计算机网络3局域网

1、3.1 以太网 3.2 其他以太网 3.3 无线网络 3.4 小结2021-12-111IEEE 802 CSMA/CD 寻址帧格式实现2021-12-112Norman Abramson: ALOHA无线电系统Metcalfe: 第一个计算机局域网络ALTO ALOHA1973年5月22, 将该网络改名为以太网(Ethernet), 其灵感来自于“电磁辐射是可以通过发光的以太来传播的这一想法”1976年6月, 和Boggs发表了题为: “以太网: 局域网的分布型信息包交换”的著名论文1977年底, 和三位合作者获得了具有冲突检测的多点数据通信系统的专利因为基于信息包的理论而获得哈佛大学理学博

2、士学位2021-12-1131980年9月30日, DEC、Intel和Xerox公布了第三稿的“以太网, 一种局域网: 数据链路层和物理层规范, 1.0版”, 即著名的以太网蓝皮书 - DIX规范珠联璧合: Xerox提供技术, DEC是以太网硬件强有力的供应商, Intel提供以太网芯片构件1981年6月, IEEE802工程决定组成802.3分委员会一年半以后, 即1982年12月19日, 19个公司宣布了新的IEEE802.3草稿标准2021-12-114Metcalfe谢绝了Steve Jobs建议他加入Apple计算机公司开发网络的建议, 于1979年6月, 与Howard Cha

3、rney、Ron Crane、Greg Shaw和Bill Kraus组建了著名的3Com1980年8月, 3Com公司宣布了它的第一个产品, 即用于Unix的商业版TCP/IP, 并在1980年12月正式上市一直以创造历史著称的IBM当时也宣布了最初的IBM PC, 但不与3Com合作, 原因是IBM正忙于发明自己的令牌环网 90年代IBM才开始认识到: Token Ring是无法取代以太网的, 它的网络战略已告失败2021-12-115两件大事使得以太网再度掀起高潮1985年Novell开始提交Network, 这是一个专为IBM兼容个人计算机联网用的高性能操作系统 NetWare的巨大成

4、功推动了对以太网适配器的大量需求, 从而使得以太网成为网络市场的领先者10BASE-T, 能在无屏蔽双绞线上全速10Mbps运行的以太网 这是基于结构化的布线系统2021-12-11690年代, 交换型以太网得到了发展先后推出快速以太网、千兆位以太网和万兆位以太网等更高速的以太网技术以太网的帧格式特别适合于传输IP数据包随着Internet的快速发展, 以太网被广泛使用如果接入网也采用以太网, 将形成从局域网、接入网、城域网到广域网全部是以太网的结构, 这样采用与IP数据包结构近似的以太网帧结构, 各网之间无缝连接, 中间不需要任何格式转换, 可以提高运行效率, 方便管理, 降低成本, 这种结

5、构可以提供端到端的连接2021-12-1172021-12-118标 准职 责标 准职 责IEEE 802.1网络互操作IEEE 802.7宽带网IEEE 802.2LLCIEEE 802.8光纤网IEEE 802.3CSMA/CD及100BaseXIEEE 802.9电话与数据通信IEEE 802.4令牌总线网IEEE 802.10LAN安全IEEE 802.5令牌环网IEEE 802.11无线通信IEEE 802.6MANIEEE 802.12100VG-AnyLAN2021-12-119The original Ethernet was created in 1976 at Xeroxs

6、 Palo Alto Research Center (PARC). Since then, it has gone through four generations.2021-12-1110拓扑结构传输介质媒介访问技术局域网重点考虑多用户对传输介质的共享访问静态划分信道代价较高, 不适合局域网动态访问控制分为随机接入(如以太网)和受控接入(如FDDI)2021-12-11112021-12-11122021-12-11132021-12-1114为端到端的传播时延Tj为干扰信号持续时间 (B与A同时发送数据)Tb2(B在快收到A数据时发送数据)2021-12-1115jjTT+32争用期电磁

7、波在电缆中的的传播速度为空气中的65%, 即1km电缆的传播时延5s对于IEEE 802.3, 两个站点的最远距离4.5km, 由4个中继器连接而成, 其冲突窗口为51.2s2倍电缆传播延迟加上4个中继器的双向延迟对于10Mbps的IEEE 802.3, 这个时间等于发送64字节, 即512比特的时间2021-12-1116这就是以太网最小帧长 64字节的由来.2021-12-1117冲突退避算法可能带来捕获效应.2021-12-11182021-12-11192021-12-11202021-12-11212021-12-11222021-12-1123限制项目限制值网站之间的最小距离0.5

8、m网段的最大长度185网络的最大长度925m网段及中继器5/4每个网段上的节点数30可连接计算机的网段数32021-12-11242021-12-11252021-12-1126限制项目限制值工作站至集线器的最大距离100m每个网段上的最大节点数512最大集线器级连4网段及中继器5/42021-12-1127交换以太网快速以太网千兆以太网2021-12-11282021-12-1129交换以太网试图提高10 Base-T的性能用交换机替代集线器交换机能识别帧的目的地址, 而不是采用广播方式这是目前常用的组网方式.2021-12-1130速度提高到100Mbps与10M以太网保持兼容帧格式、访问

9、介质方式、最小帧长等不变最大距离减少10倍, 为250m与10M以太网比较, 只在MAC层有变化: 数据速率和最长距离2021-12-11312021-12-1132速度提高到1000MMAC层访问方法保持不变, 距离缩短传输介质利用光纤千兆以太网通常用作主干2021-12-11332021-12-11342021-12-1135介质光纤(多模)光纤(单模或多模)STPUTP信号短波激光长波激光电气电气最大距离550m550m(多模)5000m(单模)25m100mWLANWPANWiMax2021-12-11362021-12-11372021-12-1138WLAN利用电磁波在空气中发送和

10、接收数据WLAN数据传输速率现在已经能够达到11Mbps, 传输距离可远至20km以上无线局域网的优点安装便捷、使用灵活经济节约、易于扩展2021-12-1139WLAN是对有线联网方式的一种补充和扩展.802.11b最大数据传输速率为11Mb/s支持的范围: 室外为300米, 室内最长为100米802.11a802.11b的后续标准物理层速率可达54Mb/s, 传输层可达25Mbps与802.11b不兼容混合标准802.11g2021-12-11402021-12-1141BSS (Basic Service Set)一群计算机设定相同的BSS名称, 即可自成一个group, 可相互通信ES

11、S (Extended Service Set)一个或多个以上的BSS, 即可被定义成一个 ESS AP (Access Point)作为有线局域网络与无线局域网络之桥梁2021-12-11422021-12-11432021-12-1144WLAN不能简单地搬用CSMA/CD协议CSMA/CD 协议要求一个站点在发送本站数据的同时, 还必须不间断地检测信道, 但在无线局域网中要实现这种功能花费过大即使能够实现碰撞检测功能, 并且在发送数据时检测到信道是空闲的, 在接收端仍然有可能发生碰撞2021-12-11452021-12-1146A 的作用范围C 的作用范围ABCD当 A和 C检测不到无

12、线信号时, 都以为B是空闲的, 因而都向 B 发送数据, 结果发生碰撞.2021-12-1147ADCB？B 的作用范围C 的作用范围B向A发送数据, 而 C又想和 D通信, 但 C检测到媒体上有信号, 于是就不会向 D发送数据.WLAN可能出现检测错误检测到信道空闲, 其实并不空闲检测到信道忙, 其实并不忙改进的办法是把CSMA增加一个碰撞避免(Collision Avoidance)功能, 即CSMA/CA在使用 CSMA/CA 的同时, 还增加使用停止等待协议, 即链路层确认无线信道的通信质量比有线差2021-12-1148CSMA/CD没有链路层确认.2021-12-1149对于时间敏

13、感的业务使用提供无争用服务的点协调功能PCF所有站点完成发送后, 必须等待一段很短的时间IFS(继续监听)才能发送下一帧IFS长度取决于该站欲发送帧的类型高优先级帧等待时间较短, 可优先获得发送权若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已到来, 则媒体变为忙态因而低优先级帧就只能再推迟发送了2021-12-11502021-12-1151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载波监听通过收到的相对信号强度是否超过一定门限数值可判定是否有其他移动站在信道上发送数据当源站发送它的第一个MAC 帧时, 若检测到信道空闲, 则在等待一段时间后就可发送2

14、021-12-1152这是考虑到可能有其他的站有高优先级的帧要发送如有, 就要让高优先级帧先发送2021-12-1153源站发送数据帧目的站若正确收到此帧, 则经过时间间隔 SIFS 后, 向源站发送确认帧ACK若源站在规定时间内没有收到确认帧ACK, 就重传此帧, 直到收到确认为止; 或者经过若干次的重传失败后放弃发送2021-12-1154WEP (Wired Equivalent Privacy, 有线等效保密)IEEE802.11标准单向认证, 即服务器端对客户端的认证WAPI (WLAN Authentication and Privacy Infrastructure, 无线局域网

15、鉴别与保密基础结构)GB15629.11-2003使用双向认证, 身份凭证为公钥数字证书2021-12-1155WPAN是以个人为中心来使用的无线人个区域网, 它实际上就是一个低功率、小范围、低速率和低价格的电缆替代技术WPAN工作在 2.4 GHz 的 ISM 频段 而WLAN为许多用户服务, 是一个大功率、中等范围、高速率局域网2021-12-1156最早使用的WPAN是 1994 年爱立信公司推出的蓝牙系统, 其标准是IEEE 802.15.1数据率为720 kb/s, 通信范围在10米左右蓝牙使用TDM方式和跳频扩频 FHSS 技术组成不用基站的皮可网(piconet)2021-12-

16、1157每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多7个工作的从设备(Slave)通过共享主设备或从设备, 可以把多个皮可网链接起来, 形成一个范围更大的扩散网(scatternet)主从工作方式个人区域网实现起来价格会比较便宜 2021-12-1158Piconet(微微网), 表示这种无线网络覆盖面积非常小.2021-12-1159MMSSPSSSSSP皮可网 2扩散网皮可网 1M 主设备S 从设备P 搁置的设备低速WPAN主要用于工业监控组网、办公自动化与控制等领域, 其速率是2250kb/s低速WPAN的标准是IEEE802.15.4最近新修订的标准是IEEE802.15.4-200

17、6低速WPAN中最重要的就是ZigBeeZigBee技术主要用于各种电子设备(固定的、便携的或移动的)之间的无线通信主要特点: 通信距离短(1080m), 传输数据速率低, 成本低廉2021-12-1160功耗非常低在工作时, 信号的收发时间很短在非工作时, ZigBee 结点处于休眠状态, 非常省电对于某些工作时间和总时间之比小于 1% 的情况, 电池的寿命甚至可以超过10 年网络容量大一个 ZigBee 的网络最多包括有255 个结点, 其中一个是主设备, 其余则是从设备若通过网络协调器, 最多可以支持超过 64000 个结点2021-12-1161高速WPAN用于在便携式多媒体装置之间传

18、送数据, 支持1155Mb/s的数据率, 标准是802.15.3UWB(Ultra-Wide Band)技术工作在3.110.6GHz微波频段, 有非常高的信道带宽超宽带信号的带宽应超过信号中心频率的25%以上, 或信号的绝对带宽超过500MHz超宽带技术使用了瞬间高速脉冲, 可支持100400Mb/s的数据率, 可用于小范围内高速传送图像或DVD质量的多媒体视频文件2021-12-1162WiMax (World Interoperability for Microwave Access, 全球微波接入互操作性) 基于IEEE 802.16的宽带无线接入城域网(Broadband Wirel

19、ess Access Metropolitan Area Network, BWAMAN)技术WiMax亦常被称为IEEE Wireless MAN(Metropolitan Area Network), 其基本目标是提供一种在城域网一点对多点的多厂商环境下可有效地互操作的宽带无线接入手段2021-12-11632021-12-1164ISPU N I V E R S I T YU N I V E R S I T Y802.11 WLAN802.11 热点802.11 WLAN802.16802.16802.16 基站802.16因特网802.16 基站802.16802.16电信网2到11GHz, 可在license和unlicense频段上使用支持75Mbps在无阻挡情况下可支持50公里传输QoS支持声音、数据和不同的服务级别一个基站可支持1000个用户2021-12-1165实现更远的传输距离50公里的无线信号传输距离, 网络覆盖面积是3G发射塔的1