略该帧

40、 43 以太网的组成以太网的组成 v传输介质传输介质 v收发器收发器 v网卡网卡 44 10Mb/s10Mb/s以太网的物理层标准以太网的物理层标准 10Mb/s10Mb/s以太网可以有多种物理层标准。目前有以太网可以有多种物理层标准。目前有5 5种种 : v 10 Base-510 Base-5标准，也称标准以太网（原始的标准，也称标准以太网（原始的IEEE802.3IEEE802.3）或）或 粗缆以太网，采用粗同轴电缆总线连接粗缆以太网，采用粗同轴电缆总线连接 v 10 Base-210 Base-2标准标准IEEE802.3aIEEE802.3a，也称便宜以太网或细缆，也称便宜以太网或细

41、缆 以太网，采用细同轴电缆总线连接以太网，采用细同轴电缆总线连接 v 10 Base-T10 Base-T标准标准IEEE802.3iIEEE802.3i，也称双绞线以太网，采，也称双绞线以太网，采 用无屏蔽双绞线、星型方式连接用无屏蔽双绞线、星型方式连接 v 10 Base-F10 Base-F标准标准IEEE802.3iIEEE802.3i，也称光缆以太网，星型，也称光缆以太网，星型 方式连接方式连接 v 10 Broad3610 Broad36标准，宽带传输以太网。标准，宽带传输以太网。 45 同轴电缆以太网同轴电缆以太网 粗缆以太网（粗缆以太网（10BASE5） 粗同轴电缆，可靠性好，

42、抗干扰能力强粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强 收发器收发器 : 发送发送/接收接收, 冲突检测冲突检测, 电气隔离电气隔离 总线型拓扑总线型拓扑 粗缆粗缆 收发器收发器 AUI 电缆电缆 NIC Vampire tap 最大段长度最大段长度 500m 每段最多站点数每段最多站点数 100 2.5m 网络最大跨度网络最大跨度 2.5km 网络最多网络最多5个段个段 终端匹配器终端匹配器 细缆细缆 BNC接头接头 NIC 细缆以太网（细缆以太网（ 10Base2 ） 细同轴电缆，可靠性稍差细同轴电缆，可靠性稍差 无外置收发器无外置收发器 轻便、灵活、成本较低轻便、灵活、成本较低 总线型拓扑总线型

43、拓扑 每段最大长度每段最大长度 185m 每段最多站点数每段最多站点数 30 0.5 m 网络最大跨度网络最大跨度 925 m 网络最多网络最多5个段个段 终端匹配器终端匹配器 47 收发器收发器 收发器具有如下功能：收发器具有如下功能： v 接收或发送数据接收或发送数据 v检测在总线上发生的数据帧的冲突检测在总线上发生的数据帧的冲突 v在总线和总线接口的电子设备间进行电在总线和总线接口的电子设备间进行电 气隔离气隔离 v超长功能控制超长功能控制 48 网卡网卡 网卡是实现工作站之间通信的关键部件。网卡是实现工作站之间通信的关键部件。 网卡主要实现下列功能：网卡主要实现下列功能： v数据的封装

44、和解封数据的封装和解封 v链路管理，实现链路管理，实现CSMA/CDCSMA/CD协议协议 v编码和解码：对送到收发器上的信号进编码和解码：对送到收发器上的信号进 行曼彻斯特编码，对从收发器收到的信行曼彻斯特编码，对从收发器收到的信 号进行曼彻斯特解码。号进行曼彻斯特解码。 49 传输介质为非屏蔽双纹线传输介质为非屏蔽双纹线UTPUTP，传输速率为，传输速率为10 Mb/s10 Mb/s 以集线器以集线器(HUB)(HUB)为中心的星状结构为中心的星状结构, ,利用利用RJ45RJ45接插件和非屏蔽接插件和非屏蔽 双纹线与站点网卡连接双纹线与站点网卡连接 1 1基本硬件配置基本硬件配置 。集线

45、器。集线器（分独立式和可叠加式两类分独立式和可叠加式两类） 。带有。带有RJ-45RJ-45接口的以太网卡接口的以太网卡 。3 3类类/5/5类非屏蔽双绞线类非屏蔽双绞线 2 2、说、说 明明 。集线器是以太的中心连接设备，起。集线器是以太的中心连接设备，起 转发器的作用转发器的作用（不提供帧过滤和存储）（不提供帧过滤和存储） 。介质访问控制方法仍采用。介质访问控制方法仍采用CSMA/CDCSMA/CD 。是对。是对“共亨介质共亨介质”总线网结构的一种总线网结构的一种“变革变革”，构成物理上的，构成物理上的“ 星星 状状”，逻辑上的，逻辑上的“总线状总线状” 10Base-T标准标准 Ethe

46、rnet 50 IEEE 802.3 IEEE 802.3 以太网体系结构以太网体系结构 为了便于物理层功能的实现，为了便于物理层功能的实现，802.3 802.3 进一进一 步将物理层分为两个子层：步将物理层分为两个子层： vPLSPLS子层子层 vPMAPMA子层子层 51 PLS PLSPLS 子层负责：子层负责： v向向MACMAC层提供服务层提供服务 v曼彻斯特码的编码和解码曼彻斯特码的编码和解码 v载波侦听载波侦听 52 PMAPMA PMAPMA子层负责：子层负责： v向向PLSPLS层提供服务层提供服务 v冲突检测冲突检测 v超长控制超长控制 v发送发送/ /接收串行比特接收串

47、行比特 逻辑链路控制 LLC 媒体访问控制 MAC 物理信令PLS 物理媒体附件 PMA LLC MAC PLS PMA 高层高层 MAU AUI MDI MDI 传输介质 802.3 802.3 以太网的两种体系结构以太网的两种体系结构 54 5.3.3 5.3.3 百兆以太网百兆以太网 v快速以太网是在传统以太网基础上发展的快速以太网是在传统以太网基础上发展的 ，在传输介质上传送，在传输介质上传送100Mb/s的星型拓朴的星型拓朴 以太网以太网,保持相同的以太网帧格式，以及保持相同的以太网帧格式，以及 CSMA/CD介质访问控制方式。介质访问控制方式。 v100Base-T100Base-

48、T与与IEEE802.3u IEEE802.3u 国际标准国际标准 v100100BASE-VG BASE-VG 802.12 55 三种物理层标准三种物理层标准 100BASE-TX100BASE-TX：采用两对链路；：采用两对链路；5 5类非屏蔽双绞线类非屏蔽双绞线 100BASE-FX100BASE-FX：采用两对链路；使用光纤：采用两对链路；使用光纤 100BADE-T4100BADE-T4：为在低质量要求实现：为在低质量要求实现100Mbps100Mbps数据速率而数据速率而 设计的设计的, ,可使用可使用3 3类或类或5 5类非屏蔽双绞线类非屏蔽双绞线 数据速率提高了数据速率提高了

49、1010倍，故相应的冲突检测时间倍，故相应的冲突检测时间 缩短为缩短为10BASE-T10BASE-T的的1/101/10 v提供了提供了10/100Mb/s自适应功能自适应功能 应用层 会话层 表示层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 OSI 7层参考模型 PLS PMA MDI 逻辑链路控制层（LLC） 介质存取控制层（MAC） RS MDI 自动协商 PMD PMA PCS IEEE 802.3 CSMA / CD 模型 AUI MAU PHY MII 更高层 介质介质 10 Mbps 100 Mbps IEEE 802.3u 10/100MbpsDTEIEEE 802.3u 10/1

50、00MbpsDTE的层次模型的层次模型 57 100100BASE-VGBASE-VG v 100 100BASE-VGBASE-VG原名原名100100VG-AnyLANVG-AnyLAN，由，由HPHP、IBMIBM和和 AT对于无线对于无线VoIP以及其它对延迟敏感的以及其它对延迟敏感的 服务非常重要的服务非常重要的802.11r标准标准;和定义了不同种类的无线网络之和定义了不同种类的无线网络之 间的网络互连功能间的网络互连功能的的802.11u标准标准 v 基于基于802.16协议的协议的Wimax 无线城域网无线城域网接入技术无线城域网接入技术 72 无线局域网中的隐蔽站问题无线局域

51、网中的隐蔽站问题 v 隐蔽站隐蔽站: A, C两个站点不能互相两个站点不能互相“听见听见” 障碍物障碍物, 信号衰减信号衰减 在在B站点发生冲突站点发生冲突 v 802.11MAC的设计目标的设计目标: 避免可能在避免可能在B站发生的冲突站发生的冲突 v CSMA/CA: 带有冲突避免（带有冲突避免（Collision Avoidance）策略）策略 的的CSMA 73 802.11 MAC层层: CSMA/CA 802.11 CSMA: 发送方发送方 - 如果检测到信道闲置了如果检测到信道闲置了 DIFS 秒秒. 然后传输整个帧然后传输整个帧 (无冲突检无冲突检 测测) -如果检测到信道忙如

52、果检测到信道忙 然后然后 进行二进制避退进行二进制避退 （binary bakeoff） 802.11 CSMA 接收方接收方: 如果接收如果接收 OK 等待等待 SIFS后返回ACK 74 IEEE 802.11 MAC 协议协议 802.11 CSMA 协议协议: 其他方其他方 vNAV: 网络分配向量网络分配向量 （Network Allocation Vector） v802.11 帧具有传输时间字帧具有传输时间字 段段 v其他站点其他站点(听见有传输时听见有传输时) 必须推迟若干必须推迟若干 NAV时间时间 单位再对信道进行访问单位再对信道进行访问 75 冲突避免冲突避免: RTS-

53、CTS 交换交换 vCSMA/CA: 进行显式的进行显式的 信道预留信道预留 发送方发送方: 发送简短的发送简短的 RTS: request to send 接收方接收方: 使用简短的使用简短的 CTS: clear to send回回 应应 vCTS 为发送方预留了信为发送方预留了信 道道, 并通知了其他并通知了其他 (可能可能 是隐蔽的是隐蔽的) 站点站点 v避免了隐蔽站点的冲突避免了隐蔽站点的冲突 76 冲突避免冲突避免: RTS-CTS 交换交换 v由于由于RTS / CTS比较短比较短: 发送时间短，发生冲突发送时间短，发生冲突 的可能小的可能小 最终的结果同冲突检测最终的结果同冲突

54、检测 基本一致基本一致 vIEEE 802.11 允许允许: CSMA CSMA/CA: 信道预留信道预留 从从AP进行轮询进行轮询 77 5.4.3 IEEE 802.115.4.3 IEEE 802.11协议协议 vIEEE 802.11IEEE 802.11规定规定WLANWLAN的最小构件是基本的最小构件是基本 服务集服务集BSSBSS（Basic Service SetBasic Service Set）。 v在一个在一个BSSBSS内，所有的站均运行同样的内，所有的站均运行同样的 MACMAC协议并且以争用方式共享同一媒体。协议并且以争用方式共享同一媒体。 v一个一个BSSBSS可

55、以是独立的系统；也可以通过可以是独立的系统；也可以通过 接入点接入点（Access PointerAccess Pointer）连接到主干连接到主干 网上，与其他网上，与其他BSSBSS连接或与有线网络连接，连接或与有线网络连接， 组成扩展服务集组成扩展服务集ESSESS。 78 主干网 服务器 移动站移动站 移动站 基本服务集A 接入点 移动站移动站 基本服务集B 接入点 扩展服务单元 图5.19 IEEE 802.11结构 79 物理层物理层 下面是下面是WLANWLAN的三种主要的物理层实现方法：的三种主要的物理层实现方法： v跳频扩频（跳频扩频（FHSSFHSS） 跳频扩频使用跳频扩频

56、使用2.4GHz2.4GHz的的ISMISM频带，共有频带，共有7979个信个信 道频道可供跳频使用道频道可供跳频使用 v直接序列扩频（直接序列扩频（DSSSDSSS） 直接序列扩频使用直接序列扩频使用2.4GHz2.4GHz的的ISMISM频带，接入速频带，接入速 率为率为1Mbps1Mbps或或2Mbps2Mbps。 v红外（红外（IRIR） 红外方式使用波长红外方式使用波长850950nm850950nm的红外线传送数的红外线传送数 据，速率为据，速率为12Mbps12Mbps。 80 MAC层 IEEE 802.11IEEE 802.11的的MACMAC层结构，称作为层结构，称作为DF

57、WMACDFWMAC （分布式基础无线网（分布式基础无线网MACMAC）。它可以为本）。它可以为本 地链路控制层提供两种服务：地链路控制层提供两种服务： v竞争服务竞争服务 v无竞争服务无竞争服务 81 本地链路控制层 点协调功能层（PFC） 分布式协调功能层（DCF）2.4GHz 跳频扩频 频带2.4GHz 速率1Mbps或 2Mbps 直接序列扩频 2.4GHz的频带 速率1Mbps或 2Mbps 红外线 速率1Mbps或 2Mbps 2.4GHz 频率扩展 FH3Mbps DS8Mbps 5GHz 频率扩展 20Mbps 5GHz 频率扩展 20Mbps 竞争服务 无竞争服务 MAC层

58、图5.20 IEEE 802.11协议结构 82 竞争服务 WLANWLAN采用了带有冲突避免的载波多路侦听采用了带有冲突避免的载波多路侦听 协议协议CSMA/CACSMA/CA（Collision AvoidanceCollision Avoidance）作）作 为为MACMAC层的协议。规则如下：层的协议。规则如下： v 任何一个站点在发送数据之前，还是要任何一个站点在发送数据之前，还是要 先监听载波，确认信道空闲时，发送探先监听载波，确认信道空闲时，发送探 询帧，若信道空闲一个询帧，若信道空闲一个IFSIFS（帧间隙）的（帧间隙）的 间隙时间后仍然空闲，才发送数据；间隙时间后仍然空闲，才

59、发送数据； 83 数据 应答 发送 监听 应答监听 发送 监听 推迟访问 其他站点 目的 源 等待信道 数据 图5.21 发送站点使用IFS的CSMA访问规则 84 无竞争服务无竞争服务 无竞争服务采用集中访问控制，包括集中无竞争服务采用集中访问控制，包括集中 轮询主管的轮询，由一个中央的决定者协轮询主管的轮询，由一个中央的决定者协 调访问请求，实现可以选择的访问调访问请求，实现可以选择的访问点点 协调功能协调功能PCFPCF。这种机制适合于下列情形：。这种机制适合于下列情形： v 几个互连的几个互连的WLANWLAN v 一个与有线主干网相连的基站一个与有线主干网相连的基站 v实时性强的点实

60、时性强的点 v 高优先级的站点高优先级的站点 85 5.5 5.5 交换式局域网交换式局域网 传统局域网特点传统局域网特点 采用采用共享介质共享介质技术技术( (传输介质对所有结点共享传输介质对所有结点共享) )是一种是一种广播式广播式网络网络 网络上每一瞬间只能有网络上每一瞬间只能有一个结点发送数据，其余处于接收一个结点发送数据，其余处于接收 结点结点采取争用采取争用的方式取得介质的访问权，结点越多的方式取得介质的访问权，结点越多, ,各结点平各结点平 均享有速率越少，共享介质的缺点均享有速率越少，共享介质的缺点 交换式局域网特点交换式局域网特点 为网中每个结点提供专用连接通道，使竞争式的共