网络原理第八章课件.ppt

1、第3章 数据链路层2上次课知识点n了解n以太网多播n理解n以太网的帧格式、网桥的特点、碰撞域、广播域、透明网桥为何需要生成树算法n掌握n集线器的工作原理、网桥的基本原理和集线器的区别，透明网桥转发表的自学习第3章 数据链路层3第 3 章 数据链路层（续）3.7 无线局域网 3.7.1 无线局域网的组成 3.7.3 802.11局域网的MAC协议 3.7.5 其他无线计算机网络第3章 数据链路层3.7 无线局域网4 无线局域网可分为两大类：有固定基础设施的网络 无固定基础设施的网络因特网APAP802.11无线局域网n802.11无线局域网又称为Wi-Fi（Wireless Fidelity，即

2、无线保真度）n802.11是IEEE制定的无线局域网的协议标准n目前使用最广泛的无线局域网就是802.11无线局域网，因此Wi-Fi几乎成为了无线局域网WLAN的同义词n802.11既支持有固定基础设施的网络，也支持无固定基础设施的网络，但使用最多的是它的有固定基础设施的组网方式。5第3章 数据链路层第3章 数据链路层3.7 无线局域网3.7.1 无线局域网的组成1.有固定基础设施的无线局域网AP1AP26接入点Access Point接入点&建立关联n一个无线站若要加入到一个基本服务集 BSS(Basic service set)，就必须先选择一个接入点 AP，并与此接入点建立关联。n建立关

3、联就表示这个无线站加入了选定的 AP 所属的子网，并和这个 AP 之间创建了一个虚拟线路。n只有关联的 AP 才向这个无线站发送数据帧，而这个无线站也只有通过关联的 AP 才能向其他站点发送数据帧。7第3章 数据链路层接入点&建立关联n每个AP有一个服务集标识符SSID(Service Set Identifier)，其实就是一个名字。n无线站与接入点建立关联的方法有两种：n被动扫描，AP周期性发出带有SSID的信标帧。n主动扫描，无线站主动发出探测请求帧，然后等待从AP发回的探测响应帧。n当你在Microsoft Windows XP中“查看可用网络时”，将显示所在区域内每个AP的SSID。

4、用户可以选择其中的一个并与之建立关联。8第3章 数据链路层热点(hot spot)n通过AP可以很方便地接入到因特网。无线因特网服务提供者 WISP(Wireless Internet Service Provider)提供连接因特网的AP。用户可以通过无线信道接入到 WISP，然后再经过y有线信道接入到因特网。n现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入 Wi-Fi 的服务。这样的地点就叫做热点。9第3章 数据链路层2.自组网络(ad hoc network)自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点n自组网络是没有固定基础设施（即没

5、有 AP）的无线网络。n复杂的自组织网络支持结点间的多跳存储转发10第3章 数据链路层移动自组网络的应用前景 n携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信。n作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。n在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信。11第3章 数据链路层CSMA/CA协议12问题n在无线局域网中，同时发送数据的多个站点之间会发生冲突（信号会相互叠加干扰），导致数据传输失败。n能否使用CSMA/CD来解决该问题？冲突冲突CSMA/CA协议隐蔽站问题 当A和C都向 B 发送数据时，由于互相检测不到对方的无线信号，因此检测不到冲突。A 的无线信号覆盖范围C 的

6、无线信号覆盖范围ABCD13不能简单照搬CSMA/CD协议n在无线信道中，接收信号远小于发送信号，要实现冲突检测，对硬件要求很高（成本高）。n即使在硬件上实现了无线信号的冲突检测功能，由于无线网络特有的隐蔽站问题，仍然可能无法检测到冲突。14CSMA/CA协议CSMA/CA协议3.7.3 CSMA/CA 协议n802.11无线局域网使用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)协议n在CSMA基础上进行改进：n增加确认机制（停止等待协议），实现可靠数据传输功能。n没有实现冲突检测，但是增加了一些冲突避免(Col

7、lision Avoidance)机制。15CSMA/CA协议确认机制的作用和必要性 n由于没有有线网络的冲突检测功能，而冲突又不可能完全避免，通过确认机制可以间接发现冲突以便及时重传n无线信道容易受干扰，信道误码率要远远高于有线信道，在媒体接入层增加确认机制可以尽快恢复差错，为上层提供较好的传输服务16确认与帧间间隔n发送方检测到信道空闲后至少等一个分布式帧间间隔(Distributed Inter-Frame Space)时间才能发送数据n接收方收到数据无误后，等一个短帧间间隔(Short Inter-Frame Space)时间后发回一个确认帧n发送方超时没有收到确认则进行重传CSMA/

8、CA协议发送方接收方DIFSDataSIFSACK17tt确认与帧间间隔nDIFS大于SIFSn不同大小的帧间间隔提供了一种优先级机制！n确认帧优先级高于数据帧，可以避免确认过程被其他站的数据帧所打断n一旦确认过程被打断就会导致发送方进行不必要的重传CSMA/CA协议发送方接收方DIFSDataSIFSACK18?ttn用总线来表示无线信道CSMA/CA协议19何时最易发生冲突？A B C D En用总线来表示无线信道CSMA/CA协议20何时最易发生冲突？A B C D E冲突冲突冲突冲突 信道由忙刚刚变为空闲时最易发生冲突！CSMA/CA协议利用退避机制避免冲突n为避免冲突，要发送数据的站

9、点发现信道由忙恢复空闲时并不是立即发送数据，而是要退避一段随机的时间（大于DIFS）后若信道仍然空闲才能发送数据n若发送方接收到确认要立即发送下一帧时，为公平竞争，也要执行退避n当发送方超时没有接收到确认，重传帧时，要将随机选择退避时间的范围扩大一倍。21CSMA/CA协议利用退避机制避免冲突n在执行退避的过程中，如果信道由空闲变为忙时，站点要冻结退避时间n当信道重新由忙变为空闲时再继续计时n当退避时间减为0时（信道状态一定是空闲），站点即可发送数据22CSMA/CA协议利用预约机制避免冲突n为进一步减少数据帧冲突，发送方可以先发送一个短的请求发送(Request to Send,RTS)控制

10、帧，预约信道n若正确收到接收方发回的允许发送(Clear to Send,CTS)控制帧，则成功预约信道并开始发送数据nRTS和CTS中包含需要占用信道的时间，所有其他站监听到RTS或CTS后都自觉将访问信道的时间推迟到预约时间之后23预约解决隐蔽站问题APABRTS(A)RTS(B)CTS(A)CTS(A)DATA(A)ACK(A)ACK(A)推迟访问24CSMA/CA协议RTS(A)虚拟载波监听CSMA/CA协议CSMA/CA对CSMA的改进 n增加确认机制（停止等待协议），实现可靠传输n间接冲突检测n因为无线信道误码率高n冲突避免：n基于不同帧间间隔的优先级n发送数据时执行退避算法n信道

11、预约和虚拟载波监听253.7.5 其他无线计算机网络(1)无线个人区域网WPAN(Wireless Personal Area Network)n在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来自组网络，不需要使用接入点 AP。n整个网络的范围大约在 10 m 左右。n蓝牙(Bluetooth)系统（802.15）n超宽带UWB(Ultra-Wide Band)（802.15.3）第3章 数据链路层26(2)无线城域网WMANnWiMAX第3章 数据链路层27ISPU N I V E R S I T YU N I V E R S I T Y802.11 WLAN802.11 热点802

12、.11 WLAN802.16802.16802.16 基站802.16因特网802.16 基站802.16802.16电信网第3章 数据链路层28知识点n了解n以太网的发展、VLAN的工作原理、无线局域网的组成、ad hoc网络n理解nVLAN的概念和作用、隐蔽站问题、CSMA/CD对CSMA的改进、AP的作用n掌握n以太网交换机的工作原理第3章 数据链路层29作业n1.为什么在无线局域网中不能直接使用CSMA/CD协议？n2.简要总结一下CSMA/CA中的冲突避免机制有哪些？n3.习题3-46第3章 数据链路层30预习作业n预习4.1.1,4.1.2,4.2.1，回答以下问题：n1.网络层最核心的功能是什么？n2.数据报服务和虚电路服务有什么不同？n3.什么是直接交付和间接交付？教学体会n时间正好31第3章 数据链路层