《计算机局域网》PPT课件.ppt

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1、计算机局域网,主要内容,4.1 局域网概述4.2 局域网的体系结构4.3 IEEE 802 标准4.4 IEEE802.2 LLC4.5 广播网络的信道分配策略4.6 以太网（IEEE 802.3)4.7无线局域网,4.1局域网的概述,局域网的产生与发展局域网的特点局域网的分类,局域网的产生与发展,对局域网的研究开始于20世纪60年代局域网产生于20世纪70年代，1975年美国Xerox公司推出的Ethernet，是局域网发展史上重要里程碑。1980年，美国的Xerox,DEC和Intel公司联合公布了Ethernet II。1980年2月，IEEE下属802局域网标准委员会成立，相继推出了一

2、系列局域网标准。20世纪90年代以来，局域网技术的发展突飞猛进，日新月异的新技术、新产品令人目不暇接。目前，以太网和无线局域网技术最主要的，也是应用最广泛的两项局域网技术,局域网特点,局域网是指覆盖较小的地理范围的计算机网络，它有如下特点：地理范围小传输速率高误码率低协议简单、拓扑结构灵活（总线、星型、环型等）网中无中央主机，以PC机为主,各站共享公共信道功能只包括OSI 参考模型中的低三层功能（通信子网）,局域网的分类,按网络的拓朴结构总线型、星型、环型局域网等按网络的传输介质同轴电缆、双绞线、光纤、无线局域网等按数据传输速率10M，100M，1000M局域网等按介质访问方式以太网、令牌环网

3、、令牌总线网等,局域网特点和优点,局域网最主要的特点是：网络(含通信子网)为一个单位所拥有地理范围较小，站点数目较少 主要采用广播信道局域网具有如下的一些主要优点：具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网 各设备的位置可灵活调整，便于系统的扩展和演变系统的可靠性、可用性和残存性较高,4.2局域网的体系结构,由OSI模型可知，依赖于网络的层次主要包括物理层、数据链路层和网络层。局域网的两个重要特征：用带地址的帧来传送数据不存在中间交换，所以不要求路由选择局域网中层次划分需求在局域网中物理层必不可少物理层负责物理连接和在媒体上传输比特流，其主要任务是描述传输媒体接口的一些特性。在局域网中数据链路

4、层也是必要的它主要负责组帧、传输、差错控制、流量控制、媒体访问控制等网络层是不必要的局域网拓朴结构简单，各点共享传输信道，不存在中间交换，不要求进行路由选择。,4.2局域网的体系结构,局域网中数据链路层数据链路层首先能完成组帧、传输、差错控制、流量控制等功能数据链路层必须具有媒体访问控制功能局域网中各点共享传输信道，必须解决信道如何分配，如何避免和解决信道争用数据链路层的媒体访问控制方法是多样的局域网的拓朴结构、传输介质多种多样数据链路层存在与媒体无关和有关两部分内容可将其分为逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)和媒体访问控制MAC(Medium Access Con

5、trol)局域网不设网络层，所以应将网络层的SAP设在数据链路层的上面，以为上层提供服务。,4.2局域网的体系结构,4.2局域网的体系结构,LLC子层与媒体无关，并通过SAP为上层提供服务数据链路层逻辑连接的建立、维持与释放向高层提供一个或多个SAP的逻辑接口具有帧发送、接收、差错控制等功能给LLC加上帧序号,MAC子层与媒体有关，负责在物理层的基础上进行无差错通信，有管理多个源和多个目的地的链路的功能。发送时将LLC帧组装成带有地址和差错校验的MAC帧，接收时对MAC进行拆缷，执行地址识别和差错校验实现和维护MAC协议,物理层的主要功能信号的编码与译码 为进行同步用的前同步码的产生与去除 比

6、特的传输与接收,4.3 IEEE 802 标准,4.3 IEEE 802 标准,IEEE 802.1 LAN的总体介绍和体系结构IEEE 802.2 逻辑链路控制LLCIEEE 802.3 以太网IEEE 802.4 Token Bus（在制造工业暂时用过一段）IEEE 802.5Token Ring（IBM进入LAN领域的一项技术）IEEE 802.6 双队列双总线（早期的城域网）IEEE 802.7 关于宽带技术的技术咨询组IEEE 802.8 关于光纤技术的技术咨询组,4.3 IEEE 802 标准,IEEE 802.9 同步LAN（针对实时应用）IEEE 802.10 虚拟LAN和安全

7、性 IEEE 802.11 无线LAN,WLANIEEE 802.12 需求优先级（100-AnyLAN）IEEE 802.14 cable modem有线调制解调器（已废除）IEEE 802.15 个人区域网络（蓝牙）WPANIEEE 802.16 WiMAX,宽带无线城域网,Wireless MAN.IEEE 802.17 弹性分组环技术Resilient Packet Ring,4.3 IEEE 802 标准,IEEE 802.18 the Radio Regulatory Technical Advisory Group(“RR-TAG”).IEEE 802.19 is the Wir

8、eless Coexistence Technical Advisory Group(TAG).The TAG deals with coexistence between unlicensed wireless networks.IEEE 802.20 MBWA(Mobile Broadband Wireless Access)IEEE 802.21 媒质无关切换及互操作 Media Independent Handoff IEEE802.22 无线地域网WRANs（Wireless Regional Area Networks），利用空闲的频段（例如，TV频段等）进行无线通讯的标准。表示已

9、经停顿，表示已经被放弃或自行解散了。,4.4 IEEE 802.2 LLC,利用各种数据链路层协议，两台机器可以在不可靠的线路上进行可靠的通信。这些协议需要提供错误控制（使用确认）和流控（滑动窗口）的能力。以太网以及其它802协议所提供的是一种尽力投递的无连接的服务。有时候这种服务已经足够了。比如传输IP数据报分组。但在某些系统中，要求具有一个错误控制和流控特性的数据链路层协议。因此IEEE定义了802.2 LLC，它可以运行在以太网和其它的802协议之上。,4.4 IEEE 802.2 LLC,LLC负责数据链路层所做的差错及流量控制，它通过提供一种统一格式，以及向网络层提供一个接口，从而隐

10、藏了各种802网络之间的差异（屏蔽了MAC层和物理层的实现细节）。,4.4 IEEE 802.2 LLC,LLC典型用法发送方机器上的网络层利用LLC的访问原语，把一个分组传递给LLC。LLC子层增加一个LLC头，其中包含了序列号和确认号。然后得到的结果被插入到802帧的净荷域中，并发送出去。在接收方一端，执行相反的操作过程。LLC提供3种服务不确认的无连接服务确认的无连接服务确认的面向连接服务,4.4 IEEE 802.2 LLC,802.2基于HDLC数据链路协议，其帧结构类似HDLC。没有首尾标志，没有校验和字段。将地址字段改为DSAP和SSAP，以适应局域网站上的用户或进程的寻址。在局

11、域网多点链路中，为了区分多个源点向同一个目的站发送信息，故需源地址。控制字段为1字节时，用于无序号帧；2字节时，用于带有序号的信息帧和监控帧，格式同HDLC的扩展模式。信息字段为8的整数倍，下限为0，上限取决于所用MAC的方法。,4.5广播网络的信道分配策略,信道分配策略的分类协议4.5.3 CSMA,广播信道的访问控制（冲突）问题,如何在广播特性的总线上实现了一对一的通信?原理示意：如，B 发送给D,B向 D发送数据,C,D,A,E,不接受,不接受,不接受,接受,B,只有 D 接受B 发送的数据,总线上每一台计算机都能检测到 B 发送的信号。,只有计算机 D 的地址与数据帧首部的目的地址一致

12、，因此只有 D 才接收这个数据帧。其他计算机（A,C 和 E）检测地址后都丢弃这个帧。,冲突问题,冲突产生：同一时刻若有二台以上计算机发送信号互相干扰（冲突，Collision，碰撞）此次传输失败。,核心问题：广播信道的访问控制信道共享技术信道分配策略介质访问控制广播信道上任二点都相邻数据链路层问题,信道分配策略的分类,信道分配,TDM,FDM,STDM,ATDM,随机接入,受控接入,CATV,CBX,CSMA,CSMA/CD,集中控制,分散控制,轮询,令牌,静态分配,动态分配,信道分配策略的分类,静态分配：如传统的FDM和TDM，将频带或时间片固定地分配给各个站点。适用于站点数量少且固定的场

13、所，控制简单，效率高。动态分配：异步时分多路复用。随机接入所有的站点可随时发送数据，争用信道，易冲突 受控接入 集中式控制:轮叫轮询（主机按顺序逐个询问各站是否有数据要发送）;传递轮询 分散式控制:令牌环网（传递令牌，获得令牌才有权发送数据）,协议,ALOHA网络是美国Hawaii大学于1968年9月研制，于1970年建立的分组传送的由无线电信道组成的计算机通信网络。纯ALOHA时隙ALOHA,纯ALOHA,工作原理站点只要产生帧，就立即发送到信道上；规定时间内若收到应答，表示发送成功；否则重发 重发策略等待一段随机的时间，然后重发；如再次冲突，则再等待一段随机的时间，直到重发成功为止缺点极容

14、易冲突,纯ALOHA,纯ALOHA系统的工作原理图,A1,A2,A2,B1,冲突,随机时间t1,B2,A3,站A,站B,信道上的总效应,A1,B1,A2,B2,时隙ALOHA,工作原理将时间划分为一段段等长的时隙，规定帧不论何时产生，只能在每个时隙开始时发送到信道上重发策略同纯ALOHA代价需要全网同步；可设置一个特殊站点，由该站点发送时钟信号,时隙ALOHA,时隙ALOHA系统的工作原理图,B3,A2,A2,冲突,随机时间t1,B2,B3,A3,站A,站B,信道上的总效应,A1,B1,A2,B2,A3,CSMA(Carrier Sense Multiple Access)：载波侦听多路访问工

15、作原理各站点不是随意发送数据帧，而是先要监听一下信道，根据信道的状态来调整自己的动作，只有发现信道空闲后才可发送数据。即“先听后发”常见的四种CSMA1-坚持式CSMA（1-persistent CSMA）非坚持式CSMA（non-persistent）p-坚持式CSMA（p-persistent CSMA）带有冲突检测的CSMA/CD（CSMA with Collision Detection）,1-坚持式CSMA,当一个站点要发送数据时，首先监听信道，若信道忙，就坚持监听，一旦发现信道空闲，就立即发送数据（发送数据的概率为1）。若发生冲突，就等待一随机长时间，再重新开始监听信道。两种发生冲

16、突的可能：信号传输的延迟造成的冲突。多个站点在监听到信道空闲时，同时发送。,非坚持式CSMA,当一个站点要发送数据时，首先监听信道，若信道忙，就随机等待一段时间后再开始监听信道（非坚持）；一旦发现信道空闲，就立即发送数据。网络的延迟增大。,p-坚持式CSMA,用于时隙信道。当一个站点要发送数据时，首先监听信道，若信道忙则等到下个时间片再开始监听信道；若信道空闲便以概率p发送数据，而以概率q=1-p推迟到下个时间片再重复上述过程，直到数据被发送。概率p的目的就是试图降低1-坚持式协议中多个站点同时发送而造成冲突的概率。采用坚持监听是试图克服非坚持式协议中造成的时间延迟。p的选择直接关系到协议的性

17、能，NP1（N为站点数目）,CSMA的流程图(1坚持，P坚持，非坚持）,4.5.4 CSMA/CD,CSMA/CD(CSMA with Collision Detection)CSMA发送过程中若发生冲突，仍要将剩余的无效数据发送完，既浪费了时间又浪费了带宽。CSMA/CD对“先听后发”的CSMA作进一步改进。在发送数据时边发送边监听。若监听到冲突，则冲突双方都立即停止发送。,CSMA/CD工作原理,(1)当站点有数据帧要发送时，首先监听信道。(2)如果信道空闲就立即发送数据。如果信道忙，则继续监听，一旦监听到信道空闲就立即发送数据。(3)站点在发送帧的同时继续监听是否发生了冲突（碰撞），若在

18、帧发送期间检测到冲突，就立即停止发送，并向信道发送一串阻塞信号以强化冲突（发阻塞信号的目的是保证让总线上的其它站点都知道发生了冲突）。(4)发送了阻塞信号后等待一段随机时间，返回步骤(1)。以上可总结为：先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟重发。,CSMA/CD工作原理流程图,CSMA/CD冲突（碰撞）检测,冲突检测方法比较接收到的信号电压的大小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具体实验方案计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小，由信号电压摆动值的大小来判断是否发生了碰撞。正常发送时，计算机发送的数据都是使用曼彻斯特编码的信号；发生碰撞时，信号会产生严重的失真。,冲突

19、检测,为什么有了载波监听（先听再发），还要冲突检测（边发边听）即，为什么测到信道闲再发送，仍会冲突？原因：电磁波传播需要时间，而监听只能测到本站接入点的信号。当某个站监听到总线是空闲时，总线不一定是空闲的。,测到信道闲再发送，仍然冲突，情况一,t0时，当C站发送完毕，A站和B站都测得信道空闲，都立即发送数据，结果导致了冲突。,时间,t0,CBA,用户,测到信道闲再发送，仍然冲突,情况二,原因：电磁波传播需要时间，而监听只能测到本站接入点的信号。当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非是空闲的。,t0时A开始发送,T1=t0+时 B开始发送,t0十/2时发生冲突,设：为信号在最远的二站间的传播

20、时间,CSMA/CD冲突（碰撞）检测,由CSMA/CD协议规则可推知如果发生冲突，那么它仅会在一个特定的时间段内才可能发生。过了这一段时间，冲突肯定不会再发生。换句话说，能够检测到冲突的时间长度不会超过一个确定的值。那么这个时间长度具体是多少呢？对于基带总线而言，检测到冲突所需的最大时间等于网络中最远的两个站点之间的传播时延的两倍（2）。信号传播时延=两站点间的距离/信号传播速度,2 时间内可以检测到冲突，,t0+/2时发生冲突,/2,t0十 时，B测到冲突，停止发送,t0+2 时,A测到冲突 停止发送,冲突信号,1 km,A,B,t,t=0,单程端到端传播时延记为,思考：A发送后再经过2 时

21、间没有检测到冲突，可以肯定这次发送不会发生冲突，为什么？,CSMA/CD冲突（碰撞）检测,2 称为争用期，又称为碰撞（冲突）窗口是指总线网络中最远的两个站点之间的传播时延的两倍。如果在这个时间内仍未检测到冲突，则表示该站争用信道成功，帧能成功发送到接收端。由上面的分析可知因为CSMA/CD规定，某站在发送一个帧时，采用边发送，边检测的冲突避免方法（帧发送时间碰撞检测时间），所以应让网络中所有站点的帧发送时间 2，才能保证所有站都能正确检测到冲突。否则可能导致发送站不能正确的检测到冲突，导致帧传送错误。,最小帧长与网络跨距的关系,假设A站与B站之间的距离为S，信号在线缆上传送速度为v站发送的帧的

22、长度为F,网卡发送数据的速率为R，网卡的发送或接收时延都为tphy为了保证CSMA/CD正常工作，应满足以下关系：F/R slot time 2(S/v+tPHY)Fmin=2(S/v+tPHY)*R,最小帧长与网络跨距的关系,如果考虑中继器，设中继器的数量为N，一个中继器的延时为tr则：F/R Slot time2(S/v+tphy+Ntr)Fmin=2(S/v+tPHY+Ntr)*R下页图为一个标准的10M以太网，参数如下：网卡发送与接收延迟tphy=2s中继器的延迟tr=2s物理信号在线缆上传播速度为200m/s,最小帧长与网络跨距的关系,最小帧长与网络跨距的关系,Slot time=2

23、(S/v+tPHY+Ntr)=2(2800/200+2+2*4)=48s10M以太网通常取争用期为51.2s 48sFmin=51.2*10-6*10*106=512b=64B以太网通常就是以512b(64B)作为最小帧长的。这个参数应当记住。,冲突（碰撞）强化,发送站点检测到冲突后，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特（通常为32bit)的人为干扰信号(jamming signal)，强化冲突，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。问题假设两个站同时检测到总线空闲，则同时发送数据，这样必然发生碰撞。经检测发现了碰撞，就停止发送。然后再重新送，这样下去，一直不能发送成功。,退避算法

24、,截断二进制指数退避算法让发生碰撞的站在停止发送数据后，不是立即再发送数据，而是推迟（这叫做退避）一个随机时间。具体做法是：确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。定义重传次数 k，k 10，即k=Min重传次数,10从离散整数集合0,1,2,(2k-1)中随机地取出一个数，记为r。重传输所需的时间就是r倍的基本退避时间。当重传达10次仍不能成功时，则丢弃该帧，并向高层报告。,4.6 以太网,层媒体访问控制方法层的硬件地址两种不同的MAC帧结构4.6.4 10M以太网4.6.5 100M以太网4.6.6 1000M以太网4.6.7 10G以太网,4.6.1 MAC层媒体访问控制方法,IEEE

25、802.3标准采用1-坚持式CSMA/CD协议先听后发边发边听冲突停止随机延迟重发采用CSMA/CD协议的早期以太网是半双工总线或星型结构。目前常见的以太网都是全双工的星型结构。,层的硬件地址,以太网并不保证数据链层的可靠传输，因此它只有MAC层，而没有LLC层。在局域网中MAC层硬件地址又称为物理地址或 MAC 地址。在802标准中规定MAC地址可以使用6字节（48位）或2字节（16bit）来表示。目前使用前者。MAC地址的48位中2位用于特殊用途，所以共有24670万亿个地址。MAC地址固化在网卡中，严格来说是每一个站的“名字”或标识符。MAC地址常用十六进制表示，前三个字节为网络设备生产

26、厂商代号，后三个字节为厂商分配到设备上的序列号。世界上生产网卡的厂家必须向IEEE购买前三个字节构成的一个号。称为OUI机构唯一标识符（Organizationally Unique Identifier)。,EUI-48,MAC地址，前三个字节由IEEE分配，后三个字节由厂家分配。这种方式称为扩展的唯一标识符EUI-48（Extended Unique Indentifier)。EUI-48的二进制地址有两种不同的记法。一种应用于802.5和802.6，发送数据时按字节顺序发送，每个字节先发送最高位。另一种应用于802.3和802.4，发送数据时按字节顺序发送，每个字节先发送最低位。IEEE

27、规定地址字段中第一个字节的最低位为I/G（Individual/Group)比特。当其为0表示一个单个站的地址，为1时表示组地址。在上面两种不同的二进制记法中，I/G比特的位置是不一样的。,EUI-48,IEEE考虑到可能有人并不愿意去购买OUI。因此将MAC地址中第1字节的最低第2位定义为G/L（Global/Local)比特。当G/L为0时表示全球管理，保证全球没有相同的地址，厂商购买的OUI为全球管理。当G/L为1时表示本地管理，用户可以任意分配。2字节的地址全都是本地址管理。以太网几乎不使用此比特。,MAC地址与帧的类型,网卡中的MAC地址表示网卡的物理地址。网卡要处理三种发送本站的帧

28、。单播帧（一对一）：收到帧的目的MAC地址与本站的MAC地址相同。广播帧（一对全体）：发送给所有站的帧（全1地址）。多播（一对多）：发送给一部分站的帧。又叫组播。网卡至少要能识别前两种帧，通过编程可识别多播地址。,两种不同的MAC帧结构,常用的以太网MAC帧格式有两种标准：DIX Ethernet V2 标准IEEE 的 802.3 标准最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。,MAC帧中各部分的含义,前同步码：7个字节（10101010），用于位同步的前导帧开始定界符：1个字节（10101011），标志帧的开始。目的地址和源地址：6个字节目的地址可分为：单地址：最高比特位为“0”，用于单

29、播（unicast）组地址：最高比特位为“1”，用于组播（multicast）广播地址：全“1”，用于广播（broadcast）,MAC帧中各部分的含义,长度/类型：2个字节，用于表示长度时其值为01500，用于表示类型时，说明高层协议所使用的协议，其值大于1500。数据：数据的长度N，46=N=1500。当数据长度为0-46，需要使用填充字段来满足最小帧的要求。校验和：4个字节，使用32位CRC校验,802.3标准规定的无效MAC帧,数据字段的长度与长度字段的值不一致；帧的长度不是整数个字节；用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错；数据字段的长度不在 46 1500 字节之间。有效的 MAC

30、 帧长度为 64 1518 字节之间。对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。,4.6.4 10M以太网,按历史的发展顺序依次为：10Base5（粗缆以太网）：802.3,1983年10Base2（细缆以太网）：802.3a，1988年10Base-T（双绞线以太网）：802.3i，1990年10Base-F（光纤以太网）802.3j，1992年含义：“10”：速率为10 Mbps“Base”：基带信号传输“5”：单段的最大长度为5个100米“2”：单段的最大长度为2个100米，实际为600英尺，约182.88米“T”：Twisted pair，使用双绞线介质“F”

31、：Fiber optics使用光纤介质,4.6.4 10M以太网,4.6.4 10M以太网,粗缆以太网10BASE-5细缆以太网10BASE-2双绞线以太网10BASE-T光纤以太网10BASE-F,粗缆以太网10BASE-5,粗缆以太网10BASE-5,粗缆以太网10BASE-5,硬件配置网卡：带有15针的AUI接口的网卡。网卡主要实现MAC子层和物理层的一些功能，即数据的封装与解封;链路管理（实现CSMA/CD）以及编码与解码。收发器：接发与发送数据;检测冲突。收发器同轴电缆：AUI电缆，用于网卡与收发器的连接电缆系统中继器,粗缆以太网10BASE-5,细缆以太网10BASE-2,细缆以太

32、网10BASE-2,硬件配置网卡：BNC接口BNC-T型连接器电缆系统中继器将收发器(MAU)与AUI电缆(收发器电缆)都集成到网卡中，安装方便，但接触不好造成的故障的可能性大。,双绞线以太网10BASE-T,双绞线以太网10BASE-T,硬件配置网卡:RJ45接口集线器:RJ45接口5类UTPRJ45水晶头星型拓朴遵从EIA568布线标准集线器可以级联,光纤以太网10BASE-F,使用光纤进行长距离连接，最适于建筑物间的连接,光纤以太网10BASE-F,光纤以太网10BASE-F,ST,SC,MTRJ,ST,ST,SC,SC,MTRJ,4.6.5 100M以太网,1992年IEEE重新召集了

33、802.3委员会，指示他们制订一个快速的LAN。802.3委员会决定保持802.3原状，只是提高其速率，增加了对全双工的支持IEEE在1995年6月正式采纳了其成果802.3u(100BASE-T)。从技术角度上讲，802.3u并不是一种新的标准，只是对现存802.3标准的追加，习惯上称为快速以太网。,4.6.5 100M以太网,基本思想：保留所有的旧的分组格式，接口以及程序规则，只是将位时从100ns减少到10ns，并且所有的快速以太网系统均使用集线器，不再使用带有刺入式分接头或BNC连接头的多点电缆。常见的三种介质规范100BASE-TX100BASE-FX100BASE-T4,4.6.5

34、 100M以太网,100M以太网常见的三种介质规范,100BASE-TX,使用标准的RJ45接头和5类UTP作为传输媒体，四根线用于传输数据，2根用于发送，2根用于接收。数据编码采用4B/5B和MLT-3编码。信号速率为125MHZ支持全双工10BASE-T向100BASE-TX升级只需要有100M交换机和100M网卡的支持。,100BASE-FX,使用两根多模光纤，一根用于发送数据，一根用于接收数据站点到集线器的最大距离是2000m使用SC或ST或MIC连接器，其中SC最为常用。编码使用4B/5B和NRZI编码，需要信号速率为125MHZ支持全双工通信,100BASE-T4,使用3类或以上U

35、TP信号速度为25MHz需要四对双绞线，其中三对用于数据传输，一对用于冲突检测。数据编码使用8B6T编码不支持全双工,4.6.6 1000M以太网,1998年6月千兆以太网的标准IEEE 802.3z正式发布它是以1000Base-X的标识加以描述的。将位时减小到快速以太网的1/10，保持与100Base-T和10Base-T的兼容，最小帧长仍为64B（512bit)，为了使其在半双工模式下的网络直径能达到可以接受的200米，对CSMA/CD作了一些改动（载波扩展），时间槽长度由原先的64B（512bit)扩展到512B(4096bit)。采用8B/10B光纤信号编码系统以1.25GBd的波特

36、率发送信号。可工作在全双工模式或半双式模式下三种物理层规范：1000Base-LX/LH、1000Base-SX、1000Base-CX1999年6月正式批准IEEE 802.3ab标准，即1000Base-T。,4.6.6 1000M以太网,全双工千兆以太网,全双工千兆以太网MAC层协议适用于点对点传输，DTE在通信时独占信道不存在冲突问题。无载波扩展，最小帧长仍为64字节没有帧突发通过分组删除和抑制分组的方式进行流量控制。,1000M以太网组网,1000M以太网的拓扑结构共享式,1000M以太网组网,全双工式（交换式）,1000M以太网组网,千兆以太网的典型应用交换机到交换机的连接交换机到

37、服务器的连接主干网,1000M以太网组网,1000M以太网组网,1000M以太网组网,4.6.7 10G以太网,2002年7月IEEE通过了802.3ae：10Gbit/s以太网又称万兆以太网。万兆以太网技术与千兆以太网类似，仍然保留了以太网帧结构。通过不同的编码方式或波分复用提供10Gbit/s传输速度。只支持全双工。10G以太网包括10GBASEX、10GBASER和10GBASEW 2004年，思科、Extreme、Foundry、Force10、InfiniCon、Voltaire、Topspin等公司已经开始推广10G的产品,4.6.7 10G以太网,10G以太网的主要特点：传输速率

38、为10Gb/s保留了传统以太网的帧格式、最大及最小帧长度限制只能工作在全双工方式不再使用CSMA/CD协议只使用光纤（SMF/MMF)作为传输介质其应用已扩展到了广域网，支持10Gb/s的局域网物理层和10Gb/s广域网物理层,4.7 无线局域网,无线网络及分类无线网络传输介质无线局域网的特点无线局域网的标准无线局域网的技术无线局域网的组成,4.7.1 无线网络及分类,无线网络是指以无线信道作传输媒介的计算机网络，是有线联网方式的重要补充和延伸，并逐渐成为计算机网络中一个重要的组成部分。使网上的计算机具有可移动性，快速方便解决有线方式难以实现的网络信道的联通问题。广泛适用于需要可移动数据处理或

39、无法进行物理传输介质布线的领域。按覆盖区域无线网络可分：WLANWMANWWAN,（1）无线局域网（WLAN）,无线局域网：将无线传输的技术应用在局域性的特定空间之内，例如：校园、商业大楼、一般家庭等等。WLAN有两种不同模式：基础结构网络（Infrastructure Network）模式：无线站（装有无线网卡或外置调制解调器的设备）连接无线访问点（AP，Accsee Point），AP在无线站与现有网络中枢之间起桥梁的作用。自组织网络（Ad-Hoc）模式：即点对点的对等式网络，在有限区域（例如会议室）内的几个用户，如果不需要访问网络资源时可以不使用AP而建立这种临时网络。,基础结构网络模式

40、下的无线局域网,自组织网络（Ad-Hoc）模式下的无线网络AD-HOC是一个临时需要的对等网络，无集中服务器的无线网络；在AD-HOC网络中，某一台计算机充当虚拟AP（访问点），其它计算机通过这个虚拟AP进行“点对点连接”。,（2）无线个人局域网（WPAN）,WPAN 技术为用于个人操作空间（POS）的设备（如 PDA、移动电话和膝上电脑）创建特殊无线通讯。POS 是个人周围的空间，10米以内的距离。目前，两个主要的 WPAN 技术是蓝牙和红外光波。蓝牙可以在10米以内使用无线电波传送数据。蓝牙的数据传输可以穿透墙壁、口袋和公文包。要在近距离（一米以内）连接设备，用户也可以创建红外链接。,4.

41、7.2 无线网络传输介质,红外线无线电波,（1）红外线（IR）,红外光区的波长为0.75-1000 m：近红外光区0.75-2.5 m中红外光区2.5-25m远红外光区25-1000 m红外线局域网采用小于1微米波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，由于它采用低于可见光的部分频谱作为传输介质，使用不受无线电管理部门的限制。红外信号要求视距传输，并且窃听困难，对邻近区域的类似系统也不会产生干扰缺点是不能通过固定物体,（2）无线电波（RF）,是目前无线局域网应用最多的，主要是因为无线电波的覆盖范围较广，应用较广泛。使用扩频方式通信时，特别是直接序列扩频调制方法因发射功率低于自然的背景噪声，具有

42、很强的抗干扰抗噪声能力、抗衰落能力。一方面使通信非常安全，基本避免了通信信号的偷听和窃取，具有很高的可用性。另一方面无线局域网使用的频段主要是ISM 频段（2.4GHz2.4835GHz），该频段在美国不受FCC（美国联邦通信委员会）的限制，属于工业自由辐射频段，不会对人体健康造成伤害。,ISM频段,无线网络的工作频段，ISM(Industrial Scientific Medical)Band此频段(2.42.4835GHz)主要是开放给工业，科学、医学三个主要机构使用该频段是依据美国联邦通讯委员会(FCC)所定义出来，属于Free License，并没有所谓使用授权的限制。,4.7.3 无

43、线局域网的特点,可移动性 抗干扰性强 保密性较强可靠性高兼容性好快速安装,4.7.4 无线局域网的标准,无线接入技术区别于有线接入的特点之一是标准不统一，不同的标准有不同的应用。目前比较流行的标准有：IEEE 802.11蓝牙（Bluetooth）HomeRF（家庭网络）,（1）IEEE 802.11,1997 年IEEE批准了802.11 WLAN标准，其指定的数据传输速度为1至2Mbps，工作频段为2.4GHz。802.11标准主要对物理层接口和介质访问控制（MAC）进行了规范，在物理层规定了三种发送和接收技术：扩频技术（又分为直序扩频和跳频扩频两种）红外技术窄带技术,由于802.11在传

44、输速率上不能满足需要，因此，IEEE802标准化委员会又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准。802.11b标准采用一种新的调制技术，通过 2.4 GHz频段进行数据传输的最大速度为11Mbps。802.11a标准通过5GHZ频段进行数据传输，传输速度可达到54Mbps，完全能满足语音、数据、图像等业务的需要。由于802.11a技术成本过高，加上使用5GHz非免费频段，缺乏价格竞争力，更要重要的是它无法与802.11b兼容，使它在市场上的扩展大受限制。,IEEE802.11b和IEEE802.11a,802.11b是当前主流的WLAN标准，被多数厂商所采用，所推出的产品广泛应用于

45、办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合。然而随着网络应用中视频、语音等关键数据传输需求越来越多，速率问题已成为802.11b进一步发展的主要障碍。此外802.11b使用的是ISM2.4GHz（工业科学医疗）波段，而在北美微波炉、蓝牙芯片和无绳电话也都使用这个波段，所以相对802.11a而言，802.11b还面临着更多的干扰源。此外802.11b存在的安全问题也不容忽视，目前主要通过WEP加密协议来弥补这一缺陷，IEEE也正在开发另外一个标准802.11i来专门解决WLAN中的安全问题。,802.11g标准,2003年由IEEE正式推出，该标准提出拥有802.11a的传输速率，安全性较802.

46、11b好，采用两种调制方式：做到了与802.11a和802.11b的兼容。在2.4G频段上提供了大于20M的带宽，平均每秒2030M802.11g的兼容性和高数据速率弥补了802.11a和802.11b各自的缺陷，一方面使得802.11b产品可以平稳地向高数据速率升级，满足日益增加的带宽需求；另一方面使得802.11a实现与802.11b的互通，克服了802.11a一直难以进入市场主流的尴尬，因此802.11g一出现就得到众多厂商的支持。,2009年 IEEE批准了802.11n高速无线局域网标准。802.11n使用2.4GHz频段和5GHz频段标准的核心是MIMO（multiple-inpu

47、t multiple-output，多入多出）和OFDM（正交频分复用）技术，传输速度300Mbps，最高可达600Mbps，可向下兼容802.11b、802.11g。,802.11n标准,HomeRF（家用无线电）,HomeRF主要为家庭网络设计，是IEEE 802.11与DECT（数字无绳电话标准）的结合，旨在降低语音数据成本。HomeRF也采用了扩频技术，工作在2.4GHz频带，能同步支持4条高质量语音信道。但目前HomeRF的传输速率只有1M2Mbps，美国联邦通信委员会 FCC建议增加到10Mbps。,蓝牙Bluetooth（IEEE 802.15）,蓝牙是一种开放的低成本、短距离无

48、线连接技术规范的代称，它使用ISM频段（工业、科学和医学频段,2.4GHz）传送话音和数据。蓝牙技术的设计初衷就是将智能移动电话与笔记本电脑、掌上电脑以及各种数字信息的外部设备用无线方式连接起来，进而形成一种个人网络，使得在其可达到的范围之内各种信息化的移动便携设备都能无缝地共享资源。早在1994年，爱立信公司便已经着手蓝牙技术的研究开发工作。蓝牙（Bluetooth）原为欧洲中世纪的丹麦国王Harald 的名字，因为国王喜欢吃蓝梅，牙龈每天都是蓝色的所以叫蓝牙.他对统一四分五裂的瑞典、芬兰、丹麦有着不朽的功劳。爱立信公司以此为这种即将成为全球通用的无线技术命名，即含有将五花八门的技术统一起来

49、的意思。,“蓝牙”是目标是实现最高数据传输速度1Mbps（有效传输速率为721Kbps）、最大传输距离为10厘米10米，通过增加发射功率可达到100米。蓝牙比802.11更具移动性，比如，802.11限制在办公室和校园内，而蓝牙却能把一个设备连接到LAN（局域网）和 WAN（广域网），甚至支持全球漫游。此外，蓝牙成本低、体积小，可用于更多的设备。,蓝牙Bluetooth（IEEE 802.15）,4.7.5 无线局域网的技术,扩频技术无线保真技术加密技术（WEP、WAP）,扩频技术,扩频：指发送的信息被展扩到一个比信息带宽宽的多的频带上去，接收端通过相关的接收，将其恢复到信息带宽的一种技术，这

50、样的系统就称为扩展频谱系统或扩频系统。扩频系统调制过程：第一步，使用传统的调制方式调制有效信号；第二步，使用扩频编码调制载波，使其扩展到一个非常大的带宽内，实现频谱展宽。使用扩频技术，能够使数据在无线传输中完整可靠，并且确保同时在不同频段传输的数据不会互相干扰，是通信技术的一次重大突破。扩频技术主要又分为：直接序列跳频技术,直序扩频DSSS,DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)所谓直接序列扩频，就是使用具有高码率的扩频序列，在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。,跳频扩频FHSS,FHSS(Freq