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1、计算机网络原理,2008,第四章 介质访问子层,计算机网络分两类：采用点到点连接的网络，采用广播信道的网络。 本章讨论广播网络及其协议。 在所有广播网络中，关键的问题是：当信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。 广播信道有时也称作多路访问信道，或随机访问信道。 介质访问子层MAC：属于数据链路层的子层，用来决定广播信道中信道的分配。,几乎所有的局域网都以多路复用信道作为通信的基础。 广域网通常采用点到点连接，卫星网除外。 因此， MAC子层在局域网尤其重要。,信道分配问题,在相互竞争的多个用户之间如何分配一个单独的广播信道。 解决的方法：静态，动态 具体算法,局域网和城域网中信道的静态分

2、配,传统的分配单个信道的方法：频分多路复用FDM。 应用场合：用户较少且数目固定，每个用户通信量都较大。 不适用场合：用户较多且数目经常变化，通信量具有突发性特点。 FDM最基本的缺陷是无通信量时分配给用户的频段被浪费了，而不能被其它用户所用。 大多数计算机系统的数据流具有突发性，因此，多数信道在大部分时间内都被闲置了。 采用时分复用TDM会产生同样的问题。,局域网和城域网中信道的动态分配,5个关键性假定： 1、站模型：由N个独立的站组成，每个站有一个可以产生待发送帧的程序或用户。一旦生成一帧，该站就被阻塞，直到帧被成功传出。 2、单通道假设：所有通信都通过单个信道进行。所有的站都在该信道上发

3、送和接收信息。尽管软件可赋予各站优先级，但就硬件来说，各站是平等的。 3、冲突假设：若两帧同时发送，它们会相互重叠，使信号难以辨认。所有的站都能检测到冲突。冲突的帧必须事后重发。除了冲突产生的差错外，不再有其他任何差错。,4a、连续时间：帧能在任何时候开始发送。没有主时钟将时间分隔为离散的发送区间。 4b、时隙：时间被分为离散的区间（时隙）。帧总是在时隙开始的一瞬间开始发送。一个时隙内可发送0，1或多个帧，它们分别对应空闲时隙、成功时隙、发生冲突。 5a、载波侦听：所有站在使用信道以前都可以检测到信道是否正在使用。若忙，其他站不会去使用它，直到它变得空闲。 5b、非载波侦听：各站在使用信道前不

4、检测信道，只是盲目地发送，事后才能确定本次传送是否成功。,多路访问协议,ALOHA协议 载波侦听多路访问协议 无冲突的协议 有限竞争协议 波分多路访问协议 无线局域网协议,ALOHA协议,基本思想适用于任何无协调关系的多用户竞争单信道使用权的系统。 纯ALOHA 分隙ALOHA 区别：是否将时间分成离散的时隙。纯ALOHA无需全局时间同步，而分隙ALOHA则必须时间同步。,纯ALOHA,基本思想：用户只要有数据待发，就让他们发。 当产生冲突，使帧受损时，发送方只要侦听信道就会知道。 对于LAN，反馈信息传播很快。 对于卫星网，发送方在延时270ms后才能确定。 若帧遭破坏，则发送方随机等待一段

5、时间后重发。 竞争系统：多个用户以某种可能导致冲突的方式共享公用信道的系统。,在 ALOHA系统中，各帧长度相同，能使系统取得最大吞吐率。,ALOHA信道的效率？ 没有发生冲突的帧比例有多大？ P187（新书P213）的一个情景。 “帧时”：表示发送一个标准长度的帧所需的时间，也就是帧长度除以位传输率。 假定无限多的用户产生的新帧服从泊松分布，平均每帧时产生S个新帧。 若S1，则几乎每帧都会受到冲突。 合理值要求在0s1。,每站除了产生新帧外，还要产生受到冲突的重传帧。 假设每帧时内新、旧帧共传送K，也服从泊松分布，平均值为G每帧时。 在低负荷时，S约等于0，几乎没有冲突，也不用重传，G与S几

6、乎相等。 在高负荷时， GS。 在各种载荷下，S=GP0， P0不冲突的概率,阴影帧的冲突危险区,若在t0到t0+t时间内，则头部冲突 若在t0 +t到t0+2t时间内，则尾部冲突,在任一帧时内生成K帧的概率服从泊松分布： Prk=Gke-G/K! 生成0帧的概率为e-G，两个帧时内产生的帧数平均为2G，在整个冲突危险区内无任何其他帧产生的概率为P0=e-2G，代入S=GP0得： S=Ge-2G . 吞吐率S与帧产生率G之间的关系见图（P189，新P215） 当G=0.5时，吞吐率S最大，其值为S=1/2e=0.184. 对于这种站可以随意发送的工作方式,100%的利用率几乎是不可能的.,分隙

7、ALOHA,可将系统利用率提高一倍。 方法是：把时间分为离散的时间段，每段时间对应一帧。 要求用户时间同步。 方法之一：设置一个特殊的站点，在每段时间的开始像时钟一样发送一个信号。 为了和纯ALOHA方法相区别,被称为分隙ALOHA,在分隙ALOHA方法中，计算机并不是在按下回车键后就立即传送信息帧，而是要等到下一时隙开始时才传送。 由于冲突危险区减少为原来的一半，所以在任一帧的时隙内无其他帧发送的概率为e-G，从而得出： S=Ge-G . 从图（P189，新P215）中关系看出，当G=1时，吞吐率S最大，其值为S=1/e=0.368.,载波侦听多路访问协议,载波侦听协议：网络站点侦听载波是否

8、存在（即有无传输）并相应动作的协议。 持续和非持续CSMA 有冲突检测的CSMA,持续和非持续CSMA,1-持续CSMA：当一个站点要传送数据时，它首先侦听信道，看是否有其他站点正在传送。若信道忙，则持续等待直到信道空闲，便将数据送出。若发生冲突，站点就等待一个随机长的时间，然后重新开始。 此协议被称作1-持续CSMA。是因为站点一旦发现信道空闲，其发送数据的概率为1。 传输延时对协议性能的影响：传输延时越长，冲突可能性越大，系统性能也就越差。 即使传输延时为0，仍然有可能发生冲突。,非持续CSMA：在该协议中，站点发送前会侦听信道的状态，如果没有其他站点在发送，它就开始发送。但如果信道正在使

9、用中，该站点将不再继续侦听信道，而是等待一个随机的时间后，再重复上述过程。 P-持续CSMA：用于分隙信道，工作过程如下：一个站点在发送之前，首先侦听信道，若空闲，便以概率p传送，而以概率q=1-p把该次发送推迟到下一时隙。若下一时隙仍空闲，便再次以概率p传送，而以概率q=1-p把该次发送推迟到下下一时隙。此过程一直重复，直到发送成功或另外一站开始发送为止。,有冲突检测的CSMA,持续和非持续CSMA是对ALOHA协议的改进，它们保证在侦听到信道忙时无新站开始发送。 带冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD：若两站侦听到信道空闲并同时开始传送，几乎会同时检测到冲突。一旦检测到冲突，不是继续传

10、完帧，而是尽快停止。,CSMA/CD以及许多其他局域网协议都采用以下概念模型。在t0点处，一个站点已完成了帧的传送，其他想要发送的站点现在都可以尝试发送。如果两个或两个以上的站点同时决定传送，将会产生冲突。,无冲突的协议,在CSMA/CD中，虽然抓住信道，便不会产生冲突，但在竞争周期冲突仍不可避免。 在电缆很长而帧很短时，系统性能很低。 位图协议 二进制倒计数法 以上两协议的假设：都假定有N个站，每个站均有一个唯一的地址，从0到N-1一一对应。 关键问题：在一次成功的传送之后，哪个站将会得到这个竞争的信道。,位图协议,竞争周期恰好由N个时隙组成。若站点0想发送一帧，它就在第0个时隙内发送1比特

11、。该时隙内，不允许其他任何站点发送。,二进制倒计数法,每个想要使用信道的站点，首先将其地址以二进制位串的形式，按照由高到低的顺序进行广播，并且假定所有地址的长度相同。然后，将各站的地址的对应位进行布尔或运算。 为了避免冲突，就必须进行仲裁：若某站发现其地址中原本为0的高位被置换为1，则它便放弃发送。,有限竞争协议,前面讨论了电缆网络中两种基本的信道获取策略：竞争法和无冲突法。 可根据两项指标加以评定：轻载荷下的时延，重载荷下的信道利用率。 有限竞争协议结合了竞争法和无冲突法的优点。 自适应树搜索协议,波分多路访问协议,在波分多路访问中，每个站点分配两个信道。其中窄信道作为通知站点的控制信道，宽

12、信道作为站点输出数据帧的信道。 每个信道被分成不同的时隙组。取控制信道的时隙数为m, 数据信道的时隙数为n+1, 其中n个用于数据，最后一个用来报告站点的状态。 在两条信道中，时隙序列无尽地循环，其中时隙0用某种特殊的方式标记以便后续时隙识别。 所有的信道均用同一个全程时钟来同步。,波分多路访问,波分多路访问协议,支持三种类型的通信流量（1）恒定速率的，面向连接的通信流量；（2）可变速率的，面向连接的通信流量；（3）数据报流量，比如UDP分组。 每个站都有两个发送器和两个接收器。P197，新书P223 一个波长固定不变的接收端，用来侦听本站点的控制信道。 一个波长可调的发送端，用来向其他站点的

13、控制信道发送帧。 一个波长固定不变的发送端，用来输出数据帧。 一个波长可调的接收端，用来选择要侦听的数据发送端。 每个站点都侦听自己的控制信道，看是否有请求产生，并将接收端的波长调为发送端的波长，从而得到数据。,无线LAN协议,如果一个系统中的笔记本计算机通过无线电波进行通信，则该系统可以被认为是一个无线LAN。 要求特殊MAC子层协议。,以太网,信道分配协议在局域网中的应用。 IEEE对许多局域网和城域网做了标准化工作，这些标准都在IEEE802的名字下面。 IEEE802.3(以太网) IEEE802.11(无线LAN) IEEE802.15(蓝牙) IEEE802.16(无线MAN),I

14、EEE802.3和IEEE802.11有不同的物理层，不同的MAC子层，但有共同的逻辑链路控制子层（定义在IEEE802.2中）。 以前介绍了以太网的基本概念，此节将介绍以太网的技术细节、协议等。 对于以太网和IEEE802.3，除了下面将要讨论的两个小区别，它们几乎相同。,以太网电缆,10Base5：俗称粗以太网 10Base2：俗称细以太网 10Base-T：采用双绞线 10Base-F：采用光纤,10Base5,最先出现 每隔2.5米标记了分接头的插入处。 插入式分接头将设备连到电缆上。 10Base5的含义：运行在10Mbps的速率上，使用基带信令，支持的分段长度可达500米。 在分接

15、头中，有一根针被非常小心地插入到同轴电缆的内芯中。收发器则紧紧夹住电缆以便分接头可接触内芯。 通过一根收发器电缆将收发器连到计算机的接口卡上。 收发器电缆可长达50米，包含5对独立的屏蔽双绞线。,接口卡包含一个控制器芯片，用来向收发器传送帧，或从收发器接收帧。 控制器负责将数据装配成正确的帧格式，为发送的帧计算校验和，为接收的帧检验校验和。 有些控制器芯片也为进来的帧管理一个缓冲池；为要传输的帧管理一个缓冲队列；并且可以与主计算机进行直接的内存传输，以及其他的网络管理功能。,10Base2,使用工业标准的BNC连接器来构成T型接头。 每段最长185米。 10Base5和10Base2存在的问题

16、：对电缆断裂、电缆超长、分接头坏掉，或BNC连接器松动的检测困难。 人们研制了许多技术来捕捉故障。比例，时间域反射计。 时间域反射计：P210，新书229,10Base-T,由于找电缆断裂处不方便 ，导致了10Base-T的出现。 所有的站都连到一个 集线器上，集线器并不缓存流量，但交换机则缓存。 每个站通过一根非共享的电缆连接到集线器。 优点：增、删一个站容易，电缆断裂很容易检测到。 缺点：从集线器出来的电缆的最大长度只有100米。但使用高质量的5类双绞线能达到200米。 还有一个更快的100Base-T。,10Base-F,这种连接方式由于连接器和终结器的成本开销而非常昂贵。但它有极好的抗

17、噪声能力。 适用于楼与楼之间的连接，或用于远距离隔开的集线器之间的连接。 长度可达上千米。 安全性好，因为在光纤上窃听比在铜线上要难。,电缆拓扑结构,电缆拓扑结构,在各种以太网中，每段电缆的长度都有一个上限，为了构建更大的网络，多根电缆可以通过中继器连接起来。 中继器是一个物理层设备。它在两个方向上接收、放大和重传信号。 从软件角度看，通过中继器连接起来的一系列电缆段与单根电缆没有任何区别。 两个收发器之间不能超过2.5公里。 任意两个收发器之间的路径上不得跨越多于4个中继器。,曼彻斯特编码,使用直接的二进制编码会导致歧义。P212，新书P231 让接收方在没有外部时钟参考的情况下，可以毫无歧

18、义地确定每一位的起始、结束、中间位置的方法： 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码,曼彻斯特编码,每一位的周期分成两个相等的间隔。二进制“1”位在发送时，在第一个间隔中为高电压，在第二个间隔中为低电压。二进制“0”位则正相反。 优点：这种方案可以保证每一个位周期中都有一个中间电压变化，这使得接收方很容易与发送方同步起来。 缺点：它所要求的带宽是直接二进制编码的两倍。,差分曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码是基本曼彻斯特编码的一个变种。 在这种编码中，如果在间隔的起始处没有相变，则表示位“1”；如果在间隔的起始处出现了相变，则表示位“0”。在这两种情况下，位周期的中间也会有一个相变。 优点：提供了更好的抗

19、噪声能力。 缺点：需要更复杂的设备。,以太网使用了曼彻斯特编码 令牌环网使用了差分曼彻斯特编码,以太网MAC子层协议,早期的DIX（DEC,Intel,Xerox)帧结构如图（a）所示。 当IEEE标准化以太网时，做了两个改动，如图（b）所示。 第一个改动是将前导域降低到7个字节，将空出的一个用作帧起始分界符，便于与IEEE802.4和IEEE802.5兼容。 第二个改动是将类型域变成了长度域。,每个帧都以前导域开始，该前导域包含了位模式10101010。 这个位模式经过曼彻斯特编码后便于发送方与接收方的时钟同步。 对于一帧的剩余部分，也必须保持同步，利用曼彻斯特编码可以识别位的边界。 帧结构

20、中包含两个地址：目标地址和源地址。 标准中允许使用2字节或6字节的地址。 对10Mbps基带标准定义的参数只使用6字节的地址。,多播,向一组站发送数据帧。 在作为目标地址的组地址中，最高位为“1” 利用组地址，多个站可监听同一地址。当一帧被发送给一个组地址的时候，该组中的所有站都会接收到该帧，,广播,由全部的“1”位构成的地址被保留用于广播。 若一帧的目的地址域中包含全部的“1”，则网络上所有的站都会接受该帧。 多播与广播的差异： 一个多播帧被发送给以太网上选择出来的一组站。 一个广播帧被发送给以太网上的所有站。 多播是有选择性的，但要涉及到组的管理。 广播是粗粒度的，并不要求任何组管理的支持

21、。,局部地址与全局地址,局部地址是由网络管理员分配，在局部网络之外无意义。 全局地址是由IEEE统一分配，可以保证世界上任何两个站点都不会相同。 这两种地址由第46位来区分。 全局地址的可用位数48246,类型域,告诉接收方应该如何处理这一帧。 在同一机器上可能有多个网络层协议在使用，所以，但一个以太网帧到达时，由类型域指定应该将它交给哪个网络层进程。 IEEE 802.3标准规定的MAC帧稍复杂些。它和以太网V2的MAC帧的区别之一是： 第三个字段是长度/类型字段。根据长度/类型字段的数值大小，这个字段可以表示MAC客户数据字段的长度（请注意：不是整个数据帧的长度），也可以等同于以太网V2的

22、类型字段。具体地讲： 若长度/类型字段的数值小于MAC客户数据字段的最大值1500（字节），这个字段就表示MAC客户数据的长度。 若长度/类型字段的数值大于0X0600（相当于十进制的1536），那么这个数值就不可能表示以太网合法的数据字段长度，因而这个字段就表示类型。,数据域,最长可达1500个字节。 在制定DIX标准时，这个值的选择依据主要是：新书P233 最小的帧长度限制：P213,新书P233P234,8023标准规定凡出现下列情况之一的即为无效的MAC帧： 1）MAC客户数据字段的长度与长度字段的值不一致； 2）帧的长度不是整数个字节； 3）用收到的帧检验序列FCS查出有差错； 4）

23、收到的帧的MAC数据字段的长度不在46-1500字节之间。 对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。 当MAC客户数据字段的长度小于46字节时，则应加以填充（内容不限）。这样，MAC帧（包含14字节首部和四字节尾部）的最小长度是64字节或512BIT。,为什么长度不够的帧就是无效帧呢？这是因为 CSMA/CD协议的一个要点就是当发送站正在发送时，若检测到碰撞则立即中止发送，然后推迟一段时间后再发送。 如果所发送的帧太短，还没有来得及检测到磁撞就已经发送完了，那么就无法进行磁撞检测，因而就会使CSMA/CD协议变得没有意义。因此，所发送的帧的最短长度应当要保证在发送完毕之

24、前，必须能够检测到可能最晚来到的磁撞信号。 这段时间就是以太网的端到端往返时延。在802.3标准中，这段时间取为51.2s。 对于10Mbit/s速率的以太网，这段时间可以发送512bit。这样就得出了MAC帧的最短长度为512bit，或64字节。在接收端，凡长度不够64字节的帧就都认为是应丢弃的无效帧。,如果仅仅从以太网的最大容许长度（2500m）来计算，并假定信号在电缆上的传输速率为2.3105km/s，则端到端的往返时延就还不到22s。考虑到实际上还有许多因素影响到端到端的往返时延，因此，802.3标准将长度达到最大值的以太网两倍往返时延取为51.2s。 MAC子层的标准还规定了帧间最小

25、间隔为9.6s才能发送数据。这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理做好接收下一帧的准备。,随着网络速度的提高，最小的帧长度必须成比例的增加，或者最大电缆长度成比例地减短。 校验和： P214,新书PP234,二元指数后退法,当发生冲突时，如何确定随机等待时间？P214，新书P235,以太网的性能,若每个站在一个竞争时槽中传送帧的概率为P，那么，在这个时槽中，某个站获得信道的概率A为：A=KP(1-P)K-1 当P1/K，A最大； 当K趋向无穷，A趋向1/e 竞争间隔正好等于j个时槽的概率为A(1-A)j-1 每一次竞争的平均时槽数：,由于每个时槽的时间间隔为 平均竞争间隔W为 假

26、设最优的P，并且竞争时槽的平均数永远不超过e,则W至多为 若传送每一帧平均需要P秒，则 信道利用率 电缆越长，则竞争间隔越长，这正是规定电缆长度的原因。P215,新书P236,在高载荷下，准备传送的站的平均数？ 每秒钟传送的帧数为1/（P+W）. 若每个站生成帧的平均速率为 则当系统在状态K时，所有未阻塞的站的总输入率为 利用输入与输出相等可求出K 有许多对性能分析的工作都假设网络流量是泊松分布，但实际的流量却很少是泊松分布，而是自相似的。,交换式以太网,随着以太网中的站越来越多，流量也急剧上升。一种办法是提高速度，从10Mbps到100Mbps。 随着多媒体的增长， 100Mbps或1Gbp

27、s也会变得饱和。 另一种办法：交换式以太网，P217，新书P237,快速以太网,为了挖掘出速度的潜力，两种基于环的光纤LAN被提出。 FDDI(光纤分布式数据接口) 光纤信道 都可以用作骨干网，但不能突破到桌面上。 站的管理太复杂，导致了复杂的电路和昂贵的价格。 光纤LAN的失败，为大于10Mbps的普通以太网留下了发展空间。,1992年，IEEE重新召集802.3委员会，要求提出一个快速的LAN。P245，新书P239 快速以太网的基本思想。,千兆以太网,所有配置都是点对点的 以前的以太网称为经典以太网,IEEE802.2：逻辑链路控制,利用各种数据链路协议，两台机器可以在不可靠的线路上进行

28、可靠的通信。 这些协议提供了错误控制（使用确认）和流控制（使用一个滑动窗口）的能力。 IEEE定义了一个协议，可以运行在以太网或其他的802协议之上，这就是LLC。 LLC通过提供一种统一的格式，以及向网络层提供一个接口，从而隐藏了各种802网络之间的差异。 此格式、接口和协议基本上都以HDLC协议为基础。 P229P231,新书P244P225,LLC提供三种服务： 不可靠的数据报服务 有确认的数据报服务 面向连接的可靠服务 LLC头部包含三个域：目标访问点、源访问点、控制域。 对因特网，LLC层不要求确认。,无线局域网,有两种配置：有一个基站，没有基站 802.11LAN对两种方案都提供支

29、持 在802.11中，MAC子层确定了信道的分配方式，也就是说，由谁来传输数据。 802.11标准规定了在物理层上允许三种传输技术：红外线使用了与电视遥控器相同的技术；其它两种方法使用了短距离的无线电波，所用到的技术分别称为FHSS(跳频扩频)和DSSS（直接序列扩频）。 FHSS和DSSS都用到了一部分不需要许可的频段（2.4GHz ISM频段）。,所有这些技术都工作在1Mbps或2Mbps的速率上，并且功率非常低，因此一般不会有严重的冲突。 1999年，两种新的技术被引进，以便达到更高的带宽，即OFDM（正交频分多路复用）和HR-DSSS（高速率的直接序列扩频）。工作速率分别达到54Mbp

30、s和11Mbps。 2001年，第二种OFDM调制技术又被引入进来，它与第一种OFDM调制技术工作在不同的频段。 从技术上讲，它们都属于物理层，但与802.11MAC子层更加接近，所以放在这里讨论。,802.11协议栈部分视图,802.11物理层,红外线技术使用了0.85或0.95微米波段上的漫射传输。 有1Mbps或2Mbps两种速率。在1Mbps采用灰色编码，即每4位成一组，每个组被编码成一个16位的码字，其中包括15个0和一个1。 FHSS（跳频扩频）使用了79个信道，每个信道的宽度为1MHz，从2.4GHz ISM频段的低端开始往上。使用一个伪随机数发生器来产生跳频序列。 DSSS（直

31、接序列扩频）：限制在1Mbps或2Mbps的速率上。编码方案与CDMA有些相似之处。 其他见新书P247P248,802.11MAC子层协议,802.11MAC子层协议与以太网的MAC子层不同，因为与有线环境相比，无线环境具有一些内在的复杂性。 在以太网中，一个站只要等到以太空闲下来，就可以开始传输了。若在前64个字节以内没有收到送回来的噪声尖峰的话，则几乎可以肯定该帧已经被正确地递交了。 在无线环境中，这样的条件并不成立。,首先，前面提到的站点隐藏问题不可避免。 再者，站点暴露问题也存在。 大多数无线电设备都是半双工的，不能同时既传输数据，又监听噪声尖峰。 因此，802.11并没像以太网那样

32、采用CSMA/CD。 为了解决这些问题， 802.11支持两种操作模式。 第一种称为DCF（分布式协调功能），没有中心控制；第二种称为PCF（点协调功能），用基站来控制单元内的所有活动。 所有的802.11实现必须支持DCF，而PCF则是可选的。,DCF,当使用DCF时，802.11使用了CSMA/CA。 用到了物理信道的监听手段和虚拟信道的监听手段。 CSMA/CA支持两种操作方法。 在第一种方法中，当一个站点想要传送数据的时候，它首先监听信道。若空闲，就开始传送。在传送过程中它并不监听信道，而是直接送出整个帧；在接收方，有可能由于干扰而使该帧数据被毁坏。 若信道正忙，则发送方推迟到信道空闲

33、时再传送。若冲突发生，则冲突的站等待一段随机的时间，使用以太网的二元指数后退算法。,第二种方法是以MACAW为基础，用到了虚拟信道监听方法，新书P250 与有线网络相反，无线网络是有噪声的，也是不可靠的，不要许可的频段也为其他电器所用，这会干扰无线网络。因此，一帧被成功传送的概率随着帧长的增加而减少。 若一帧中任何一位发生错误的概率为p,则n位长度帧被完整正确接收的概率是（1-p）n。 为了解决噪声信道的问题，802.11允许所传输的帧被分成小的碎片，每片有自己的校验和。,PCF,以上所讨论的模式没有中心控制，所有的站都在竞争时间，就好像以太网中的站所做的那样。 在PCF这种模式中，基站对其他

34、的站进行表决，问它们是否要发送帧。 传送顺序完全由基站控制，不会发生冲突。 标准中规定了表决机制，但没有规定表决频率、表决顺序等。 基本机制：让基站周期性地广播一个信标帧，包含了系统参数，比如调频和停延时间、时钟同步等。新书P251,在一个单元内，PCF和DCF可以共存，802.11提供一种办法可以做到这一点。它是通过小心地定义帧间的时间间隔来做到的。 当一帧被发送出去以后，对于任意一个站，必须等待一段特定长度的死时间之后，它才可以发送帧数据。 总共有4种不同的时间间隔定义，每一种都有特殊的用途。新书P251 SIFS，短帧间间隔 PIFS，PCF帧间间隔 DIFS，DCF帧间间隔 EIFS，

35、扩展帧间间隔,SIFS,最短的时间间隔 用途：允许一个对话的各个部分有机会首先被发送。 包括：让接收方发送一个CTS来响应一个RTS；让接收方发送一个ACK作为对一个分片的确认，或者对一个完整数据帧的确认；让一个分片串的发送方传输下一个分片，而无需再发送一个RTS。 在一个SIFS间隔之后，总是恰好只有一个站会得到发送应答的授权。若它未能利用它的机会，则经过一段时间会到达 PIFS时间点。,PIFS,在PIFS时间点，基站可能会发送一个信标帧，或一个表决帧。 这种机制使得一个正在发送数据帧或者分片序列的站可以在无人妨碍的情况下完成该帧的发送任务，但是，当前面的发送方已经完成了发送任务时，基站无

36、需跟饥渴的用户竞争就有机会获得信道。,DIFS,若基站不想有任何动作，则会到达DIFS时间点，任何一个站都可能试图获得信道以便发送一个帧。 常用的竞争规则在这里仍然适用，若发生冲突，则可能需要用到二元指数后退算法。,EIFS,被用来报告坏帧，只有刚刚接收到坏帧或未知帧的站才会使用这个间隔。 优先级最低 由于接收方可能不知道接下去怎么办，所以它应该实实在在地等待一段时间，以避免干扰两个站之间的一个正在进行的对话。,802.11中的帧间间隔,802.11帧结构,802.11标准定义了三种类型的帧：数据帧、控制帧、管理帧。 每一种帧都有一个头，该头部包含了各种用于MAC子层的域。 还有一些头是由物理

37、层使用的，但绝大多数被用来处理所涉及到的调制技术。,帧控制域：有11个子域，依次是：协议版本，类型域（数据帧、控制帧、管理帧），子类型域（RTS,CTS）等。 TO DS和FROM DS域表明了该帧是发送到或来自于跨单元的分布系统。 MF域意味着后面有更多分片。 Retry域表明是以前发送的某一帧的重传。 电源管理域由基站使用。 MORE域表明有更多的帧要发送给接收方。 W域表明帧体已加密。 O域指示接收方要按顺序处理。,持续时间（Duration）域提供如下信息：该帧和它的确认帧将会占用信道多长时间。 序列号（Sequence）域使得分片可以被编号。 管理帧的格式与数据帧的格式非常相似，唯一

38、不同的是，管理帧少了一个基站地址，因为管理帧被严格限定在一个单元中。 控制帧也要短一些，它只有一个或两个地址，没有DATA域， Sequence域。 对于控制帧，关键的信息在于subtype域，通常为RTS、CTS、ACK。,服务,802.11标准声明了每个符合标准的无线LAN必须提供9中服务。 这些服务分成两类：5种分发服务，4种站服务 分发服务涉及到对单元的成员关系的管理，并且会影响到单元之外的站。 站服务只与单元内部的活动有关系。,分发服务,由基站提供，处理站的移动性：当移动站进入单元时，通过这些服务与基站关联；当移动站离开单元时，通过这些服务与基站断开联系。 5种分发服务：关联：移动站

39、利用该服务连到基站上。 分离：一个站在离开或关闭之前，应该先使用该服务。 重新关联：利用这项服务可改变首选基站。 分发：决定如何路由那些发送给基站的帧。 融合：可以将802.11格式的帧翻译成目标网络所要求的帧格式。,站服务,在单元内部进行，当关联过程完成后，这些服务才会用到。 认证：P254 解除认证： P254 私密性： P254 数据投递： P254,蓝牙的体系结构,蓝牙系统的基本单元是一个微微网（piconet），包含一个主节点，以及10米距离之内至多7个活动的从节点。 在微微网中，除了7个活动的从节点外，还可以有多达255个静观节点。 静观节点：主节点已经将它们切换到一种低功耗状态，

40、以便降低它们的电源消耗。 在活动状态和静观状态之间，还有两种中间电源状态：限制，监听。 微微网是一个中心化的TDM系统，主节点控制了时钟，它决定了每个时槽中哪个设备可以通信。,蓝牙应用,蓝牙V1.1规范列出了13种需要支持的专门应用。并为每种应用提供不同的协议栈。这些应用也被称作应用轮廓。新书P262,蓝牙协议栈,经过802委员会修改后的蓝牙基本协议结构：,物理无线电层处于最低层，很好地对应了OSI和802模型中的物理层，处理与无线电传送和调制有关的问题 基带层有点类似育MAC子层，但也包含了物理层的要素 涉及到主节点如何控制时槽，以及这些时槽如何组织成帧,链路管理器负责在设备之间建立逻辑信道

41、，包括电源管理、认证、服务质量。 逻辑链路控制协议（L2CAP）为上面各层屏蔽了传输细节。类似于标准的802LLC子层。 音频协议处理与音频相关的事宜。 控制协议处理与控制相关的事宜。,中间件层由不同的协议混合而成的。 为了与802的其他网络保持兼容，IEEE将802LLC插在这里。 Rfcomm（射频通信）：指模拟PC上用于连接键盘、鼠标、调制解调器，以及其他设备的标准串口通信。 电话协议：是一个实时协议，用于三种面向话音的轮廓。 服务发现协议：可用来找到网络内的服务。,最上面是应用和轮廓所在的地方。 利用底层的协议来完成任务。 每个应用都有它自己的专用协议子集。,蓝牙技术,用于将计算和通信

42、设备或附件通过短距离的、低功耗的、低成本的无线电波相互连接起来。 最初的想法只是要去掉设备之间的电缆，但后来扩大了范围，开始侵入到无线LAN的领地，造成与802.11的竞争。 1999年7月，蓝牙SIG发布了一份1500页的 规范。不久，正在考虑无线个人域网络（PAN)的IEEE标准组802.15采纳了蓝牙的文档作为它的基础，并对它进行修订。 蓝牙规范是针对整个系统的，从物理层到应用层，面面俱到。 IEEE802.15委员会仅仅对物理层和数据链路层进行了标准化。,蓝牙无线电层,将位信息从主节点移动到从节点，或反过来。 是一个低功率的系统，距离范围为10米，运行在2.4GHz ISM频段上。该频

43、段被分成79个信道，每个1MHz。 采用频移调制方案，每Hz一位，所以总数据率为1Mbps。,蓝牙基带层,是蓝牙标准中最接近MAC子层的地方。 将原始的位流转变为帧，并定义了一些关键的格式。P265 每一帧都在一个逻辑信道上进行传输，该逻辑信道位于主节点与某个从节点之间，称为链路。 蓝牙标准中共有两种链路：ACL，SCO,ACL（异步无连接链路）,用于那些无时间规律的分组交换数据。 在发送方，这些数据来自于L2CAP层；在接收方，这些数据被递交给L2CAP层。 ACL流量的投递模型为尽力而为投递型，没有任何保证。 对于一个从节点，它与主节点之间只可以有一条ACL链路。,SCO（面向连接的同步链

44、路）,主要用于实时数据，比如电话连接。 这种信道是在每个方向中的固定时槽中分配的。 由于SCO链路的实时性本质，在这种链路上发送的帧永远不会被重传。 通过前向纠错机制可以提供高的可靠性。,蓝牙L2CAP层,三个主要功能： 第一，它接受来自上面各层的分组，分组可以达到64KB大小，并且L2CAP层将这些分组打碎到帧中，以便于传输。在远端，这些被打碎的帧又被重组到分组中。 第二，L2CAP层处理多个分组源的多路复用和解复用。 第三， L2CAP层处理与服务质量有关的需求。,蓝牙的帧结构,帧格式有几种，最重要的如下图所示：,访问码（Access code）：标识了主节点。当从节点位于两个主节点的无线

45、电覆盖范围内时，利用这个来区分主节点。 头（header)：包含了典型的MAC子层的域。 数据域：对5时槽的传输，最多可达2744位，对一个单时槽的帧，除了数据域为240位外，格式的其他方面都相同。,头（header）中的内容,Addr域标识了该帧的接收目标是8个活动设备中的那一个。 Type域标识了帧的类型（ACL、SCO、表决、空），数据域中所使用的纠错类型，以及该帧有多少个时槽长度。 F(Flow,流)位是由从节点使用的，当它的缓冲区满了因而不能再接收任何数据的时候，从节点会利用F位来声明这个事实。 A(确认)位被用来在一帧中捎带一个ACK。 S（序列）位被用于帧的编号，以便检测重传帧。

46、 CHECKSUM：头部校验和。 18位的头部重复3次，在接收方，通过一个简单的电路可以检测每一位的三份副本。,数据链路层交换,网桥：连接多个LAN，运行在数据链路层上，通过查看数据链路层的地址来完成帧转发的任务。 路由器：工作在网络层，检查分组中的地址，据此进行路由。 交换式以太网等现代技术的出现，使得两者的界限模糊。,网桥的应用,适合使用网桥的常见情形： 第一，许多大学和公司的部门都有自己的LAN，各个LAN存在差异。需要网桥沟通。 第二，一个组织可能分布在几个大楼，这些楼之间有一定的距离。 第三，有时候可能有必要将一个逻辑上的单个LAN分成多个独立的LAN以便适应网络的载荷。 第四，物理

47、距离太长，例如，超过了以太网限制的2.5公里。 第五，存在可靠性问题。 网桥可提升一个组织的安全性。 网桥与中继器的区别：新书P269 网桥是透明的，这意味着移动机器跨越网桥，不需要改变任何硬件、软件和配置表。 新书P267269,从802.X到802.Y的网桥,将一帧从一个LAN传送到另一个LAN 碰到的困难： 第一，每一种LAN的帧格式存在差别。新书P270 第二，数据速率存在差别。 第三，对最大帧长度的限制存在差别。 第四，安全问题 第五，服务质量,本地的网络互连,对一个进入的帧，在网桥中的路由过程取决于它在哪个LAN上到达（源LAN），以及它的目标地址在哪个LAN上（目的LAN）。过程如下： （1）若目标LAN和源LAN相同，则丢弃该帧； （2）若目标LAN和源LAN不相同，则转发该帧； （3）若目标LAN未知，则使用扩散法。,生成树网桥,远程网桥,中继器,在最底层，即物理层， 是模拟设备，用于连接两根电缆段。 在一段上的信号被放大后放到另一段上。 它不理解帧、分组和头的概念，只理解电压值。,集线器,将许多条