《IEEE无线LAN》PPT课件

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1、1IEEE 802.11 无线无线 LANo无线无线 LANs:不拘范围不拘范围(经常是移动的经常是移动的)联网形态联网形态oIEEE 802.11 标准标准:nMAC 协议协议n无需注册的频率范围无需注册的频率范围基本服务集基本服务集(BSS)包括包括:无线主机无线主机接入点接入点(AP),基站基站由由BSS组成分配系统组成分配系统(DS)用门桥（用门桥（portal）接入有线网）接入有线网2自组网络（自组网络（Ad Hoc Networks）o自组网络自组网络:IEEE 802.11 站点可以站点可以不使用不使用AP动态地组动态地组成网络成网络o应用应用:n在会议室、汽车中举行在会议室、汽

2、车中举行“膝上型膝上型”会议会议n与个人使用的电子设备进行互联与个人使用的电子设备进行互联n战场上战场上 3无线局域网中的隐蔽站问题无线局域网中的隐蔽站问题o隐蔽站隐蔽站:A,C两个站点不能互相两个站点不能互相“听见听见”n障碍物障碍物,信号衰减信号衰减n在在B站点发生冲突站点发生冲突 o的设计目标的设计目标:避免可能在避免可能在B站发生的冲突站发生的冲突oCSMA/CA:带有冲突避免（Collision Avoidance）策略的CSMA 4802.11 MAC层层:CSMA/CA802.11 CSMA:发送方发送方-如果检测到信道闲置了如果检测到信道闲置了DISF 秒秒.然后传输整个帧然后

3、传输整个帧(无冲突无冲突检测检测)-如果检测到信道忙如果检测到信道忙 然后然后 进行二进制避退进行二进制避退（binary bakeoff）802.11 CSMA 接收方接收方:如果接收如果接收 OK 等待等待 SIFS后返回ACK5IEEE 802.11 MAC 协议协议802.11 CSMA 协议协议:其他方其他方oNAV:网络分配向量网络分配向量（Network Allocation Vector）o802.11 帧具有传输时间帧具有传输时间字段字段o其他站点其他站点(听见有传输时听见有传输时)必须推迟若干必须推迟若干 NAV时间时间单位再对信道进行访问单位再对信道进行访问6冲突避免冲突

4、避免:RTS-CTS 交换交换oCSMA/CA:进行显式的信进行显式的信道预留道预留n发送方发送方:发送简短的发送简短的 RTS:request to sendn接收方接收方:使用简短的使用简短的 CTS:clear to send回回应应oCTS 为发送方预留了信道为发送方预留了信道,并通知了其他并通知了其他(可能是隐蔽可能是隐蔽的的)站点站点o避免了隐蔽站点的冲突避免了隐蔽站点的冲突 7冲突避免冲突避免:RTS-CTS 交换交换o由于由于RTS/CTS比较短比较短:n发送时间短，发生冲突的发送时间短，发生冲突的可能小可能小n最终的结果同冲突检测基最终的结果同冲突检测基本一致本一致oIEEE

5、 802.11 允许允许:nCSMAnCSMA/CA:信道预留信道预留n从从AP进行轮询进行轮询8点对点的数据链路协议（点对点的数据链路协议（DLC）o一方发一方发,一方收一方收,一条链路一条链路:比广播信道简单的多比广播信道简单的多n无需介质访问控制无需介质访问控制n不必进行不必进行MAC寻址寻址ne.g.,拨号链路拨号链路,ISDN 线路等线路等o常见的点对点常见的点对点DLC协议协议:nSLIP(Serial Line Internet Protocol)(p89)nPPP(point-to-point 协议协议)nSDLC:Synchronous Data Link Control(S

6、NA的面向比特的数据链路规程的面向比特的数据链路规程)nHDLC:High level data link control(ISO高级高级数据链路控制数据链路控制)9PPP 设计要求设计要求 RFC 1557o分组成帧分组成帧:将网络层的分组封装入数据链路层将网络层的分组封装入数据链路层的帧的帧 n同时同时可以承载任意网络协议的网络层数据可以承载任意网络协议的网络层数据(不仅仅是不仅仅是 IP)n提供向上分用的能力提供向上分用的能力o位流透明位流透明:在数据字段中，必须能携带任意组在数据字段中，必须能携带任意组合的位流合的位流o错误检测错误检测(无需校正无需校正)o网络层地址协商网络层地址协商

7、:端点间可以学习端点间可以学习/配置对方的配置对方的网络地址网络地址10PPP 无需做的工作无需做的工作o无错误校正无错误校正/恢复恢复o无流量控制无流量控制o允许失序递交允许失序递交 o无需支持多点链路无需支持多点链路(e.g.,轮询轮询)出错恢复、流量控制、分组重新排序 都被赶到更高层去解决了!11PPP 数据帧数据帧oFlag:定界符定界符(成帧成帧)oAddress:没用没用(只有一种选择只有一种选择)oControl:没用没用;将来可能会用作多点控将来可能会用作多点控制字段制字段oProtocol:本帧传递数据的上层协议本帧传递数据的上层协议(eg,PPP-LCP,IP,IPCP,e

8、tc)12PPP 数据帧数据帧oinfo:所携带的上层数据所携带的上层数据ocheck:CRC 进行错误检测进行错误检测13字节填充（字节填充（Byte Stuffing）o“数据透明数据透明”要求要求:数据字段必须可以包括帧的数据字段必须可以包括帧的flag字段的固定字节字段的固定字节nQ:如何判断这个如何判断这个 到底是数到底是数据还是据还是flag?o发送方发送方:在每个在每个数据数据字节后加字节后加入一个额外的入一个额外的o接收方接收方:n在连续收到两个在连续收到两个01111110 时时:丢弃第一个丢弃第一个字节字节,继续数据接收继续数据接收n单个单个01111110:flag 字节

9、字节14字节填充字节填充flag 字型出现在发送数据中flag 字型加上填充字节在传输数据中15PPP 数据控制协议数据控制协议在交换网络层数据之前在交换网络层数据之前,数数据链路的对等双方必须据链路的对等双方必须o配置配置 PPP 链路链路(最大帧最大帧长度长度,认证等认证等)o学习学习/配置网络配置网络(p92)就就IP而言而言:携带携带 IP 控制协议控制协议(IPCP)报报文文(protocol field:8021)给出比要配给出比要配置置/学习的学习的IP 地址地址16ATM 技术技术o1980s/1990s standard标准 用于高速(155Mb/s to 622 Mb/s

10、以上以上)Broadband Integrated Service Digital Network（B-ISDN）体系结构）体系结构o目标目标:集成的集成的,端对端的端对端的 voice,video,data传输传输n满足满足voice,video传输的传输的 timing/QoS 要求要求(针对针对 Internet best-effort 模型模型)n“下一代下一代”电话系统电话系统:技术之根基植于技术之根基植于telephone worldn分组交换分组交换(固定长度分组固定长度分组,称为称为“cells-信元信元”)使用使用虚电路虚电路17ATM 体系结构体系结构 oadaptatio

11、n layer（适配层）:仅存于ATM网络的边缘上n数据分段数据分段/装配装配（data segmentation/reassembly）n基本等同于基本等同于Internet transport layeroATM 层层:“网络网络”层层n信源交换信源交换,路由选择路由选择o物理层物理层18ATM:网络层网络层 或或 链路层链路层?理想（理想（Vision）:端对端的传输端对端的传输:“ATM从桌从桌面到桌面面到桌面”nATM 的确是的确是网络技术网络技术现实（现实（Reality）:用来连用来连接接IP主干路由器主干路由器 n“IP over ATM”nATM 作为交换链路作为交换链路,连

12、接连接 IP 路由器路由器19ATM 适配层适配层(AAL)oATM Adaptation Layer(AAL):夹在中间，用来对其夹在中间，用来对其上层上层(IP or ATM 本身的应用程序本身的应用程序)和其下层（和其下层（ATM 层层）进行）进行“适配适配”oAAL 仅出现在端接系统仅出现在端接系统,而交换机中是不存在的而交换机中是不存在的oAAL层的数据段层的数据段(首部首部/尾部字段尾部字段,数据数据)被分割后放入被分割后放入多个多个ATM 信元信元 n类比类比:TCP的数据段可分入多个的数据段可分入多个IP分组分组20ATM 适配层适配层(AAL)续续不同版本的不同版本的AAL层

13、层,取决于取决于ATM的服务类别的服务类别:oAAL1:用于用于 CBR(Constant Bit Rate，恒定传输速率，恒定传输速率)服服务务,e.g.线路交换模拟（线路交换模拟（circuit emulation）oAAL2:用于用于VBR(Variable Bit Rate，可变传输速率，可变传输速率)服服务务,e.g.,MPEG videooAAL5:用于用于UBR,数据传输数据传输(eg,IP 分组分组)AAL PDUATM cellUser data21AAL5-Simple And Efficient AL(SEAL)简单简单有效的适配层有效的适配层oAAL5:开销低开销低，可

14、用来传输可用来传输 IP 分组分组n4 字节的字节的CRC nPAD 用来保证数据负荷（用来保证数据负荷（payload）为）为 48字节的整倍数字节的整倍数 n大个的大个的AAL5数据单元被分入多个数据单元被分入多个 48-byte ATM cells22ATM 层层服务服务:将信元通过将信元通过ATM网络进行传输网络进行传输o如同如同 IP 网络层网络层o但其提供的服务与但其提供的服务与 IP网络层大不相同网络层大不相同NetworkArchitectureInternetATMATMATMATMServiceModelbest effortCBRVBRABRUBRBandwidthnon

15、econstantrateguaranteedrateguaranteed minimumnoneLossnoyesyesnonoOrdernoyesyesyesyesTimingnoyesyesnonoCongestionfeedbackno(inferredvia loss)nocongestionnocongestionyesnoGuarantees?23ATM层层:虚电路虚电路oVC传输传输:信元的传输是通过信元的传输是通过 VC完成的完成的n在数据传输在数据传输之前之前需要建立连接，完后断开需要建立连接，完后断开n每个分组携带每个分组携带 VC定义符定义符(而不是信宿的而不是信宿的I

16、D)n为传输路径为传输路径每个正在通信的连接上正在通信的连接上所有所有交换结点维持交换结点维持“状态状态”n链路链路,交换资源交换资源(带宽带宽,缓存缓存)可以被可以被分配给给VC:以获取线路交换类以获取线路交换类似的性能似的性能o永久型虚电路永久型虚电路(PVCs)n长期持续的连接长期持续的连接n典型典型:在在IP路由器之间的路由器之间的“永久性永久性”路由路由o交换型虚电路交换型虚电路(SVC):n在每次通信的基础上动态设置在每次通信的基础上动态设置24ATM 虚电路虚电路o ATM VC 的优点的优点:n连接时连接时QoS 的性能承诺可以映射到的性能承诺可以映射到VC上上(带宽带宽,延迟

17、延迟,延迟抖动延迟抖动-delay jitter)oATM VC 的缺点的缺点:n对数据报的支持效率不高（不合算）对数据报的支持效率不高（不合算）n每个信源每个信源/信宿对间的信宿对间的PVC需要需要N*2 连接连接 nSVC由于需要呼叫建立（由于需要呼叫建立（call setup）等待）等待,因此处理生存期短的连接开销较大因此处理生存期短的连接开销较大25ATM 层层:ATM cell（信元）（信元）o5字节字节ATM信元首部信元首部o48字节的有效负荷（字节的有效负荷（payload）nWhy?:较小的较小的payload-对数字化语音来说，创对数字化语音来说，创建信元的延迟较小些建信元的

18、延迟较小些n介乎于介乎于32和和 64之间之间(折衷折衷!)Cell headerCell format26ATM 信元首部信元首部oVCI:virtual channel ID（虚通道标志）（虚通道标志）n在通过网络的各段链路时会在通过网络的各段链路时会变化oPT:Payload type（负荷类型）（负荷类型）(e.g.RM cell vs.data cell)oCLP:Cell Loss Priority bit(信元丢失优先位信元丢失优先位)nCLP=1 意味着低优先级信元意味着低优先级信元,如果拥塞可先丢弃如果拥塞可先丢弃oHEC:Header Error Checksum（首部错误

19、校验）（首部错误校验）ncyclic redundancy check（CRC）27ATM 物理层物理层两两 片片(子层子层)形式的物理层形式的物理层:oTransmission Convergence Sublayer(TCS)-传输传输汇聚子层汇聚子层:在在ATM 层和层和 PMD 子层间进行适配子层间进行适配oPhysical Medium Dependent（物理媒体相关子层）（物理媒体相关子层）:取决于使用的物理介质取决于使用的物理介质o传输汇聚子层（传输汇聚子层（TCS）功能）功能:n首部首部校验和计算计算:8位位 CRC n信源信源圈定n对于对于“非结构化的非结构化的”PMD子层

20、子层,在没有数据传输时在没有数据传输时须传输须传输空闲信元，进行速率适配，进行速率适配 28ATM 物理层物理层物理媒体相关物理媒体相关(PMD)子层子层oSONET/SDH:传输帧结构传输帧结构(类似集装箱运输类似集装箱运输);n位同步位同步;n带宽分割带宽分割(TDM);n若干种速率若干种速率:OC1=51.84 Mb/s;OC3=155.52 Mb/s;OC12=622.08 Mb/soT1/T3（北美标准）:传输帧结构传输帧结构(沿袭于传沿袭于传统的电话体系技术统的电话体系技术):1.5 Mb/s 45 Mb/so无结构的（unstructured）:仅用信元仅用信元(忙忙/闲闲)29

21、IP-Over-ATM传统的传统的 IPo3个个“网络网络”(e.g.,LAN 网网段段)oMAC(802.3)和和 IP 地地址址IP over ATM 用ATM网络替代传统“网络”(e.g.,LAN 网段)ATM地址,IP 地址ATMnetworkEthernetLANsEthernetLANs30IP-Over-ATM业务业务:IP分组放入分组放入ATM AAL5 PDU从从IP地址映射到地址映射到 ATM 地址地址就像就像IP地址映射到地址映射到 802.3 MAC 地址地址!ATMnetworkEthernetLANs31在在 IP-over-ATM网络中的分组旅程网络中的分组旅程

22、o在信源主机在信源主机:nIP层层(使用使用ARP)寻求寻求IP信宿地址到信宿地址到ATM地址之间的映射地址之间的映射n将分组送入将分组送入AAL5nAAL5 把数据段封装入信元，再传递给把数据段封装入信元，再传递给ATM层层oATM网络网络:沿VC将信元送到信宿将信元送到信宿o在信宿主机在信宿主机:nAAL5 将信元重新装配成原始分组将信元重新装配成原始分组n如果如果 CRC OK,分组将传递给分组将传递给 IP层层32ATM网络的网络的ARP（地址解析协议）（地址解析协议）oATM网络需要信宿的网络需要信宿的ATM地址地址n就像以太网需要信宿的以太网地址就像以太网需要信宿的以太网地址oIP

23、/ATM之间的地址转换通过之间的地址转换通过ATM ARP(Address Resolution Protocol)进行进行nATM网络中的网络中的ARP 服务器对所有连接服务器对所有连接的设备广播的设备广播ATM ARP的转换请求的转换请求n主机可以在服务器上注册其主机可以在服务器上注册其ATM地址地址以免去查找之烦以免去查找之烦33X.25 和帧中继和帧中继（Frame Relay）类似类似ATM:o广域网络技术广域网络技术 o面向虚电路面向虚电路 o根植于根植于 telephony worldo可以传输可以传输 IP分组分组n从这个视角，可以把其看成从这个视角，可以把其看成IP协议的协议

24、的链路层链路层34oX.25 为每个用户在信源和信宿之间建立为每个用户在信源和信宿之间建立VC连接连接o在通信路径上按步跳进行控制在通信路径上按步跳进行控制(校验，可靠性，拥塞控校验，可靠性，拥塞控制制)n在每个步跳之间使用在每个步跳之间使用LAP-B协议进行错误控制协议进行错误控制(具具有重发功能有重发功能)w采用了采用了HDLC协议的变体协议的变体 n按步跳使用信用证（按步跳使用信用证（credits）进行流量控制）进行流量控制w在中间结点发生的拥塞回传回通道上的前个结点在中间结点发生的拥塞回传回通道上的前个结点w最后通过背压方式（最后通过背压方式（back pressure）传回信）传回

25、信源源35IP vs.X.25 oX.25:可以做到可靠的、按序的端对端的传递可以做到可靠的、按序的端对端的传递n“智能在网络中（智能在网络中（intelligence in the network）”oIP:只能完成不可靠的只能完成不可靠的,可能失序的端对端传可能失序的端对端传递递n“智能在端系统中智能在端系统中(intelligence in the endpoints)”oIP over X.25(p148)n也可以作为也可以作为IP的数据链路层的数据链路层36帧中继（帧中继（Frame Relay）o设计于设计于1980s末末,广泛应用于广泛应用于1990s,是是在信道技术进步的现实基

26、础上对的改进在信道技术进步的现实基础上对的改进oFrame relay 服务服务:n无错误控制无错误控制n进行端对端的拥塞控制进行端对端的拥塞控制37帧中继帧中继(续续)o设计用来对公司用户的设计用来对公司用户的LANs进行互联进行互联n一般为永久性一般为永久性 VCs:把两个路由器间的数据流通过这把两个路由器间的数据流通过这样的样的“管道管道”连接起来连接起来 n交换交换VCs:通过拨号连接，类似通过拨号连接，类似 ATMo公司用户从公共的公司用户从公共的Frame Relay网络网络租用 FR 服务服务(eg,Sprint,ATT，中国电信，中国电信)38帧中继帧中继(续续)oFlag 位

27、位,01111110,界定帧界定帧oaddress:n10 位位 VC ID 字段字段n3 拥塞控制位拥塞控制位wFECN:forward explicit congestion notification(帧在前向通道上遭遇拥塞帧在前向通道上遭遇拥塞)wBECN:congestion on reverse pathwDE:discard eligibility（丢弃资质）（丢弃资质）addressflagsdataCRCflags39帧中继帧中继 VC速率控制速率控制(p153)oCommitted Information Rate(CIR)-承诺信息速承诺信息速率率n定义定义,“承诺的承诺的

28、”每个每个 VC的速率的速率n在在VC建立的协商过程中确定建立的协商过程中确定n用户根据用户根据 CIR付费付费oDE位位:Discard Eligibility bit（丢弃资质）（丢弃资质）n端接的端接的FR 交换机为每条交换机为每条VC测量速率测量速率;标记标记DE位位nDE=0:高优先高优先,重要帧重要帧;”不惜一切代价不惜一切代价”的传递的传递 nDE=1:低优先低优先,在拥塞时首先丢弃在拥塞时首先丢弃40帧中继帧中继-承诺信息速率承诺信息速率(CIR)&帧标记帧标记o访问速率访问速率:R指（用户的指（用户的)源路由器到（服务商源路由器到（服务商的）的）FR端接交换机之间的数据速率端接交换机之间的数据速率;64Kbps R=1)超出了超出了CIR的帧的帧(这些帧可能会这些帧可能会在稍后被丢弃在稍后被丢弃)41本讲小结o链路层服务原理链路层服务原理:n错误检测错误检测,校正校正n共享广播信道共享广播信道:所谓多点访问的问题所谓多点访问的问题n链路访问中的寻址问题和解决办法链路访问中的寻址问题和解决办法,ARPo不同的链路层技术不同的链路层技术nEthernetnhubs,bridges,switchesnIEEE 802.11 LANsnPPPnATMnX.25,Frame Relay,DDN