第5-章局域网--覆盖范围有限课件.ppt

1、第5章 局域网LAN特性覆盖范围有限覆盖范围有限l 数据率较高数据率较高l 误码率较低误码率较低l 支持广播或组播支持广播或组播l 单一管理单一管理l 拓扑结构拓扑结构n 总线型、星型、环型、树型总线型、星型、环型、树型l 传输媒体传输媒体n 双绞线、同轴电缆、光纤、无线双绞线、同轴电缆、光纤、无线l 媒体访问技术媒体访问技术n 按协议实现信道共享按协议实现信道共享5.1 局域网概述两类媒体共享技术（1）静态划分信道：信道在用户通信时固定分配给用户。（2）动态媒体接入控制：信道在用户通信时并非固定分配给用户。随机接入：所有用户可随机地发送信息，须解决“碰撞”。受控接入：用户不能随机地发送信息，

2、必须服从一定控制。5.2 传统以太网5.2.1 以太网的工作原理1.以太网的两个标准70年代中期由Xerox Palo Alto Research Center(Bob Metcalfe)提出，数据率为2.94M/s，称为Ethernet 后来由DEC,Intel and Xerox(DIX 标准)改进为10M标准，1982年修改第二版DIX Ethernet V2 1983年定名为IEEE 802.3，即使用CAMA/CD协议的 LAN标准，数据率从1M到10M，支持多种传输媒体LAN的数据链路层按功能划分为两个子层：按功能划分为两个子层：LLC和和MAC 功能分解的目的：将功能中与硬件相关

3、的部分和功能分解的目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分进行区分，降低研究和实现的复与硬件无关的部分进行区分，降低研究和实现的复杂度。杂度。与传统的数据链路层的区别：与传统的数据链路层的区别：LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播链路支持多重访问，支持成组地址和广播 支持支持MAC链路访问控制功能链路访问控制功能 提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复用多路复用.MAC子层功能：成帧子层功能：成帧/拆帧，拆帧，实现、维护实现、维护MAC协议协议，位差错检测，寻址，位差错检测，寻址 LLC子层功能：向高层提供子层功能：向高层提供SAP

4、，建立建立/释放逻辑释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，某些网络层功连接，差错控制，帧序号处理，某些网络层功能能 LAN对对LLC子层透明，仅在子层透明，仅在MAC子层才可见子层才可见LAN的的标准（标准（LAN标准的区别在标准的区别在MAC子层）子层）LAN参考模型网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC介质访问控制介质访问控制 MAC高层高层 OSI IEEE 802物理层物理层 物理层：透明传输位流，规定信号编码、物理层：透明传输位流，规定信号编码、传输媒体、拓扑结构及数据率传输媒体、拓扑结构及数据率（）（）（）（）（）（）SAP主要的LAN标准国际上

5、采用IEEE802所制定的局域网标准作为局域网标准，称作IEEE802-x,主要有：l 802.1 概述、体系结构、网络互连概述、体系结构、网络互连l 802.2 LLCl 802.3 CSMA/CD l 802.4 Token Busl 802.5 Token Ringl 802.6 分布队列双总线分布队列双总线DQDB-MAN标标准准l FDDI 光纤分布数据接口光纤分布数据接口FDDI802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5Token Ring802.6DQDBFDDI802.2 LLC数据链路层数据链路层 物理层物理层2.Ethernet网卡的构成 以太网的网络接

6、口卡是计算机与通信介质进行数据交互的中间处理部件，每个网卡有自己的控制器，用以确定何时发送，何时从网络上接受数据，并负责执行IEEE 802.3所规定的规程，如构成帧、计算帧检验序列、执行编码译码转换等。网卡：串/并行通信转换。网卡驱动程序：数据发送和存储。3 带有碰撞检测的载波侦听多路访问CSMA/CD 工作原理：边发送边监听。若监听到冲突，则冲突工作原理：边发送边监听。若监听到冲突，则冲突双方都立即停止发送。信道很快空闲，从而提高效双方都立即停止发送。信道很快空闲，从而提高效率。率。P98-99 图图5-5 冲突检测方法：冲突检测方法：比较接收到的信号电压的大小比较接收到的信号电压的大小

7、检测曼彻斯特编码的过零点检测曼彻斯特编码的过零点 比较接收到的信号与刚发出的信号比较接收到的信号与刚发出的信号站点检测到冲突后，往往发送人为干扰信号，强化站点检测到冲突后，往往发送人为干扰信号，强化冲突，以通知其他站点冲突，以通知其他站点(1)在在0时刻开始时刻开始发送发送(2)大约在大约在 -d d 时刻到达时刻到达 B B(3)B 开始发送开始发送;在在d/2d/2时刻发生冲突时刻发生冲突(4)冲突信号在冲突信号在 2 时刻到达时刻到达A l 帧发送时延必须超过帧发送时延必须超过 2 ，以防止在第一位数据到达总线最远端以防止在第一位数据到达总线最远端之前，数据已全部发送完毕，从而引起冲突；

8、而发送方却误以为已之前，数据已全部发送完毕，从而引起冲突；而发送方却误以为已帧成功发送帧成功发送l 此时隙时间为此时隙时间为 51.2 m ms，即即512 为为bit，64字节字节l 最小帧长为最小帧长为 64字节字节(不包括前同步码不包括前同步码)l 因此数据字段最少为因此数据字段最少为 46 字节字节AAAABBBB4.争用期（p100)1）坚持退避算法坚持退避算法(1)非坚持非坚持CSMA：假如介质空闲则发送，假如介质忙，等假如介质空闲则发送，假如介质忙，等待一段随机时间，重复。待一段随机时间，重复。(2)1-坚持坚持CSMA坚持的坚持的CSMA/CD：监听到信道空闲就立即发送数据，并

9、继监听到信道空闲就立即发送数据，并继续监听；若监听到冲突，则立即放弃发送续监听；若监听到冲突，则立即放弃发送(3)P坚持坚持CSMA：假如介质空闲，则以假如介质空闲，则以P概率发送，以概率发送，以(P-1)的的概率延迟一个时间单位。概率延迟一个时间单位。2）退避算法退避算法（p100)：以截断二进制指数类型，来决定重：以截断二进制指数类型，来决定重发时延发时延 从从 0,1,2,.,2k-1 中随机取一个数中随机取一个数r，重发时延重发时延=r 基本基本重发时延重发时延 其中其中 k=min 重发次数，重发次数，10 动态退动态退避算法避算法CSMA/CD媒体访问方法的规则：如果媒体信道空闲，

10、则可进行发送，否则转到第2步。如果媒体信道忙（有载波），则继续对信道进行侦听。一旦发现空闲，就进行发送。如果在发送过程中检测到碰撞，则停止正常发送，转而发送一个短的干扰（jam）信号，使网上所有站都知道出现了碰撞。发送了干扰信号后，退避一段随机时间，重新尝试发送，转到第1步。5.2.2 传统以太网的连接 传输媒体：粗缆、细缆、铜线、光缆 传输媒体物理层：10BASE5、10BASE 2、10BASE-T、10BASE-F 粗缆以太网：收发器 中继器 最大距离（p103 图5-9）10Base5分插头:插入电缆 收发器:发送/接收,冲突检测,电气隔离，超长控制 AUI:连接件单元接口 用于骨干网

11、在与粗缆连接时，要外接收发器MAU，对以太网来说常用的粗缆型号为RG8（50）。最大段长度 500米每段最多站点数 100两站点间最小距离 2.5米网络最大跨度 2.8公里 粗缆vampire tap收发器收发器AUI 电缆电缆50m10Base2 BNC T型接头型接头 无需插入电缆无需插入电缆 用于办公室用于办公室LAN段最大长度 185m每段最多站点数 30两站点间最短距离 0.5 m网络最大跨度 925 m 10BaseTHub（集线器）相当于多端口转发器（p104图5-10特点）用于办公室LAN 拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。转发器/中继器的作用：扩充信号传输距离。将信号放大并

12、整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。物理层设备。以太网组网示例5.3 以太网的MAC层5.3.1 MAC层的硬件地址 802标准规定了48bit 的全球地址，即硬件地址，又称物理地址（MAC地址）。IEEE的注册管理委员会（RAC）是局域网全球地址管理机构。厂商购买前三位地址，OUI。后三位由厂商自定，称扩展标识符。MAC地址组成(p111图5-16)图5-17表示用网卡上的硬件地址来标识局域网上的计算机和路由器。地址字段地址字段包括目的地址和源地址两部分。在IEEE 802.3标准中规定，源地址字段中第1位恒为“0”。目的地址字段有较多的规定，原因是一个帧有可能发给某一工作站，也可能发送

13、给一组工作站，还有可能发送给所有工作站，后两种情况分别称为组广播和全局广播。目的地址字段的格式如图所示。当该字段第一位为“0”时，表示帧要发送给某一工作站，即单站地址（也称单目的地址）。当该字段第一位为“1”时，表示帧发送给一组工作站，即组地址（也称多目的地址）。全“1”的组地址表示全局广播地址。G/L 比特：第一字节的最低第2位，1 为全球管理，0 为本地管理。网卡中的MAC地址与处理：单播：MAC帧地址与本站的硬件地址相同广播：发送给所有站点的帧（全1）多播：发送给部分站点的帧。5.3.2 两种不同的MAC帧格式以太网的MAC帧格式有两种标准，一种是DIX Ethernet V2标准，另一

14、种是IEEE的802.3标准。图5-18画出了这两种不同的MAC帧格式。IEEE 802.3PA:前导码前导码-10101010序列，用于使接收方与发送方同步序列，用于使接收方与发送方同步SD:帧首定界帧首定界-10101011DA:目的地址目的地址-MAC 地址地址SA:源地址源地址-MAC地址地址LEN:数据长度（数据部分的字节数）（数据长度（数据部分的字节数）（0-1500B）Type:类型：高层协议标识类型：高层协议标识LLC PDU+pad-最少最少46字节字节,最多最多1500字节字节 pad 填充字段，保证帧长不少于填充字段，保证帧长不少于64字节（字节（为什么？为什么？）FCS

15、:帧校验序列（帧校验序列（CRC-32）7 1 6 6 2 0-1500 0-46 4 字节FCSPA SALEN/typeSDDALLC PDUPad8 6 6 2 46-1500 4字节字节FCSSATypePADADataPadEthernet校验区间64-1518 字节5.3.2 两种不同的 MAC帧格式802.3 规定的无效帧规定的无效帧 帧长与数据长度字段不一致 帧长不是整数个字节 用收到的帧校验序列FCS 检测到帧有差错 帧长小于规定的最小值(64 or 512 bytes)前同步码前同步码802.3 MAC 帧帧目的地址目的地址源地址源地址数据长度数据长度 LLC 帧帧(数据数

16、据)FCS最短帧长最短帧长 避免帧的第一个比特到达电缆的远端前帧已经发完，帧发送时间应该大于 2；最大长度2500M，拥有四个中继器的10Mbps LAN，允许帧最小发送时间为51.2微秒，等于64个字节发送时间，所以最短帧长为64字节；网络速度提高，最短帧长也应该增大或者站点间的距离要减小，如1Gbps 的2500m LAN，则最小帧长？5.4 扩展的局域网5.4.1 在物理层扩展局域网1.用集线器连接不同的局域网优点：跨网通信扩大范围：主机与HUB或HUB间距离100M。2.缺点：吞吐量受限受以太网技术不同和传输速率差异的限制。5.4.2 在数据链路层扩展局域网 数据链路层扩展局域网采用网

17、桥。根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。定义：网桥（bridge）是工作在数据链路层的一种网络互连设备，它在互连的LAN之间实现帧的存储和转发。为什么使用桥？学校和企业的各个部门分别拥有自己独立管理的LAN，为了进行交互，需要使用网桥来实现互连；一个企业分布在相隔很远的不同建筑物内，在每个建筑物内组建单独的LAN，并使用桥将这些LAN连接起来，是比较经济的方案；Caption:A bridge connecting LAN segments in two buildings.An optical fiber is used to connect the bridge to a remot

18、e LAN segment.将一个负载很重的大LAN分隔成使用网桥互连的几个LAN以减轻负担；LAN上的两台机器其距离超过2500米，必须使用网桥将这个 LAN 分隔以保证网络的正常工作；网桥可以互连不同类型的LAN；网桥可以隔离负载，防止出故障的站点损害全网；网桥可以有助于安全保密。Caption:A bridge using a leased satellite channel to connect LAN segments at two sites.A satellite bridge can span arbitrary distance.使用网桥可以带来以下好处：（1）过滤通信量。（

19、2）扩大了物理范围。（3）提高了可靠性。（4）可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率(如10 Mbit/s和100 Mbit/s以太网)的局域网。网桥也有不少缺点，例如：（1）由于网桥对接收的帧要先存储和查找站表，然后才转发，这就增加了时延。（2）在MAC子层并没有流量控制功能。当网络上的负荷很重时，网桥中的缓存的存储空间可能不够而发生溢出，以致产生帧丢失的现象。（3）具有不同MAC子层的网段桥接在一起时，网桥在转发一个帧之前，必须修改帧的某些字段的内容，以适合另一个MAC子层的要求。这也耗费时间，因而增加时延。（4）网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时

20、还会因传播过多的广播信息而产生较大的广播风暴。工作原理：网桥工作在混杂（promiscuous）方式，接收所有的帧；网桥接收到一帧后，通过查询地址/端口对应表来确定是丢弃还是转发；网桥刚启动时，地址/端口对应表为空，采用泛洪（flooding）方法转发帧,即收到的帧向除进入端口外的所有端口转发。在转发过程中采用逆向学习（backward learning）算法收集MAC地址。网桥通过分析帧的源MAC地址得到MAC地址与端口的对应关系，并写入地址/端口对应站表；网桥软件对地址/端口对应表进行不断的更新，并定时检查，删除在一段时间内没有更新的地址/端口项；2.透明网桥/生成树网桥透明网桥的工作原理

21、透明网桥的工作原理在端口x上收到无差错的帧在站表中找到目的站？否是方向为端口x？是否丢弃此帧向正确的方向转发此帧向除x 之外的所有端口转发此帧源站在站表中？将源站加入站表中，置定时器更新方向和定时器是否 帧的路由过程帧的路由过程 目的LAN与源LAN相同，则丢弃帧；目的LAN与源LAN不同，则转发帧；目的LAN未知，则洪泛帧，并逆向学习。多个网桥（并行网桥）可能产生回路 Fig.4-39 解决多个网桥产生回路的问题 思想 让网桥之间互相通信，用一棵连接每个LAN的生成树（Spanning Tree）覆盖实际的拓扑结构。Fig.4-40 构造生成树 每个桥广播自己的桥编号，编号最小的桥称为生成树

22、的根；每个网桥计算自己到根的最短路径，构造出生成树，使得每个LAN和桥到根的路径最短；当某个LAN或网桥发生故障时，要重新计算生成树；生成树构造完后，算法继续执行以便自动发现拓扑结构变化，更新生成树。3.源路由网桥源路由网桥的原理 帧的发送者知道目的主机是否在自己的LAN内；如果不在，在发出的帧头内构造一个准确的路由序列，包含要经过的网桥、LAN的编号。并将发出的帧的源地址的最高位置1；例：图中A到D的路由为：（L1，B1，L2，B2，L3）每个LAN有一个12位的编号，每个网桥有一个在它的LAN 中的4位编号；网桥只接收源地址的最高位为1的帧，判定是转发还是丢弃；源路由的产生：每个站点通过广

23、播“发现帧”（discovery frame）来获得到各个站点的最佳路由。若目的地址未知，源站发送“发现帧”，每个网桥收到后广播，目的站收到后发应答帧，该帧经过网桥时被加上网桥的标识，源站收到后就知道了到目的站的最佳路由。优点对带宽进行最优的使用。缺点网桥的插入对于网络是不透明的，需要人工干预。站点要知道网络的拓扑结构。4.多端口网桥-以太网交换机1）交换机与网桥的区别：端口数：网桥少、交换机多 连接对象：网桥连接局域网；交换机连接主机。2）交换机特点：需要通信时，相关端口连通，进行无碰撞的数据传输。3）交换方式：存储转发：等到MAC帧全部收到，并经CRC再传输该帧。直通交换（快速分组）：只查

24、MAC帧的前几位（目的地址），并快速分组转发。4.1 交换的基本概念 交换技术就是为终端用户提供专用点对点连接，它把传统以太网一次只能为一个用户服务的“独占”的网络结构，转变成一个平行处理系统，为每个用户提供一条交换通道，把它们连接到一个高速背板总线 与网桥和路由器的区别 局域网交换器比网桥和路由器的性能以及吞吐能力高得多，因为交换器只要识别信息帧的源地址和目的地址即可，并不对帧进行拆开、检查协议等，时延比路由器小。4.2 交换的实现方法 静态交换在静态交换中，网络管理员可以将交换器一个端口连接的用户工作站从一条共享以太总线移到另一条，这种交换叫静态端口交换；动态交换 工作过程如下：交换机检查

25、来自PC的数据包，然后识别该数据包的源地址和目的地址，动态打开一专用的10/100Mbps链路，将包由源地址端口传送至目的地址端口。l动态交换检查由一个工作站发往另一个工作站的数据动态交换检查由一个工作站发往另一个工作站的数据包，在它们之间动态建立一专用的包，在它们之间动态建立一专用的10/100Mbps链路，链路，一旦端口完成通信，动态交换释放此链路。一旦端口完成通信，动态交换释放此链路。l动态段交换是每一动态段交换端口可以连接一个传动态段交换是每一动态段交换端口可以连接一个传统的共享以太网网段，而不只是一个工作站或服务器。统的共享以太网网段，而不只是一个工作站或服务器。动态段交换通过对大量

26、动态段交换通过对大量MAC地址的识别来完成此功能。地址的识别来完成此功能。用端口连结整个网段。用端口连结整个网段。4.3 全双工交换式局域网 原因：在总线方式下采用CSMA/CD协议，如果两台工作站同时发送就会产生碰撞，所以只能是半双工方式。在广域网上的连接通常是全双工的，但以前局域网一在广域网上的连接通常是全双工的，但以前局域网一直工作在半双工方式下。直工作在半双工方式下。（a）交换机全双工工作方式 （b）共享HUB半双工工作方式只有采用交换器连接网络时才能使用全双工通信，交换器的每个端口只连接一个站点，不会产生碰撞，也就不用在发送时用接收电缆监听碰撞信号。交换机共享集线器发送数据发送数据接

27、收数据接收数据发送数据接收数据监听碰撞RJ45RJ45RJ45RJ45虚拟局域网定义IEEE 802.1Q标准中对虚拟局域网VLAN(Virtual LAN)是这样定义的：虚拟局域网是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。虚拟局域网特点：同一桥接网络上的不同主机及网络设备逻辑地分割成不同的组，组与组间不能直接进行数据交互，这样就避免了不同组间相互干扰，也保证同一组内数据的安全。每个VLAN 帧都有一个明确的标识，指明发送这个帧的工作站是属于那一个VLAN。当任意结合的局域网络构成VLAN时，本机信息包含了IEEE 802.10 VLAN 的标识ID，如果此

28、ID不能被设备所接收则被过滤掉，只有本机的信息才能从本交换机发出。这种策略的用途为可以实现与IEEE 802.10不兼容的设备网络的透明通讯。虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即所谓的“广播风暴”)而引起性能恶化。VLAN的实现方法的实现方法 在VLAN的实现方式中有很多方法来创建逻辑组和广播域：通过端口 通过网络地址 通过用户定义虚拟网络间的通信一般也分为三种方法：通过交换机间的交换实现第二层间的互通；通过交换机到路由器，用路由器实现第三层的交换；还可以通过支持虚拟网络功能的服务器进行第三层的交换，所有虚网间的用户都通过服务器进行交互。(a)虚网间通过

29、交换机和路由器通信示意图(b)虚网间通过服务器通信示意图图 3405.6 100BASE-T和千兆快速以太网络技术 目前常见的快速网络有 100BASE-T 100VG-ANYLAN 千兆位快速以太网 5.6.1 100BASE-T以太网 100BASE-T快速以太网是由10BASE-T以太网标准发展而来的，保留了以太网的观念，网络速度提高了十倍。l100BASE-T标准为IEEE 802.3u。l发送数据速率提高与帧长的关系。(1)100BASE-TX 100BASE-TX的通信介质是5类UTP或STP双绞线。采用5类UTP线时，RJ-45接口与10BASE-T中的连接方法一样，占用其中的2

30、对绞线（即1-2、3-6两对），RJ-45的插头和插座必须也是5类的，否则达不到传输要求。(2)100BASE-T4 100BASE-T4的通信介质采用3类UTP线路上四对线路进行100Mbps的数据传输。其中三对双绞线用于数据传输，一对用于冲突检测。100BASE-T4也使用RJ-45接口，连接方法与10BASE-T相同，即1-2、3-6、4-5、7-8四对线一一对应连接。对于原来用3类线布线的系统，可以通过采用100BASE-T4把网络从10Mbps升级到100Mbps，无需重新线。(3)100BASE-FX 100BASE-FX的通信介质采用两芯62.5/125微米的光纤。接口与FDDI

31、网络中设定的一样，即MIC、ST或SC光纤接口。传输距离远远大于UTP线路，用于连接主干和跨楼宇间的连接。5.6.2 千兆位（Gigabit）以太网 千兆以太网是近期推出的1000Mbps高速以太网，千兆位以太网遵从IEEE 802.3z标准，该标准为以太网MAC层定义了一个接口GMII（Gigabit Media Independent Interface），还定义了管理、中继器操作、拓扑规则及四种物理层信令系统。主要特点：全双工、半双工两种方式工作 该技术采用IEEE 802.3帧格式；在半双工下采用CSMA/CD访问控制技术 向后兼容物理层两个标准1）1000Base-X（802.3z)

32、1000BASE SX:距离260m；1000BASE LX:单模光纤距离3000米或多模距离550m。1000BASE CX:CX表示铜线（STP）距离205m；2）1000Base-T（802.3ab)4对5类UTP，距离100m。载波延伸和分组突发传输载波延伸和分组突发传输 载波延伸：保持最小帧为64字节，但将争用时间增大到512字节。凡发送的MAC帧长不足512字节时，就用一些特殊字符填充在帧的后面，使MAC帧的发送长度增大到512字节，但这对有效载荷并无影响。分组突发(packet bursting)。这就是当很多短帧要发送时，第一个短帧要采用上面所说的载波延伸的方法进行填充。但随后

33、的一些短帧则可一个接一个地发送，它们之间只需留有必要的帧间最小间隔即可。这样就形成了一串分组的突发，直到达到1500字节或稍多一些为止，如图5-26所示。千兆位（Gigabit）以太网配置千兆以太网产品：千兆以太网产品：交换机、上连/下连模块、网卡、千兆以太网路由器 升级到千兆以太网升级到千兆以太网(1)升级交换机到交换机的连接：升级前例图 升级后例图(2)升级交换机到服务器的连接 最简单的升级方案，将快速以太网交换机升级成千兆以太网交换机，与安装了千兆以太网卡的高性能服务器组与1000Mbps的高速率相连，提供对应用和文件服务的高速访问能力。图a为升级前，图b为升级后(3)升级交换式快速以太

34、网主干 多个10/100交换机构成的快速以太网主干可以升级为支持多个100/1000交换机及其它含有千兆以太网接口和上连模块的路由器和集线器的千兆以太网交换机。若需要也可安装千兆集线器和/或缓存式分配器。图a为升级前，图b为升级后。升级前例图 升级后例图 5.6.3 10吉比特以太网10吉比特以太网并非将吉比特以太网的速率简单地提高到10倍。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，也不使用CSMA/CD协议。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是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。10吉比特以

35、太网有下述两种不同的物理层。（1）局域网物理层LAN PHY（2）可选的广域网物理层WAN PHY由于10吉比特以太网的出现，以太网的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。5.7 其他种类的高速局域网5.7.1 100VG-AnyLAN局域网100VG是一种无碰撞局域网，能更好地支持多媒体传输。在网络上可获得高达95%的吞吐量。在媒体接入控制MAC子层运行一种新的协议，叫做需求优先级(demand priority)协议。5.7.2 光纤分布数据接口FDDI 光纤分布数据接口光纤分布数据接口FDDI-Fiber Distributed Dat

36、a Interface,是以光纤作为传输媒体的令牌环型网，是以光纤作为传输媒体的令牌环型网，主要特点：主要特点：(p127)1、沿用、沿用IEEE 802系列局域网的设计规范，系列局域网的设计规范，IEEE 802.5 Token Ring令牌环网络技术加以改进，使用令牌环网络技术加以改进，使用基于基于802.5的的MAC协议协议。2、FDDI网络的结构 光纤构成的FDDI，其基本结构为两个封闭的逆向双环，一个环为主环（Primary Ring），另一个环为备用环（Secondary Ring）。（a）FDDI结构图（b）FDDI环自愈FDDI网络的基本概念环路（Ring）:在FDDI网络中，

37、环也称FDDI环，它是信息流经的站点的集合，每个站点依次检查或复制这些信息，直到信息返回到起始站点。令牌（Token）:令牌是FDDI环路上各个站点间传送信息的“通行证”。令牌是一种非常短的特殊的结构帧，包括令牌的开始、结束和类型等参数。FDDI的操作原理 FDDI网络的工作建立在短令牌帧的基础上。当所有站都空闲时，短令牌帧沿环运行。5.8 无线局域网5.8.1 无线局域网的组成1）802.11标准在1997年，经过了7年的工作以后，IEEE发布了802.11协议，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。在1999年9月，他们又提出了802.11b“High Rate”协议，用来对

38、802.11协议进行补充，802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps速率下又增加了5.5Mbps和11Mbps两个新的网络吞吐速率。2）802.11工作方式分类：有固定基础设施、无固定基础设施有固定基础设施 基本服务集：无线接入点(Access Point,AP)通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口(802.3接口)构成，桥接软件符合802.1d桥接协议。接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合到有线的网络上。一种是无线站，通常是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的，一个无线的终端可以是802.11PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口的，或者是在非计算

39、机终端上的嵌入式设备(例如802.11手机)。无固定基础设施：自组网络，处于平等状态的移动站间相互通信组成的临时网络 自组网络示意图5.8.2 802.11标准中的物理层物理层的3种实现方法。1跳频扩频跳频扩频FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)是扩频技术中常用的一种。它使用2.4 GHz的ISM频段(即2.4000 2.4835 GHz)。共有79个信道可供跳频使用。第一个频道的中心频率为2.402 GHz，以后每隔1 MHz一个信道。因此每个信道可使用的带宽为1 MHz。当使用二元高斯移频键控GFSK时，基本接入速率为1 Mbit/s。当使用4元G

40、FSK时，接入速率为2 Mbit/s。2直接序列扩频直接序列扩频DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)是另一种重要的扩频技术。它也使用2.4 GHz的ISM频段。当使用二元相对移相键控时，基本接入速率为1 Mbit/s。当使用4元相对移相键控时，接入速率为2 Mbit/s。3红外技术红外技术IR(InfraRed)是指使用波长为850 950 nm的红外线在室内传送数据。接入速率为12 Mbit/s。802.11b的增强物理层802.11b在无线局域网协议中最大的贡献就在于它在802.11协议的物理层增加了两个新的速度：5.5Mbps和11Mbps。为了实现

41、这个目标，直接序列扩频 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)被选作该标准的唯一的物理层传输技术，这个决定使得802.11b可以和1Mbps和2M的802.11bps DSSS系统互操作。组建无线局域网 无线局域网可以简单也可以复杂，最简单的网络可以只要两个装有无线适配卡(wireless adapter card)的 PC，放在有效距离内，这就是所谓的对等(peer-to-peer)网络，这类简单网络无需经过特殊组合或专人管理，任何两个移动式PC之间不需中央服务器(central server)就可以相互对通。无线网络访问点(Access Point,简称

42、AP)可增大网络移动室PC之间的有效距离到原来的两倍。因为访问点是连接在有线网络上，每一个移动式PC都可经服务器与其它移动式PC实现网络的互连互通，每个访问点可容纳许多PC，视其数据的传输实际要求而定，一个访问点容量可达15到63个PC 无线网络交换机和PC之间有一定的有效距离，在室内约为150米，户外约为300米。在大的场所例如仓库中或在学校中，可能需要多个访问点，网桥的位置需要事先考察决定，使有效范围覆盖全场并互相重叠，使每个用户都不会和网络失去联络。用户可以在一群访问点覆盖的范围内漫游（roam）。访问点把用户在不知不觉中从一个访问点的覆盖范围转移到另一个访问点的覆盖范围，确保通讯不会中

43、断5.8.3 802.11标准中的MAC层（自学）无线局域网不能简单地搬用CSMA/CD协议。这里主要有两个原因：第一，CSMA/CD协议要求一个站点在发送本站数据的同时还必须不间断地检测信道，以便发现是否有其他的站也在发送数据，这样才能实现“碰撞检测”的功能。但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。第二，更重要的是，即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发生碰撞。图5-31的例子表示了无线局域网的特殊问题。未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hidden station problem)。站B向A发送数据。而C又想和

44、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(exposed station problem)。802.11标准设计了独特的MAC层，如图5-32所示。802.11规定，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。这段时间的通称是帧间间隔IFS(InterFrame Space)。常用的三种帧间间隔如下：（1）SIFS，即短(Short)IFS，长度为28 ms。（2）PIFS，即点协调功能IFS(比SIFS长)，是为了在开始使用PCF方式时(在PCF方式下使用没有争用)优先获得接入到媒体中。（

45、3）DIFS，即分布协调功能IFS(最长的IFS)，在DCF方式中用来发送数据帧和管理帧。CSMA/CA协议的原理可用图5-33来说明。仅在下面的情况下才不使用退避算法：检测到信道是空闲的，并且这个数据帧是它想发送的第一个数据帧。除此以外的所有情况，都必须使用退避算法。具体来说，就是：（1）在发送它的第一个帧之前检测到信道处于忙态。（2）在每一次的重传后。（3）在每一次的成功发送后。为了更好地解决隐蔽站带来的碰撞问题，802.11允许要发送数据的站对信道进行预约。具体的做法如图5-34(a)所示。源站A在发送数据帧之前先发送一个短的控制帧，叫做请求发送RTS(Request To Send)，它包括源地址、目的地址和这次通信(包括相应的确认帧)所需的持续时间。若媒体空闲，则目的站B就发送一个响应控制帧，叫做允许发送CTS(Clear To Send)，如图5-34(b)所示。图5-35给出了RTS和CTS帧以及数据帧和ACK帧的传输时间关系。