通信网络与综合布线 第2版 课件 3-2-2 IEEE802标准系列及其体系结构

3-2-2IEEE802标准系列与OSI模型

BuildingIntelligentEngineeringandTechnology3-2-2IEEE802标准系列与OSI模型

1.IEEE802局域网标准2.OSI参考模型分析与思考题BuildingIntelligentEngineeringandTechnology1.IEEE802局域网标准BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyIEEE802局域网标准系列IEEE802是一个局域网标准系列

IEEE802.1A------局域网体系结构

IEEE802.1B------寻址、网络互连与网络管理

IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)

IEEE802.3-------CSMA/CD访问控制方法与物理层规范

IEEE802.3i------10Base-T访问控制方法与物理层规范

IEEE802.3u------100Base-T访问控制方法与物理层规范

IEEE802.3ab-----1000Base-T访问控制方法与物理层规范

IEEE802.3z------1000Base-SX和1000Base-LX访问控制方法与物理层规范BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyIEEE802局域网标准系列IEEE802.4-------Token-Bus访问控制方法与物理层规范

IEEE802.5-------Token-Ring访问控制方法

IEEE802.6-------城域网访问控制方法与物理层规范

IEEE802.7-------宽带局域网访问控制方法与物理层规范

IEEE802.8-------FDDI访问控制方法与物理层规范

IEEE802.9-------综合数据话音网络

IEEE802.10------网络安全与保密

IEEE802.11------无线局域网访问控制方法与物理层规范

IEEE802.12------100VG-AnyLAN访问控制方法与物理层规范BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（1）IEEE802标准功能IEEE802标准功能——定义了ISO/OSI模型物理层和数据链路层的功能物理层——包括物理介质（如UTP）、物理介质连接设备(如RJ45)、连接单元(AUI)和物理收发信号格式。物理层的主要功能——提供编码、解码、时钟提取与同步、发送、接收和载波检测等，为数据链路层提供服务。BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyIEEE802标准——数据链路层数据链路层——包括逻辑链路控制(LLC)子层和介质访问控制(MAC)子层LLC子层的主要功能是（1）控制对传输介质的访问（目前，常用LLC协议有：CSMA/CD、Token-Bus、Token-Ring和FDDI）以及与（2）网络层的接口服务MAC子层的主要功能是提供连接服务类型，其中，面向连接的服务能提供可靠的通信。BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyIEEE802.3（以太网）数据封装BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyLLC帧地址ProtocolSSAP&DSAPValuesIBMSNA04IP063COM80NovellE0BanyanBCNetBIOSF8LANManagerF4LLC地址为数据链路层的服务访问点。在IEEE802局域网中有两种地址，第一种为MAC地址，规定了网卡的地址；第二种为服务访问点SAP地址，规定了访问某一进程（网络层接口）的地址。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology(a)高速以太网返回传输速率为100Mbit/s。信道编码——采用4B/5B编码替代曼彻斯特码。共享网仍采用IEEE802.3的CSMA/CD的介质访问协议。增加自适应功能，同时支持10M和100M带宽（共享/交换网），便于网络升级（1）快速以太网BuildingIntelligentEngineeringandTechnology100BASE标准中的信号线分工技术发送接收电压10BASE-T1,23,62.5V±0.3V100BASE-TX1,23,61.0±50mV100BASE-T41,2/4,5/7,83,6/4,5/7,83.5V±0.35V线缆对数和线路电压比较BuildingIntelligentEngineeringandTechnology(b)吉比特以太网返回BuildingIntelligentEngineeringandTechnology吉比特以太网编码技术图吉比特以太网的体系结构返回BuildingIntelligentEngineeringandTechnology以太网最大网段距离传输介质以太网10BASE快速以太网100BASE吉比特以太网1000BASE最大网段距离5类以上UTP100米100米100米STP/同轴线缆500米100米25米多模光纤2千米412米(半双工)220米(半双工)2千米(全双工)单模光纤25千米20千米5千米BuildingIntelligentEngineeringandTechnology以太网主要技术参数以太网快速以太网吉比特以太网信道编码曼彻斯特编码4B/5B、8B/6T8B/10B工作频率20MHz31.25MHz125MHz双工方式半双工/全双工半双工/全双工半双工/全双工（半双工不常用）时间槽512位时间512位时间512字节时间帧间间隔9.6μs0.96μs0.096μs最大帧长度1518字节1518字节1518字节最小帧长度64字节64字节512字节重发上限16次16次16次后退上限10次10次10次阻塞序列32位32位32位BuildingIntelligentEngineeringandTechnology典型吉比特以太网的配置返回BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（c）10吉比特以太网BuildingIntelligentEngineeringandTechnology10Gbps传输介质与传输距离名称描述传输介质传输距离10GBase-SR805nmLAN接口50/125um光纤65m10GBase-LR1310nmLAN接口62.5/125um光纤300m10GBase-ER1550nmLAN接口50/125um光纤240m10GBase-LW1310nmWAN接口单模光纤10km10GBase-EW1550nmWAN接口单模光纤40kmBuildingIntelligentEngineeringandTechnology10吉比特以太网特点10吉比特以太网只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也受CSMA/CD协议限制。这就使得10吉比特以太网的传输距离不再受进行碰撞检测的限制而大大提高了。吉比特以太网的物理层使用已有的光纤通道的技术，而10吉比特以太网的物理层则是新开发的。有下述两种不同的物理层（1）局域网物理层LANPHY（2）可选的广域网物理层WANPHY10吉比特以太网工作范围已经从局域网(校园网、企业网)扩大到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（2）IEEE802.5——令牌环网IEEE802.5与令牌环（Token-Ring）全等同或兼容——铜缆传输，数据在环内单方向传送，那个站点收到令牌Token才有权将数据负在令牌上传达数据，同时置“忙”符号，令牌在环中不断循环。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（3）IEEE802.4—令牌总线（ARCnet/Token-Bus）令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环，每个站被赋予一个顺序的逻辑位置，和令牌环一样，站点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上一次传递。这种结构用的较少。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology令牌总线MAC帧格式BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（4）IEEE802.8——FDDIWS-WorkstationSRV-ServerFDDI—光纤传输，双令牌环网组网方式BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyFDDI网特点FDDI（FiberDistributedDataInterface)光纤分布式数据接口是一个采用光纤做传输介质的双令牌环网，主要特点如下双环上的数据传输以相反的方向访问，双环中有一个作主环，传输数据，另一个是次环，备用。FDDI的介质访问控制采用分时令牌环，每一刻可以有多各令牌随带数据包在环上传送，传输速度100Mbit/s。相邻站间最大长度可达2km，最大站间距离为200km，连接500多台设备。具有动态分配带宽能力，故能同时提供同步和异步数据服务,分组长度最大为4500字节不受电磁和射频噪声干扰。FDDI主要用作校园环境的主干网BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（5）ATM信元头部有效载荷5Byte

48Byte信元将话音、数据和图像等数据分解成长度固定的数据块各数据块前加上地址、优先级等控制信息ATM是一种高速分组交换技术，采用了以信元(Cell)为单位的存储转发，故又称为信元交换。信元由5字节的信元头部和48字节的有效载荷构成BuildingIntelligentEngineeringandTechnology信元结构BuildingIntelligentEngineeringandTechnology同步时分复用-TDM原理——把时间分割成小的时间片（帧），每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。由于每路数据总是使用每个时间片的固定时隙，所以这种时分复用称为同步时分复用（Synchronous—TDM)

BuildingIntelligentEngineeringandTechnology在ATM网络中，空信元以一定的速率出现，发送站只要获得空信元即可把信息插入到信元中发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为异步传输模式ATM(AsynchronousTransferMode)，实际上就是统计时分复用。异步传输模式ATMBuildingIntelligentEngineeringandTechnologyATM网特点采用基于信元的异步传输模式和虚电路结构：面向连接(虚连接)，按序递交；固定大小的信元，便于高速处理(可用硬件实现)，传输速率155-622Mbps。支持语音、视频和数字多媒体通信，即B-ISDN，可以实时地传送语音和活动图像。以ATM交换机为局域网核心交换机。ATM是现今唯一可同时应用于局域网与广域网两种网络应用领域的网络技术。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology局域网技术的发展路径FDDI网100Mbps2km以太网10Mbps100m快速以太网100MbpsATM155Mbps吉比特以太网3km10吉比特以太网令牌网16MbpsBuildingIntelligentEngineeringandTechnology局域网特点传输介质——传输距离短（0.1－25km），敷设专用的传输介质如双绞线、同轴电缆、光纤等传输技术——数字数据信号基带传输高传输速率和低误码率——局域网传输速率一般为1－100-1000Mbit/s。而其误码率一般在10-8－10-10之间。介质访问控制技术——避免多个用户同时使用通道而产生冲突，是共享（介质）式局域网的关键技术，CSMA/CD、CSMA/CA、Token。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（6）IEEE802.11—无线局域网无线局域网（WLAN）——使用电磁频谱来传递信息。它是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。（a）WLAN有2种主要的拓扑结构——即自组织网络（对等网络，即人们常称的AdHoc网络）和基础结构网络（infrastructure）自组织网络基础结构网络BuildingIntelligentEngineeringandTechnology自组网和基础结构网自组织型WLAN——是一种对等网络,是最简单的无线局域网，是一种无中心的拓扑结构。由一组有无线接口卡的无线终端（特别是移动电脑）组成。这些无线终端以相同的工作组名、扩展服务集标识号（SSID）和密码以对等的方式相互直连，在WLAN的覆盖范围之内，进行点对点或点对多点之间的通信。它的建立是为了满足暂时需求的服务。基础结构型WLAN——要求有一个无线固定基站充当无线接入中心站（AP，AccessPoint），所有站点对无线网络的访问，均由AP中心站控制。在这种拓扑结构中，利用AP中心站可以实现高速的有线或无线骨干传输网接入。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology无线局域网组网无线局域网组成——由无线网卡、无线接入点（AP）、计算机和有关设备组成。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology无线局域组网方式点对点型——常用于固定的要联网的两个位置之间。优点是传输距离远，传输速率高，受外界环境影响较小。点对多点型——常用于有一个中心点，多个远端点的情况下。特点是组建网络成本低、维护简单；由于中心使用了全向天线，设备调试相对容易，但是，波束的全向扩散使得功率大大衰减，网络传输速率低，对于较远距离的远端点，网络的可靠性不能得到保证。混合型——用于所建网络中有远距离的点、近距离的点，还有建筑物或山脉阻挡的点。对于远距离的点使用点对点方式，近距离的多个点采用点对多点方式，有阻挡的点采用中继方式。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology无线局域网用途用于一些布线困难、上网设备经常移动的环境，及搭建临时性的网络。因其自身的优越特性被作为有线网络的补充技术被广泛的应用。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（b）IEEE802.11--物理层802.11标准中物理层的3种实现方法：红外线基带物理层直接序列扩频DSSS与跳频扩频FHSS

两种无线电频率物理层

红外技术(InfraRed)——使用波长为850-950nm的红外线作为传输介质，受阳光干扰大，适合在室内传送数据。接入速率为1

2Mbit/s，适合于近距离通信。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology直接序列扩频DSSS直接序列扩频DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)使用2.4GHz的ISM频段（即主要是开放给工业,科学、医学三个主要机构使用的IndustrialScientificMedical

2.4-2.4835GHz频段），在发射端扩展信号的频谱，而在接收端将扩频信号还原成原始信号。当使用二元相对移相键控时，基本接入速率为1Mbit/s。当使用4元相对移相键控时，接入速率为2Mbit/s。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology跳频扩频FHSS跳频扩频FHSS(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)是另一种扩频技术跳频按随机规律不断改变载频频率，接收端的频率也按随机规律变化，并保持与发射端的变化规律一致。跳频越高，抗干扰的性能越好。军用的跳频系统可以达到上万跳每秒，实际上移动通信GSM系统也是跳频系统。FHSS它也使用(2.4—2.4835GHz)的ISM频段。共有79个信道可供跳频使用。第一个频道的中心频率为2.402GHz，以后每隔1MHz一个信道。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（c）无线局域网CSMA/CA协议IEEE802.11标准在MAC子层采用“带冲突避免(CA)”的载波监听多路访问协议，简称CSMA/CA。为了减少无线设备之间同一时刻同时发送数据导致冲突的风险，IEEE802.11引入了称为请求发送（RTS)/清除发送(CTS）的机制。（a）如果发送目的地是无线节点，数据到达AP中心站后，该AP站将会向无线节点发送一个请求发送RTS帧，请求一段用来发送数据的专用时间；（b）接收到RTS请求帧的无线节点将回应一个CTS帧，表示它将中断其它所有的通信，直到该AP站传输数据结束；（c）其它设备可以监听到传输事件的发生，同时将在此时间段的传输任务向后推迟。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hiddenstationproblem)。站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，于是就不敢向D发送数据。其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据。这就是暴露站问题(exposedstationproblem)。无限局域网的问题BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（d）802.11—速率最初IEEE802.11标准于1997年6月公布，是第一代无线局域网标准。该标准定义了物理层和媒体访问控(MAC)协议的规范，由于在无线网络中冲突检测较困难，媒体访问控制(MAC)层采用避免冲突(CA)协议，而不是冲突检测（CD），但也只能减少冲突。无线局域网系列协议：IEEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g

BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyIEEE802.11a、bIEEE802.11b——第二代无线局域网络协议标准其带宽最高可达11Mb/s，实际的工作速度可以调整为1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps，通常工作速率是5.5Mbps。IEEE802.11b使用的是开放的2.4GB频段，不需要申请。既可作为对有线网络的补充，也可独立组网

。IEEE802.11a——标准的传输优点是传输速度快，采用OFDM(正交频分复用)调制方式，速度可达54Mbps，完全能满足语音、数据、图像等业务的需要。缺点是无法与IEEE802.11b兼容，致使一些早已购买IEEE802.11b标准的无线网络设备在新的802.11a网络中不能用。BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyIEEE802.11g标准IEEE802.11g标准——完全兼容IEEE802.11b标准且与IEEE802.11a速率上兼容。IEEE802.11g也工作在2.4GHz频段内，支持54Mbps的传输速率。这样通过IEEE802.11g原有的IEEE802.11b和IEEE802.11a两种标准的设备就可以在同一网络中使用。54Mbps的IEEE802.11a和IEEE802.11g实际可调整工作速度有54Mbps、48Mbps、36Mbps、24Mbps、18Mbps、12Mbps、11Mbps、9Mbps、6Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps，共12个不同速率可动态转换，以发挥相应网络环境下的最佳连接性能。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（e）无线网络安全问题无线网络安全问题——除了具有有线网络的不安全因素外，还容易遭受窃听和干扰、冒充、欺骗等形式的攻击。WEP不具备认证、访问控制和完整性校验功能，不能完全保证加密传输的有效性，一旦WEP遭到破坏，这类机制的安全也就不复存在。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology2.OSI参考模型（applicationlayer）（transportlayer）（internetlayer）（networkinterfacelayer）BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（1）

OSI参考模型体系结构OSI开放式系统互联参考模型——对计算机网络结构的抽象描述，是对计算机网络通信等任务需求的精确定义。BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyOSI模型七层功能OSI模型7层功能网络应用程序数据格式转换、加解密、压缩主机间会话活动的组织与同步数据分包（报文）与传输地址和最佳路径-两个终端用户通信数据（帧）传输-两相邻节点通信比特传输特性（DTE-DCE）7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层（applicationlayer）（presentationlayer）（sessionlayer）（transportlayer）（networklayer）（datalinklayer）（physicallayer）OSI——不是一个标准，而只是一个制定网络通信协议时使用的概念性框架，更不是一种网络协议。BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyOSI模型——1-2层功能物理层1——定义了数据传输（DTE-DCT间建立、维持与拆除）规则以及设备与物理介质的四个接口特性：机械接口特性、电气接口特性、功能接口特性和过程接口特性。（