第3章-局域网技术

“十一五”国家重点图书计算机科学与技术学科前沿丛书计算机科学与技术学科研究生系列教材（中文版）计算机网络高级教程信息科学技术学院计算机系•刘波博士•[e-mail]•六教210/617•13117319830QQ:6633873《计算机网络高级教程》2练习•1计算机网络基本要素之一是。A。数据传输B。共享C。文件传输D。控制•2下列选项中，是将单个计算机连接到网络上的设备。A。显示卡B。网卡C。路由器D。网关•3.把网络分为电路交换网、报文交换网、分组交换网属于按进行分类。A。连接距离B。服务对象C。拓扑结构D。数据交换方式•4.下列交换方式中，实时性最好的是。A。报文分组交换B。报文交换C。电路交换D。各种方法都一样第3章局域网技术局域网技术发展的过程802参考模型与OSI参考模型的对应关系IEEE802协议结构（1）IEEE802协议结构（2）不同通信负荷的3种局域网实际数据传输速率的比较最早的Ethernet原理设计图802.3协议结构与实际10BASE-5结构的比较Ethernet协议结构发送流程与接收流程图CSMA/CD的结点工作状态图Ethernet网卡电路结构Ethernet网卡计算机接入局域网的结构Ethernet帧结构的比较用集线器连接多个结点的EthernetFastEthernet介质专用接口MII十六进制数0～F对应的4B/5B编码值数据4B二进制数5B编码0000011110100010100120010101003001110101401000101050101010116011001110701110111181000100109100110011A101010110B101110111C110011010MLT-3信号的编码过程全双工与半双工工作模式•如果要实现全双工工作，主机需要通过网卡的两个通道；•支持全双工模式的FastEthernet的拓扑构型一定是星形；•采取全双工、点-点连接方式的FastEthernet的介质覆盖距离将不受冲突窗口的大小限制；•支持全双工方式的交换机可以自由混接不同速率的网卡，并实现不同速率之间的交互。10Mbps与100Mbps速率自动协商功能•自动确定非屏蔽双绞线的远端连接设备使用的是半双工（CSMA/CD）的10Mbps工作模式，还是全双工的100Mbps工作模式；•向其它结点发布远端连接设备的工作模式；•与远端连接设备交换工作模式相关参数，协调和确定双方的工作模式；•自动协商功能自动选择共有的最高性能的工作模式。讨论：•自动协商功能只能用于使用双绞线的Ethernet；•自动协商过程需要在500ms内完成；•按工作模式性能从高到低，这些协议的优先级从高到低的排序是：100BASE-TX或100BASE-FX全双工模式100BASE-T4100BASE-TX半双工模式10BASE-T全双工模式10BASE-T半双工模式10Mbps与100Mbps速率自动协商功能带来的限制•在100BASE-T半双工模式下，它仍然执行CSMA/CD工作机制，冲突窗口大小是不变的，由于发送速率提高了10倍，则双绞线长度的最大长度应减小为10BASE-T时的1/10；•在100BASE-T全双工模式下，它采取点-点连接、独占双绞线的工作方式，已不需要受CSMA/CD机制的限制，因此10BASE-T全双工模式可以支持更大范围内组网的需求。基本链路代码字的结构•S0-S4=00001表示使用的是IEEE802.3协议；•A0位表示10BASE-T半双工；•A1位表示10BASE-T全双工；•A2位表示100BASE-T半双工;•A3位表示100BASE-TX全双工；•A4位表示10BASE-T4半双工；•A5位表示支持帧流控；•RF位表示远端故障；•ACK位表示确认。GigabitEthernet对802.3协议的调整冲突窗口时间的改变•CSMA/CD机制要求发送结点在一个冲突窗口，即发送512bit的时间（51.2µs）内检测出是否发生冲突，因此冲突窗口的时间长短直接影响到一个网段的最大长度;•802.3z标准将发送512bit的时间修改为512byte的时间，从而扩大了GigabitEthernet网段的最大长度。载波扩展与短帧的发送IEEE802.3z标准规定：•传统Ethernet中的帧长度在64B～1518B；•在半双工GigabitEthernet中，如果要发送长度在64B～512B之间的帧，这时就需要采用载波扩展方法。帧突发处理•在1000Mbps传输速率的情况下，如果需要获得高的服务质量，半双工状态与CSMA/CD的机制不可取；•推荐采用点-点连接的全双工模式。千兆介质专用接口GMII的结构GigabitEthernet10GbpsEthernet•帧格式与10Mbps、100Mbps和1GbpsEthernet的帧格式相同；•保留IEEE802.3标准对Ethernet最小帧长度和最大帧长度的规定；•传输介质不再使用铜质的双绞线，而只使用光纤，以便能在城域网和广域网范围内工作；•只工作在全双工方式，不需要使用CSMA/CD工作机制，传输距离不再受冲突检测的限制。10GbpsEthernet对802.3协议的调整•10Gb/sEthernet对帧的修改只是针对封装到OC-192帧时，它只对物理层的传输过程有效；•这个封装与拆分OC-192帧的过程，对源节点和目的结点的MAC层是透明的。10GbpsEthernet的帧发送与接收过程10GbpsEthernet的物理层协议无线局域网技术的研究与发展•无线网络包括：无线局域网与无线城域网•无线局域网技术与IEEE802.11标准•无线Adhoc网络技术•蓝牙（Bluetooth）技术•无线应用协议WAP技术无线局域网技术发展的过程无线网络标准标准名称标准描述发布时间IEEE802.11a传输标准，5GHz波段，速率54Mb/s1999年IEEE802.11b传输标准，2.4GHz波段，速率11Mb/s1999年IEEE802.11d多国漫游2001年IEEE802.11e服务质量QoS2005年IEEE802.11f接入点第二层（数据链路层）漫游2003年IEEE802.11g传输标准，2.4GHz波段，速率54Mb/s2003年IEEE802.11h动态频率选择与传输功率控制2003年IEEE802.11i无线通信安全2004年IEEE802.11j4.9-5GHz波段传输标准2004年IEEE802.11k无线电资源管理2002年IEEE802.11n传输标准，5GHz波段，速率100Mb/s2006年IEEE802.11r快速漫游2006年IEEE802.11s接入点无线网络2006年IEEE802.11x无线安全认证2001年IEEE802.16d高速无线城域网（固定应用）2004年IEEE802.16e高速无线城域网（移动应用）2006年1.无线传输标准•802.11a:5GHz波段（速率54Mbps）•802.11b:2.4GHz波段（速率11Mbps）•802.11g:5GHz波段（速率100Mbps）2.无线网络安全•802.11x:最早出现的无线网络安全标准•802.11i:用新的加密标准去替代静态密钥WEP标准，可以实现密钥的动态分配;3.无线网络管理无线网络管理处了包括传统网络管理的内容，涉及对结点的漫游管理与保证无线网络传输服务质量QoS的问题;•802.11e:为数据、语音与视频流量定义了无线网络传输能提供的服务质量QoS基本水平;•802.11f:定义了接入点之间在第2层（数据链路层）漫游时的通信，它支持在一个无线局域网内部的漫游，不支持在不同无线局域网之间的漫游，因为会涉及第3层的路由问题。•802.11d：2001年颁布的标准，它用于协调不同国家无线局域网之间的漫游问题;•802.11r：用来提高结点的不同无线局域网之间漫游的接入速度；•802.11s：工作组是2004年成立的，主要研究如何将移动结点接入主干网的路由、负载平衡和性能优化问题;•802.11h：用于动态频率选择与传输功率分配等物理层的问题;•802.11k：无线电资源管理标准;•802.11j：4.9-5GHz波段传输标准；•802.11n：2006年5月，标准在委员会的投票中以超过3/4的多数通过，标志着业界对传输速率达到100Mb/s的高速WLAN技术的高度关注。典型的无线局域网结构无线局域网的应用领域•作为传统局域网的扩充•建筑物之间的互连•漫游访问•特殊网络红外无线局域网•红外无线（infraredradio,IR）是按视距方式传播；•红外线频谱是非常宽，可以提供极高的数据传输速率；•红外局域网的数据传输有3种基本技术：—定向光束红外传输技术—全方位红外传输技术—漫反射红外传输技术典型的红外无线局域网结构扩频通信的基本概念•扩频通信是军事电子对抗中经常使用的一种方法，它是将数据基带信号频谱扩展几倍或几十倍，以牺牲通信频带宽度为代价，来提高无线通信系统的抗干扰性与安全性•无线局域网采用了传统的扩频通信技术，主要采用跳频扩频与直接序列扩频技术。扩频数字通信系统的基本结构扩频无线局域网跳频通信(frequencehoppingspreadspectum,FHSS)•IEEE802.11标准规定跳频通信使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的ISM频段;•ISM，Industrial,Scientific,Medical•跳频扩频通信的数据传输速率为1Mb/s或2Mb/s。跳频扩频通信的技术要点•将分配的频带划分为多个子频带，子频带称为信道；•每一个信道带宽相同；•信道按跳频序列的规律被随机的使用；•跳频序列是根据一个伪随机码决定；•发送双方使用同一个伪随机码。直接序列扩频(directsequencespreadspectrum,DSSS)•直接序列扩频也使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的ISM频段;•数据传输速率为1Mb/s或2Mb/s;•系统实际发送的信号d(t)是发送数据a(t)与伪随机码c(t)模二加的结果;直接序列扩频的技术要点•将待发送的数据与伪随机的二进制序列进行异或操作,然后将编码后的数据调制在载波上进行发送;•同一个WLAN中的所有结点使用相同的伪随机的二进制序列；•属于同一个WLAN中的所有结点使用同一个分配的频带，使用同样的伪随机的二进制序列，它们之间的传输会产生相互干扰，因此也存在采用介质访问控制方法问题。无线局域网标准802.11•802.11层次模型结构802.11帧发送过程CSMA/CA基本工作原理•802.11的MAC层采用的是CSMA/CA(collisionavoidance,CA)的冲突避免方法;•冲突避免要求每一个发送结点在发送帧之前需要先侦听信道。如果信道空闲，结点可以发送帧;•发送站在发送完一帧之后，必须再等待一个短的时间间隔，检查接收站是否发回帧的确认ACK。如果接收到确认，则说明此次发送没有出现冲突，发送成功;•如果在规定的时间内没有接收到确认，表明出现冲突，发送失败，重发该帧。直到在规定的最大重发次数之内，发送成功。CSMA/CA基本工作原理示意图IEEE802.11协议帧结构802.11协议MAC层关联与认证状态转换图IEEE802.11标准WLAN网络结构示意图基于Web的802.11认证系统结构STAAPACPortalServerAS基于Web的802.11认证系统层次结构蓝牙技术与IEEE802.15标准•由两个微微网组成分散网的结构低速无线个人区域网LR-WPAN标准—IEEE802.15.4•FFD、RFD与网络协调器的关系LR-WPAN的网络拓扑LR-WPAN网络中的分群树结构IEEE802.15.4标准的协议结构