1、第四講 數據鏈路層(中)1第四講：數據鏈路層(中)2011年考研大綱考查范圍:數據鏈路層（局域網部分）：2知識點歸納(六)局域網 1.局域網的基本概念與體系結構 分析LAN特性的三個方面：傳輸介質、拓撲結構、介質訪問控制方法（MAC），其中MAC最重要。 傳輸介質：雙絞線、同軸電纜、光纖、無線電、紅外 拓撲結構：星形、總線形、環形、樹形3知識點歸納 IEEE在1980年2月成立了局域網標準化委員會（簡稱IEEE 802 委員會），專門從事局域網的協議制訂，形成了一簇的標準，稱為IEEE 802標準。該標準已被國際標準化組織ISO采納，作為局域網的國際標準系列，稱為ISO 8802標準。在這些標

2、準中，根據局域網的多種類型，規定了各自的拓樸結構、幀格式、媒體訪問控制方法等內容。 IEEE 802.1是局域網的體系結構、網絡管理和網際互連協議。 IEEE 802.2規范了數據鏈路層與媒體無關的部分，放在 LLC子層。LLC（Logical Link Control） 邏輯鏈路控制子層，負責完成通常意義下的數據鏈路層功能，如差錯控制、流量控制等。MAC（Media Access Control） 介質訪問控制子層，專門負責解決設備使用共享信道的問題。4 涉及與媒體訪問有關的放MAC子層，根據具體網絡的媒體訪問控制方法分別處理。其中主要的MAC協議有： IEEE 802.3載波監聽多路訪問/

3、沖突檢測CSMA/CD訪問方法和物理層協議； IEEE 802.4令牌總線（Token Bus）訪問方法和物理層的協議；其物理上是總線結構，邏輯上是令牌環； IEEE 802.5令牌環（Token Ring）訪問方法和物理層協議； IEEE 802.6關于城域網的分布式隊列雙總線 DQDB （Distributed Queue Dual Bus）的標準等； IEEE 802.11是無線局域網的介質訪問方法和物理層協議；(WiFi) IEEE 802.15是無線個人區域網WPAN的介質訪問方法和物理層協議； IEEE 802.16是無線城域網WMAN的標準。(WiMAX)知識點歸納5知識點歸納分

4、成MAC、LLC兩個子層的好處： 局域網可采用多種傳輸介質與拓撲，相應地介質訪問控制方法就有多種。將數據鏈路層分成兩個子層，只要設計合理，使得MAC子層向上面提供統一的服務接口，就能將底層的實現細節完全屏蔽掉。 即：不同的物理網絡，物理層與MAC子層不同， 而LLC子層相同，網絡的上層協議可運行于任何一種IEEE 802標準的局域網上。 這種分層方法也使得IEEE 802標準具有良好的可擴充性，可以很方便地接納新的介質與介質訪問控制方法。6知識點歸納7知識點歸納 IEEE 802標準定義了LLC子層和MAC子層的幀格式。數據傳輸過程中，LLC子層將高層遞交的報文分組作為LLC的信息字段，再加上

5、LLC子層目的服務訪問點（DSAP）、源服務訪問點（SSAP）及相應的控制信息以構成LLC幀。 DSAPSSAP控制數 據 111 or 2 長度無限制 單位：字節LLC幀：LLC首部DSAP：目的服務訪問點地址 (如 B1、B3)SSAP： 源服務訪問點地址 (如 A1、C1)LLCMACPHYLLCMACPHYLLCMACPHY( )( )( )( )( )( )進程X進程YABCB1B2B3A1A2C1進程A進程C8知識點歸納 由于 Internet 發展很快， 而 TCP / IP 體系經常使用的局域網是 DIX Ethernet II 標準的網絡，而不大用 IEEE 802.3 標準

6、中的幾種局域網，因此現在 IEEE 802 委員會制定的邏輯鏈路控制子層 LLC（即 802.2 標準）的作用已經不大， 只用于一些局域網體系結構分析的文章中， 很多廠商生產的網卡上就僅裝有 MAC 協議而沒有 LLC 協議，在分析實際的 TCP / IP 網絡時要注意這一點。9知識點歸納2. 以太網與IEEE 802.3 以太網的規范為IEEE 802.3，介質訪問控制采用CSMA/CD。 為了通信的簡便， 以太網采取了兩種方法： 第一，采用無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發送數據。 第二，不要求收到數據的目的站發回確認。不要確認的理由是局域網信道的質量很好，因信道質量產生差錯的

7、概率是很小的。 因此，以太網提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。 每塊以太網絡接口卡(NIC)都有自己48位的MAC-48地址(硬件地址)，通用名為擴展唯一標識符EUI-48，在全世界范圍內地址唯一。其中，前24位為IEEE分配的生產網卡公司的組織唯一標識符OUI(如3COM為02-60-8c)，后24位由廠家給自己生產的每塊網卡自行指派的序號。10知識點歸納(CSMA/CD工作流程)介質忙？載波監聽沖突窗口內檢 測到沖突？發送完？發送JamN16?YesNoNoYes 發送成功Yes 發送失敗No 二進制指數退避， 延遲一隨機時間NoYes發送幀 沖突次數N+11具有沖突檢測的載波

8、監聽多路訪問 CSMA/CD： 工作原理：某站點要發送數據幀前，先監聽信道，若信道空閑, 則立即發送數據 幀，若信道忙，則堅持一直監聽到信道空閑，然后立即發送數據幀， 發送數據幀的同時，邊發送邊監聽(在沖突檢測窗口的2時間內，其 中2為最遠的兩個端點間一來一回傳輸的時間), 若在此期間監聽到 沖突，立即停止發送，并發送Jam干擾信號串到網上通知全網站點以 強化沖突，使各沖突的站點馬上停止發送，使信道很快空閑下來，然 后按截斷的二進制指數退避算法延遲一段隨機時間，再監聽信道嘗試 發送。 1-堅持CSMA, 再加上CD (沖突檢測)。 沖突檢測方法： （1） 比較接收到的信號電壓的大小 或（2）

9、檢測曼徹斯特編碼的過零點 或（3） 比較接收到的信號與剛發出的信號 退避算法：為截斷的二進制指數退避算法，來決定重發時延：從 0, 1, 2, ., 2k-1 中隨機取一個數r，重發時延 = r (2)，其中 k = min 重發次數，10 知識點歸納（ CSMA/CD ）12知識點歸納 由于10M以太網最大直徑時的一來一回的時延定為 512 位時間(51.2s)，最短的以太幀必須達到512位(64字節)，考慮到電信號在電纜中傳輸速度200m /s及在中繼器中的延遲,10Mbps粗纜時兩站間最長距離不能超過2.5公里。 3-4-5原則：10Mbps以太網規劃中應該遵循的規則， 從而保證以太網能

10、夠正常工作。 5指任意兩個站點間最多有5個以太網網段 4任意兩個站點間最多有4個中繼器 3表示任意兩個站點間最多有3個網段有站點相連 也就是說如果兩個站點間有5個以太網網段，并不是所有的網段都可以連接站點，有些網段只是用來擴展網絡的距離。13知識點歸納10Mbps以太網的3-4-5原則與直徑：14知識點歸納 HUB就像是一根縮短的總線：15知識點歸納 Category 3/4/5/6 UTP 支持的帶寬：Cat.3 UTP(1&2, 3&6) 10BASE-TCat.5 UTP(1&2, 3&6) 100BASE-TXCat.5e UTP(1&2, 3&6,4&5,7&8) 1000BASE-

11、T16知識點歸納 MAC 子層兩個主要功能： (1)數據的封裝與解封(組幀、尋址和錯誤檢測) (2) 介質訪問管理(介質分配和沖突解決)發送數據封裝接收數據解封發送介質訪問管理接收介質訪問管理發送數據編碼接收數據解碼LLCMACPHY17MAC 幀字節6624IP 層物理層目的地址源地址長度/類型FCSMAC 層110 110101011前同步碼幀開始定界符7 字節1 字節8 字節插入數 據MAC 子層IP 層LLC 子層802.2LLC 幀當長度/類型字段表示長度時 802.3MAC 幀Ethernet II MAC 幀Novell 網絡使用這種 802.3 + 802.2 幀43 1497

12、111DSAPSSAP111 控制 數 據字節DSAPSSAP控制IP 數據報IP 數據報Internet TCP/IP 網絡的Ethernet II 幀格式目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 150018知識點歸納 無效的 MAC 幀： 數據字段的長度與長度字段的值不一致； 幀的長度不是整數個字節； 用收到的幀檢驗序列 FCS 查出有差錯； 數據字段的長度不在 46 1500 字節之間。有效的 MAC 幀長度為 64 1518 字節之間。對于檢查出的無效 MAC 幀就簡單地丟棄。以太網不負責重傳丟棄的幀。 幀間最小間隔為 9.6 s，相當于 96 bit 的發送時間。 一個站在檢

13、測到總線開始空閑后，還要等待 9.6 s 才能再次發送數據。這樣做是為了使剛剛收到數據幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準備。 19快速以太網 (Fast Ethernet): 快速以太網 (Fast Ethernet，FE)，包括100BASE-X （100BASE-TX、100BASE-FX）和 100BASE-T4。 與10Mbps以太網的比較： 傳輸率快10倍，因而沖突域直徑減小約10倍 MAC 子層仍采用 CSMA/CD, 但重新定義了物理層規范 幀類型、幀長、幀格式仍沿用 IEEE 802.3，但幀間間隔 由 9.6s 調整為0.96 s (因為傳輸速率提高了10倍)知識

14、點歸納20快速以太網物理層:知識點歸納21快速以太網分類:知識點歸納22100BASE-TX 實現: 100BASE-TX 使用 2 對 5 類 UTP 電纜，用線對 1/2(發送), 3/6(接收)，電纜制作同10BASE-T，連接器使用8針RJ-45連接器，從站點到集線器或交換機間的距離應小于 100m。知識點歸納23100BASE-TX的連接距離: II 類中繼器HUB只連接相同類型的快速以太網站點，時延0.46s，一個沖突域可有2個中繼器HUB。知識點歸納24 I 類中繼器HUB可連接不同類型的100BASE-TX,-FX,-T4,并進行適配轉換，時延0.7s，一個沖突域只能有1個中繼

15、器。知識點歸納25100BASE-FX 實現: 100BASE-FX 使用 2 根多?；騿文９饫w ，一根光纖用來發送, 一根用來接收，可使用SC(多使用此)或ST連接器。CSMA/CD半雙工與HUB連接時最長可400m(為確保能檢測沖突)，使用多模光纖全雙工與交換機連接時可2km，而使用單模光纖全雙工與交換機連接時可10km。知識點歸納26快速以太網的自動協商:自動協商（Auto Negotiation）： 使連接在一條線路上的兩個設備能夠告知另一端可能的速率，集線器或網卡將自動調整速率至最高的公共水平，即線路兩端可能具有的最高速率。按優先權從高到低依次為： 100BASE-TX全雙工 100

16、BASE-T4 100BASE-TX 10BASE-T全雙工 10BASE-T知識點歸納27Auto Negotiation 舉例: 加電時，線路兩端的設備互相告知另一端自己可能的速率，集線器或網卡將自動調整速率至線路兩端可能具有的最高公共速率，即 10BASE-T Half Duplex。知識點歸納28 快速以太網組網實例:知識點歸納29千兆以太網(Gigabit Ethernet， GE):允許速率在1Gbps下全雙工(交換機)和半雙工(HUB)兩種方式工作 采用802.3協議規定的MAC 幀格式半雙工方式下使用 CSMA/CD 協議, 全雙工方式不使用 CSMA/CD與 10BASE-T

17、和100BASE-T技術向后兼容千兆位以太網有兩個物理層標準： IEEE 802.3z (1000BASE-X, 1998.6) IEEE 802.3ab (1000BASE-T, 1999.4)1000BASE-X：對應于802.3z標準，該標準基于光纖通道的物理層，使用媒體有三種：1000BASE-SX(多模光纖，用850nm短波長激光器)、 1000BASE-LX (多?；騿文９饫w，用1300nm長波長激光器)、1000BASE-CX (短距離平衡型銅纜)。1000BASE-T：對應于802.3ab標準，該標準使用增強型5類(超5類)或6類UTP，一根UTP電纜中的8根線(4對)全部用上

18、了。并采用了與100BASE-TX類似的自動協商機制。知識點歸納30千兆以太網系列:802.3z802.3abMAC層物理層傳輸媒體知識點歸納31千兆以太網的最大傳輸距離:知識點歸納32千兆以太網關鍵技術: 千兆以太網工作在半雙工方式時： 必須進行沖突檢測，由于速率比以前又提高10倍，因此只能減小最大電纜長度10倍或增大最短幀長度10倍，前者使最大電纜長度減小到10m，實用價值太??；后者在發送短數據時開銷又太大，所以在保持網段最長100m的同時，采用下法：(1) 載波延伸 (carrier extension)(2) 分組突發（packet bursting) 千兆以太網工作在全雙工方式時：

19、通信雙方可同時進行發送和接收數據，此時無沖突發生，不使用沖突檢測，因此不使用載波延伸和分組突發。知識點歸納33 最小幀長仍保持64字節（512位）不變，但規定爭用期為512字節（即4096位時間）。當發送一幀時，如果幀長小于512字節，那么物理層將發送一個特殊的“擴展載波”符號序列進行填充，直至幀長達到512字節。目地地址源地址數據長度數 據FCSMAC 幀的最小值 = 64 字節載波延伸前同步碼加上載波延伸使 MAC 幀長度 = 爭用期長度512 字節在以太網上實際傳輸的幀長6 字節8 字節6 字節2 字節4 字節載波延伸法:知識點歸納34分組突發法： 當有很多短幀要發送時，第一個短幀用載波

20、擴展的方法進行填充，但隨后的一些短幀則可一個接一個地發送，它們之間只需留有必要的幀間最小間隔即可，形成一串分組突發，直至總長達到1500字節或稍多。發送的數據 分組#1 RRRRRRRR 分組#2 RRRR 分組#3 RRR 分組#4爭用期 512 字節將突發計時器設定為 1500 字節載波延伸載波監聽 知識點歸納35千兆以太網實現：知識點歸納361000Base-X 的實現：1000BASE-SX (多模光纖，用850nm短波長激光器) 1000BASE-LX (多?；騿文９饫w，用1300nm長波長激光器)1000BASE-CX (短距離平衡型銅纜)知識點歸納371000Base-T 的實現

21、：使用增強型5類(超5類) 或6類UTP，一根UTP電纜中的8根線(4對) 全部用上知識點歸納38千兆以太網的應用：知識點歸納39萬兆以太網（ 10Gigabit Ethernet，10GE）： 萬兆以太網以比前者10倍以上的能力增加帶寬，其通信處理通力將極大地緩解局域網主干網所承受的壓力，同時也為用戶提供高效運行數據密集型應用程序所需的可伸縮性和速度。更重要的是，它還從根本上對城域網、廣域網以及其它長距離網絡應用提供了極大支持，它與現存的大量SONET（電信使用的光網絡）兼容，可將萬兆以太網流量映射到SONET的STS-192c幀中。 萬兆以太網標準對物理層進行了重新定義。新標準的物理層有兩

22、種：分別為LAN物理層和WAN物理層(可選)。LAN物理層提供了現在正廣泛應用的以太網接口，傳輸速率為10Gb/s；WAN 物理層則提供了與 SONET OC-192c (STS-192c) 和SDHSTM-64相兼容的接口，傳輸速率為 9.95328 Gb/s。知識點歸納40萬兆以太網的幀格式與10Mb/s，100Mb/s，1Gb/s以太網的幀格式完全相同，還保留了802.3標準規定的以太網最小和最大幀長，這樣它仍能和較低速率的以太網很方便通信。只使用光纖作為傳輸媒體。它使用長距離（超過40 km）的光收發器與單模光纖接口，以便能夠工作在廣域網和城域網的范圍。萬兆以太網也可使用較便宜的多模光

23、纖，但傳輸距離為65300m。只工作在全雙工方式，因此不存在爭用問題，也不使用 CSMA/CD協議，傳輸距離不再受進行沖突檢測的限制而大大提高（交換網絡的傳輸距離只受光纖所能到達距離的限制），而且使標準得以大大簡化。知識點歸納41萬兆以太網的物理層：局域網物理層 LAN PHY。局域網物理層的數據率是 10.000 Gb/s。可選的廣域網物理層 WAN PHY。廣域網物理層具有另一種數據率，這是為了和所謂的“Gb/s”的 SONET/SDH（即OC-192/STM-64）相連接。為了使 10 吉比特以太網的幀能夠插入到OC-192/STM-64幀的有效載荷中，就要使用可選的廣域網物理層，其數據

24、率為 9.95328 Gb/s。 知識點歸納42端到端的以太網傳輸： 萬兆以太網的出現，使以太網的工作范圍已經從局域網（校園網、企業網）擴大到城域網和廣域網，從而實現了端到端的以太網傳輸。 10G以太網巨大的帶寬使之可以成為園區骨干網或企業數據中心的首選，更使城域網和廣域網的面貌煥然一新。長距離LAN物理層和兼容SONET的WAN物理層的定義，賦予以太網在廣域網中前所未有的強大形象。 在寬帶城域網的大量建設中， 萬兆或萬兆捆綁這樣的寬帶需求在城域網中的匯聚層及骨干層有相當多的市場需求。 由于10G以太網又支持與SONET/SDH基礎架構的無縫連接能力， 這使得10G 以太網方案將在新興的寬帶廣

25、域網市場取得發展。可以設想， 10G以太網在城域網中的應用將可在同一城市中任意兩座大樓間實現互連，通過光纖實現10G以太網連接， 用戶將得到前所未有的高速傳輸速率。知識點歸納433. 無線局域網與IEEE 802.11知識點歸納 WLAN在無線網絡中的位置44 WLAN (Wireless Local Area Network ) 是指傳輸范圍在 100米左右的無線網絡，它的推動聯盟為 Wi-Fi Alliance （目前都以 Wi-Fi 產品的稱呼來形容 802.11 的產品），可用于單一建筑物或辦公室之內，需要使用WLAN的場合主要包括： (1)不方便架設有線網絡的環境; (2)使用者時常

26、需要移動位置; (3)臨時性的網絡。 802.11 WLAN主要面向兩種應用類型： (1) 接入：無線站點通過無線接入設備訪問企業網絡 (2) 中繼：利用無線信道作為企業網的干線，用于大樓(LAN)與大樓(LAN)之間的數據傳輸知識點歸納45 在實際使用上，通常會將WLAN和現有的有線局域網結合，不但增加原本網絡的使用彈性，也可擴大無線網絡的使用范圍。 IEEE的802.11及其相關標準： (IR) IEEE 802.11b, 11Mbps ，采用CCK調制技術, 11或13個信道，最多3個互不重疊，工作在2.4GHz頻段 IEEE 802.11a, 54Mbps，使用OFDM調制技術, 多個

27、信道，最多12個互不重疊，工作在5GHz頻段 IEEE 802.11g, 54Mbps，使用OFDM調制技術, （802.11g兼容802.11b） 11或13個信道，最多3個互不重疊，工作在2.4GHz頻段 IEEE 802.11n, 108Mbps320至600Mbps，雙頻工作模式（含2.4GHz和 5GHz 兩個工作頻段）, 兼容以往的802.11a,b,g標準。采用MIMO與 OFDM調制相結合、天線等傳輸技術使傳輸距離大大增加，可達幾公 里（并能夠保障100Mbps的傳輸速率）。知識點歸納46802.11b/g 互不重疊信道的選擇：16112.412G2.4GHz2.4172.42

28、22.4272.4322.4372.4422.4472.4522.4572.4622.4672.4722.4835GHz234125789101322MHz 北美使用111信道，歐洲使用113信道。由圖知，某信道的信號傳送時會與相鄰的多個信道產生重疊，若在同一個空間建立多個BSS/IBSS時，要讓它們所用的信道不會互相重疊而產生干擾。在同一個空間最多只能使用1、6、11這三個信道，若選用其他信道，最多只能有2個互不干擾的信道。知識點歸納47同一空間802.11b多信道的使用增加帶寬Blue = 11Mb/s (channel 1)Green = 11Mb/s (channel 6)Red =

29、11Mb/s (channel 11)Total Bandwidth=33Mb/s!48無線局域網 WLAN 的組成，兩種類型的 WLAN ：1. Infrastructured 網（有固定基礎設施的網絡）2. Ad Hoc 網（特定網絡，或稱自組網絡，無固定基礎設施）知識點歸納49Infrastructured 網(基礎設施網) 有AP(Access Point, 接入點)， 無線站點通信首先要經過APAd Hoc 網（無線自組網）IBSS (Independent BSS，獨立基本服務集)，無AP，站點間直接通信）IBSSBSSBSS（基本服務集）：知識點歸納50ESS（擴展服務集）： 屬

30、 Infrastructured 網 ( DS:分配系統，AP：接入點， SSID：ESS擴展服務集標識符) 。一個移動節點使用某 ESS 的 SSID 加入ESS，移動節點可實現ESS中的一個BSS到另一個BSS的漫游。知識點歸納51移動自組網 (Mobile Ad hoc network)： 移動自組網（MANET），無基礎設施，沒有基本服務集中的接入點 AP， 而是由一些處于平等狀態的移動站之間相互通信組成的臨時網絡。移動自組網絡中的每一個移動設備都具有路由器的轉發分組的功能。 自組網絡AEDCBF源結點目的結點轉發結點轉發結點轉發結點知識點歸納52中繼例：擴展距離 - 無線網橋中繼：利

31、用無線信道作為企業網的干線，用于大樓與大樓之間 的數據傳輸。知識點歸納53Channel 1Access PointWireless ClientsChannel 1Access PointWireless Repeater “Cell”LAN Backbone無線中繼 (Wireless Repeater) 例：知識點歸納54802.11 標準中的 PHY層： WLAN 傳輸方式有 紅外線 (Infra Red, IR) 和 無線電射頻 兩種 紅外系統的優點：不受無線電干擾；視距傳輸，檢測和竊聽困難，保密性好。缺點是：對非透明物體的透過性極差，傳輸距離受限；易受日光、熒光燈等干擾；半雙工通信

32、。無線電射頻系統采用 擴頻 (Spread Spectrum) 技術進行調制。擴頻技術的頻率范圍開放在 ISM 頻段，此頻段不需申請： Industry: 902 928 Mhz (26MHz) Science: 2.42.4835 GHz (83.5MHz) Medicine: 5.155.35 GHz and 5.7255.825 GHz (300MHz)擴頻技術主要又分為 跳頻 和 直接序列 兩種技術。知識點歸納55FHSS （跳頻擴頻）*Frequency Hopping Spread Spectrum FHSS 使用了傳統的窄帶數據傳輸技術，但傳輸頻率將發生周期性的切換。系統在一個擴

33、展或寬波段的信道上使用不同的中心頻率， 以預先安排好的順序在固定的時間間隔內進行跳頻。 跳頻現象可以使FHSS系統避免受到信道內窄帶噪聲的干擾。56DSSS（直接序列擴頻）* Direct Sequence Spread Spectrum（Chip code 也稱為 pseudo-noice 或 spreading code） DSSS系統則將要傳輸的數據流通過擴展碼調制而人為地擴展帶寬，即使在傳輸波段中存在部分噪聲信號，接收機也可以無錯誤地接收數據。57使用擴頻技術的好處： 擴頻是一種在信號傳輸前先將信號的帶寬進行擴展的技術。采用擴頻的好處是： 抗干擾。若使用窄頻，容易受到使用相同頻率的通信

34、 干擾導致完全無法通信(“蓋臺”) 對于非特定的目的接收器，擴展了帶寬的信號混在背 景噪聲中，讓蓄意想偵聽竊取數據資料的人不易判別 真正的信號，避免了他人的截聽 提供了供多個用戶使用同一傳輸波段的方法，保證了 無線設備在頻段上的可用性和可靠的吞吐量，也保證 使用同一頻段的設備不互相影響。知識點歸納58IEEE 802.11 PHY層：FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum，跳頻擴頻DSSS Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列擴頻OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexin

35、g，正交頻分復用（也叫多 載波調制技術，載波數可多達52個），802.11a/g用，信號經相應的各種 調制（如PSK、QAM等）后，速率可達54/48/36/24/18/12/9/6MbpsHR-DSSS High Rate DSSS，802.11b用，信號經相應的各種調制（如PSK 、 CCK等）后，傳輸速度可達11/5.5/2/1MbpsOFDM/DSSSPhysical Layer知識點歸納59 802.11 標準中的 MAC層： 無線局域網雖然也是多個站點共享無線信道，卻不能簡單地搬用以太網的 CSMA/CD 協議，這里主要有兩個原因： CSMA/CD 協議要求一個站點在發送本站數據的

36、同時還必須不間斷地檢測信道，但在無線局域網的設備中要實現這種全雙工功能花費過大； 即使我們能夠在發送的同時實現沖突檢測的功能，并且當我們在發送數據時檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發生沖突。知識點歸納60802.11 MAC： MAC 層通過協調功能來確定在基本服務集 BSS 中的移動站在什么時間能發送數據或接收數據。知識點歸納61 分布協調功能 DCF -爭用服務（必選項） ( Distributed Coordination Function ) DCF 在每一個結點使用 CSMA 機制的分布式接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發送權。因此 DCF 向上提供爭用服務。 點協調功能

37、PCF -無爭用服務（可選項） ( Point Coordination Function ) PCF 使用 AP 集中控制的接入算法將發送數據權輪流交給各個站從而避免了沖突的產生知識點歸納62802.11 CSMA 發送站：- 如監聽到信道空閑, 經DIFS 時間后則發送整個幀（發送時不用沖突檢測）-如果監聽到信道忙，則堅持監聽到不忙時，經DIFS 時間后進入競爭期，進行二進制指數退避（第 i 次退避時，在 2i+2 個時隙中隨機選擇一個），退避后重新嘗試發送-如果發后未收到ACK(超時)，則重發幀802.11 CSMA 接收站：- 如果接收正確，則在SIFS時 間后應答一個 ACK 幀 其

38、它站點： 聽到信道上在發送數據，則推遲訪問信道 NAV(Network Allocation Vector)時間知識點歸納63802.11 MAC： CSMADIFS: 一般用于發送數據幀和管理幀時的幀間間隔SIFS: 一般用于ACK應答、CTS應答、AP探詢應答、長MAC幀分片傳輸時的幀間間隔PIFS：一般用于開始使用PCF方式時的幀間間隔64Q：無線站點監聽時如何判定信道“忙”？A：802.11 標準規定在物理層的空中接口進行載波監聽， 通過收到的相對信號強度是否超過一定的門限數值來 判定是否有其他的無線站點在信道上發送數據。Q：為何無線站點監聽到信道空閑還要再等待？ A：因為此時可能有多

39、個站點都在監聽，而其他的站點可 能有更高優先級的幀要發送，如其有，就要讓高優先 級幀先發送（高優先級幀需等待的幀間間隔時間較短， 可優先獲得發送權，低優先級幀需等待的幀間間隔時 間較長，須等待較長時間。SIFS PIFS DIFS ）知識點歸納65幀間間隔 IFS： 所有的站在完成發送后，必須再等待一段很短的時間（繼續監聽）才能發送下一幀。這段時間的通稱為幀間間隔 IFS (InterFrame Space) 幀間間隔長度取決于該站欲發送的幀的類型。高優先級幀需要等待的時間較短，因此可優先獲得發送權，但低優先級幀就必須等待較長的時間 若低優先級幀還沒來得及發送而其他站的高優先級幀已發送到媒體，

40、則媒體變為忙態，因而低優先級幀就只能再推遲發送了，這樣就減少了發生碰撞的機會知識點歸納66 虛擬載波監聽(Virtual Carrier Sense)： 源站將它還要占用信道的時間（包括目的站發回確認幀所需時間）在其 MAC 幀首部字段“持續時間”中填入指示給所有其他站，其他所有站會在這段時間都停止發送數據, 這樣大大減少了沖突的機會。 “虛擬”是指其他站并沒有真正監聽信道，而是檢測到源站發送幀中的“持續時間”才不發送數據，這種效果好像是其他站都監聽了信道。 當一個站檢測到正在信道中傳送的 MAC 幀首部的“持續時間”字段時，就調整自己的網絡分配向量 NAV (Network Allocati

41、on Vector)，NAV 指出了必須經過多少時間才能完成數據幀的這次傳輸，才能使信道轉入到空閑狀態。知識點歸納67隱終端(Hidden terminal)效應： 如只使用 CSMA，偵聽到信道 “閑” 可能結果不正確，由于： (a) 隱蔽站問題 - 在發送方偵聽不到: A, C 不能互相聽到，中間有障礙物、信號衰減，A、C 于是都發給 B， B 處此時會產生沖突。 (b) 信號強度衰減問題 - C 在發送，由于信號傳輸衰減，傳到 A 處時，A 聽不到，A 以為聽到信道閑，也發， 接收站 B 處此時產生沖突。 隱終端是指在接收者的通信范圍內而在發送者通信范圍外的終端。LocationSign

42、al strengthABC知識點歸納68暴露終端(Exposed terminal)效應：當節點B向節點A發送數據時，節點C也希望向節點D發送數據。 根據CSMA協議，節點C偵聽信道，它將聽到節點B正在發送數據，于是錯誤地認為它此時不能向節點D發送數據， 但實際上它的發送不會影響節點A的數據接收，這就導致節點C所謂暴露終端問題的出現。暴露終端是指在發送者的通信范圍之內而在接收者通信范圍之外的終端。ABCD知識點歸納69沖突避免: 在發送長數據幀前，增加 RTS-CTS 交互：進一步改進:CSMA/CA: 信道預約發送站: 發出短的 RTS幀(request to send)預約信道接收站:

43、應答短的 CTS幀 (clear to send)同意預約CTS 為發送站保留信道, 起了通知其它(可能隱蔽的)站點的效果避免了隱蔽站點造成的沖突 知識點歸納知識點歸納70沖突避免: RTS-CTS 預約信道：RTS 與 CTS 為短幀:由于RTS幀長20字節，CTS幀長14字節，比最大數據幀長度2346字節要短很多，所以發生沖突可能性很小最后效果類似于沖突檢測 協議設計精巧，碰撞很少會發生。但極少數情況下碰撞仍可能發生，如B和C站同時向A發送RTS幀，這兩個RTS幀就會發生碰撞，A收不到正確的RTS幀，因而也不會發送后續的CTS幀，這時，B和C發現超時后，會隨機推遲一段時間后重新發送其RTS

44、幀，推遲時間的算法也是使用二進制指數退避。知識點歸納71隱終端問題解決方式節點A欲發送一數據包給節點B, 首先A發送一RTS給B;B發送CTS;A收到CTS后發送數據;C監聽到CTS，知道有節點在發送數據，A和B數據傳輸時間C不會發數據包。72暴露終端問題解決方式1、發送者發送 RTS。2、接收者返回 CTS。3、鄰居節點： 如果收到 CTS則保持安靜，不能傳輸數據。 如果只收到 RTS 而沒收到 CTS,可以傳輸數據。73802.11 MAC: CSMA/CA計算隨機退避時間(2i+2個時隙選一）以再次重新試圖接入信道74二進制指數退避 (Binary Backoff) 當信道從忙態變為空閑

45、時，多個等著發送的站點此時可能都想發送數據幀，當這些站點要發送數據幀時，不僅都必須等待一個 DIFS 間隔， 而且還要進入爭用窗口，計算隨機退避時間和進行各自退避，以便再次重新試圖接入到信道， 這樣就可以減少發生沖突的概率（當多個站都打算占用信道時）。 總結WLAN使用CSMA/CA競爭無線信道時， CA沖突避免措施一共采用了以下這些方法： 1. 二進制指數退避 2. 虛擬載波監聽 3. RTS/CTS預約信道 4. 各站根據所發幀的優先級，采用不同的幀間間隔延遲DIFS、PIFS或SIFS 75Binary Backoff 具體的802.11使用的二進制指數退避算法（Binary Backo

46、ff）如下： 第 i 次退避時，在 2i+2 個時隙中隨機選擇一個。 例 第1次退避在8個時隙中隨機選擇一個（而不是象以太網那樣第1次沖突后在2個時隙中選）； 第2次退避在16個時隙中隨機選擇一個（而不是象以太網那樣第2次沖突后在4個時隙中選）。 。 然后根據該時隙數設置一個退避計時器進行減1計時，當計時器時間減小到0時就開始發送數據。若時間還未減到0信道又變為忙，則凍結該計時值重新等待信道變為空閑、再經過時間DIFS后，繼續啟動退避計時器（從剩下的時間開始）。這樣規定有利于該繼續啟動計時器的站更早地接入信道中。76點協調功能 PCF （選項） 以上內容為： 分布協調功能 DCF CSMA/C

47、A, 爭用服務（必選項） 所有的 AP 、STA都須具有此功能IEEE 802.11 還有： 點協調功能 PCF 無爭用服務（可選項） ( Point Coordination Function ), 某些 AP 有此功能。 具有該功能的 AP 使用集中控制的接入算法將發送數據權輪流交給各個站，從而避免了沖突的產生?？梢杂迷跁r間敏感的服務場合，如音頻、視頻傳輸時；AP 通過使用短的幀間間隔 PIFS，可獲得優先發送權；AP 有了優先發送權，就可以輪流向各個無線站點發送查詢請求，從而控制無線介質的訪問。77無線接入過程 STA (工作站）啟動初始化、開始正式使用 AP 傳送數據幀前，要經過三個階

48、段才能接入: (1) 掃描(SCAN) (2) 認證(Authentication) (3) 關聯(Association) 78無線接入過程 無線接入第一階段 : 掃描（ SCAN ) 階段 1、主動掃描方式（特點：能迅速找到） STA 依次在11個信道發出 Probe Request 幀，尋找與STA所屬有相同SSID的AP，若找不到有相同 SSID 的 AP，則一直掃描下去 2、被動掃描方式（特點：找到時間較長，但STA節電） STA被動等待AP 每隔一段時間定時送出的 Beacon 信標幀，該幀提供了AP及所在BSS相關信息： “我在這里”79 無線接入第二階段 : 認證（Authen

49、tication）階段 當 STA 找到與其有相同 SSID 的 AP，在 SSID 匹配的 AP 中，根據收到的 AP 信號強度，選擇一個信號最強的 AP，然后進入認證階段。只有身份認證通過的站點才能進行無線接入訪問。802.11提供幾種認證方法，有簡單有復雜，如采用802.1x/EAP認證方法時大致為： STA向AP發送認證請求AP向認證服務器發送請求信息要求驗證STA的身份認證服務器認證完畢后向AP返回相應信息如果STA身份不符，AP向STA返回錯誤信息 如果STA身份相符，AP向STA返回認證響應信息 無線接入過程80 無線接入第三階段 : 關聯（Association）階段 當 AP

50、 向 STA 返回認證響應信息、身份認證獲得通過后， 進入關聯階段。STA 向 AP 發送關聯請求AP 向 STA 返回關聯響應 至此，接入過程才完成， STA 初始化完畢，可以開始向 AP 傳送數據幀。無線接入過程81無線接入過程示意圖Authentication ServerAPSTAProbe RequestProbe Response Probe RequestProbe ResponseSSID比較Authentication RequestAuthentication ResponseAssociation RequestAssociation Response掃描認證關聯Y82802.11協議定義三類幀 數據幀 控制幀-RTS幀、CTS幀、ACK幀 等 管理幀-Probe Request / Response幀 (主動掃描時) Beacon幀 (信標幀, 被動掃描時 AP 發出) Authentication Request / Response幀、 DeAuthenticat