課程代碼計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理第八章局域網(wǎng)技術(shù)課件

1、第8章 局域網(wǎng)技術(shù)8.1介質(zhì)訪問控制子層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以分成兩類使用點(diǎn)到點(diǎn)連接的網(wǎng)絡(luò) 廣域網(wǎng)使用廣播信道（多路訪問信道，隨機(jī)訪問信道）的網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)關(guān)鍵問題：如何解決對(duì)信道爭用解決信道爭用的協(xié)議稱為介質(zhì)訪問控制協(xié)議 MAC（Medium Access Control），是數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的一部分Bus network數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層介質(zhì)訪問控制MAC邏輯鏈路控制LLCLogical Link Control Media Access Control 向上層提供 連接環(huán)境對(duì)下層提供 訪問介質(zhì)方法局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層模型8.1.1 信道分配策略靜態(tài)分配策略動(dòng)態(tài)分配策略1.靜態(tài)分配策略頻分多路復(fù)用 F

2、DM（波分復(fù)用WDM）原理：將頻帶平均分配給每個(gè)要參與通信的用戶；優(yōu)點(diǎn)：適合于用戶較少，數(shù)目基本固定，各用戶的通信量都較大的情況缺點(diǎn)：無法靈活地適應(yīng)站點(diǎn)數(shù)及其通信量的變化時(shí)分多路復(fù)用 TDM原理：每個(gè)用戶擁有固定的信道傳送時(shí)槽優(yōu)點(diǎn)：適合于用戶較少，數(shù)目基本固定，各用戶的通信量都較大的情況缺點(diǎn)：無法靈活地適應(yīng)站點(diǎn)數(shù)及其通信量的變化2.動(dòng)態(tài)分配信道分配方法隨機(jī)訪問和控制訪問：站點(diǎn)模型每個(gè)站點(diǎn)是獨(dú)立的，有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)才占用信道，屬異步時(shí)分復(fù)用。隨機(jī)訪問（爭用）各個(gè)站點(diǎn)有數(shù)據(jù)就發(fā)送，沖突后再協(xié)調(diào)，重發(fā)。適合負(fù)載輕的網(wǎng)絡(luò)，信道利用率低，延遲短訪問控制輪轉(zhuǎn)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)輪流獲得信道使用權(quán)預(yù)約；先聲明，獲得使用

3、權(quán)再發(fā)送無沖突和碰撞，負(fù)載重時(shí)信道利用率高，負(fù)載輕時(shí)效率低。8.1.2介質(zhì)訪問控制協(xié)議爭用協(xié)議無沖突協(xié)議有限沖突協(xié)議1.爭用協(xié)議20世紀(jì)70年代，美國夏威夷大學(xué)的ALOHA網(wǎng)通過無線廣播信道將分散在各個(gè)島嶼上的遠(yuǎn)程終端連接到本部的主機(jī)上，是最早采用爭用協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。有兩個(gè)版本：純ALOHA協(xié)議（Pure ALOHA）：每個(gè)站點(diǎn)只要有數(shù)據(jù)就可發(fā)送；通過監(jiān)聽信道來發(fā)現(xiàn)是否發(fā)生沖突；若沖突，則等待一段隨機(jī)時(shí)間，再重新發(fā)送。時(shí)隙ALOHA協(xié)議（Slotted ALOHA）：將信道時(shí)間分為離散的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片可以用來發(fā)送一個(gè)幀。一個(gè)站點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，必須等到下個(gè)時(shí)間片的開始才能發(fā)送。與純ALOHA相比

4、信道的利用率提高一倍。（1）純ALOHA站1站2站N1站N接口1625374T0站1站2站N1站N幀到達(dá)發(fā)送成功發(fā)送成功發(fā)送成功沖突重發(fā)沖突重發(fā)沖突重發(fā)沖突再重發(fā)1234567T0T0T0T0吞吐量S： 在幀的發(fā)送時(shí)間T0內(nèi)成功發(fā)送的平均幀數(shù)。0S1.網(wǎng)絡(luò)負(fù)載 G：在T0內(nèi)總共發(fā)送的平均幀數(shù)。包括發(fā)送成功的幀和因沖突未發(fā)送成功的幀。G=S:未發(fā)生沖突，GS：有沖突在穩(wěn)定狀態(tài)下：S=GPP:發(fā)送成功的概率采用定長幀幀時(shí)：發(fā)送一幀所需時(shí)間陰影幀的易破壞區(qū)Vulnerable period for the shaded frame.SG e2G0.100.200.184不穩(wěn)定區(qū)域SG0.51.01.

5、52.0當(dāng)G=0.5時(shí)，S得到最大值：0.184.吞吐量（2） 時(shí)分ALOHA基本思想將時(shí)間分成離散的時(shí)間片（slot），每個(gè)時(shí)間片用來傳輸一個(gè)幀，每個(gè)用戶只能在一個(gè)時(shí)間片的開始傳送幀，其它與純ALOHA系統(tǒng)同。該系統(tǒng)要求全局時(shí)鐘同步。與純ALOHA比較，每個(gè)幀的易損時(shí)間區(qū)縮小了，沖突的概率隨之減小，因而系統(tǒng)吞吐量隨之提高。S = Ge-G，當(dāng)G = 1時(shí)，S達(dá)到最大值，為0.368。 每一個(gè)幀在到達(dá)后，一般都要在緩沖區(qū)中等待一段時(shí)間 (該時(shí)間小于T0), 然后在下一時(shí)間片開始時(shí)才能發(fā)送出去。時(shí)隙ALOHA的易損時(shí)間區(qū)純ALOHA和時(shí)分ALOHA的性能比較（3） 載波偵聽多重訪問（CSMA）協(xié)

6、議1-堅(jiān)持CSMA站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前先監(jiān)聽信道，若信道忙則堅(jiān)持監(jiān)聽直至發(fā)現(xiàn)信道空閑，一旦信道空閑立即（概率1）發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)沖突后隨機(jī)等待一段時(shí)間，然后重新開始監(jiān)聽信道。影響協(xié)議性能的因素：信號(hào)傳播延遲，1-堅(jiān)持的策略。該協(xié)議適合于規(guī)模較小和負(fù)載較輕的網(wǎng)絡(luò)。非堅(jiān)持CSMA站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前先監(jiān)聽信道，若信道忙則放棄監(jiān)聽，等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后再監(jiān)聽，若信道空閑則發(fā)送數(shù)據(jù)。信道利用率高于1-堅(jiān)持CSMA，但延遲特性要差些 。1-堅(jiān)持 CSMA非堅(jiān)持 CSMAp-堅(jiān)持CSMA適用于時(shí)分信道。站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前先監(jiān)聽信道，信道忙則等到下一個(gè)時(shí)間片再監(jiān)聽，信道空閑則以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)，以概率1-p將發(fā)送推遲到下一

7、個(gè)時(shí)間片。下一個(gè)時(shí)間片執(zhí)行相同的操作直至發(fā)送成功或檢測到信道忙。該協(xié)議試圖在1-堅(jiān)持CSMA和非堅(jiān)持CSMA間取得性能的折衷，影響協(xié)議性能的關(guān)鍵在于p的選擇。p- 堅(jiān)持 CSMA幾個(gè)CSMA協(xié)議的性能比較帶有沖突檢測的CSMA/CD工作原理：監(jiān)聽到信道空閑, 就立即發(fā)送數(shù)據(jù)，且邊發(fā)送邊監(jiān)聽, 若監(jiān)聽到?jīng)_突，沖突方立即停止發(fā)送，并發(fā)送干擾信號(hào)串強(qiáng)化沖突，通知全網(wǎng)站點(diǎn)，使信道很快空閑，隨后各自等待一段隨機(jī)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)信道空閑又發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過幾輪競爭后有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送成功。CSMA/CD的狀態(tài)周期：由競爭周期、傳輸周期和空閑周期交織而成。沖突檢測方法： （1） 比較接收到的信號(hào)電壓的大小 （2） 檢測曼

8、徹斯特編碼的過零點(diǎn) （3） 比較接收到的信號(hào)與剛發(fā)出的信號(hào)CSMA/CD的狀態(tài)周期AB碰撞t = 2 A 檢測到發(fā)生碰撞 t = B 發(fā)送數(shù)據(jù)B 檢測到發(fā)生碰撞 t = t = 0單程端到端傳播時(shí)延記為 CSMA/CD 檢測沖突時(shí)間站點(diǎn)開始發(fā)送后最多經(jīng)2時(shí)間就能確認(rèn)傳輸是否成功t1 kmABt碰撞t = B 檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t = / 2發(fā)生碰撞t = 2 A 檢測到發(fā)生碰撞 t = B 發(fā)送數(shù)據(jù)B 檢測到發(fā)生碰撞 t = ABABAB t = 0 A 檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt = 0t = B 檢測到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt = 2 A 檢測到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時(shí)

9、延記為 CSMA/CD 檢測沖突時(shí)間設(shè)A，B為網(wǎng)絡(luò)中相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，則信號(hào)從A到B再回到A所需的時(shí)間： Slot Time 2S/0.7C+2tPHY為了保證A能夠聽到與B的碰撞，A發(fā)送的時(shí)間必須 Slot Time 因此所發(fā)的最小幀長Lmin Slot Time R2S/0.7C+2tPHY R可以看出：最小幀長度不變時(shí)，傳輸速率與網(wǎng)絡(luò)跨距成反比；傳輸率固定時(shí)，網(wǎng)絡(luò)跨距與最小幀長度成正比；網(wǎng)絡(luò)跨距固定時(shí)，傳輸率與最小幀長度成正比。 等待的隨機(jī)時(shí)間，用截?cái)嗟亩M(jìn)制指數(shù)退避算法。 隨機(jī)時(shí)間的基本單位： 為競爭時(shí)間片的長度 2 端到端的傳播時(shí)延(即最遠(yuǎn)兩個(gè)站之間的傳播時(shí)延)檢測到?jīng)_突后，退避等

10、待的隨機(jī)時(shí)間？ 算法規(guī)則如下： 設(shè) 1 個(gè)時(shí)間片等于兩站之間的最大傳播時(shí)延的兩倍（2） ； (1) 當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時(shí)，設(shè)置一個(gè)參量L=2， (2) 退避等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，取值為 1到L 個(gè)時(shí)間片中的 一個(gè)隨機(jī)數(shù) (3) 當(dāng)再發(fā)送幀時(shí)若又發(fā)生沖突，則L加倍 (4) 設(shè)置一個(gè)最大重發(fā)次數(shù) ，超過該次數(shù)，則不再重傳，并報(bào)告出錯(cuò)。 2. 無沖突協(xié)議位圖協(xié)議該協(xié)議的本質(zhì)是要求站點(diǎn)在發(fā)送前先進(jìn)行預(yù)約，然后在預(yù)約的時(shí)間里發(fā)送數(shù)據(jù)，該協(xié)議不會(huì)產(chǎn)生沖突。二進(jìn)制倒計(jì)數(shù)協(xié)議每個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)前先發(fā)送其二進(jìn)制地址（長度都相等），這些地址在信道中被線性相加，協(xié)議選擇其中地址最高的站作為勝出者，允許其繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。對(duì)不同地

11、址的節(jié)點(diǎn)不公平：地址碼大者總是優(yōu)先獲得發(fā)言權(quán)二進(jìn)制倒計(jì)數(shù)協(xié)議3. 有限爭用協(xié)議競爭協(xié)議：輕負(fù)載下延遲特性好，重負(fù)載下信道利用率低；無沖突協(xié)議：重負(fù)載下信道利用率高，輕負(fù)載下延遲特性不好；有限競爭協(xié)議：結(jié)合以上兩類協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)和克服各自的缺點(diǎn)，在輕負(fù)載下獲得良好的延遲特性，而在重負(fù)載下獲得較高的信道利用率。有限競爭協(xié)議的基本思想對(duì)用戶進(jìn)行分組，每個(gè)時(shí)隙內(nèi)只允許一個(gè)組的用戶競爭信道，通過減少在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)競爭信道的用戶數(shù)來提高競爭成功的概率；組內(nèi)用戶數(shù)量隨系統(tǒng)負(fù)載的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整，負(fù)載越輕用戶數(shù)越多，負(fù)載越重用戶數(shù)越少，在兩個(gè)極端上分別退化為競爭協(xié)議和無沖突協(xié)議；協(xié)議的關(guān)鍵就在于如何根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載自適應(yīng)

12、調(diào)整組的劃分，將時(shí)隙分配給用戶。自適應(yīng)樹搜索時(shí)間片0：A以下站點(diǎn)發(fā)送，沖突時(shí)間片1：B以下站點(diǎn)發(fā)送，沖突時(shí)間片2：D以下站點(diǎn)發(fā)送，無發(fā)送時(shí)間片3：E以下站點(diǎn)發(fā)送，沖突時(shí)間片4：2發(fā)送，成功時(shí)間片5：3發(fā)送，成功時(shí)間片6：C以下站點(diǎn)發(fā)送，無發(fā)送 為了使得不同廠家生產(chǎn)的局域網(wǎng)能夠相互連通進(jìn)行通信，IEEE于1980年2月下設(shè)了一個(gè)802委員會(huì)， 專門從事局域網(wǎng)城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂，形成的一系列標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)稱為IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)。 ISO于1984年3月采納其作為局域網(wǎng)城域網(wǎng)的國際標(biāo)準(zhǔn)系列，稱為ISO 8802標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)主要涉及物理層、 數(shù)據(jù)鏈路層以及網(wǎng)絡(luò)層的一部分。8.2 IEEE802

13、標(biāo)準(zhǔn)與局域網(wǎng)局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802（ISO8802）IEEE802是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列：IEEE802, IEEE802.1IEEE802.14其體系結(jié)構(gòu)只包含了兩個(gè)層次：數(shù)據(jù)鏈路層、物理層數(shù)據(jù)鏈路層又分為邏輯鏈路控制和介質(zhì)訪問控制兩個(gè)子層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層邏輯鏈路控制 LLC介質(zhì)訪問控制 MAC 高層 OSI IEEE 802物理層PHY由TCP/IP和NOS實(shí)現(xiàn)IEEE802描述了最低兩層的功能以及它們?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)和接口8.2.1IEEE802標(biāo)準(zhǔn)概述MAC 子層與 LLC 子層 MAC（Media Access Control） 介質(zhì)訪問控制子層，負(fù)責(zé)解決設(shè)備使用共享信道的問題

14、。 LLC（Logical Link Control） 邏輯鏈路控制子層，負(fù)責(zé)完成通常意義下的數(shù)據(jù)鏈路層功能，如差錯(cuò)控制、流量控制等。分成MAC、LLC兩個(gè)子層的好處 局域網(wǎng)可采用多種傳輸介質(zhì)與拓?fù)洌鄳?yīng)地介質(zhì)訪問控制方法就有多種。將數(shù)據(jù)鏈路層分成兩個(gè)子層，只要設(shè)計(jì)合理，使得MAC子層向上提供統(tǒng)一的服務(wù)接口，就能將底層的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)完全屏蔽掉。即：不同的物理網(wǎng)絡(luò)，物理層與MAC子層不同， 而LLC子層相同，網(wǎng)絡(luò)的上層協(xié)議可運(yùn)行于任何一種IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)上。 這種分層方法也使得IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)具有良好的可擴(kuò)充性，可以很方便地接納新的介質(zhì)與介質(zhì)訪問控制方法。不同的MAC，相同的LLC局

15、域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)SAP：服務(wù)訪問點(diǎn)，是低層向高層提供服務(wù)的地方IEEE802系列中的主要標(biāo)準(zhǔn)802.2 邏輯鏈路控制802.3 CSMA/CD（以太網(wǎng)） 802.4 Token Bus （令牌總線）802.5 Token Ring（令牌環(huán)）802.6 分布隊(duì)列雙總線DQDB - MAN標(biāo)準(zhǔn)802.8 FDDI（光纖分布數(shù)據(jù)接口）802.11 WLAN（無線局域網(wǎng)）IEEE802體系結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)據(jù)鏈路層在不同的子標(biāo)準(zhǔn)中定義分別對(duì)應(yīng)于LLC子層和MAC子層 802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5Token Ring802.6DQDB802.8FDDI802.2 LLC數(shù)據(jù)鏈路層

16、 物理層LLCMAC802.1D Bridge8 0 2 體系結(jié)構(gòu)PHY網(wǎng)際互聯(lián)IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)8.2.2 IEEE802 邏輯鏈路控制子層提供三種服務(wù):不確認(rèn)的無連接服務(wù):適用于廣播、組播通信，周期性數(shù)據(jù)采集確認(rèn)的無連接服務(wù):適用于傳送可靠性和實(shí)時(shí)性都要求的信息，如告警信息確認(rèn)的面向連接的服務(wù):適用于長文件傳輸 8.2.3 IEEE802.3:CSMA/CDCSMA/CD網(wǎng)（以太網(wǎng)）的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀(jì)70年代中期由施樂公司（Bob Metcalfe）提出，數(shù)據(jù)率為2.94Mb/s，稱為Ethernet（以太網(wǎng)）最初人們認(rèn)為電磁波是通過“以太”來傳播的經(jīng)DEC, Intel和Xerox

17、公司改進(jìn)為10Mb/s標(biāo)準(zhǔn)（DIX標(biāo)準(zhǔn)）DIX V1（1980）、DIX V2（1982）Ethernet II特征：基帶傳輸、總線拓?fù)?、CSMA/CD、同軸電纜1985年被采納為IEEE 802.3，支持多種傳輸媒體?！皫в袥_突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范”Ethernet II和IEEE 802.3二者區(qū)別很小僅是幀格式和支持的傳輸介質(zhì)略有不同目前已發(fā)展到萬兆以太網(wǎng)，仍在繼續(xù)發(fā)展 IEEE 802.3規(guī)定了以太網(wǎng)的MAC層和物理層，其中物理層規(guī)定了其接口特性和傳輸媒介，其規(guī)范名稱的簡寫格式包括三部分：傳輸速率（Mbps）+信號(hào)方式（基帶還是頻帶）+傳輸距離（或介質(zhì)類型）數(shù)據(jù)率

18、（Mbps）基帶或?qū)拵ase，Broad段最大長度（百米）或介質(zhì)類型（T，F(xiàn)，X）10 Base 51、IEEE802.3 物理層規(guī)范IEEE802.3的10M可選方案10Base5 粗纜Ethernet 10Base2 細(xì)纜Ethernet 10BaseT 雙絞線 10Broad36 寬帶 10BaseF 光纜2.CSMA/CD總線實(shí)現(xiàn)模型3.IEEE802.3 MAC幀格式3. IEEE802.3 MAC幀格式PR： 前導(dǎo)碼 - 10101010序列，用于使接收方與發(fā)送方同步SFD： 幀首定界符 10101011，表示一幀的開始DA/SA：目的/源MAC地址LEN： 數(shù)據(jù)長度（數(shù)據(jù)部分的

19、字節(jié)數(shù)），取值范圍：0-1500Type： 類型，高層協(xié)議標(biāo)識(shí)LLC-PDU（Data）：數(shù)據(jù)，最少46字節(jié), 最多1500字節(jié)，不夠時(shí)以Pad填充 Pad： 填充字段（可選），其作用是保證幀長不小于64字節(jié)FCS： 幀校驗(yàn)序列（CRC-32）6 6 2 46-1500 4字節(jié) FCSSATypeDADataPadEthernetIEEE 802.3 2/6 2/6 2 46-1500 4 字節(jié)FCSSALENDALLC-PDUPad 校驗(yàn)區(qū)間64-1518 字節(jié)PR SFD 7 1PRSFD 7 1用途：保證幀長64字節(jié)MAC地址又稱為物理地址，它是網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的全球唯一的標(biāo)識(shí)符，與其物理位置無

20、關(guān)。注意：MAC地址是在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行處理，而不是在物理層。網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口都有一個(gè)MAC地址。MAC地址大多固化在網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的硬件中一個(gè)站點(diǎn)允許有多個(gè)MAC地址，個(gè)數(shù)取決于該站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)接口的個(gè)數(shù)。例如安裝有多塊網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)；有多個(gè)以太網(wǎng)接口的路由器。網(wǎng)絡(luò)接口的MAC地址可以認(rèn)為就是宿主設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址。IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：MAC地址的長度為6個(gè)字節(jié)，共48位；可表示24670萬億個(gè)地址（有2位用于特殊用途）高24位稱為機(jī)構(gòu)惟一標(biāo)識(shí)符OUI ，由IEEE統(tǒng)一分配給設(shè)備生產(chǎn)廠商；如3COM公司的OUI=02608C低24位稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符EI，由廠商自行分配給所生產(chǎn)的每一塊網(wǎng)卡或設(shè)備的網(wǎng)

21、絡(luò)接口。也可以是2個(gè)字節(jié)，但2字節(jié)的地址很少使用。I/GOUI（22位）G/LEI（24位）0=全局管理地址1=本地管理地址（一般不用）0=單播地址1=組播地址4. IEEE802.3 MAC子層功能IEEE802.3 標(biāo)準(zhǔn)提供了MAC子層的功能說明，內(nèi)容主要有數(shù)據(jù)封裝和媒體訪問管理兩個(gè)方面。數(shù)據(jù)封裝(發(fā)送和接收數(shù)據(jù)封裝)包括成幀(幀定界和幀同步)、編址(源地址及目的地址的處理)和差錯(cuò)檢測(物理媒體傳輸差錯(cuò)的檢測)等；媒體訪問管理包括媒體分配和競爭處理 。LLC子層對(duì)LLC子層的訪問發(fā)送數(shù)據(jù)封裝 接收數(shù)據(jù)封裝MAC子層發(fā)送介質(zhì)訪問管理 接收介質(zhì)訪問管理對(duì)物理接口的訪問發(fā)送數(shù)據(jù)編碼 接收數(shù)據(jù)編碼

22、物理層收發(fā)信號(hào)PLS8.2.4 IEEE802.4 令牌總線 令牌總線訪問控制方式是在綜合了CSMA/CD訪問控制方式和令牌環(huán)訪問控制方式的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上形成的一種介質(zhì)訪問控制方式。令牌總線控制方式主要用于總線型或樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。該方式是在物理總線上建立一個(gè)邏輯環(huán)。一個(gè)總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，如果指定每一個(gè)站點(diǎn)在邏輯上相互連接的前后地址，就可構(gòu)成一個(gè)邏輯環(huán)。如圖中ABDEA（C站點(diǎn)沒有連入令牌總線中）。總線結(jié)構(gòu)中的令牌環(huán)1令牌總線工作原理令牌: 得到令牌的站點(diǎn)才能發(fā)送信息，其余只能接收。CSMA/CD簡單，可靠，但沖突嚴(yán)重時(shí)網(wǎng)絡(luò)效率下降，不可用于重載與遠(yuǎn)程控制及有實(shí)時(shí)傳送(優(yōu)先級(jí)控制)要求的場合。令牌總線避

23、免沖突，令牌同時(shí)發(fā)給所有站點(diǎn)，只有與令牌中的目標(biāo)地址相符的一個(gè)站點(diǎn)獲得令牌（即發(fā)送權(quán)），獲得令牌的站點(diǎn)可以發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完數(shù)據(jù)后，將轉(zhuǎn)發(fā)令牌發(fā)給下一站點(diǎn)（令牌中的目標(biāo)地址是按站址順序遞減，形成所謂“邏輯環(huán)”）。令牌總線優(yōu)點(diǎn)：重載效率高，在總線型拓?fù)渲袑?shí)現(xiàn)無傳送沖突并提供了優(yōu)先級(jí)控制功能，有一定實(shí)時(shí)性。缺點(diǎn)：輕載延遲大效率低（等待令牌），網(wǎng)絡(luò)管理比較復(fù)雜（令牌維護(hù)，在邏輯環(huán)中增、刪站點(diǎn)）。2.故障處理邏輯環(huán)中斷令牌丟失重復(fù)令牌8.2.5 IEEE802.5 令牌環(huán) 1.令牌環(huán)工作原理在令牌環(huán)網(wǎng)中，令牌有“忙（Busy）”和“空閑（Free）”兩種狀態(tài)。初始令牌由監(jiān)控站點(diǎn)生成后，沿環(huán)路固定方向繞行

24、，得到空令牌的站點(diǎn)才能發(fā)送信息，其余只能接收。空令牌環(huán)行時(shí)，取得令牌者將令牌freebusy，并將欲傳送的信息包附在令牌上環(huán)行，地址相符的站點(diǎn)考貝信息包的數(shù)據(jù)同時(shí)在信息包上做應(yīng)答標(biāo)志，繼續(xù)往下轉(zhuǎn)發(fā)令牌及信息包。令牌回到發(fā)送站點(diǎn)后不管發(fā)送成功與否均被釋放（free）并轉(zhuǎn)給下一站點(diǎn)若需繼續(xù)發(fā)送必須等待下一輪令牌的到來（即不得獨(dú)占）。 優(yōu)點(diǎn)無傳送沖突，可提供優(yōu)先級(jí)控制，實(shí)時(shí)性最好，重載下效率反而更高。主要優(yōu)點(diǎn)：可調(diào)整性，確定性缺點(diǎn)輕載延遲大效率低（等待令牌），有令牌維護(hù)要求（避免令牌丟失或重復(fù)），控制電路較復(fù)雜。主要缺點(diǎn)：令牌維護(hù)復(fù)雜（1）環(huán)長的比特度量環(huán)的長度往往折算成比特?cái)?shù)來度量，以比特度量的環(huán)

25、長反映了環(huán)上能容納的比特?cái)?shù)量。假如某站點(diǎn)從開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀到該幀發(fā)送完畢所經(jīng)歷的時(shí)間，等于該幀從開始發(fā)送經(jīng)循環(huán)返回到發(fā)送站點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間，則數(shù)據(jù)幀的所有比特正好布滿整個(gè)環(huán)路。實(shí)際操作過程中，環(huán)路上的每個(gè)接口都會(huì)引入延遲。一般，環(huán)路上每個(gè)接口相當(dāng)于增加1位延遲。由此，可給出以比特度量的環(huán)長計(jì)算式：環(huán)的比特長度=信號(hào)傳播時(shí)延數(shù)據(jù)傳輸速率接口延遲位數(shù)=環(huán)路媒體長度5(s/Km)數(shù)據(jù)傳輸速率接口延遲位數(shù)式中5s/Km即信號(hào)傳播速度200m/s的倒數(shù)。（2）環(huán)形網(wǎng)絡(luò)（1）網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)，只有一個(gè)令牌在環(huán)路上繞行。令牌是一個(gè)特殊的比特模式，其中包含一位“令牌/數(shù)據(jù)幀”標(biāo)志位，標(biāo)志位為“0”表示該令牌為可用的空令

26、牌，標(biāo)志位為“1”表示有站點(diǎn)正占用令牌在發(fā)送數(shù)據(jù)幀。（2）當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須等待并獲得一個(gè)令牌，將令牌的標(biāo)志位置為“1”，隨后便可發(fā)送數(shù)據(jù)。（3）環(huán)路中的每個(gè)站點(diǎn)邊轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，邊檢查數(shù)據(jù)幀中的目的地址，若為本站點(diǎn)的地址，便讀取其中所攜帶的數(shù)據(jù)（4）數(shù)據(jù)幀繞環(huán)一周返回時(shí)，發(fā)送站將其從環(huán)路上撤消。同時(shí)根據(jù)返回的有關(guān)信息確定所傳數(shù)據(jù)有無出錯(cuò)。若有錯(cuò)則重發(fā)存于緩沖區(qū)中的待確認(rèn)幀，否則釋放緩沖區(qū)中的待確認(rèn)幀。（5）發(fā)送站點(diǎn)完成數(shù)據(jù)發(fā)送后，重新產(chǎn)生一個(gè)令牌傳至下一個(gè)站點(diǎn)，以使其它站點(diǎn)獲得發(fā)送數(shù)據(jù)幀的許可權(quán)。（3）令牌環(huán)的維護(hù)令牌環(huán)的故障：令牌丟失和數(shù)據(jù)幀無法撤消。解決方法：通過在環(huán)路上指定一個(gè)站點(diǎn)

27、作為主動(dòng)令牌管理站。主動(dòng)令牌管理站通過一種超過機(jī)制來檢測令牌丟失的情況，該超時(shí)值比最長的幀為完全遍歷環(huán)路所需的時(shí)間還要長一些。如果在該時(shí)段內(nèi)沒有檢測到令牌，便認(rèn)為令牌已經(jīng)丟失，管理站將清除環(huán)路上的數(shù)據(jù)碎片，并發(fā)出一個(gè)令牌。為了檢測到一個(gè)持續(xù)循環(huán)的數(shù)據(jù)幀，管理站在經(jīng)過的任何一個(gè)數(shù)據(jù)幀上置其監(jiān)控位為1，如果管理站檢測到一個(gè)經(jīng)過的數(shù)據(jù)幀的監(jiān)控拉的已經(jīng)置為1，便知道有某個(gè)站未能清除自己發(fā)出的數(shù)據(jù)幀，管理站將清除環(huán)路的殘余數(shù)據(jù)，并發(fā)出一個(gè)令牌。2. IEEE802.5 令牌環(huán)IEEE 802.5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了令牌環(huán)的媒體訪問控制子層和物理層所使用的協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式和協(xié)議，規(guī)定了相鄰實(shí)體間的服務(wù)及連接令牌環(huán)物

28、理媒體的方。 （1）IEEE803.5的MAC幀格式 信息幀：令牌幀：1112/62/60411StartdelimiterAccesscontrolFramecontrolDASADataFCSEnddelimiterFramestatus111StartdelimiterAccesscontrolFramestatus1112/62/60411StartdelimiterAccesscontrolFramecontrolDASADataFCSEnddelimiterFramestatus幀開始定界符SD：格式為JK0JK000其中J、K分別是數(shù)字0和1的差分曼徹斯特編碼的違例編碼1112/

29、62/60411StartdelimiterAccesscontrolFramecontrolDASADataFCSEnddelimiterFramestatus訪問控制字符AC：格式為PPPTMRRR。其中： PPP是令牌的優(yōu)先級(jí)，取值000111，111為最高。 T是令牌位，T=0為空令牌，T=1為忙令牌； M是監(jiān)視位，發(fā)送站將忙令牌的該位置為0，監(jiān)視站將忙令牌的該位置為1，并撤消該位為1的幀； RRR是預(yù)約優(yōu)先級(jí)，取值范圍000111。用來預(yù)約較高優(yōu)先級(jí)的令牌，預(yù)約值必須高于RRR的原有值，復(fù)位空令牌時(shí)用RRR的值賦予PPP。1112/62/60411StartdelimiterAcce

30、sscontrolFramecontrolDASADataFCSEnddelimiterFramestatus幀控制字符FC：前兩位表示幀類型，后6位為控制位 。前兩位為00，表示本幀為MAC控制幀，其后6位即為控制信息； 前兩位為01，表示本幀為LLC數(shù)據(jù)幀，其后數(shù)據(jù)域中有來自LLC子層的用戶數(shù)據(jù)。1112/62/60411StartdelimiterAccesscontrolFramecontrolDASADataFCSEnddelimiterFramestatus目標(biāo)地址DA和源地址SA：48或16位的值。數(shù)據(jù)域D：該域長度可以為0，上限僅受令牌輪轉(zhuǎn)一周的時(shí)間限制。幀循環(huán)冗余校驗(yàn)位FCS

31、：32位CRC碼。作用域FCData。 1112/62/60411StartdelimiterAccesscontrolFramecontrolDASADataFCSEnddelimiterFramestatus幀結(jié)束定界符ED：格式為JK1JK1IE。 I 后繼幀位，若I=0，則該幀為最后一幀，否則后面還有待發(fā)的幀。E 差錯(cuò)檢測位，發(fā)送站把該位置為0，其它站點(diǎn)在檢測到差錯(cuò)時(shí)就將該位置為1。1112/62/60411StartdelimiterAccesscontrolFramecontrolDASADataFCSEnddelimiterFramestatus幀狀態(tài)FS：格式為ACr rACr

32、 r，r為保留位。A 地址識(shí)別指示位，目標(biāo)站將該位置為1，說明目標(biāo)站存在；C 幀已復(fù)制指示位，若目標(biāo)站將該幀復(fù)制下來了，就將該位置為1，說明該幀已被收取。（2）IEEE802.5介質(zhì)訪問控制數(shù)據(jù)幀的發(fā)送：構(gòu)造待發(fā)數(shù)據(jù)幀 ，等待空令牌的到來； 預(yù)約令牌 ；獲取空令牌，發(fā)送數(shù)據(jù)幀 。令牌幀的發(fā)送：恢復(fù)空令牌，先設(shè)置預(yù)約優(yōu)先級(jí)，再發(fā)送令牌幀。數(shù)據(jù)幀的接收：檢測數(shù)據(jù)幀的正確性 ； 判斷本站是否為目標(biāo)站點(diǎn)； 先檢測所接收的幀的類型，再轉(zhuǎn)發(fā)。 優(yōu)先級(jí)控制（3）三種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)比較復(fù)雜度有無沖突輕負(fù)載時(shí)性能重負(fù)載時(shí)性能優(yōu)先級(jí)控制IEEE802.3簡單有好差無IEEE802.4復(fù)雜無一般好好IEEE802.5復(fù)

33、雜無效率低好差802.3優(yōu)點(diǎn)使用最為廣泛；算法簡單；站點(diǎn)可以在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中安裝；使用無源電纜；輕負(fù)載時(shí)，延遲為0。缺點(diǎn)使用模擬器件，每個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送的同時(shí)要檢測沖突；最短幀長64字節(jié)，對(duì)于短數(shù)據(jù)來講開銷太大；無優(yōu)先級(jí)，發(fā)送是非確定性的，不適合于實(shí)時(shí)工作；電纜最長2500米（使用中繼器）；速率提高時(shí)，幀傳輸時(shí)間減少，競爭時(shí)間不變（2），效率降低；重負(fù)載時(shí)，沖突嚴(yán)重。802.4優(yōu)點(diǎn)發(fā)送具有確定性，支持優(yōu)先級(jí)，可處理短幀；使用寬帶電纜，支持多信道；重負(fù)載時(shí)，吞吐量和效率較高。缺點(diǎn):使用大量的模擬裝置；協(xié)議復(fù)雜；輕負(fù)載時(shí)，延遲大；很難用光纖實(shí)現(xiàn)。802.5優(yōu)點(diǎn)使用點(diǎn)到點(diǎn)連接，完全數(shù)字化；使用線路中心，自動(dòng)

34、檢測和消除電纜故障；支持優(yōu)先級(jí)，允許短幀，但受令牌持有時(shí)間限制，不允許任意長的幀；重負(fù)載時(shí)，吞吐量和效率較高。缺點(diǎn)中央監(jiān)控；輕負(fù)載時(shí)，延遲大。8.2.6 IEEE802.6 分布隊(duì)列雙總線DQDB一、DQDB概述分布式隊(duì)列雙總線DQDB(distributed queue dual bus)是由IEEE8026分委員會(huì)制定的城域標(biāo)準(zhǔn)。DQDB所追求的目標(biāo)是大的地理范圍內(nèi)提供綜合服務(wù)，DQDB一開始就提供申路交換和分組交換服務(wù)。1.DQDB的主要特性 使用雙總線結(jié)構(gòu),每條總線都可以獨(dú)立運(yùn)行；使用802.2LLC標(biāo)準(zhǔn)，與IEEE802局域網(wǎng)兼容；可以使用多種傳揄媒體.包括光纖、微波和同軸電纜等;

35、采用構(gòu)成回路的雙總線拓?fù)?確保容錯(cuò)能力; 數(shù)據(jù)率為34155Mbps或更高 ；同時(shí)支持等時(shí)電路交換和分組交換;.理論上網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與工作站的數(shù)目無關(guān)。但I(xiàn)EEE802.6標(biāo)準(zhǔn)還 是對(duì)DQDB作了限制, 即點(diǎn)數(shù)512個(gè)、范圍160km，數(shù)據(jù)率 155Mbps。2.DQDB的應(yīng)用 城域網(wǎng)MAN是一個(gè)覆蓋一個(gè)城市的很大的局域網(wǎng),它以光纖能提供的速率傳輸數(shù)據(jù),典型的城域網(wǎng)在在大范圍內(nèi)將多個(gè)局域且隨來。一個(gè)城域網(wǎng)既可以是公用網(wǎng)，也可以是專用主干網(wǎng)。 DQDB城域網(wǎng)中的兩條總線均有一個(gè)端點(diǎn)（head-end），這是個(gè)啟動(dòng)傳輸活動(dòng)的設(shè)備。如果目的計(jì)算機(jī)在發(fā)送者的右面，則使用上方的總線；否則使用下方的總線。MAN

36、的關(guān)鍵之處是使用了廣播式介質(zhì)（使用兩條電纜），所有的計(jì)算機(jī)都連結(jié)在上面。 總線B上的流向總線A上的流向首端首端幾個(gè)名詞：信元:固定為53個(gè)字節(jié)，其中44字節(jié)為數(shù)據(jù)。RC:請(qǐng)求計(jì)數(shù)器，對(duì)本站下方的未響應(yīng)的請(qǐng)求進(jìn)行計(jì)數(shù)。每收到一個(gè)請(qǐng)求，RC1，每過去一個(gè)空信元RC1.CD：倒計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器，當(dāng)本站要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，停止RC計(jì)數(shù)，并將RC值復(fù)制到CD中。然后RC置零，重新對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行計(jì)數(shù)。同時(shí)，每過去一個(gè)空信元，CD1，當(dāng)CD0時(shí)本站拿到空信元時(shí)發(fā)送，發(fā)送完畢，回到初始狀態(tài)。 8.3 高速局域網(wǎng) 8.3.1 FDDI環(huán)網(wǎng)是一種使用多模光纖作為傳輸介質(zhì)的令牌環(huán)形網(wǎng)。使用雙環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以確保網(wǎng)絡(luò)具有容錯(cuò)能力。使用

37、基于IEEE 802.5令牌環(huán)標(biāo)準(zhǔn)的MAC協(xié)議，上層仍采用與其它局域網(wǎng)相同的邏輯鏈路控制LLC協(xié)議，分組最大長度為4500字節(jié)。對(duì)IEEE 802.5的令牌傳遞方式進(jìn)行改進(jìn)，形成了新的定時(shí)令牌協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上同時(shí)傳達(dá)輸多個(gè)數(shù)據(jù)幀的功能。FDDI數(shù)據(jù)速率為 100Mbps，光信號(hào)碼元的傳輸速率為125 Mbaud?？砂惭b1000個(gè)物理連接或500個(gè)雙連接站，最大站間距離2km(多模光纖)，環(huán)路長度 100km(及光纖總長度200 km)。FDDI主要是用作校園環(huán)境的主干網(wǎng)，也常被劃分在城域網(wǎng)MAN的范圍。FDDI 環(huán)路重構(gòu) 容錯(cuò)當(dāng)站出現(xiàn)故障或鏈路斷開時(shí)具有自恢復(fù)能力，使網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)工作。FDDI使用

38、的編碼 FDDI在 物理層使用 4B/5B 編碼方案。 四位一組的比特?cái)?shù)據(jù)五位代碼 如： 1000 10010 每個(gè)5位編碼中至少有兩個(gè)1，以保證光信號(hào)中至少有兩次跳變，以便接收端提取時(shí)鐘。因此，F(xiàn)DDI采用分布式時(shí)鐘。 數(shù)據(jù)經(jīng)4B/5B編碼后還要進(jìn)一步使用NRZ-I來編碼。 NRZ-I：NRZ的一種變形，在位單元開始處有跳變表示“1”，無跳變表示“0”。 FDDI MAC幀格式FDDI 媒體訪問控制方式與IEEE 802.5相似之處：當(dāng)某站獲得令牌后方可發(fā)送數(shù)據(jù)。與IEEE 802.5不同之處：FDDI網(wǎng)絡(luò)中雖然也只有一個(gè)令牌，但源站發(fā)完數(shù)據(jù)幀后立即產(chǎn)生空閑令牌，下一站獲得該空閑令牌后就可發(fā)

39、送數(shù)據(jù)幀，而此時(shí)前一個(gè)站發(fā)出的幀可能還沒有到達(dá)它的源站，因此環(huán)中可能同時(shí)存在多幀數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸，大大提高了傳輸效率。8.3.2 快速以太網(wǎng)IEEE802.3委員會(huì)于1992年開始制定快速以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，并于1995年6月，正式把它定為IEEE 802.3u。它繼承了802.3的MAC訪問控制技術(shù)(CSMA/CD)、幀格式、接口以及退避算法，只是將傳輸速度從10Mbps提高到100Mbps。支持共享式、交換式、半雙工和全雙工的操作。它可以直接利用原有的線纜設(shè)施，從而支持10Mbps至100Mbps的無縫連接和自然過渡。100BASE-T 以太網(wǎng)的特點(diǎn)保留CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法可在全雙工方式下

40、工作而無沖突發(fā)生。MAC 幀格式仍然是 802.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。保持最短幀長不變（64字節(jié)），但將一個(gè)網(wǎng)段的最大電纜長度減小到 100 m。幀間時(shí)間間隔從原來的 9.6 s 改為現(xiàn)在的 0.96 s。 三種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)： 100BASE-TX使用 2 對(duì) UTP 5 類線或屏蔽雙絞線 STP。 100BASE-FX 使用 2 對(duì)光纖。 100BASE-T4使用 4 對(duì) UTP 3 類線或 5 類線。 8.3.3 千兆位以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)類似于100M以太網(wǎng)，仍然采用CSMA/CD的MAC訪問技術(shù)；支持共享式、交換式、半雙工和全雙工的操作；主要用于構(gòu)建主干網(wǎng)和連接超級(jí)服務(wù)器（需要1000Mbp

41、s網(wǎng)卡）。千兆以太網(wǎng)的物理層千兆以太網(wǎng)定義了千兆介質(zhì)訪問接口GMII，將MAC子層與物理層分隔開來。千兆以太網(wǎng)針對(duì)不同的傳輸介質(zhì)，定義了新的編碼方案和配線標(biāo)準(zhǔn)。千兆以太網(wǎng)分為1000 Base-T和1000 Base-X兩類，分別由IEEE802.3ab和IEEE802.3z定義。1.千兆以太網(wǎng)的物理層協(xié)議（1）1000BASE-SX。使用芯徑為50及62.5微米,工作波長為850nm的多模光纖,采用8B/10B編碼方式,傳輸距離分別為525m、和260m，適用于建筑物中同一層的短距離主干網(wǎng)。（2）1000BASELX。使用芯徑為50及62.5微米的多模、單模光纖，工作波長為1300m,采用8

42、B1B編碼方式，傳輸距離分別是525m、550m、和3000m，主要用于校園主干網(wǎng)。（3）1000BASE-CE。使用15歐姆平衡屏蔽雙絞線（STP)，采用8B/10B編碼方式，傳輸速率為1.25Gbps, 傳輸距離為25m,主要用于集群設(shè)備的連接，如一個(gè)交換機(jī)房的設(shè)備互聯(lián)。（4）1000BASE-T。使用4對(duì)5類非平衡屏蔽雙絞線（UTP)，傳輸距離為100m,主要用于結(jié)構(gòu)化布線中同一層建筑的通信，從而可以利用以太網(wǎng)或快速以太網(wǎng)已鋪設(shè)的UTP電纜。載波延伸千兆以太網(wǎng)在工作在半雙工方式時(shí)，必須進(jìn)行沖突檢測。 由于數(shù)據(jù)率提高了，因此只有減小最大電纜長度或增大幀的最小長度，才能保證在幀的發(fā)送期間檢出

43、所有的沖突。千兆以太網(wǎng)采用了“載波延伸”的辦法，使最短幀長仍為 64 字節(jié)（這樣可以保持兼容性），同時(shí)將爭用時(shí)間（沖突窗口）增大為 512 字節(jié)的時(shí)延。 在短的MAC幀后加上載波延伸 當(dāng)發(fā)送的 MAC 幀長不足 512 字節(jié)時(shí)，就用一些特殊字符填充在幀的后面，使MAC 幀的發(fā)送長度增大到 512 字節(jié)，但這對(duì)有效載荷并無影響。接收端在收到以太網(wǎng)的 MAC 幀后，要將所填充的特殊字符刪除后才向高層交付。 目地地址源地址數(shù)據(jù)長度數(shù) 據(jù)FCSMAC 幀的最小值 = 64 字節(jié)載波延伸PA加上載波延伸使 MAC 幀長度 = 爭用期長度512 字節(jié)在信道上實(shí)際傳輸?shù)膸LSOF分組突發(fā)機(jī)制 當(dāng)很多短幀要發(fā)

44、送時(shí)，第一個(gè)短幀要采用上面所說的載波延伸的方法進(jìn)行填充。 隨后的一些短幀則可一個(gè)接一個(gè)地發(fā)送，只需留有必要的幀間最小間隔（96位時(shí)）即可。這樣就形成了一串幀的突發(fā)，直到達(dá)到 1500 字節(jié)或稍多一些為止。 發(fā)送的數(shù)據(jù) 分組#1 RRRRRRRR 分組#2 RRRR 分組#3 RRRR 分組#4爭用期 512 字節(jié)將突發(fā)計(jì)時(shí)器設(shè)定為 1500 字節(jié)載波監(jiān)聽 載波延伸最小間隔全雙工方式 注意：當(dāng)千兆以太網(wǎng)工作在全雙工方式時(shí)（即通信雙方可同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)），不使用載波延伸和分組突發(fā)。1999年3月IEEE成立了高速局域網(wǎng)研究組（High Speed Study Group），致力于萬兆以太網(wǎng)的

45、研究。HSSG研究組的目的是將IEEE 802.3協(xié)議擴(kuò)展到10Gb/s的工作速度，并擴(kuò)展以太網(wǎng)的應(yīng)用空間，使之能夠提供WAN鏈接。將萬兆以太網(wǎng)與SONET OC-192幀結(jié)構(gòu)融合，可以與OC-192電路和SONET /SDH設(shè)備一起運(yùn)行，可以保護(hù)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施投資，使運(yùn)營商能夠在不同地區(qū)通過城域網(wǎng)提供端到端的以太網(wǎng)連接8.3.4 萬兆以太網(wǎng)2002年6月12日802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)組織批準(zhǔn)了萬兆(10G)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的最后草案IEEE802.3ae萬兆以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)與 10 Mb/s，100 Mb/s 和 1Gb/s 以太網(wǎng)的幀完全相同。它保留了 802.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的以太網(wǎng)最小和最大幀長，便于

46、升級(jí)。不再使用銅線而只使用光纖作為傳輸介質(zhì)。只工作在全雙工方式，因此沒有爭用問題，也不使用 CSMA/CD 協(xié)議。 IEEE802.3ae萬兆以太網(wǎng)的物理層 與局域網(wǎng)連接的物理層標(biāo)準(zhǔn) LAN PHY：數(shù)據(jù)率為 10.000 Gb/s。與廣域網(wǎng)連接的物理層 WAN PHY：由于OC-192/STM-64 提供的數(shù)據(jù)率為9.95328Gbps，為了將10G以太網(wǎng)的幀插入到 SONET/SDH（OC-192/STM-64 ）幀的有效載荷中傳輸，物理層提供的數(shù)據(jù)率為9.58464Gbps。萬兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)物理層的5種具體的接口：1550nmLAN接口、1310nm寬頻波分復(fù)用（WWDM）LAN接口、8

47、50nmLAN接口、1550nmWAN接口和1310nmWAN接口。850nmLAN接口適于用在50/125m多模光纖上，最大傳輸距離為65m。50/125m多模光纖現(xiàn)在已用得不多。1310nm寬頻波分復(fù)用（WWDM）LAN接口適于用在66.5/125m的多模光纖上，傳輸距離為300m。66.5/125m的多模光纖又叫FDDI光纖，是目前使用得最廣泛的多模光纖。1550nmWAN接口和1310nmWAN接口適于在單模光纖上進(jìn)行長距離的城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，1310nmWAN接口支持的傳輸距離為10km，1550nmWAN接口支持的傳輸距離為40km。8.3.5 交換式以太網(wǎng)在交換式以太網(wǎng)中，

48、采用以太交換機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇樾切徒Y(jié)構(gòu)，站點(diǎn)可采用全雙工方式進(jìn)行通信，允許多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)交換數(shù)據(jù)。映射表端口地址12346785ABCD12345678交換網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)ABCD以太交換機(jī)以太交換機(jī)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)A節(jié)點(diǎn)B節(jié)點(diǎn)C節(jié)點(diǎn)D節(jié)點(diǎn)E節(jié)點(diǎn)F交換式局域網(wǎng)局域網(wǎng)交換機(jī)節(jié)點(diǎn)A節(jié)點(diǎn)B節(jié)點(diǎn)C節(jié)點(diǎn)D節(jié)點(diǎn)E共享介質(zhì)局域網(wǎng)共享介質(zhì)方式與交換方式局域網(wǎng)工作原理的區(qū)別以太網(wǎng)交換機(jī)與網(wǎng)橋的異同以太網(wǎng)交換機(jī)和網(wǎng)橋相比具有以下特點(diǎn)：實(shí)際上是多端口網(wǎng)橋端口的數(shù)量和類型均多于網(wǎng)橋。轉(zhuǎn)發(fā)的速度要比網(wǎng)橋快。既可進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，又可支持直通交換?？芍С志W(wǎng)絡(luò)管理?？芍С諺LAN技術(shù)，有效地避免了廣播風(fēng)暴。交換機(jī)環(huán)接時(shí)，也采用生成樹實(shí)

49、現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的唯一通路。8.4 無線局域網(wǎng)技術(shù)無線局域網(wǎng)(WLAN):即采用無限傳輸介質(zhì)的局域網(wǎng)。其主要目的是彌補(bǔ)有線局域網(wǎng)存在的不足（某些環(huán)境和場合不適合布線或無法布線），提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面。無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)目前支持無線局域網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有：IEEE802.11系列HomeRF技術(shù)（用于家庭無線網(wǎng)絡(luò)）藍(lán)牙技術(shù)無線局域網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)安裝快捷使用靈活經(jīng)濟(jì)節(jié)約易于擴(kuò)展無線局域網(wǎng)技術(shù)要求（1）可靠性：無線局域網(wǎng)的系統(tǒng)分組丟失率應(yīng)該低于10-5，誤碼率應(yīng)該低于10-8。 （2）兼容性：對(duì)于室內(nèi)使用的無線局域網(wǎng)，應(yīng)盡可能使其跟現(xiàn)有的有線局域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)軟件上相互兼容。 （3）數(shù)據(jù)速率：為了滿足局域網(wǎng)業(yè)務(wù)量的

50、需要，無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)該在1Mbps以上。 （4）通信保密：由于數(shù)據(jù)通過無線介質(zhì)在空中傳播，無線局域網(wǎng)必須在不同層次采取有效的措施以提高通信保密和數(shù)據(jù)安全性能。 （5）移動(dòng)性：支持全移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或半移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。 （6）節(jié)能管理：當(dāng)無數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)使站點(diǎn)機(jī)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)有數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)再激活，從而達(dá)到節(jié)省電力消耗的目的。 （7）小型化、低價(jià)格：這是無線局域網(wǎng)得以普及的關(guān)鍵。 （8）電磁環(huán)境：無線局域網(wǎng)應(yīng)考慮電磁對(duì)人體和周邊環(huán)境的影響問題。 無線局域網(wǎng)設(shè)備無線網(wǎng)卡 PCMCIA無線訪問接入點(diǎn)（AP）：進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的集中設(shè)備，相當(dāng)于有線網(wǎng)絡(luò)中的集線器。 無線網(wǎng)橋：主要用于無線或有線局域網(wǎng)之間的互

51、連。 無線路由器 ：集成了無線AP的接入功能和路由器的第三層路徑選擇功能 。無線路由器無線網(wǎng)橋天線（Antenna）定向天線室內(nèi)壁掛扇區(qū)天線 全向天線8.4.2 IEEE802.11協(xié)議1. 802.11物理層實(shí)現(xiàn)方式在物理層定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)特征和調(diào)制方法，定義了2個(gè)射頻傳輸技術(shù)和1個(gè)紅外線傳輸規(guī)范共3種不同的物理層實(shí)現(xiàn)方式。RF傳輸標(biāo)準(zhǔn)是直接序列擴(kuò)頻DSSS和跳頻擴(kuò)頻FHSS。 接入速率有1Mbit/s和2Mbit/s兩種。 2. MAC結(jié)構(gòu)及服務(wù)內(nèi)容MAC子層負(fù)責(zé)解決客戶端工作站和訪問接入點(diǎn)之間的連接。 提供的服務(wù)有：安全服務(wù)、MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元重新排序服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)。 3. CSMA

52、/CA協(xié)議 采用了與CSMA/CD相類似的載波監(jiān)聽多路訪問/沖突防止協(xié)議實(shí)現(xiàn)介質(zhì)資源共享。CSMA/CA利用確認(rèn)信號(hào)來避免沖突的發(fā)生，只有當(dāng)客戶端收到網(wǎng)絡(luò)上返回的確認(rèn)信號(hào)后才確認(rèn)送出的數(shù)據(jù)已經(jīng)正確到達(dá)目的。 CSMA/CA采用能量檢測（ED）、載波檢測（CS）和能量載波混合檢測3種檢測信道空閑的方式。覆蓋范圍8.4.3 IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)1 Gb/s100 Mb/s10 Mb/s1 Mb/s100 kb/s10 kb/s用戶數(shù)據(jù)率PAN LAN MAN WAN802.15.4ZigBee802.15.1藍(lán)牙802.15.3超寬帶802.11g, a802.11b802.162G移動(dòng)通

53、信3G移動(dòng)通信4G移動(dòng)通信Wi-FiWiMAX1. IEEE 802.11b工作于開放的2.4GHz頻點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)之一是采用補(bǔ)償碼鍵控CCK調(diào)制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)速率轉(zhuǎn)換。支持的范圍在室外為300m，在辦公環(huán)境中最長為100m。最多3個(gè)訪問點(diǎn)可以同時(shí)定位于有效使用范圍中，以支持上百個(gè)用戶。 2. IEEE 802.11a規(guī)定的頻點(diǎn)為5GHz，采用CSMA/CA協(xié)議。在物理層采用正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)。支持的數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)54Mbit/s。 3. IEEE 802.11g802.11g兼顧802.11a和802.11b，為802.11b過渡到802.11a鋪路修橋。既適應(yīng)傳統(tǒng)的802.1

54、1b標(biāo)準(zhǔn)，在2.4GHz頻率下提供11Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，也符合802.11a標(biāo)準(zhǔn)，在5GHz頻率下提供54Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。802.11g中規(guī)定的調(diào)制方式包括802.11a中采用的OFDM與802.11b中采用的CCK。 4.IEEE 802.11b+“IEEE 802.11b+”是一個(gè)非正式的協(xié)議，其是TI（美國德洲儀器）公司推出的被稱為增強(qiáng)型IEEE 802.11b的標(biāo)準(zhǔn)。它跟802.11b完全兼容，只是采用了特殊的數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)，所以，能夠?qū)崿F(xiàn)22Mb/s的通訊速率。5. IEEE 802.16是寬帶無線協(xié)議，按照3層結(jié)構(gòu)體系組織的。（1）物理層物理層協(xié)議主要是關(guān)于頻率帶寬、調(diào)

55、制模式、糾錯(cuò)技術(shù)以及發(fā)射機(jī)同接收機(jī)之間的同步、數(shù)據(jù)傳輸率和時(shí)分復(fù)用結(jié)構(gòu)等方面的。使用的是“按需分配多路尋址時(shí)分多址”（DAMA-TDMA）技術(shù)。 （2）數(shù)據(jù)鏈路層為用戶提供服務(wù)所需的各種功能。負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)組成幀格式來傳輸和對(duì)用戶如何接入到共享的無線介質(zhì)中進(jìn)行控制。MAC協(xié)議規(guī)定基站或用戶在什么時(shí)候采用何種方式來初始化信道，并分配無線信道容量。 規(guī)定每個(gè)單獨(dú)信道的數(shù)據(jù)傳輸率范圍是從2Mbit/s到155Mbit/s。 （3）會(huì)聚層該層根據(jù)提供服務(wù)的不同而提供不同的功能。能提供的服務(wù)包括數(shù)字音頻/視頻廣播、數(shù)字電話、異步傳輸模式ATM、因特網(wǎng)接入、電話網(wǎng)絡(luò)中無線中繼和幀中繼。 8.4.4 藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)

56、牙這個(gè)頗為奇怪的名字來源于十世紀(jì)丹麥國王哈洛德（Harold）的稱呼 以IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)為基礎(chǔ)，是一種用于替代便攜或固定電子設(shè)備上使用的電纜或連線的短距離無線連接技術(shù)。設(shè)備使用無需許可申請(qǐng)的2.45GHz頻段，可實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)和語音傳輸，傳輸速率可達(dá)到10Mbit/s，在支持3個(gè)話音頻道的同時(shí)還支持高達(dá)723.2kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。 “藍(lán)牙”是一種短距離(10米)的無線連接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的代稱，其實(shí)質(zhì)內(nèi)容就是要建立通用的無線電空中接口及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)。 藍(lán)牙技術(shù)由愛立信公司按802.11標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充技術(shù)設(shè)計(jì)其主要面向網(wǎng)絡(luò)中各類數(shù)據(jù)及語音設(shè)備（如PC、撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)、筆記本電腦、打印機(jī)

57、、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)電話和高品質(zhì)耳機(jī)等），通過無線方式將它們連成一個(gè)微微網(wǎng)(Piconet)，多個(gè)微微網(wǎng)之間也可以互連形成分布式網(wǎng)絡(luò)(Scatternet)，從而方便、快速地實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備之間的通信。它是實(shí)現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)拈_放性規(guī)范, 是一種低成本、短距離的無線連接技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的無連接工作，提供了接入數(shù)據(jù)網(wǎng)的功能，并且具有外圍設(shè)備接口，可以組成一個(gè)特定的小網(wǎng)。藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)采用跳頻技術(shù)，抗信號(hào)衰落；采用快跳頻和短分組技術(shù)，減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃?；采用前向糾錯(cuò)(FEC)編碼技術(shù)，減少遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的隨機(jī)噪聲影響；使用2.4GHz的ISM頻段，無需申請(qǐng)?jiān)S可證；采用FM調(diào)制方式，降

58、低設(shè)備的復(fù)雜性。藍(lán)牙系統(tǒng)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。 藍(lán)牙基帶技術(shù)支持兩種連接方式： 面向連接（SCO）方式：主要用于話音傳輸； 無連接(ACL)方式：主要用于分組數(shù)據(jù)傳輸。藍(lán)牙技術(shù)的傳輸速率設(shè)計(jì)為1MHz，新一代高速為2M。藍(lán)牙技術(shù)的差錯(cuò)控制 基帶控制器采用3種檢糾錯(cuò)方式：1/3前向糾錯(cuò)編碼(FEC)；2/3前向糾錯(cuò)編碼；自動(dòng)請(qǐng)求重傳(ARQ)。藍(lán)牙協(xié)議?？煞譃樗膶?，分別是藍(lán)牙核心協(xié)議層、電纜替代協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和采納的其它協(xié)議層?；鶐А㈡溌饭芾韰f(xié)議（LMP）、邏輯鏈路控制及適應(yīng)協(xié)議（L2CAP）、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）四部分組成了藍(lán)牙核心協(xié)議。（1）基帶基帶及鏈路控制層的作用是在各藍(lán)

59、牙單元之間建立物理射頻鏈路，從而形成微微網(wǎng)。該層有二種物理鏈路，一種是面向連接的同步鏈路（SCO），另一種是無連接異步鏈路（ACL）。其相應(yīng)的ACL分組僅用于數(shù)據(jù)，而SCO分組可僅包含話音，也可是話音和數(shù)據(jù)的組合。該層可為所有的話音和數(shù)據(jù)分組提供不同水平的FEC或CRC校驗(yàn)以及加密。而且還為不同的數(shù)據(jù)類型，包括鏈路管理和控制信息，各自分配一個(gè)特定的信道。（2）鏈路管理協(xié)議LMP負(fù)責(zé)藍(lán)牙設(shè)備之間的鏈路建立，包括通過生成、交換密鑰和檢查鏈路來完成鑒權(quán)和加密等安全方面的任務(wù)，以及控制和協(xié)調(diào)基帶分組的大小。同時(shí)，LMP還控制藍(lán)牙無線設(shè)備的電源模式和時(shí)鐘周期，以及微微網(wǎng)內(nèi)藍(lán)牙單元的連接狀態(tài)等。（3）邏輯

60、鏈路控制及適應(yīng)協(xié)議L2CAP完成藍(lán)牙基帶與高層協(xié)議間的適配。通過協(xié)議復(fù)用、分用和重組操作，以及分類提取，L2CAP向高層協(xié)議提供面向連接的和無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)，它允許高層協(xié)議和應(yīng)用發(fā)送和接收長達(dá)64K字節(jié)的L2CAP分組。（4）業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)（搜尋）協(xié)議業(yè)務(wù)是所有應(yīng)用模式的基礎(chǔ)。應(yīng)用SDP可以查尋設(shè)備信息、業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)特征，并在此之后建立二個(gè)或多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間的連接。SDP是藍(lán)牙框架中的關(guān)鍵部分。 在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面，藍(lán)牙協(xié)會(huì)于1999年7月推出Bluetooth1.0標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)范完全開放。藍(lán)牙IEEE802.15是一項(xiàng)最新標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于IEEE802.11來說，它的出現(xiàn)不是為了競爭而是相互補(bǔ)充。藍(lán)牙比IEEE