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1、年计算机网络考研辅导讲座数据链路层中Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望第四讲：数据链路层(中)2011年考研大纲考查范围:数据链路层（局域网部分）：知识点归纳( (六六) )局域网局域网 1. 1.局域网的基本概念与体系结构局域网的基本概念与体系结构 分析分析LAN特性的三个方面：传输介质、拓扑结构、介质访特性的三个方面：传输介质、拓扑结构、介质访问控制方法（问控制方法（MAC），），其中其中MAC最重要。最重要。 传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电、红外传输介质
2、：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电、红外 拓扑结构：星形、总线形、环形、树形拓扑结构：星形、总线形、环形、树形知识点归纳qIEEE在在1980年年2月成立了局域网标准化委员会（简称月成立了局域网标准化委员会（简称IEEE802委委员会），专门从事局域网的协议制订，形成了一簇的标准，称为员会），专门从事局域网的协议制订，形成了一簇的标准，称为IEEE802标准。该标准已被国际标准化组织标准。该标准已被国际标准化组织ISO采纳，作为局域网的国际标采纳，作为局域网的国际标准系列，称为准系列，称为ISO8802标准。在这些标准中，根据局域网的多种类型，标准。在这些标准中，根据局域网的多种类型，规定了各自
3、的拓朴结构、帧格式、媒体访问控制方法等内容。规定了各自的拓朴结构、帧格式、媒体访问控制方法等内容。qIEEE802.1是局域网的体系结构、网络管理和网际互连协议。是局域网的体系结构、网络管理和网际互连协议。qIEEE802.2规范了数据链路层与媒体无关的部分，放在规范了数据链路层与媒体无关的部分，放在LLC子层。子层。LLC（LogicalLinkControl）逻辑链路控制子层，负责完成通常意义下的数据链路层功能，如差逻辑链路控制子层，负责完成通常意义下的数据链路层功能，如差错控制、流量控制等。错控制、流量控制等。MAC（MediaAccessControl）介质访问控制子层，专门负责解决设
4、备使用共享信道的问题。介质访问控制子层，专门负责解决设备使用共享信道的问题。涉及与媒体访问有关的放涉及与媒体访问有关的放MAC子层，根据具体网络的媒体访问子层，根据具体网络的媒体访问控制方法分别处理。其中主要的控制方法分别处理。其中主要的MAC协议有：协议有：qIEEE802.3载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测冲突检测CSMA/CD访问方法和物访问方法和物理层协议；理层协议；qIEEE802.4令牌总线（令牌总线（TokenBus）访问方法和物理层的协议；访问方法和物理层的协议；其其物理上是总线结构，逻辑上是令牌环；物理上是总线结构，逻辑上是令牌环；qIEEE802.5令牌环（令牌环
5、（TokenRing）访问方法和物理层协议；访问方法和物理层协议；qIEEE802.6关于城域网的分布式队列双总线关于城域网的分布式队列双总线DQDB（DistributedQueueDualBus）的标准等；的标准等；qIEEE802.11是无线局域网的介质访问方法和物理层协议；是无线局域网的介质访问方法和物理层协议；(WiFi)qIEEE802.15是无线个人区域网是无线个人区域网WPAN的介质访问方法和物理层协的介质访问方法和物理层协议；议； qIEEE802.16是无线城域网是无线城域网WMAN的标准。的标准。(WiMAX)知识点归纳知识点归纳分成分成MAC、LLC两个子层的好处：两个
6、子层的好处：q局域网可采用多种传输介质与拓扑，相应地介质访问控制方法就局域网可采用多种传输介质与拓扑，相应地介质访问控制方法就有多种。将数据链路层分成两个子层，只要设计合理，使得有多种。将数据链路层分成两个子层，只要设计合理，使得MAC子子层向上面提供统一的服务接口，就能将底层的实现细节完全屏蔽掉。层向上面提供统一的服务接口，就能将底层的实现细节完全屏蔽掉。即：不同的物理网络，物理层与即：不同的物理网络，物理层与MAC子层不同，子层不同，而而LLC子层相子层相同，网络的上层协议可运行于任何一种同，网络的上层协议可运行于任何一种IEEE802标准的局域网上。标准的局域网上。q这种分层方法也使得这
7、种分层方法也使得IEEE802标准具有良好的可扩充性，可以很标准具有良好的可扩充性，可以很方便地接纳新的介质与介质访问控制方法方便地接纳新的介质与介质访问控制方法。知识点归纳知识点归纳qIEEE802标准定义了标准定义了LLC子层和子层和MAC子层的帧格式。数据传输过程中，子层的帧格式。数据传输过程中，LLC子层将高层递交的报文分组作为子层将高层递交的报文分组作为LLC的信息字段，再加上的信息字段，再加上LLC子层目的服子层目的服务访问点（务访问点（DSAP）、）、源服务访问点（源服务访问点（SSAP）及相应的控制信息以构成及相应的控制信息以构成LLC帧。帧。 DSAPSSAP控制控制数数 据
8、据 111or2长度无限制单位：字节LLC帧：帧：LLC首部DSAP：目的服务访问点地址(如B1、B3)SSAP：源服务访问点地址(如A1、C1)LLCMACPHYLLCMACPHYLLCMACPHY()()()()()()进程X进程YABCB1B2B3A1A2C1进程A进程C知识点归纳由于由于Internet发展很快，发展很快，而而TCP/IP体系经常使用的局体系经常使用的局域网是域网是DIXEthernetII标准的网络，而不大用标准的网络，而不大用IEEE802.3标标准中的几种局域网，因此现在准中的几种局域网，因此现在IEEE802委员会制定的逻辑链委员会制定的逻辑链路控制子层路控制子
9、层LLC（即即802.2标准）的作用已经不大，标准）的作用已经不大，只用于只用于一些局域网体系结构分析的文章中，一些局域网体系结构分析的文章中，很多厂商生产的网卡上很多厂商生产的网卡上就仅装有就仅装有MAC协议而没有协议而没有LLC协议协议，在分析实际的，在分析实际的TCP/IP网络时要注意这一点。网络时要注意这一点。知识点归纳2.以太网与以太网与IEEE802.3 以太网的规范为以太网的规范为IEEE802.3，介质访问控制采用介质访问控制采用CSMA/CD。为了通信的简便，为了通信的简便，以太网采取了两种方法：以太网采取了两种方法：第一，采用第一，采用无连接无连接的工作方式，即不必先建立连
10、接就可以的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送直接发送数据数据。第二，第二，不要求不要求收到数据的目的站发回收到数据的目的站发回确认确认。不要确认的理由是局域。不要确认的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。因此，以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。因此，以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。每块以太网络接口卡每块以太网络接口卡(NIC)都有自己都有自己48位的位的MAC-48地址地址(硬件地址硬件地址)，通，通用名为扩展唯一标识符用名为扩展唯一标识符EUI-48，在全世界范围内地址唯
11、一。其中，前在全世界范围内地址唯一。其中，前24位为位为IEEE分配的生产网卡公司的组织唯一标识符分配的生产网卡公司的组织唯一标识符OUI(如如3COM为为02-60-8c)，后后24位由厂家给自己生产的每块网卡自行指派的序号。位由厂家给自己生产的每块网卡自行指派的序号。知识点归纳(CSMA/CD工作流程)介质忙？介质忙？载波监听载波监听冲突窗口内检冲突窗口内检 测到冲突？测到冲突？发送完？发送完？发送发送JamJamN16N16? ?YesYesNoNoNoNoYesYes 发送成功发送成功YesYes 发送失败发送失败NoNo 二进制指数退避，二进制指数退避， 延迟一随机时间延迟一随机时间
12、NoNoYesYes发送帧发送帧 冲突次数冲突次数N+N+具有冲突检测的载波监听多路访问具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD：工作原理：某站点要发送数据帧前，先监听信道，若信道空闲,则立即发送数据帧，若信道忙，则坚持一直监听到信道空闲，然后立即发送数据帧，发送数据帧的同时，边发送边监听(在冲突检测窗口的2时间内，其中2为最远的两个端点间一来一回传输的时间),若在此期间监听到冲突，立即停止发送，并发送Jam干扰信号串到网上通知全网站点以强化冲突，使各冲突的站点马上停止发送，使信道很快空闲下来，然后按截断的二进制指数退避算法延迟一段随机时间，再监听信道尝试发送。1-坚持CSMA,再加上CD
13、(冲突检测)。冲突检测方法：（1）比较接收到的信号电压的大小或（2）检测曼彻斯特编码的过零点或（3）比较接收到的信号与刚发出的信号退避算法：为截断的二进制指数退避算法，来决定重发时延：从0,1,2,.,2k-1中随机取一个数r，重发时延=r(2)，其中k=min重发次数，10知识点归纳（CSMA/CD）知识点归纳由于由于10M以太网以太网最大直径时的一来一回的时延定为最大直径时的一来一回的时延定为512位时间位时间(51.2s)，最短的以太幀必须达到最短的以太幀必须达到512位位(64字节字节)，考虑到电信号在电，考虑到电信号在电缆中传输速度缆中传输速度200m/s及在中继器中的延迟及在中继器
14、中的延迟,10Mbps粗缆时两站间最长粗缆时两站间最长距离不能超过距离不能超过2.5公里。公里。3-4-5原则原则：1010Mbps以太网规划中应该遵循的规则，以太网规划中应该遵循的规则， 从而保证以太网能够正常工作。从而保证以太网能够正常工作。5指任意两个站点间最多有指任意两个站点间最多有5个以太网网段个以太网网段4任意两个站点间最多有任意两个站点间最多有4个中继器个中继器 3表示任意两个站点间最多有表示任意两个站点间最多有3个网段有站点相连个网段有站点相连 也就是说如果两个站点间有也就是说如果两个站点间有5个以太网网段，并不是所有的网段都个以太网网段，并不是所有的网段都可以连接站点，有些网
15、段只是用来扩展网络的距离。可以连接站点，有些网段只是用来扩展网络的距离。知识点归纳10Mbps以太网以太网的的3-4-5原则原则与直径：与直径：知识点归纳HUB就像是一根缩短的总线：就像是一根缩短的总线：知识点归纳Category3/4/5/6UTP支持的带宽：支持的带宽：Cat.3UTP(1&2,3&6)10BASE-TCat.5UTP(1&2,3&6)100BASE-TXCat.5eUTP(1&2,3&6,4&5,7&8)1000BASE-T知识点归纳MAC子层两个主要功能：子层两个主要功能：(1)数据的封装与解封(组幀、寻址和错误检测)(2)介质访问管理(介质分配和冲突解决)发送数据封装
16、接收数据解封发送介质访问管理接收介质访问管理发送数据编码接收数据解码LLCMACPHYMAC帧字节6624IP层物理层目的地址源地址长度/类型FCSMAC层1010101010101010101010101010101011前同步码帧开始定界符7字节1字节8字节插入数数据据MAC子层IP层LLC子层802.2LLC帧当长度/类型字段表示长度时802.3MAC帧帧EthernetIIMAC帧帧Novell网络使用这种802.3+802.2帧431497111DSAP SSAP111控制数数据据字节DSAPSSAP控制IP数据报数据报IP数据报InternetTCP/IP网络的网络的Etherne
17、tII帧格式帧格式目的地址源地址类型数据FCS6624字节461500知识点归纳无效的无效的MAC帧：帧：q数据字段的长度与长度字段的值不一致；数据字段的长度与长度字段的值不一致；q帧的长度不是整数个字节；帧的长度不是整数个字节；q用收到的帧检验序列用收到的帧检验序列FCS查出有差错；查出有差错；q数据字段的长度不在数据字段的长度不在461500字节之间。字节之间。有效的有效的MAC帧长度为帧长度为641518字节之间。对于检查出字节之间。对于检查出的无效的无效MAC帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。v帧间最小间隔为帧间最小间隔为9.6 s，相
18、当于，相当于96bit的发送时间。的发送时间。v一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6 s才能再次才能再次发送数据。这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来发送数据。这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。得及清理，做好接收下一帧的准备。快速以太网快速以太网(FastEthernet):q快速以太网快速以太网(FastEthernet，FE)，包括包括100BASE-X（100BASE-TX、100BASE-FX）和和100BASE-T4。q与与10Mbps以太网的比较：以太网的比较：v传输率快传输率快10倍，
19、因而冲突域直径减小约倍，因而冲突域直径减小约10倍倍vMAC子层仍采用子层仍采用CSMA/CD,但重新定义了物理层规范但重新定义了物理层规范v帧类型帧类型、幀长、幀格式仍沿用幀长、幀格式仍沿用IEEE802.3，但幀间间隔但幀间间隔由由9.6s调整为调整为0.96s(因为传输速率提高了因为传输速率提高了10倍倍)知识点归纳快速以太网物理层快速以太网物理层:知识点归纳快速以太网分类快速以太网分类:知识点归纳100BASE-TX实现实现:100BASE-TX使用使用2对对5类类UTP电缆，用线对电缆，用线对1/2(发发送送),3/6(接收接收)，电缆制作同，电缆制作同10BASE-T，连接器使用连
20、接器使用8针针RJ-45连接器，从站点到集线器或交换机间的距离应小于连接器，从站点到集线器或交换机间的距离应小于100m。知识点归纳100BASE-TX的连接距离的连接距离:II类中继器类中继器HUB只连接相同类型的快速以太网站点，时延只连接相同类型的快速以太网站点，时延0.46s，一个冲突域可有一个冲突域可有2个中继器个中继器HUB。知识点归纳I类中继器类中继器HUB可连接不同类型的可连接不同类型的100BASE-TX,-FX,-T4,并并进行适配转换，时延进行适配转换，时延0.7s，一个冲突域只能有一个冲突域只能有1个中继器。个中继器。知识点归纳100BASE-FX实现实现:100BASE
21、-FX使用使用2根多模或单模光纤根多模或单模光纤，一根光纤用来发送一根光纤用来发送,一根用来接收，可使用一根用来接收，可使用SC(多使用此多使用此)或或ST连接器。连接器。CSMA/CD半半双工与双工与HUB连接时最长可连接时最长可400m(为确保能检测冲突为确保能检测冲突)，使用多模光使用多模光纤全双工与交换机连接时可纤全双工与交换机连接时可2km，而使用单模光纤全双工与交换而使用单模光纤全双工与交换机连接时可机连接时可10km。知识点归纳快速以太网的自动协商快速以太网的自动协商:自动协商（AutoNegotiation）：使连接在一条线路上的两个设备能够告知另一端可能的速率，集线器或网卡将
22、自动调整速率至最高的公共水平，即线路两端可能具有的最高速率。按优先权从高到低依次为：100BASE-TX全双工100BASE-T4100BASE-TX10BASE-T全双工10BASE-T知识点归纳AutoNegotiation举例举例:加电时，线路两端的设备互相告知另一端自己可能的速率，集线器或网卡将自动调整速率至线路两端可能具有的最高公共速率最高公共速率，即10BASE-THalfDuplex。知识点归纳快速以太网组网实例快速以太网组网实例:知识点归纳千兆以太网千兆以太网(GigabitEthernet，GE):允许速率在允许速率在1Gbps下全双工下全双工(交换机交换机)和半双工和半双工
23、(HUB)两种方式工作两种方式工作采用采用802.3协议规定的协议规定的MAC帧格式帧格式半双工方式下使用半双工方式下使用CSMA/CD协议协议,全双工方式不使用全双工方式不使用CSMA/CD与与10BASE-T和和100BASE-T技术向后兼容技术向后兼容千兆位以太网有两个物理层标准：千兆位以太网有两个物理层标准：IEEE802.3z(1000BASE-X,1998.6)IEEE802.3ab(1000BASE-T,1999.4)1000BASE-X：对对应应于于802.3z标标准准，该该标标准准基基于于光光纤纤通通道道的的物物理理层层，使使用用媒媒体体有有三三种种：1000BASE-SX(
24、多多模模光光纤纤，用用850nm短短波波长长激激光光器器)、1000BASE-LX (多多模模或或单单模模光光纤纤，用用1300nm长长波波长长激激光光器器)、1000BASE-CX(短距离平衡型铜缆短距离平衡型铜缆)。1000BASE-T：对对应应于于802.3ab标标准准，该该标标准准使使用用增增强强型型5类类(超超5类类)或或6类类UTP，一一根根UTP电电缆缆中中的的8根根线线(4对对)全全部部用用上上了了。并并采采用用了了与与100BASE-TX类似的自动协商机制。类似的自动协商机制。知识点归纳千兆以太网系列千兆以太网系列:802.3z802.3abMAC层层物理层物理层传输媒体传输
25、媒体知识点归纳千兆以太网千兆以太网的最大传输距离的最大传输距离: :知识点归纳千兆以太网千兆以太网关键技术关键技术: :q千兆以太网工作在千兆以太网工作在半双工方式半双工方式时：时：必须进行冲突检测，由于速率比以前又提高必须进行冲突检测，由于速率比以前又提高10倍，因此只倍，因此只能减小最大电缆长度能减小最大电缆长度10倍或增大最短幀长度倍或增大最短幀长度10倍，前者使最大倍，前者使最大电缆长度减小到电缆长度减小到10m，实用价值太小；后者在发送短数据时开实用价值太小；后者在发送短数据时开销又太大，所以在保持网段最长销又太大，所以在保持网段最长100m的同时，采用下法：的同时，采用下法：(1)
26、 (1) 载波延伸载波延伸 (carrierextension)(2) (2) 分组突发分组突发（packetbursting) q千兆以太网工作在千兆以太网工作在全双工方式全双工方式时：时：通信双方可同时进行发送和接收数据，此时无冲突发生，通信双方可同时进行发送和接收数据，此时无冲突发生，不使用冲突检测，因此不使用载波延伸和分组突发。不使用冲突检测，因此不使用载波延伸和分组突发。知识点归纳最小帧长仍保持最小帧长仍保持64字节（字节（512位）不变，但规定争用期为位）不变，但规定争用期为512字节（即字节（即4096位时间）。当发送一帧时，如果帧长小于位时间）。当发送一帧时，如果帧长小于512
27、字节，那么物理层将发送一个特殊的字节，那么物理层将发送一个特殊的“扩展载波扩展载波”符号序列进符号序列进行填充，直至帧长达到行填充，直至帧长达到512字节。字节。目地地址源地址数据长度数 据FCSMAC 帧的最小值 = 64 字节载波延伸前同步码加上载波延伸使 MAC 帧长度 = 争用期长度512 字节在以太网上实际传输的帧长6字节8字节6字节2字节4字节载波延伸法载波延伸法:知识点归纳分组突发法：分组突发法：当有很多短帧要发送时，第一个短帧用载波扩展的方法当有很多短帧要发送时，第一个短帧用载波扩展的方法进行填充，但随后的一些短帧则可一个接一个地发送，它们进行填充，但随后的一些短帧则可一个接一
28、个地发送，它们之间只需留有必要的帧间最小间隔即可，形成一串分组突发，之间只需留有必要的帧间最小间隔即可，形成一串分组突发，直至总长达到直至总长达到1500字节或稍多。字节或稍多。发送的数据 分组#1 RRRRRRRR 分组#2 RRRR 分组#3 RRR 分组#4争用期 512 字节将突发计时器设定为 1500 字节载波延伸载波监听 知识点归纳千兆以太网实现：千兆以太网实现：知识点归纳1000Base-X的实现：的实现：1000BASE-SX(多模光纤，用多模光纤，用850nm短波长激光器短波长激光器)1000BASE-LX(多模或单模光纤，用多模或单模光纤，用1300nm长波长激光器长波长激
29、光器)1000BASE-CX(短距离平衡型铜缆短距离平衡型铜缆)知识点归纳1000Base-T的实现：的实现：使用增强型使用增强型5类类(超超5类类)或或6类类UTP，一根一根UTP电缆中的电缆中的8根线根线(4对对)全部用上全部用上知识点归纳千兆以太网的应用：千兆以太网的应用：知识点归纳万兆以太网（万兆以太网（10GigabitEthernet，10GE）：）：万兆以太网以比前者万兆以太网以比前者10倍以上的能力增加带宽，其通信处理倍以上的能力增加带宽，其通信处理通力将极大地缓解局域网主干网所承受的压力，同时也为用户提通力将极大地缓解局域网主干网所承受的压力，同时也为用户提供高效运行数据密集
30、型应用程序所需的可伸缩性和速度。更重要供高效运行数据密集型应用程序所需的可伸缩性和速度。更重要的是，它还从根本上对城域网、广域网以及其它长距离网络应用的是，它还从根本上对城域网、广域网以及其它长距离网络应用提供了极大支持，它与现存的大量提供了极大支持，它与现存的大量SONET（电信使用的光网络）电信使用的光网络）兼容，可将万兆以太网流量映射到兼容，可将万兆以太网流量映射到SONET的的STS-192c帧中。帧中。万兆以太网标准对物理层进行了重新定义。新标准的物理层万兆以太网标准对物理层进行了重新定义。新标准的物理层有两种：分别为有两种：分别为LAN物理层物理层和和WAN物理层物理层(可选可选)
31、。LAN物理层提物理层提供了现在正广泛应用的以太网接口，传输速率为供了现在正广泛应用的以太网接口，传输速率为10Gb/s；WAN物物理层则提供了与理层则提供了与SONETOC-192c(STS-192c)和和SDHSTM-64相相兼容的接口，传输速率为兼容的接口，传输速率为9.95328Gb/s。知识点归纳q万兆以太网的幀格式与万兆以太网的幀格式与10Mb/s，100Mb/s，1Gb/s以太网的以太网的幀格式完全相同，还保留了幀格式完全相同，还保留了802.3标准规定的标准规定的以太网最小和以太网最小和最大幀长最大幀长，这样它仍能和较低速率的以太网很方便通信。，这样它仍能和较低速率的以太网很方
32、便通信。q只使用光纤只使用光纤作为传输媒体。作为传输媒体。它使用长距离（超过它使用长距离（超过40km）的的光收发器与单模光纤接口，以便能够工作在广域网和城域光收发器与单模光纤接口，以便能够工作在广域网和城域网的范围。万兆以太网也可使用较便宜的多模光纤，但传网的范围。万兆以太网也可使用较便宜的多模光纤，但传输距离为输距离为65300m。q只工作在全双工方式只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也不使用，因此不存在争用问题，也不使用CSMA/CD协议，协议，传输距离不再受进行冲突检测的限制而大传输距离不再受进行冲突检测的限制而大大提高大提高（交换网络的传输距离只受光纤所能到达距离的限（交换网络
33、的传输距离只受光纤所能到达距离的限制）制），而且使标准得以大大简化。，而且使标准得以大大简化。知识点归纳万兆以太网的物理层：万兆以太网的物理层：局域网物理层局域网物理层LANPHY。局域网物理层的数据率是局域网物理层的数据率是10.000Gb/s。可选的广域网物理层可选的广域网物理层WANPHY。广域网物理层具有另广域网物理层具有另一种数据率，这是为了和所谓的一种数据率，这是为了和所谓的“Gb/s”的的SONET/SDH（即即OC-192/STM-64）相连接。相连接。为了使为了使10吉比特以太网的帧能够插入到吉比特以太网的帧能够插入到OC-192/STM-64帧的有效帧的有效载荷中，就要使用
34、可选的广域网物理层，其数据率为载荷中，就要使用可选的广域网物理层，其数据率为9.95328Gb/s。知识点归纳端到端的以太网传输：端到端的以太网传输： 万兆以太网的出现，使以太网的工作范围已经从万兆以太网的出现，使以太网的工作范围已经从局域网局域网（校园网、（校园网、企业网）扩大到企业网）扩大到城域网城域网和和广域网广域网，从而实现了，从而实现了端到端端到端的以太网传输。的以太网传输。10G以太网巨大的带宽使之可以成为园区骨干网或企业数据中心以太网巨大的带宽使之可以成为园区骨干网或企业数据中心的首选，更使城域网和广域网的面貌焕然一新。长距离的首选，更使城域网和广域网的面貌焕然一新。长距离LAN
35、物理层和物理层和兼容兼容SONET的的WAN物理层的定义，赋予以太网在广域网中前所未有物理层的定义，赋予以太网在广域网中前所未有的强大形象。的强大形象。在宽带城域网的大量建设中，在宽带城域网的大量建设中，万兆或万兆捆绑这样的宽带需求在万兆或万兆捆绑这样的宽带需求在城域网中的汇聚层及骨干层有相当多的市场需求。城域网中的汇聚层及骨干层有相当多的市场需求。由于由于10G以太网又以太网又支持与支持与SONET/SDH基础架构的无缝连接能力，基础架构的无缝连接能力，这使得这使得10G以太网方以太网方案将在新兴的宽带广域网市场取得发展。可以设想，案将在新兴的宽带广域网市场取得发展。可以设想，10G以太网在
36、城以太网在城域网中的应用将可在同一城市中任意两座大楼间实现互连，通过光纤域网中的应用将可在同一城市中任意两座大楼间实现互连，通过光纤实现实现10G以太网连接，以太网连接，用户将得到前所未有的高速传输速率。用户将得到前所未有的高速传输速率。知识点归纳3.无线局域网与无线局域网与IEEE802.11知识点归纳WLAN在无线网络中的位置在无线网络中的位置WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)是指传输范围在是指传输范围在100米左右的无线网络，它的推动联盟为米左右的无线网络，它的推动联盟为Wi-FiAlliance（目目前都以前都以Wi-Fi产品的称呼来形容产品的称呼来形容802
37、.11的产品），可用于单的产品），可用于单一建筑物或办公室之内，一建筑物或办公室之内，需要使用需要使用WLAN的场合主要包括：的场合主要包括：(1)不方便架设有线网络的环境不方便架设有线网络的环境;(2)使用者时常需要移动位置使用者时常需要移动位置;(3)临时性的网络。临时性的网络。802.11WLAN主要面向两种应用类型：主要面向两种应用类型：(1)接入接入：无线站点通过无线接入设备访问企业网络：无线站点通过无线接入设备访问企业网络(2)中继中继：利用无线信道作为企业网的干线，用于大楼：利用无线信道作为企业网的干线，用于大楼(LAN)与大楼与大楼(LAN)之间的数据传输之间的数据传输知识点归
38、纳在实际使用上，通常会将在实际使用上，通常会将WLAN和现有的有线局域网结合，不但增加原本和现有的有线局域网结合，不但增加原本网络的使用弹性，也可扩大无线网络的使用范围。网络的使用弹性，也可扩大无线网络的使用范围。IEEE的的802.11及其相关标准：及其相关标准：(IR)IEEE802.11b,11Mbps，使用使用DSSS技术技术,11或或13个信道，最多个信道，最多3个互不重叠，工作在个互不重叠，工作在2.4GHz频段频段IEEE802.11a,54Mbps，使用使用OFDM技术技术,多个信道，最多多个信道，最多12个互不重叠，工作在个互不重叠，工作在5GHz频段频段IEEE802.11
39、g,54Mbps，使用使用OFDM技术技术,（802.11g兼容兼容802.11b）11或或13个信道，最多个信道，最多3个互不重叠，工作在个互不重叠，工作在2.4GHz频段频段IEEE802.11n,108Mbps320M甚至甚至600Mbps，双频工作模式（含双频工作模式（含2.4GHz和和5GHz两个工作频段）两个工作频段）,兼容以往的兼容以往的802.11a/b/g标准。采用标准。采用MIMO与与OFDM调制相结合、天线等传输技术使传输距离大大增加，可达几公调制相结合、天线等传输技术使传输距离大大增加，可达几公里（并能够保障里（并能够保障100Mbps的传输速率）。的传输速率）。知识点
40、归纳802.11b/g互不重叠信道的选择：互不重叠信道的选择：16112.412G2.4GHz2.4172.4222.4272.4322.4372.4422.4472.4522.4572.4622.4672.4722.4835GHz234125789101322MHz北美使用北美使用111信道，欧洲使用信道，欧洲使用113信道。由图知，某信道的信号传送信道。由图知，某信道的信号传送时会与相邻的多个信道产生重叠，若在同一个空间建立多个时会与相邻的多个信道产生重叠，若在同一个空间建立多个BSS/IBSS时，要时，要让它们所用的信道不会互相重叠而产生干扰。在同一个空间最多只能使用让它们所用的信道不会
41、互相重叠而产生干扰。在同一个空间最多只能使用1、6、11这三个信道，若选用其他信道，最多只能有这三个信道，若选用其他信道，最多只能有2个互不干扰的信道。个互不干扰的信道。知识点归纳同一空间同一空间802.11b多信道的使用增加带宽多信道的使用增加带宽Blue = 11Mb/s (channel 1)Green = 11Mb/s (channel 6)Red = 11Mb/s (channel 11)Total Bandwidth=33Mb/s!无线局域网无线局域网WLAN的组成，两种类型的的组成，两种类型的WLAN：1.Infrastructured网网（有固定基础设施的网络）（有固定基础设施
42、的网络）2.AdHoc网网（特定网络，或称自组网络，无固定基础设施）（特定网络，或称自组网络，无固定基础设施）知识点归纳Infrastructured网网(基础设施网基础设施网)有有AP(AccessPoint,接入点接入点)，无线站点通信首先要经过无线站点通信首先要经过APAdHoc网网（无线自组网）（无线自组网）IBSS(IndependentBSS，独立基本独立基本服务集服务集)，无，无AP，站点间直接通信，站点间直接通信）IBSSBSSBSS（基本服务集）：基本服务集）：知识点归纳ESS（扩展服务集）：扩展服务集）：属属Infrastructured网网(DS:分布系统，分布系统，AP
43、：接入点，接入点，SSID：ESS扩展服务扩展服务集标识符集标识符)。一个移动节点使用某。一个移动节点使用某ESS的的SSID加入加入ESS，移动节点可实现移动节点可实现ESS中的一个中的一个BSS到另一个到另一个BSS的的漫游。漫游。知识点归纳移动自组网移动自组网(MobileAdhocnetwork)：移动自组网（移动自组网（MANET），），无基础设施，没有基本服务集无基础设施，没有基本服务集中的接入点中的接入点AP，而是由一些处于平等状态的移动站之间相而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。移动自组网络中的每一个移动设备互通信组成的临时网络。移动自组网络中的每一个移动
44、设备都具有路由器的转发分组的功能。都具有路由器的转发分组的功能。自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点知识点归纳中继例：扩展距离中继例：扩展距离-无线网桥无线网桥中继中继：利用无线信道作为企业网的干线，用于大楼与大楼之间利用无线信道作为企业网的干线，用于大楼与大楼之间的数据传输。的数据传输。知识点归纳Channel 1Access PointWireless ClientsChannel 1Access PointWireless Repeater “Cell”LAN Backbone无线中继无线中继(WirelessRepeater)例：例：知识点归纳中继中继802.11
45、标准中的标准中的PHY层：层：WLAN传输方式有传输方式有红外线红外线(InfraRed,IR)和和无线电射频无线电射频两种两种红外系统的优点：不受无线电干扰；视距传输，检测和窃听困难，保红外系统的优点：不受无线电干扰；视距传输，检测和窃听困难，保密性好。缺点是：对非透明物体的透过性极差，传输距离受限；易受密性好。缺点是：对非透明物体的透过性极差，传输距离受限；易受日光、荧光灯等干扰；半双工通信。日光、荧光灯等干扰；半双工通信。无线电射频系统采用无线电射频系统采用扩频扩频(SpreadSpectrum)技术进行调制。扩频技技术进行调制。扩频技术的频率范围开放在术的频率范围开放在ISM频段频段，
46、此频段不需申请：，此频段不需申请：Industry:902928Mhz(26MHz)Science:2.42.4835GHz(83.5MHz)Medicine:5.155.35GHzand5.7255.825GHz(300MHz)扩频技术主要又分为扩频技术主要又分为跳频跳频和和直接序列直接序列两种技术。两种技术。知识点归纳FHSS（跳频扩频）跳频扩频）*FrequencyHoppingSpreadSpectrumFHSS使用了传统的窄带数据传输技术，但传输频率将发生周期性的切使用了传统的窄带数据传输技术，但传输频率将发生周期性的切换。系统在一个扩展或宽波段的信道上使用不同的中心频率，换。系统在
47、一个扩展或宽波段的信道上使用不同的中心频率，以预先安排以预先安排好的顺序在固定的时间间隔内进行跳频。好的顺序在固定的时间间隔内进行跳频。跳频现象可以使跳频现象可以使FHSS系统避免系统避免受到信道内窄带噪声的干扰。受到信道内窄带噪声的干扰。DSSS（直接序列扩频）直接序列扩频）*DirectSequenceSpreadSpectrum（Chipcode也称为也称为pseudo-noice或或spreadingcode）DSSS系统则将要传输的数据流通过扩展码调制而人为地扩展带宽，即使系统则将要传输的数据流通过扩展码调制而人为地扩展带宽，即使在传输波段中存在部分噪声信号，接收机也可以无错误地接收
48、数据。在传输波段中存在部分噪声信号，接收机也可以无错误地接收数据。使用扩频技术的好处：使用扩频技术的好处：扩频是一种在信号传输前先将信号的带宽进行扩展的技术。扩频是一种在信号传输前先将信号的带宽进行扩展的技术。采用扩频的好处是：采用扩频的好处是：限制发射功率谱密度，减小对其它设备的影响限制发射功率谱密度，减小对其它设备的影响提高抗干扰能力提高抗干扰能力。若使用窄频，容易受到使用相同频率的。若使用窄频，容易受到使用相同频率的通信干扰，导致完全无法通信通信干扰，导致完全无法通信(“盖台盖台”)有一定的加密作用有一定的加密作用。对于非特定的目的接收器，由于扩展。对于非特定的目的接收器，由于扩展了带宽
49、的信号混在背景噪声中，让蓄意想侦听窃取数据资了带宽的信号混在背景噪声中，让蓄意想侦听窃取数据资料的人不易判别真正的信号，料的人不易判别真正的信号，避免了他人的截听避免了他人的截听在多用户环境下提供强有力的多址功能在多用户环境下提供强有力的多址功能。供多个用户使用。供多个用户使用同一传输波段，保证了无线设备在频段上的可用性和可靠同一传输波段，保证了无线设备在频段上的可用性和可靠的吞吐量，也保证了的吞吐量，也保证了使用同一频段的设备不互相影响，避使用同一频段的设备不互相影响，避免用户之间相互干扰。免用户之间相互干扰。知识点归纳IEEE802.11PHY层层：FHSSFrequencyHopping
50、SpreadSpectrum，跳频扩频(在WLAN已很少用)DSSSDirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列扩频HR-DSSSHighRateDSSS，802.11b用，经DSSS并相应的各种调制（如PSK、CCK等）后，传输速度可达11/5.5/2/1Mbps不等OFDMOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用（也叫多载波调制技术，载波数可多达52个），802.11a/g用，经OFDM并相应的各种调制（如PSK、QAM等），速率可达54/48/36/24/18/12/9/6Mbps不等OFDM/DSSSPhysic
51、alLayer知识点归纳802.11标准中的标准中的MAC层不能搬用层不能搬用CSMA/CD：无线局域网虽然也是多个站点共享无线信道，却不能像无线局域网虽然也是多个站点共享无线信道，却不能像同样多个站点共享有线信道的以太网那样搬用同样多个站点共享有线信道的以太网那样搬用CSMA/CD协协议，这里主要有两个原因：议，这里主要有两个原因：无线网卡无线网卡一般采用半双工方式工作一般采用半双工方式工作，即发送时不接收，即发送时不接收(检测检测)，若搬用以太网的，若搬用以太网的CSMA/CD，则要一个站点，则要一个站点在发送在发送本站数本站数据据的同时还必须的同时还必须不间断地不间断地接收信号检测信道接
52、收信号检测信道，而在无线局域，而在无线局域网中设备要网中设备要实现实现这种这种全双工功能花费过大全双工功能花费过大；即使即使我们我们使无线网卡全双工方式工作使无线网卡全双工方式工作，在发送同时进行冲在发送同时进行冲突检测突检测，检测到的信道检测到的信道“空闲空闲”，由于隐终端效应可能也是由于隐终端效应可能也是假相假相，因而在接收端，因而在接收端仍可能产生冲突仍可能产生冲突。知识点归纳802.11MAC 层通过协调功能来确定在基本服务集层通过协调功能来确定在基本服务集BSS中的移动站在什么中的移动站在什么时间能发送数据或接收数据。时间能发送数据或接收数据。知识点归纳802.11采用了采用了动态速
53、率漂移技术动态速率漂移技术，可以根据环境噪声变化对传输速率进行自动调，可以根据环境噪声变化对传输速率进行自动调整。当设备移动到较远距离或出现重大干扰时，发送节点将自动逐次降低速率。整。当设备移动到较远距离或出现重大干扰时，发送节点将自动逐次降低速率。分布协调功能分布协调功能DCF-争用服务争用服务（必选项）必选项）(DistributedCoordinationFunction)DCF在每一个结点使用在每一个结点使用CSMA机制的机制的分布式分布式接入算接入算法，让各个站通过法，让各个站通过争用信道争用信道来获取发送权。因此来获取发送权。因此DCF向向上提供争用服务。上提供争用服务。 点协调功
54、能点协调功能 PCF -无争用服务无争用服务（可可选项选项） (PointCoordinationFunction)PCF使用使用AP集中控制集中控制的接入算法将发送数据权的接入算法将发送数据权轮流轮流交给各个站从而避免了冲突的产生交给各个站从而避免了冲突的产生知识点归纳802.11CSMA发送站：发送站：-如监听到信道空闲如监听到信道空闲,经经DIFS时间后则发送整个幀（发时间后则发送整个幀（发送时不用冲突检测）送时不用冲突检测）-如果监听到信道忙，则坚持如果监听到信道忙，则坚持监听到不忙时，经监听到不忙时，经DIFS时间后进入竞争期，进行时间后进入竞争期，进行二进制指数退避（第二进制指数退
55、避（第i次次退避时，在退避时，在2i+2个时隙中个时隙中随机选择一个），退避后随机选择一个），退避后重新尝试发送重新尝试发送-如果发后未收到如果发后未收到ACK(超时超时)，则重发幀，则重发幀802.11CSMA接收站：接收站：-如果接收正确，则在如果接收正确，则在SIFS时时间后应答一个间后应答一个ACK幀幀其它站点：其它站点：听到信道上在发送数据，则推迟访问信听到信道上在发送数据，则推迟访问信道道NAV(NetworkAllocationVector)时间时间知识点归纳802.11MAC：CSMADIFS:一般用于发送数据帧和管理帧时的帧间间隔SIFS:一般用于ACK应答、CTS应答、AP
56、探询应答、长MAC帧分片传输时的帧间间隔PIFS：一般用于开始使用PCF方式时的帧间间隔Q：无线站点监听时如何判定信道无线站点监听时如何判定信道“忙忙”？A：802.11标准规定在物理层的空中接口进行载波监听，标准规定在物理层的空中接口进行载波监听，通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值来通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值来判定是否有其他的无线站点在信道上发送数据。判定是否有其他的无线站点在信道上发送数据。Q：为何无线站点监听到信道空闲还要再等待？为何无线站点监听到信道空闲还要再等待？A：因为此时可能有多个站点都在监听，而其他的站点可因为此时可能有多个站点都在监听，而其他的站点
57、可能有更高优先级的帧要发送，如其有，就要让高优先能有更高优先级的帧要发送，如其有，就要让高优先级帧先发送（级帧先发送（高优先级帧需等待的幀间间隔时间较短，高优先级帧需等待的幀间间隔时间较短，可优先获得发送权，低优先级帧需等待的幀间间隔时可优先获得发送权，低优先级帧需等待的幀间间隔时间较长，须等待较长时间。间较长，须等待较长时间。SIFSPIFSDIFS）知识点归纳帧间间隔帧间间隔IFS：所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的通称为间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的通称为帧间间隔帧间间隔IFS(Int
58、erFrameSpace)帧间间隔长度帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。取决于该站欲发送的帧的类型。高优高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权，先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权，但低优先级帧就必须等待较长的时间但低优先级帧就必须等待较长的时间若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态，因而低优先级帧帧已发送到媒体，则媒体变为忙态，因而低优先级帧就只能再推迟发送了，这样就就只能再推迟发送了，这样就减少了发生碰撞的机会减少了发生碰撞的机会知识点归纳虚拟载波监听虚拟载波监听(VirtualCa
59、rrierSense，VCS)：源站将它还要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需时源站将它还要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需时间）在其间）在其MAC帧首部字段帧首部字段“持续时间持续时间”中填入指示给所有其他站，中填入指示给所有其他站，其他所有站会在这段时间都停止发送数据其他所有站会在这段时间都停止发送数据,这样大大减少了冲突的这样大大减少了冲突的机会。机会。“虚拟虚拟”是指其他站并没有真正监听信道，而是检测到源站发送是指其他站并没有真正监听信道，而是检测到源站发送幀中的幀中的“持续时间持续时间”才不发送数据，这种效果才不发送数据，这种效果好像是其他站都监听好像是其他站都监听了信
60、道。了信道。当一个站检测到正在信道中传送的当一个站检测到正在信道中传送的MAC帧首部的帧首部的“持续时间持续时间”字段时，就调整自己的字段时，就调整自己的网络分配向量网络分配向量NAV(NetworkAllocationVector)，NAV指出了必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传指出了必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输，才能使信道转入到空闲状态。输，才能使信道转入到空闲状态。知识点归纳隐终端隐终端(Hiddenterminal)效应：效应：若只使用若只使用CSMA，表面上侦听到信道表面上侦听到信道“闲闲”可能结果不正确可能结果不正确,是假相，由于：是假相，由于：(a)隐蔽站问题隐蔽
61、站问题-在发送方侦听不到：可能是由于中间有障碍物，在发送方侦听不到：可能是由于中间有障碍物，A,C不能互不能互相听到，相听到，A、C于是都发给于是都发给B，在在B处此时就会产生冲突。处此时就会产生冲突。(b)信号强度衰减问题信号强度衰减问题-C在发送在发送，但由于信号传输衰减，传到但由于信号传输衰减，传到A处时，处时，A可能听不到，于是可能听不到，于是A以为信道空闲，也发，以为信道空闲，也发，这样接收站这样接收站B处就会产生冲突。处就会产生冲突。隐终端隐终端是指是指在接收者的通信范围内而在发送者通信范围外的终端在接收者的通信范围内而在发送者通信范围外的终端。LocationSignalstre
62、ngthABC知识点归纳暴露终端暴露终端(Exposedterminal)效应：效应：当节点当节点B向节点向节点A发送数据时，节点发送数据时，节点C也希望向节点也希望向节点D发送数据。发送数据。根据根据CSMA协议，节点协议，节点C侦听信道，它将听到节点侦听信道，它将听到节点B正在发送数据，于是正在发送数据，于是错误地认为它此时不能向节点错误地认为它此时不能向节点D发送数据，发送数据，但实际上它的发送不会影但实际上它的发送不会影响节点响节点A的数据接收，这就导致节点的数据接收，这就导致节点C所谓暴露终端问题的出现。所谓暴露终端问题的出现。暴露终端暴露终端是指是指在发送者的通信范围之内而在接收者
63、通信范围之外的终端在发送者的通信范围之内而在接收者通信范围之外的终端。ABCD知识点归纳冲突避免冲突避免:在发送在发送长数据帧长数据帧前，增加前，增加RTS-CTS交互：交互：进一步改进进一步改进: :RTS/CTS:信道预约信道预约l发送站发送站:发出短的发出短的RTS幀幀(requesttosend)预约信道预约信道l接收站接收站:应答短的应答短的CTS幀幀(cleartosend)同意预约同意预约CTS为发送站保留信道为发送站保留信道,起起了通知其它了通知其它(可能隐蔽的可能隐蔽的)站点的效果站点的效果避免避免了了隐蔽站点造成的冲突隐蔽站点造成的冲突知识点归纳知识点归纳冲突避免冲突避免:
64、RTS-CTS预约信道：预约信道：RTS与与CTS为短幀为短幀:由于由于RTS幀长幀长20字节，字节，CTS幀长幀长14字节，比最大数据字节，比最大数据幀长度幀长度2346字节要短很多，所以发生冲突可能性很小字节要短很多，所以发生冲突可能性很小最后效果类似于冲突检测最后效果类似于冲突检测协议设计精巧，碰撞很少会发生。但极少数情况下协议设计精巧，碰撞很少会发生。但极少数情况下碰撞仍可能发生，如碰撞仍可能发生，如B和和C站同时向站同时向A发送发送RTS幀，这两幀，这两个个RTS幀就会发生碰撞，幀就会发生碰撞，A收不到正确的收不到正确的RTS幀，因而也幀，因而也不会发送后续的不会发送后续的CTS幀，
65、这时，幀，这时，B和和C发现超时后，会随发现超时后，会随机推迟一段时间后重新发送其机推迟一段时间后重新发送其RTS幀，推迟时间的算法幀，推迟时间的算法也是使用二进制指数退避。也是使用二进制指数退避。知识点归纳隐终端问题解决方式隐终端问题解决方式1.节点节点A欲发送一数据包给节点欲发送一数据包给节点B,首先首先A发送一发送一RTS给给B;2.B发送发送CTS;3.A收到收到CTS后发送数据后发送数据;4.C监听到监听到CTS，知道有节点在发送数据，知道有节点在发送数据，A和和B数据传输数据传输时间时间C不会发数据包。不会发数据包。暴露终端问题解决方式暴露终端问题解决方式1、发送者发送发送者发送R
66、TS。2、接收者返回、接收者返回CTS。3、邻居节点：、邻居节点：如果收到如果收到CTS则保持安静，不能传输数据。则保持安静，不能传输数据。如果只收到如果只收到RTS而没收到而没收到CTS,可以传输数据。可以传输数据。802.11MAC:CSMA/CA计算随机退避时间(2i+2个时隙选一）以再次重新试图接入信道二进制指数退避二进制指数退避(BinaryBackoff)l冲突避免的另一个措施：冲突避免的另一个措施：当信道从忙态变为空闲时，多个等着发当信道从忙态变为空闲时，多个等着发送的站点此时可能都想发送数据帧，当这些站点要发送数据幀时，不仅送的站点此时可能都想发送数据帧，当这些站点要发送数据幀
67、时，不仅都必须等待一个都必须等待一个IFS间隔，间隔，而且还要进入而且还要进入争用窗口争用窗口，计算随机退避时，计算随机退避时间和进行各自退避，退避后再次重新试图接入信道，间和进行各自退避，退避后再次重新试图接入信道，这样就可以减少发这样就可以减少发生冲突的概率（当多个站都等着信道忙变闲、打算占用信道时）生冲突的概率（当多个站都等着信道忙变闲、打算占用信道时）l总结总结WLAN使用使用CSMA/CA竞争无线信道时，竞争无线信道时，CA冲突避免冲突避免措施一共采用了以下这些方法：措施一共采用了以下这些方法：1.二进制指数退避二进制指数退避2.虚拟载波监听虚拟载波监听3.RTS/CTS预约信道预约
68、信道4.各站根据所发帧的优先级，采用不同的帧间间隔延迟各站根据所发帧的优先级，采用不同的帧间间隔延迟DIFS、PIFS或或SIFSBinaryBackoff具体的具体的802.11使用的二进制指数退避算法（使用的二进制指数退避算法（BinaryBackoff）如下：如下：第第i次退避时，在次退避时，在2i+2个时隙中随机选择一个。个时隙中随机选择一个。例例第第1次退避在次退避在8个时隙中随机选择一个（而不是象以太网那样个时隙中随机选择一个（而不是象以太网那样第第1次冲突后在次冲突后在2个时隙中选）；个时隙中选）；第第2次退避在次退避在16个时隙中随机选择一个（而不是象以太网那样个时隙中随机选择
69、一个（而不是象以太网那样第第2次冲突后在次冲突后在4个时隙中选）。个时隙中选）。然后然后根据该时隙数根据该时隙数设置一个退避计时器进行设置一个退避计时器进行减减1计时计时，当计时，当计时器时间器时间减小到减小到0时时就开始就开始发送发送数据。数据。若若时间还未减到时间还未减到0信道又变为信道又变为忙忙，则，则冻结冻结该计时值重新该计时值重新等待信道变为空闲等待信道变为空闲、再经过时间、再经过时间DIFS后，后，继续启动退避计时器继续启动退避计时器（从剩下的时间开始）。这样规定有利于该（从剩下的时间开始）。这样规定有利于该继续启动计时器的站更早地接入信道中。继续启动计时器的站更早地接入信道中。点
70、协调功能点协调功能 PCF（选项选项） 以上内容为：以上内容为：分布协调功能分布协调功能DCFCSMA/CA,争用服务争用服务（必选项）必选项） 所有的所有的AP、STA都须具有此功能都须具有此功能IEEE802.11 还有：还有： 点协调功能点协调功能 PCF 无争用服务无争用服务（可可选项选项） (PointCoordinationFunction),某些某些 AP有此功能。有此功能。具有该功能的具有该功能的AP使用使用集中控制集中控制的接入算法将发送数据权的接入算法将发送数据权轮流轮流交给各交给各个站，从而避免了冲突的产生。个站，从而避免了冲突的产生。可以用在时间敏感的服务场合，如音频、
71、视频传输时；可以用在时间敏感的服务场合，如音频、视频传输时；AP通过使用短的帧间间隔通过使用短的帧间间隔PIFS，可获得优先发送权；可获得优先发送权；AP有了优先发送权，就可以轮流向各个无线站点发送查询请求，从而有了优先发送权，就可以轮流向各个无线站点发送查询请求，从而控制无线介质的访问。控制无线介质的访问。无线接入过程无线接入过程STA(工作站）启动初始化、开始正式使用工作站）启动初始化、开始正式使用AP传送数据幀前，要经过三个阶段才能接入传送数据幀前，要经过三个阶段才能接入:(1)扫描扫描(Scan)(2)认证认证(Authentication)(3)关联关联(Association)无线
72、接入过程无线接入过程无线接入第一阶段无线接入第一阶段:扫描（扫描（Scan)阶段阶段1、主动扫描方式主动扫描方式（特点：能迅速找到）（特点：能迅速找到） STA依次在依次在11个信道发出个信道发出ProbeRequest帧，寻找与帧，寻找与STA所属有相同所属有相同SSID的的AP，若找不到有相同，若找不到有相同SSID的的AP，则一直则一直扫描下去扫描下去2、被动扫描方式被动扫描方式（默认，特点：找到时间较长，但（默认，特点：找到时间较长，但STA节电）节电）STA被动等待被动等待AP每隔一段时间定时送出的每隔一段时间定时送出的Beacon信标幀，信标幀，该帧提供了该帧提供了APMAC地址及
73、所在地址及所在SSID相关信息相关信息：“我在这里我在这里”无线接入第二阶段无线接入第二阶段:认证（认证（Authentication）阶段）阶段当当STA找到与其有相同找到与其有相同SSID的的AP，在，在SSID匹配匹配的的AP中，根据收到的中，根据收到的AP信号强度，选择一个信号最信号强度，选择一个信号最强的强的AP，然后进入认证阶段。只有身份认证通过的站然后进入认证阶段。只有身份认证通过的站点才能进行无线接入访问。点才能进行无线接入访问。802.11提供几种认证方法，提供几种认证方法，有简单有复杂，如采用有简单有复杂，如采用802.1x/EAP认证方法时大致为：认证方法时大致为：1.S
74、TA向向AP发送认证请求发送认证请求2.AP向认证服务器发送请求信息要求验证向认证服务器发送请求信息要求验证STA的身份的身份3.认证服务器认证完毕后向认证服务器认证完毕后向AP返回相应信息返回相应信息4.如果如果STA身份不符，身份不符，AP向向STA返回错误信息返回错误信息如果如果STA身份相符，身份相符，AP向向STA返回认证响应信息返回认证响应信息无线接入过程无线接入过程无线接入第三阶段无线接入第三阶段:关联（关联（Association）阶段）阶段当当AP向向STA返回认证响应信息、身份认证获得通过返回认证响应信息、身份认证获得通过后，后，进入关联阶段：进入关联阶段：1.STA向向A
75、P发送关联请求发送关联请求2.AP向向STA返回关联响应返回关联响应至此，接入过程才完成，至此，接入过程才完成，STA初始化完毕，初始化完毕，STA此此时和该时和该AP间才建立起无线链路，间才建立起无线链路，可以开始向可以开始向AP传送数传送数据幀。此后，若据幀。此后，若STA再进一步与再进一步与DHCP服务器交互，得到服务器交互，得到IP地址后，便可地址后，便可Internet上网。上网。无线接入过程无线接入过程无线接入过程示意图无线接入过程示意图Authentication ServerAPSTAProbe RequestProbe Response Probe RequestProbe
76、ResponseSSID比较Authentication RequestAuthentication ResponseAssociation RequestAssociation Response扫扫描描认认证证关关联联Y802.11协议定义三类幀协议定义三类幀数据幀数据幀控制幀控制幀-RTS幀、幀、CTS幀、幀、ACK幀幀等等管理幀管理幀-ProbeRequest/Response幀幀(主动扫描时主动扫描时)Beacon幀幀(信标幀信标幀,被动扫描时被动扫描时AP发出发出)AuthenticationRequest/Response幀、幀、DeAuthentication幀幀(去掉认证去掉认
77、证)AssociationRequest/Response幀、幀、Disassociation幀幀(去掉关联去掉关联)ReAssociationRequest/Response幀幀(从从ESS的一个的一个BSS漫游到另一个漫游到另一个BSS进行进行重新关联，以便新重新关联，以便新AP联系老联系老AP取得取得原来的关联信息原来的关联信息)IEEE802.11MAC无线数据帧格式无线数据帧格式字节 2 2 6 6 6 2 6 0 2312 4帧控制持续期地址 1地址 2地址 3序号控制地址 4帧主体FCS协议版本类型子类型到DS从DS更多分片重试功率管理更多数据WEP 顺序位 2 2 4 1 1
78、1 1 1 1 1 1MAC 首部(30字节)类型、子类型类型、子类型：区分数据帧、各种控制帧、管理帧到到DS、从、从DS：与地址地址1、地址地址2、地址地址3、地址地址4结合使用更多分片更多分片：有线等效保密有线等效保密WEP：持续期：持续期：将要占用信道的持续时间序号控制：序号控制：帧主体：帧主体：高层传下来的封包FCS：CRC帧校验IEEE802.11MAC/PHY小结小结n为为CSMA/CA冲突避免采取的四个措施冲突避免采取的四个措施n无线接入过程无线接入过程知识点归纳4.令牌环网与令牌环网与IEEE802.5 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环传
79、输媒体：传输媒体：STP、光纤，速率光纤，速率4/16Mbps；最多站点数：最多站点数：250，信号采用差分曼彻斯特编码信号采用差分曼彻斯特编码 令牌环工作过程：令牌环工作过程：q 当网络空闲时，只有令牌在环路上不停流动。当网络空闲时，只有令牌在环路上不停流动。 令牌实际上是一个令牌实际上是一个特殊的帧，特殊的帧， 其中有一位称为令牌比特（即帧格式中的其中有一位称为令牌比特（即帧格式中的T T比特）。当其比特）。当其为为0 0时，表示该令牌空闲，当其为时，表示该令牌空闲，当其为1 1时，表示某站正发送数据。时，表示某站正发送数据。q 当当一一个个站站想想发发送送数数据据时时，必必须须首首先先截
80、截获获空空闲闲令令牌牌，这这时时发发送送站站将将令令牌牌比比特特置置为为1 1，然然后后发发送送数数据据；如如果果经经过过的的令令牌牌其其令令牌牌比比特特为为1 1，则则只只能耐心等待。能耐心等待。知识点归纳q 每个站检测所经过的数据帧中的目的地址，每个站检测所经过的数据帧中的目的地址， 如果与本站地址相如果与本站地址相符，则复制该帧，然后将该帧转发给下一个站；否则仅转发该数据符，则复制该帧，然后将该帧转发给下一个站；否则仅转发该数据帧。帧。q 数据帧回到发送站时，发送站在检查该帧是否已被目的站接收数据帧回到发送站时，发送站在检查该帧是否已被目的站接收的同时，清除该帧，产生一个新的令牌，并将它
81、发送给下一站，使的同时，清除该帧，产生一个新的令牌，并将它发送给下一站，使环路中有令牌继续流动。环路中有令牌继续流动。知识点归纳知识点归纳令牌环的两种幀结构：令牌帧、数据幀令牌环的两种幀结构：令牌帧、数据幀:知识点归纳q起始、结束定界符（违例差分起始、结束定界符（违例差分Manchester码）码）q访问控制字节包括：访问控制字节包括：起始起始访问控制访问控制结束结束11令牌帧：令牌帧：非令牌帧（信息帧非令牌帧（信息帧/控制帧）：控制帧）：起始起始 访问控制访问控制 帧控制帧控制目的地址目的地址源地址源地址数据数据FCS 结束结束帧状态帧状态1112/62/60411监督位监督位 PPP，RR
82、R：优先级位，预约位。优先级位，预约位。T：令牌位，帧类型标识。令牌位，帧类型标识。0-令牌；令牌；1-信息信息/控制帧控制帧M：监督位，防止无效帧在环路中无限循环。监督位，防止无效帧在环路中无限循环。1P P P T M R R R优先级位优先级位令牌位令牌位预约位预约位访问控制字节：访问控制字节：q幀控制字节：幀控制字节：FFCCCCCC用于指明幀的内容：用于指明幀的内容：FF01，表示数据幀，此时CCCCCC位不起作用。FF00，为环管理幀，CCCCCC位用于指示控制功能，可以有2664种之多，如响应幀，退出幀，各类出错等。AC为双冗余位：为双冗余位：A：发送时，该位清0，目的站将该位置
83、1，表示目的地址存在C：发送时，该位清0，目的站把该幀拷贝下来后，将该位置1S：软错误指示位当数据幀返回到发送站后，发送站会检查当数据幀返回到发送站后，发送站会检查A和和C位：位：A0且C0：表示接收站不存在或没加电；A1且C0：接收站存在，但没接收，可能是缓冲不够等原因；A1且C1：接收站存在，且接收了该幀。q幀状态字节：幀状态字节：AC00AC0S知识点归纳 知识点归纳q 令牌环中的优先级控制策略令牌环中的优先级控制策略 访问控制字节中的访问控制字节中的PPP(优先级位优先级位)，RRR位位(预约位预约位)：(1)在无优先级的环路中，在无优先级的环路中，PPPRRR0，不起作用；不起作用；
84、(2)在有优先级的环路中，幀中在有优先级的环路中，幀中PPP三位可有三位可有8个优先级，每个站点都有个优先级，每个站点都有一个优先级码，只有优先级高于令牌优先级的站，才允许截获该令牌。一个优先级码，只有优先级高于令牌优先级的站，才允许截获该令牌。当某站要发送数据时，可以在其它站的数据幀经过本站时进行预当某站要发送数据时，可以在其它站的数据幀经过本站时进行预约，即将本站的优先级写入此数据幀的预约比特约，即将本站的优先级写入此数据幀的预约比特RRR上，但如果已有上，但如果已有一个优先级更高的站在此之前就预约了令牌，那么优先级较低的站就一个优先级更高的站在此之前就预约了令牌，那么优先级较低的站就不能
85、对此令牌进行预约了。当一个数据幀在环路上循环一周回到源站不能对此令牌进行预约了。当一个数据幀在环路上循环一周回到源站被回收后，源站之后发出的令牌的优先级应当等于刚才收回的幀中预被回收后，源站之后发出的令牌的优先级应当等于刚才收回的幀中预约比特约比特RRR所代表的优先级。所代表的优先级。知识点归纳 令牌环网采用集中监控的方法对环进行维护，网中有一令牌环网采用集中监控的方法对环进行维护，网中有一个监控站负责网络的运行管理。从功能上来说，环上每个站个监控站负责网络的运行管理。从功能上来说，环上每个站都可以成为监控站，但任何时候网中只有一个监控站。都可以成为监控站，但任何时候网中只有一个监控站。 环上没有监控站时，任一站发一个环上没有监控站时，任一站发一个CLAIM TOKENCLAIM TOKEN控制幀，控制幀，若绕环一周且无其它站发该类幀时，该站成为新的监控站。若绕环一周且无其它站发该类幀时，该站成为新的监控站。 监控站负责处理令牌丢失、环中断、检测并清除环中的监控站负责处理令牌丢失、环中断、检测并清除环中的坏幀和孤儿幀、保证环的最小比特长度等。坏幀和孤儿幀、保证环的最小比特长度等。 令牌环的维护：令牌环的维护：
