第3章数据链路层——part3

1、导航3.1 使用点对点信道的数据链路层3.2 点对点协议 PPP 3.3 使用广播信道的数据链路层3.4 使用广播信道的以太网3.5 无线局域网 WLAN13.5 无线局域网 WLAN p366 3.5.1 无线局域网的组成3.5.2 802.11 标准中的 MAC 层 3.5.3 802.11 标准中的 MAC 帧3.5.1 无线局域网的组成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，又称自组网络(ad hoc network)几种常用的 802.11 无线局域网标准频段数据速率物理层优缺点802.11b2.4 GHz最高为11 Mb/sHR-DSSS 最高数据率较低，价格最低

2、，信号传播距离最远，且不易受阻碍 802.11a5 GHz最高为54 Mb/sOFDM最高数据率较高，支持更多用户同时上网，价格最高，信号传播距离较短，且易受阻碍802.11g2.4 GHz最高为54 Mb/sOFDM最高数据率较高，支持更多用户同时上网，信号传播距离最远，且不易受阻碍，价格比 802.11b贵1、有固定基础设施的无线局域网AP1AP2分配系统分配系统DS接入点 AP (Access Point)就是BSS内的基站AP1AP2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 和一个信道号。 分配系统分配系统DSBSS（Basic S

3、ervice Set）BSA（Basic Service Area）信道号n802.11b运行在的频率范围中，在这个MHz的频段内，b定义了个部分重叠的信道，当且仅当两个信道由个或更多信道隔开时它们才没有重叠。n因此，1,6,11的集合是唯一个非重叠信道的集合。这意味着管理员可以在同一个物理网络中安装个.11b，为这些信道分配信道、，然后将每个AP都连接到一个交换机上，从而创建一个总计传输率为33Mb/s的无线LAN ;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

4、务集ESS (Extended Service Set)。分配系统分配系统DSESS 还可通过门户(portal)为无线用户提供到非 802.11 无线局域网的接入。如，到因特网的接入AP1AP2Portal分配系统分配系统DS与接入点 AP 建立关联(ASSOCIATION)n802.11标准要求每个周期发送信标帧（beacon frame）,每个信标帧包括该的和地址以及支持的速率等。n被动扫描：n移动站扫描个信道，找出位于该区域的AP 发出的信标帧。n主动扫描：n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 respon

5、se frame)。2. 移动自组网络又称自组网络(AD HOC NETWORK) 自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点n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。3.5.2 802.11 局域网的 MAC 层协议nCSMA/CD 协议要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道；但在无线局域网的适配器上，接收信号的强度远小于发送信号的强度，因此实现碰撞检测在硬件上需要的花费过大。n在无线局域网中，并非所有站点都能听见对方。n由于隐藏终端（hidden station problem）

6、、衰减等问题 无线局域网的特殊问题 当 A 和 C 检测不到无线信号时，都以为 B 是空闲的，因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hidden station problem) A 的作用范围C 的作用范围ABCD无线局域网的特殊问题 B 向 A 发送数据，而 C 又想和 D 通信。C 检测到媒体上有信号，于是就不敢向 D 发送数据。 其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据这就是暴露站问题(exposed station problem) ADCB？B 的作用范围C 的作用范围n802.11无线局域网不使用碰撞检测，一旦

7、站点开始发送一个帧，它就完全地发送该帧。n碰撞代价高n尽量避免碰撞n增加碰撞避免(Collision Avoidance)功能。n802.11 n使用 CSMA/CA 协议。n同时，使用停止等待协议。源源目的目的timeDataACK DIFSSIFS1.站点监听到信道空闲，在DIFS后发送该帧。2.否则，取一个随机回退值，并在监听到信道空闲时递减该值；当信道忙时，计数值不变。3.当计数值减为0时，该站点发送整个数据帧，并等待确认。4.如果受到确认，发送站知道该帧已被正确接收；如果该站点要发送另一帧，则从第2步开始。如果未收到确认，则从第2步开始。CSMA/CA协议n为什么在第2步选择一个随机

8、回退值并开始递减？nCSMA/CD的做法？n为什么DSMA/CD与CSMA/CA采用不同的方式？n情景：n尽量避免碰撞图例 冻结剩余的退避时间帧帧帧帧帧DIFSDIFSDIFSDIFS争用窗口争用窗口争用窗口争用窗口退避退避退避退避ABCDEttttt冻结冻结冻结冻结冻结802.11 的退避机制二进制指数退避算法 n 第 i 次退避是在时隙 0, 1, , 22 + i 1 中随机地选择一个。 。n第 1 次退避是在 8 个时隙（而不是 2 个）中随机选择一个。n第 2 次退避是在 16 个时隙（而不是 4 个）中随机选择一个。 n当时隙编号为255，对应i = 6时，就不再增加 退避算法的使

9、用情况 n仅在下面的情况下才不使用退避算法：n检测到信道是空闲的，并且这个数据帧是要发送的第一个数据帧。n除此以外的所有情况，都必须使用退避算法。即：n在发送第一个帧之前检测到信道处于忙态。n在每一次的重传后。n在每一次的成功发送后。 处理隐藏终端：RTS和CTSn802.11 MAC协议包含了一个预约机制（可选的），用于出现隐藏终端情况下的碰撞避免。A 的作用范围B 的作用范围ADRTS源站 A 在发送数据帧之前先广播一个请求发送 RTS (Request To Send)，它包括源地址、目的地址和这次通信（数据帧+确认帧）所需的持续时间。 APRTS若媒体空闲，AP 就发送广播一个允许发送

10、 CTS (Clear To Send)，它包括这次通信所需的持续时间（从 RTS 帧中将此持续时间复制到 CTS 帧中）。 A 收到 CTS 帧后就可发送其数据帧。 A 的作用范围B 的作用范围ABAPCTSCTSCTSnRTS和CTS的使用在两方面的性能提高：n 隐藏终端问题减轻了n 和帧较短，涉及和的碰撞持续时间很短。n 和帧是可选的：p346使用RTS和CTS的碰撞避免SIFSSIFS源源目的目的DataDIFSSIFS时间DIFSRTSSIFS时间NAV（RTS）DIFS争用窗口推迟接入源站时间目的站ACK 其他站CTSSIFSSIFS数据NAV（CTS）NAV（数据）虚拟载波监听

11、n虚拟载波监听(Virtual Carrier Sense)的机制是让源站将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需的时间）通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据。n虚拟n源站在其 MAC 帧首部中的第二个字段“持续时间”中填入了在本帧结束后还要占用信道多少时间（以微秒为单位）网络分配向量 NAV (NETWORK ALLOCATION VECTOR)n当一个站检测到正在信道中传送的 MAC 帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己的网络分配向量 NAV (Network Allocation Vector)。n如，RTS中携带的持续时间：n SIF + T(CTS)

12、+ SIF + T(Pkt) + SIF + T(ACK) 802.11 的 MAC 层np3423.5.3 802.11 局域网的 MAC 帧n802.11 帧共有三种类型，即控制帧、数据帧和管理帧。n下面是数据帧的主要字段。 字节 2 2 6 6 6 2 6 0 2312 4帧控制持续期地址 1地址 2地址 3序号控制地址 4帧主体FCS协议版本类型子类型到DS从DS更多分片重试功率管理更多数据WEP 顺序位 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1MAC 首部802.11 数据帧的三大部分 nMAC 首部，共 30 字节。n帧主体，也就是帧的数据部分，不超过2312 字节。n这个数值比

13、以太网的最大长度长很多。n不过 802.11 帧的长度通常都是小于 1500 字节。n帧检验序列 FCS 是尾部，共 4 字节 1. 关于 802.11 数据帧的地址n地址 4 用于自组网络。到 DS从 DS地址 1地址 2地址 3地址 401目的地址AP 地址源地址10AP 地址源地址目的地址例192.168.1.1是本地是本地DNS；192.168.1.132是无线站点是无线站点AP是连路层设备是连路层设备与该AP相连的路由器接口的MAC地址2.序号控制字段、持续期字段和帧控制字段 n序号控制字段占 16 位n序号子字段占 12 位n分片子字段占 4 位n不分片时值为0n重传的帧的序号和分

14、片子字段保持不变n帧控制字段共分为 11 个子字段。n协议版本字段现在是 0。n类型字段和子类型字段用来区分帧的功能。n更多分片字段置为 1 时表明这个帧属于一个帧的多个分片之一。n若 WEP（有线等效保密字段 ） = 1，就表明采用了 WEP 加密算法。 协议版本类型子类型到DS从DS更多分片重试功率管理更多数据WEP 顺序位 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1分片的发送举例 ttt源站目的站 其他站RTSCTS分片 1ACK1分片 2ACK2分片 3ACK3SIFSNAV (RTS)NAV (CTS)长的帧划分为许多分片NAV (分片1)NAV (分片2)NAV (ACK1)NAV

15、 (ACK2)structframe_controlu_charfc_subtype:4;u_charfc_type:2;u_charfc_protocol_version:2;u_charfc_order:1;u_charfc_wep:1;u_charfc_more_data:1;u_charfc_pwr_mgt:1;u_charfc_retry:1;u_charfc_more_frag:1;u_charfc_from_ds:1;u_charfc_to_ds:1;协议版本类型子类型到DS从DS更多分片重试功率管理更多数据WEP 顺序 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1struct h

16、dr_mac802_11struct frame_control dh_fc;u_int16_t dh_duration;/address 1: MAC address of wireless host or AP to receive this frameu_char dh_raETHER_ADDR_LEN; /MAC address of wireless host or AP transmitting this frameu_char dh_taETHER_ADDR_LEN;/MAC address of router interface to which AP is attachedu_char dh_3aETHER_ADDR_LEN;/used only in ad hoc modeu_cha