网络技术(第5章)

1、 第5章 局域网曹曹 晶晶第第5 5章章 局域网局域网n5.1 5.1 IEEE802IEEE802局域网体系结构局域网体系结构n5.2 5.2 以太网工作原理以太网工作原理n5.3 5.3 传统以太网传统以太网n5.4 5.4 高速以太网高速以太网n5.5 5.5 交换式以太网交换式以太网n5.65.6 虚拟局域网虚拟局域网n5.7 5.7 无线局域网无线局域网n5.85.8 非主流局域网非主流局域网重点重点 5.1 IEEE802 5.1 IEEE802局域网体系结构局域网体系结构 5.1.1 IEEE802 5.1.1 IEEE802局域网参考模型局域网参考模型nIEEE802 LAN/

2、RMIEEE802 LAN/RM的的数据链路层分成两个子层数据链路层分成两个子层：n逻辑链路控制逻辑链路控制(Logical Link Control, LLC)(Logical Link Control, LLC)子层；子层；n媒体接入控制媒体接入控制(Medium Access Control, MAC)(Medium Access Control, MAC)子子层。层。为什么要引入二个子层为什么要引入二个子层? ?引入二个子层的好处是：引入二个子层的好处是： 5.1.1 IEEE802 5.1.1 IEEE802局域网参考模型局域网参考模型 5.1.2 5.1.2 媒体接入控制子层媒体接

3、入控制子层1 1、LANLAN拓扑和信道特点：总线、环形及星形拓扑。拓扑和信道特点：总线、环形及星形拓扑。 什么是媒体接入控制？什么是媒体接入控制？ LANLAN的特点是网上的所有计算机使用一条共的特点是网上的所有计算机使用一条共享信道进行广播式通信。如果多个结点同时争用享信道进行广播式通信。如果多个结点同时争用信道，就会产生发送冲突，必须解决如何进行信信道，就会产生发送冲突，必须解决如何进行信道争用问题。道争用问题。2 2、LANLAN媒体接入控制方式：媒体接入控制方式：n受控接入：分为集中式控制和分散式控制如令牌受控接入：分为集中式控制和分散式控制如令牌环网。环网。n随机接入：如以太网。随

4、机接入：如以太网。5.1.2 5.1.2 媒体接入控制子层媒体接入控制子层3 3、MACMAC地址：地址：IEEE802IEEE802规定规定MACMAC地址可采用地址可采用6B/2B6B/2B。n目的地址有三种类型：目的地址有三种类型：n单播地址：目标是一个站点单播地址：目标是一个站点n多播地址：目标是一组站点多播地址：目标是一组站点n广播地址：目标是所有站点广播地址：目标是所有站点nI/GI/G比特，即单地址（比特，即单地址（0 0）/ /组地址（组地址（1 1）比特。）比特。nG/LG/L比特，即全球（比特，即全球（0 0）/ /本地（本地（1 1）比特。）比特。MAC地址 MAC MA

5、C地址是烧录在网卡里的。也叫硬件地址地址是烧录在网卡里的。也叫硬件地址, ,是由是由4848比特比特/bit/bit长长(6(6字节字节/bye)/bye)，1616进制的数字组成。进制的数字组成。 如何获取本机的如何获取本机的MACMAC？ 单击开始，运行单击开始，运行CMDCMD，找到命令提示符，进入后输入，找到命令提示符，进入后输入ipconfig /allipconfig /all即可即可 5.1.2 5.1.2 媒体接入控制子层媒体接入控制子层以太网地址在网上的传送顺序以太网地址在网上的传送顺序 5.1.3 5.1.3 逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层 5.1.3 5.1.3 逻辑链

6、路控制子层逻辑链路控制子层1 1、LLCLLC寻址：寻址： LLCLLC子层地址：子层地址：SAPSAP地址，即地址，即LLCLLC服务访问点，服务访问点，提供对网络层的接口，标识网络层的通信进程。提供对网络层的接口，标识网络层的通信进程。 5.1.3 5.1.3 逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层2 2、LLCLLC层提供的服务：层提供的服务：n类型类型1LLC11LLC1，不确认的无连接服务，不确认的无连接服务; ;n类型类型2LLC22LLC2，可靠的面向连接的服务，可靠的面向连接的服务; ;n类型类型3LLC33LLC3，带确认的无连接服务，带确认的无连接服务. .3 3、LLCLLC帧

7、格式：帧格式： 5.2 5.2 以太网工作原理以太网工作原理 5.2.1 5.2.1 以太网技术的发展以太网技术的发展n19751975年哈佛大学的年哈佛大学的Robert MetcalfeRobert Metcalfe和和David BoggsDavid Boggs研制成功了以太网研制成功了以太网EthernetEthernet。n19801980年多家著名公司提出了年多家著名公司提出了DIX1.0DIX1.0版以太网规范。版以太网规范。19821982年年DIXDIX以以2.02.0版作为终结，称为版作为终结，称为DIXDIX以太网以太网。n19831983年底年底IEEE802.3 10

8、Base5IEEE802.3 10Base5标准面世，是标准面世，是IEEE802.3IEEE802.3的第一个以太网标准。的第一个以太网标准。 以太网这个术语通常是指由以太网这个术语通常是指由DECDEC，IntelIntel和和XeroxXerox公司在公司在19821982年联合公布的一个标准，年联合公布的一个标准，它是当今它是当今TCP/IPTCP/IP采用的主要的局域网技术，采用的主要的局域网技术，它采用一种称作它采用一种称作CSMA/CDCSMA/CD的媒体接入方法。的媒体接入方法。 5.2.1 5.2.1 以太网技术的发展以太网技术的发展以太网传输速率增长（以太网传输速率增长（b

9、/sb/s） 以太网标准以太网标准IEEE规范规范批准批准时间时间速度速度（b/s）站站/网段网段拓扑拓扑结构结构网段长网段长（m）支持的媒体支持的媒体10Base5802.3198310M100总线型总线型50050同轴电缆（粗）同轴电缆（粗）10Base2802.3a198810M30总线型总线型18550同轴电缆（细）同轴电缆（细）1Base5802.3c19881M星型星型2501002对线对线3类类10Base T802.3i199010M1024星型星型1001002对线对线3类类10Broad36802.3b198810M100总线型总线型180075同轴电缆同轴电缆10Base

10、 F802.3i199210M星型星型2000多模光缆多模光缆100Base T（TX/T4/FX）802.3u1995100M星型星型100/100/20002对线对线1005类类/4对线对线1003/4/5类类/多模多模/单模光缆单模光缆1000Base T802.3ab1000M星型星型100UTP，4对对5类类1000Base X(CX/SX/LX)802.3z19981000M星型星型25/550/550/5000屏蔽电缆屏蔽电缆/多模光缆多模光缆/多多/单模光缆单模光缆10GBaseR/W/X802.3ae200210G星型星型65-40k多模多模/单模光缆单模光缆IEEE802.

11、3IEEE802.3以太网标准以太网标准 5.2.2 5.2.2 以太网媒体接入控制方式以太网媒体接入控制方式CSMA/CDCSMA/CD1.1.随机接入技术的先驱随机接入技术的先驱ALOHAALOHA（阿罗哈（阿罗哈) )2.ALOHA2.ALOHA的改进的改进CSMACSMAn增加了发前监听的机制，减少了发送冲突。增加了发前监听的机制，减少了发送冲突。nCSMACSMA有三种策略：有三种策略：n非坚持非坚持CSMACSMA。n1 1坚持坚持CSMACSMA。nP P坚持坚持CSMACSMA。3.CSMA3.CSMA的改进的改进CSMA/CDCSMA/CD：带冲突检测的载波侦听多点接：带冲突

12、检测的载波侦听多点接入入n传播时延仍会引起发送冲突。传播时延仍会引起发送冲突。5.2.2 5.2.2 以太网媒体接入控制方式以太网媒体接入控制方式CSMA/CDCSMA/CDnCSMA/CDCSMA/CD工作流程：工作流程：nCSMA/CDCSMA/CD在在CSMACSMA的基础上增加了冲突检测的功能。的基础上增加了冲突检测的功能。n在连续发送的两帧之间，站点需等待一个帧间隙在连续发送的两帧之间，站点需等待一个帧间隙时间时间(IFG)(IFG)。一般为。一般为9696位时位时。 10Mbps10Mbps的以太网的以太网IFGIFG为为9.69.6微秒微秒 100Mbps100Mbps的以太网的

13、以太网IFGIFG为为0.960.96微秒微秒 5.2.2 5.2.2 以太网媒体接入控制方式以太网媒体接入控制方式CSMA/CDCSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD工作流程图工作流程图 ？动画演示CSMA/CD的工作原理如何控制随机的回退时间呢如何控制随机的回退时间呢? ?IEEE802.3IEEE802.3采用采用截断二进制指数退避算法截断二进制指数退避算法计算退避时间。计算退避时间。 冲突次数冲突次数n=n+1n=n+1（n n初值为初值为0 0） if 1n16if 1n16 than k = min ( n, 10) than k = min ( n, 10) r r在在0

14、0，1 1，2 2，2 2 k k1 1 中随机取中随机取1 1个数，后退时间取为个数，后退时间取为r r 2 2 else if n else if n1616 than than 放弃本次发送放弃本次发送注：注：回退时间的基本单位是：回退时间的基本单位是： 22， 22是信道的往是信道的往返传播时延。返传播时延。举例：举例：如果第二次发生碰撞：如果第二次发生碰撞： n = 2 n = 2 k = MIN(2,10) = 2 k = MIN(2,10) = 2 R = 0, 1, 2, 3) R = 0, 1, 2, 3) 延迟时间延迟时间 = 0, 51.2= 0, 51.2 s, 102

15、.4s, 102.4 s, 153.6s, 153.6 s s 其中任取一其中任取一 其算法过程如下：其算法过程如下：1. 1. 将冲突发生后的时间划分为长度为将冲突发生后的时间划分为长度为22的时隙；的时隙； 2. 2. 发生第一次冲突后，各个站点等待发生第一次冲突后，各个站点等待0 0或或1 1个时隙个时隙再开始重传；再开始重传； 3. 3. 发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待0 0、1 1、2 2或或3 3个时隙再开始重传；个时隙再开始重传； 4. 4. 第第i i次冲突后，在次冲突后，在0 0至至2 2i i-1-1随机地选择一个等待随机地

16、选择一个等待的时隙数，再开始重传；的时隙数，再开始重传； 5. 5. 1010次次冲突后，选择等待的时隙数固定在冲突后，选择等待的时隙数固定在0 0至至10231023（2 21010-1-1）间；）间； 6. 6. 1616次次冲突后，发送失败，报告上层。冲突后，发送失败，报告上层。 5.2.2 5.2.2 以太网媒体接入控制方式以太网媒体接入控制方式CSMA/CDCSMA/CD4.CSMA/CD4.CSMA/CD冲突过程分析冲突过程分析( (略略) )5.5.冲突检测方法：冲突检测方法：5.2.2 5.2.2 以太网媒体接入控制方式以太网媒体接入控制方式CSMA/CDCSMA/CD IEE

17、E802.3IEEE802.3将时槽取为发送将时槽取为发送512512位的时间，称为位的时间，称为512512位时。对于位时。对于10Mbps10Mbps的以太网，时槽为的以太网，时槽为51.251.2微秒。微秒。7.7.冲突域冲突域： 指一个指一个CSMA/CDCSMA/CD以太网区域，同一个冲突域中的以太网区域，同一个冲突域中的两个或多个站点同时发送数据就会产生冲突，两个或多个站点同时发送数据就会产生冲突，CSMA/CDCSMA/CD在冲突域内能正常进行冲突检测，超出冲突在冲突域内能正常进行冲突检测，超出冲突域就不能正常工作。域就不能正常工作。 因此因此, ,冲突域限制了冲突域限制了CSM

18、A/CDCSMA/CD以太网的最大网络以太网的最大网络跨距。跨距。 5.2.3 5.2.3 以太网传输特点以太网传输特点n半双工传输方式：半双工传输方式： 对于对于CSMA/CDCSMA/CD方式，每个时刻只有一路传输，但方式，每个时刻只有一路传输，但在在IEEE802.3xIEEE802.3x标准中定义了全双工以太网，不使用标准中定义了全双工以太网，不使用CSMA/CDCSMA/CD。n共享总线带宽：共享总线带宽： 每个结点的平均带宽与总线上的结点数成反比。每个结点的平均带宽与总线上的结点数成反比。n传输的不确定性：传输的不确定性：传输时间难以计算。传输时间难以计算。n无连接、不可靠的传输服

19、务：无连接、不可靠的传输服务：不是电路交换服务。不是电路交换服务。 5.2.4 5.2.4 以太网信道利用率（略）以太网信道利用率（略） 5.2.5 5.2.5 以太网帧格式和数据封装以太网帧格式和数据封装以太网帧格式：以太网帧格式：46B所以，帧长为所以，帧长为64B64B1518B1518BPADPAD：填充字段：填充字段 5.3 5.3 传统以太网传统以太网 5.3.1 5.3.1 物理层物理层 下图是下图是10Mb/s10Mb/s以太网物理层、网络接口卡以太网物理层、网络接口卡NICNIC和和中继器：中继器：物理层信号物理层信号连接单元接口连接单元接口媒体连接单元媒体连接单元媒体相关接

20、口媒体相关接口物理媒体连接物理媒体连接网络接口卡网络接口卡 以太网物理层的三个组成部分：以太网物理层的三个组成部分：1 1、媒体连接单元、媒体连接单元(MAU)(MAU)，也称为收发器，功能如下：，也称为收发器，功能如下：n连接传输媒体。连接传输媒体。n信号发送与接收。信号发送与接收。n冲突检测。冲突检测。n超长控制。超长控制。2 2、物理层信号、物理层信号(PLS)(PLS)：n编码解码。编码解码。n载波监听。载波监听。3 3、连接单元接口、连接单元接口(AUI)(AUI)：连接连接PLSPLS和和MAUMAU。 5.3.2 5.3.2 网络接口卡网络接口卡n网络接口卡网络接口卡(NIC)(

21、NIC) 主要涉及物理层和主要涉及物理层和MACMAC层，包括五个部分：层，包括五个部分：n媒体接入单元媒体接入单元(MAU)(MAU)。n物理层信号物理层信号(PLS)(PLS)。n连接单元接口连接单元接口(AUI)(AUI)。nMACMAC子层。子层。n计算机总线接口。计算机总线接口。 5.3.3 5.3.3 中继器和集线器中继器和集线器n中继器工作在中继器工作在IEEE 802.3IEEE 802.3的的物理层物理层，接收、恢复，接收、恢复并转发物理信号，以扩展以太网。并转发物理信号，以扩展以太网。 中继器包括了媒体接入单元中继器包括了媒体接入单元MAUMAU、连接单元、连接单元接口接口

22、AUIAUI以及中继单元。以及中继单元。 中继器扩展以太网受到中继器扩展以太网受到CSMA/CDCSMA/CD冲突域最大冲突域最大跨距的限制。跨距的限制。n集线器集线器(Hub)(Hub)：多个端口的中继器即多口中继器，：多个端口的中继器即多口中继器，使以太网形成星形结构，但逻辑上是总线结构，使以太网形成星形结构，但逻辑上是总线结构，因此被称为星形总线。因此被称为星形总线。 5.3.4 5.3.4 传统以太网及其联网方式传统以太网及其联网方式n粗缆以太网粗缆以太网10Base510Base5n细缆以太网细缆以太网10Base210Base2n光纤以太网光纤以太网10BaseF10BaseFn双

23、绞线以太网双绞线以太网10BaseT10BaseT说明：说明：1010表示信号的数据传输速率是表示信号的数据传输速率是10Mbps10Mbps Base Base表示传输基带信号表示传输基带信号 5 5、2 2表示每个网段的最大距离是表示每个网段的最大距离是500m500m，200m200m F F表示光纤表示光纤 T T表示双绞线，一般是无屏蔽双绞线表示双绞线，一般是无屏蔽双绞线UTPUTP 5.4 5.4 高速以太网（略）高速以太网（略） 5.4.1 100BaseT 5.4.1 100BaseT 5.4.2 5.4.2 千兆以太网千兆以太网 5.4.3 5.4.3 万兆以太网万兆以太网

24、5.5 5.5 交换式以太网交换式以太网 5.5.1 5.5.1 简介简介nCSMA/CDCSMA/CD以太网存在问题：以太网存在问题：n任何时间内只能有一个工作站发送信息。任何时间内只能有一个工作站发送信息。n各站点共享网络固定的带宽。各站点共享网络固定的带宽。n由于冲突域的限制，难以构造较大规模的网络。由于冲突域的限制，难以构造较大规模的网络。 5.5.1 5.5.1 简介简介n2020世纪世纪9090年代年代以太网交换机以太网交换机能增加以太网的带宽能增加以太网的带宽和规模，同时又能与传统的电缆线和网络适配卡和规模，同时又能与传统的电缆线和网络适配卡协调工作。协调工作。 交换机本质上是一

25、个高速的多口网桥，工作交换机本质上是一个高速的多口网桥，工作在在数据链路层的数据链路层的MACMAC子层子层，每个端口都包含一个，每个端口都包含一个MACMAC实体。实体。 5.5.2 5.5.2 网桥网桥1 1、工作原理、工作原理 5.5.2 5.5.2 网桥网桥 网桥一般有两个端口，桥接两个网段。网桥一般有两个端口，桥接两个网段。每个端每个端口都有一块网卡，有自己的口都有一块网卡，有自己的MACMAC子层和物理层。子层和物理层。 网桥的基本功能是在不同网桥的基本功能是在不同LANLAN网段之间转发帧。网段之间转发帧。 网桥主要特点：网桥主要特点：n工作在工作在MACMAC子层。子层。n进行

26、帧过滤减少了通信量。进行帧过滤减少了通信量。n隔离了冲突域，扩大了网络跨距。隔离了冲突域，扩大了网络跨距。n可连接不同类型的可连接不同类型的LANLAN。 5.5.2 5.5.2 网桥网桥2 2、地址学习地址学习n透明网桥，其标准是透明网桥，其标准是IEEE 802.1dIEEE 802.1d或或ISO8802.1dISO8802.1d。透明的意思网桥上的每个站不需知道所发送的帧透明的意思网桥上的每个站不需知道所发送的帧经过哪几个网桥。经过哪几个网桥。n网桥刚刚连接到网桥刚刚连接到LANLAN上时，其桥接表是空的上时，其桥接表是空的, ,采用采用洪泛法洪泛法转发它。转发它。n通过通过逆向学习法

27、逆向学习法，在转发过程中通过学习把桥接，在转发过程中通过学习把桥接表逐步建立起来。表逐步建立起来。 5.5.3 5.5.3 交换机交换机n2 2层交换机本质上是一个多口网桥，工作在层交换机本质上是一个多口网桥，工作在MACMAC子层子层。通过学习生成并维护一个包含端口通过学习生成并维护一个包含端口-MAC-MAC地址映射的地址映射的交换表交换表，根据交换表进行帧的转发。，根据交换表进行帧的转发。n多个端口可以并行地工作，多个端口可以并行地工作，n n个端口数据传输率为个端口数据传输率为R R Mbit/sMbit/s的以太网交换机最大可提供的以太网交换机最大可提供 0.50.5 n n R R

28、 Mbit/s Mbit/s 的总带宽。的总带宽。 如如1616端口的端口的100Mbps100Mbps快速以太网交换机最大可快速以太网交换机最大可提供提供_的总带宽。的总带宽。800Mbps800Mbps 5.5.3 5.5.3 交换机交换机n交换机有四个基本部分组成：交换机有四个基本部分组成：n端口端口n端口缓冲器端口缓冲器n帧转发机构帧转发机构n底板体系结构：交换机内部的电子线路，在端底板体系结构：交换机内部的电子线路，在端口之间进行数据交换。口之间进行数据交换。中继器、集线器、交换机、网桥比较中继器、集线器、交换机、网桥比较n物理层：中继器和集线器。用于连接物理特性相同物理层：中继器和

29、集线器。用于连接物理特性相同的网段。集线器的端口没有物理和逻辑地址。的网段。集线器的端口没有物理和逻辑地址。 n逻辑链路层：网桥和交换机。用于连接同一逻辑网逻辑链路层：网桥和交换机。用于连接同一逻辑网络中、物理层规范不同的网段，这些网段的拓扑结络中、物理层规范不同的网段，这些网段的拓扑结构和其上的数据帧格式，都可以不同。构和其上的数据帧格式，都可以不同。BridgeBridge和和SwitchSwitch的端口具有物理的端口具有物理(MAC)(MAC)地址，但没有逻辑地地址，但没有逻辑地址。址。n前两者属于前两者属于OSIOSI和和TCP/IPTCP/IP模型的最低层，即物理层，模型的最低层，

30、即物理层，起到数字信号放大和中转的作用。起到数字信号放大和中转的作用。 n网桥和交换机属于网桥和交换机属于OSIOSI和和TCP/IPTCP/IP的第二层，即数据的第二层，即数据链路层。链路层。可以隔离冲突域可以隔离冲突域。 5.5.4 5.5.4 交换式以太网及其特点交换式以太网及其特点n小规模的工作组级交换式以太网小规模的工作组级交换式以太网：由：由1 1台交换机连台交换机连接若干台计算机组成。接若干台计算机组成。n大规模的交换式以太网大规模的交换式以太网：接入层、汇聚层和核心层。：接入层、汇聚层和核心层。n跨距突破了单个冲突域的限制，可以构造更大规模跨距突破了单个冲突域的限制，可以构造更

31、大规模的网络。的网络。n交换机工作在第二层，所以连接的所有网段处在一交换机工作在第二层，所以连接的所有网段处在一个广播域，当广播通信较多时，可能会有广播风暴。个广播域，当广播通信较多时，可能会有广播风暴。 使用虚拟局域网可以解决。使用虚拟局域网可以解决。 5.5.4 5.5.4 交换式以太网及其特点交换式以太网及其特点交换机隔离了交换机隔离了5 5个独立的冲突域个独立的冲突域 5.6 5.6 虚拟局域网虚拟局域网 5.6.1 VLAN 5.6.1 VLAN及其特点及其特点n不是一种新型的网络，只是给用户提供一种网络服不是一种新型的网络，只是给用户提供一种网络服务。务。n建立在交换式网络的基础之

32、上，由一些交换机连接建立在交换式网络的基础之上，由一些交换机连接的以太网网段构成的与物理连接和地理位置无关的的以太网网段构成的与物理连接和地理位置无关的逻辑工作组，逻辑工作组，这个工作组就是一个广播域这个工作组就是一个广播域。n比一般的比一般的LANLAN有更好的安全性。有更好的安全性。nVLANVLAN的划分可以控制通信流量，提高网络带宽利用的划分可以控制通信流量，提高网络带宽利用率。率。 5.6.1 VLAN (Virtual LAN) 5.6.1 VLAN (Virtual LAN)及其特点及其特点VLANVLAN示例示例 5.6.2 VLAN 5.6.2 VLAN的划分的划分n基于端口

33、：基于端口：划分划分VLANVLAN网络成员的配置过程简单明网络成员的配置过程简单明了，因此，它是最常用的一种方式。其主要缺点了，因此，它是最常用的一种方式。其主要缺点在于不允许用户移动，一旦用户移动到一个新的在于不允许用户移动，一旦用户移动到一个新的位置，网络管理员必须配置新的位置，网络管理员必须配置新的VLANVLAN。n基于基于MACMAC地址：地址：允许网络用户从一个物理位置移允许网络用户从一个物理位置移动到另一个物理位置时，自动保留其所属动到另一个物理位置时，自动保留其所属VLANVLAN的的成员身份，但这种方式要求网络管理员将每个用成员身份，但这种方式要求网络管理员将每个用户都一一

34、划分在某个户都一一划分在某个VLANVLAN中，在一个大规模的中，在一个大规模的VLANVLAN中，有一定困难。中，有一定困难。 n基于协议：基于协议：在网络层上实现在网络层上实现VLANVLAN。 5.6.3 VLAN 5.6.3 VLAN的帧格式的帧格式nIEEE 802.3QIEEE 802.3Q标准标准nIEEE 802.3acIEEE 802.3ac标准标准 VLANVLAN帧格式帧格式 最大帧长由最大帧长由1518B1518B扩大到扩大到1522B1522B，只适用于，只适用于VLANVLAN。 5.7 5.7 无线局域网无线局域网 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN 5

35、.7.1 IEEE 802.11 WLAN1 1、网络结构、网络结构 IEEE 802.11 WLANIEEE 802.11 WLAN是目前最有影响的是目前最有影响的WLANWLAN。后。后来的来的IEEE 802.11aIEEE 802.11a、IEEE 802.11bIEEE 802.11b和和IEEE 802.11gIEEE 802.11g等支持更高的速率。等支持更高的速率。n基本服务集基本服务集(BSS)(BSS)：包括一个基站和若干个移动站。：包括一个基站和若干个移动站。基站也称为基站也称为接入点接入点(AP)(AP)。基本服务区基本服务区(BSA)(BSA)，有，有100m100m

36、左右。在左右。在BSABSA中移动站可以直接通信。中移动站可以直接通信。n分布系统分布系统(DS)(DS)：是一个有线或无线的主干：是一个有线或无线的主干LANLAN。n扩展服务集扩展服务集(ESS)(ESS)：由多个：由多个BSSBSS通过通过DSDS构成。构成。 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN 5.7.1 IEEE 802.11 WLANn自组网络：自组网络： IEEE802.11IEEE802.11也支持在对等的移动电也支持在对等的移动电脑间通信，没有脑间通信，没有APAP。IEEE802.11 WLANIEEE802.11 WLAN的网络结构的网络结构 5.7.1 IEE

37、E 802.11 WLAN 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN2 2、IEEE 802.11 WLANIEEE 802.11 WLAN体系结构体系结构PMDPMD：物理媒体相关：物理媒体相关 DCFDCF：分布协调功能：分布协调功能PLCPPLCP：物理层汇聚过程：物理层汇聚过程 PCFPCF：点协调功能：点协调功能 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN5.7.1 IEEE 802.11 WLANn物理媒体相关物理媒体相关PMDPMD直接面向无连接媒体，主要功能：直接面向无连接媒体，主要功能：n检查媒体状态实现载波侦听。检查媒体状态实现载波侦听。n进行数据编码和调制。进行数据

38、编码和调制。n通过无线信道进行信号的发送和接收。通过无线信道进行信号的发送和接收。n物理层汇聚过程物理层汇聚过程PLCPPLCP的主要功能如下：的主要功能如下：n为各种物理层生成相应格式的帧。为各种物理层生成相应格式的帧。n进行载波监听信号分析，发出信道评价信号。进行载波监听信号分析，发出信道评价信号。 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN5.7.1 IEEE 802.11 WLANn分布协调功能分布协调功能DCFDCF向上提供争用服务，即各节点通向上提供争用服务，即各节点通过竞争得到发送权，使用协议过竞争得到发送权，使用协议CSMA/CACSMA/CA。n点协调功能点协调功能PCFP

39、CF向上提供无争用服务，集中控制在向上提供无争用服务，集中控制在APAP上，使用轮询法。上，使用轮询法。 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN移动站通过移动站通过APAP接入以太网的通信协议结构接入以太网的通信协议结构 无线网络接口有线网络接口 5.7.2 IEEE 802.11 5.7.2 IEEE 802.11物理层物理层1 1、FHSSFHSS、DSSSDSSS和和IRIR19971997年年IEEE 802.11IEEE 802.11定义了三种不同的物理层标准。定义了三种不同的物理层标准。n跳频扩频跳频扩频(FHSS)(FHSS)n

40、直接序列扩频直接序列扩频(DSSS)(DSSS)n红外线红外线IRIR 5.7.2 IEEE 802.11 5.7.2 IEEE 802.11物理层物理层2 2、IEEE 802.11a/b/g/nIEEE 802.11a/b/g/n19991999年年IEEE 802.11IEEE 802.11定义的新物理层标准。定义的新物理层标准。nIEEE 802.11aIEEE 802.11a：定义在：定义在5GHz5GHz频段，支持频段，支持54Mbit/s54Mbit/s的的传输速率。采用正交频分复用传输速率。采用正交频分复用(OFDM)(OFDM)的技术，在的技术，在4848个子信道上传输信息，

41、子信道采用正交幅度调制个子信道上传输信息，子信道采用正交幅度调制(QAM)(QAM)方式进行信号调制。与方式进行信号调制。与802.11b802.11b不兼容。不兼容。nIEEE 802.11bIEEE 802.11b：也称为：也称为WiFiWiFi（WirelessFidelityWirelessFidelity，无线保真），定义在无线保真），定义在2.4GHz2.4GHz的的ISMISM频段，使用高速频段，使用高速率直接序列扩频率直接序列扩频(HRDSSS)(HRDSSS)。 Wi-Fi Wi-Fi是无线保真（是无线保真（wireless fidelitywireless fidelity

42、）的缩）的缩写，曾被视为科技业余爱好者的玩具，但现在已成写，曾被视为科技业余爱好者的玩具，但现在已成为互联网领域的一支重要力量。为互联网领域的一支重要力量。Wi-FiWi-Fi技术与蓝牙技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。无线技术。 5.7.2 IEEE 802.11 5.7.2 IEEE 802.11物理层物理层nIEEE 802.11gIEEE 802.11g运行于运行于2.4GHz2.4GHz，速率达到了，速率达到了54Mbit/s54Mbit/s。与。与802.11b802.11b向后兼容。向后兼容。nIEEE 8

43、02.11nIEEE 802.11n108Mbit/s108Mbit/s，速率最高可达，速率最高可达320Mbit/s320Mbit/s。与。与802.11a/b/g802.11a/b/g标准兼容。标准兼容。n双频多模双频多模 WLANWLAN 5.7.3 IEEE 802.11 MAC 5.7.3 IEEE 802.11 MAC层层1 1、无线信道的特点、无线信道的特点WLANWLAN的暴露站点问题的暴露站点问题 隐蔽站点问题隐蔽站点问题暴露站问题暴露站问题：如站：如站B B向站向站A A发送数据，而发送数据，而C C又想和又想和D D通信，通信，但但C C检测到媒体上有信号，决定不向检测到

44、媒体上有信号，决定不向D D发送数据，实际发送数据，实际上上B B向向A A发送数据并不影响发送数据并不影响C C向向D D发送数据。发送数据。隐蔽站问题隐蔽站问题：如站：如站A A和和C C都想和都想和B B通信，但通信，但A A和和C C由于相距由于相距较远，彼此都收不到对方发送的信号。当较远，彼此都收不到对方发送的信号。当A A和和C C检测不检测不到无线信号时，都认为到无线信号时，都认为B B是空闲的，向是空闲的，向B B发送数据，结发送数据，结果果B B同时收到同时收到A A和和C C发来的数据，产生冲突。发来的数据，产生冲突。 这样，在进行冲突检测时没有检测出媒体上已存这样，在进行

45、冲突检测时没有检测出媒体上已存在信号。在信号。 5.7.3 IEEE 802.11 MAC 5.7.3 IEEE 802.11 MAC层层2 2、MACMAC帧和帧格式帧和帧格式n三种类型的帧：三种类型的帧：管理帧：实现站点和管理帧：实现站点和APAP间的通信管理，建立关联、间的通信管理，建立关联、越区切换和认证等。越区切换和认证等。控制帧：为数据发送提供辅助的握手联络功能。控制帧：为数据发送提供辅助的握手联络功能。数据帧：包含帧头、帧体和数据帧：包含帧头、帧体和CRCCRC校验码。校验码。 5.7.3 IEEE 802.11 MAC 5.7.3 IEEE 802.11 MAC层层3 3、分布

46、协调功能、分布协调功能(DCF)(DCF)n帧间间隔帧间间隔(IFS)(IFS)n短帧间间隔短帧间间隔(SIFS)(SIFS)n点协调功能帧间间隔点协调功能帧间间隔(PIFS)(PIFS)n分布协调功能帧间间隔分布协调功能帧间间隔(DIFS)(DIFS) IFS IFS作用：将帧划分为不同的优先级，作用：将帧划分为不同的优先级，IFSIFS越小优先级就越高，可以避免发生发送冲突。越小优先级就越高，可以避免发生发送冲突。 5.7.3 IEEE 802.11 MAC 5.7.3 IEEE 802.11 MAC层层nCSMA/CACSMA/CA信道接入控制机制信道接入控制机制CSMA/CACSMA/

47、CA信道接入过程：信道接入过程： （1 1）载波监听）载波监听：信道空闲，继续监听一个：信道空闲，继续监听一个IFS(IFS(为了为了实现基于实现基于IFSIFS的优先级接入），若信道仍然空闲，的优先级接入），若信道仍然空闲，转入转入(3)(3)进行发送；若信道变忙，则转入进行发送；若信道变忙，则转入(2)(2)。（2 2）执行退避算法）执行退避算法，争用信道：，争用信道： 计算退避时间，设置退避定时器计算退避时间，设置退避定时器(BT)(BT)。 继续监听信道直至信道变空闲，继续监听一个继续监听信道直至信道变空闲，继续监听一个IFSIFS，若信道仍然空闲，转入，若信道仍然空闲，转入进入进入C

48、WCW；若信；若信道变忙，返回道变忙，返回。 5.7.3 IEEE 802.11 MAC 5.7.3 IEEE 802.11 MAC层层争用窗口争用窗口CWCW中执行退避算法中执行退避算法, , 有两种情况：有两种情况：（a a）信道持续空闲，）信道持续空闲，BTBT倒计时，直至减到倒计时，直至减到0 0，转，转入入(3)(3)进行发送。进行发送。（b b）监听过程中信道变忙，变忙则）监听过程中信道变忙，变忙则暂停暂停BTBT，直，直至信道再次变空闲且继续监听一个至信道再次变空闲且继续监听一个IFSIFS仍空闲，仍空闲，重启重启BTBT，转回，转回(2)(2)的的进入下一个进入下一个CWCW。

49、（3 3）发送帧，）发送帧，用用DATA-ACKDATA-ACK两次握手确认机制。两次握手确认机制。 站点把帧发送出去，数据帧要等待确认站点把帧发送出去，数据帧要等待确认ACKACK，若在规定的时间里收到，则发送成功，否则将重传，若在规定的时间里收到，则发送成功，否则将重传，从（从（2 2）重新开始。）重新开始。 截断式二进制指数退避算法截断式二进制指数退避算法调整退避调整退避时间。算法是：第时间。算法是：第i次重传时，退避时间在次重传时，退避时间在02i+2-1个时隙中随机选取，个时隙中随机选取，i为为6时不再时不再增加。增加。 5.7.4 WLAN 5.7.4 WLAN管理管理1 1、接入

50、网络、接入网络n关联和去关联：关联和去关联： 关联是无线站点向关联是无线站点向APAP登记的过程。登记的过程。 去关联用来解除现有的关联。去关联用来解除现有的关联。n建立关联前先与建立关联前先与APAP进行联络，有两种方式：进行联络，有两种方式： 被动扫描和主动扫描，扫描之后，选择一个被动扫描和主动扫描，扫描之后，选择一个信号最强的信号最强的APAP，启动关联过程。，启动关联过程。 5.7.4 WLAN 5.7.4 WLAN管理管理站点接入网络的过程站点接入网络的过程( (主动扫描主动扫描) )：5 5步步1 1、无线站点主动发出探、无线站点主动发出探测请求帧；测请求帧；2 2、AP1AP1和

51、和AP2AP2发回探测响发回探测响应帧；应帧；3 3、无线站点选择信号最、无线站点选择信号最强的强的AP1AP1；4 4、无线站点向、无线站点向AP1AP1发出关发出关联请求帧；联请求帧；5 5、AP1AP1发出关联响应帧。发出关联响应帧。 5.7.4 WLAN 5.7.4 WLAN管理管理n越区漫游：越区漫游：BSS-BSSBSS-BSSn电源管理：电源管理：IEEE802.11IEEE802.11协议中包含有电源管理。协议中包含有电源管理。n节电控制对节电控制对WLANWLAN非常有意义。非常有意义。n移动站在无传输活动时处于休眠状态。移动站在无传输活动时处于休眠状态。n发往休眠站点的数据帧先在发往休眠站点的数据帧先在APAP中缓存，当休眠站中缓存，当休眠站点被唤醒时点被唤醒时APAP再把缓存的数据发给它们。再把缓存的数据发给它们。 5.8 5.8 非主流局域网非主流局域网 5.8.1 5.8.1 令牌环令牌环(Token Ring)(Token Ring)n令牌环网，标准是令牌环网，标准是IEEE 80