通信系统第16章.ppt

1、第16章 局域网与城域网,16.1 概述 16.2 局域网介质访问控制方法 16.3 以太网 16.4 高速以太网 16.5 无线局域网 16.6 光纤分布式数据接口(FDDI) 16.7 城域网,16.1 概 述,16.1.1 局域网的定义及特性从局域网的定义可以引出它的三个属性：(1) 局域网是一个通信网络，从协议层次的观点看，它包含着下三层的功能，将连接到局域网的数据通信设备加上高层次协议和网络软件组成为计算机网络， 我们称其为计算机局域网。(2) 这里指的数据通信设备是广义的， 包括计算机终端和各种外围设备等。,(3) 这里指的小区域可以是一个建筑物内、一个校园或者大至几十千米直径的一

2、个区域。 局域网的典型特性如下：高数据速率(41000 Mb/s)， 短距离(0.125 km)， 低误码率(10-810-11)。决定局域网特性的主要技术有以下三个方面： 用以传输数据的传输介质； 用以连接各种设备的拓扑结构； 用以共享资源的介质访问控制方法。,这三种技术在很大程度上决定了传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量和利用率以及网络应用等各种网络特性。其中，最重要的是介质访问控制方法， 它对网络特性具有十分重要的影响。经过多年研究，人们提出了许多种介质访问控制方法。但是，目前普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法主要有如下三种：带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方法

3、；令牌总线(Token Bus)方法；令牌环(Token Ring)方法。,局域网常用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤和无线通信信道等。早期应用最多的是同轴电缆。但随着技术的发展， 双绞线和光纤的应用发展十分迅速。目前已能在数据传输速率为100 Mb/s、1 Gb/s的高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤，在有移动点的局域网中采用无线信道的趋势已越来越规范化。局域网的应用范围很广，主要用于办公自动化系统、企业管理系统、生产过程实时控制系统、 辅助教学系统、医疗管理系统、金融管理系统、军事指挥控制系统等场合。目前，局域网大都采用基带传输，仅能提供单一的数据传输服务。而宽带局域网既可以

4、传输数据信息，又可以传输话音和图像等信息， 能提供综合服务，因此有广阔的发展前景。,16.1.2 IEEE 802标准IEEE于1980年2月成立了局域网标准委员会，简称IEEE 802委员会，专门从事局域网标准化研究工作，1985年颁布了一系列局域网物理层和数据链路层标准，并且随着技术的进步， 还不断制定新的局域网和城域网标准。这些标准已被ANSI和ISO修改采纳(ISO 8802)， 参见图16.1。,图 16.1 IEEE 802系列标准,(1) IEEE 802.1: 概述、体系结构(802.1A)、寻址、网间互连和网络管理(802.1B)的指导文件。(2) IEEE 802.2: 逻

5、辑链路控制(LLC)。(3) IEEE 802.3: CSMA/CD总线介质访问控制方法和物理层规范。802.3是一组协议的集合，该协议的每一种实现都有一个名字， 每个名字由三部分组成：第一部分是代表传输速率的数字， 以兆比特每秒(Mb/s)为单位； 第二部分Base表示基带信号， 用Broad表示宽带信号；第三部分表示大概的有效距离或一种特定的含义。IEEE 802.3标准系列如图16.2所示。,图 16.2 IEEE 802.3标准系列,(4) IEEE 802.4： 令牌总线(Token Bus)介质访问控制方法和物理层规范。(5) IEEE 802.5： 令牌环(Token Ring)

6、介质访问控制方法和物理层规范。(6) IEEE 802.6： 城域网(MAN， 或称市域网)介质访问控制方法和物理层规范。(7) IEEE 802.7： 宽带传输标准。(8) IEEE 802.8： 光纤网标准(FDDI)。(9) IEEE 802.9： 综合话音/数据(V/D)局域网标准接口。,(10) IEEE 802.10： 可互操作的局域网安全性规范。(11) IEEE 802.11： 无线局域网WLAN(采用扩频技术)。(12)IEEE 802.12： 100 VG-Any LAN(即100Base-VG)。(13) IEEE 802.14： 利用CATV宽带通信标准。(14) IE

7、EE 802.15： 无线个人网(WPAN)标准(代表技术是蓝牙Blue tooth)。(15) IEEE 802.16： 宽带无线访问标准。其中包括IEEE 802.16.1: 1066 GHz空中接口；IEEE 802.16.2: 宽带无线接入系统的共存； IEEE 802.16.3: 211 GHz许可频率的空中接口。,(16) IEEE 802.17： 弹性分组环协议(RPR， Resilient Packet Rings)。 另外， 目前还出现了如下一系列规范： IEEE 802.3ac： 虚拟局域网VLAN(1998)。 IEEE 802.3ab: 1000Base-T物理参数和规

8、范(1999)。 IEEE 802.3ad： 多重链接分段的聚合协议(2000)。 IEEE 802.3u： 100 Mb/s快速以太网。 IEEE 802.1q： 虚拟桥接以太网(1998)。,16.1.3 IEEE 802局域网/城域网参考模型,图 16.3 IEEE 802局域网/城域网参考模型,1. 物理层的功能物理层实现比特流的传输与接收、同步引导码的生成/删除等，并规定了有关的拓扑结构和传输速率，规定了所使用的信号、介质和编码，包括对基带信号编码和宽带信道的分配。,2. 数据链路层的功能1) MAC子层MAC子层的主要功能是控制对传输介质的访问。不同类型的LAN所使用的介质访问控制

9、方法是不同的，例如， CSMA/CD、 Token Bus、 Token Ring、 FDDI等。在使用MSAP(MAC子层访问服务点)支持LLC时，MAC子层实现帧的寻址和识别，并完成帧校验序列的产生和检验等。,2) LLC子层LLC子层向上提供了四种服务类型：(1) 不确认无连接服务(LLC1)。 它在不建立数据链路连接的方式下提供网络层实体交换服务数据单位(LSDU)的手段，是一种数据报服务，对这类LLC帧既不确认，也无任何流量控制或差错恢复。它支持点-点、 多点式或广播式数据传输。(2) 面向连接的服务(LLC2)。此服务提供了建立、使用、 复位以及终止数据链路层连接的手段。这些连接通

10、过LLC服务访问点之间的点-点式连接，并提供数据链路层的定序、流控和差错恢复，是一种虚电路服务，特别适合于传送很长的数据文件。,(3) 带确认的无连接服务(LLC3)。此服务用于传送某些非常重要且时间性很强的信息，如在一个过程控制或自动化工厂的环境中的告警信息或控制信号。(4) LLC4则提供了所有上述类型的高速传输服务。,3) 服务访问点(SAP)在参考模型中，每个实体和另一系统的对等层实体间按协议进行通信，而在一个系统内的相邻层实体间通过接口进行通信， 用服务点(SAP)来定义逻辑接口。由图16.3可知，在网间互连子层与LLC子层实体间可有多个LSAP，网间互连子层与高一层实体间可有多个N

11、SAP，但LLC-MAC, MAC-物理层间只有一个服务访问点，分别称为MSAP和PSAP。,16.1.4 IEEE 802局域网的帧结构,图 16.4 IEEE 802的LLC帧和MAC帧格式,LLC和MAC两个子层利用数据单元进行通信。LLC协议数据单元(PDU)包含一个目的服务访问点地址(DSAP)字段、一个源服务访问地址(SSAP)字段、 一个控制字段和一个数据字段。 地址字段还可指明特定的环(在令牌环上)或者指明环上某个特定的节点。MAC数据单元通常包含LLC的数据单元，此外还包括定时和同步字段(前导码和帧起始定界符)、帧校验字段及MAC层目的地址和源地址。,LLC协议是根据局域网的

12、特点，对HDLC通信规程进行了适当的简化和重新定义而制定的。LLC帧也分为信息帧(I帧)、监视帧(S帧)和无编号帧(U帧)， 用哪一种帧取决于控制字段。 LLC PDU中的控制字段是仿效HDLC平衡模式而制定的， 具有相似的格式和功能。需要特别指出的是，以太网的帧格式与IEEE 802.3有所不同， 在IEEE 802.3中长度(2字节)L表示数据字段的LLC数据的字节数，而以太网以2字节表示类型。 数据字段(461500字节)可变长，不足46字节的LLC PDU需加填充字节。,16.2 局域网介质访问控制方法,16.2.1载波侦听多路访问(CSMA)方法总线型局域网的访问控制方式以ALOHA

13、系统的访问控制方式的改进型为主，即CSMA和CSMA/CD等。CSMA(Carrier Sense Multiple Access)是一种带有监听的多路访问系统。CSMA也称先听后说(发)，每个站在发送数据之前必须先对介质进行监听，以确定是否友别的站在传输。若介质空闲，则立刻发送数据，否则，该站就退让一段时间后再试。这就需要有一种退避算法来决定退让时间， 常用算法有三种：(1) 非坚持CSMA。其工作原理如下：若监听到信道为空闲， 便立即发送；若信道忙，则启动一随机时延定时器，等到超时后再监听信道。,(2) 1坚持CSMA。其操作过程如下：若监听到信道为空闲，便立即发送数据；若监听到信道忙，则

14、继续坚持监听信道， 直到发现信道空闲立即发送。 若信道发生冲突(以没有肯定应答来确定)，则等待一段随机时间再监听，发现空闲，立即发送。(3) P坚持CSMA。它比较适合于时槽系统。其操作过程如下：若监听到信道空闲，便以概率P发送，而以概率1-P推迟到下一个时槽；若信道忙，则继续监听，直到信道空闲， 再以概率P发送。,16.2.2 带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方法,在CSMA/CD中，实现冲突检测的方法有多种， 如：(1) 信号电平法。这是一种基于模拟技术的监测方法，它能比较接收到的信号电压的大小。在基带系统中，当两个帧信号叠加在信道上时， 电压的摆动值要比正常值大一倍。因此，

15、只要接收到的信号电压摆动值超过某一门限值， 就可认为是发生了冲突。(2) 过零点检测法。当采用曼彻斯特编码时，电压的过零点是在每一比特的正中央。当发生冲突时，叠加信号的过零点将在其它地方出现。根据过零点位置的变化，就可以判断是否发生冲突。,(3) 自发自收法。这种方法是在发送帧的同时，也接收该数据帧，然后将收到的信号逐比特地与发送的比特相比较。若有不符的， 就说明有冲突存在。在CSMA/CD算法中，当检测到冲突并发完阻塞信号后，为了降低再冲突的概率，需要等待一个随机时间，然后再使用CSMA方法试图传输。为了保证这种退避维持稳定，通常采用一种称为二进制指数退避算法，它本质上是根据冲突的历史估计网

16、上信息量而决定本次应等待的时间。按此算法，当发生冲突时，控制器延迟一个随机长度的间隔时间，这个时间为前次等待时间的两倍。 二进制指数算法的公式为,=RA2 +N,16.2.3 带冲突回避的载波侦听多路访问(CSMA/CA)方法CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance)是一种与CSMA/CD相类似的方法，只是其效率略低于CSMA/CD， 实现起来较CSMA/CD容易。其原理是：网中每一站点在开始发送数据前， 首先侦听总线忙闲，若总线忙则继续侦听；若总线空闲，则开始做发送数据的准备工作，准备时间大约需要40 s。 为了避免与这段时间内发送的数据相碰撞， 在开始发送数据前，再

17、对总线进行一次检测(二次检测)，若总线忙，则按线性后退算法随机后退一段时间，然后重复上一过程；,若总线空闲， 则立即发送。由于发送一次数据要进行两次检测，这使数据碰撞的机会大大减少。成功发送的数据被接收后，收端立即发送一应答帧。 万一发送出去的数据与其它数据帧碰撞，发送方在规定的时间内收不到应答帧， 再按线性后退算法选择一个后退时间，然后再发。和CSMA/CD一样，重发次数有一定的限制。重发次数超过限制，则不再重发， 将这种情况报告给高层协议处理。,16.2.4 令牌环(Token Ring)介质访问控制方法环型网是由一段段点到点链路连接起来的闭合环路，信息沿环路单向地、逐点地传送。环型网的种

18、类很多，但根据介质访问控制方法的不同， 环型网可分为三类： 令牌环； 时隙开槽环； 寄存器插入环。其中，令牌环是环型网中使用最普遍的一种。在令牌环中， 通过一种叫做令牌(Token)的特殊帧来控制网络各个站有序地对介质进行访问， 因而不会产生任何冲突。令牌的最大优点是能在重载下高效工作。令牌环的另一个优点是每个转发器(环接口单元，相当于有源网络接口)将收到的比特流整形后再发送出去，故信号强度不会因传输而减弱，因此，只要传输时延允许，可跨越较远距离传输。然而，站点较多时，会因每个站从输入比特流提取定时信号产生时间抖动， 从而限制了站点数。所以，环长和站点数应适中。令牌环的缺点是维护算法比较复杂，

19、可靠性要求高，当环上站数较多时， 即使只有两个站在通信，仍会有相当长的延时。,图 16.5 令牌环的工作原理 (a) 空令牌绕环运行； (b) A占用环,因此，令牌环的工作过程主要由如下三个操作环节实现：(1) 截获令牌与发送帧。当一个站要发送数据时，必须先截获空闲令牌，并将其标志转变为信息帧的标志，此时令牌变为忙令牌， 接着将数据等字段加上去， 构成要发送的数据帧送到环上。(2) 接收帧与转发帧。当数据帧在环上传送时，每经过一站， 该站的转发器便将帧内的目的地址与本站地址相比较。若两者相符，则复制该帧、送入本站，并在该帧中置入已复制的标志， 同时将该帧再转送至下一站(因一个帧可能送多个目的站

20、)。 若帧中目的地与本站不符， 则转发器只将该帧向下转发。,(3) 撤消帧与重新发令牌。当数据帧沿环路返回到发送站时， 源站不再进行转发，而是对返回的数据帧进行检查，判断发送是否成功。 若成功，则撤消所发送的数据帧，并立即生成一个新的令牌发送到环上；若源站发现目的站并没有复制该帧， 则重新发送该帧。IEEE 802.5提供的令牌维护机制是采用集中方式控制，每个环都有一个监控站来管理全环路的运作。若监控站出故障， 竞争协议将保证很快选择另一个站为监控站(每个站都有成为监控站的权力)。 监控站的主要任务是：,保证令牌不丢失， 采用计时器的方法来检查令牌丢失与否；消除环上无效帧和无效循环帧；保证环路

21、的最小时延。因令牌长度为24比特(3个字节)， 这就要求环路至少应能容纳24比特，否则令牌在环上无法流动。 由于环上每个站会产生1比特延时，当环上站数不够24时，监控站就要插入额外的延迟比特以使令牌能够绕环流通。,16.2.5 令牌总线(Token Bus)介质访问控制方法总线网接入方便、可靠性高，但当网络负载增加时，冲突急剧增加、网络吞吐量急剧下降，且因每个工作站的发送和响应时间不确定， 所以实时性差。 令牌环不存在冲突问题，实时性好、负载能力强，但管理复杂、可靠性差。若将总线网和令牌环结合起来，综合两者的优点便产生了令牌总线网。它是一种物理上为总线型网、 逻辑上为环型网的局域网。IEEE

22、802.4标准制订了令牌总线网的介质访问控制方法与相应的物理规范， 其MAC帧格式如图16.4所示。令牌总线的控制方式类似于令牌环，但采用总线网络结构。 它将网上各工作站按一定顺序形成一个逻辑环，每个工作站在环中均有一个指定的逻辑位置。,图 16.6 令牌总线的工作过程,插入或删去一些站以及建立一个新的逻辑环可以采用调整PS和NS的地址的办法来达到。令牌总线的特点： 物理上是总线型网，逻辑上是令牌环网，令牌传递的顺序与站点的物理位置无关。网络启动时或逻辑环路发生故障后，都必须进行初始化， 以形成逻辑环路。其主要过程是由地址最大的站产生令牌并向后继站发送令牌。 若在规定时间内收到肯定应答信号，则

23、该站连入环路；否则该站不连入环路并继续向下一站询问，一直到令牌传送到地址码最小的站后， 再传到地址码最高的站，形成一个封闭的逻辑环。逻辑环形成后，信息的发送过程与令牌环相似。为了给不在逻辑环中的站插入环路的机会， 要周期性地打开逻辑环。当有站点插入时，要告诉它，谁是它的先行站和后继站，以便令牌仍能在逻辑环上按地址码的大小顺序传送。 当有站要从环路退出时， 要把该站的后继站连接到前一个站， 使环路剩下的站仍是一个正常的工作环路。,16.3 以 太 网,16.3.1 以太网(Ethernet),表16.1 以太网的系列规范,图 16.7 基带总线网的结构,1) 传输介质以太网的每个工作站都通过收发

24、器连接到一条公用总线上， 从收发器到总线的所有连接线应该是双向总线，即既是发送线， 又是接收线。 每个站的信号驱动器要驱动总线上所有工作站的接收器，因此总线驱动器的功率限制了总线端上工作站的个数及总线长度。以太网的传输介质有粗缆(10 Mb/s， 传输距离较远)、细缆(10 Mb/s， 传输距离较近)、双绞线4芯(10 Mb/s, 传输距离为100 m)、 双绞线5芯(100 Mb/s，传输距离为100 m)，也有使用3类8芯线来达到100 Mb/s的高速网络技术。,2) 收发器收发器与总线相连， 其主要功能有：接收或发送数据；检测在总线上发生的数据帧的冲突；在总线和总线接口的电子设备之间进行

25、电气隔离；当收发器所连接的网卡或工作站出现故障时，保护总线不受其影响。这个功能通常称为超长功能控制。,当收发器所连的网卡或工作站出故障时，就有可能向总线不停地发送无规律的数据，使总线上所有的站都不能工作。为了避免这一现象， 必须对所有站发送的数据帧长度设一上限。 当收发器检测到某个帧的长度超过此上限值时，即认为该站出了故障，自动禁止向总线发送数据。收发器与工作站连接的收发器电缆中共有五组分别屏蔽了的双绞线，一组用作供给收发器的电源及公共地线； 两组数据线，收发各一组；另两组是控制线，一组用来通知工作站在信道上出现了冲突，另一组则是使工作站可用主动式发送数据的路径与总线隔离。整个收发器电缆长度不

26、能超过50 m。在电缆上的信号采用曼彻斯特编码。,3) 网卡网卡又称为网络适匹器或通信适配器，是实现工作站之间通信的关键部件。 网卡以插件板的形式插入到计算机的一个扩展槽中， 通过收发器电缆连接到收发器上， 收发器再和总线相连。从局域网的参考模型来看， 网卡主要实现MAC子层和一些物理层的功能，即：(1) 数据的封装和解封。发送时将LLC子层传下来的LLC帧封装成带有地址和差错校验段的MAC帧。接收时对MAC帧进行拆卸， 剥去MAC帧的首部和尾部， 再送交LLC子层。(2) 链路管理。 链路管理主要实现CSMA/CD协议。(3) 编码和解码。编码和解码负责比特流的曼彻斯特编码和译码，这实际上是

27、物理层的功能。,4) 工作站工作站是通信系统的使用者，是一个连接到网上的可编址设备。工作站的作用是对用户数据进行本地处理和作为用户与网络之间的一个接口。一般来说，工作站可以是微机、 工程工作站或X终端。,16.3.2 星型结构以太网1. 10Base-T标准,图 16.8 10Base-T基本结构 (a) 通过UTP与HUB连接的以太网物理结构； (b) 双绞线与RJ-45接插件,2. 10Base-FP , 10Base-FB10Base-FP、10Base-FB这些标准是IEEE 802.3为光纤传输介质制定的物理层标准， 数据传输速率为10 Mb/s。10Base-FP标准利用无源集线器

28、构成物理星型以太网，其网卡与无源HUB之间连接光纤长度限定为500 m。10Base-FB标准通过有源HUB构成物理星型拓扑结构，网卡与有源HUB之间的连接光纤长度限定为200 m。,16.3.3 交换式以太网交换式网络不像共享式网络那样把数据广播到每个节点， 而是在节点间沿着指定的路径传输数据。 这相当于一个并行网络系统， 多对不同源节点和不同目的节点之间可同时进行通信， 而不会发生冲突，这大大提高了网络的可用带宽。目前， Ethernet , Token Ring和FDDI等都推出了交换式网络产品。但从目前实际使用的情况来看，特别是局域网中， 交换式以太网采用的最多。以太交换机的原理很简单

29、，它检测从以太网端口来的数据包的源和目的地的MAC地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，若数据包的MAC层地址不在查找表中，则将该地址加入查找表中， 并将数据发送给相应的目的端口。,16.3.4 虚拟局域网交换局域网是实现虚拟局域网(VLAN， Virtual LAN)的基础技术。VLAN从传统LAN的概念上引申出来，在功能上和操作上与传统LAN基本相同， 提供移动范围内终端系统的互连和数据传输。VLAN与传统LAN的区别主要在于网络的构成。因以太交换机建立的虚拟网是使原来LAN的一个大广播区(交换机的所有端口)逻辑上分为若干“子广播区”， 在子广播区里的封包只会在该广播区内传送，其它的广

30、播区是收不到的。 VLAN通过交换技术将业务量进行有效分离，从而更好地利用带宽，并可从逻辑的角度出发，将实际的LAN基础设施分割成多个子网，它允许各个局域网运行不同的应用协议和拓扑结构(详见IEEE 802.10的规定)。,16.4 高 速 以 太 网,16.4.1 快速以太网100Base-T标准，称为快速以太网(Fast Ethernet)，它仍采用CSMA/CD介质访问控制技术，也可以在交换式快速以太网中为每个端口提供100 Mb/s带宽。100Base-T与10Base-T的布线完全兼容，且无需改变网络拓扑结构,所有10Base-T上的应用软件和网络软件功能保持不变。 用户只需更换网卡

31、和配置一台100 Mb/s的集线器，就可以将10Base-T以太网升级为100Base-T快速以太网。 快速以太网的网卡通常是10/100类型，因此可在10Base-T基础结构上使用。当网络升级为快速以太网时，这种网卡具有很强的自适应性，能自动识别速率的变化并立即转换传输速率。快速以太网可以在如下三种传输介质上工作：,(1) 100Base-TX：在2对5类无屏蔽双绞线UTP上或150 屏蔽双绞线STP上半双工或全双工工作。目前的快速以太网多属于此种。(2) 100Base-T4： 在4对3类或5类UTP上半双工工作。(3) 100Base-FX： 在光纤上半双工或全双工工作。,16.4.2

32、100VG-Any LAN100VG-Any LAN也称100Base-VG， 它在IEEE 802.3网的基础上作了重大改进，不但提高了局域网传输速率，而且综合了以太网和令牌环的优点。它仍是星型拓扑结构，采用智能集线器，它在MAC子层不用CSMA/CD协议而采用一种新的协议， 称作按需分配优先访问协议DPAM。它的最大特点是能够有效地支持多媒体传输，支持IEEE 803.2和802.5帧格式。,16.4.3 千兆以太网千兆以太网(1000 Mb/s)和以太网(10 Mb/s, 100 Mb/s)具有相同的帧格式、 流量控制和全双工操作。在半双工模式中，千兆以太网也采用相同的CSMA/CD介质

33、访问控制方法。千兆以太网标准如下。 前三个由IEEE 802.3z定义。 最后一个由IEEE 802.3ab定义。1000Base-LX(长波长)，支持在园区内主干单模光纤和建筑物内垂直多模光纤的应用，其链路长度分别为550 m和3 km。,1000Base-SX(短波长)，支持在较短垂直主干和水平布线多模光纤的应用， 其链路长度为260 m。1000Base-CX，支持在室内铜屏蔽线缆(STP，150 )的应用，其链路长度为205 m。IEEE 802.3以1.25 G波特率使用8 B/10 B编码， 从而获得1000 Mb/s的数据传输速率。1000Base-T，支持4对5类非屏蔽双绞线(

34、UTP)的应用， 其链路长度为100 m， 提供半双工(CSMA/CD)和双全工1000 Mb/s的以太服务。,16.4.4 万兆以太网10 Gb/s以太网标准的制定是由802.3ae re任务组承担的， 其主要特点如下：(1) 仍保持以太网的帧格式，符合802.3的最大帧长(1518字节)和最小帧长(64字节)，有利于网络升级和互连、互通。(2) 10 G以太网只采用光纤作为传输介质。若使用单模光纤和增强型收发器，传输距离可超过40 km，可适宜城域网(MAN)或广域网的应用范围； 而使用多模光纤，传输距离为300 m左右。(3) 10 G以太网只支持全双工方式，因此不存在竞争问题， 也不采

35、用CSMA/CD介质访问控制协议。,16.5 无 线 局 域 网,无线局域网(WLAN, Wireless LAN)就其应用方式而言，主要有两类：一类是接入问题，即远程站点通过无线链路接入有线网络； 另一类是中继问题，即通过无线网桥将多个有线或无线局域网互连起来。当然，也可以采用全无线方式构成一个无线局域网。802.11是最初制定的无线局域网标准，它定义了三种不同的物理介质：红外线(脉位调制PPM)、 跳频扩谱方式(FHSS)和直接序列扩频方式(DSSS)。人们关注扩频方式，主要有中继和接入两种应用类型，但更侧重接入应用，以便对个人数字助理(PDA)和便携式计算机给予充分支持，主要用于办公室局

36、域网和校园网。 中继应用主要是利用无线介质作为企业网干线，用于大楼与大楼间的数据传输。802.11MAC层介质访问控制方法使用CSMA/CA，工作频率为2.4 GHz。,由于802.11在传输速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准， 三者之间的主要差别在于MAC子层和物理层。另外，802.11e新标准考虑了加入服务质量(QoS)相关内容。服务质量对高品质视频、话音和多媒体在WLAN上的应用是非常关键的。802.11a工作在5 GHz频段，物理层速率可达54 Mb/s，传输层可达25 Mb/s。采用正交频分复用(OFDM)的独特扩

37、频技术； 可提供25 Mb/s的无线ATM接口和10 Mb/s的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持话音、数据、图像业务；一个扇形区可接多个用户。802.11b工作在2.4 GHz，物理层支持5.5 Mb/s和11 Mb/s两个新速率。802.11b采用一种新的调制技术CCK实现扩频。,802.11e规范草案制定了业界第一个真正的通用无线标准： 一项提供企业、家庭和公共环境(如机场、旅店)之间无缝操作性， 同时仍提供满足不同环境特别需求的标准。与其它无线标准不同， 802.11e是第一个跨越家庭和企业环境的无线标准， 同时保持与这些标准的向后兼容性。蓝牙(IEEE 802

38、.15)是一项新标准，对于802.11来说，它的出现不是为了竞争而是为了互补。蓝牙比802.11更具移动性, 如802.11被限制在办公室和校园内，蓝牙能把一个设备连接到LAN和WAN，甚至支持全球漫游。此外，蓝牙成本低、体积小，可用于更多的设备，但是， 蓝牙主要是点对点的短距离无线发送技术，本质上要么是射频RF(2.4 GHz)，要么是红外线，而且蓝牙被设计成低功耗、短距离、低带宽的应用，严格来讲，不算真正的局域网技术。,家庭网络Home RF主要为家庭网络设计，是IEEE 802.11与DECT的结合，旨在降低话音数据成本。Home RF也采用了扩频技术，工作在2.4 GHz频带，能同步支

39、持四条高质量话音信道。 但目前Home RF的传输速率只有12 Mb/s， FCC建议增加到10 Mb/s。IEEE无线LAN任务工作组，专门从事无线局域网802.11g标准的制定，力图解决多种技术融合的问题。802.11g是一种混合标准，它既能适应传统的802.11b标准，又在2.4 GHz 频率下提供11 Mb/s的数据传输速率，也符合802.11a标准在5 GHz频率下提供56 Mb/s的数据传输速率。 通过其高速模式， 新的标准支持多个同时高质量的视频信道，允许同一所房子中的2或3个人同时观看不同的视频节目。,16.6 光纤分布式数据接口(FDDI),光纤分布式数据接口(FDDI， F

40、iber Distributed Data Interface)是以光纤为传输介质的、 高速的、 通用的、 100 Mb/s光纤令牌环型网络。 FDDI网络可作为高速局域网HSLN，在小范围内互连高速计算机系统，或作为城域网互连较小的网络，或作为主干网互连分布在较大范围的主机，也可以桥接局域网和广域网。 FDDI先是在ANSI下属的X3T9.5标准委员会被定为美国标准， 随后被定为国际标准ISO 9314。IEEE将命名为802.8标准。 FDDI-使用了不同的MAC层协议，可提供定时服务。FDDI的介质访问控制方式与IEEE 802.5十分接近，但存在一些差别，表16.2列出了它们之间的主要

41、区别。为了使网络不仅能提供数据传输服务，而且能支持等时的电路交换服务，包括话音、静止图像、活动图像， FDDI进而发展成第二代网络， 即FDDI-。FDDI的主要特性如表16.3所示。,表16.2 FDDI与802.5的主要区别,表16.3 FDDI的主要特性,FDDI的特点有：使用基于IEEE 802.5的单令牌环网的介质访问控制(MAC)协议；使用IEEE 802.2协议，与符合IEEE 802标准的局域网兼容；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或双绞线作传输介质；具有动态分配带宽的能力， 能支持同步和异步数据传输。,图 16.9 FDDI的帧格式,FDDI帧格式与I

42、EEE 802.5十分相似，不同之处是FDDI有前导码，用于和站点的局部时钟同步，使用16或48位地址。控制帧FC由8 bit组成，其格式为CLFCZZZZ，用于指明帧类型有关的特征。其中，C指示数据帧是同步帧还是异步帧；L指示地址字段使用的是16 bit还是48 bit地址； ZZZZ则根据不同帧类型来取值，如令牌帧取值为0，而其它类型的帧则用来定义子帧类型。 目的地址DA、源地址SA，它们的长度取决于FC的值，可以是16 bit或48 bit。 SA只能是单地址； DA可以是单地址、多点地址或广播地址(全“1”地址)。信息字段I的最大长度为4500 Byte(基本FDDI)或8600 By

43、te(增强FDDI)。FCS采用32 bit CRC。ED令牌帧为8 bit， 其它帧是4 bit。,FDDI网采用了双环自愈措施，大大提高了网络可靠性。图16.10给出了具有双环的FDDI网，在两个环中使数据传输的方向相反， 分别称主环(如设外环)和次环(如设内环)。在正常情况下， 只有一个主环在工作。当环路出现故障时，无论是链路故障(如图16.10(b)所示)，还是站点故障(如图16.10(c)所示)，FDDI都可自动重新配置， 通过站点自动旁路开关，能自动将主环旁路倒换到次环，同时启动次环工作，确保网络继续运行。图中小方框代表一个站点， 方框内小黑点代表MAC实体逻辑连接。,图 16.1

44、0 FDDI双环自愈网 (a) 正常情况； (b) 链路故障； (c) 站点故障,16.7 城 域 网,分布式队列双总线(DQDB, Distributed Queue Dual Bus)是由IEEE 802.6分委员会制定的城域网标准。 城域网(MAN)介于广域网与局域网之间，但采用LAN技术(符号IEEE 802标准)，目的是在一个大的地理区域内提供数据、话音和图像的综合服务。 典型的MAN由一些互连的DQDB子网组成。IEEE 802.6的协议体系结构包括两个逻辑层次：物理层和DQDB层。802.6的物理层包含三个功能实体， 即传输系统、 物理汇集子层和管理实体；而DQDB等价于LAN的

45、MAC子层， 包括公共功能、接入控制功能、汇合功能和层管理功能，如图16.11所示。,图 16.11 城域网(MAN)IEEE 802.6协议结构,1. DQDB的网络组成,图 16.12 DQDB双总线结构,线上传输数据是以时隙为单元的，其长度固定为53字节， 其中信息位为44字节，也可称其为信元(与ATM信元格式不同)。 所有空时隙始于首端，沿总线下行到末端为止。任一站点可读入含目的地址加数据的时隙，若判定目的地址与本站地址相同， 则接收；如不是本站地址，则转发；若有数据发送，可通过写操作(即逻辑“或”)填入路过的空时隙，向下游站点传送。,2. DQDB的访问控制DQDB有两种访问控制方法

46、来支持高层服务：(1) 预仲裁(PA, PreArbitrated)在一个传输时隙中为不同的站点分配特定的字节位置，支持等时的面向连接(电路交换)的服务。(2) 排队仲裁(QA, Queue Arbitrated)使用户数据按需排队进入总线，支持对时间要求不高的异步或分组数据传输，如无连接MAC或面向连接的数据服务。,图 16.13 DQDB站点结构,3. DQDB的特征DQDB的特征如下：(1) 使用双总线结构，每条总线及各个接入单位的运行是相互独立的。因此，一些接入单元停止运行或从网络中去除，不会影响网络其它部分运行。 为了能够容错，可选用构成环路的双总线方式。(2) 采用802.2的逻辑链路控制，能与IEEE 802局域网兼容， 支持多种传输介质，如光纤、同轴电缆、微波系统。(3) 数据速率为34155 Mb/s及更高。(4) 支持传送突发性数据的面向连接(虚电路)数据服务、等时(电路交换)服务以及IEEE 802.2 LLC子层的无连接(数据报)MAC服务。,理论上，DQDB网络规模不受限制，但802.6标准中仍建议160 km范围512 个站点的量级运行速率为155 Mb/s。,