现代通信网络new5修改后课件

基本拓扑结构IEEE802委员会简介与802标准系列CSMA/CD的访问方式基本原理（802.3）WLAN）3-1概述

局域网（LAN）也称局部网，是指覆盖较小地理范围的计算机网络，它的研究是从20世纪60年代后期开始的。

1975年美国的XEROX公司推出的Ethernet（以太网），采用总线竞争式基本理论，也是LAN发展史上的一个重要里程碑。

英国的剑桥大学计算机系研究的开发了著名的CambrigeRingLAN（剑桥环局域网）。

Datapoint公司推出了第一个用于办公室系统的ARCnetLAN。

1980年XeroxDEC和Inter三大公司联合公布了局域网的事实标准—DIX标准，（EthernetⅡ）使得LAN的典型代表Ethernet由实验室进入规划阶段。

1980年2月IEEE下属的802局域网标准委员会宣告成立，推出了一系列LAN的标准。ABCAAABBCC总线局域网上的帧传送Aa)

C向A发送帧b)帧的目的站不是B．B忽略它C)A在经过时将之复制A总线型

基本拓扑结构用户工作站用户工作站环路连接器用户工作站网络服务器环型中心节点机网络服务器用户工作站用户工作站星型①LLC（逻辑链路控制子层），负责向网际层提供服务。②MAC（介质访问控制子层），管理基于各种介质的链路上的通信，在发送时负责将数据装成带有地址和差错校验段的帧；在接收数据时负责把帧拆封，执行地址识别和差错校验。3-2IEEE802标准系列IEEE802.1负责解决802计划中其他各种标准之间的互操作性，网络互联及系统管理。IEEE802.2LLC负责逻辑链路控制子层协议IEEE802.3定义使用CSMA/CD协议和总线拓扑的网络，继承了DIX标准，并补充了GrandJunctionNetworks公司向IEEE提交的100BASEX（快速以太网）的协议。IEEE802.4定义了一种使用宽频带或单信道媒体的令牌总线拓扑（TokenBus）。IEEE802.5规定了令牌环网的拓扑，在这种拓扑结构中，电缆形成了一个封闭的环（TokenRing）。IEEE802.6标准针对城域网提出了一种快速而合算的连接LAN的方案，采用了西澳大利亚大学建议的分布式队列双总线技术。IEEE802.7负责制定使用宽频带技术及其安装方法、网络标准。IEEE802.8作为802.3至802.5的标准中介绍电缆的替代标准，选中光纤电缆及其安装方法。IEEE802.9用于电话和数据通信的各种桌面接口，其目标是建立一种与ISDN和802.2技术相兼容的标准。IEEE802.10处理加密问题以及与OSI-RM相兼容的安全结构问题。IEEE802.11解决无线局域网的协议和接口标准等问题。IEEE802.12（100VG-AnyLAN）HP公司提交的使用需求优先协议的四重信号法的100Mbps以太网方案。IEEE802.15解决有关WPAN的标准，分为802.15.1—802.15.4IEEE802协议此标准将数据链路层分为逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层，逻辑链路控制子层主要提供寻址、排序、差错控制和流量控制等功能。

1）LLC向高层提供的服务有四种类型：

面向连接的服务确认无连接服务不确认无连接服务高速传送服务

2）逻辑链路控制子层的服务访问点LLCSAP在一个主机的LLC子层上面应设有多个服务访问点，以便向多个进程提供服务。需用到两个地址：（a）MAC（介质访问控制）地址。（b）SAP地址。☆

LLC层3）LLC协议

（a）LLC帧的说明①LLC帧的说明没有分界符及校验字段；LLC帧是MAC帧中的数据字段；有源地址（源服务访问点），这样适应于点—点、点—多点及广播式通信。②LLC帧控制字段和HDLC中的控制字段一样，控制字段将LLC帧分为信息帧、管理监控帧、无编号帧，分别完成不同的功能。（b）LLC/MAC的接口用服务原语实现：MA-DATA.request；

MA-DATA.indication；MA-DATA.confirm。

3-3CSMA/CD（IEEE802.3）1）帧结构（MAC格式）介质访问控制方式

前导码（PA）7Byte10101010提示即将到来的数据帧，同时使系统调整同步输入时钟

起始帧分界符（SFD）1Byte10101011标记了帧的到来

目的地址（DA）6Byte标记目标的物理地址（即NIC独一无二地址）或连接当前LAN和下一个LAN路由器的地址PASFDDASALIDATAPADFCS校验内容（PDU）

源地址（SA）6Byte包含了最后一个转发数据帧设备的物理地址其可以是发送数据帧的站点，也可以是最近接收和转发数据帧的路由器

PDU的长度/类型（LI）2Byte指明了PDU的字节数，如果PDU的长度是固定的，可以用来表示类型

数据帧（PDU）可以根据帧的格式和信息域的长度不同（46Byte—1500Byte不等），PDU是上层（LLC）所创建（802.2），然后整个传给802.3，如果长度不够，增加PAD域补充字节数

FCS（CRC—32）4Byte的差错检测信息

基带系统中，使用曼彻斯特数字编码；宽带系统中（10BROAD36）使用数字/模拟编码（差分PSK）2）

载波侦听多路访问（CSMA）CSMA是“先听后说”是减少冲突的主要技术。冲突是信息在介质上的混合，如果各站点随机地发送，冲突必然产生。共享介质中各站点都要通过共享介质来发送自己的数据，其它节点都可以从介质上来接收数据，仅有一个节点发送时，才能成功，当两个或两个以上节点同时发送时，共享介质上是多个节点发送信息的混合，目标节点无发识别，则发送失败。CSMA是在一个站点发送前，首先监测共享介质上有没有其他站在发送信息，如果是“平静的”即介质空闲，该站就发送，如果介质忙，则退避一段时间再尝试。3）载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）单纯的CSMA算法，不检测冲突，即使冲突发生，也要将已破坏的帧发送完，显然降低了共享介质的利用率，CSMA/CD是对CSMA的一种改进的方案。冲突检测的最基本思想：站点一边将信息输送到共享介质上，一边从共享介质上接收数据，然后将发送的信息和接收的信息进行比较，如果一致，则说明没有冲突发生；如果不一致则说明发生了冲突，称之为“边说边听”。一旦检测到冲突后，发送站点就停止发送已开始发送的帧，并向总线发送一串“阻塞码”，让其他各站点均能感知冲突发生，冲突检测可以及早释放共享介质，提高信道利用率。有两种情况出现：①当传播时延比传输时延要大许多时，即当帧过短时，可能出现发送站检测不到冲突的情况，因此，要求帧的最短长度要大于冲突检测时间内能传送的位数（冲突检测时间≥2倍的传输时延），IEEE802.3MAC格式中的填充位，就是要达到最小帧长的要求而设立的。②如果A、B两个站点的物理距离比较近，会较早地检测到冲突，检测到冲突，即停止发帧，这就使得一个帧的开头部分已发出，接收端已收到有头无尾的帧——“冲突碎片”，这样的帧不必交高层处理，而采取丢去的办法。4）冲突退避算法一旦冲突，就要重发原数据帧，冲突过的帧重发后，有可能再次冲突，为避免和减轻这种情况经常采用错开重发时间，重发时间的控制问题，就是冲突退避算法问题。为降低再冲突的概率，需要等待一个随机时间，然后再利用CSMA方法试图传输，为保持这种退避稳定，最常用的算法称做二进制指数算法：

T=R·A·2N其中T：为本次冲突后等待重发的间隔时间

R：为随机数

A：为计时单位，与传播时间和传输时间有关

N：为冲突次数OSI参考模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层逻辑链路控制子层介质访问控制子层物理层IEEE802模型LLCMACPacketLogicalLinkControlMediaAccessControlMACFrame802.2LLCNetworkDataLinkPhysicalLAN数据链路层的子层与具体媒质有关功能都集中在MAC子层MAC子层功能说明

MAC子层有两个主要的功能，一是数据的封装与解封．包括组帧、寻址和错误检测；另一个是介质访问管理，包括介质分配和冲突解决。

5.以太网（Ethernet）①10BASE2②10BASE5③10BASET＊UTP（STP）1236通信规则RJ45连接头引脚传输信号1Tx＋2Tx－3Rx＋4NC5NC6Rx－7NC8NC＊568A，568B定义的布线规则Pin568A568B1绿白橙白2绿橙3橙白绿白4蓝蓝5蓝白蓝白6橙绿7棕白棕白8棕棕④快速以太网4对UTP2对UTP或STP2对光纤3-3无线局域网（WLAN）蓝牙技术（Bluetooth）家用无线电技术（HomeRF）IEEE802.11b1.蓝牙技术（Bluetooth）Bluetooth原为欧洲中世纪的丹麦国王HaraldII名字，他为统一四分五裂的瑞典、芬兰、丹麦立下了不朽的功劳，瑞典爱立信公司企图将此作为一种全球通用的无线电技术而命此名，也许有一统天下的含义。1998年5月由爱立信、IBM、英特尔、诺基亚、东芝五家公司联合制定了近距离无线电通信技术的标准，其目的是实现最高数据率1Mbps（有效传输速率为721Kbps)，最大传输距离为10m的无线通信技术——蓝牙技术。1999年12月，微软宣布全面支持“蓝牙”技术。2000年初，蓝牙SIG（SpecialInterestGroup）已有3COM、爱立信、IBM、诺基亚、英特尔、朗讯、微软、摩托罗拉、东芝等九大集团公司和200多家成员企业组成，SIG公布了1.0版本规范。

蓝牙是一种低功耗的无线电技术，当初的目的是为了取代现有的PC机、打印机和移动电话等设备上的有线接口，可以随时随地地用无线接口来代替有线电缆的连接，具有很强的移植性，可用于多种通信场合，形成所谓的“个人局域网”（PersonalAreaNetwork—PAN），最多255个节点。

蓝牙技术提供了一种低成本、近距离的无线通信，作为一种无线数据与语言通信的开放标准，工作在全球通用的2.4GHzISM频段。

采用跳频技术，把频带分成若干个跳频信道，在一次连接中，无线收发器按照一定的码序列（跳频图案）不断地从一个信道跳到另一个信道，跳频的瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技术可使这个窄带成倍地扩展成宽频带，使可能的干扰的影响变得很小，与其它系统相比较，蓝牙的跳频更快，数据包更短，更加稳定。蓝牙的应用实现总的来说有三种集成方案

网络服务的形式日趋多样，每个设备可以提供的服务也可以是多样的。对于蓝牙设备来说，要想访问另一个设备的服务，必须知道另一个设备上提供的服务，以及获取该服务的一些信息（如该服务使用的各种协议栈、服务名称、服务提供者和获得服务需要的参数）。类似的IrDA协议栈中也存在类似的协议，因此服务发现协议具有普遍意义。◆服务发现协议（SDP）综述

服务发现协议是典型的客户－服务器模型。客户－服务器交互是大多数网络通信的基础模式。客户发送请求，等待响应。而服务器等待请求并完成基于请求的动作，形成响应的数据包，返回给客户。服务器应该满足多个请求同时到达的情况，并且对数据库进行保护。服务发现协议中，客户机组成服务查询请求的PDU（ProtocolDataUnit）发送给服务器，服务器根据不同的请求，查询本地服务记录数据库，组成适当的响应PDU，返回给客户，从而完成一次查询。一个蓝牙设备可以既是服务器同时是客户机。例1：局域网的接入蓝牙局域网接入模型组网数据传输逻辑链路物理链路例2：电话网的接入（PSTN网关结构）蓝牙摸块PC机语音电路PCM语音编解码双工语音PSTN网用户线串行口数据流PCM码流◆网关和终端的连接步骤终端2终端1网关电话网接入系统家用无线电射频技术（HomeRF）

HomeRF技术是由Motorola、Inter、Compaq等主导，应用跳频扩频（FHSS）技术，配合SWirelessAccessProtocol）系统为主要技术的无线网络，能够和传统的电话线路相兼容，提供语音传输；HoneRF还能根据调制技术的不同，在50m范围内，提供1到2Mbps的数据传输速率，最多可连接127节点，事实上它也遵循IEEE802.11标准，主要放在家用无线网络市场。3.IEEE802.11有Lucent、Cisco、3COM、IBM、Dell、Apple、Intel、AMD等为主导，1997年由IEEE正式公布的无线局域网络标准。根据现有的标准（IEEE802.11b），它的传输速率可达11Mbps，符合这一规格运行的产品称之为“WI—FI”标准，俗称为无线局域网（WLAN），也有称“超蓝牙”，802.11a能提供54Mbps的数据率，进一步可达到100Mbps的目标。（1）802.11b的特色□高速率□高可靠性：采用了CSMA/CA算法，可以减少冲突的概率，保证了一定的传输质量，进一步提供了RTS/CTS功能，可以避免盲点的问题。□安全性高：物理层采用了DSSS技术，本身就具有一定的安全机制，再加上MAC层所提供的WEP（WiredEquivalentPrivacy）加密方法，通过RC4算法，将64（128）位Key加入数据中进行运算，大幅度提高数据的安全性。□漫游：通过多种频道的切换功能以及换手“Handoff”的沟通法则，802.11的无线节点也能像常用的移动电话一样，享受漫游服务。（2）网络拓扑结构Infrastructure（永久性基础结构）Infrastructure拓扑以中央的骨干线路（DS）为主轴，由访问点（AccessPoint）来协调各无线节点之间的通信，访问点和通信范围内各节点所组成的群组称之为BSS（BasicServiceSet）也就是无线局域网结构的基本群组单位，它采用点并列功能PCF（PointCoordinationFunction）协调机制来进行沟通，除此之外，BSS之间还可以通过DS形成所谓的ESS（ExtendedServiceSet）Infrastructure拓扑：b.AdHOC网络AdHOC拓扑结构：只要有两个（以上）的无线节点就可以组成一个AdHOC，不需要通过访问点与DS，各节点之间采用DCF（DistributedCoordinationFunction）分布式的协调（对等）机制进行沟通，这种结构称之为独立的（Independent）BSS，对于建立临时性的局域网，非常方便。以上a、b两种拓扑是为了配合不同的应用环境而制定的，且802.11允许这两种拓扑同时并存。（3）物理层802.11b的物理层所定义的是电子信号的收发、检测转换工作，共三种物理层技术：IR红外线：采用了散射红外线，利用4级或16级PPM调制来进行传输。FHSS跳频扩频技术DSSS直扩序列扩频（4）MAC802.11b的MAC定义了DCF与PCF两个子层，其中DCF是必需的基本机制，而PCF则是一种可选择的机制。a.DCF：采用了CSMA/CA算法，也属于竞争性的传输逻辑，假设节点A企图传输数据，先进行CS，如果无线介质正空闲，那么节点A会等待一个DIFS（分配间隔帧空间）时间间隔之后，再对介质进行检测感应，如果介质仍是空闲状态，才真正将数据送出。CS的感应：分为实际感应和虚拟感应实际感应是借助于天线实际测出无线介质中的信号强度；虚拟感应用所定义的传输周期来计算该节点的传输时间、以及无线介质可能的闲置时间。CA（冲突避免）：以特定的Backoff算法减少冲突发生的概率，如A点经过DIFS后，发现已经有其它节点在进行传输，这时A就会在等待一个DIFS，同时加上一个随机的Backoff时间，来降低冲突的概率，这是因为要判断无线介质中信号是否发生冲突是不容易的。DCF还提供了一种称之为4路握手的传输算法，通过特定的信号格式来加强数据传输的可靠性。T