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第三章 局域網(wǎng)基礎(chǔ)
本單元概覽
一、局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的基本概念
二、以太網(wǎng)
三、高速局域網(wǎng)的工作原理
四、交換式局域網(wǎng)與虛擬局域網(wǎng)
五、無線局域網(wǎng)
六、局域網(wǎng)互聯(lián)與網(wǎng)橋的工作原理
一、局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的基本概念
1.決定局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的三要素
決定局域網(wǎng)與城域網(wǎng)特點的三要數(shù):網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹鬏斀橘|(zhì)、介質(zhì)訪問控制方法。
2. 局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的類型與特點
局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的重要區(qū)別是覆蓋的地理范圍不同,因此其基本通信機(jī)制與廣域網(wǎng)完全不同:局域網(wǎng)采用共享介質(zhì)與交換方式(分為共享介質(zhì)局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)),廣域網(wǎng)采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)。
局域網(wǎng)在傳輸介質(zhì)、介質(zhì)訪問控制方法上形成了自己的特點。其主要的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為:總線型、環(huán)型與星型。網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)主要采用雙絞線、同軸電纜與光纖等。
A.總線拓?fù)洌?/P>
介質(zhì)訪問控制方法:共享介質(zhì)方式。
優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、易于擴(kuò)展、可靠性好。
特點:所有結(jié)點都通過網(wǎng)卡連接到公共傳輸介質(zhì)總線上,總線通常采用雙絞線或同軸電纜,所有結(jié)點通過總線發(fā)送或接收數(shù)據(jù),由于多個結(jié)點共享介質(zhì),因此會有沖突出現(xiàn),導(dǎo)致傳輸失敗,必須解決介質(zhì)訪問控制問題
B.環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫墙Y(jié)點間通過網(wǎng)卡利用點到點線路連接形成閉合的環(huán)型。環(huán)中的數(shù)據(jù)沿著同一個方向逐站傳輸。環(huán)型結(jié)構(gòu)中,多個站點共享一條環(huán)通路,為了確定哪個結(jié)點可以發(fā)送數(shù)據(jù),同樣需要進(jìn)行介質(zhì)訪問控制。環(huán)型結(jié)構(gòu)通常采用分布式控制方法,環(huán)中每個結(jié)點都要執(zhí)行發(fā)送和接收的控制邏輯。
C.星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在中心節(jié)點,每個節(jié)點通過點-點線路與中心節(jié)點連接,任何兩節(jié)點之間的通信都要通過中心節(jié)點轉(zhuǎn)接。優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單。
3.傳輸介質(zhì)類型和介質(zhì)訪問控制方法:
局域網(wǎng)介質(zhì)類型:同軸電纜、雙絞線、光纖和無線通道。
局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法:
IEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)定義了共享介質(zhì)局域網(wǎng)有以下3類:
帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD)----總線網(wǎng)
令牌總線(token bus) -------總線網(wǎng)
令牌環(huán)(token ring)----------環(huán)型網(wǎng)
4. IEEE802參考模型
IEEE802(局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會),專門從事局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作。重點是解決局部范圍內(nèi)的計算機(jī)組網(wǎng)問題。研究者只需要面對OSI模型中數(shù)據(jù)鏈路層和物理層,網(wǎng)絡(luò)層及以上高層不屬于局域網(wǎng)協(xié)議的研究范圍。
局域網(wǎng)領(lǐng)域中有典型的三種技術(shù):以太網(wǎng)、令牌總線和令牌環(huán)。
數(shù)據(jù)鏈路層的功能復(fù)雜,設(shè)計者將鏈路層分為兩部分:LLC (邏輯鏈路控制子層)和 MAC(介質(zhì)訪問控制子層)。不同的局域網(wǎng)在LLC中必須使用相同的協(xié)議。LLC子層與傳輸介質(zhì)和介質(zhì)訪問控制方法無關(guān)。在MAC子層和物理層中不同局域網(wǎng)可以采用不同協(xié)議。
5. IEEE802標(biāo)準(zhǔn)
IEEE802標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了局域網(wǎng)中不同層次(數(shù)據(jù)鏈路層和物理層)中的標(biāo)準(zhǔn)。
可簡單分為3類:
IEEE802.1定義局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互連。
IEEE802.2定義邏輯鏈路控制(LLC)的功能與服務(wù)。
IEEE802.3定義CSMA/CD總線訪問方法與物理層技術(shù)規(guī)范。
IEEE802.4定義令牌總線(Token Passing Bus)訪問方法與物理層技術(shù)規(guī)范。
IEEE802.3定義令牌環(huán)(Token Passing Ring)訪問方法與物理層技術(shù)規(guī)范。
IEEE802.11定義無線局域網(wǎng)技術(shù)(MAC層采用CSMA/CD)
IEEE802.15定義近距離無線個人局域網(wǎng)訪問控制子層與物理層標(biāo)準(zhǔn)
IEEE802.16定義寬帶無線局域網(wǎng)訪問控制子層與物理層標(biāo)準(zhǔn)
二、以太網(wǎng)
1.以太網(wǎng)的發(fā)展
1976年7月,Bob在ALOHA網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,提出總線型局域網(wǎng)的設(shè)計思想,并提出沖突檢測、載波偵聽與隨機(jī)后退延遲算法,將這種局域網(wǎng)命名為以太網(wǎng)(Ethernet)。
以太網(wǎng)的核心技術(shù)是:
介質(zhì)訪問控制方法CDMA/CD.這種方法解決了多結(jié)點共享公用總線的問題。
早期以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)是同軸電纜,后用雙絞線,再后用光纖。
2.以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)與工作流程
(1)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送流程
沖突:多個站點同時利用總線發(fā)送數(shù)據(jù),導(dǎo)致數(shù)據(jù)接收不正確。
總線網(wǎng)沒有控制中心,如果一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)幀,以廣播方式通過總線發(fā)送,每一個站點都能收到數(shù)據(jù)幀,其它站點也可以同時發(fā)送,因此沖突不可避免。
CSMA/CD發(fā)送流程可簡單概括為:先聽后發(fā),邊聽邊發(fā),沖突停止,延遲重發(fā)。
實現(xiàn)公共傳輸介質(zhì)的控制策略,需要解決的問題是:載波偵聽,沖突檢測,沖突后的處理方法。
(a)載波偵聽
結(jié)點利用總線發(fā)送數(shù)據(jù)時,首先偵聽總線是否空閑,以太網(wǎng)規(guī)定發(fā)送數(shù)據(jù)采用曼徹斯特編碼。判斷總線是否空閑可以判斷總線上是否有電平跳變。不發(fā)生跳變總線空閑。此時如果有結(jié)點已準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù),可以啟動發(fā)送。
(b)沖突檢測方法
載波偵聽不能完全消除沖突,原因是數(shù)字信號是以一定的速率傳輸?shù)。例如:結(jié)點A發(fā)送數(shù)據(jù)幀時,離他1000m距離的結(jié)點在一定的時間延遲后才能收到數(shù)據(jù)幀,此時間段內(nèi)如果B也發(fā)送數(shù)據(jù),造成沖突。從物理層上看,沖突時多個信號疊加,導(dǎo)致波形不同于任何結(jié)點的波形信號。
解決方案:結(jié)點A發(fā)送數(shù)據(jù)前,先發(fā)送偵聽信號,如果偵聽信號在最大距離傳輸時間2倍時,沒有沖突信號出現(xiàn),結(jié)點A肯定取得總線的訪問權(quán)。
沖突信號的延遲時間=2*D/V。其中:D是結(jié)點到最遠(yuǎn)結(jié)點的距離,V表示信號傳輸速度,信號往返的時間為延遲時間。
進(jìn)行沖突檢測的方法有兩種:比較法和編碼違例法。
比較法:將發(fā)送信號波形與從總線上接收的信號比較,如果不同說明有沖突。
違例編碼法:檢查總線上的波形是否符合曼徹斯特編碼規(guī)則,不符合說明有沖突。
(c)沖突解決方案
發(fā)現(xiàn)沖突,停止發(fā)送如果發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中檢測出沖突,為解決信道爭用沖突,發(fā)送結(jié)點停止發(fā)送,隨機(jī)延遲后重發(fā)的流程。
隨機(jī)延遲后重發(fā)的第一步:發(fā)送沖突加強(qiáng)信號,目的是延續(xù)沖突的持續(xù)時間,使得網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點都能檢測出沖突的存在,并立即丟棄沖突幀,提高信道利用率。
隨機(jī)延遲重發(fā)。以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)定每幀的最大重發(fā)次數(shù)不得超過16次,若超過則認(rèn)為線路故障。為公平解決信道爭用問題,需要確定后退延遲算法。典型的CSMA/CD采用二進(jìn)制指數(shù)退避算法,退避延遲時間計算為:t=2k×R×a 。其中:a是沖突窗口大小,R是隨機(jī)數(shù),k為沖突次數(shù),定義k的最大值,一旦k是最大值時是最后一次發(fā)送。每次的延遲時間都會根據(jù)公式求出。
以太網(wǎng)中任何結(jié)點都需要通過CSMA/CD方法爭取總線使用權(quán),從準(zhǔn)備發(fā)送到成功發(fā)送時間不確定。因此又稱為隨機(jī)爭用介質(zhì)訪問控制方法。簡單易實現(xiàn)。
(2)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)
前導(dǎo)碼(7B)與幀前定界符字段:用于接收同步階段。
目的地址與源地址(6B):分別表示幀的接收節(jié)點地址與發(fā)送節(jié)點的硬件地址。
類型字段:表示網(wǎng)絡(luò)層使用的協(xié)議類型。
數(shù)據(jù)字段(46B—15000B):是高層待發(fā)送的數(shù)據(jù)部分。
幀校驗字段:采用32位的循環(huán)冗余校驗。校驗范圍:目的地址、源地址、長度、LLC數(shù)據(jù)。
(3)以太網(wǎng)接收流程
如果一個結(jié)點利用總線成功發(fā)送數(shù)據(jù),其它結(jié)點都應(yīng)該處于接收狀態(tài)。所有結(jié)點只要不發(fā)送數(shù)據(jù),就應(yīng)該處于接收狀態(tài)。一個結(jié)點接收幀,首先判斷幀的長度。(規(guī)定了最小長度,若小與最小長度,沖突,丟棄該幀,結(jié)點重新進(jìn)入接收狀態(tài))。如果沒有沖突,結(jié)點接收幀后首先檢查幀的目的地址。(目的地址單一地址或組地址或廣播地址,屬于自己則保留,否則丟棄)。地址匹配后確認(rèn)是自己應(yīng)該接收的幀,進(jìn)一步進(jìn)行CRC校驗。 如果校驗正確,則進(jìn)一步檢測LLC數(shù)據(jù)長度是否正確。出錯則報告”幀長度錯“,否則報告”成功接收”,進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)。如果檢驗出錯,首先判斷該幀是否是8為的整數(shù)倍,是,表示沒有丟失位,則記錄”幀檢驗錯“,否則報告”幀位錯“,進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)。
以太網(wǎng)協(xié)議將接收出錯分為3類:幀檢驗錯、幀長度錯與幀位錯。
3.以太網(wǎng)的實現(xiàn)方法
每個站點都可以接收到所有來自其他站點的數(shù)據(jù)
為決定那個站點接收,需要尋址機(jī)制來標(biāo)識目的站點
目的站點將該幀復(fù)制,其他站點則丟棄該幀
4.以網(wǎng)的物理地址
IEEE802標(biāo)準(zhǔn)為每個DTE規(guī)定了一個48位的全局地址,它是站點的全球唯一的標(biāo)識符,與其物理位置無關(guān)。即MAC地址(物理地址),MAC地址為6字節(jié)(48位)。MAC地址的前3個字節(jié)(高24位)由IEEE統(tǒng)一分配給廠商,低24位由廠商分配給每一塊網(wǎng)卡。網(wǎng)卡的MAC地址可以認(rèn)為就是該網(wǎng)卡所在站點的MAC地址。
三、高速局域網(wǎng)工作原理
1.高速局域網(wǎng)的研究方法
傳統(tǒng)局域網(wǎng)技術(shù)建立在”共享介質(zhì)“的基礎(chǔ)上,網(wǎng)中所有結(jié)點共享一條公共傳輸介質(zhì),典型的控制方法有:CSMA/CD、令牌環(huán)和令牌總線。
介質(zhì)訪問控制方法使得每個節(jié)點都能夠”公平“使用公共傳輸介質(zhì),如果網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點數(shù)目增多,每個結(jié)點分配的帶寬將越來越少,沖突和重發(fā)現(xiàn)象將大量增加,網(wǎng)絡(luò)效率急劇下降,數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t增長,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量下降。
解決方案:
(1)增加公共線路的帶寬。優(yōu)點:仍然是局域網(wǎng)保護(hù)用戶已有的投資。
(2)將大型局域網(wǎng)劃分成若干個用網(wǎng)橋或路由連接的子網(wǎng)。優(yōu)點:每個子網(wǎng)作為小型局域網(wǎng),隔離子網(wǎng)間的通信量,提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。
(3)將共享介質(zhì)改為交換介質(zhì)。優(yōu)點:交換式局域網(wǎng)的設(shè)備是交換機(jī),可以在多個端口之間建立多個并發(fā)連接。交換方式出現(xiàn)后,局域網(wǎng)分為:共享式和交換式局域網(wǎng)。
2.快速以太網(wǎng)(標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3u)
以太網(wǎng)采用相同的幀格式,同樣的介質(zhì)訪問控制與組網(wǎng)方法,將速率從10Mbps提高10倍到100Mbps。解決方法只要在MAC子層使用CSMA/CD,在物理層進(jìn)行必要調(diào)整,定義新的物理層標(biāo)準(zhǔn)。形成快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3u。
100base-T標(biāo)準(zhǔn)定義了介質(zhì)獨立接口,它將MAC子層與物理層隔開,傳輸介質(zhì)和信號編碼方式的變化不會影響MAC子層。
100BASE-T的有關(guān)傳輸介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)主要有3種:
(1)100base-TX:支持2對5類非屏蔽雙絞線或2對1類屏蔽雙絞線;其中1對用來發(fā)送,1對用來接收,是全雙工系統(tǒng),每個結(jié)點可同時以100Mbps發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
(2)100base-T4:支持4對3類非屏蔽雙絞線,其中3對用于數(shù)據(jù)傳輸,1對用于沖突檢測。
(3)100base-FX:支持2芯的單;蚨嗄9饫w,主要用于高速主干網(wǎng),從結(jié)點到集線器的距離可達(dá)2km。是全雙工系統(tǒng)。
3.千兆以太網(wǎng)(標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3z)
在電視會議、三維圖形與高清晰圖像應(yīng)用中,需要使用更高帶寬的局域網(wǎng)。
設(shè)想方案:
(1)桌面10M,部門采用快速以太網(wǎng)100M,企業(yè)級采用1G的千兆以太網(wǎng)。
(2)將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)連入到ATM網(wǎng)上,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接。
IEEE802.3z標(biāo)準(zhǔn)定義了千兆網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
方法:
在物理層做一些必要調(diào)整,定義了1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn)。支持多種傳輸介質(zhì)。
4種標(biāo)準(zhǔn):
(1)1000base-T:5類非屏蔽雙絞線,距離100m。
(2)1000base-CX:屏蔽雙絞線,長可到25m。
(3)1000base-LX:使用波長1300nm的單模光纖,長可3000m。
(4)1000base-SX:波長850nm的多模光纖,長可300~550m。
3.萬兆以太網(wǎng)
萬兆以太網(wǎng),使用光纖做傳輸介質(zhì)。不存在爭用問題,不再使用CSMA/CD協(xié)議。
四、交換式局域網(wǎng)與虛擬局域網(wǎng)
1.交換式局域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)(交換式局域網(wǎng)的核心設(shè)備是局域網(wǎng)交換機(jī)。交換機(jī)需要建立“端口號/MAC地址映射表”,利用“地質(zhì)學(xué)習(xí)”的方法來動態(tài)建立和維護(hù) “端口號/MAC地址映射表”。)
(1)交換機(jī)的基本概念。交換機(jī)可以有多個端口,每個端口可以連接一個結(jié)點,也可連接共享介質(zhì)的集線器(HUB);實現(xiàn)多個端口的并發(fā)連接和多個節(jié)點的并發(fā)傳輸。交換機(jī)通常針對某種局域網(wǎng)設(shè)計,交換式局域網(wǎng)的核心設(shè)備是局域網(wǎng)交換機(jī)。
(2)交換機(jī)的特點:低交換延遲,支持不同傳輸速率和工作模式(交換機(jī)端口支持不同的傳輸速率—半雙工和全雙工模式,交換機(jī)可完成不同端口速率之間轉(zhuǎn)換),支持虛擬局域網(wǎng)服務(wù)(交換式局域網(wǎng)是虛擬局域網(wǎng)的基礎(chǔ))。
2.局域網(wǎng)交換機(jī)的工作原理
交換機(jī)需要建立“端口號/MAC地址映射表”,利用“地質(zhì)學(xué)習(xí)”的方法來動態(tài)建立和維護(hù) “端口號/MAC地址映射表”。
3.交換機(jī)的幀轉(zhuǎn)發(fā)方式
以太網(wǎng)交換機(jī)的幀轉(zhuǎn)發(fā)方式包含3類:直接交換方式、存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式、改進(jìn)的直接交換方式
• 直接交換方式
交換機(jī)只要接收幀并檢測目的地址,就立即將該幀轉(zhuǎn)發(fā)出去,不用判斷是否出錯。幀出錯檢測由結(jié)點完成。優(yōu)點:交換延遲短;缺點:缺乏檢錯,不支持不同速率端口之間的幀轉(zhuǎn)發(fā)。
• 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式
交換機(jī)需要完整接收幀并進(jìn)行差錯檢測。優(yōu)點:具有差錯檢測能力,并支持不同速率端口間的幀轉(zhuǎn)發(fā);缺點:交換延遲將會延長。
• 改進(jìn)的直接交換方式
結(jié)合上述兩種方式,接收到前64B后,判斷幀頭是否正確,正確轉(zhuǎn)發(fā)。對短幀而言,交換延遲同直通交換延遲;對長幀而言,因為只對幀頭(地址和控制字段)檢測,交換延遲將會減少。
4.虛擬局域網(wǎng)的工作原理
(1)虛擬網(wǎng)絡(luò)概念:建立在交換機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上,將局域網(wǎng)上的結(jié)點按工作性質(zhì)與需要劃分成若干個“邏輯工作組”,一個邏輯工作組就是一個虛擬網(wǎng)絡(luò)。
虛擬網(wǎng)絡(luò)以軟件方式實現(xiàn)邏輯工作組的劃分與管理,工作組的結(jié)點不受物理位置的限制(相同工作組的結(jié)點不一定在相同的物理網(wǎng)段上,只要能夠通過交換機(jī)互聯(lián))。從一個工作組到另一個工作組時,只要通過軟件設(shè)定,無需改變結(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的物理位置。
(2)組網(wǎng)方法:(4種)
A.利用交換機(jī)端口號定義虛擬局域網(wǎng):邏輯上將交換機(jī)端口劃分為不同的虛擬子網(wǎng),當(dāng)某一端口屬于一個虛擬網(wǎng)時,就不能屬于另外一個虛擬子網(wǎng)。缺點:當(dāng)將結(jié)點從一個端口轉(zhuǎn)移到另一個端口時,管理者需要重新配置虛擬網(wǎng)成員。
B.用MAC地址定義虛擬網(wǎng)絡(luò):利用MAC地址定義虛擬局域網(wǎng),因為MAC地址是與物理相關(guān)的地址,因此稱為基于用戶的虛擬網(wǎng);缺點:所有用戶初始時必須配置到至少一個虛擬網(wǎng),初始配置人工完成,隨后可自動跟蹤用戶。
C.用網(wǎng)絡(luò)層地址定義虛擬網(wǎng)絡(luò):利用IP地址定義虛擬網(wǎng)。優(yōu)點:用戶可按協(xié)議類型組成虛擬網(wǎng),可隨意移動不需要重新配置。缺點:性能比較差,原因是檢查網(wǎng)絡(luò)層地址比檢查MAC地址更費(fèi)時。
D.用IP廣播組的虛擬網(wǎng)絡(luò):基于IP廣播組動態(tài)建立虛擬網(wǎng)。廣播包發(fā)送時,動態(tài)建立虛擬網(wǎng),廣播組中的所有成員屬于一個虛擬網(wǎng)。它們只是特定時間內(nèi)特定廣播組成員。優(yōu)點:可根據(jù)服務(wù)靈活建立,可跨越路由器與廣域網(wǎng)。
5.虛擬局域網(wǎng)優(yōu)點
(1)方便網(wǎng)絡(luò)用戶管理,減少網(wǎng)絡(luò)管理開銷。通過虛擬局域網(wǎng)的設(shè)置可以在調(diào)整用戶涉及結(jié)點位置變化時,不需要重新布線。
(2)提供更好的安全性。針對不同的用戶可以設(shè)置 不同的權(quán)限和要求,虛擬網(wǎng)是一種簡單、經(jīng)濟(jì)和安全的方法。
(3)改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。虛擬網(wǎng)可以隔離不同的用戶組,將同類的用戶控制在一個虛擬局域網(wǎng)中,減少廣播風(fēng)暴的危害,有利于改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。
五、無線局域網(wǎng)
1、無線局域網(wǎng)的應(yīng)用
體現(xiàn)在4個方面:
• 擴(kuò)充傳統(tǒng)局域網(wǎng):某些特殊環(huán)境局域網(wǎng)起不到作用,利用無線解決。
• 建筑物之間的互聯(lián):鄰近的建筑物之間可采用點到點的無線鏈路。
• 漫游訪問:移動設(shè)備與無線集線器之間實現(xiàn)漫游訪問。
• 特殊網(wǎng)絡(luò)Ad hoc:無線自組網(wǎng)采用一種不需要基站的“對等結(jié)構(gòu)”移動通信模式,網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶都可能移動,每個系統(tǒng)都具備動態(tài)搜索、定位和恢復(fù)連接的能力。
2、紅外無線局域網(wǎng)
按視距方式傳播,發(fā)送點必須能直接看到接收點,中間沒有阻擋。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要有三種:定向光束紅外傳輸、全方位紅外傳輸與漫反射紅外傳輸。
3、擴(kuò)頻無線局域網(wǎng)
擴(kuò)頻通信是將數(shù)據(jù)基帶信號頻譜擴(kuò)展幾倍或幾十倍,以犧牲通信寬度為代價達(dá)到提高無線通信系統(tǒng)的抗干擾性與安全性。
擴(kuò)頻技術(shù)主要有2種:跳頻擴(kuò)頻、直接序列擴(kuò)頻。
• 跳頻擴(kuò)頻通信
特點:將利用的頻帶分為多個子頻帶,子頻 帶稱為信道。
每個信道帶寬相同,中心頻率有偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的隨機(jī)數(shù)確定,變化頻率叫跳躍系列。
發(fā)送端和接收端采用相同的跳躍系列。
• 直接序列擴(kuò)頻通信
特點:將發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼進(jìn)行異或操作,再將異或操作的結(jié)果調(diào)制后發(fā)送,所有接收結(jié)點使用相同頻段,發(fā)送端與接收端使用相同的偽隨機(jī)碼
4、無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定物理層定義紅外、跳頻擴(kuò)頻與直接序列擴(kuò)頻的數(shù)據(jù)傳輸。
MAC層分為:分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)和點協(xié)調(diào)功能子層(PCF)。
MAC層的主要功能是對無線環(huán)境的訪問控制、提供多個接入點的漫游支持,同時提供數(shù)據(jù)驗證與保密服務(wù)。
MAC層支持兩種訪問方式:無爭用服務(wù)和爭用服務(wù)。
無爭用服務(wù):系統(tǒng)中存在中心控制結(jié)點。中心控制結(jié)點的具有 點協(xié)調(diào)功能。
爭用服務(wù):類似以太網(wǎng)的隨機(jī)爭用訪問控制方式,稱為分布協(xié)調(diào)功能。
六、局域網(wǎng)互聯(lián)與網(wǎng)橋的工作原理
物理層互連用中繼器,數(shù)據(jù)鏈路層互連用網(wǎng)橋,網(wǎng)絡(luò)層互連用路由器,高層互連用網(wǎng)關(guān)。
1、網(wǎng)橋的工作原理(透明網(wǎng)橋與源路由網(wǎng)橋)
當(dāng)多個局域網(wǎng)互聯(lián)時需要數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備--------網(wǎng)橋。
作用是:數(shù)據(jù)接收、地址過濾與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的作用。
網(wǎng)橋的特點:
A.互聯(lián)兩個采用不同鏈路層協(xié)議、傳輸介質(zhì)與傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)
B.接收、存儲、地址過濾與轉(zhuǎn)發(fā)的方式實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的通信
C.需要在鏈路層以上采用相同協(xié)議
D.分隔兩個網(wǎng)絡(luò)之間的廣播通信,有利于改善網(wǎng)絡(luò)的性能與安全性
常見的情況下是網(wǎng)橋連接兩個局域網(wǎng)。
注意: 來源:考試大網(wǎng)
A.網(wǎng)橋不更改接收幀的內(nèi)容與格式,要求在MAC子層以上使用相同協(xié)議。
B.網(wǎng)橋連接的兩個局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的協(xié)議可不相同
C.衡量網(wǎng)橋性能指標(biāo)是每秒鐘接收與轉(zhuǎn)發(fā)的幀數(shù)
D.網(wǎng)橋必須具有尋址能力和路由選擇能力
2、網(wǎng)橋的路由選擇策略
網(wǎng)橋通過路由表來實現(xiàn)不同網(wǎng)段之間的幀轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋的中工作是構(gòu)建和維護(hù)路由表。路由表是用于記錄不同結(jié)點的物理地址與網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)端口的關(guān)系。
按路由表建立方法分為兩類:透明網(wǎng)橋與源路由網(wǎng)橋。
透明網(wǎng)橋:透明網(wǎng)橋的路由表記錄3個信息:站地址、端口與時間。
路由表建立過程:網(wǎng)橋初始連入局域網(wǎng)時,路由表為空;當(dāng)透明網(wǎng)橋收到一個幀時,它將記錄源MAC地址、幀進(jìn)入網(wǎng)橋的端口號和時間,然后將幀向所有其它端口轉(zhuǎn)發(fā),網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)的過程中,逐漸建立路由表。
源路由網(wǎng)橋:源路由網(wǎng)橋由發(fā)送幀的源結(jié)點負(fù)責(zé)路由選擇。
路由表過程:為發(fā)現(xiàn)合適的路由,源結(jié)點以廣播方式向目的結(jié)點發(fā)送一個用于探測的發(fā)現(xiàn)幀,發(fā)現(xiàn)幀在通過網(wǎng)橋連接的各個局域網(wǎng)中沿著所有可能的路由傳送。傳送過程中每個發(fā)現(xiàn)幀記錄路由,到達(dá)目的地后,沿著各自的路由返回源結(jié)點。源結(jié)點從所有路由中選擇一個最佳路由。
3、網(wǎng)橋與廣播風(fēng)暴
廣播風(fēng)暴:當(dāng)網(wǎng)橋的端口—結(jié)點地址表中沒有結(jié)點地址信息時,網(wǎng)橋無法決定從哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),簡單方法是廣播傳輸,但“盲目”廣播使無用的通信量劇增,造成“廣播風(fēng)暴”。
網(wǎng)橋工作在鏈路層,網(wǎng)橋根據(jù)源地址與目的地址決定是否將接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。網(wǎng)橋如果要轉(zhuǎn)發(fā)必需存儲一張端口—結(jié)點地址表。
當(dāng)結(jié)點在表中不存在時,容易形成廣播風(fēng)暴。
4、多端口網(wǎng)橋與第二層交換
以太網(wǎng)交換機(jī)通過提供在多個端口之間的并發(fā)連接提高局域網(wǎng)性能。
從工作角度看,以太網(wǎng)網(wǎng)橋與以太網(wǎng)交換機(jī)都工作在鏈路層,交換機(jī)可以看作是一個多端口的網(wǎng)橋。
網(wǎng)橋一般采用接收、存儲、地址過濾與幀轉(zhuǎn)發(fā)
交換機(jī)完成幀的轉(zhuǎn)發(fā)
交換機(jī)可以直接與計算機(jī)連接
網(wǎng)橋不是直接連接計算機(jī)而是連接局域網(wǎng)
由于交換機(jī)負(fù)責(zé)完成幀一級的交換,并工作在鏈路層,因此又被稱為第二層交換機(jī)。
目前很多交換機(jī)具有網(wǎng)橋和路由器的基本功能。
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