计算机网络ppt课件CH4局域网.ppt

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1、第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用一、局域网和IEEE 802标准 IEEE 802标准包括CSMA/CD、令牌总线和令牌环等 802.1：802标准介绍及接口原语定义标准介绍及接口原语定义802.2：描述数据链路层的上部，使用逻辑链路：描述数据链路层的上部，使用逻辑链路控制控制LLC（Logical Link Control）协议）协议802.3：CSMA/CD（包括物理层和（包括物理层和MAC子层）子层）802.4：令牌总线（包括物理层和：令牌总线（包括物理层和MAC子层）子层）802.5：令牌环（包括物理层和：令牌环（包括物理层和MAC子层）子层）1

2、第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用802.3CSMA/CDMAC物理层802.4令牌总线MAC物理层802.5令牌环网MAC物理层802.6城域网MAC物理层802.9语音数据综合局域网802.11无线局域网802.7宽带技术802.8光纤技术802.2逻辑链路控制 LLC802.10互操作LAN的安全802.1 体系结构/网络互连数据链路层物理层2第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用二、物理地址 与物理硬件（如网卡）有关：与物理硬件（如网卡）有关：48位位 由由IEEE统一分配的物理地址：统一分配的物理地址：注册交费注

3、册交费 IEEE分配机构唯一标识符（分配机构唯一标识符（OUI）：）：物理地址的前物理地址的前3位位 OUI拥有者自行分配剩余的拥有者自行分配剩余的3字节字节3第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用u MAC地址结构40位6位I/GG/L全球（0）或本地（1）单独（0）或组（1）保留地址保留地址 广播地址（广播地址（BroadCast）由由48位位1组成，组成，即：即：FF-FF-FF-FF-FF-FF 组播（组播（MultiCast）地址：地址：如：支持生成树协议的网桥组播地址如：支持生成树协议的网桥组播地址01-80-C2-00-00-00所有的网卡均接收

4、目的地为广播地址的数据帧所有的网卡均接收目的地为广播地址的数据帧4第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用三、传统局域网技术1.纯ALOHA协议假设任何一个站都可以在帧生成后即发送（可能冲突），并通过广播的反馈，侦听信道，以确定发送是否成功。如发送失败，则经随机延时后再发送 5第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用p 纯ALOHA信道的效率帧时帧时(Frame Time)：发送一个标准长度的帧所需：发送一个标准长度的帧所需的时间的时间冲突危险区 t0 t0+t t0+2t t0+3t时间阴影帧的冲突危险区即在即在t0+2t内不能

5、有新帧产生，否则冲突。内不能有新帧产生，否则冲突。在纯在纯ALOHA中，其吞吐率最大为中，其吞吐率最大为0.1846第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2.时隙ALOHA的原理p时隙ALOHA是把时间分成时隙（时间片）p时隙的长度对应一帧的传输时间，其起点由专门的信号来标志 p新帧的产生是随机的，但时隙ALOHA不允许随机发送，凡帧的发送必须在时隙的起点，即冲突危险区是原来的一半 冲突主要发生在时隙的起点，一旦发送成功，则冲突主要发生在时隙的起点，一旦发送成功，则不会出现冲突。即生成新帧并等待发送的这一帧不会出现冲突。即生成新帧并等待发送的这一帧时内，是冲突

6、危险区，为原来的一半时内，是冲突危险区，为原来的一半7第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用时隙ALOHA的示意图冲突重发 T站点1 t冲突重发 T 帧到达 帧到达 帧到达 帧到达 帧到达 帧到达 t冲突站点28第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用纯ALOHA和分隙ALOHA的比较u纯ALOHA中，一旦产生新帧，就立即发送，全然不顾是否有用户正在发送，所以发生冲突的可能伴随着发送的整个过程u分隙ALOHA中，规定发送行为必须在时隙的开始，一旦在发送开始时没有冲突，则该帧将成功发送9第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计

7、算算机机网网络络与与应应用用ALOHA系统中吞吐率和帧产生率之间的关系G为每个帧时内可能的发送次数0 0.5 1.0 1.5 2.0 3.00.400.300.200.10时隙ALOHA：S=Ge-G纯ALOHA：S=Ge-2GS为每帧时内的吞吐率10第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3.载波侦听多路访问协议CSMA p分为持续和非持续CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问）1 持续持续CSMA非持续非持续CSMA（Nonpersistent CSMA）p 持续持续CSMA（p-persistent CSMA

8、）11第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用1）1 持续持续CSMA每个站在发送前，先侦听信道，如信道正忙，则等待并持续侦听，一旦信道空闲，立即发送，即发送的概率为1；如冲突，则延时一随机时隙数后，重新发送 12第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2）非持续非持续CSMA（Non-persistent CSMA）每个站在发送前，先侦听信道，如信道正忙，则不再继续侦听，而是延时一随机时隙数后，再侦听信道 13第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3）p 持续持续CSMA（p-persisten

9、t CSMA）先侦听信道，如信道正忙，则等到下一时隙；如信道空闲，则以概率p发送，而以概率q=(1-p)把本次发送延至下一时隙，直至发送成功 用于按时隙传输的信道14第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用传输时延对载波监听的影响p 但CSMA并不能完全解决冲突问题冲突A1 kmB =5 st如两个或多个准备发送的站都检测到信道空闲而如两个或多个准备发送的站都检测到信道空闲而同时发送将发生冲突同时发送将发生冲突15第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用4）带冲突检测的带冲突检测的CSMA CSMA/CD（Carrier Sens

10、e Multiple Access/Collision Detection）带冲突检测的载波侦听多路访问 CSMA/CD的概念模型：的概念模型：帧帧帧t0传输周期 争用周期空闲周期时间帧争用时隙，一旦冲突，则放弃并随机延时u CSMA/CD有三种状态：竞争、传输或空闲u 802.3(也称以太网）是也称以太网）是CSMA/CD技术的应用技术的应用实例实例16第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用u CSMA/CD的要点在一帧传输完成后的时间t0，想要发送的站点都可以尝试发送 如两个或多个站点同时发送则发生冲突 判断出冲突后，立即停止发送，并强化冲突，延时一个随机

11、时隙数后，再重复以上过程 发送？载波侦听发送冲突？出口放弃发送强化冲突随机延迟是否否是冲突检测发送？17第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用u 冲突的检测方法信号电平法 基于基带传输。两个帧信号叠加后，电压大一倍 过零点检测法 用曼切斯特编码时，零点在每比特的正中央。有干扰时，则可能偏移自收发检测法 在发送数据的同时也在接收，并逐比特比较18第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用u CSMA/CD发生冲突时对信道占用时间的影响 开始冲突开始冲突AB tB发送数据发送数据信道占用时间A检测到检测到冲突冲突冲突加强信号冲突加强信

12、号 TBTJ如一个站点发送后，经如一个站点发送后，经2 后，没有冲突，即发送后，没有冲突，即发送成功。一公里长的同轴电缆，典型传输延迟成功。一公里长的同轴电缆，典型传输延迟 5 s 19第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用u 二进制指数后退算法 发送方在检测到冲突后，双方（或多方）都将延时一段时间，所谓一段时间到底是多长？冲突检测到后，时间被分成离散的时隙 时隙的长度等于信号在介质上来回传输时间（51.2s）一般地，i次冲突后，等待的时隙数将从0 2i 1中随机选择 20第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用u CSMA/C

13、D的性能曲线CSMA/CD，CSMA，以及ALOHA的S-G曲线时隙ALOHA1-持续CSMA非持续CSMAALOHA时隙1-持续CSMA/CD非持续CSMA/CD时隙非持续CSMA/CD21第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用u CSMA/CD的性能曲线帧长与站点数对信道利用率的影响22第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用4.IEEE 802.5 令牌环 信道争用产生冲突，使获得信道的时间不确定，延时难以估计 802.3帧没有优先级，不适合实时系统使用 802.3LAN的缺点：的缺点：令牌环网采用环形网络结构，没有冲突，

14、且最令牌环网采用环形网络结构，没有冲突，且最大等待时间是可估计的，然而环形网一旦环断，大等待时间是可估计的，然而环形网一旦环断，则整个网络将瘫痪则整个网络将瘫痪 23第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用u令牌环采用全数字技术 u令牌环上没有竞争，信道利用率高，重载荷下，将近100%u环是公平的，信道访问时间有一个确定的上界 u环上的站点可设定优先级，以保证其对实时应用的响应 1）802.5令牌环的优点：令牌环的优点：24第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2）令牌环的特点令牌环的特点 令牌环并非是真正意义上的广播网络，而是

15、由经过站点逐个复制 环接口站一个bit延时环接口站侦听模式发送模式无竞争，信道利用率高 可设定优先级，保证其对实时应用的响应 25第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3）802.5的工作原理的工作原理A令牌BCDA数据BCDA有数据要发送，捕获令牌数据沿环传递，目的C接收数据，同时继续传递26第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用802.5的工作原理（续）的工作原理（续）A数据BCDA新令牌BCDA回收数据，并检查目的站点是否已接收A结束传输，产生新令牌27第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应

16、用用4）令牌格式令牌格式令牌帧仅3个字节 1Byte1Byte1Byte开始界符开始界符SD访问控制访问控制AC结束界符结束界符EDJK0JK000PPPTMRRRJK1JK11E环中各站点都空闲，即无站点传输数据时，令牌环中各站点都空闲，即无站点传输数据时，令牌则一直绕环运行由各站点循环传递，如有需发送则一直绕环运行由各站点循环传递，如有需发送数据帧的站点，则必须抓住令牌并把它改为将发数据帧的站点，则必须抓住令牌并把它改为将发送的数据帧送的数据帧 28第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用令牌各部分含义说明令牌各部分含义说明J K特殊字符。令牌环中使用差分曼

17、切斯特编码格式，特殊字符。令牌环中使用差分曼切斯特编码格式，即分别用低即分别用低-高表示高表示0；高；高-低表示低表示1，但某些特殊，但某些特殊位使用两个曼切斯特编码格式，即分别用低位使用两个曼切斯特编码格式，即分别用低-低低（J）和高）和高-高（高（K）信号对表示开始和结束界符）信号对表示开始和结束界符PPP优先级优先级RRR 预约优先级预约优先级M监控位监控位T令牌位，令牌位，0：空令牌；：空令牌；1：数据帧：数据帧某站点把某站点把T由由0改为改为1即握有令牌即握有令牌E错误检测位错误检测位29第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用5）站点出入环站点出入环

18、 考虑到每个站点都可能随意入环和出环，所以每个站点都有一个干线耦合器，当该站点故障或出环时，耦合器闭合 星形令牌环网示意图。图中，站点B、D目前不在环中ACEBD30第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用6）令牌环的帧格式令牌环的帧格式 1112/62/6无限制无限制411SDAC FC 目的地址 源地址数据校验和 EDFS帧控制访问控制开始界符帧状态结束界符访问控制AC PPP1MRRR 帧控制FC TTxxxxxx:TT为帧类型，01表示一般的信息帧，00表示MAC控制帧。xxxxxx为控制帧的种类 结束界符ED JK1JK11E 其中E：错误检测位 帧状

19、态FS ACXXACXX 其中A：地址识别位C：帧copy位 X：为保留位 31第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用7）令牌环的工作过程令牌环的工作过程 令牌在环中转发送站捕获令牌 如果令牌的优先级低于要发送数据的优先级，则如果令牌的优先级低于要发送数据的优先级，则捕获令牌。将捕获令牌。将AC中的中的T改为改为1，将数据插入令牌，将数据插入令牌，设置设置FS中的中的A、C均为均为0，ED中中E置置0，转发到下，转发到下一站。回收该帧后，若一站。回收该帧后，若A、C=1，表示已正确接，表示已正确接收。按预约的优先级生成一新令牌收。按预约的优先级生成一新令牌 3

20、2第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用5.令牌总线802.4（Token Bus）13宽带同轴电缆14及19号站目前不在逻辑环内令牌总线拓扑结构11719172014真正的广播形式网络（类似CSMA/CD)逻辑的环形结构 33第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用1）令牌总线工作原理环初始化时，将若干个站点定义在一个逻辑环中，站号最大者握有令牌，仅握有令牌者具有发送一帧的权力握有令牌者在发送一帧后，将令牌交逻辑上相邻的下一站 所谓逻辑上相邻，指站号相邻，与其物理上是否相邻无关 任一时刻仅一个站点握有令牌，所以不会发生冲突 由

21、于是总线方式的广播性质，任何两个站点的通信，其它站点都在监听，但如本站非目的地址则丢弃 802.4的MAC子层具有对逻辑环中站点的增加和删除的功能 34第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2）令牌总线的帧格式帧控制开始界符先导字符结束界符1 1 12/62/60 818241目的地址 源地址数据校验和先导字符为先导字符为10101010，个数可大于，个数可大于1个个开始界符和结束界符为模拟编码开始界符和结束界符为模拟编码帧控制字段说明帧的类型，类型包括入环、出帧控制字段说明帧的类型，类型包括入环、出环、令牌传递等目的地址和源地址与环、令牌传递等目的地址和源地

22、址与802.3协议协议相同相同 35第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3）逻辑环的维护 新站点入环 令牌持有者会周期性地发送通告帧，其中带有自己的地址和它后继者的地址，此时，在这两个地址之间的站点可允许入环 环的初始化 当站点打开电源并发现在一段时间内环内没有通信量，便发送令牌竞争帧，以产生令牌36第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3）逻辑环的维护 站点出环 请求出站的站点发送一个告知帧，通知其前站把前站的后继站改成它的后继站 故障处理处理站点故障、令牌丢失或多令牌等情况 37第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计

23、计算算机机网网络络与与应应用用802.3、802.4及802.5的比较 802.3802.4802.5协议最简单协议最复杂协议较复杂有冲突无冲突无冲突最短帧为64字节可处理短帧可处理短帧无优先级公平的优先级不太公平的优先级轻载荷时，基本无延迟轻载荷时，有延迟轻载荷时，有延迟重载荷时，冲突率高重载荷时，效率高重载荷时，效率高使用相当广泛使用较少几年前使用较多38第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用u 802.3特点 协议简单、加入站点时不需终止网络运行、使用无源电缆 侦听方式限制了站点间距、发送延迟不确定、重负载时低效率u 802.4特点 使用电视电缆、发送延

24、迟确定、可设定优先级、重载时亦性能好 协议复杂、轻负载时低效率u 802.5特点 易于数字化、发送延迟确定、可设定优先级、重载时性能好 令牌集中管理、轻负载时低效率39第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用四、逻辑链路控制层LLC1.LLC的位置逻辑链路控制LLC（Logical Link Control），即 IEEE 802.2标准(a)LLC的位置 (b)协议格式LLCMAC数据链路层物理层网络层LLCMAC分组LLC分组分组MAC网络40第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2.LLC的作用u 由于不同的网络类型有不同

25、的介质访问子层与之对应，而逻辑链路控制子层则掩盖了不同网络之间的差别，以统一的格式为网络层提供服务 u LLC子层把网络层的分组（在TCP/IP中即 IP包）加上LLC头，交给MAC子层组成相应的802.X帧发送 41第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3.LLC提供的三种服务 u 不可靠的数据报服务 u 可靠的数据报服务 u 面向连接的服务 对于不同的数据帧和控制帧有不同的格式 有确认的数据报服务和面向连接的服务，在帧格式中包含源地址、目的地址、序列号、确认号等 无确认的数据报服务的帧格式中不包含序列号和确认号 42第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网

26、计计算算机机网网络络与与应应用用五、局域网的扩展 1.中继器/集线器物理层设备，提供信号放大，延伸物理网段作物理层设备，提供信号放大，延伸物理网段作用不具备差错识别能力，延迟小用不具备差错识别能力，延迟小中继器10001110011100比特流10001110011100比特流43第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用中继器优点 能够连接不同的网段或介质类型（如细缆与双绞线）速度快、使用简单、价格低 便于扩展网络的深度和广度（如5/4/3原则）中继器缺点中继器缺点 不能连接不同存取类型的介质（如令牌网不能连接不同存取类型的介质（如令牌网和以太网）和以太网）不能

27、分辨帧格式与内容不能分辨帧格式与内容 无法隔断不同网段的数据流，仅适合小型无法隔断不同网段的数据流，仅适合小型网络网络44第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用集线器或中继器扩展的网络构成一个冲突域集线器或中继器扩展的网络构成一个冲突域ABC级联DEF原冲突域原冲突域扩展后的冲突域45第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2.网桥（Bridge）网桥是连接多个局域网（802.x网络）的工作在数据链路层的设备 如把数据链路层细分为LLC子层和MAC子层，则所谓协议的不同是在网桥的MAC子层上 网桥作为不同数据链路层的子网的转换设

28、备，则其相应的端口属于不同的局域网 网桥已被交换机所取代 46第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用网桥缺点网桥缺点 网桥的延迟会影响网络的大小 网桥不能有效的阻止网络广播(如广播风暴)不支持数据链路层以上的协议转换 无法利用冗余通路 管理与故障隔离能力有限47第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用1）网桥的工作原理连接802.3与802.5的转换网桥网桥分组分组802.5分组802.5分组802.3分组802.3分组802.3分组分组分组802.3分组802.3主机A分组802.5网络层LLCMAC物理层分组分组分组802.

29、5分组802.5主机BCSMA/CD局域网令牌环局域网LLC头48第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2）需要网桥的原因 多种不同局域网需要互连 将地理位置分散的局域网相连 为调节负荷在逻辑上分解成多个局域网 扩展局域网的物理距离 增强局域网的可靠性（分离不良网段）增强保密性（限制数据传送范围）49第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3）网桥应有的特征213456集线器服务器213456集线器服务器集线器网桥网桥 不改变所收到的LLC帧内容及格式 必须具有足够的存储空间 具备寻址和选择路径的智能 内部可理解为采用另外的协议

30、使用网桥来扩展网段50第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用六、高速局域网 1.光纤分布式数据接口FDDI（Fiber Distributed Data Interface）高速令牌环网，100 Mb/s，网络跨距达200 km，连接1000个站点，常作为主干网 被用作连接局域网的计算机的主干的FDDI以太网令牌环令牌总线以太网网桥接口用户终端51第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用1）FDDI基本特性使用基于802.5令牌环标准的令牌传递MAC协议和802.2LLC协议，所以与IEEE802局域网兼容 利用多模或单模光纤构

31、成有容错能力的双环拓扑 数据速率为100 Mb/s；误码率=8112/62/6无限制无限制411先导字段 SD FC 目的地址 源地址数据校验和EDFS 在FDDI中，由于最大200 km的距离，发送方在发送完一帧后，即把令牌转交下一站点，所以在大型环网上，可能同时存在多个帧 总体来说，FDDI的技术较成熟，其价格相对较昂贵，但在早期，用户没有别的高速网可选择 53第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2.快速以太网Fast Ethernet（802.3u标准）结构简单，兼容性好，价格相对低廉 采用简单的不归零制(NRZ)编码的变种NRZI（nonreturn

32、-to-zero change on one）及4B/5B的二进制编码 双速10/100 Mb/s MAC功能（自动协商）星型连接方式 优选全双工操作 提供对Cat3、Cat5和STP的支持，也支持光纤介质，不支持同轴电缆54第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用1）100Base-TX 其物理接口为RJ-45 连线采用5类双绞线，仅用两对线，且全双工 距离为100 m 编码采用4B/5B编码 快速以太网是目前使用最广的以太网技术，无论快速以太网是目前使用最广的以太网技术，无论是新建局域网还是原有局域网的升级，通常首选是新建局域网还是原有局域网的升级，通常首选

33、的总是快速以太网的总是快速以太网 55第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2）100Base-FX 其物理接口为ST或SC 连线采用一对多模光纤，全双工，且免受电磁干扰 距离为2 km 编码采用4B/5B编码 56第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3）100BASE-T4 使用四对双绞线 不支持全双工 使用8B/6T方案编码 通过一对线进行链路完整性检测57第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3.100VG-AnyLAN技术 100Mb/s的网络技术 IEEE802.12标准 五层嵌套

34、树型结构 帧格式遵循以太网格式或令牌环格式 采用与以太网相同的RJ45和SC连接器 具有冗余链路58第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用1）100VG-AnyLAN的网络直径根中继器1层DTE5层4层2层3层DTE4层2层3层DTE2层3层DTE2层1000米米2000米米3000米米4000米米各层中继器各层中继器59第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2）100VG的介质访问协议 请求优先原则：发送前需先得到中继器的批准 分正常级和高级两种优先级 中继器按顺序轮询每个节点以确定发送者 高优先级先得到批准有多级中继器则采

35、用逐级通报的原则有多级中继器则采用逐级通报的原则根中继器2层中继器2层中继器DTEDTEDTEDTE211222请求帧60第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用七、无线局域网 利用射频（RF）技术 提供传统有线局域网的所有功能 简称Wi-Fi 802.11标准定义了单一的MAC层和多样的物理层 MAC层使用CSMA/CA协议61第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用1.802.11的体系结构 1）802.11的物理层 跳频扩频（Frequency Hopping Speead Spectrum,FHSS）直接序列扩频（Dire

36、ct Sequence Spread Spectrum,DSSS)红外技术（InfraRed,IR)物理层数据链路层802.11红外线802.11FHSS802.11DSSS802.11aOFDM802.11bHR-DSSS802.11gOFDM逻辑链路控制MAC层62第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用 2）CSMA/CA协议 CSMA/CA协议中的RTS和CTS 按时间片发送帧 通过载波侦听查看介质是否空闲 通过随机时间等待，避免信号冲突发生 提供确认帧ACK机制63第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用u直序列扩频调制

37、(DSSS:Direct Sequence Spread Spectrum)及补码键控(CCK：Complementary Code Keying)技术u包二进制卷积(PBCC：Packet Binary Convolutional Code)u正交频分复用技术OFDM：Orthogonal Frequency Division Mustiplexing 2.物理层采用的主要技术64第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用1）DSSS调制技术基于基于DSSSDSSS的调制技术有三种：的调制技术有三种：在1Mbps数据速率下采用DBPSK。提供2Mbps的数据速率

38、，要采用 DQPSK。基于CCK的QPSK，是11b标准的基本数据调制方式。采用补码序列与直序列扩频技术，是一种单载波调制技采用补码序列与直序列扩频技术，是一种单载波调制技术，通过术，通过PSKPSK方式传输数据，传输速率分为方式传输数据，传输速率分为1 1/2 2/5.55.5和和11Mbps11Mbps。CCKCCK通过与接收端的接收机配合使用，能够在通过与接收端的接收机配合使用，能够在高效率的传输数据的同时有效的克服多径效应。高效率的传输数据的同时有效的克服多径效应。若传输速率超过11Mbps，CCK为了对抗多径干扰，需要更复杂的均衡及调制，实现起来非常困难。65第四章第四章 MAC层和

39、局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2）PBCC调制技术u PBCC调制技术是由TI公司提出的，已作为802.11g的可选项被采纳。PBCC也是单载波调制，与CCK不同的是使用了更多复杂的8PSK信号星座图（CCK使用BPSK/QPSK）。u PBCC使用了卷积码，而CCK使用区块码。因此，它们的解调过程十分不同的。PBCC可以完成更高速率的数据传输，其传输速率为11/22和33Mbps66第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3）OFDM技术u OFDM技术是一种无线环境下的高速多载波传输技术。u 原理是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每

40、个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，从而有效的抑制无线信道的时间弥散所带来的符号间干扰，以减少接收机内均衡的复杂度，有时甚至可以不采用均衡器，仅通过插入循环前缀的方式消除符号间干扰。67第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用4）MIMO OFDM技术u MIMO(多输入多输出)技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。它可定义为发送端和接收端之间存在多个独立信道，消除天线间信号的相关性，提高信号的链路性能增加了数据吞吐量u OFDM系统非常适合使用 MIMO技术来提高容量。采用MIMO结构不需要增加发射功率就能获得很高

41、的系统容量。在OFDM系统中采用多发射天线实际上就是根据需要在各个子信道上应用多发射天线技术。u 由2组 IEEE802.11a收发器（发送天线和接收天线各两个，22），能够实现最大108Mbit/秒的传输速度。支持AP和客户端之间的传输速度为108Mbit/秒，客户端不支持该技术时，通信速度为54Mbit/秒。68第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3.无线局域网标准 1）IEEE802.11bIEEE802.11协议标准的扩展。支持最高11Mbps速率，运行在 2.4GHz的ISM频段上，采用CCK(补码键控)的DSSS(直接序列扩频)调制技术n缺陷 D

42、SSS技术提高码片的速率来取得较高的数据速率，并达到扩频的目的，现有的码片实现较难；在高速数据速率情况下要求接收机有更复杂的结构，以达到良好的时间分集效果，因此在硬件上不易实现。69第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用2）IEEE802.11aIEEE802.11a工作于5GHz频段上，使用OFDM(正交频分多路复用)调制技术可支持54Mbps的传输速率n 802.11a与802.11b的比较802.11b的优势在于价格低廉,但速率较低（最高11Mbps）；而802.11a优势在于传输速率快（最高54Mbps）且受干扰少，但价格相对较高。11a与11b工作在

43、不同的频段上,不能工作在同一网络里，因此11a与11b互不兼容70第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用3）IEEE802.11gIEEE802.11g标准与以前的802.11标准相比有以下两个特点：a)其在2.4G频段使用OFDM调制技术，使数据传输速率提高到20Mbps以上；b)IEEE802.11g标准能够与802.11b的Wi-Fi系统互相连通，共存在同一AP的网络里，保障了后向兼容性71第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用4 4）IEEE802.11nIEEE802.11n IEEE802.11n计划将传输速率从8

44、02.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可达320Mbps。802.11n协议为双频工作模式（包含2.4GHz和5GHz两个工作频段）。这样 11n保障了与以往的802.11a/b/g标准兼容 IEEE802.11n计划采用MIMO与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。通过采用天线及相关传输技术，使得传输距离增加到几公里（并且能够保障100Mbps的传输速率）。72第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用4.802.11的服务集 u 基本服务集（Basic Service Set，BSS)在BSS中，所有站运行同样的MAC协议

45、。各站点随机争用信道 通过SSID来标识一个BSS 通过AP接入到主干分配系统（Dietribution System，DS)(主从结构)u 扩展服务集（ESS）：由两个或更多的基本服务集组成73第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用802.11的基本服务集和扩展服务集 局域网BSS3BSS2BSS1BSS4AP2AP1AP3AP4ESS74第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用5.无线局域网的构成 主要设备：无线网卡、无线访问接入点（AP）、无线集线器和无线网桥，几乎所有无线产品都自带无线发射/接收功能，且通常是一机多用。主

46、要网络结构：无中心网络和有中心网络。1）无中心网络u 无中心网络(无AP网络)也称对等网络或Ad-hoc网络，它覆盖的服务区称IBSS。对等网络用于一台无线工作站（STA,Station）和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯。u 该网络形式无法接入有线网络中，只能独立使用。是最简单的无线局域网结构。75第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用对等网络中的一个节点必需能同时看到网络中的其他节点，否则就认为网络中断，因此对等网络只能用于少数用户的组网环境，比如4至8个用户，并且他们离得足够近无中心网络拓扑结构图STASTA76第四章第四章 MAC层和局域网层和局域

47、网计计算算机机网网络络与与应应用用2）有中心网络u有中心网络也称结构化网络。它由无线AP、无线工作站（STA）以及DSS构成，覆盖的区域分BSS和ESS。u 无线AP也称无线Hub，用于在无线STA和有线网络之间接收、缓存和转发数据。无线AP通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上百米 LANSTASTASTA有中心网络拓扑结构图77第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用u BSS由一个无线访问点以及与其关联的无线工作站构成，在任何时候，任何无线工作站都与该无线访问点关联。无线工作站与无线访问点关联采用AP的BSSID，在802.11中，BSSID是AP的MA

48、C地址78第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用6.无线局域网的操作 WLAN网络的操作分为两个主要过程：站加入一个BSS；站从一个BSS移动到另一个，实现漫游。工作站开机运行，进入睡眠模式或进入BSS区；站点需要获得同步信号，该信号一般来自AP接入点，站点通过主动和被动扫频来获得同步。主动扫频指站启动或关联成功后扫描所有频道；一次扫描中，站采用一组频道作为扫描范围，如果发现某个频道空闲，就广播带有ESSID的探测信号，AP根据该信号做响应。1）加入一个BSS79第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用 被动扫频是指AP每100

49、毫秒向外传送灯塔信号，包括用于STA同步的时间戳，支持速率以及其它信息，STA接收到灯塔信号后启动关联过程。为防止非法用户接入，在站点定位了接入点，并取得同步信息之后，就开始交换验证信息。验证业务提供了控制局域网接入的能力。站点经过验证后，就开始关联（Associate）。关联用于建立无线访问点和无线工作站之间的映射关系，即把无线变成有线网的连线。分布式系统将该映射关系分发给ESS区中的所有AP，一个STA同时只能与一个AP关联。在关联过程中，站与AP间要根据信号的强弱协商速率。80第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用 站从一个小区移动到另一个小区需要重关联

50、(Reassociate)。重关联总是由STA发起。站点从一个小区切换到另一个小区称为漫游（Roaming）。漫游时AP对于用户提供透明的无缝连接(基本漫游和扩展漫游)。基本漫游是指STA的移动仅局限在一个扩展服务区内部；扩展漫游指SAT从一个扩展服务区中的一个BSS移动到另一个扩展服务区的一个BSS，但802.11并不保证这种漫游的上层服务还能保持。2）无线站点的漫游81第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用7.无线接入举例常用无线AP的设置界面82第四章第四章 MAC层和局域网层和局域网计计算算机机网网络络与与应应用用其中“无线功能”可决定其AP的功能是否