计算机网络原理-局域网技术PPT.ppt

第8章 局域网技术,8.1介质访问控制子层计算机网络可以分成两类使用点到点连接的网络 广域网使用广播信道（多路访问信道，随机访问信道）的网络局域网关键问题：如何解决对信道争用解决信道争用的协议称为介质访问控制协议 MAC（Medium Access Control），是数据链路层协议的一部分,计算机网络原理,数据链路层,物理层,网络层,介质访问控制MAC,逻辑链路控制LLC,Logical Link Control,Media Access Control,向上层提供 连接环境,对下层提供 访问介质方法,局域网的数据链路层模型,8.1.1 信道分配策略,静态分配策略动态分配策略,1.静态分配策略,频分多路复用 FDM（波分复用WDM）原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户；优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化时分多路复用 TDM原理：每个用户拥有固定的信道传送时槽优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化,2.动态分配信道分配方法,随机访问和控制访问：站点模型每个站点是独立的，有数据要发送时才占用信道，属异步时分复用。随机访问（争用）各个站点有数据就发送，冲突后再协调，重发。适合负载轻的网络，信道利用率低，延迟短访问控制轮转：每个节点轮流获得信道使用权预约；先声明，获得使用权再发送无冲突和碰撞，负载重时信道利用率高，负载轻时效率低。,介质访问控制协议,争用协议无冲突协议有限冲突协议,1.争用协议,20世纪70年代，美国夏威夷大学的ALOHA网通过无线广播信道将分散在各个岛屿上的远程终端连接到本部的主机上，是最早采用争用协议的网络。有两个版本：纯ALOHA协议（Pure ALOHA）：每个站点只要有数据就可发送；通过监听信道来发现是否发生冲突；若冲突，则等待一段随机时间，再重新发送。时隙ALOHA协议（Slotted ALOHA）：将信道时间分为离散的时间片，每个时间片可以用来发送一个帧。一个站点有数据发送时，必须等到下个时间片的开始才能发送。与纯ALOHA相比信道的利用率提高一倍。,（1）纯ALOHA,站1,站2,站N1,站N,接口,1,6,2,5,3,7,4,T0,站1,站2,站N1,站N,帧到达,发送成功,发送成功,发送成功,冲突重发,冲突重发,冲突重发,冲突再重发,1,2,3,4,5,6,7,T0,T0,T0,T0,吞吐量S：在帧的发送时间T0内成功发送的平均帧数。0S1.网络负载 G：在T0内总共发送的平均帧数。包括发送成功的帧和因冲突未发送成功的帧。G=S:未发生冲突，GS：有冲突在稳定状态下：S=GPP:发送成功的概率采用定长帧帧时：发送一帧所需时间,阴影帧的易破坏区,Vulnerable period for the shaded frame.,SG e,2G,0.10,0.20,0.184,不稳定区域,S,G,0.5,1.0,1.5,2.0,当G=0.5时，S得到最大值：0.184.,吞吐量,（2）时分ALOHA,基本思想将时间分成离散的时间片（slot），每个时间片用来传输一个帧，每个用户只能在一个时间片的开始传送帧，其它与纯ALOHA系统同。该系统要求全局时钟同步。与纯ALOHA比较，每个帧的易损时间区缩小了，冲突的概率随之减小，因而系统吞吐量随之提高。S=Ge-G，当G=1时，S达到最大值，为0.368。,每一个幀在到达后，一般都要在缓冲区中等待一段时间(该时间小于T0),然后在下一时间片开始时才能发送出去。,时隙ALOHA的易损时间区,纯ALOHA和时分ALOHA的性能比较,（3）载波侦听多重访问（CSMA）协议,1-坚持CSMA站点在发送数据前先监听信道，若信道忙则坚持监听直至发现信道空闲，一旦信道空闲立即（概率1）发送数据，发现冲突后随机等待一段时间，然后重新开始监听信道。影响协议性能的因素：信号传播延迟，1-坚持的策略。该协议适合于规模较小和负载较轻的网络。非坚持CSMA站点在发送数据前先监听信道，若信道忙则放弃监听，等待一个随机时间后再监听，若信道空闲则发送数据。信道利用率高于1-坚持CSMA，但延迟特性要差些。,1-坚持 CSMA,非坚持 CSMA,p-坚持CSMA适用于时分信道。站点在发送数据前先监听信道，信道忙则等到下一个时间片再监听，信道空闲则以概率p发送数据，以概率1-p将发送推迟到下一个时间片。下一个时间片执行相同的操作直至发送成功或检测到信道忙。该协议试图在1-坚持CSMA和非坚持CSMA间取得性能的折衷，影响协议性能的关键在于p的选择。,p-坚持 CSMA,几个CSMA协议的性能比较,带有冲突检测的CSMA/CD,工作原理：监听到信道空闲,就立即发送数据，且边发送边监听,若监听到冲突，冲突方立即停止发送，并发送干扰信号串强化冲突，通知全网站点，使信道很快空闲，随后各自等待一段随机时间，发现信道空闲又发送数据，经过几轮竞争后有一个节点发送成功。CSMA/CD的状态周期：由竞争周期、传输周期和空闲周期交织而成。冲突检测方法：（1）比较接收到的信号电压的大小（2）检测曼彻斯特编码的过零点（3）比较接收到的信号与刚发出的信号,CSMA/CD的状态周期,CSMA/CD 检测冲突时间,站点开始发送后最多经2时间就能确认传输是否成功,1 km,A,B,t,t=B 检测到信道空闲发送数据,t=/2发生碰撞,A,B,A,B,t=0 A 检测到信道空闲发送数据,A,B,t=0,A,B,单程端到端传播时延记为,CSMA/CD 检测冲突时间,设A，B为网络中相距最远的两个节点，则信号从A到B再回到A所需的时间：Slot Time 2S/0.7C+2tPHY为了保证A能够听到与B的碰撞，A发送的时间必须 Slot Time 因此所发的最小帧长Lmin Slot Time R2S/0.7C+2tPHY R可以看出：最小帧长度不变时，传输速率与网络跨距成反比；传输率固定时，网络跨距与最小帧长度成正比；网络跨距固定时，传输率与最小帧长度成正比。,等待的随机时间，用截断的二进制指数退避算法。随机时间的基本单位：为竞争时间片的长度 2 端到端的传播时延(即最远两个站之间的传播时延),检测到冲突后，退避等待的随机时间？,算法规则如下：设 1 个时间片等于两站之间的最大传播时延的两倍（2）；(1)当第一次发生冲突时，设置一个参量L=2，(2)退避等待一个随机时间，取值为 1到L 个时间片中的 一个随机数(3)当再发送帧时若又发生冲突，则L加倍(4)设置一个最大重发次数，超过该次数，则不再重传，并报告出错。,2.无冲突协议,位图协议该协议的本质是要求站点在发送前先进行预约，然后在预约的时间里发送数据，该协议不会产生冲突。,二进制倒计数协议每个站发送数据前先发送其二进制地址（长度都相等），这些地址在信道中被线性相加，协议选择其中地址最高的站作为胜出者，允许其继续发送数据。对不同地址的节点不公平：地址码大者总是优先获得发言权,二进制倒计数协议,3.有限争用协议,竞争协议：轻负载下延迟特性好，重负载下信道利用率低；无冲突协议：重负载下信道利用率高，轻负载下延迟特性不好；有限竞争协议：结合以上两类协议的优点和克服各自的缺点，在轻负载下获得良好的延迟特性，而在重负载下获得较高的信道利用率。有限竞争协议的基本思想对用户进行分组，每个时隙内只允许一个组的用户竞争信道，通过减少在同一个时隙内竞争信道的用户数来提高竞争成功的概率；组内用户数量随系统负载的变化动态调整，负载越轻用户数越多，负载越重用户数越少，在两个极端上分别退化为竞争协议和无冲突协议；协议的关键就在于如何根据系统负载自适应调整组的划分，将时隙分配给用户。,自适应树搜索,时间片0：A以下站点发送，冲突,时间片1：B以下站点发送，冲突,时间片2：D以下站点发送，无发送,时间片3：E以下站点发送，冲突,时间片4：2发送，成功,时间片5：3发送，成功,时间片6：C以下站点发送，无发送,为了使得不同厂家生产的局域网能够相互连通进行通信，IEEE于1980年2月下设了一个802委员会，专门从事局域网城域网标准的制订，形成的一系列标准统称为IEEE 802标准。ISO于1984年3月采纳其作为局域网城域网的国际标准系列，称为ISO 8802标准。IEEE 802标准主要涉及物理层、数据链路层以及网络层的一部分。,8.2 IEEE802标准与局域网,局域网的标准：IEEE802（ISO8802）IEEE802是一个标准系列：IEEE802,IEEE802.1IEEE802.14其体系结构只包含了两个层次：数据链路层、物理层数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层,标准概述,MAC 子层与 LLC 子层,MAC（Media Access Control）介质访问控制子层，负责解决设备使用共享信道的问题。LLC（Logical Link Control）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。,分成MAC、LLC两个子层的好处,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MAC子层向上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MAC子层不同，而LLC子层相同，网络的上层协议可运行于任何一种IEEE 802标准的局域网上。这种分层方法也使得IEEE 802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。,不同的MAC，相同的LLC,局域网体系结构,SAP：服务访问点，是低层向高层提供服务的地方,IEEE802系列中的主要标准,802.2 逻辑链路控制802.3 CSMA/CD（以太网）802.4 Token Bus（令牌总线）802.5 Token Ring（令牌环）802.6 分布队列双总线DQDB-MAN标准802.8 FDDI（光纤分布数据接口）802.11 WLAN（无线局域网）,IEEE802体系结构示意图,数据链路层在不同的子标准中定义分别对应于LLC子层和MAC子层,IEEE 802 标准,8.2.2 IEEE802 逻辑链路控制子层,提供三种服务:不确认的无连接服务:适用于广播、组播通信，周期性数据采集确认的无连接服务:适用于传送可靠性和实时性都要求的信息，如告警信息确认的面向连接的服务:适用于长文件传输,8.2.3 IEEE802.3:CSMA/CD,CSMA/CD网（以太网）的产生与发展20世纪70年代中期由施乐公司（Bob Metcalfe）提出，数据率为2.94Mb/s，称为Ethernet（以太网）最初人们认为电磁波是通过“以太”来传播的经DEC,Intel和Xerox公司改进为10Mb/s标准（DIX标准）DIX V1（1980）、DIX V2（1982）Ethernet II特征：基带传输、总线拓扑、CSMA/CD、同轴电缆1985年被采纳为IEEE 802.3，支持多种传输媒体。“带有冲突检测的载波监听多路访问方法和物理层技术规范”Ethernet II和IEEE 802.3二者区别很小仅是帧格式和支持的传输介质略有不同目前已发展到万兆以太网，仍在继续发展,IEEE 802.3规定了以太网的MAC层和物理层，其中物理层规定了其接口特性和传输媒介，其规范名称的简写格式包括三部分：传输速率（Mbps）+信号方式（基带还是频带）+传输距离（或介质类型）,1、IEEE802.3 物理层规范,IEEE802.3的10M可选方案,10Base5 粗缆Ethernet 10Base2 细缆Ethernet 10BaseT 双绞线 10Broad36 宽带 10BaseF 光缆,2.CSMA/CD总线实现模型,3.IEEE802.3 MAC帧格式,3.IEEE802.3 MAC帧格式,PR：前导码-10101010序列，用于使接收方与发送方同步SFD：帧首定界符 10101011，表示一帧的开始DA/SA：目的/源MAC地址LEN：数据长度（数据部分的字节数），取值范围：0-1500Type：类型，高层协议标识LLC-PDU（Data）：数据，最少46字节,最多1500字节，不够时以Pad填充 Pad：填充字段（可选），其作用是保证帧长不小于64字节FCS：帧校验序列（CRC-32）,用途：保证帧长64字节,MAC地址,又称为物理地址，它是网络站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关。注意：MAC地址是在数据链路层进行处理，而不是在物理层。网络站点的每一个网络接口都有一个MAC地址。MAC地址大多固化在网络站点的硬件中一个站点允许有多个MAC地址，个数取决于该站点网络接口的个数。例如安装有多块网卡的计算机；有多个以太网接口的路由器。网络接口的MAC地址可以认为就是宿主设备的网络地址。,IEEE802.3标准规定：MAC地址的长度为6个字节，共48位；可表示24670万亿个地址（有2位用于特殊用途）高24位称为机构惟一标识符OUI，由IEEE统一分配给设备生产厂商；如3COM公司的OUI=02608C低24位称为扩展标识符EI，由厂商自行分配给所生产的每一块网卡或设备的网络接口。,也可以是2个字节，但2字节的地址很少使用。,I/G,OUI（22位）,G/L,EI（24位）,4.IEEE802.3 MAC子层功能,IEEE802.3 标准提供了MAC子层的功能说明，内容主要有数据封装和媒体访问管理两个方面。数据封装(发送和接收数据封装)包括成帧(帧定界和帧同步)、编址(源地址及目的地址的处理)和差错检测(物理媒体传输差错的检测)等；媒体访问管理包括媒体分配和竞争处理。,LLC子层对LLC子层的访问发送数据封装 接收数据封装MAC子层发送介质访问管理 接收介质访问管理对物理接口的访问发送数据编码 接收数据编码物理层收发信号PLS,8.2.4 IEEE802.4 令牌总线,令牌总线访问控制方式是在综合了CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方式的优点基础上形成的一种介质访问控制方式。令牌总线控制方式主要用于总线型或树型网络结构中。该方式是在物理总线上建立一个逻辑环。一个总线结构网络，如果指定每一个站点在逻辑上相互连接的前后地址，就可构成一个逻辑环。如图中ABDEA（C站点没有连入令牌总线中）。,总线结构中的令牌环,1令牌总线工作原理,令牌:得到令牌的站点才能发送信息，其余只能接收。CSMA/CD简单，可靠，但冲突严重时网络效率下降，不可用于重载与远程控制及有实时传送(优先级控制)要求的场合。令牌总线避免冲突，令牌同时发给所有站点，只有与令牌中的目标地址相符的一个站点获得令牌（即发送权），获得令牌的站点可以发送数据，发送完数据后，将转发令牌发给下一站点（令牌中的目标地址是按站址顺序递减，形成所谓“逻辑环”）。,令牌总线,优点：重载效率高，在总线型拓扑中实现无传送冲突并提供了优先级控制功能，有一定实时性。缺点：轻载延迟大效率低（等待令牌），网络管理比较复杂（令牌维护，在逻辑环中增、删站点）。,2.故障处理,逻辑环中断令牌丢失重复令牌,8.2.5 IEEE802.5 令牌环,1.令牌环工作原理在令牌环网中，令牌有“忙（Busy）”和“空闲（Free）”两种状态。初始令牌由监控站点生成后，沿环路固定方向绕行，得到空令牌的站点才能发送信息，其余只能接收。空令牌环行时，取得令牌者将令牌freebusy，并将欲传送的信息包附在令牌上环行，地址相符的站点考贝信息包的数据同时在信息包上做应答标志，继续往下转发令牌及信息包。令牌回到发送站点后不管发送成功与否均被释放（free）并转给下一站点若需继续发送必须等待下一轮令牌的到来（即不得独占）。,优点无传送冲突，可提供优先级控制，实时性最好，重载下效率反而更高。主要优点：可调整性，确定性缺点轻载延迟大效率低（等待令牌），有令牌维护要求（避免令牌丢失或重复），控制电路较复杂。主要缺点：令牌维护复杂,（1）环长的比特度量环的长度往往折算成比特数来度量，以比特度量的环长反映了环上能容纳的比特数量。假如某站点从开始发送数据帧到该帧发送完毕所经历的时间，等于该帧从开始发送经循环返回到发送站点所经历的时间，则数据帧的所有比特正好布满整个环路。实际操作过程中，环路上的每个接口都会引入延迟。一般，环路上每个接口相当于增加1位延迟。由此，可给出以比特度量的环长计算式：环的比特长度=信号传播时延数据传输速率接口延迟位数=环路媒体长度5(s/Km)数据传输速率接口延迟位数式中5s/Km即信号传播速度200m/s的倒数。,（2）环形网络（1）网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行。令牌是一个特殊的比特模式，其中包含一位“令牌/数据帧”标志位，标志位为“0”表示该令牌为可用的空令牌，标志位为“1”表示有站点正占用令牌在发送数据帧。（2）当一个站点要发送数据时，必须等待并获得一个令牌，将令牌的标志位置为“1”，随后便可发送数据。（3）环路中的每个站点边转发数据，边检查数据帧中的目的地址，若为本站点的地址，便读取其中所携带的数据（4）数据帧绕环一周返回时，发送站将其从环路上撤消。同时根据返回的有关信息确定所传数据有无出错。若有错则重发存于缓冲区中的待确认帧，否则释放缓冲区中的待确认帧。（5）发送站点完成数据发送后，重新产生一个令牌传至下一个站点，以使其它站点获得发送数据帧的许可权。,（3）令牌环的维护令牌环的故障：令牌丢失和数据帧无法撤消。解决方法：通过在环路上指定一个站点作为主动令牌管理站。主动令牌管理站通过一种超过机制来检测令牌丢失的情况，该超时值比最长的帧为完全遍历环路所需的时间还要长一些。如果在该时段内没有检测到令牌，便认为令牌已经丢失，管理站将清除环路上的数据碎片，并发出一个令牌。为了检测到一个持续循环的数据帧，管理站在经过的任何一个数据帧上置其监控位为1，如果管理站检测到一个经过的数据帧的监控拉的已经置为1，便知道有某个站未能清除自己发出的数据帧，管理站将清除环路的残余数据，并发出一个令牌。,2.IEEE802.5 令牌环,IEEE 802.5标准规定了令牌环的媒体访问控制子层和物理层所使用的协议数据单元格式和协议，规定了相邻实体间的服务及连接令牌环物理媒体的方。,（1）IEEE803.5的MAC帧格式,信息帧：令牌帧：,帧开始定界符SD：格式为JK0JK000其中J、K分别是数字0和1的差分曼彻斯特编码的违例编码,访问控制字符AC：格式为PPPTMRRR。其中：PPP是令牌的优先级，取值000111，111为最高。T是令牌位，T=0为空令牌，T=1为忙令牌；M是监视位，发送站将忙令牌的该位置为0，监视站将忙令牌的该位置为1，并撤消该位为1的帧；RRR是预约优先级，取值范围000111。用来预约较高优先级的令牌，预约值必须高于RRR的原有值，复位空令牌时用RRR的值赋予PPP。,帧控制字符FC：前两位表示帧类型，后6位为控制位。前两位为00，表示本帧为MAC控制帧，其后6位即为控制信息；前两位为01，表示本帧为LLC数据帧，其后数据域中有来自LLC子层的用户数据。,目标地址DA和源地址SA：48或16位的值。,数据域D：该域长度可以为0，上限仅受令牌轮转一周的时间限制。,帧循环冗余校验位FCS：32位CRC码。作用域FCData。,帧结束定界符ED：格式为JK1JK1IE。I 后继帧位，若I=0，则该帧为最后一帧，否则后面还有待发的帧。E 差错检测位，发送站把该位置为0，其它站点在检测到差错时就将该位置为1。,帧状态FS：格式为ACr rACr r，r为保留位。A 地址识别指示位，目标站将该位置为1，说明目标站存在；C 帧已复制指示位，若目标站将该帧复制下来了，就将该位置为1，说明该帧已被收取。,（2）IEEE802.5介质访问控制,数据帧的发送：构造待发数据帧，等待空令牌的到来；预约令牌；获取空令牌，发送数据帧。令牌帧的发送：恢复空令牌，先设置预约优先级，再发送令牌帧。数据帧的接收：检测数据帧的正确性；判断本站是否为目标站点；先检测所接收的帧的类型，再转发。优先级控制,（3）三种局域网标准比较,802.3优点使用最为广泛；算法简单；站点可以在网络运行中安装；使用无源电缆；轻负载时，延迟为0。缺点使用模拟器件，每个站点在发送的同时要检测冲突；最短帧长64字节，对于短数据来讲开销太大；无优先级，发送是非确定性的，不适合于实时工作；电缆最长2500米（使用中继器）；速率提高时，帧传输时间减少，竞争时间不变（2），效率降低；重负载时，冲突严重。,802.4优点发送具有确定性，支持优先级，可处理短帧；使用宽带电缆，支持多信道；重负载时，吞吐量和效率较高。缺点:使用大量的模拟装置；协议复杂；轻负载时，延迟大；很难用光纤实现。,802.5优点使用点到点连接，完全数字化；使用线路中心，自动检测和消除电缆故障；支持优先级，允许短帧，但受令牌持有时间限制，不允许任意长的帧；重负载时，吞吐量和效率较高。缺点中央监控；轻负载时，延迟大。,8.2.6 IEEE802.6 分布队列双总线DQDB,一、DQDB概述分布式队列双总线DQDB(distributed queue dual bus)是由IEEE8026分委员会制定的城域标准。DQDB所追求的目标是大的地理范围内提供综合服务，DQDB一开始就提供申路交换和分组交换服务。1.DQDB的主要特性 使用双总线结构,每条总线都可以独立运行；使用802.2LLC标准，与IEEE802局域网兼容；可以使用多种传揄媒体.包括光纤、微波和同轴电缆等;,采用构成回路的双总线拓扑,确保容错能力;数据率为34155Mbps或更高；同时支持等时电路交换和分组交换;.理论上网络运行与工作站的数目无关。但IEEE802.6标准还 是对DQDB作了限制,即点数512个、范围160km，数据率 155Mbps。2.DQDB的应用 城域网MAN是一个覆盖一个城市的很大的局域网,它以光纤能提供的速率传输数据,典型的城域网在在大范围内将多个局域且随来。一个城域网既可以是公用网，也可以是专用主干网。,DQDB城域网中的两条总线均有一个端点（head-end），这是个启动传输活动的设备。如果目的计算机在发送者的右面，则使用上方的总线；否则使用下方的总线。MAN的关键之处是使用了广播式介质（使用两条电缆），所有的计算机都连结在上面。,总线B上的流向,总线A上的流向,首端,首端,几个名词：,信元:固定为53个字节，其中44字节为数据。RC:请求计数器，对本站下方的未响应的请求进行计数。每收到一个请求，RC1，每过去一个空信元RC1.CD：倒计数计数器，当本站要发送数据时，停止RC计数，并将RC值复制到CD中。然后RC置零，重新对请求进行计数。同时，每过去一个空信元，CD1，当CD0时本站拿到空信元时发送，发送完毕，回到初始状态。,8.3 高速局域网 8.3.1 FDDI环网,是一种使用多模光纤作为传输介质的令牌环形网。使用双环拓扑结构，以确保网络具有容错能力。使用基于IEEE 802.5令牌环标准的MAC协议，上层仍采用与其它局域网相同的逻辑链路控制LLC协议，分组最大长度为4500字节。对IEEE 802.5的令牌传递方式进行改进，形成了新的定时令牌协议，实现了网上同时传达输多个数据帧的功能。FDDI数据速率为 100Mbps，光信号码元的传输速率为125 Mbaud。可安装1000个物理连接或500个双连接站，最大站间距离2km(多模光纤)，环路长度 100km(及光纤总长度200 km)。FDDI主要是用作校园环境的主干网，也常被划分在城域网MAN的范围。,FDDI 环路重构,容错当站出现故障或链路断开时具有自恢复能力，使网络继续工作。,FDDI使用的编码,FDDI在 物理层使用 4B/5B 编码方案。四位一组的比特数据五位代码 如：1000 10010 每个5位编码中至少有两个1，以保证光信号中至少有两次跳变，以便接收端提取时钟。因此，FDDI采用分布式时钟。数据经4B/5B编码后还要进一步使用NRZ-I来编码。NRZ-I：NRZ的一种变形，在位单元开始处有跳变表示“1”，无跳变表示“0”。,FDDI MAC帧格式,FDDI 媒体访问控制方式,与IEEE 802.5相似之处：当某站获得令牌后方可发送数据。与IEEE 802.5不同之处：FDDI网络中虽然也只有一个令牌，但源站发完数据帧后立即产生空闲令牌，下一站获得该空闲令牌后就可发送数据帧，而此时前一个站发出的帧可能还没有到达它的源站，因此环中可能同时存在多帧数据同时传输，大大提高了传输效率。,8.3.2 快速以太网IEEE802.3委员会于1992年开始制定快速以太网的标准，并于1995年6月，正式把它定为IEEE 802.3u。它继承了802.3的MAC访问控制技术(CSMA/CD)、帧格式、接口以及退避算法，只是将传输速度从10Mbps提高到100Mbps。支持共享式、交换式、半双工和全双工的操作。它可以直接利用原有的线缆设施，从而支持10Mbps至100Mbps的无缝连接和自然过渡。,100BASE-T 以太网的特点,保留CSMA/CD介质访问控制方法可在全双工方式下工作而无冲突发生。MAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定的。保持最短帧长不变（64字节），但将一个网段的最大电缆长度减小到 100 m。帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的 0.96 s。,三种不同的物理层标准：,100BASE-TX使用 2 对 UTP 5 类线或屏蔽双绞线 STP。100BASE-FX 使用 2 对光纤。100BASE-T4使用 4 对 UTP 3 类线或 5 类线。,8.3.3 千兆位以太网,千兆以太网类似于100M以太网，仍然采用CSMA/CD的MAC访问技术；支持共享式、交换式、半双工和全双工的操作；主要用于构建主干网和连接超级服务器（需要1000Mbps网卡）。,千兆以太网的物理层,千兆以太网定义了千兆介质访问接口GMII，将MAC子层与物理层分隔开来。千兆以太网针对不同的传输介质，定义了新的编码方案和配线标准。千兆以太网分为1000 Base-T和1000 Base-X两类，分别由IEEE802.3ab和IEEE802.3z定义。,1.千兆以太网的物理层协议,（1）1000BASE-SX。使用芯径为50及62.5微米,工作波长为850nm的多模光纤,采用8B/10B编码方式,传输距离分别为525m、和260m，适用于建筑物中同一层的短距离主干网。（2）1000BASELX。使用芯径为50及62.5微米的多模、单模光纤，工作波长为1300m,采用8B1B编码方式，传输距离分别是525m、550m、和3000m，主要用于校园主干网。（3）1000BASE-CE。使用15欧姆平衡屏蔽双绞线（STP)，采用8B/10B编码方式，传输速率为1.25Gbps,传输距离为25m,主要用于集群设备的连接，如一个交换机房的设备互联。（4）1000BASE-T。使用4对5类非平衡屏蔽双绞线（UTP)，传输距离为100m,主要用于结构化布线中同一层建筑的通信，从而可以利用以太网或快速以太网已铺设的UTP电缆。,载波延伸,千兆以太网在工作在半双工方式时，必须进行冲突检测。由于数据率提高了，因此只有减小最大电缆长度或增大帧的最小长度，才能保证在帧的发送期间检出所有的冲突。千兆以太网采用了“载波延伸”的办法，使最短帧长仍为 64 字节（这样可以保持兼容性），同时将争用时间（冲突窗口）增大为 512 字节的时延。,在短的MAC帧后加上载波延伸,当发送的 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。接收端在收到以太网的 MAC 帧后，要将所填充的特殊字符删除后才向高层交付。,目地地址,源地址,数据长度,数 据,FCS,MAC 帧的最小值=64 字节,载波延伸,PA,加上载波延伸使 MAC 帧长度=争用期长度512 字节,在信道上实际传输的帧长,SOF,分组突发机制,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。随后的一些短帧则可一个接一个地发送，只需留有必要的帧间最小间隔（96位时）即可。这样就形成了一串帧的突发，直到达到 1500 字节或稍多一些为止。,发送的数据,分组#1 RRRRRRRR 分组#2 RRRR 分组#3 RRRR 分组#4,争用期 512 字节,将突发计时器设定为 1500 字节,载波监听,载波延伸,最小间隔,全双工方式,注意：当千兆以太网工作在全双工方式时（即通信双方可同时进行发送和接收数据），不使用载波延伸和分组突发。,1999年3月IEEE成立了高速局域网研究组（High Speed Study Group），致力于万兆以太网的研究。HSSG研究组的目的是将IEEE 802.3协议扩展到10Gb/s的工作速度，并扩展以太网的应用空间，使之能够提供WAN链接。将万兆以太网与SONET OC-192帧结构融合，可以与OC-192电路和SONET/SDH设备一起运行，可以保护传统的基础设施投资，使运营商能够在不同地区通过城域网提供端到端的以太网连接,8.3.4 万兆以太网,2002年6月12日802.3以太网标准组织批准了万兆(10G)以太网标准的最后草案IEEE802.3ae万兆以太网的帧结构与 10 Mb/s，100 Mb/s 和 1Gb/s 以太网的帧完全相同。它保留了 802.3 标准规定的以太网最小和最大帧长，便于升级。不再使用铜线而只使用光纤作为传输介质。只工作在全双工方式，因此没有争用问题，也不使用 CSMA/CD 协议。,IEEE802.3ae,万兆以太网的物理层,与局域网连接的物理层标准 LAN PHY：数据率为 10.000 Gb/s。与广域网连接的物理层 WAN PHY：由于OC-192/STM-64 提供的数据率为9.95328Gbps，为了将10G以太网的帧插入到 SONET/SDH（OC-192/STM-64）帧的有效载荷中传输，物理层提供的数据率为9.58464Gbps。,万兆位以太网标准物理层的5种具体的接口：1550nmLAN接口、1310nm宽频波分复用（WWDM）LAN接口、850nmLAN接口、1550nmWAN接口和1310nmWAN接口。850nmLAN接口适于用在50/125m多模光纤上，最大传输距离为65m。50/125m多模光纤现在已用得不多。1310nm宽频波分复用（WWDM）LAN接口适于用在66.5/125m的多模光纤上，传输距离为300m。66.5/125m的多模光纤又叫FDDI光纤，是目前使用得最广泛的多模光纤。1550nmWAN接口和1310nmWAN接口适于在单模光纤上进行长距离的城域网和广域网数据传输，1310nmWAN接口支持的传输距离为10km，1550nmWAN接口支持的传输距离为40km。,8.3.5 交换式以太网,在交换式以太网中，采用以太交换机作为网络设备，网络拓扑为星型结构，站点可采用全双工方式进行通信，允许多个站点同时交换数据。,节点A,节点B,节点C,节点D,节点E,节点F,交换式局域网,局域网交换机,节点A,节点B,节点C,节点D,节点E,共享介质局域网,共享介质方式与交换方式局域网工作原理的区别,以太网交换机与网桥的异同,以太网交换机和网桥相比具有以下特点：实际上是多端口网桥端口的数量和类型均多于网桥。转发的速度要比网桥快。既可进行存储转发，又可支持直通交换。可支持网络管理。可支持VLAN技术，有效地避免了广播风暴。交换机环接时，也采用生成树实现节点间的唯一通路。,8.4 无线局域网技术,无线局域网(WLAN):即采用无限传输介质的局域网。其主要目的是弥补有线局域网存在的不足（某些环境和场合不适合布线或无法布线），提高网络的覆盖面。无线局域网标准目前支持无线局域网的技术标准主要有：IEEE802.11系列HomeRF技术（用于家庭无线网络）蓝牙技术,无线局域网优点,安装快捷使用灵活经济节约易于扩展,无线局域网技术要求,（1）可靠性：无线局域网的系统分组丢失率应该低于10-5，误码率应该低于10-8。（2）兼容性：对于室内使用的无线局域网，应尽可能使其跟现有的有线局域网在网络操作系统和网络软件上相互兼容。（3）数据速率：为了满足局域网业务量的需要，无线局域网的数据传输速率应该在1Mbps以上。（4）通信保密：由于数据通过无线介质在空中传播，无线局域网必须在不同层次采取有效的措施以提高通信保密和数据安全性能。（5）移动性：支持全移动网络或半移动网络。（6）节能管理：当无数据收发时使站点机处于休眠状态，当有数据收发时再激活，从而达到节省电力消耗的目的。（7）小型化、低价格：这是无线局域网得以普及的关键。（8）电磁环境：无线局域网应考虑电磁对人体和周边环境的影响问题。,无线局域网设备,无线网卡,PCMCIA,无线访问接入点（AP）：进行数据发送和接收的集中设备，相当于有线网络中的集线器。,无线网桥：主要用于无线或有线局域网之间的互连。无线路由器：集成了无线AP的接入功能和路由器的第三层路径选择功能。,无线路由器,无线网桥,天线（Antenna）,定向天线,室内壁挂扇区天线,全向天线,8.4.2 IEEE802.11协议1.802.11物理层实现方式在物理层定义了数据传输的信号特征和调制方法，定义了2个射频传输技术和1个红外线传输规范共3种不同的物理层实现方式。RF传输标准是直接序列扩频DSSS和跳频扩频FHSS。接入速率有1Mbit/s和2Mbit/s两种。2.MAC结构及服务内容MAC子层负责解决客户端工作站和访问接入点之间的连接。提供的服务有：安全服务、MAC服务数据单元重新排序服务和数据服务。,3.CSMA/CA协议 采用了与CSMA/CD相类似的载波监听多路访问/冲突防止协议实现介质资源共享。CSMA/CA利用确认信号来避免冲突的发生，只有当客户端收到网络上返回的确认信号后才确认送出的数据已经正确到达目的。CSMA/CA采用能量检测（ED）、载波检测（CS）和能量载波混合检测3种检测信道空闲的方式。,覆盖范围,8.4.3 IEEE802.11系列标准,1 Gb/s100 Mb/s10 Mb/s1 Mb/s100 kb/s10 kb/s,用户数据率,PAN LAN MAN WAN,ZigBee,蓝牙,超宽带,802.11g,a,802.11b,802.16,2G移动通信,3G移动通信,4G移动通信,Wi-Fi,WiMAX,1.IEEE 802.11b工作于开放的2.4GHz频点，关键技术之一是采用补偿码键控CCK调制技术，可以实现动态速率转换。支持的范围在室外为300m，在办公环境中最长为100m。最多3个访问点可以同时定位于有效使用范围中，以支持上百个用户。2.IEEE 802.11a规定的频点为5GHz，采用CSMA/CA协议。在物理层采用正交频分复用（OFDM）技术。支持的数据速率最高可达54Mbit/s。,3.IEEE 802.11g802.11g兼顾802.11a和802.11b，为802.11b过渡到802.11a铺路修桥。既适应传统的802.11b标准，在2.4GHz频率下提供11Mbit/s的数据速率，也符合802.11a标准，在5GHz频率下提供54Mbit/s的数据速率。802.11g中规定的调制方式包括802.11a中采用的OFDM与802.11b中采用的CCK。,4.IEEE 802.11b+“IEEE 802.11b+”是一个非正式的协议，其是TI（美国德洲仪器）公司推出的被称为增强型IEEE 802.11b的标准。它跟802.11b完全兼容，只是采用了特殊的数据调制技术，所以，能够实现22Mb/s的通讯速率。,5.IEEE 802.16是宽带无线协议，按照3层结构体系组织的。（1）物理层物理层协议主要是关于频率带宽、调制模式、纠错技术以及发射机同接收机之间的同步、数据传输率和时分复用结构等方面的。使