《介质访问控制子层》PPT课件.ppt

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1、1,第5章介质访问控制子层,2,本章学习要求：了解：局域网与城域网的主要技术特点。了解：局域网拓扑结构的类型与特点。了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念。掌握：Ethernet局域网的基本工作原理。了解：令牌环网与FDDI的基本工作原理。掌握：高速局域网、交换局域网与虚拟局域网的基本工作原理。了解：无线局域网的基本工作原理。掌握：网桥的基本工作原理。,3,5.1 局域网与城域网基本概念 决定局域网与城域网性能的三要素,网络拓扑 传输介质 介质访问控制方法,局域网在通信机制上选择上与广域网完全不同，从“存储转发”方式改变为“共享介质”方式与“交换”方式。决定局域网性能的三要素是：,4,

2、5.1.2 局域网拓扑结构类型与特点,网络拓扑结构：总线型环型星型结构网络传输介质：双绞线同轴电缆光纤,5,总线型拓扑构型,特点：总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式；所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；所有结点都可以通过总线传输介质以“广播”方式发送或接收数据，因此出现“冲突（collision）”是不可避免的；“冲突”会造成传输失败；必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC，medium access control）问题。,6,总线结构与冲突,7,介质访问控制方法要解决以下几个问题：该哪个结点发送数据？发送时会不会出

3、现冲突？出现冲突怎么办？总线型拓扑的优点：结构简单，实现容易；易于扩展，可靠性较好。,8,环型拓扑构型,结点使用点点线路连接，构成闭合的物理的环型结构；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；多个结点共享一条环通路；环建立、维护、结点的插入与撤出。,9,星型拓扑构型,逻辑结构与物理结构的关系,逻辑结构是指局域网结点间的相互关系与介质访问控制方法；物理结构是指局域网的外部连接形式；逻辑结构和物理结构在“共享”式局域网中可能不一致。例如：典型的总线型的Ethernet。其逻辑结构是总线型的，而物理结构是星型的。,10,交换局域网(switched LAN)的物理结构,在交换式局域网中，其物理结构与逻辑结

4、构实现了统一。交换机可以在多对通信结点之间建立并发的逻辑连接。,11,5.1.3 传输介质类型与介质访问控制方法,局域网的传输介质类型 同轴电缆双绞线光纤无线通信信道讨论：双绞线已能用于数据传输速率为100Mb/s、1Gb/s 的高速局域网中；在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线技术的趋势已经明朗。,12,介质访问控制方法:带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD令牌总线 token bus令牌环 token ring,13,5.1.4 IEEE 802参考模型,IEEE 802 标准所描述的局域网参考模型与OSI参考模型的关系：

5、,14,IEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为IEEE 802标准；IEEE 802标准之间的关系：,15,5.2 Ethernet局域网 5.2.1 Ethernet的发展,Ethernet的核心技术是CSMA/CD介质访问控制方法；随机争用技术起源于夏威夷大学校园网ALOHA；1972年，Xerox公司开始Ethernet实验网的研究；1979年，Xerox公司宣布了Ethernet产品；1980年，Xerox、DEC与Intel联合宣布Ethernet V2.0规范；20世纪90年代，10Base-T标准使得Ethernet性能价格比大大提高；目前，交换式Ethern

6、et与最高速率为10Gb/s的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。,16,5.2.2 Ethernet帧结构与帧发送、接收流程分析 1.Ethernet数据发送流程的分析,17,CSMA/CD的发送流程可以概括为：先听后发 边听边发 冲突停止 延迟重发,18,Ethernet结点数据发送流程,19,1.载波侦听过程,目的：检查是否已经有结点利用总 线在发送数据。判断：由于物理层规定发送的数据采用曼彻斯特编码，所以根据总线电平是否出现跳变来确定总线的忙闲状态。,20,2.冲突检测方法,设=D/V，D为总线最大长度，V是电磁波在介质中的传播速度。人们把2定义为冲突窗口。,2

7、1,冲突检测：比较法和编码违例判决法,22,所谓比较法是发送结点在发送帧的同时，将其发送信号波形与从总线上接收到的信号波形进行比较。若不一致时，表示冲突发生。所谓编码违例判决法是检查从总线上接收的信号波形。若接收的信号波形不符合曼彻斯特编码规律，就说明出现了冲突。,23,3.发现冲突，停止发送,如果在发送数据过程中检测出冲突，为了解决信道争用冲突，发送结点要进入停止发送数据、随机延迟后重发的流程。随机延迟后重发流程的第一步是发送“冲突加强信号”，目的是确保有足够的冲突持续时间，使得网中所有结点都能检测出冲突存在，并丢弃冲突帧。,24,随机延迟重发,截止二进制指数后退延迟算法 2kRa 其中：为

8、结点重新发送需要的后退延迟时间，a为冲突窗口值，R为随机数;限定k的范围,k=min（n，10）;如果重发次数n10，则取k=n；如果重发次数n10时，则k取值为10;第n次重发延迟是分布在0与2min（n，10）-1个时间片之间，最大可能延迟时间为1023 个时间片;在到后退延迟时间之后，结点将重新判断总线忙、闲状态，重复发送流程;当冲突次数超过16时，表示发送失败，放弃该帧发送。,25,2.Ethernet帧结构,用过NetXray之类的抓包软件的人，可能经常会被一些不同的Frame Header搞糊涂，为何用的Frame的Header是这样的，而另外的又不一样。这是因为在Ethernet

9、中存在几种不同的帧格式，下面简单介绍一下几种不同的帧格式及他们的差异。,26,一、Ethernet帧格式的发展 1980 DEC,Intel,Xerox制订了Ethernet I的标准 1982 DEC,Intel,Xerox又制订了Ehternet II的标准 1982 IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3 1983 迫不及待的Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式 1985 IEEE推出IEEE 802.3规范,后来为解决EthernetII与802.3帧格式的兼容问题,推出折衷的Ethernet SNAP格式(其中早期的Ethern

10、et I已经完全被其他帧格式取代了,所以现在Ethernet只能见到后面几种Ethernet的帧格式,现在大部分的网络设备都支持这几种Ethernet的帧格式,如:cisco的路由器再设定Ethernet接口时可以指定不同的以太网的帧格式:arpa,sap,snap,novell-ether),27,二、以太网帧格式目前，有四种不同格式的以太网帧在使用，它们分别是：Ethernet II即DIX 2.0：Xerox与DEC、Intel在1982年制定的以太网标准帧格式。Cisco名称为：ARPA。Ethernet 802.3 raw：Novell在1983年公布的专用以太网标准帧格式。Cisc

11、o名称为：Novell-Ether。Ethernet 802.3 SAP：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SAP版本以太网帧格式。Cisco名称为：SAP。Ethernet 802.3 SNAP：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SNAP版本以太网帧格式。Cisco名称为：SNAP。,28,在每种格式的以太网帧的开始处都有64比特（8字节）的前导字符，如图所示。其中，前7个字节称为前同步码（Preamble），内容是16进制数0 xAA，最后1字节为帧起始标志符0 xAB，它标识着以太网帧的开始。前导字符的作用是使接收节点进行同步并做好接收数据帧的

12、准备。,除此之外，不同格式的以太网帧的各字段定义都不相同，彼此也不兼容。,29,(1).Ethernet II帧格式如图所示，是Ethernet II类型以太网帧格式。,这是最常见的一种以太网帧格式，也是今天以太网的事实标准，由DEC，Intel和Xerox在1982年公布其标准.,30,Ethernet II类型以太网帧的最小长度为64字节（662464），最大长度为1518字节（66215004）。其中前12字节分别标识出发送数据帧的源节点MAC地址和接收数据帧的目标节点MAC地址。接下来的2个字节标识出以太网帧所携带的上层数据类型，如16进制数0 x0800代表IP协议数据，16进制数0

13、 x809B代表AppleTalk协议数据，16进制数0 x8138代表Novell类型协议数据等。常见协议类型如下：0800 IP0806 ARP8137 Novell IPX809b Apple Talk 如果协议类型字段取值为0000-05dc(十进制的0-1500)，则该帧就不是Ethernet V2(ARPA)类型了，而是下面讲到的三种802.3帧类型之一；,31,在不定长的数据字段后是4个字节的帧校验序列（Frame Check Sequence，FCS），采用32位CRC循环冗余校验对从目标MAC地址字段到数据字段的数据进行校验。,32,(2).Ethernet 802.3 ra

14、w帧格式如图所示，是Ethernet 802.3 raw类型以太网帧格式。,在Ethernet 802.3 raw类型以太网帧中，原来Ethernet II类型以太网帧中的类型字段被总长度字段所取代，它指明其后数据域的长度，其取值范围为：46-1500。接下来的2个字节是固定不变的16进制数0 xFFFF，它标识此帧为Novell以太类型数据帧。,33,(3).Ethernet 802.3 SAP帧格式如图所示，是Ethernet 802.3 SAP类型以太网帧格式。,从图中可以看出，在Ethernet 802.3 SAP帧中，将原Ethernet 802.3 raw帧中2个字节的0 xFFF

15、F变为各1个字节的DSAP和SSAP，同时增加了1个字节的控制字段，构成了802.2逻辑链路控制（LLC）的首部。LLC提供了无连接（LLC类型1）和面向连接（LLC类型2）的网络服务。LLC1是应用于以太网中，而LLC2应用在IBM SNA网络环境中。新增的802.2 LLC首部包括两个服务访问点：源服务访问点（SSAP）和目标服务访问点（DSAP）。它们用于标识以太网帧所携带的上层数据类型，如16进制数0 x06代表IP协议数据，16进制数0 xE0代表Novell类型协议数据，16进制数0 xF0代表IBM NetBIOS类型协议数据等。至于1个字节的控制字段，则基本不使用（一般被设为0

16、 x03，指明采用无连接服务的802.2无编号数据格式）。,34,(4).Ethernet 802.3 SNAP帧格式如图所示，是Ethernet 802.3 SNAP类型以太网帧格式。,Ethernet 802.3 SNAP类型以太网帧格式和Ethernet 802.3 SAP类型以太网帧格式的主要区别在于：2个字节的DSAP和SSAP字段内容被固定下来，其值为16进制数0 xAA。1个字节的控制字段内容被固定下来，其值为16进制数0 x03。增加了SNAP字段，由下面两项组成：新增了3个字节的组织唯一标识符（Organizationally Unique Identifier，OUI ID

17、）字段，其值通常等于MAC地址的前3字节.,35,Ethernet帧结构的讨论：,前导码与帧前定界符字段 前导码：7个字节，10101010101010比特序列。帧前定界符：1字节，10101011。目的地址和源地址字段 地址字段长度：6个字节。目的地址类型：单一结点地址（unicast address）-第一位为0；多点地址（multicast address）-第一位为1；广播地址（broadcast address）-全1。,36,长度字段 帧的最小长度为64字节，最大长度为1518字节。LLC数据字段 LLC数据字段是帧的数据字段，长度最小为46个字节少于46个字节，需要填充，填充字符

18、任意。帧校验字段 采用32位的CRC校验 校验的范围是：目的地址、源地址、长度、LLC数据等字段。,37,3.Ethernet接收流程,38,5.2.3 Ethernet实现方法,网卡实现发送数据编码、接收数据解码、CRC产生与校检、桢装配与拆封，以及CSMA/CD介质访问控制等功能。,39,Ethernet网卡结构,40,5.2.4 Ethernet物理地址,网络中地址的特点：(1).网络中的不同层次都存在地址与寻址问题,41,从网络的体系结构中可以看到，网络实体通信时在每一层都需要地址信息。例如：,应用层 主机名称(用户名)传输层 进程地址(端口号)网络层 网络层地址(IP地址)数据链路层

19、 MAC地址物理层 通信线路号,42,(2).网络中的地址分为物理地址与逻辑地址 物理地址：也称为硬件地址，指固化在网卡EPROM中的地址，全网唯一。例如：MAC地址。逻辑地址：一般有软件来处理，例如：网络层的IP地址、传输层的端口号以及应用层的用户名。,43,(3).网络中的地址分为静态编址、可配置编址与动态编址3种方式。静态编址方案：由硬件厂商对每一个网络接口硬件分配一个唯一的物理地址。如：MAC地址。可配置编址方案：提供由用户设置地址的机制。配置通常在计算机或其他设备第一次安装到网络时完成。如：手工配置IP地址。动态编址方案：在结点启动时，自动给该结点分配一个地址。如：NT操作系统中，利

20、用DHCP(动态主机配置协议)动态给结点分配地址。,44,(4).网络地址编码分为连续地址编码与层次编码地址 连续编码地址即地址的编号按0001，0002的规律连续分配。特点是结构简单，但是不能提供更多的信息。层次编码地址：如IP地址，是根据网络的层次结构来定义一个结点的地址。例如；电话号码是一种典型的层次地址。086-0794-8258307,45,Ethernet地址 网络物理地址 物理网络地址;Ethernet地址=Manufacture ID+NIC ID 24bit+24bit 公司：Cisco 00-00-0c Intel 00-10-5C Novell 00-00-1B 3Com

21、 00-20-AF 00-00-D8 00-60-8C IBM 08-00-5A典型的Ethernet地址：00-60-8C-01-28-12 Ethernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。,46,Ethernet物理地址的十六进制与二进制的表示方法,47,5.2.5 网络协议分析器及其应用,网络分析器或网络监视器是一种用来测试网络系统运行状态的设备；当网络分析器连接到被测试的网络时，它能监控特定的事件，并且报告诸如每秒平均接收帧数或平均帧长度等统计数据；网络分析器的另外一个重要的作用是对特定协议（TCP/IP、FTP、HTTP）的解码，它按照指定的协议规则加以解释，然后将协议分析的结

22、果显示出来。,48,网络分析器的连入方式,49,网络分析器捕获的帧数据,50,网络分析器显示的Ethernet帧结构,51,5.3 令牌总线网 5.3.1 令牌总线的工作原理,52,所谓正常的稳态操作，是指网络已完成初始化之后，各结点进入正常传递令牌与数据，并且没有结点要加入或撤出，没有发生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。此时，每个结点有本站地址(TS)，并知道上一结点地址(PS)与下一结点地址(NS)。令牌传递规定由高地址向低地址，最后由低地址向最高地址依次传递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。环中令牌的传递顺序与结点在总线上的物理位置无关。因此，令牌总线网在物理上是总线网，而在逻辑上

23、是环网。,53,5.3.2 令牌总线的环维护工作,环初始化 新结点加入环 结点从环中撤出 环恢复 优先级,54,5.4 令牌环网与光纤分布式数据接口 5.4.1 令牌环网的工作原理,工作原理谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”的特殊帧来控制的，当环型网中无任何节点要发送数据时，令牌在环上沿一定方向沿着环传送。2.只有拿到令牌的站可以发送帧，没有拿到令牌的站只能等待。,3.要发送数据的站等待令牌的到来，拿到令牌后检测其是否为“空闲”状态，若不是“空闲”状态则继续等待，若是空闲状态则将令牌的“空闲”状态改为“忙碌”状态。4.构成一个信息帧，将“数据”与“忙碌”的令牌附在一起发送出去。5.

24、数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将帧送回环中；b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。,数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其余的站点能获得发送帧的许可权。7.接收节点检查目的节点的应答信息，若为(ACK)确认帧，则表示目的节点接收正确，便完成一次数据传送，反之，需要等待再得到令牌时进行重发。,Token Ring/802.5的操作举例,59,5.4.2 IEEE 802.5标准,单令牌协议 优先

25、级位 监控站 预约指示器,60,5.4.3 光纤分布式数据接口,FDDI作为主干网互连多个局域网的结构,61,FDDI主要技术特点,使用 802.5的单令牌环网介质访问控制协议；使用 802.2协议，与符合 802标准局域网兼容；数据传输速率为100Mb/s，连网的结点数最大为1000，环路长度为100km；可以使用双环结构，具有容错能力；可以使用多模或单模光纤；具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。,62,FDDI主要应用环境,计算机机房网 办公室或建筑物群的主干网 校园网的主干网多校园的主干网,63,5.5 高速局域网的工作原理5.5.1 高速局域网的研究方法 推动局域网技术发

26、展的因素,个人计算机的广泛应用；在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍；从理论上讲，一台微通道或EISA总线的微型机能产生大约250Mb/s的流量；基于Web的Internet/Intranet应用也要求更高的带宽；在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。,64,传统共享式局域网的缺点,传统的局域网技术是建立在“共享介质”的基础上，典型的介质访问控制方法是CSMS/CD、Token Ring、Token Bus；介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平”地使用公共传输介质；每个结点平均能分配到的带宽随着

27、结点数的不断增加而急剧减少；网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。,65,高速局域网的研究方法,第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：10Mb/s100Mb/s10Gb/s；第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥 或路由器互连的子网，导致了局域网 互连技术的发展；第三种方案：将“共享介质方式”改为“交换方式”，导致了“交换式局域网”技术的发展。,66,交换式局域网基于硬件交换技术,并发连接；S=N10Mb/s共享式局域网与交换式局域网的比较,67,局域网产品类型与相互之间的关系,68,5.5.2 快速以太网,

28、Fast Ethernet的传输速率比普通Ethernet快10倍，数据传输速率达到了100Mb/s；Fast Ethernet保留着传统的帧格式、介质访问控制方法与组网方法；每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns；1995年9月，IEEE 802委员会正式批准了Fast Ethernet标准IEEE 802.3u。,69,Fast Ethernet的协议结构,70,5.5.3 千兆以太网(IEEE 802.3z),用Ethernet组建企业网的全面解决方案：桌面系统采用传输速率为10Mb/s的Ethernet；部门级网络系统采用传输速率为100Mb/s的Fast Ethernet；企

29、业级网络系统采用传输速率为1000Mb/s的Gigabit Ethernet。,71,Gigabit Ethernet的协议结构,72,5.5.4 10Gb/s Ethernet(IEEE 802.3ab)10Gb/s Ethernet主要具有以下特点,10Gb/s Ethernet的帧格式与10Mb/s、100Mb/s和1Gb/s Ethernet相同；10Gb/s Ethernet保留了802.3标准对Ethernet最小帧长度和最大帧长度的规定；10Gb/s Ethernet的传输介质只使用光纤；10Gb/s Ethernet只工作在全双工方式，因此不存在争用问题。,73,10Gb/s

30、Ethernet的物理层协议,10Gb/s Ethernet有以下两种物理层协议标准：局域网物理层标准 一个10Gb/s Ethernet交换机可以支持10个Gigabit Ethernet网端口；可选的广域网物理层标准 广域网物理层符合光纤通道技术速率体的SONET/SDH的OC-192/STM-64的标准。,74,5.6 交换式局域网的工作原理 5.6.1 交换式局域网的基本结构,75,补充内容：了解集线器与交换机,76,77,正常的接线法(T568B),“错对”接线法(T568B/T568A混接),78,组网工具：RJ-45专用驳线/压线钳、网线测试仪或万用表、斜口钳双绞线与RJ-45连

31、接口的连接：剥线、排序、连接、压线,三、集线器的分类按端口数量来分；有8口、16口和24口等。按带宽来分；有10Mbps、100Mbps、10/100Mbps。按配置来分；有独立型集线器、模块化集线器、堆叠式集线器。按可否进行网络管理来分；有可管理型、不可管理型；,四、集线器的常见端口,（5）级联端口,交换机的工作原理,交换机和集线器的区别,交换机和集线器的级联方式：,1.交换机与没有级联口的集线器的级联方式用交叉线将交换机的任一端口（MDI-X）与集线器的任意端口连接。用直通线将交换机的级联端口（MDI）连接到集线器的任一端口。2.交换机与交换机的级联方式用直通线将交换机的级联端口（MDI）

32、连接到另一交换机的任一端口。用交叉线将交换机的任一端口（MDI-X）与另一交换机的任意端口连接。,端口密度：是指以太网交换机能够提供的10Mbit/s端口的数目。用来连接一个使用专用带宽的节点(计算机或其他网络节点设备)，这类端口此时被称为专用端口。用来连接一个10 Mbit/s的共享集线器，这类端口被称为共享端口。常见的以太网交换机的端口密度为24，即可以提供24个10Mbit/s端口。高速端口：用来连接100Mbit/s节点，它又可以进一步分为100Mbit/s专用端口，用来连接100Mbit/s专用带宽的网络设备，如，网络服务器；或者100Mbit/s共享端口，用来连接100Mbit/s

33、的共享集线器。管理端口：交换机上通常配置有管理端口(console)，用来连接终端，以实现网络交换机的配置或管理功能。例如：实现VLAN功能。,交换机的端口：,100,5.6.2 局域网交换机的工作原理,101,5.6.3 局域网交换机的技术特点,低交换延迟 支持不同的传输速率和工作模式 支持虚拟局域网服务,102,5.7 虚拟局域网的工作原理5.7.1 虚拟网络的概念,虚拟网络建立在局域网交换机之上;以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理;逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制;一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。,103,5.7.2

34、虚拟局域网的实现技术,虚拟局域网的物理结构与逻辑结构,104,虚拟局域网的组网方法,用交换机端口号定义虚拟局域网；用 MAC地址定义虚拟局域网；用网络层地址定义虚拟局域网；IP广播组虚拟局域网。,105,用交换机端口号定义虚拟局域网成员,106,虚拟局域网的优点,方便网络用户管理；减少网络管理开销；提供更好的安全性；改善网络服务质量。,107,5.8 无线局域网 5.8.1 无线局域网的应用,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,108,典型的无线局域网结构,109,特殊无线网络的结构,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；主要用于军事用途。,1

35、10,5.8.2 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三种基本技术：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。,111,5.8.3 扩频无线局域网,扩频通信是军事电子对抗中研究的防窃听、抗干扰无线通信技术。由于它需要将信号扩展到更宽的频谱上传输,因此叫做扩频通信。,112,1.跳频通信(frequence hopping spread spectum,FHSS),IEEE 80211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;跳频扩频通信

36、的数据传输速率为1Mb/s或2Mb/s。,113,ISM(Industrial Scientific Medical)Band，此频段(2.4-2.4835GHz)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。ISM频段在各国的规定并不统一。如在美国有三个频段902-928 MHz,2400-2483.5 MHz and 5725-5850 MHz，而在欧洲900MHz的频段则有部份用于GSM通信。2.4GHz为各国共同的ISM频段。因此无线局域网，蓝牙，ZigBee等无线网络，均可工

37、作在2.4GHz频段上。,114,2.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;,115,5.8.4 无线局域网标准IEEE 802.11,802.11层次模型结构,116,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

38、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。,117,CSMA/CA基本工作原理示意图,118,5.9 局域网互连与网桥的基本工作原理 5.9.1 局域网互连的基本概念,局域网互连的应用环境 一个单位的多个部门局域网的互连；办公楼之间局域网的互连；将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为多个子网的互连；超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网互连；企业中部门的信息对安全、

39、保密方面要求不同的局域网互连。,119,5.9.2 网桥的基本工作原理,网桥基本特征：网桥在数据链路层上实现局域网互连；网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络；网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的网络之间的通信；网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网络的性能与安全性。,120,网桥的工作过程,121,5.9.3 网桥的层次结构,122,网桥帧转发过程,123,5.9.3 网桥的路由选择策略 1.网桥的基本分类,透明网桥（transparent bridge）源路选网桥（source

40、routing bridge）,124,2.透明网桥的主要特点,透明网桥由各个网桥自己来决定路由选择，局域网上的各结点不负责路由选择，网桥对于互连局域网的各结点来说是“透明”的；透明网桥一般用在两个使用同样的MAC层协议的网段之间的互连。例如连接两个Ethernet网段，或两个令牌环网；透明网桥的最大优点是容易安装，是一种即插即用设备。,125,生成树（spanning tree）算法,网桥互联的环状结构,126,网络拓扑与对应的生成树,127,3.源路选网桥的主要特点,源路选网桥由发送帧的源结点负责路由选择；源路由网桥假定假定每个结点在发送帧时，都已经清楚地知道发往各个目的结点的路由，因而在

41、发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中；为了发现适合的路由，源结点以广播方式向目的结点发送一个用于探测的发现帧；发现帧将在整个通过网桥互连的局域网中沿着所有可能的路由传送；当这些发现帧到达目的结点时，就沿着各自的路由返回源结点；源结点在得到这些路由信息之后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。,128,5.9.5 网桥与广播风暴,网桥“盲目地”广播会使网络无用的通信量剧增，造成“广播风暴”；,129,网桥与广播风暴的形成,130,5.9.6 多端口网桥与第二层交换,网桥与交换机都是工作在数据链路层，交换机可以认为是一个多端口的网桥；交换机工作在数据链路层，完成帧的转发；交换机采用基于硬件的转

42、发机制，其交换时延可以减少到s量级；由于交换机完成帧一级的交换，它是工作在数据链路层，因此也叫做第二层交换机。,131,小结,局域网设计的主要目标是覆盖一个公司、一所大学、一幢办公大楼的“有限的地理范围”；决定局域网特性的三要素是：网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法；从采用的介质访问控制方法的角度，可以分为共享介质式局域网与交换式局域网两类；目前应用最为广泛的局域网是10Mb/s速率的Ethernet网，速率为100Mb/s的Fast Ethernet与1Gb/s的Gigabit Ethernet已成为高速局域网方案中的首选技术，更高传输速率的10Gb/s的Ethernet正在研究中；,132,交换式局域网通过局域网交换机支持连接到交换机端口的结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输，增加了网络带宽，改善局域网的性能与服务质量；交换技术的发展为虚拟局域网的实现提供了技术基础。,133,