MAC协议详情详解

有用标准有用标准文档文档第四章 介质〔媒体〕访问把握子层有时也称为多重访问信道〔multiaccesschannel〕或随机访问信道〔randomaccess〔mediu〔媒体访问，所以打算信道安排的协议就称为介质〔媒体〕访问把握协议。由于大多数的局域网都使用多重访问信道作为通信的根底，而广域网大多承受点-点线路〔卫星网络除外，因此本章还将争论局域网的相关技术。信道安排策略静态安排：如FDM和同步TDM，这是一种固定安排信道的方式，适用于用户数少且数量固定、每个用户通信量较大的状况。由于每个节点被安排了固定的资源〔频带，时隙，因而不会有冲突发生。动态安排：如异步TDM变、突发通信的状况。式会产生冲突。无冲突方式：每个用户必需先获得发送权，然后才能发送数据，这种方式不会产生冲突，如预约或轮转方式。有限竞争方式：以上两种方式的折衷。多重访问协议ALOHAALOHA觉察有冲突则随机等待一段时间，然后再重发送。假设：全部帧的长度都一样，且每个帧一产生出来后就马上发送。帧时e：发送一个标准长度的帧所需的时间；N：每帧时内系统中产生的帧数目，一般应有0<N<1；：每帧时内系统中产生的需要发送的总帧数〔包括帧和重发帧P0：发送的帧不产生冲突的概率；S：系统吞吐量〔每帧时内系统能够成功传输的帧数，S=0；在纯ALOHAS=Ge-2G，当G=0.5S0.184。时分ALOHA将时间分成离散的时间片〔，每个时间片用来传输一个帧，每个用户只能在一个时间片的开头传送帧，其它与纯ALOHA系统同。该系统要求全局时钟同步。与纯ALOHA统吞吐量也相应提高了。S=Ge-GG=1S0.368。载波侦听多重访问〔CSMA〕协议ALOHA系统吞吐量低的缘由是，每个用户可以自由发送数据，而不管其他用户当前是样可以削减冲突的概率，从而提高系统的吞吐量，这一类协议就是CSMA1CSMA马上发送数据，觉察冲突后随机等待一段时间，然后重开头监听信道。1-坚持的策略，因而该协议适合于规模较小和负载较轻的网络。非坚持CSMA信道空闲则发送数据，消灭冲突则随机等待一段时间，再重监听信道。非坚持CSMA的信道利用率高于1-坚持CSMA，但延迟特性要差一些。p-CSMA再监听，假设信道空闲则以概率p发送数据，以概率1-p将发送推迟到下一个时间片。假设p发送，以概率1-p将发送推迟到下一个时间片。此过程始终重复，直至发送成功或另一个用户开头发送〔检测到信道忙。假设发生后一种情况，该站的动作与发生冲突时一样，即等待一个随机时间后重开头。p-坚持CSMA试图在1-坚持CSMA和非坚持CSMA间取得性能的折衷。影响协议性能的关键在于p的选择，p过小会无谓地增加延迟，p1-坚持CSMA。带有冲突检测的CSMA〔CSMA/CD〕在以上CSMA这就称为带有冲突检测的CSMA，即CSMA/CD，它可以节约时间和带宽。CSMA/CD是以太网承受的介质访问把握方法。CSMA/CD改进其它CSMA协议的地方是，当发送节点检测到冲突后马上停顿发送，并进入冲突解决过程。也就是说，仅当检测到冲突时仍未完毕发送，才能节约时间和带宽。传输时间〔2τ。冲突的检测是通过将监听到的信号与发送出去的信号相比较而实现的，因此物理层上需要使用便于检测冲突的信号编码方案。时间应较短。换句话说，当信道很长〔τ很大〕而帧传输时间很短〔如帧很短或数据速率很高〕时，CSMA/CD无冲突协议位图协议不会产生冲突。二进制相加〔长度都相等协议选择其中地址最高的站作为胜出者，允许其连续发送数据。有限竞争协议竞争协议在轻负载下可以获得良好的延迟特性高；无冲突协议在重负载下可以获得很高的信道利用率〔由于没有冲突，但轻负载下由于少在同一个时隙内竞争信道的用户数来提高竞争成功的概率的状况自适应调整用户的分组。自适应树搜寻协议协议的根本思想是将全部站点组织在一棵二叉树中〔站点在树叶上，从树根开头，首〔即树根下的全部站点都可以在该时隙竞争信道〔马上下一个时隙安排给搜寻到的子节点；假设时隙空闲或者只有一个站点发送〔发送成功，则停顿搜寻该节点；该过程不断重复，直至将整棵树搜寻一遍；然后从树根开头一轮的搜寻。图4-9。该协议的改进算法：依据系统负载状况，动态地打算从哪一个节点开头往下搜寻。波分多重访问协议〔图柱，从而其它全部的站点检测到。同的波长段〔称信道。在波分多重访问协议〔WDMA〕中，每个站点安排了2个信道，窄信道由本站用来向其它站输出数据。为m，数据信道的时隙数为n+1，其中n个时隙用于传数据，最终一个时隙用来报告站点的状态，主要是报告在两条信道中哪些时隙是空闲的。在两条信道中，时隙序列不断循环，0站接收数据消息时，必需将接收波长调整到源站的数据信道上。因此，每个站点有2个发2一个波长固定不变的接收端，用来监听本站的把握信道；一个波长可调的发送端，用于向其它站点的把握信道发送消息；一个波长固定不变的发送端，用于在本站的数据信道上输出数据帧；一个波长可调的接收端，用于从选定站点的数据信道上接收数据。WDMA支持3种类型的通信：恒定速率的面对连接通信，可变速率的面对连接通信，数据报通信〔不行靠无连接。数据报通信：当A想向B发送数据时，A首先监听B的数据信道，等待B的状态时隙到来；从B的状态时隙可以获知B的把握信道中哪些时隙是空闲的，A从中选择一个空闲的时隙向BB在A的数据信道的哪个时隙中有给B的数据；假设B在指定的时隙里空闲，则在该时隙到来时将接收波长调整到A的数据信道，就可以收到AB假设A和C选择了同一个空闲时隙向B发送通知，则两者都会失败；假设A和C选择了一样的时隙向B发送数据，则B只能从中选择一个站来接收，另一个站的数据丧失。面对连接的通信：假设A期望与B建立一个连接，A首先监听BBA从B的空闲时隙中选择一个，将连接恳求消息插入其中；假设B同意建立连接，它将该时隙安排给A，并在把握信道的状态时隙中加以声明；当A看到该声明后，就知道一个单向连接建立起来了；假设A期望建立一个双向连接，则B将对A假设A和C选择了一样的空闲时隙向B发送连接恳求，则两者都会失败，A和C通过监听B的状态时隙就可以知道这一点，他们会随机等待一个时间再试；当连接建立起来后，A就可以在安排给它的把握时隙中向B发送把握消息，告知B为了获得恒定的数据速率，A可以向B恳求在一个固定的数据时隙发送数据，假设B同意就建立了一条保证带宽的连接，假设该时隙不空，A还可以再恳求另一个数据时隙。无线局域网协议为什么CSMA不适用于无线局域网？由于CSMA题和暴露站点问题〔图。带有冲突避开的多重访问〔MACA〕这是802.11里不向接收站发送。过程如下〔图：假设A想向B发送一个数据帧，A首先向B发送一个RTS帧，该帧给出了后继数据帧的长度；BCTS帧，CTS帧中也给出数据帧的长度；ACTS在此过程中，假设A四周的站监听到了A的RTS帧，它们会在随后的一段时间内保持沉默，以便让A无冲突地收到CTS帧；而B四周的站监听到了B的CTS帧后，也会在随后的一段时间〔由CTS帧中的数据长度打算〕内保持沉默，从而让B能够无冲突地收到A假设B和C同时向A发送RTS一段时间后再重试。以太网以太网布线通常有四种布线方法，见图4-13。10Base5：又称粗缆以太网，使用直径10毫米的基带同轴电缆作为传输介质，每段电缆最长为500米，最多支持100个节点，数据速率为10Mbps，节点通过特别的收发器连接到电缆上〔图4-14〔a〕。收发器主要完成载波监听和冲突检测的任务；收发器电缆连接收发器和网络接口卡，长度不超过50米，包含5对屏蔽双绞线，分别用作数据线、把握线和电源线；网络接口卡负责完成数据链路层协议。10Base2：又称细缆以太网，使用直径5毫米的基带同轴电缆作为传输介质，每段电缆最长为185米，最多支持30个节点，数据速率为10Mbps，电缆连接处承受工业标准的BNC连接器组成T型连接。由于BNCT10Base2的收发器位于网络接口卡内。以上两种布线方法的共同缺点是，当电缆断裂、接头损坏或松动时，会影响整个网络的运行，同时故障定位和隔离都比较困难，这导致了10Base-T10Base-T：每个节点通过一条双绞线电缆〔3类双绞线〕连接到中心集线器〔hub〕的一个端口上，全部端口在内部通过电路连接到一起形成共享总线。每根电缆内包括2对双hub的连接均承受RJ-4510Base-T的缺点是从节点到hub的电100520010Base-F：承受多模光纤作为介质，长度可以到达2023米，但由于价格较高，通常用于连接较远的hub10Base-F的网络构造呈星状或放射状，光纤的一端与光收发器〔光hub〕连接，另一端与网卡连接。4曼彻斯特编码物理层编码很少使用直接的二进制编码，由于它不利于接收方的时钟同步。全部基于IEEE802.310可被接收方用来提取时钟信号。这种编码的缺点是，它的带宽是直接二进制编码的2倍，10Mbps〔波特率〕要到达20Mbaud。0示“01太网使用曼彻斯特编码。以太网帧构造DIX以太帧构造，图4-17(a)。前导码：8个字节，0与1的交替序列，用于接收方进展时钟同步。地址：通常使用6字节地址，用于标识以太帧的接收者与发送者。类型：指出数据域中携带的数据应交给哪个协议实体处理。数据：0-1500字节。填充：0-46字节，当帧长太短时填充帧，使其到达64字节的最小长度。由于承受CSMA/CD就认为发送成功；但是从发送开头到检测到冲突最多需要2τ时间，为保证发送站2τ对于最大长度为2500米、具有4个中继器的10Mbps以太网，2τ≈50μs，于10Mbps×50μs=500bits512比特，即64字节。校验和：CRC编码。当接收端检测出错误时将帧丢弃；但无论接收正确与否，接收端均不给出确认。所以，以太网供给的是一种不行靠的效劳。802.3帧格式〔4-17(b)〕与DIX以太帧格式的不同：将前导码削减为7个字节，并将第8个字节〔10101011〕作为帧起始标志，这是802.4802.5LLC帧，使用LLC目前，这两种帧格式均可以使用，当类型/长度域中的值大于1500时该域解释为类型，当小于或等于1500时该域解释为长度。当在物理介质上传输以太帧时，前导码和CRC码均由物理层接口硬件产生和处理。发送端接口硬件首先发送一串前导码，然后发送以太帧〔从目的地址开头到数据局部，在发送的过程中同时将帧输入到一个硬件除法器中；当帧发送完时除法器中也得到了该帧的CRC码，于是紧跟在帧后面发送CRC码；接收端接口硬件将前导码和CRC码〔校验过后〕CRC以太帧在物理介质上的传输挨次是从高位字节到低位字节，即先发送目的地址的最高一个比特是目的地址最高字节的最低比特。MAC〔网卡ROM中，这个地址称为MAC地址。因其和适配器绑定在一起也称为物理地址，以和高层的规律地址〔如IP地址〕相区分。MAC地址的长度为66MAC地址000010000000000000101011111001001011000100000010表示为8:0:2b:e4:b1:2。MAC地址有局部地址和全局地址之分，这由地址的次高比特〔目的地址在线路上传输时的其次个比特〕来标识。次高比特为1的地址是局部地址，由网络治理员安排且只在本网内有效；次高比特为0的地址是全局地址，由IEEE统一安排以确保没有两个适配器具有一样的全局地址。为了保证每个适配器的地址是唯一的，IEEE给每个适配器制造商安排一后缀是唯一的。源地址通常是单播地址，就是源主机适配器的MAC地址。目的地址则有单播地址、多〔目的地址在线路上传输时的第一个比特来区分。最高比特为0的是单播地址〔目的主机适配器的C地址，最高比特为1且其余比特不全为1的是多播地址，48比特全为1的是播送地址。多播和播送的区分是，多播是将〔即具有一样的多播地址全部节点。一个帧到达一个节点的适配器时，该适配器检查帧的目的地址，假设：目的地址是单播地址且与自己的MAC地址相符，播送地址，多播地址且该地址在要监听的多播地址集合中，全部帧，比方网桥、网络协议分析器等，这时只要将这些设备的适配器配置为混杂模式smod，就可以接收全部的帧。介质访问把握以太网承受CSMA/CD道；假设检测到信道忙〔侦听到信号能量〔觉察特别的信号能量就马上gbackoff〕阶段，选择一个随机时间进展等待后，重侦听信道。令检测到冲突的节点发送一个堵塞信号到这个冲突。例如，假设适配器A开头传输一帧，当A的信号将要到达适配器B时，B开头B马上检测到了冲突并停顿发送，这时B传播到A，但它们可能缺乏以形成足够的能量来使A检测到冲突，让B发送堵塞信号就是为了确保A算法的根本思想是：冲突产生后，时间被分成长度为2τ〔即51.2μs〕的时隙；第一次冲突后，发生冲突的站点从0、1中随机选择一个时隙进展等待，然后重试；此后每发生一次冲突，站点可以选择等待的时隙数就增加一倍，即第i次冲突后，站点可从0到2i-1中随机选择一个时隙进展等待，然后重试；当到达10次冲突后，随机等待的最大时隙数固定在1023；16错帧仍是必要的，但以太网标准没有供给这种操作，错误恢复是由上层来完成的。下工作。在以太网上，通常超过30%的利用率就被认为是重负载了。幸运的是，大局部以2001024，这是由于一个C254大局部以太网的距离远小于2500米，来回延迟接近5μs而不是51.2μs。最终，虽然以很少消灭一台主机连续不断地把帧送到网上的状况。交换式以太网共享式以太网由于存在竞争，其吞吐量必定不会太高，交换式以太网承受避开竞争的办法来提高系统的吞吐量。交换式以太网的核心是交换机，它包括一个高速背板和一些插槽，每个插槽可以插一块卡，每块卡上有很多端口，每个端口可以通过双绞线连接一台计算机，如图4-20。当源节不在同一块卡上时，数据帧通过背板拷贝到另一块卡上的输出端口。卡有两种构造方法。一种是卡上全部端口连接在一起形成一个冲突域，这时每块卡相当于一个共享以太网段，承受CSMA/CD及二进制指数退避算法解决竞争。每块卡每次只能先缓存在卡的RAM中，然后再拷贝到目的端口所对应的RAM。这时，每个端口是一个独端口都连接了一个网段，则交换机实际上变成了一个网桥。快速以太网其标准为802.3u。为了与802.3兼容，它完全保存了802.3的MAC层协议，但修改了物理层以便支持更高的速率和不同的物理介质。802.3的MAC802.3u802.3100Mbps。在物理层上，802.3u只使用hub和交换机进展组网，传输介质只使用双绞线和光纤。u标准化了三种布线方案〔图，分别用于35类双绞线和光纤布线。100Base-T4310Base-Thub的最大距离应到达100米；假设承受曼彻斯特编码，为获得100Mbps的速率，信号速率应到达200M波特。对于3100200M波特的速率是做不到的，但在100米的距离上到达20M波特甚至更高一些则是可能的〔在10Base-T中，信号速率为20M波特。该方案承受的方法是，使用一根电缆中全部的四对双绞线，一对方向上可以使用三对双绞线；每对双绞线使用25M波特的信号速率，使用3状态信号〔即信号状态可为01或2，这样将三对双绞线看成一体的话共有7种状态的信号，即每种状态至少可以携带4比特数据信息；这样在当前传输方向上可以获得4×25M=100Mbps的数据速率，同时在另一方向上照旧保存33.3Mbps〔一对双绞线。100Base-TX：这是用于5类双绞线的布线方案。该方案只使用两对双绞线，一对用于输入，一对用于输出，每对运行在125M波特的信号速率上，使用4B/5B编码〔4比特数据编码成5125M×4/5=100Mbps100Base-FX：这是用于光纤的布线方案。该方案使用两条多模光纤，一条用于输入，一条用于输出，每条的数据速率均为100Mbps，计算机到组网设备的距离可以到达2023米。100Base-T4和100Base-TX统称为100Base-T，它们可以使用两种类型的组网设备，hub和交换机。在hub中，全部的端口在规律上连在一起形成一个冲突域，因此实际上构〔假设在同一个接线卡中〔假设不在同一个接线卡上。由于每个端口是一行通信。由于100Base-FX的最大距离超过了CSMA/CD适用的范围，因此只允许使用交换机进展连接，因此每个站点也都可以全双工地进展通信。事实上，全部交换机既可以与10Mbps站点连接，也可以与100Mbps站点连接，标准供给了一种自动协商模式允许两个站点自动配置通信的最正确速率和通信方〔全双工或半双工，因此使用交换机与现有站点连接格外便利，而且站点升级也格外便利。千兆以太网千兆以太网的标准是802.3z有的以太网标准相兼容，包括帧格式、最大帧长与最小帧长的限制等。千兆以太网的全部配置全都是点到点的，它允许两台计算机直接相连，也允许用 hub或交换机连接多台计算机，也可以连接其它的hub或交换机，如图4-22。千兆以太网支持两种不同的操作模式：全双工模式和半双工模式。正常模式是全双工模缓存，因此每个站点都可以全双工地收发数据；由于网络中不存在冲突，也就不需要CSMA/CD，因此传输介质的长度只取决于信号的强度，而不用考虑冲突检测所需要的2τ时间限制。交换机可以任凭混合和匹配速率，也支持自动协商模式。当使用hub连接计算机时，使用半双工模式。由于hub不缓存输入帧，并且全部端口都处在同一个冲突域中，因此CSMA/CD是需要的。那么最小帧长多少比较适宜呢？假设要保持64字节的最小帧长，那么网络规模不能超过25米，这是不能承受的。假设要保持2500米的网络规模，最小帧长就要到达6400字节，这同样是不能承受的。因此802.3z进展了一个折衷，网络规模可以到达200米，而线路上传输的最小帧长为512字节。为与现有协议相兼容并尽可能提高线路效率，802.3z实行了两个举措。一个称为载波扩展r，即由物理层硬件在发送时将帧填充至2字节长，并由接收硬件在接收时自动去掉，这种操作是不为链路层所知的，所以链路层软件不需要作任何修改，固然这时传输效率是不高的。其次个称为帧突发e，当发送端有多个帧预备发送时，可以将这些帧放在一起传输，这样当总的突发数据块超过512字节时可以不用填充，而当缺乏512字节时仍由物理层进展填充，这样可以极大地提高线路的效率。事实上，千兆以太网很少应用在半双工模式，这是格外不经济的，这种模式只是为了向后兼容的需要才制定的。千兆以太网支持电缆和光缆布线，如图4-23。在光纤布线方案中，使用激光作为光源〔可以支持s的速率；可用的光波段有两个：0.85μm1.3μm，其中前者只能用于多模光纤中；光纤有三种：10μm、50μm和62.5μm，其中第一种是单模光纤，后两种是多模光纤。可以到达的传输距离与所使用的光纤类型及光波段有关，当承受10μm的光纤和1.3μm的光波时，可以到达5公里的最大距离，这个数字其实是很保守的，事实上可以到达10X使用2对屏蔽双绞线，由于距离太近〔只有5米，实际上很少使用。1000Base-T是使用5类双绞线的布线方案，距离可以到达100米。z在光纤上使用B编码8个数据比特编码为0个信号比特，这种编码比曼彻斯特编码节约带宽，通过认真选择码字可使码字中0、1个数均衡〔有利于消退直流电平〕并可供给足够多的状态变化〔便于提取时钟。1000Base-T使用4对5类双绞线，每对双绞线运行在125M波特的信号速率上，使用5电平信号，其中四种电平用于编码数据，一种电平用于把握的目的，因此每个信号携带2比特数据，42×4×125M=1000Mbps数据速率。由于使用了混合电路，每对双绞线上都可以进展双向传输，因此该方案可全双工地获得1000Mbps数据速率。由于千兆以太网的速率格外高丧失，因此千兆以太网中引入了流量把握，接收端可以使用一个特别的PAUSE帧要求发送端暂停发送一段指定的时间。7．无线局域网〔802.11〕协议栈从OSI参考模型的角度来看，全部的局域网实际上都对应了OSI参考模型的物理层和〔LLC〕〔MAC〕〔图C对于全部的2局域网都是一样的，因此，不同的2局域网的差异仅仅表达在物理层和MAC物理层标准。1标准化了一种Cs或以上。物理层红外通信：使用0.85μm或0.95μm的光进展漫射传输，允许1Mbps和2Mbps两种速率，使用格雷码进展信号传输。在1Mbps速率上，每4比特数据编码为一个16比特5个0和1个s速率上，每2比特数据编码为一个4比特的格雷码3个0和1个1。太低。跳频扩频：工作在z的M频带上，共使用9个信道，每个带宽为1MHz在每个信道上的传输时间可以用参数〔停留时间〕来指定。假设接收站使用一样的种子数〔seed〕来生成伪随机码，并在信道上停留一样的时间，那么就会和发送站跳到一样的信个参数是不行能接收到数据的。跳频扩频供给了一种动态安排信道的方法，而且安全性好，抗干扰性强，常用于建筑物之间的通信，其缺点是带宽太低。1位的Barker码序列传输，在1Mbaud的信号速率上使用相位调制，当工作于1Mbps速率时，12Mbps2正交频分多路复用：工作于zM频带，共使用28个用于数据传输，4个用于同步，每216个数据比特被编码为一个288比特的符号，并被分到多个信道上同时传输。这是802.11a使用的传输技术，最高速率可以到达54Mbps。将一个数据信号分到多个较窄的信道上传输，可有效抵抗窄带干扰，并允许使用非连续的信道。高速直序扩频：这是b使用的传输技术，工作于z频带，可以获得1，2，5.5和11Mbps四种速率。其中前两种速率及实现方法与DSSS兼容；当工作于1.375Mbaud，每个波特分别携带4比特和8比特时获得后两种速率。数据速率在通信过程中可以依据当前信道的负载及噪声条件动态调整到可能的最正确速率，事实上，802.11b几乎总是运行在11Mbps速率上。尽管其数据速率低于802.11a，但通信范围是后者的7倍。802.11gOFDM802.11g的OFDM802.11aOFDM法，只是工作在2.4GHz频带上，理论上它可以到达54Mbps，但实际上是否能到达还不清楚。MAC半双工的，即它们不能在发送的过程中进展监听，因此以太网中的CSMA/CD不能应用于无线局域网中。802.11支持DCF〔不使用基站把握〕和PCF〔使用基站把握〕两种操作模式，全部实DCFPCF在DCF模式中，802.11使用CSMA/CA协议。该协议支持两种操作，第一种操作类似于前面介绍过的CSMA，发送站在发送前监听信道，信道忙则推迟发送直至觉察信道空闲，一旦信道空闲马上发送帧，但在发送的过程中并不检测冲突〔由于可能无法检测，假设发生冲突，发送站使用二进制指数退避算法等待一段时间，然后再试。其次种操作基于MACAW，发送站向接收站发送一个RTS帧恳求发送，接收站发送一个CTS帧表示同意发送，然后发送站可以发送一个帧，并启动一个ACK计时器，接收站正确接收后必需返回一个ACKACK计时器超时，则发送站重发。收到RTS或CTS的站都用NAV信号通知自己的相关实体保持沉默，直至整个交换过程完毕，保持沉默的时间可以依据RTS或CTS中给出的待发送帧或待接收帧的长度以及确认所需要的时间估算出来。由于无线信道干扰比较大，使用长帧传输很简洁出错，因此802.11允许在发送前对帧进展分段，每个段携带自己的校验和，被单独编号和确认，并使用一种停-等协议来传输。一旦发送站通过RTS和CTS获得信道后，他可以发送一系列的段，这一系列的段称为是一个段突发。802.11没有规定一个标准的段长度，但同一个cell中的全部站点必需使用一样的段长度，基站可以调整本cell中的段长度。NAV机制只能确保发送站和接收站四周的站〔帧间距机制。在PCF模式中，基站用轮询法〔polling〕询问每个站有没有数据要发送，由于基站完次序及各站点是否获得公正的效劳等均由实现来打算。基站还要周期性地播送一个信标帧〔ne，帧中携带有诸如跳频序列、停留时间、时间同步等系统参数。信标帧基站还负责电源治理过后可被基站或用户唤醒，这也意味着基站必需缓存发往移动设备的帧。DCF和PCF可以共存于一个cell中，这是通过帧间距机制来实现的。在一次成功的帧传输后有一段空载时间d1规定了四种间隔时间〔图：SIFS：允许正处于会话中的站点优先发送，如允许收到RTS的站发送一个CTS，允许收到数据的站发送一个ACK，允许收到ACK的站连续发送后继的段而不用重RTS；S后基站〔PCF〕可以发送一个信标帧或一个轮询帧；DIFSDIFS后任何站都可以试图发送来竞争信道；EIFS：假设以上间隔都没有发送，那么在EIFS后收到坏帧或未知帧的站点可以发送一个帧报告错误。尽管基于RTS和CTS的信道预约机制有助于降低冲突，但它也引入了时延和消耗了信在实践中，每个无线节点可以设置一个RTS门限值，仅当帧长超过门限值时，才使用RTS/CTS序列。很多无线节点常将RTS假设不使用RTS/CTS信道预约机制，CSMA/CA工作如下。当一个节点有帧要发送时，首先侦听信道。DIFS〔帧间间隔要求。假设信道忙，则选取一个随机的回退值，并在侦听到信道空闲时开头递减该值。在此过程中假设侦听到信道忙，则停顿递减，并保持计数值不变。当计数值减为0时〔留意仅可能发生在侦听到信道为空闲时并等待确认。假设收到确认帧，说明帧发送成功；假设还要发送下一个帧，从第2步开头CSMA/CA协议。假设未收到确认，节点重进入第2步中的回退阶段，并从一个更大的范围内选取随机值。我们可以看到CSMA/CA和CSMA/CD的差异。在CSMA/CD中，当节点侦听到信道空闲时，马上就可以发送数据。而在CSMA/CA中，当侦听到信道空闲时要推迟发送，尤其在第2步中要随机回退，这是为了削减冲突而实行的措施。考虑这样一种情形，一个节点正在发送而另外两个节点在侦听信道预备发送当信道上的发送一完成两个等待的节点同时侦听到信道空闲。假设它们都等待 DIFS后马上发送，则确定发生冲突。由于CSMA/CA不检测冲突且发生冲突的代价很高为了削减这种冲突的发生令节点在侦听到的范围内选取回退值。帧构造802.11，每种帧都有一个被MAC层使用的头，还有一些被物理层使用的头，下面只争论MAC数据帧格式如图4-30：帧把握：包括11个子域，版本号、帧类型、帧子类型、是否去往有线网络、是否来自有线网络、是否还有后继段、是否重发帧、功率把握〔/唤醒、是否还有后继帧、是否加密、是否要按挨次处理；NAV时间；地址：共有四个地址，包括源地址、目的地址、源cell地址和目的cell地址；序号：帧序号和段序号；数据校验和治理帧格式与数据帧格式类似，但只有一个cell地址〔本cell的地址。把握帧没有数据域和序号域，并且只有一或两个地址。效劳802.11规定每个遵从该标准的无线局域网必需供给9种效劳，这些效劳分为两类，5种分布效劳〔distributionservice〕和4种站效劳。分布效劳治理cell成员关系，并与其cellcell5种分布效劳由基站供给，当移动站进入或离开cell时，这些效劳将它们参与基站或从基站中分别。建立联系：移动站使用该效劳与基站建立联系。当移动站进入一个的cellPCF效劳和功率治理要求等。基站可以承受或拒绝移动站。假设移动站被承受，它必需证明它的身份。的关系。站点应当在关机或离开前使用该效劳，基站也可以在进入维护前使用该效劳。重建联系：站点可以使用该效劳来转变它首选的基站。当移动站从一个cell移动到另一个cell数据。分发：该效劳打算如何将发送到基站的帧发送出去。假设目的站在同一个基站下，帧可被直接发送出去，否则必需通过有线网络转发。集成〔：假设一个帧需要通过一个非1网络〔具有不同的编址方法或帧格式〕传输，该效劳可将802.11格式转换成目的网络要求的格式。4种站效劳在联系建立起来后使用，用于治理cell内的活动。身份鉴别〔：由于无线通信很简洁被未授权的站侵入，因此一个站必需在身份被验证后才允许发送数据。当移动站与基站建立了联系后，基站会向移动站发送一个盘问帧e，看它是否知道此前安排给它的密钥；移动站用自己所知的密钥加密盘问帧，然后发回给基站；假设基站检验正确，则该移动站就会被正式参与到cell的身份，现在正在考虑参与这一点。解除鉴别〔：一个此前经过认证的站想要离开网络时，需要解除鉴别，一旦解除鉴别后它就不能再使用该网络了。保密RC4。数据传递：数据收发效劳。由于802.11仿造了以太网，而以太网上的传输是不行802.11802.11cell中的有些参数可以被检查和修改，如与加密、时间间隔长度、数据速率、信标频度等有关的参数。8。宽带无线〔802.16〕8。(1)802.16802.116的全称是“固定宽带无线接入系统空中接口或无线本地回路。虽然802.11和802.16都致力于宽带无线通信，但这两个系统有很大的区分。802.11主要是为个人移动用户供给Internet接入效劳，而802.16主要是为建筑物中的固定用户供给包括话音、视频、Internet802.11是掩盖范围很小〔通常在一个房间内〕802.16是掩盖城区802.16802.11在一个802.11的cell中，用户数量不多，且每个用户要求的带宽也不太高，而一个802.16的cell要支持上千户家庭，由于供给视频效劳，每个用户的带宽要求可能很高，因此802.16要供给比802.11高得多的带宽，这使得802.16必需工作在更高的频段上；尽管802.11802.16802.16简言之，802.11802.16的设计目标是使其成为一个无线然而是固定的有线电视系统，这之间的差异使得两者的设计格外不同。802.16与移动通信系统也不同，移动通信系统的目标是为个人移动用户供给与Internet(2)802.16802.16的协议栈很类似于ATM的风格，事实上它的设计目标、效劳类型也都类似于ATMATM。物理媒体相关子层：这一层主要解决信号的传输。传输会聚子层：这一层是向链路层屏蔽信号传输的细节。安全子层：处理加密、解密和密钥治理，这一层只对传输的数据局部进展加密。MAC子层公共局部：这是协议的主要局部，负责信道的治理。在802.16中，基802MAC不同的是，802.16的MAC层是面对连接的，目的是为了向业务和多媒体业务供给效劳质量保证。效劳特定会聚子层：该子层代替了LLC子层，它的功能是供给与网络层的接口。由于802.16设计为可以与数据报协议〔如IP、PPP、以太网〕和ATM协议进展无缝连接，但数据报协议是无连接的，而ATM是面对连接的，这意味着每一条ATM连接要映射到一条802.16连接上，而IP分组也必需映射到一条802.16连接上，该层主要处理这些内容。(3)802.1610-66GHz波段的毫米波是直线传输的，信号能量随距离的增大而快速衰减，因此802.16使用了QAM-64、QAM-16和QPSK三种调制方式，分别用于距基站较近、中等距离和较远的用户站。为了充分利用有限的物理带宽供给宽带传输，802.16供给了灵敏的信道安排方法。802.16FDD和时分双工TDD两种方案，频分双工是指为上下行通信指定不同的频带，同时双向传输；时分双工是指交替使用整个信道进展上下行通信。图4-33是时分双工的例子，基站周期性地发出帧，每个帧包括上行和下行两局部，先是下行通信，各自占用的时隙数可以依据上下行通信所需要的带宽进展动态调整配由MAC子层负责。为了充分利用带宽资源，物理层还可以在一次物理传输中接连发送多个MACMAC〔的开销。802.16的另一个特点是在物理层上使用了海明码进展前向纠错。由于广域无线网络的改善信道的传输质量。(4)802.16MAC哪些时隙是空闲的，以及哪些时隙携带了什么数据，其余子帧包含了MAC层帧。下行传输映像中还包括各种系统参数，可以供给应参与的站点。用户都会竞争发送，信道的安排与每个用户所要求的效劳质量有关。802.16定义了四种效劳，全部效劳都是面对连接的，每个连接在建立时就要确定使用哪一种效劳。数量的数据，因此可通过给每个这样的连接指定专用时隙来实现。用在每个时间段内要求传输的数据量可能不同，因此基站周期性地轮询这些用户，询问当前需要多少带宽。询它，以便发送额外的数据。假设一个用户站连续k次轮询没有响应的话，该站何站点都可以响应，竞争效劳。这样，流量小的站就不会铺张贵重的轮询时机。于竞争的时隙中发送带宽恳求假设恳求不成功，失败的站点使用二进制指数退避算法随机等待一段时间后再试。站点定义了两种形式的带宽安排：每站安排和每连接安排。在每站安排方式中，用户站户。在每连接安排方式中，基站直接治理每个连接的带宽安排。蓝牙蓝牙的最初目的是用短距离、低功率和廉价的无线收发器将计算设备与通信设备、外设802.11系统是相互干扰的。当IEEE在制定无线个人区域网标准〔802.15〕时，承受了蓝牙1.0版本的标准，并作了一〔从物理层到应用层802.15只是标准化了物理层和数据链路层。蓝牙体系构造蓝牙系统的根本单元是一个piconet，它由一个主节点和10米之内最多七个活泼的从节点组成，多个piconet可以共存于一个大的房间，并且可以通过一个桥节点连接起来，4-35piconetscatternet。在一个piconet中，除了7个活泼的从节点外，还可以有多至255个停留节点，这些中间的功耗状态分别是待机和嗅探，不在我们争论的范围内。承受主从设计的目的是降低蓝牙芯片的实现本钱，其结果是从节点完全没有智能。Piconet的核心是一个集中式的TDM系统，主节点把握时钟并且打算哪个从节点在什么时许的。蓝牙效劳什么。但蓝牙1标准定义了3种应用〔称为，并且为每一种应用供给了一个不同的协议栈，从而使得蓝牙协议极其简洁。这13种应用大致可分为四类，一类是为其它应40，第四类供给数据交换效劳。蓝牙协议栈蓝牙的分层模型与已有的任何一种模型都不同，IEEE正在对其修改以便能放进802模型中，根本的蓝牙协议栈模型如图4-37物理无线电层：处理无线电传输和调制，与OSI及802模型的物理层对应。基带层：类似于MAC层，但也包含物理层的一些成份，主要涉及主节点如何把握时隙以及这些时隙如何组织成帧的问题。这一层次主要负责规律链路的治理。中间件层：这一层主要供给一些支撑效劳和效劳。应用层：各种应用，每种应用有自己的协议子集。蓝牙无线电层102.4GHz791MHz1Mbps跳频的频率为每秒1600次，停留时间为625微秒。在一个piconet中，主节点规定跳频序列，全部节点同步地跳频。由于802.11和蓝牙工作在2.4GHz频带的一样的79的。如何解决这个问题，目前尚没有方法。蓝牙基带层基带层和MAC层最相像，它将原始的比特流组织成帧，并定义一些重要的格式。最简洁地，主节点定义一系列宽度为625微秒的时隙，主节点允许从第偶数个时隙开头发送，从节点允许从第奇数个时隙开头发送，帧长可以是1、35跳频时序允许每跳有250-260微秒的稳定时间，用于使无线电路稳定下来。对于一个6〔即6比特要占用126个比特，这样数据传输只能使用240比特。假设5个时隙串在一起，则只需要5个时隙内可用的比特数到达2781个。因此，长帧比短帧效率要高。每个帧是在主节点和一个从节点之间的规律链路〔称为link〕上传输的，有两种类型的链路：ACL和SCO。ACL用于异步〔非周期〕地传输分组交换的数据，这些数据是在收发双方的L2CAP层之间传输的。ACL流量以尽力方式传输，没有任何牢靠性保证，帧可能会丧失。一个从节点和它的主节点之间只能有一条ACLO〔如连接O链路在每个方向上被安排一个固定的时隙。由于SCO链路的时间紧要特性，在SCO链路上传输的帧从不重发，而是使用前向纠错来供给高牢靠性。一个从节点和它的主节点之间最多能有三条SCO链路，每条SCO链路可64kbpsPCMSCO帧总是单时隙帧，即每个帧的数据局部都是240比特，其实际的载荷有80、1602403蓝牙L2CAPL2CAP数据包的分段与重组：发送端从上层接收最大长度为64KB的数据包，分段后组帧发送；接收端将各帧中的段取出后，重组装成数据包交给上层。数据包的复用与解复用：发送端将来自各个源的数据包放在同一条链路〔ACL〕上传输〔复用，接收端将收到的数据包交给不同的上层实体去处理〔解复用。处理效劳质量需求：如在链路建立时协商最大的载荷长度。蓝牙帧构造典型的蓝牙数据帧构造见图4-38。访问代码通常标识主节点；帧头包含了典型的MAC层域〔地址、类型、流量把握比特、帧序号、确认序号、头校验，帧头有效局部只有18字节，重复三遍以供给前向纠错；数据域。ACLSCO帧的数据域总是只有240SCO帧总是单时隙帧。这240比特中，有效载荷有80比特、160比特和240比特三种，其余比特用于纠错。有效载荷为80比特的模式是最牢靠的，由于80比特可以重复三次供给前向纠错。由于从节点只能使用序号为奇数的时隙，因此从节点每秒可以使用800个时隙〔1600跳/秒的一半8064kbits数据，同样主节点也可以传输64kbits数据，刚好是一条全双工的PCM话路。这意味着尽管一个piconet的原始带宽可以到达1Mbps，但是一条使用最牢靠模式的、在每一个方向上均为64kbps的全双工话路会使整个piconet饱和。当承受最不行靠模式时〔有效载荷为0比特，可以同时支持三条全双工话路，因此每个从节点最多允许三条O链路。规律链路把握802.2全部的802些业务〔如IP〕因此E定义了一个可运行于全部2局域网上的规律链路把握协议〔议向网络层隐蔽了各种802局域网的差异，并供给了一个统一的接口。LLC构成了数据链路层MAC4-33。802.2的帧格式、接口及协议都格外类似于HDLC。LLC问点实际上起到了DIX帧中类型域的作用，把握字段与HDLC的把握字段格外类似，但从实际使用的角度动身作了一些转变，其中的序号及确认仅在要求牢靠传输的状况下使用。LLC供给三种效劳：不行靠的数据报效劳，牢靠的数据报效劳及牢靠的面对连接的效劳，Internet11。数据链路层交换域，会造成播送帧在全网泛滥。本章只争论网桥。使用网桥的几种典型状况：将各部门原有的局域网互联起来，实现更大范围的资源共享；将地理位置上相距较远的几个局域网互联起来；将规律上一个较大的局域网分成多个网段，降低每个网段上的负载，如图4-39；将地理位置上相距很远的站点各自组成局域网，然后用网桥互联；将一个大的网络用网桥隔成较小的几个网络，可提高全网的牢靠性；将重要的网段用网桥与其它网段隔离，可提高被保护网段的安全性。抱负状况下网桥应当是透亮的，即不需要人工干预而能够自动适应网络拓扑的变化，并且可以将不同类型的局域网互联在一起。这些目标有时是能够到达的，有时则不然。802.x和802.y的网桥网桥的工作原理，解释图4-40。用网桥连接不同局域网的困难：帧格式不同：需要重组帧，这不仅要花费CPU时间，重计算校验和，还可能会在拷贝帧时由于内存位出错引入不行检测的错误。源网络与目的网络的速率不匹配：高速的源网络向低速的目的网络传输，或者多个源网络向同一个目的网络传输时，要求网桥能够缓存大量的帧，这可能导致网桥内存不够而丧失数据。最大帧长度不同：这是最为严峻的问题，由于没有一个数据链路层协议处理帧的分片与重组，因此超过目的网络所能支持的最大长度的帧只能被丢弃。安全措施：802.11和802.16均支持数据链路层加密，但是以太网不支持，这使得无线网络上可用的加密效劳在以太网上不能得到。效劳质量：802.11和802.16使用不同的机制供给效劳质量，前者使用PCF模式，后者使用恒定比特率连接，而以太网根本就不供给效劳质量，因此当数据流从无线网络进入以太网时就无法保证其效劳质量了。透亮桥即使只是连接一样类型的局域网〔如以太网，也有不少问题需要解决。抱负中的网桥网桥的影响，这种网桥就是透亮桥。透亮桥的工作原理：透亮桥工作于混杂模式，接收与之相连的全部局域网上的帧；当收到一个帧时，依据帧的目的地址查找内部的一张转发表〔哈希表，转发表记去；当网桥刚刚接入系统时，转发表是空的；当网桥收到一个去往未知节点〔即该节点的地址不在转发表中〕的帧时，就用集中法转发出去；集中法是将帧从除输入线路以外的全部线路上发送出去；网桥通过逆向学习法获知各个目的地址所属的输出线路，并更转发表；逆向学习法就是通过检查收到的帧的源地址及输入线路来推知该地址所属的输出线路；为适应网络拓扑的变化〔开机、关机、移动，转发表中的每一个入口都有一个时间项，记录最近来自于该地址的帧到达网桥的时间；网桥周期性地扫描转发表，将那些超过几分钟的入口去除掉。综上所述，当网桥收到一个帧后，要进展以下处理：依据帧的源地址、输入线路及到达时间更转发表；用帧的目的地址查找转发表：假设输入线路与输出线路一样，丢弃该帧；假设输入线路与输出线路不同，从输出线路上转发该帧；假设目的地址未知，用集中法转发该帧。生成树〔spanningtree〕桥为了提高牢靠性，人们往往在局域网间设置两个或多个并行的网桥，如图4-43，但这种配置在网络拓扑构造中形成了回路。4-44(b)中去掉虚线所示的边就形成了一棵生成树。为构成这样一棵生成树，各个网桥播送自己的序列号〔这个序列号由厂家设置并且是全球唯一的，具有最小序列号的网桥被选举为生成树的根，接着按根到各个网桥的最短路径依据网络拓扑的变化自动更生成树。远程桥域网中一样。实现方法可以是在每个局域网中设置一个网桥，然后用点到点线路〔如租用的专线〕将它们两两连接起来，如图4-45。点到点线路上可以使用多种协议，较常见的是使用某种标准的点到点数据链路层协议，如PPP。在两个局域网之间交换的帧在点到点线路上有两种传输方式：假设源网络和目的网络类型一样〔如都是以太网，这时可以将完整的C帧放在点到点线路的数据链路层帧的载荷中传输。这种方式处理起来最简洁，它避开了帧格式转换的麻烦，这种方式称为隧道。MAC〔如LLC帧〕取出，装入点到点线路的数据链路层帧的载荷中传输，接收端网桥再取出组装成目的网络上的MAC帧。这种方式需要较多的处理开销，而且会由于网桥存储器中某个内存位的损坏引入不行检测的错误。中继器、集线器、网桥、交换机、路由器和网关这些设备都是从一个端口接收数据，然后从另一个端口发送出去，那么这些设备之间有什么异同吗？这些设备工作的层次见图4-46，其中中继器和集线器工作在物理层，网桥和交换机工作在数据链路层，路由器工作在网络层，网关工作在传输层及以上。中继器和集线器：这两个设备都工作在物理层上，它们都不检查帧头。中继器的作用是放大电信号，起延长电缆的作用。集线器的作用相当于一条共享电缆，全部节点处于同一个冲突域中，并且必需以一样的速率发送和接收，集线器通常不放大电信号。网桥和交换机：网桥和交换机都工作在数据链路层上，它们都要检查帧头中的目的地址来打算如何转发，它们内部都有多个线路卡，每个卡上都有多个端口，每个端口是一个单独的冲突域。网桥用于连接多个局域网，网桥中的线路卡可以是不同类型的；而交换机通常用于连接多台计算机，它的线路卡必需是同一种类型的，且每块卡上的端口要比网桥多得多。交换机通常工作于存储-转发模式，但为了加快转发的速度，也可以工作在cut-through模式，即交换机不用等到一个帧完全到达，在收到帧的目的地址，确定了输出端口后，就可以马上向输出端口转发。但网桥只能工作在存储-转发模式，由于假设网桥连接的两个局域网不同的话，网桥还需要进展帧格式转换等工作。路由器：路由器工作在网络层上，它依据分组头中的网络地址〔如IP地址〕来打算如何转发分组，路由器是看不到帧头信息的。网关：网关工作在传输层及以上层次，传输网关和应用网关分别在传输层和应用层上进展协议转换。虚拟局域网上。集线器和交换机的消灭使得这种网络配置成为可能。为什么要将用户组织到不同的局域网上而不是放在同一个网中？安全的需要。由于每一个节点均可以被设置为工作在混杂模式，从而可以接收到网上传输的全部数据，因此将全部用户放在同一个网上是担忧全的。将属于同一个机构的用户放在一个网上，并且制止网上传输的任何数据进入其它网络，就可以有效地防止信息泄露。不同部门的网络在运行时互不干扰。比方，使用带宽较多的部门不会挤占其它部门的资源。阻断播送风暴。很多高层协议使用了局域网的播送功能，假设全部用户都在一个网中，就会产生大量的播送包，从而消耗大量的网络资源，因此有必要限制播送域的大小。用交换机或网桥将一个大网分隔成多个小网是一个方法，但为了保证传输的透亮性，网桥必需能够转发播送帧〔如透亮桥需要播送去往未知节点的帧。为便利用户治理，将网络的规律拓扑与物理拓扑分别是很必要的。比方，当用户在单位网络治理员去把该用户对应的连接器从一个设备的端口拔下再插到另一个设备的端口上软件来重配置网络的方法，这导致了虚拟局域网〔VLAN〕概念的产生。VLAN成员的节点组成。子网的概念将在第5IP地址前缀一样的节点组的网络，因此称为虚拟网。属于不同VLAN的节点是不能相互访问的