5IEEE802模型与局域网NEW

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,安徽建筑工业学院电子与信息学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.1,5.2,以太网技术,5.3,高速以太网,5.4,5.5,1,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0.0110km；,。数据传输率较高，一般为1010000Mbps；,。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。,2,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),3,安徽建筑工业学院电子与信息学院,5.1.3,IEEE802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,(Media Access Control),和逻辑链路子层LLC,(Logical Link Control),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,4,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;,IEEE802.4Token Passing BUS（令牌总线）;,IEEE802.5Token Ring（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,5,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,6,安徽建筑工业学院电子与信息学院,CSMA/CD,(Carrier Sense Mutiple Access Collision,detect)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。,5.2.1,CSMA/CD协议,7,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),8,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。,1-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;,P-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；,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；,9,安徽建筑工业学院电子与信息学院,3)冲突检测(CD-Collision Detection),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,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。,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,),10,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*2, R0,2,N,-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）;,11,安徽建筑工业学院电子与信息学院,5.2.2,IEEE,802.3,与,10,Mb/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641518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。,12,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,10101010,10101011,6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。,13,3)以太网的组成,只有遵守IEEE,802.3,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,14,目前10Mb/s以太网有以下物理层标准,10Base-5标准，标准以太网，粗缆总线连接；,10Base-2标准(IEEE802.3a)，细缆总线连接；,10Base-T标准(IEEE802.3i)，UTP双绞线星型连接;,10Base-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,15,5)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。,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；,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,PMA,PLS,MAC,LLC,物理介质附件,连接单元接口,介质访问单元,16,5.3,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。,17,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,18,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。,5.3.2,IEEE802.3u与100Base-T,19,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低到1ns，且支持多种介质。,1)千兆以太网技术特点,允许以全双工/半双工两种方式工作；,。半双工方式，使用CSMA/CD协议；,。全双工方式，交换机端口采用专用信道，收发同步。,使用IEEE802.3MAC帧格式；,与10Base-T和100Base-T技术向后兼容；, 使用8B/10B编码方式。,2)IEEE802.3z和IEEE802.3ab,。IEEE802.3z光纤介质千兆以太网标准规范；,。IEEE802.3ab输距离100米，五类UTP介质千兆以太,网技术标准规范，需解决5类UTP的串扰和衰减问题。,20,安徽建筑工业学院电子与信息学院,IEEE802.3z通过不久，万兆网研究启动。2002年6月，,万兆以太网标准出台(IEEE802.3ae)。,1)万兆以太网的特点,只使用光纤作为传输介质，速率提高了10倍；,为适应广域网和城域网，可采用单模光纤(40km);,帧格式与10Mbps、100Mbps和1Gbps完全相同，并保留,IEEE802.3标准规定的最小和最大帧长;,全双工方式，不使用CSMA/CD，无信道争用问题；,增加了广域网接口子层，可实现与SDH的无缝连接；,采用同一种核心技术，使得局/城/广域网避免了协议,转换，实现了无缝连接；,采用64B/66B的线路编码。,5.3.4,万兆以太网,21,安徽建筑工业学院电子与信息学院,5.4,交换式局域网,5.4.1,网桥,1)网段微化与冲突隔离,局域网中，因多个节点共享同一介质，使整个系统,处于一个冲突域范围，再加上退让时间，有可能使网络,无法运行，如能使冲突域减小(也即网段微化)，将会使,网络的传输性能大幅度提高，早期的办法是利用网桥来,实现这一机理。网桥的主要用途：,。用于同构型(3-7层)LAN间的连接；,。扩展工作站的平均占有带宽；,。扩展LAN的地址范围；,。网段的微分化。,22,安徽建筑工业学院电子与信息学院,2)网桥的工作原理,。利用端口连接不同网段，每个段内采用广播传送方式；,。发送帧进入网桥缓存区，查表进行网段的转发；,23,安徽建筑工业学院电子与信息学院,3)网桥的优缺点,网桥的优点,。减小了冲突域和帧的平均时延；,。扩大了物理范围，增加了整个网上站点数量；,。提高了可靠性,(一个网段的故障不会扩散到其他网段);,。可针对特定网段或节点进行安全管制。,网桥的缺点,。存储-查表-转发过程增加了时延;,。不同MAC子层的网段桥接，需先修改帧的某些字段，,也增加了时延；,。无MAC子层流量控制功能，网络负荷大，会丢失帧；,。可能出现“广播风暴”。(段内站点过多，网桥内表的,容量不够，转发时会全网广播),24,安徽建筑工业学院电子与信息学院,5.4.2,交换式局域网,交换式局域网采用网段微化技术将共享式局域网划,分为多个网段(段内或只有一台站点)，由交换机同时提,供若干对网段间的通信，从而提高了网络性能。,交换式局域网核心设备是交换机，交换机提供多个,端口，可在多个端口之间建立多个并发连接。,典型的交换式局域网是交换式以太网，其核心部件,是多端口的以太网交换机。,25,安徽建筑工业学院电子与信息学院,1)交换机的工作原理,交换机检测从端口送来数据包的源和目的MAC地址，,并与其内部,交换地址映射表,进行比较，若数据包目的,MAC地址不在表中，则将该地址加入表中，若有，则将,数据包发送相应目的端口。,26,安徽建筑工业学院电子与信息学院,2)交换机的交换模式,直通模式(快速转发),-当交换机检测到接收帧中有,目的地址,字节，根据交,换地址映射表，获得输出端口号，然后转发。,无碎片直通(碎片:冲突后形成的残缺不全帧),交换机先存储接收帧的前64个字节，然后进行差错,检验，有错滤除，重发；没错立即转发。,存储转发,交换机把收到的整个帧进行CRC差错效验，然后根,据帧的目的地址查表，再转发到相应输出端口。,说 明：存储转发模式质量高，但需检测，故速度慢，适,合网络主干的连接。,27,安徽建筑工业学院电子与信息学院,3)交换机与集线器的区别,(1)工作层次区别,。集线器属第一层设备，对数据传输做同步、放大和整,形处理，不能对短帧、碎片、差错进行处理，故不能,保证数据的完整性和正确性；,。交换机属第二层设备，不但能对传输数据进行同步、,放大和整形，还提供完整性和正确性的保证；,(2)工作方式和带宽区别,。集线器是共享带宽设备，工作为广播模式，故易发生,广播风暴；,。交换机是分享带宽设备，每个端口都独享独立带宽，,故它能隔离冲突域，抑制广播风暴。,28,安徽建筑工业学院电子与信息学院, 交换式以太网的优势,每个端口可以连接网段，也可连接站点，每个端口,独享带宽；而共享以太网是所有站点处在一个冲突,域范围，共享带宽。,在节点数为N的网络中，交换式以太网的系统最大,带宽可达到端口带宽的N倍；而在共享以太网中，,每个节点的带宽为系统带宽的1/N。,被交换器隔离的独立网段上数据信息流不会随意广,播到其他端口上去；而在共享以太网中，每个工作,组数据流都广播到系统中所有的站，安全性不好。,29,安徽建筑工业学院电子与信息学院,5.4.3,虚拟局域网(,VLAN,),VLAN,是建立在交换技术上的一种新的网络技术，它,可通过交换机进行“有目的”地发送数据，且灵活地进行,逻辑子网(广播域)划分，而不像传统局域网把站点均束,缚在所处的物理网络之中。,VLAN,的技术特点是可把分布于不同地理位置的站点,划分在同一个逻辑子网中，且同一逻辑子网中的站点发,送的数据包仅转发至该逻辑子网中的站点，而不会发至,其它逻辑子网当中。,VLAN,的划分方法主要有静态和动态两种。静态VLAN,由交换机的特征信息定义(插槽、端口或端口组)；动态,VLAN通常由节点的某些特征信息定义(节点MAC地址、使,用的协议或某些认证信息等)。,30,安徽建筑工业学院电子与信息学院, 提高传输性能,通过VLAN限制广播风暴的范围，提高网络性能。,如：通过定义不同的VLAN，限制来自一个VLAN中的广,播风暴帧不能进入其它VLAN当中。, 实现共享资源,可将用户按资源分组，而不需考虑其物理位置。,如：共享同样资源时,可将用户和资源分在同一个虚,拟网络中，以改善网络的可管性。, 提高网络安全,把用户与资源彻底删除连接，以提高网络安全。,如：不允许一用户访问Internet，可将该用户放在自,己的虚拟网络中，从路由器将其隔离。,1)虚拟局域网的划分目的,31,安徽建筑工业学院电子与信息学院,2)虚拟局域网(VLAN)的划分方法, 按交换机端口划分VLAN,(配置简单),-利用交换机的端口划分VLAN成员，在交换机上进行,虚拟网划分。用户移动端口需重新配置。,32,安徽建筑工业学院电子与信息学院, 按MAC地址划分VLAN,利用设备的MAC地址完成VLAN用户的划分，配置烦琐,(需MAC地址)、维护困难(更换网卡时地址更换)。,VLAN的划分方法,33,安徽建筑工业学院电子与信息学院,3)按网络层协议划分VLAN,根据主机网络层地址或使用的协议类型进行用户的,划分。用户物理位置的改变，不需重新配置所属VLAN，,缺点是效率较低,(,检查网络地址比检查MAC地址花费时间长)。,具体优点,。不需要附加帧标签识别VLAN，可减少网络的通信量； 。可以减少由于协议转换造成的网络延迟；,。用户站点可随意移动，而无需重新配置网络地址；,特别适合TCP/IP用户；,。按协议类型定义的成员，有利于组成面向业务或具,体应用的VLAN用户。,VLAN的划分方法,34,安徽建筑工业学院电子与信息学院,5.4.4,虚拟专用网(VPN),虚拟专网是虚拟私有网络,(,V,irtual,P,rivate,N,etwork),的简称，是一种利用公共网络来构建的私有专用网。,目前，能够用于构建VPN的公共网络包括Internet和,服务提供商(ISP)所提供的DDN专线、帧中继、ATM等。,1)VPN具有的特点,。专线连接，具有安全、保密、专用、高性能等特点;,。具有Internet等公用网的方便性和低成本特点;,。具备使用方便、建设成本低廉的特点;,2)VPN的类型与应用方式,。访问虚拟专网（Access VPN）；,。企业内部虚拟专网（Intranet VPN）；,。扩展的企业内部虚拟专网（Extranet VPN）,35,安徽建筑工业学院电子与信息学院,3)VPN的相关技术,VPN,区别于一般网络互联的关键是隧道的建立和对,数据包的加密，并按隧道协议进行封装、传送，以保正,数据的安全性。所以与VPN有关的技术就是,隧道,和,网络,安全两大,技术。,VPN的隧道协议,。第2层隧道协议，常用的有PPTP、L2TP等；,。第3层隧道协议，常用的有IPSec；,网络安全技术,。网络防火墙、应用IPSec进行数据加密、应用L2TP,隧道端的相互验证等。,上述技术的应用，使得在公用网络上传输的私有网,络数据的安全性得到了保证。,36,安徽建筑工业学院电子与信息学院,5.5,无线局域网WLAN,无线局域网成长始于20世纪80年代中期，它是由美,国联邦通信委员会(FCC)为工业、科研和医学(ISM)频段,的公共应用提供授权而产生的。,无线局域网的主要传输技术,。射频(RF)技术,- 覆盖范围较广，是较为常见的无线传输技术;,。红外(IR)技术,- 仅适用于近距离无线传输(一般少于1米）。, WLAN技术的优势,。,安装便捷、覆盖范围广、经济节约、易于扩展；,。,传输速率高,(11Mbit/s，传输距离可至20km以上)。,37,安徽建筑工业学院电子与信息学院,5.5.1 无线局域网组成,按照移动通信系统是否具有基础设施，移动无线网,络可分为无固定基础设施网络和有固定基础设施网络。,1)无固定基础设施网络(无线自组织网络-Ad-Hoc),网络由一组带有无线收发装置的移动终端节点组成，,网中各节点通过无线链路进行信息交换，网中两个无法直,接通信的节点可借助其他节点进行分组转发，形成多跳的,通信模式。,2)有固定基础设施网络(基础结构网络),网络通过中心节点进行传输信息，中心节点之间通过,电缆或光纤互连，各终端直接和中心节点通信。当基站执,行这项任务时，它被称为接入点(AP)。,38,无固定基础设施网络,安徽建筑工业学院电子与信息学院,自组网络,A,E,D,C,B,F,源结点,目的结点,转发结点,转发结点,转发结点,无固定基础设施网络,39,有固定基础设施网络,安徽建筑工业学院电子与信息学院,基本服务集,BSS,基本服务集,BSS,A,B,接入点 AP,接入点 AP,DS（以太网）,门桥,门桥,802.x,局域网,因特网,有固定基础设施网络,主干分配系统,40,安徽建筑工业学院电子与信息学院,5.5.2 无线局域网标准,IEEE于97年6月推出第一代WLAN标准IEEE802.11,标,准定义了物理层和介质访问控制子层的协议规范。且数,据速率为1Mbit/s和2Mbit/s、工作在2.4GHz。,物理层定义了,直接序列扩频技术,和,跳频扩频技术,两,种射频(RF)传输方法和一个红外线传输方法。,IEEE802.1l规定无线局域网介质访问控制子层采用,CSMA/CA(载波多路访问/冲突防止)协议，因无线网中冲,突检测较困难，为减少数据传输碰撞和重试发送，防止,各站点无序地争用信道，协议保证了某一时刻只有一个,站点发送，实现了网络的集中控制。,41,安徽建筑工业学院电子与信息学院,1)IEEE803.11b等标准,由于802.11在速率和传输距离上都不能满足人们的,需要，因此，IEEE小组又相继推出了802.11b和802.11a,两个新标准。并且在2001年年底又通过802.11g试用混合,方案，该方案可在2.4GHz频带上实现54Mbps的数据速率，,并与802.11b标准兼容。,802.11b工作于2.4GHz频带，支持5.5Mbps和11Mbps,两种速率。,802.11a工作于5GHz频带，数据速率可达54Mbps，但,与802.11b不兼容，且成本也较高。,2003年推出802.11g标准。802.11g结合了802.11a和,802.11b二者优点，既适应802.11b在2.4GHz频率下提供每,秒11Mbit/s数据传输率，也符合802.11a在5GHz频率下提,供56Mbit/s数据传输率。,42,安徽建筑工业学院电子与信息学院,43,