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安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院第5章局域网与IEEE802模型5.1局域网技术5.2以太网技术5.3高速以太网5.4交换式局域网5.5无线局域网安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院5.1局域网技术5.1.1局域网概述。覆盖范围较小，一般为0.01～10km；。数据传输率较高，一般为10～10000Mbps；。出错率较低，一般10-8～10-1l;。拓扑结构多为总线形、环形和星形;。网内站点多采用共享介质的广播通信方式;。局域网种类繁多，传输介质和接入方法多样；。网络流量具有突发性，负荷不均衡；。任何两点间均有唯一通信路径，不需路由选择；。不设网络层，寻址/流量控制等由数据链路层处理;。协议设计简单，高层的功能可以由操作系统代替。安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院5.1.2局域网的介质访问控制技术局域网因采用共享介质完成通信，故其网内各站点需解决争用介质使用权问题，也即需解决多个站点的多个地址访问共有介质的控制问题。在计算机网络中，多地址访问控制问题由多址访问控制协议解决，该种协议分动态和静态两类。1)静态多址访问控制协议－利用多路复用技术实现多址访问控制,各用户独享信道；2)动态多址访问控制协议－用户共享一个物理信道，利用竞争方式来使用传输介质。★动态多址访问控制协议的控制策略a.冲突避免：无争用(受控)方式_(令牌环网)b.冲突解决：争用方式_(各节点争用介质使用权)安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院5.1.3IEEE802标准及模型IEEE802标准是IEEE802委员会制定了一系列局域网标准，针对局域网可采用多种传输媒介，且物理层的处理过程也十分复杂。故对其物理层又分为介质访问控制子层MAC(MediaAccessControl)和逻辑链路子层LLC(LogicalLinkControl)组成。。MAC子层用于描述与传输媒介有关的物理特性；。LLC子层用于描述与传输媒介无关的物理特性。传输媒介物理层数据链路层传输媒介物理层MAC子层LLC子层IEEE－美国电气与电子工程师学会安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院IEEE802.1－局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联;IEEE802.2－逻辑链路控制LLC;IEEE802.3－CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)访问方法和物理层规范;IEEE802.4－TokenPassingBUS（令牌总线）;IEEE802.5－TokenRing（令牌环）访问方法和物理层规范;IEEE802.6－城域网访问方法和物理层规范;IEEE802.7－宽带技术咨询和物理层课题与建议实施;IEEE802.8－光纤技术咨询和物理层课题;IEEE802.9－综合声音／数据服务的访问方法和物理层规范;IEEE802.10－安全与加密访问方法和物理层规范;IEEE802.11－无线局域网访问方法和物理层规范;IEEE802.12－100VG-AnyLAN快速局域网访问方法和物理层规范。1)802标准系列安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院75年由Xerox研究中心推出。80年Xerox、Intel和DEC公司正式发布Ethernet(以太网)技术规范，规范定义以太网是一种总线网，介质访问控制技术采用CSMA/CD，广播方式通信。83年IEEE发布的IEEE802.3局域网技术规范与以太技术规范一致，于是以太网技术规范成为第一个局域网技术规范。－以太网的发展历程：。1980年IEEE成立802.3工作组；。1983年第一个IEEE802.3标准正式发布，10M以太网基本成熟；。1990年基于双绞线介质的10BASE-T标准发布，局域网交换机出现，逐步淘汰共享式网桥（集线器）；。1992年出现了100Mb/s快速以太网，通过IEEE802.3u标准；。1997年1000Mb/s千兆以太网标准问世(IEEE802.3z/ab)；。1998年10GE以太网工作组成立，IEEE802.3ae标准颁布。5.2以太网技术安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院CSMA/CD(CarrierSenseMutipleAccessCollisiondetect)即载波监听多路访问/冲突检测机制，是一种争用型的介质访问控制协议，它是目前以太网采用的数据传输控制技术。■CSMA/CD的工作原理－先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟重发。(1)若媒体空闲，则传输，否则转(2)；(2)若媒体忙，一直监听直到信道空闲，然后立即传输；(3)若在传输中监听到干扰，则发干扰信号通知所有站点；(4)等候一段时间，再次传输。5.2.1CSMA/CD协议安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院侦听是欲发送数据节点进行的第一件工作，即在发送前先检测信道上有无信号正在传送，如信道上无信号站点就可以发送数据帧，即“先听后发”。对于基带传输，以线路上有无脉冲波变化来判断有无信号传输。对于宽带传输，以线路上有无载波信号来判断是否有信号传输；★侦听方式。坚持型侦听方式；。非坚持型侦听方式；－上述侦听方式均需通过CSMA算法加以实现。1)载波侦听多路访问(CSMA)安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院2)CSMA算法(坚持与不坚持算法)对发送信道的侦听，采用坚持与不坚持两种算法来完成数据的发送工作。坚持就是对发送信道一直保持监听状态，不坚持就是利用一定随机时间发送。①1-坚持型CSMA特点：信道空，发送；忙则侦听，发现空闲立即发送;发生冲突时，等待一个随机时间，在发送;②P-坚持型CSMA特点：信道空，以P的概率发送，信道忙，则以1-P的概率把该次发送推迟到下一个时隙；③非坚持型CSMA特点：信道空发送；忙不监听,等待一段随机时间在试；安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院3)冲突检测(CD-CollisionDetection)(1)冲突(碰撞)产生的原因－两个及两个以上节点在监测信道时均发现信道空闲，这时各站点均把信号送入信道而引起冲突。(2)冲突检测①检测方法：－把发送到信道的数据接收回来，与原发送数据进行比较，若不一致，表明有冲突发生。②冲突解决－检测有冲突后，发送端在发送完64bit同步信号之后，停止发送，并发出“冲突强制阻塞信号”,请所有站点暂停发送，以免网络瘫痪。。冲突强制阻塞信号时间＝64b+32b(1,0交替组成)安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院4)后退等待冲突后，各站点采用时间退让(算法)方式完成发送，退让时间与等待时间和冲突历史有关，发生冲突的次数越多，再次的冲突可能性越大，则退让时间就应越长。★退让时间：t=R*2τR[0,2N-1]；R随机数；N重发次数；一般情况下，重传16次后，如仍发生冲突，放弃传输；5)接收处理接收处理需完成效验工作，校验包含碎片校验、目的地址校验和完整性校验。。碎片效验：长度小于64字节(512位)的帧为冲突碎片；。目的地址校验：判断是否是本地地址。。完整性校验：是否畸形帧(大于1518字节)、CR校验、定界符不对（长度的8bit的整数倍）;安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院5.2.2IEEE802.3与10Mb/s以太网1)IEEE802.3标准的特点。总线结构，基带传输；。传输介质为同轴电缆或双绞线；。采用CSMA/CD的1-坚持CSMA/CD协议;。规定MAC帧长度范围64～1518字节；。要求按CSMA/CD接收数据时，每个节点必须检测通过该节点的所有数据帧。－帧长1581，不进行CRC校验；－太短64为碎片；。冲突产生，采用截断二进制退避算法延迟。安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院有DIX和IEEE802.3两种格式，区别是IEEE802.3格式是16bit长度字段、DIX是16bit类型字段。■IEEE802.3帧格式2)以太网的帧结构前导字段（7字节）帧起始定界符目的MAC地址源MAC地址类型/长度数据校验10101010101010116字节6字节2字节4字节46-1500字节FCS帧有效部分由于TCP/IP的影响，使得以太网的LLC层的作用已经不大，许多厂商的网卡仅具有MAC协议，而没有LLC协议。安徽建筑工业学院电子与信息学院3)以太网的组成只有遵守IEEE802.3的网络(基带总线网)才能真正地称为以太网，以太网由传输介质、收发器、网卡和计算机(工作站)组成。最大站点数1024实际站数≦100计算机计算机计算机计算机收发器网卡≦500M终结器终结器安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院－目前10Mb/s以太网有以下物理层标准①10Base-5标准，标准以太网，粗缆总线连接；②10Base-2标准(IEEE802.3a)，细缆总线连接；③10Base-T标准(IEEE802.3i)，UTP双绞线星型连接;④10Base-F标准(IEEE802.3j)，光缆星型方式连接。4)10Mb/s以太网的物理层标准安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院5)IEEE802.3以太网体系结构为便于物理层功能实现，IEEE802.3进一步把物理层分成了物理信令(PLS)和物理介质(PMA)两个子层。⑴物理信令子层(PLS)－负责向MAC层提供服务、曼彻斯特的编码和解码、载波侦听；⑵物理介质(PMA)子层－负责向PLS层提供服务、冲突检测、超长控制、发/收串行比特安徽建筑工业学院电子与信息学院介质相关接口PMAPLSMACLLC物理介质附件连接单元接口介质访问单元安徽建筑工业学院电子与信息学院5.3高速以太网安徽建筑工业学院电子与信息学院5.3.1高速以太网的发展及特点以太网的出现，极大地推动着局域网应用的增长。从上世纪90年代“信息高速公路”计划的推进,以太网技术开始向高速发展。。1993年10月，100Mbps的以太网产品问世；。1996年夏，千兆以太网产品问世；。1999年开始进军万千兆以太网。－以太网的高速化发展，使它不仅迅速取得局域网中垄断地位，也在城域网领域中的地位日渐突出。安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院(1)高速传输介质技术：－UTP5技术及光纤性价比的提高使其得到广泛使用；(2)交换技术：－交换式集线器的应用，使以太网的共享带宽变为每个端口可独享带宽，使连接到各端口的站点的工作不受CSMA/CD约束。(3)全双工技术：－采用全双工技术,完全摆脱CSMA/CD协议的限制，但还保留了IEEE802.3的MAC帧结构、编址方式和最小/最大帧长的规定，所以还称其为以太网。(4)编码技术：－高速以太网不再采用传统曼彻斯特编码，而采用不归零制的特殊编码方式。■高速以太网的支持技术安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院IEEE802.3u是为百兆以太网(快速以太网)100Base-T做出的标准，其主要技术特点是：。保留了MAC子层的CSMA/CD介质控制协议；。把每个比特发送时间从100ns降低到10ns；。10M和100M带宽上可自适应，可全双工方式工作；。采用简单不归零编码方式。★100Base-T的物理层标准。100Base-T2：支持2对3类UTP，速率100Mb/s，最大距离100M;。100Base-T4：支持4对3/4/5/5E类UTP线缆，其中3对用于数据传输，1对用于冲突检测，速率100Mb/s;。100Base-TX：支持2对5类UTP；速率100Mb/s;介质长度100M;。100Base-FX:支持2条光纤，速率100Mb/s，媒体段长度100m。5.3.2IEEE802.3u与100Base-T安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院5.3.3千兆以太网千兆位以太网与快速以太网的区别仅在于把每个比特的发送时间进一步降