计算机网络与通信(第5章)

1、 L6: 第第5章章 局域网局域网(PH+DL)第第5章作业章作业: (p129) 5.3, 5.11, 5.13, 5.15, 5.18, 5.21, 5.22, 5.26, 5.29, 5.34 ，5.35，5.38，5.41，5.43，5.44 第5章 局域网n5.1 IEEE802局域网体系结构n5.2 以太网工作原理n5.3 传统以太网n5.4 高速以太网n5.5 交换式以太网n5.6 虚拟局域网n5.7 无线局域网无线局域网(略讲）略讲）n5.8 非主流局域网（略讲）非主流局域网（略讲） 5.1 IEEE802局域网体系结构 5.1.1 IEEE802局域网参考模型nIEEE802

2、 LAN/RM分为两层：n数据链路层；n物理层。 它们分别与OSI的数据链路层和物理层相对应。nIEEE802 LAN/RM的数据链路层又分成两个子层：n逻辑链路控制(Logical Link Control, LLC)子层： 提供与媒体接入方式无关的链路控制（差错和流量控制），提供面向连接和无连接服务。n媒体接入控制(Medium Access Control, MAC)子层： 成帧，寻址和实现MAC。 IEEE802局域网参考模型 5.1.2 媒体接入控制子层nLAN拓扑和信道特点nLAN主要采用总线(Bus)、环形(Ring)及星形(Star)拓扑(Topology)。nLAN的一个显著

3、特点是网上的所有计算机使用一条共享网上的所有计算机使用一条共享信道进行广播式通信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(Collision)，必须解决如何进行信道争用问题，即媒体接入控制问题。nLAN媒体接入控制方式n受控接入：分为集中式控制（主控节点主控节点）和分散式控制（令牌环令牌环）两种；n随机接入（以太网以太网）。nMAC地址n目的地址有三种类型：n单播地址(Unicast Address)。n多播地址(Multicast Address)。n广播地址(Broadcast Address)。nIEEE的注册管理机构统一管理分配6个字节个字节全球地 址 。 前 3

4、 个 字 节 是 组 织 唯 一 标 识 符(Organizationally Unique Identifier, OUI);后3个字节称为扩展标识符(Extended Identifier)，由生产厂家指派。n通用名称EUI-48，EUI (Extended Unique Identifier)。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 nI/G (Individual/Group)比特，即单地址比特，即单地址/组地址比特，用组地址比特，用0/1表示。表示。nG/L (Globe/Local)比特，即全球比特，即全球/本地比特，用本地比特，用0/1表示。表示。8 C 5.1.3

5、 逻辑链路控制子层nLLC寻址nLLC子层地址: SAP地址，即 LLC服务访问点，标识网络层的通信进程通信进程。nLLC层提供的服务n类型1LLC1，不确认的无连接服务;n类型2LLC2，可靠的面向连接的服务;n类型3LLC3，带确认的无连接服务.nLLC帧格式DSAP/SSAP：目的：目的/源服务访问点；源服务访问点；I/G:单单/组地址组地址C/R:命令命令/响应响应 5.2 以太网工作原理*5.2.4 以太网信道利用率（不讲）以太网信道利用率（不讲） 5.2.1 以太网技术的发展n1975年Robert Metcalfe和David Boggs研制成功了以太网。n1980年DIX1.0

6、版以太网规范。1982年DIX以2.0版作为终结，称为DIX（DEC,INTEL, XEROX)以太网。n1983年底10Base5标准面世，IEEE802.3的第一个以太网标准。Robert Metcalfe最初的以太网设计 以太网传输速率增长（以太网传输速率增长（b/s） 以太网标准IEEE规范批准时间速度（b/s）站/网段拓扑结构网段长（m）支持的媒体10Base5802.3198310M100总线型50050同轴电缆（粗）10Base2802.3a198810M30总线型18550同轴电缆（细）1Base5802.3c19881M星型2501002对线3类10Base T802.3i1

7、99010M1024星型1001002对线3类10Broad36802.3b198810M100总线型180075同轴电缆10Base F802.3i199210M星型2000多模光缆100Base T（TX/T4/FX）802.3u1995100M星型100/100/20002对线1005类/4对线1003/4/5类/多模/单模光缆1000Base T802.3ab1000M星型100UTP，4对5类1000Base X(CX/SX/LX)802.3z19981000M星型25/550/550/5000屏蔽电缆/多模光缆/多/单模光缆10GBaseR/W/X802.3ae200210G星型6

8、5-40k多模/单模光缆IEEE802.3以太网标准以太网标准 5.2.2 以太网媒体接入控制方式CSMA/CDn带冲突检测的载波侦听多点接入(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD)。n1.随机接入技术的先驱ALOHA (additive link on line Hawaii system):随机接入随机接入n2.ALOHA的改进CSMA:发前监听发前监听n增加了发前监听的机制， 减少了发送冲突。nCSMA有三种方式：n非坚持CSMA。n1坚持CSMA。nP坚持CSMA。n3.CSMA的改进CSMA/C

9、D:冲突监测冲突监测n传播时延仍会引起发送冲突。nCSMA/CD工作流程nCSMA/CD在CSMA的基础上增加了冲突检测的功能(监监测到冲突立即停止发送，并发送一个测到冲突立即停止发送，并发送一个32位的阻塞信位的阻塞信号号)。n帧间隙时间(Inter Frame Gap, IFG)：提供连续帧接收之间的恢复时间。 CSMA/CD工作流程图 n截断二进制指数退避算法 (Truncated Binary Exponential Back-off)-随机退避时间的确定方法随机退避时间的确定方法 冲突次数n=n+1 if 1n16 than m = min ( n, 10) k在0，1，2，2m1

10、中随机取1个数 后退时间取为k 2else if n16 than 放弃本次发送n4.CSMA/CD冲突过程分析冲突过程分析n冲突过程冲突过程(见下页图）见下页图）n冲突窗口冲突窗口(Collision Window，可能存在数据冲突的时间段，可能存在数据冲突的时间段)。 :信道的往返传播时延信道的往返传播时延(Round-Trip Propagation Delay)n冲突占用信道的时间。冲突占用信道的最大时间为冲突占用信道的时间。冲突占用信道的最大时间为: （ :32比特阻塞信号的发送时间，第三个比特阻塞信号的发送时间，第三个 为阻塞信号穿越信道的为阻塞信号穿越信道的时间）。冲突占用信道的

11、时间比帧发送时间越小越好时间）。冲突占用信道的时间比帧发送时间越小越好。n5.冲突检测方法冲突检测方法 （根据总线上信号电压的增幅判断，根据总线上信号电压的增幅判断，冲突时变大；双绞线以太网当发冲突时变大；双绞线以太网当发送和接收线对同时有信号时就认为发生了冲突送和接收线对同时有信号时就认为发生了冲突）n6. CSMA/CD时槽时槽(Time Slot：最大规模的以太网往返传播时延）：最大规模的以太网往返传播时延）nIEEE802.3将时槽取为发送将时槽取为发送512位（位（64B）的时间，称为的时间，称为512位时。位时。jT23jTCSMA/CD冲突过程（A,C产生发送冲突）n7. 冲突域

12、(Collision Domain，能正常进行冲突监测的以，能正常进行冲突监测的以太网区域太网区域)n一个CSMA/CD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，CSMA/CD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。 冲突域限制了CSMA/CD以太网的最大跨距。如10M以太网最大跨距为2000m左右（51.2us时槽对应单向时槽对应单向5km)。n8. 以太网接收处理n站点若不处于发送状态则处于接收状态。n判断是否冲突碎片，若是丢弃之。n识别目的地址。若与本站地址不符就丢弃此帧。n传输差错校验和处理。n判断是DIX以太网帧，还是IEEE802.3以太网

13、帧，并进行相应处理。n9. 以太网运行参数参数（单位）10Mb/s100Mb/s1Gb/s10Gb/s位时（ns）1001010.1时槽(位时/s)512/51.2512/5.124096/4.096帧间距(比特/s)96/9.696/0.9696/0.09696/0.096冲突重试限制（次）161616冲突回退限制（次）101010冲突阻塞信号（比特）323232最大帧长（字节）1518151815181518最小帧长（字节）64646464帧突发限制（字节）8192以太网运行参数以太网运行参数 5.2.3 以太网传输特点n半双工传输方式:每个时刻总线上只能有一路传输。 nIEEE802.3

14、x标准中定义了全双工以太网n共享总线带宽n传输的不确定性：冲突情况随机n无连接、不可靠的传输服务：数据传输前不建立连接。L7: 5.2.5 以太网帧格式和数据封装n以太网帧格式以太网帧格式(SFD:帧起始定界符，帧起始定界符，PAD:填充字段填充字段）n长度/类型：2个字节，指明数据字段的长度或数据的协议类型。DIX以太网标准中指定一位类型字段。老的IEEE 802.3标准定义为长度字段。1997年后新的IEEE 802.3标准修改为长度/类型字段。n以太网数据封装以太网数据封装n子网接入协议SNAPIEEE 802.3以太网使用长度字段时无法标识其数据字以太网使用长度字段时无法标识其数据字段

15、封装的网络层段封装的网络层PDU的协议类型的协议类型，有两种解决方案：n 由LLC帧头部中SAP实现，只适用于和IEEE 802.2兼容的网络层软件。n 用于为DIX以太网开发的一些网络层软件定义了一个 5个字节的子网接入协议，用来标识所携带数据的协 议类型，称为隐式帧类型(Implicit Frame Type)。n以太网数据封装(DIX:显式显式,IEEE802.3:隐式隐式) 5.3 传统以太网(10Mbps) 5.3.1 物理层10Mb/s以太网物理层、网络接口卡和中继器 n媒体连接单元(Medium Attachment Unit, MAU)， 也称为收发器(transceiver)

16、，包括：物理媒体连接(physic medium attachment ,PMA)和媒体相关接口(medium dependent interface,MDI)。主要功能如下:n连接传输媒体。n信号发送与接收。n冲突检测。n超长控制:故障站控制。n物理层信号(Physic Layer Signaling, PLS)主要功能如下：n编码解码:曼彻斯特编解码。n载波监听。n连接单元接口(Attachment Unit Interface, AUI)连接PLS和MAU。 5.3.2 网络接口卡n网络接口卡(Network Interface Card, NIC) 主要涉及物理层和MAC层，包括五个部

17、分：n媒体接入单元(MAU)。n连接单元接口(AUI)。n物理层信号(PLS)。nMAC子层: 数据封装与解封;发送接收数据的并串转换;帧定界和寻址;媒体接入控制;FCS.n计算机总线接口。 5.3.3 中继器和集线器n中继器工作在IEEE 802.3的物理层物理层，接收、恢复并转发物理信号，以扩展以太网。 中继器包括了MAU、AUI以及中继单元中继单元(控制信号控制信号的转发过程的转发过程)。 中继器扩展以太网受到CSMA/CD冲突域最大跨距的限制。n集线器(Hub)：多个端口的中继器即多口中继器多口中继器，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(Star-Shaped

18、-Bus)。 5.3.4 传统以太网及其联网方式n粗缆以太网10Base5（50欧粗同轴电缆，网段长500m)n细缆以太网10Base2 (50欧细同轴电缆，网段长200m）n光纤以太网10BaseF（多模光缆）n双绞线以太网10BaseT（见下页图）n引发的星形布线结构是以太网发展中的重大进展，线路的设计安装类似普通的电话系统并可同时进行。n双绞线以太网扩展：hub间的级连和堆叠。10BaseT以太网连网示意图 RJ45连接器 hub级连 Hub堆叠 5.4 高速以太网 5.4.1 100BaseT（FE）n100BaseT的特点nMAC子层：n保持了与10Mbit/s以太网同样的MAC子层

19、;n时槽变为5.12s，冲突域减小到200m。n物理层：与10Mbit/s以太网物理层的结构有所不同(见下图见下图):n媒体无关接口(Medium Independent Interface, MII):4位并行传输位并行传输n协调子层(Reconciliation Sublayer, RS):串并协调串并协调n物理编码子层(Physical Coding Sublayer, PCS):4B/5B,8B/10Bn物理媒体连接(Physical Medium Attachment, PMA)n物理媒体相关(Physical Medium Dependent, PMD)：线路编码线路编码n媒体相关

20、接口(Medium Dependent Interface, MDI) 10Mbps 100baseT100BaseT包括4个不同的物理层规范，支持多种媒体。不再采用统一的曼彻斯特编码。增加了10/100Mbit/s自动协商功能。定义了I类和II类两种类型的中继器。n100BaseT的物理层规范n100BaseTX与10BaseT有许多相似之处。使用2对5类UTP。采用4B/5B-MLT3编码。n100BaseT4(4对3类UTP，8B/6T-NRZI)n100BaseT2 (2对3类UTP，非常复杂的编码方式）n100BaseFX（MMF, 4B/5B-NRZI)n100Mbit/s以太网扩

21、展当传输媒体长度达到冲突域的最大跨距时，规定系统只能使用一个I类中继器(可使用在不同编码方式下可使用在不同编码方式下）或两个II类中继器（只能使用在相同编码方式下只能使用在相同编码方式下）。中继器类型铜缆光纤混合媒体无中继器,计算机点对点连接100412不使用1个I类中继器200272260（100m TX加FX）1个II类中继器200320308（100m TX加FX）2个II类中继器205228216（105m TX加FX）100BaseT最大网络跨距（m） n10/100Mbit/s自动协商(Auto-Negotiation)模式n自动协商功能位于物理层中PMD之下。n准静态机制:链路初

22、始化时进行链路初始化时进行。n工作在点到点链路上而不是整个网络。n快速链路突发脉冲(FLP)序列:时钟同步脉冲时钟同步脉冲+16比特比特的的LCW。n链路代码字链路代码字(LCW)包含了自己的链路类型及流量控制配置等信息。n协商的内容包括：10M/100Mbit/s线路速率、全双工/半双工模式、不使用/使用全双工以太网的流量控制。 5.4.2 千兆以太网（GE）n千兆以太网的特点nMAC子层n与10Mbit/s和100Mbit/s以太网相同的帧格式和基本相同的CSMA/CD协议。n时槽增大到4096位(512B)，最大网络跨距可达到200m。n增加了载波扩展措施(解决解决64B短帧的冲突正常检

23、测短帧的冲突正常检测)。n增加了帧突发的功能(提高短帧的传送效率提高短帧的传送效率) 。n物理层和100Mbit/s以太网结构和功能相似，有如下变化：nMII扩展为千兆位媒体无关接口(GMII): 8位数据并行传输位数据并行传输。n包括多个不同的物理层规范。n主要使用8B/10B-NRZ编码方式。n只能使用一个中继器。100BaseT 千兆以太网千兆以太网n千兆以太网物理层标准n1000BaseX(802.3z)n100BaseLX(长波长光纤网段）n100BaseSX (短波长光纤网段）n100BaseCX:铜STPn1000BaseT(802.3ab)(4对5类UTP)物理层标准50m M

24、MF 半双工/全双工 62.5m MMF 半双工/全双工10m SMF半双工/全双工150STP半双工/全双工5类UTP半双工/全双工1000BaseSX110 / 550110 / 2751000BaseLX110 / 550110 / 550110 / 50001000BaseCX25 / 251000BaseT100 / 100千兆以太网各种物理层的链路长度限制（m） n载波扩展(Carrier Extension)最小帧长64B的传输时间远小于时槽，不能正常进行冲突检测，在MAC子层定义了载波扩展机制。n帧突发(Frame Bursting):共8192B,第一短帧加载波扩展第一短帧加

25、载波扩展,后续后续帧利用帧利用96比特的比特的IFG载波扩展载波扩展.为改善短帧的传输效率，在MAC子层又定义了帧突发机制。n1000BaseX自动协商n1000BaseT UTP千兆以太网 支持UTP的自动协商功能。n1000BaseX光纤千兆以太网 自动协商的特点是(与UTP自动协商不同）：n只用于配置1000BaseX类型：半/双工和非/对称流量控制；n是物理编码子层(PCS)的一个功能:使用8B/10B的控制码协商,不用FLP；n重新定义了16比特的交换信息的格式。 5.4.3 万兆以太网n万兆以太网的特点nMAC子层仍使用IEEE 802.3帧格式。n不再使用不再使用CSMA/CD（

26、突破了冲突域限制）（突破了冲突域限制），只定义了全双工方式全双工方式。n定义了两种物理层：LAN物理层和WAN物理层。n采用点对点连接，支持星形拓扑和结构化布线技术。n物理层与千兆以太网物理层结构相似，GMII 变为万兆位媒体无关接口(XGMII，74位位宽)。WAN物理层10GbaseW增加了广域网接口子层广域网接口子层(WAN Interface Sublayer, WIS)。万兆以太网物理层标准万兆以太网物理层标准LAN型型 串行的串行的LAN型型 串行的串行的WAN型型n万兆以太网物理层标准n10GbaseXnLAN类型的物理层类型的物理层，使用8B/10B编码。n只包含一个规范：并行

27、的LAN物理层10GbaseLX4。使用稀疏波分复用(CWDM)技术，并列配置了4对激光发送器/接收器，组成了4条通道。n并行物理层技术将原来速率很高的比特流拆分成多列，处理速度降低，降低了对器件的要求。n10GbaseRn串行的串行的LAN类型的物理层类型的物理层，使用64B/66B编码。n串行方式是指数据流发送接收直接进行，不拆分。在逻辑上比并行技术简单，但对物理层器件的要求更高。n包含3个规范：10GbaseSR（短）、10GbaseLR（长）和10GbaseER（超长波长）。n10GbaseWn串行的串行的WAN类型的物理层类型的物理层，采用64B/66B编码，使用与SDH/SONET

28、基本一致的帧格式以及与OC-192c相同的9.58464Gbit/s的数据传输速率。可以对SDH/SONET基础设施提供访问能力。n包含三个规范： 10GbaseSW; 10GbaseLW; 10GbaseEW。n为实现万兆以太网和OC-192c帧格式和数据传输速率的转换和适配，加入了一个WIS（广域网接口子层）（广域网接口子层）。WIS包含包含一个一个SDH/SONET帧编辑器，实现格式的转化。n万兆以太网应用PMD光纤类型传输距离应用850nm 串行50/125微米MMF65m数据中心1310nm CWDM 62.5/125微米MMF300m企业网、园区网1310nm CWDM9.0微米S

29、MF10km园区网、城域网1310nm串行9.0微米SMF10km园区网、城域网1550nm串行9.0微米SMF40km城域网、广域网 L8: 5.5 交换式以太网 5.5.1 简介nCSMA/CD以太网有下述问题：n任何给定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。n由于冲突域的限制，难以构造较大规模的网络。n20世纪90年代出现的以太网交换机(Switch)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协调工作。 交换机由网桥发展而来，它本质上是一个高速的多口网桥(Multiport Bridge)，工作在数据链路层的MAC子层，每个端口都包含一个MAC实体

30、，但不使用MAC地址。 5.5.2 网桥（bridge)n工作原理 网桥一般有两个端口，桥接两个网段。每个端口都有一块网卡，有自己的MAC子层和物理层。基本功能是在不同LAN网段之间转发帧。网桥主要特点：n工作在MAC子层。n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。n可连接不同类型的LAN。n地址学习n透明网桥(Transparent Bridge)，标准为IEEE 802.1d或ISO8802.1d。透明的意思是由网桥自己决定路由。n网桥刚刚连接到LAN上时，其桥接表桥接表是空的,采用洪泛法(Flooding，除接收端口外的所有端口)转发它。n此后在转发过程中利用逆向学习法逆

31、向学习法(Backward Learning，接收端口源地址反推)把桥接表逐步建立起来。 5.5.3 交换机n2层交换机本质上是一个多口网桥，工作在MAC子层。通过学习生成并维护一个包含端口-MAC地址映射的交换表交换表，根据交换表进行帧的转发。n多个端口可以并行地工作，n个端口数据传输率为R Mbit/s的以太网交换机最大可提供 0.5 n R Mbit/s 的总带宽。n网络交换机有四个基本部分组成：n端口n端口缓冲器n帧转发机构n存储转发交换(Store-Forward)：差错检验，效率高n直通交换(Cut-Through)：立即转发，速度快n无碎片交换(Fragment-Free)：只暂

32、存查看帧的前64B，折中n底板体系结构:总线，共享内存和矩阵交换结构 5.5.4 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：一台交换机+数台电脑n大规模的交换式以太网：接入层、汇聚层和核心层三层结构n跨距突破了单个冲突域的限制，可以构造更大规模的网络n广播域(Broadcast Domain)和广播风暴(Broadcast Storm)：不能阻止广播帧的传播。交换机隔离交换机隔离了了5个独立个独立的冲突域的冲突域 5.6 虚拟局域网*5.6.4 VLAN的运行（简述）的运行（简述） 5.6.1 VLAN (Virtual LAN)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

33、务。n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逻辑工作组逻辑工作组，是 一个广播域。n比一般的LAN有更好的安全性。nVLAN的划分可以控制通信流量，提高网络带宽利用率。VLAN示例 5.6.2 VLAN的划分n基于端口(Port-Based):简单，安全，实用，应用广泛，难于解决设备移动和变更问题。n基于MAC地址(MAC Address-Based)：最初需手工配置，增加了管理的复杂性。n基于协议(Protocol-Based)：协议类型（IP/IPX)或IP子网号。 5.6.3 VLAN的帧格式nIEEE 802.1Q标准：1996年制定

34、。nIEEE 802.3ac标准(TPID:标记协议标识符；标记协议标识符；TCI：标记控制信息，：标记控制信息，CFI：规范格式指示器：规范格式指示器） VLAN标记(Tag)，最大帧长扩大到1522B，只适用于VLAN。VLAN帧格式 5.6.4 VLAN运行n相关概念n标记端口(Tagged Port，干线端口，属于所有VLAN)和非标记端口(Untagged Port)n标记帧(Tagged Frame,带VLAN标志)和非标记帧(Untagged Frame)n中继线(Trunk)：交换机之间的链路。nVLAN广播n跨VLAN的访问nVLAN之间的通信采用路由技术。一般采用单臂路由方

35、式(Router On a Stick)，路由器到交换机只有一个物理连接，使用标记端口，形成trunk，支持多个逻辑连接。n子接口(Subinterface)：只有一个MAC地址，每个子接口对应一个VLAN，并分配一个IP地址。n每个VLAN都构成一个独立的网络，对应的路由器接口的子接口作为该VLAN的默认网关(Default Gateway)。跨VLAN访问示例 表(1) 交换机1端口信息表(2) 交换机2端口信息端口连接结点的MAC地址端口类型，所属VLAN端口连接节点的MAC 地址端口类型，所属VLAN1MAC1-1非标记端口，11MAC1-3非标记端口，12MAC1-2非标记端口，12

36、MAC1-4非标记端口，13MAC2-1非标记端口，23MAC2-3非标记端口，24MAC2-2非标记端口，24MAC2-4非标记端口，25MAC-R标记端口，1和25标记端口，1和266778标记端口，1和285.7 无线局域网（略讲）无线局域网（略讲） 5.7.1 IEEE 802.11 WLANn网络结构(见下图）nIEEE 802.11 WLAN是目前最有影响的WLAN。后来出现了IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g等。n基本服务集基本服务集(Basic Service Set, BSS)：包括一个基站和若干个移动站。基站也称为接入点接入点(Ac

37、cess Point, AP)。基本服务区(Basic Service Area, BSA)，有100m左右。n分布系统分布系统(Distribution System, DS)：一个有线或无线的主干LAN。n扩展服务集扩展服务集(Extended Service Set, ESS)：多个BSS通过DS连接。n自组网络 (ad hoc network)：对等移动电脑之间通信，无AP。IEEE802.11 WLAN的网络结构 nIEEE 802.11 WLAN体系结构PMD: 物理媒体相关；物理媒体相关；PLCP：物理层汇聚过程；：物理层汇聚过程；DCF：分布协调功能；：分布协调功能； PCF：

38、点协调功能：点协调功能MPDU:MAC层协议数据单元；层协议数据单元；PPDU:PLCP层协议数据单元层协议数据单元CSMA/CA: 带冲突避免的带冲突避免的CSMA协议。协议。nPMD直接面向无线媒体，主要功能如下：n检查媒体状态实现载波侦听。n进行数据编码和调制。n通过无线信道进行信号的发送和接收。nPLCP的主要功能如下：n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。nDCF向上提供争用服务，采用CSMA/CA协议。nPCF使用集中控制方式，向上提供无争用服务(轮询）。移动站通过AP接入以太网的通信协议结构 无线接口无线接口 有线接口有线接口 5.7.2 IE

39、EE 802.11物理层nFHSS、DSSS和IRn跳频扩频(Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS)n使用2.4GHz(2.42.4835GHz)的工业、科学和医药(Industry, Scientific and Medical, ISM)频段。n发射信号的频率按某种随机模式不断跳变，不易受到干扰。n每1MHz带宽有一个跳频频道，共78个频道，分为3组，每组26个，一个BSS可选择其中一组，2.5跳/秒。n每个频道上采用二级或四级高斯频移键控(GFSK)调制方式对信号进行调制，可提供1Mbit/s或2Mbit/s的传输速率。FHSS方式的PLCP帧格

40、式 n直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)n使用ISM频段n将传输数据的每个比特扩展成n个0/1表示的码片序列，n为扩展率，802.11标准n=11。n使用差分二级相移键控(DBPSK)和差分四级相移键控(DQPSK)调制，分别可提供1Mbit/s和2Mbit/s的数据传输速率。DSSS方式的PLCP帧格式 n红外线IR(InfraRed)n使用波长为850950nm的红外线, 用于室内传输，距离在1020m。n使用脉冲位置调制(PPM)方式,把二进制数据映射成一组包含脉冲的时隙。n16-PPM和4-PPM两种方式:分别对数据中的每4和2比

41、特进行编码，映射成16和4个时隙，时隙间隔都是250ns,分别可提供1Mbit/s或2Mbit/s的传输速率。4比特数据16个时隙0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 00 0 1 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 01 1 1 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 016-PPM 2比特数据4个时隙0 00 0 0 10 10 0 1 01 00 1 0 01 11 0 0 0 4-PPM nIEEE 802.11a/b/g/nn

42、IEEE 802.11a定义在5GHz频段，支持54Mbit/s的传输速率。采用正交频分复用(OFDM)的技术，在48个子信道上传输信息，子信道采用正交幅度调制(QAM)方式进行信号调制。与802.11b不兼容。IR方式的PLCP帧格式(DCLA:直流电平调整直流电平调整） nIEEE 802.11b定义在2.4GHz的ISM频段，使用高速率直接序列扩频(High Rate DSSS, HRDSSS)。支持5.5Mbit/s和11Mbit/s的传输速率。PLCP层协议和DSSS标准相同。Wi-Fi (Wireless Fidelity，无线保真)，IEEE 802.11b的别称nIEEE 80

43、2.11g运行于2.4GHz，速率达到了54Mbit/s。与802.11b向后兼容。nIEEE 802.11n108Mbit/s，速率最高可达320Mbit/s。与802.11a/b/g标准兼容。n双频多模(Dual Band and Multimode) WLAN： 同时支持802.11a/b/g。5.7.3 IEEE 802.11 MAC层n无线信道的特点WLAN的隐蔽站点问题/暴露站点问题 nMAC帧和帧格式n三种类型的帧：管理帧、控制帧、数据帧n数据帧（WEP:有线等效保密）n管理帧n控制帧（RTS:请求发送帧；CTS：允许发送帧）n分布协调功能(DCF)n帧间间隔(InterFram

44、e Space, IFS)n短帧间间隔(Short IFS, SIFS)n点协调功能帧间间隔(PCF IFS, PIFS)n分布协调功能帧间间隔(DCF IFS, DIFS)IFS作用：将帧划分为不同的优先级，IFS越小优先级就越高，可以避免发生发送冲突。nCSMA/CA信道接入控制机制nCSMA/CA信道接入过程： (1) 载波监听 信道空闲，继续监听一个IFS，若信道仍然空闲，转入(3)进行 发送；若信道变忙，则转入(2)。 (2) 执行退避算法，争用信道 计算退避时间，设置退避定时器退避定时器(Backoff Timer, BT)。 进入争用窗口争用窗口(Contention Windows, CW)：继续监听信道 直至信道变空闲，继续监听一个IFS，若信道仍然空闲， 转入进入CW；若信道变忙，返回。 CW中执行执行退避算法, 有两种情况： (a) 信道持续空闲，BT倒计时，直至减到0，转入(3)进行发送。 (b) 监听过程中信道变忙，变忙则暂停BT，直至信道再次变空闲 且继续监听一个IFS仍空闲，重启BT，转回(2)的进入下一 个CW。 (3) 发送帧, 采用DATA-ACK 两次握手方式的确认机制。n 截断式二进制指数退避算法调整退避时间。算法是：第i次重传 时，退避时间