无线局域网第二章课件

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1、2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,1,第二章. 局域网基础,2.1 OSI参考模型和局域网的协议体系 2.2 局域网的LLC层协议 2.3 局域网的MAC协议,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,2,OSI参考模型和局域网的协议体系,2.1.1 OSI参考模型 ISO制定了OSI参考模型，便于计算机之间互联-1984 解释：功能层次的计算机互联模型,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,3,一. 物理层 物理层的主要功能是在两个 (或多个)数据链路实体间通过物理介质提供透明的比特流的传输。物理层协议所涉及的问题有: 信号的编码方式，即用什么样的信号传代比特1

2、和0； 传输比特流的速率； 通信方式 (双工或半双工)； 如何实现物理连接的建立和释放； 网络接口的机械与电气参数等。,二. 数据链路层 数据链路层的主要功能是保证网络实体间建立数据链路通道，进行无差错的数据块的交换。这种数据块叫作数据链路服务数据单元，也就是帧。 帧的装配与识别分解。 差错检验与差错恢复功能。 流量控制功能、顺序控制功能。 存取控制功能等。,三. 网络层 网络层的功能是在通信实体之间建立、维持及拆除网络连接， 传送“网络服务数据单元”即数据包。网络层控制通信子网的工作，因此又称为通信子网层。网络层与传输层的接口实际上就是IMP与主机的接口；网络层通过主机接口接收主机传送的信件

3、，并将它们分组成信息分组（包），通过通信子网将数据包传送到目的站的网络层并最终交给目的主机。 网络层协议的内容包括网络寻址、网络连接、网络流量控制、路径选择和中继、信息包的拆装，差错检验及恢复等。,四. 传输层 传输层的功能是在会话实体之间建立传输连接，提供透明的数据传送。它接收来自会话层数据，经过必要的处理并加入一定的附加控制信息传输到网络层。传输层又称为主机-主机层。传输层的连接是源端-目的端的连接，不需要经过中间结点。 一个传输层的连接可以对应多个网络连接，在传输连接吞吐量较大时可以分散数据，改善流通情况，提高响应速度。也可以多个传输连接复用一个网络连接，以降低成本，提高网络利用率。 传

4、输连接可以是点到点的连接，也可以根据需要提供广播式逻辑信道，把数据广播到多个目的地。传输层必须考虑源、目的主机之间的流量控制，以及顺序控制，差错检验和恢复等。,五. 会话层 两个表示层之间的数据交换称为会话 (或对话)。会话层要在两个表示实体之间提供建立会话连接的服务，组织和同步它们的对话，以及为管理它们的数据交换提供必要的手段。 会话连接是建立在传输连接基础之上的，因而必须把会话连接映射成传输连接。一旦连接建立。会话层就要进行对话管理。如连接恢复 (当传输连接出现故障时，会话层应能重新建立传输连接， 以保证对话的继续)；顺序控制 (如传输层不提供，则由会话层提供)等。,六. 表示层 表示层的

5、主要功能就是执行数据变换。这些变换包括数据压缩 (表达层接收 ASCII码字符串作为输入，并产生压缩过的二进制码输出)与解压缩、数据加密与解密、编码变换、格式变换等。,七. 应用层 应用层是网络的最高层，为用户进程提供访问网络的手段。应用层的内容直接取决于网络用户要求什么样的网络服务。但也有一些普遍性的问题，如网络的透明性，任务的分配，分布式数据库的操作等。,OSI参考模型和局域网的协议体系,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,4,局域网拓扑结构 一. 环形局域网,计算机局域网络,环形拓扑局域网络结构,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,5,计算机局域网络,局域网拓扑结

6、构 二. 星形局域网,星形拓扑局域网络结构,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,6,计算机局域网络,局域网拓扑结构 三. 总线形局域网,总线形拓扑局域网络结构,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,7,局域网的规模较小，因而有一些独具的特点: 结构简单 专设通信线路 传输速率高、质量好 灵活性与可扩展性强 可靠性高 实时性强、成本低、易于管理和维护等特点。,OSI参考模型和局域网的协议体系,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,8,IEEE 802委员会给出的基于ISO/OSI七层网络参考模式的局域网体系结构参考模型。在该模型中，将ISO/OSI七层网络参考模式

7、中的应用层、表示层、会话层和传输层和并在一起称为“高层”协议。在所制订的IEEE 802系列标准中并未对局域网高层做特别规定，而是只涉及到数据链路层和物理层，并且把数据链路层划分为逻辑链路控制（LLC）和媒体访问控制（MAC）两个子层。,2.1.2 局域网协议体系,局域网络体系结构参考模式,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,9,OSI参考模型和局域网的协议体系,PHY： 任务是定义与实现建立，维持和拆除物理连接所需的机械的、电气的、功能的特性及规则。目的在于保证可靠的，按照比特位单位的同步与传输。,MAC： 任务:从LLC接收数据、决定是否要把其发给给物理层、给发送数据加载控制信

8、息，并将数据帧传递给物理层；从物理层接收数据帧、检查帧中的控制信息，并判断数据正确性，去掉控制信息，交给LLC。 LLC: 任务：完成两个通信实体间点到点链路上的数据帧传输与控制。实际中LLC通过本层的SAP来构建逻辑连接的。 数据包服务：无确定连接 虚链路服务：面向连接，有确定的逻辑链路。,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,10,2.3 计算机局域网络,2.3.3 局域网协议体系,图2.11 IEEE 802 局域网络协议体系,IEEE802.1 ： 概述局域网的体系结构、层次及各层次间的关系。,IEEE802.2 ： 通用的逻辑链路控制(LLC)规程。,IEEE802.10

9、： 是对LLC子层的补充，主要描述局域网 (LAN) 的网络安全与数据保密问题。,总线拓扑结构的CSMA/CD媒体访问控制(MAC)方法及物理层（PL）规范。,令牌传递总线式 (Token-Passing Bus) 媒体访问控制(MAC)方法及物理层（PL）规范。,令牌传递环式 (Token-Ring) 媒体访问控制(MAC)方法及物理层（PL）规范。,无线局域网（WLAN）媒体访问控制(MAC)方法及物理层（PL）规范。,2.1.3 IEEE 802协议体系,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,11,2.1.4 无线局域网的协议体系,无线局域网协议层次,IEEE 802.11,无

10、线局域网的协议层次,IEEE802.11委员会提出了无线局域网的协议体系。和其它IEEE802系列局域网标准一样，它对OSI七层网络模式中的链路层层以上未作具体规定，而只定义了媒体访问控制（MAC）和物理（PHY）两个层次。,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,12,无线局域网的协议体系,无线局域网的MAC协议,无线局域网(WLAN)的MAC协议的主要功能和操作基本原理原则上与有线局域网没有什么本质区别。由于所采用的传输媒体不同，而媒体访问控制（MAC）不能不和媒体有关。无线局域网(WLAN)的MAC协议必须考虑与所用无线传媒相关的一些特定问题，使得在与信道有关的差错控制、解决隐藏

11、终端等方面有别于有线局域网。另外，无线局域网(WLAN)的MAC协议在网络业务功能、网络安全机制以及协议的具体操作上都比原有的有线局域网MAC协议有较大的改进。 关于无线局域网(WLAN)的MAC协议的详细讨论在随后的章节进行。,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,13,局域网的LLC层协议,1.4 无线局域网的技术要求,一说明 LLC是IEEE 802参考模型的最高层，利用基于802 MAC层的受控链路，在局域网中两个终端用户间建立数据交换的逻辑链路。 LLC提供寻址和数据链路控制服务，且与拓扑结构，传输介质和被选介质访问控制技术是彼此独立。,二原理 当一条逻辑链路构建后，网络层

12、将数据传递给LLC,LLC完成数据帧的差错控制和流量控制，以保证无差错传输。LLC构建LLC协议数据单元（PDU），然后通过SAP传递给MAC，MAC通过在信息报起始和结束位置添加控制信息，组成MAC帧。,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,14,LLC为网络层提供如下三种服务 未确认无连接服务 该服务仅仅发送和接收LLC PDU，不发送确认，不涉及链路建立。（高层保证可靠） 面向连接服务 执行连接建立，数据传输，连接终止。有差错控制机制，比如ARQ,主要通过循环冗余校验码实现。 确认无连接服务 有确认信息，保证数据包发送成功。,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,15

13、,2.3引言2.3.1 MAC协议基础 广播信道及多址接入技术 多址接入信道模型 多址接入协议的主要性能指标2.3.2 典型的时分多址接入MAC协议与性能 多址接入MAC协议的分类 ALOHA协议 CSMA协议 按需分配方式MAC协议2.3.3 无线局域网络对MAC协议的特殊考虑,局域网的MAC协议,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,16,引言,传输媒体及其频带是局域网络特别是一大类广播信道局域网络所有站点共享的系统资源。局域网的媒体访问控制（MAC）协议是在局域网内将传输媒体的频带有效地分配给网络各站点用户的方法。媒体访问的控制策略对整个局域网络的性能（吞吐量、帧延迟时间等）来

14、说是至关重要的。 这里我们概括介绍适合广播信道的局域网络媒体访问控制（MAC）协议。这些协议虽然有些并非为为无线局域网所设计，但原则上都可以用于作为无线局域网的媒体访问控制（MAC）协议。在介绍广播信道模型的基础上，分析了经典的ALOHA协议、CSMA协议的原理及性能，最后对适合无线局域网的CSMACA（冲突避免）等协议进行讨论。,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,17,MAC协议基础,广播信道及多址接入技术,一广播信道概念及信道的容量,所谓广播信道，简单说来是指系统中的所有站点都连接在该信道上，这些站点中的任何一个所发送出的信号，都可以被系统中与信道相连接的所有其它站点接收到。

15、,信道是有容量限制的，而信道容量则是信道资源大小的量度，表示信道能够可靠传输信息的速率能力。信道容量的大小由下面的香农公式给出： C = Blog2（1+S/N） 式中，C为信道容量，单位为bit/s；B为信道频带宽度，单位为Hz；S/N是信道中的信号功率（S）与噪声功率（N）之比，称为信噪比。,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,18,MAC协议基础,1 广播信道及多址接入技术,二信道的复用与多址接入技术,原则上说来，同一局域网络系统中两个（或两个以上）站利用同一频带信道资源是不能在同一时间发送信息的。通常采用分割子信道的方法。 分割子信道通常又称为复用技术。复用技术除了以前提到

16、的频分多址（FDMA）和码分多址（CDMA）技术外，还有一种常用的时分多址（TDMA）技术。FDMA和CDMA技术在GSM蜂窝电话网或无线局域网中用来分割相邻不同小区的子信道，而在单小区无线局域网或有线局域网内，为了若干站共享同一媒体资源，常采用时分的方式，若干站交替在不同时间占用公共信道媒体来发送信号，这一技术称为时分多址接入技术。下面及后续各节主要介绍时分多址接入技术的有关MAC协议。,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,19,MAC协议基础,2 多址接入信道模型,一N用户广播信道,站点1 站点 2 站点 N,N用户广播信道模型, N个用户直接“连接”在该信道上； 任一用户发送出的信息信号可被所有其它站接收到； 信道是半双工的，即同一时间仅当只有一个站发送信息时， 其它站才可以正确接收。,2020/9/26,移动通信重点实验室-景小荣,20,MAC协议基础,2