第3章-局域网技术.ppt

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1、计算机网络高级教程,1,吴功宜 编著,“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,计算机网络高级教程,2,第3章 局域网技术,计算机网络高级教程,3,局域网技术发展的过程,计算机网络高级教程,4,802参考模型与OSI参考模型的对应关系,计算机网络高级教程,5,IEEE 802协议结构（1）,计算机网络高级教程,6,IEEE 802协议结构（2）,计算机网络高级教程,7,不同通信负荷的3种局域网实际数据传输速率的比较,计算机网络高级教程,8,最早的Ethernet原理设计图,计算机网络高级教程,9,802.3协议结构

2、与实际 10BASE-5结构的比较,计算机网络高级教程,10,Ethernet协议结构,计算机网络高级教程,11,发送流程与接收流程图,计算机网络高级教程,12,CSMA/CD的结点工作状态图,计算机网络高级教程,13,Ethernet网卡电路结构,计算机网络高级教程,14,Ethernet网卡,计算机网络高级教程,15,计算机接入 局域网的结构,计算机网络高级教程,16,Ethernet帧结构的比较,计算机网络高级教程,17,用集线器连接多 个结点的Ethernet,计算机网络高级教程,18,Fast Ethernet介质专用接口MII,计算机网络高级教程,19,十六进制数0F对应的4B/5

3、B编码值,计算机网络高级教程,20,MLT-3信号的编码过程,计算机网络高级教程,21,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Fast Ethernet的拓扑构型一定是星形 ； 采取全双工、点-点连接方式的Fast Ethernet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。,计算机网络高级教程,22,10Mbps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

4、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。,计算机网络高级教程,23,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-T4 100BASE-TX半双工模式 10BASE-T全双工模式 10BASE-T半双工模式,计算机网络高级教程,24,10Mbps与100Mbps速率自动协商功能带来的限制,在100

5、BASE-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。,计算机网络高级教程,25,基本链路代码字的结构,S0-S4=00001表示使用的是IEEE 802.3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；

6、 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。,计算机网络高级教程,26,Gigabit Ethernet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（51.2s）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Gigabit Ethernet网段的最大长度 。,计算机网络高级教程,27,载波扩展与短帧的发送,IEEE 802.3z标准规定： 传统Etherne

7、t中的帧长度在64B1518B； 在半双工Gigabit Ethernet中，如果要发送长度在64B512B之间的帧，这时就需要采用载波扩展方法。,计算机网络高级教程,28,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。,计算机网络高级教程,29,千兆介质专用接口 GMII的结构,计算机网络高级教程,30,Gigabit Ethernet,计算机网络高级教程,31,10Gbps Ethernet,帧格式与10Mbps、100Mbps和1Gbps Ethernet的帧格式相同； 保留IEEE 8

8、02.3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。,计算机网络高级教程,32,10Gbps Ethernet对802.3协议的调整,10Gb/s Ethernet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。,计算机网络高级教程,33,10Gbps Ethernet的 帧发送与接收过程,计算机网络高级教程,34,10Gbp

9、s Ethernet的物理层协议,计算机网络高级教程,35,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IEEE 802.11标准 无线Ad hoc网络技术 蓝牙（Bluetooth）技术 无线应用协议WAP技术,计算机网络高级教程,36,无线局域网技术发展的过程,计算机网络高级教程,37,无线网络标准,计算机网络高级教程,38,1. 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）,计算机网络高级教程,39,2.无线网络安全

10、,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;,计算机网络高级教程,40,3.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。,计算机网络高级教程,41,802.11d： 2001年颁布的标

11、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。,计算机网络高级教程,42,典型的无线局域网结构,计算机网

12、络高级教程,43,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,计算机网络高级教程,44,红外无线局域网,红外无线（infrared radio,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,计算机网络高级教程,45,典型的红外无线局域网结构,计算机网络高级教程,46,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

13、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。,计算机网络高级教程,47,扩频数字通信系统的基本结构,计算机网络高级教程,48,扩频无线局域网,跳频通信 (frequence hopping spread spectum,FHSS ) IEEE 802.11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。,计算机网络高级教程,49,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；

14、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。,计算机网络高级教程,50,直接序列扩频(direct sequence spread spectrum,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;,计算机网络高级教程,51,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；

15、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。,计算机网络高级教程,52,无线局域网标准 802.11,802.11层次模型结构,计算机网络高级教程,53,802.11帧发送过程,计算机网络高级教程,54,CSMA/CA基本工作原理,802.11的MAC层采用的是CSMA/CA (collision avoidance,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

16、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。,计算机网络高级教程,55,CSMA/CA基本工作原理示意图,计算机网络高级教程,56,IEEE 802.11协议帧结构,计算机网络高级教程,57,802.11协议MAC层 关联与认证状态转换图,计算机网络高级教程,58,IEEE802.11标准WLAN网络结构示意图,计算机网络高级教程,59,基于Web的802.11认证系统结构,计算机网络高级教程,60,基于Web的802.11认证系统层次结构,计算机网络高级教程,61,蓝牙技术与IEEE 802.15标准,由两个微微网组成分散网的结构,计算机网络高级教程,62,低速无线个人区域网LR-WPAN标准IEEE 802.15.4,FFD、RFD与网络协调器的关系,计算机网络高级教程,63,LR-WPAN的网络拓扑,计算机网络高级教程,64,LR-WPAN网络中的分群树结构,计算机网络高级教程,65,IEEE 802.15.4标准的协议结构,