计算机网络-扩展

1、计算机网络计算机网络授课教师:胡迎新无线网络无线网络无线局域网 WLAN无线个人区域网 WPAN无线城域网 WMAN 无线局域网无线局域网n有固定基础设施的无线局域网n无固定基础设施的无线局域网一个基本服务集 BSS 包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信时 ，都要通过本 BSS 的基站。 基本服务集内的基站叫做接入点 AP (Access Point)当网络管理员安装 AP 时，必须为该 AP 分配一个不超过 32 字节的服务集标识符 SSID 和一个信道。 AP1AP2一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点 AP连接到一个主

2、干分配系统 DS (Distribution System)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS (Extended Service Set)。ESS 还可通过叫做门户(portal)为无线用户提供到非 802.11 无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。门户的作用就相当于一个网桥。 移动站 A 从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集（到 A 的位置），仍可保持与另一个移动站 B 进行通信。 与接入点与接入点 AP AP 建立关联建立关联(association)(association)l一个移动站若要加入到一个基本服务集 BSS，就必须先选择一个接入点 AP，并

3、与此接入点建立关联。l建立关联就表示这个移动站加入了选定的 AP 所属的子网，并和这个 AP 之间创建了一个虚拟线路。l只有关联的 AP 才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的 AP 才能向其他站点发送数据帧。移动站与移动站与 AP AP 建立关联的方法建立关联的方法l被动扫描，接入站周期性发出的信标帧(beacon frame)，信标帧中包含有若干系统参数（如服务集标识符 SSID 以及支持的速率等）。l主动扫描，即移动站主动发出探测请求帧(probe request frame)，然后等待从 AP 发回的探测响应帧(probe response frame)。热点热点(ho

4、t spot)(hot spot)l现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入 Wi-Fi 的服务。这样的地点就叫做热点。l由许多热点和 AP 连接起来的区域叫做热区(hot zone)。热点也就是公众无线入网点。l现在也出现了无线因特网服务提供者 WISP (Wireless Internet Service Provider)这一名词。用户可以通过无线信道接入到 WISP，然后再经过无线信道接入到因特网。移动自组网络移动自组网络又称又称自组网络自组网络(ad hoc network)(ad hoc network) 自组网络AEDCBF源结点目的结

5、点转发结点转发结点转发结点l自组网络是没有固定基础设施（即没有 AP）的无线局域网。这种网络由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。移动自组网络的应用前景移动自组网络的应用前景 l在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信。l这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。 l当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往很有效的， 无线传感器网络无线传感器网络 WSN WSN (Wireless Sensor Network)(Wireless Sensor Network) l由大量传感器结点通过无线

6、通信技术构成的自组网络。l无线传感器网络的应用是进行各种数据的采集、处理和传输，一般并不需要很高的带宽，但是在大部分时间必须保持低功耗，以节省电池的消耗。l由于无线传感结点的存储容量受限，因此对协议栈的大小有严格的限制。l无线传感器网络还对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面有一定的要求。 传感器结点的形状传感器结点的形状(a)(a)和组成和组成(b) (b) 存储器CPU传感器硬件电池无线收发器(a)(b)无线传感器网络主要的应用领域无线传感器网络主要的应用领域 l环境监测与保护（如洪水预报、动物栖息的监控）；l战争中对敌情的侦查和对兵力、装备、物资等的监控；l医疗中对病房的监测和对

7、患者的护理；l在危险的工业环境（如矿井、核电站等）中的安全监测；l城市交通管理、建筑内的温度/照明/安全控制等。 几种不同的接入几种不同的接入l固定接入(fixed access)在作为网络用户期间，用户设置的地理位置保持不变。l移动接入(mobility access)用户设备能够以车辆速度移动时进行网络通信。当发生切换时，通信仍然是连续的。l便携接入(portable access)在受限的网络覆盖面积中，用户设备能够在以步行速度移动时进行网络通信，提供有限的切换能力。l游牧接入(nomadic access)用户设备的地理位置至少在进行网络通信时保持不变。如用户设备移动了位置，则再次进行

8、通信时可能还要寻找最佳的基站。 无线个人区域网无线个人区域网 WPANWPAN (Wireless Personal Area Network) (Wireless Personal Area Network) l在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来自组网络，不需要使用接入点 AP。l整个网络的范围大约在 10 m 左右。lWPAN是低功率、小范围、低速率的无线个人区域网，工作在 2.4 GHz 的 ISM 频段。 lWLAN 是同时为许多用户服务的无线局域网，是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。 1. 1. 蓝牙系统蓝牙系统(Bluetooth)(Bluetooth)

9、l最早使用的 WPAN 是 1994 年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是 IEEE 802.15.1 。l蓝牙的数据率为 720 kb/s，通信范围在 10 米左右。2. 2. 低速低速 WPAN WPAN l低速 WPAN 主要用于工业监控组网、办公自动化与控制等领域，其速率是 2 250 kb/s。l低速 WPAN 的标准是 IEEE 802.15.4。l低速 WPAN 中最重要的就是 ZigBee。3. 3. 高速高速 WPANWPANl高速 WPAN 用于在便携式多媒体装置之间传送数据，支持11 55 Mb/s的数据率，标准是 802.15.3。lIEEE 802.15.3a 工作组

10、还提出了更高数据率的物理层标准的超高速 WPAN，它使用超宽带 UWB 技术。无线城域网无线城域网 WMANWMAN(Wireless Metropolitan Area Network) (Wireless Metropolitan Area Network) lIEEE802.16 无线城域网的标准。lETSI的无线城域网标准 HiperMAN。lWiMAX 常用来表示无线城域网 WMAN。l两个正式标准l802.16d，是固定宽带无线接入空中接口标准（2 66 GHz频段）。l802.16e，是支持移动性的宽带无线接入空中接口标准（2 6 GHz频段），它向下兼容 802.16-2004

11、。 802.16 802.16 无线城域网服务范围的示意图无线城域网服务范围的示意图 ISPU N I V E R S I T YU N I V E R S I T Y802.11 WLAN802.11 热点802.11 WLAN802.16802.16802.16 基站802.16因特网802.16 基站802.16802.16电信网覆盖范围几种无线网络的比较几种无线网络的比较 1 Gb/s100 Mb/s10 Mb/s1 Mb/s100 kb/s10 kb/s用户数据率PAN LAN MAN WAN802.15.4ZigBee802.15.1蓝牙802.15.3超宽带802.11g, a8

12、02.11b802.162G移动通信3G移动通信4G移动通信Wi-FiWiMAXIPv6 (IPng)IPv6 (IPng)l要解决 IP 地址耗尽的问题的措施：l采用无类别编址 CIDR，使 IP 地址的分配更加合理。l采用网络地址转换 NAT 方法以节省全球 IP 地址。l采用具有更大地址空间的新版本的 IP 协议 IPv6。 IPv6IPv6lIPv6 将地址从 IPv4 的 32 位 增大到了 128 位。lIPv6 将首部长度变为固定的 40 字节，称为基本首部(base header)。首部的字段数只有 8 个。l取消了首部的检验和字段，加快了路由器处理数据报的速度。l在基本首部的

13、后面允许有零个或多个扩展首部。l所有的扩展首部和数据合起来叫做数据报的有效载荷(payload)或净负荷。 IPv6 IPv6 数据报的一般形式数据报的一般形式 基本首部 扩展首部 1 扩展首部 N 数 据 部 分选项IPv6 数据报有效载荷041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24有效载荷（扩展首部 / 数据）IPv6 的基本首部（40 B）IPv6 的有效载荷（至 64 KB）041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128

14、位）（128 位t）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24扩展首部 / 数据IPv6 的基本首部（40 B）IPv6 的有效载荷（至 64 KB）有效载荷（扩展首部 / 数据）041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B版本(version) 4 位。它指明了协议的版本，对 IPv6 该字段总是 6。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制

15、24IPv6的基本首部40 B通信量类(traffic class) 8 位。这是为了区分不同的 IPv6 数据报的类别或优先级。041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B流标号(flow label) 20 位。 “流”是互联网络上从特定源点到特定终点的一系列数据报， “流”所经过的路径上的路由器都保证指明的服务质量。所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标号。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类

16、（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B有效载荷长度(payload length) 16 位。它指明 IPv6 数据报除基本首部以外的字节数（所有扩展首部都算在有效载荷之内），其最大值是 64 KB。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下一个首部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B下一个首部(next header) 8 位。它相当于 IPv4 的协议字段或可选字段。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12

17、通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B跳数限制(hop limit) 8 位。源站在数据报发出时即设定跳数限制。路由器在转发数据报时将跳数限制字段中的值减1。当跳数限制的值为零时，就要将此数据报丢弃。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B源地址 128 位。是数据报的发送站的 IP 地址。 041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类

18、（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B目的地址 128 位。是数据报的接收站的 IP 地址。 IPv6 IPv6 的扩展首部的扩展首部扩展首部及下一个首部字段扩展首部及下一个首部字段 lIPv6 把原来 IPv4 首部中选项的功能都放在扩展首部中，并将扩展首部留给路径两端的源站和目的站的主机来处理。l数据报途中经过的路由器都不处理这些扩展首部（只有一个首部例外，即逐跳选项扩展首部）。l这样就大大提高了路由器的处理效率。 有效载荷有效载荷IPv6 IPv6 的扩展首部的扩展首部 基本首部下一个首部= TCP/UDP基本首部下一个首部= 路由

19、选择路由选择首部下一个首部= 分片分片首部下一个首部= TCP/UDPTCP/UDP 首部和数据 (TCP/UDP 报文段）TCP/UDP 首部和数据 (TCP/UDP 报文段）无扩展首部有扩展首部IPv6 IPv6 的地址空间的地址空间IPv6 数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之一：(1) 单播(unicast) 单播就是传统的点对点通信。(2) 多播(multicast) 多播是一点对多点的通信。(3) 任播(anycast) 这是IPv6 增加的一种类型。任播的目的站是一组计算机，但数据报在交付时只交付其中的一个，通常是距离最近的一个。 冒号十六进制记法冒号十六进制记法(col

20、on hexadecimal notation)(colon hexadecimal notation) l每个 16 位的值用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔。68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFFl零压缩(zero compression)，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代。 lFF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以写成： FF05:B3 点分十进制记法的后缀点分十进制记法的后缀 l0:0:0:0:0:0:128.10.2.1 再使用零压缩即可得出： :128.10.2.1lCIDR 的斜线表示法仍然可用。l60 位的前缀 12AB000000

21、00CD3 可记为： 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60或12AB:CD30:0:0:0:0/60或12AB:0:0:CD30:/60 地址空间的分配地址空间的分配lIPv6 将 128 位地址空间分为两大部分。l第一部分是可变长度的类型前缀，它定义了地址的目的。l第二部分是地址的其余部分，其长度也是可变的。 类型前缀地址的其他部分长度可变长度可变128 位特殊地址特殊地址 v未指明地址 这是 16 字节的全 0 地址，可缩写为两个冒号“:”。这个地址只能为还没有配置到一个标准的 IP 地址的主机当作源地址使用。v环回地址 即 0:0:0:0:0:0:0:1（记为 :1）。v本地链路单播地址：1111 1110 10开始 v基于 IPv4 的地址前缀为 0000 0000 保留一小部分地址作为与 IPv4 兼容的。 前缀为前缀为 0000 0000 0000 0000 的地址的地址 l前缀为 0000 0000 保留一小部分地址与 IPv4 兼容的。 0000.0000 FFFF IPv4 地址80 位16 位32 位IPv4 映射的IPv6 地址全球单播地址的等级结构全球单播地址的等级结构 IPv6 扩展了地址的分级概念，使用以下三个等级：(1) 全