網(wǎng)絡原理第八章課件

1、計算機網(wǎng)絡第 8 講計算機網(wǎng)絡第 8 講第3章 數(shù)據(jù)鏈路層2上次課知識點了解以太網(wǎng)多播理解以太網(wǎng)的幀格式、網(wǎng)橋的特點、碰撞域、廣播域、透明網(wǎng)橋為何需要生成樹算法掌握集線器的工作原理、網(wǎng)橋的基本原理和集線器的區(qū)別，透明網(wǎng)橋轉發(fā)表的自學習第3章 數(shù)據(jù)鏈路層2上次課知識點了解第3章 數(shù)據(jù)鏈路層3第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）3.7 無線局域網(wǎng) 3.7.1 無線局域網(wǎng)的組成 3.7.3 802.11局域網(wǎng)的MAC協(xié)議 3.7.5 其他無線計算機網(wǎng)絡第3章 數(shù)據(jù)鏈路層3第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）3.7 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層3.7 無線局域網(wǎng)4 無線局域網(wǎng)可分為兩大類：有固定基礎設施的網(wǎng)絡 無固定基礎設施的

2、網(wǎng)絡因特網(wǎng)APAP第3章 數(shù)據(jù)鏈路層3.7 無線局域網(wǎng)4 無線局域網(wǎng)可分為802.11無線局域網(wǎng)802.11無線局域網(wǎng)又稱為Wi-Fi（Wireless Fidelity，即無線保真度）802.11是IEEE制定的無線局域網(wǎng)的協(xié)議標準目前使用最廣泛的無線局域網(wǎng)就是802.11無線局域網(wǎng)，因此Wi-Fi幾乎成為了無線局域網(wǎng)WLAN的同義詞802.11既支持有固定基礎設施的網(wǎng)絡，也支持無固定基礎設施的網(wǎng)絡，但使用最多的是它的有固定基礎設施的組網(wǎng)方式。5第3章 數(shù)據(jù)鏈路層802.11無線局域網(wǎng)802.11無線局域網(wǎng)又稱為Wi-Fi第3章 數(shù)據(jù)鏈路層3.7 無線局域網(wǎng)3.7.1 無線局域網(wǎng)的組成1.

3、有固定基礎設施的無線局域網(wǎng)AP1AP26接入點Access Point第3章 數(shù)據(jù)鏈路層3.7 無線局域網(wǎng)3.7.1 無線局接入點 & 建立關聯(lián)一個無線站若要加入到一個基本服務集 BSS(Basic service set)，就必須先選擇一個接入點 AP，并與此接入點建立關聯(lián)。建立關聯(lián)就表示這個無線站加入了選定的 AP 所屬的子網(wǎng)，并和這個 AP 之間創(chuàng)建了一個虛擬線路。只有關聯(lián)的 AP 才向這個無線站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而這個無線站也只有通過關聯(lián)的 AP 才能向其他站點發(fā)送數(shù)據(jù)幀。7第3章 數(shù)據(jù)鏈路層接入點 & 建立關聯(lián)一個無線站若要加入到一個基本服務集 BS接入點 & 建立關聯(lián)每個AP有一個服務集

4、標識符SSID (Service Set Identifier) ，其實就是一個名字。無線站與接入點建立關聯(lián)的方法有兩種：被動掃描，AP周期性發(fā)出帶有SSID的信標幀。主動掃描，無線站主動發(fā)出探測請求幀，然后等待從AP發(fā)回的探測響應幀。當你在Microsoft Windows XP中“查看可用網(wǎng)絡時”，將顯示所在區(qū)域內(nèi)每個AP的SSID。用戶可以選擇其中的一個并與之建立關聯(lián)。8第3章 數(shù)據(jù)鏈路層接入點 & 建立關聯(lián)每個AP有一個服務集標識符SSID (S熱點(hot spot)通過AP可以很方便地接入到因特網(wǎng)。無線因特網(wǎng)服務提供者 WISP (Wireless Internet Service

5、 Provider)提供連接因特網(wǎng)的AP。用戶可以通過無線信道接入到 WISP，然后再經(jīng)過y有線信道接入到因特網(wǎng)?，F(xiàn)在許多地方，如辦公室、機場、快餐店、旅館、購物中心等都能夠向公眾提供有償或無償接入 Wi-Fi 的服務。這樣的地點就叫做熱點。9第3章 數(shù)據(jù)鏈路層熱點(hot spot)通過AP可以很方便地接入到因特網(wǎng)。無2. 自組網(wǎng)絡 (ad hoc network) 自組網(wǎng)絡AEDCBF源結點目的結點轉發(fā)結點轉發(fā)結點轉發(fā)結點自組網(wǎng)絡是沒有固定基礎設施（即沒有 AP）的無線網(wǎng)絡。復雜的自組織網(wǎng)絡支持結點間的多跳存儲轉發(fā)10第3章 數(shù)據(jù)鏈路層2. 自組網(wǎng)絡 (ad hoc network) 自組

6、網(wǎng)絡A移動自組網(wǎng)絡的應用前景 攜帶了移動站的戰(zhàn)士可利用臨時建立的移動自組網(wǎng)絡進行通信。作戰(zhàn)的地面車輛群和坦克群，以及海上的艦艇群、空中的機群。 在搶險救災時利用移動自組網(wǎng)絡進行及時的通信。11第3章 數(shù)據(jù)鏈路層移動自組網(wǎng)絡的應用前景 攜帶了移動站的戰(zhàn)士可利用臨時建立的移CSMA/CA協(xié)議12問題在無線局域網(wǎng)中，同時發(fā)送數(shù)據(jù)的多個站點之間會發(fā)生沖突（信號會相互疊加干擾），導致數(shù)據(jù)傳輸失敗。能否使用CSMA/CD來解決該問題？沖突CSMA/CA協(xié)議12問題在無線局域網(wǎng)中，同時發(fā)送數(shù)據(jù)的多個CSMA/CA協(xié)議隱蔽站問題 當A和C都向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)時，由于互相檢測不到對方的無線信號，因此檢測不到?jīng)_突。

7、A 的無線信號覆蓋范圍C 的無線信號覆蓋范圍ABCD13CSMA/CA協(xié)議隱蔽站問題 當A和C都向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)時，不能簡單照搬CSMA/CD協(xié)議在無線信道中，接收信號遠小于發(fā)送信號，要實現(xiàn)沖突檢測，對硬件要求很高（成本高）。即使在硬件上實現(xiàn)了無線信號的沖突檢測功能，由于無線網(wǎng)絡特有的隱蔽站問題，仍然可能無法檢測到?jīng)_突。14CSMA/CA協(xié)議不能簡單照搬CSMA/CD協(xié)議在無線信道中，接收信號遠小于發(fā)CSMA/CA協(xié)議3.7.3 CSMA/CA 協(xié)議802.11無線局域網(wǎng)使用CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoida

8、nce)協(xié)議在CSMA基礎上進行改進：增加確認機制（停止等待協(xié)議），實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸功能。沒有實現(xiàn)沖突檢測，但是增加了一些沖突避免(Collision Avoidance)機制。15CSMA/CA協(xié)議3.7.3 CSMA/CA 協(xié)議802.CSMA/CA協(xié)議確認機制的作用和必要性 由于沒有有線網(wǎng)絡的沖突檢測功能，而沖突又不可能完全避免，通過確認機制可以間接發(fā)現(xiàn)沖突以便及時重傳無線信道容易受干擾，信道誤碼率要遠遠高于有線信道，在媒體接入層增加確認機制可以盡快恢復差錯，為上層提供較好的傳輸服務16CSMA/CA協(xié)議確認機制的作用和必要性 由于沒有有線網(wǎng)絡的確認與幀間間隔發(fā)送方檢測到信道空閑后至少等

9、一個分布式幀間間隔(Distributed Inter-Frame Space)時間才能發(fā)送數(shù)據(jù)接收方收到數(shù)據(jù)無誤后，等一個短幀間間隔(Short Inter-Frame Space)時間后發(fā)回一個確認幀發(fā)送方超時沒有收到確認則進行重傳CSMA/CA協(xié)議發(fā)送方接收方DIFSDataSIFSACK17tt確認與幀間間隔發(fā)送方檢測到信道空閑后至少等一個分布式幀間間隔確認與幀間間隔DIFS大于SIFS不同大小的幀間間隔提供了一種優(yōu)先級機制！確認幀優(yōu)先級高于數(shù)據(jù)幀，可以避免確認過程被其他站的數(shù)據(jù)幀所打斷一旦確認過程被打斷就會導致發(fā)送方進行不必要的重傳CSMA/CA協(xié)議發(fā)送方接收方DIFSDataSIF

10、SACK18?tt確認與幀間間隔DIFS大于SIFSCSMA/CA協(xié)議發(fā)送方接用總線來表示無線信道CSMA/CA協(xié)議19何時最易發(fā)生沖突？ A B C D E用總線來表示無線信道CSMA/CA協(xié)議19何時最易發(fā)生沖突？用總線來表示無線信道CSMA/CA協(xié)議20何時最易發(fā)生沖突？ A B C D E沖突沖突 信道由忙剛剛變?yōu)榭臻e時最易發(fā)生沖突！用總線來表示無線信道CSMA/CA協(xié)議20何時最易發(fā)生沖突？CSMA/CA協(xié)議利用退避機制避免沖突為避免沖突，要發(fā)送數(shù)據(jù)的站點發(fā)現(xiàn)信道由忙恢復空閑時并不是立即發(fā)送數(shù)據(jù)，而是要退避一段隨機的時間（大于DIFS）后若信道仍然空閑才能發(fā)送數(shù)據(jù)若發(fā)送方接收到確認要

11、立即發(fā)送下一幀時，為公平競爭，也要執(zhí)行退避當發(fā)送方超時沒有接收到確認，重傳幀時，要將隨機選擇退避時間的范圍擴大一倍。21CSMA/CA協(xié)議利用退避機制避免沖突為避免沖突，要發(fā)送數(shù)據(jù)CSMA/CA協(xié)議利用退避機制避免沖突在執(zhí)行退避的過程中，如果信道由空閑變?yōu)槊r，站點要凍結退避時間當信道重新由忙變?yōu)榭臻e時再繼續(xù)計時當退避時間減為0時（信道狀態(tài)一定是空閑），站點即可發(fā)送數(shù)據(jù)22CSMA/CA協(xié)議利用退避機制避免沖突在執(zhí)行退避的過程中，如CSMA/CA協(xié)議利用預約機制避免沖突為進一步減少數(shù)據(jù)幀沖突，發(fā)送方可以先發(fā)送一個短的請求發(fā)送(Request to Send, RTS)控制幀，預約信道若正確收到

12、接收方發(fā)回的允許發(fā)送(Clear to Send, CTS)控制幀，則成功預約信道并開始發(fā)送數(shù)據(jù)RTS和CTS中包含需要占用信道的時間，所有其他站監(jiān)聽到RTS或CTS后都自覺將訪問信道的時間推遲到預約時間之后23CSMA/CA協(xié)議利用預約機制避免沖突為進一步減少數(shù)據(jù)幀沖突預約解決隱蔽站問題APABRTS(A)RTS(B)CTS(A)CTS(A)DATA (A)ACK(A)ACK(A)沖突推遲訪問24CSMA/CA協(xié)議RTS(A)虛擬載波監(jiān)聽預約解決隱蔽站問題APABRTS(A)RTS(B)CTS(ACSMA/CA協(xié)議CSMA/CA對CSMA的改進 增加確認機制（停止等待協(xié)議），實現(xiàn)可靠傳輸間接

13、沖突檢測因為無線信道誤碼率高沖突避免：基于不同幀間間隔的優(yōu)先級發(fā)送數(shù)據(jù)時執(zhí)行退避算法信道預約和虛擬載波監(jiān)聽25CSMA/CA協(xié)議CSMA/CA對CSMA的改進 增加確認機3.7.5 其他無線計算機網(wǎng)絡(1) 無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN (Wireless Personal Area Network)在個人工作地方把屬于個人使用的電子設備用無線技術連接起來自組網(wǎng)絡，不需要使用接入點 AP。整個網(wǎng)絡的范圍大約在 10 m 左右。藍牙 (Bluetooth) 系統(tǒng)（802.15）超寬帶UWB (Ultra-Wide Band)（802.15.3）第3章 數(shù)據(jù)鏈路層263.7.5 其他無線計算機網(wǎng)絡(1)

14、 無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN(2) 無線城域網(wǎng)WMANWiMAX第3章 數(shù)據(jù)鏈路層27ISP802.11 WLAN802.11 熱點802.11 WLAN802.16802.16802.16 基站802.16因特網(wǎng)802.16 基站802.16802.16電信網(wǎng)(2) 無線城域網(wǎng)WMANWiMAX第3章 數(shù)據(jù)鏈路層27I第3章 數(shù)據(jù)鏈路層28知識點了解以太網(wǎng)的發(fā)展、VLAN的工作原理、無線局域網(wǎng)的組成、ad hoc網(wǎng)絡理解VLAN的概念和作用、隱蔽站問題、CSMA/CD對CSMA的改進、AP的作用掌握以太網(wǎng)交換機的工作原理第3章 數(shù)據(jù)鏈路層28知識點了解第3章 數(shù)據(jù)鏈路層29作業(yè)1. 為什么在無線局域網(wǎng)中不能直接使用CSMA/CD協(xié)議？2. 簡要總結一下