【文章內(nèi)容簡介】 CD 適用的范圍，因此只允許使用交換機進行連接，因此每個站點也都可以全雙工地進行通信。 事實上，所有交換機既可以與 10Mbps 站點連接，也可以與 100Mbps 站點連接，標準提 第 9 頁 供了一種自動協(xié)商模式允許兩個站點自動配置通信的最佳速率和通信方式（全雙工或半雙工），因此使用交換機與現(xiàn)有站點連接非常方便，而且站點升級也非常方便。 6. 千兆以太網(wǎng) 千兆以太網(wǎng)的標準是 。該標準在進一步提高數(shù)據(jù)速率的同時，仍然保持與所有現(xiàn)有的以太網(wǎng)標準相兼容，包括幀格式、最大幀長與最小幀長的限制等。 千兆 以太網(wǎng)的所有配置全都是點到點的，它允許兩臺計算機直接相連，也允許用 hub 或交換機連接多臺計算機，也可以連接其它的 hub 或交換機，如圖 422。 千兆以太網(wǎng)支持兩種不同的操作模式：全雙工模式和半雙工模式。正常模式是全雙工模式，當使用交換機連接計算機或連接其它的交換機時使用這種模式。由于所有的端口全都有緩存，因此每個站點都可以全雙工地收發(fā)數(shù)據(jù)；由于網(wǎng)絡(luò)中不存在沖突，也就不需要CSMA/CD，因此傳輸介質(zhì)的長度只取決于信號的強度，而不用考慮沖突檢測所需要的 2τ時間限制。交換機可以隨意混合和匹配速率，也支持自動協(xié)商 模式。 當使用 hub 連接計算機時，使用半雙工模式。由于 hub不緩存輸入幀，并且所有端口都處在同一個沖突域中，因此 CSMA/CD 是需要的。那么最小幀長多少比較合適呢？如果要保持 64 字節(jié)的最小幀長，那么網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不能超過 25 米，這是不能接受的。如果要保持 2500米的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，最小幀長就要達到 6400 字節(jié)，這同樣是不能接受的。因此 個折衷，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模可以達到 200 米，而線路上傳輸?shù)淖钚L為 512 字節(jié)。 為與現(xiàn)有協(xié)議相兼容并盡可能提高線路效率， 采取了兩個新舉措。一個稱為載波擴展（ carrier extension），即由物理層硬件在發(fā)送時將幀填充至 512 字節(jié)長，并由接收硬件在接收時自動去掉，這種操作是不為鏈路層所知的，所以鏈路層軟件不需要作任何修改，當然這時傳輸效率是不高的。第二個稱為幀突發(fā)（ frame bursting），當發(fā)送端有多個幀準備發(fā)送時，可以將這些幀放在一起傳輸，這樣當總的突發(fā)數(shù)據(jù)塊超過 512字節(jié)時可以不用填充，而當不足 512 字節(jié)時仍由物理層進行填充，這樣可以極大地提高線路的效率。 事實上，千兆以太網(wǎng)很少應(yīng)用在半雙工模式，這是非常不經(jīng)濟的，這種模式只是為了向后兼容的需要才制定 的。 千兆以太網(wǎng)支持電纜和光纜布線，如圖 423。 在光纖布線方案中，使用激光作為光源（可以支持 1Gbps 的速率）；可用的光波段有兩個： m 和 m，其中前者只能用于多模光纖中；光纖有三種： 10μ m、 50μ m 和 m，其中第一種是單模光纖，后兩種是多模光纖。可以達到的傳輸距離與所使用的光纖類型及光波段有關(guān)，當采用 10μ m的光纖和 m 的光波時，可以達到 5公里的最大距離，這個數(shù)字其實是很保守的，事實上可以達到 10 公里。 1000BaseCX 使用 2 對屏蔽雙絞線，由于距離太近（只有 25 米），實際上很少使用。1000BaseT 是使用 5 類雙絞線的布線方案，距離可以達到 100 米。 在光纖上使用 8B/10B 編碼（ 8 個數(shù)據(jù)比特編碼為 10 個信號比特），這種編碼比曼徹斯特編碼節(jié)省帶寬，通過仔細選擇碼字可使碼字中 0、 1 個數(shù)均衡（有利于消除直流電平）并可提供足夠多的狀態(tài)變化（便于提取時鐘）。 1000BaseT 使用 4 對 5 類雙絞線，每對雙絞線運行在 125M 波特的信號速率上，使用 5電平信號，其中四種電平用于編碼數(shù)據(jù)，一種電平用于控制的目的，因此每個信號攜帶 2比特數(shù)據(jù)， 4 對雙絞線可以 獲得 2 4 125M = 1000Mbps數(shù)據(jù)速率。由于使用了混合電路，每對雙絞線上都可以進行雙向傳輸，因此該方案可全雙工地獲得 1000Mbps 數(shù)據(jù)速率。 由于千兆以太網(wǎng)的速率非常高，數(shù)據(jù)發(fā)送與接收的處理稍有不同步就容易導致大量數(shù)據(jù) 第 10 頁 丟失，因此千兆以太網(wǎng)中引入了流量控制，接收端可以使用一個特殊的 PAUSE 幀要求發(fā)送端暫停發(fā)送一段指定的時間。 7．無線局域網(wǎng)（ ） (1) 協(xié)議棧 從 OSI 參考模型的角度來看，所有的局域網(wǎng)實際上都對應(yīng)了 OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，其中數(shù)據(jù)鏈路層又分為邏輯鏈路控制子層 （ LLC）和介質(zhì)訪問控制子層（ MAC）（圖 425）。 LLC 對于所有的 802 局域網(wǎng)都是一樣的，因此，不同的 802局域網(wǎng)的差異僅僅體現(xiàn)在物理層和 MAC 子層上。另外，有些局域網(wǎng)還允許使用不同的傳輸介質(zhì)和傳輸技術(shù)進行通信，由于物理層與傳輸介質(zhì)和傳輸技術(shù)密切相關(guān)，因此同一種局域網(wǎng)還可能存在多個物理層標準。 到目前為止， 標準化了一種 MAC 層協(xié)議，但在物理層上標準化了六種傳輸技術(shù)，其協(xié)議棧見圖 425，其中前三種是低速的（ 1Mbps 或 2Mbps），后三種是高速的（ 10Mbps以上）。 (2) 物理層 紅外通信：使 用 m 或 m 的光進行漫射傳輸，允許 1Mbps 和 2Mbps 兩種速率，使用格雷碼進行信號傳輸。在 1Mbps 速率上，每 4比特數(shù)據(jù)編碼為一個 16 比特的格雷碼（ 15 個 0 和 1 個 1）；在 2Mbps速率上，每 2比特數(shù)據(jù)編碼為一個 4比特的格雷碼（ 3 個0 和 1 個 1）。采用紅外通信的好處是各個房間的通信系統(tǒng)互不干擾，缺點是帶寬太低。 跳頻擴頻（ FHSS）：工作在 ISM頻帶上，共使用 79 個信道，每個帶寬為 1MHz。發(fā)送站使用一個偽隨機碼生成器生成跳頻的序列，數(shù)據(jù)傳輸就發(fā)生在相應(yīng)的信道上，在每個信道上的 傳輸時間可以用參數(shù)（停留時間）來指定。如果接收站使用相同的種子數(shù)（ seed）來生成偽隨機碼，并在信道上停留相同的時間，那么就會和發(fā)送站跳到相同的信道上，從而成功接收數(shù)據(jù)。在這里，種子數(shù)和停留時間是兩個非常重要的參數(shù)，不知道這兩個參數(shù)是不可能接收到數(shù)據(jù)的。跳頻擴頻提供了一種動態(tài)分配信道的方法，而且安全性好，抗干擾性強，常用于建筑物之間的通信，其缺點是帶寬太低。 直序擴頻（ DSSS）：其方法有些類似 CDMA，但不完全相同。每個比特用一個 11 位的Barker 碼序列傳輸，在 1Mbaud 的信號速率上使用相位調(diào)制，當 工作于 1Mbps 速率時，每波特攜帶 1 比特，而當工作于 2Mbps 速率時，每波特攜帶 2 比特。 正交頻分多路復用（ OFDM）：工作于 5GHz ISM 頻帶，共使用 52 個信道， 48 個用于數(shù)據(jù)傳輸， 4 個用于同步，每 216個數(shù)據(jù)比特被編碼為一個 288 比特的符號，并被分到多個信道上同時傳輸。這是 使用的傳輸技術(shù)，最高速率可以達到 54Mbps。將一個數(shù)據(jù)信號分到多個較窄的信道上傳輸，可有效抵御窄帶干擾，并允許使用非連續(xù)的信道。 高速直序擴頻（ HRDSSS）：這是 ，工作于 ，可以獲得 1， 2， 和 11Mbps 四種速率。其中前兩種速率及實現(xiàn)方法與 DSSS 兼容；當工作于，每個波特分別攜帶 4 比特和 8 比特時獲得后兩種速率。數(shù)據(jù)速率在通信過程中可以根據(jù)當前信道的負載及噪聲條件動態(tài)調(diào)整到可能的最佳速率，事實上， 幾乎總是運行在 11Mbps 速率上。盡管其數(shù)據(jù)速率低于 ，但通信范圍是后者的 7 倍。 OFDM：這是用于 OFDM，它使用 中 OFDM的調(diào)制方法，只是工作在 頻帶上，理論上它可 以達到 54Mbps，但實際上是否能達到還不清楚。 (3) MAC 子層 由于無線局域網(wǎng)中的隱藏站點問題和暴露站點問題，再加上大多數(shù)的無線電收發(fā)裝置是 第 11 頁 半雙工的，即它們不能在發(fā)送的過程中進行監(jiān)聽，因此以太網(wǎng)中的 CSMA/CD不能應(yīng)用于無線局域網(wǎng)中。 支持 DCF（不使用基站控制）和 PCF（使用基站控制）兩種操作模式，所有實現(xiàn)都必須支持 DCF，但支持 PCF 是可選的。 在 DCF 模式中， 使用 CSMA/CA 協(xié)議。該協(xié)議支持兩種操作，第一種操作類似于前面介紹過的 CSMA，發(fā)送站在發(fā)送前監(jiān)聽信道，信道忙則 推遲發(fā)送直至發(fā)現(xiàn)信道空閑，一旦信道空閑立即發(fā)送幀，但在發(fā)送的過程中并不檢測沖突（因為可能無法檢測），如果發(fā)生沖突，發(fā)送站使用二進制指數(shù)退避算法等待一段時間，然后再試。第二種操作基于MACAW，發(fā)送站向接收站發(fā)送一個 RTS 幀請求發(fā)送，接收站發(fā)送一個 CTS 幀表示同意發(fā)送，然后發(fā)送站可以發(fā)送一個幀，并啟動一個 ACK計時器，接收站正確接收后必須返回一個 ACK 幀進行確認，若發(fā)送站的 ACK 計時器超時，則發(fā)送站重發(fā)。收到 RTS或 CTS的站都用 NAV 信號通知自己的相關(guān)實體保持沉默，直至整個交換過程結(jié)束，保持沉默的時間可以根 據(jù) RTS 或 CTS中給出的待發(fā)送幀或待接收幀的長度以及確認所需要的時間估算出來。 由于無線信道干擾比較大，使用長幀傳輸很容易出錯，因此 允許在發(fā)送前對幀進行分段，每個段攜帶自己的校驗和，被單獨編號和確認，并使用一種停 等協(xié)議來傳輸。一旦發(fā)送站通過 RTS 和 CTS獲得信道后，他可以發(fā)送一系列的段，這一系列的段稱為是一個段突發(fā)。 沒有規(guī)定一個標準的段長度，但同一個 cell中的所有站點必須使用相同的段長度，基站可以調(diào)整本 cell 中的段長度。 NAV 機制只能確保發(fā)送站和接收站周圍的站點保持沉默到第一 個段被確認，要確保發(fā)送站連續(xù)發(fā)送一個幀突發(fā)需要使用其它的機制（幀間距機制）。 在 PCF 模式中，基站用輪詢法（ polling）詢問每個站有沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送，由于基站完全控制了各個站的發(fā)送順序，因此不會有沖突產(chǎn)生。標準規(guī)定了輪詢的機制，但輪詢的頻度、次序及各站點是否獲得平等的服務(wù)等均由實現(xiàn)來決定?；具€要周期性地廣播一個信標幀（ beacon frame），幀中攜帶有諸如跳頻序列、停留時間、時間同步等系統(tǒng)參數(shù)。信標幀邀請新的站注冊輪詢服務(wù)， 一旦一個站注冊了一個恒定速率的輪詢服務(wù)，則它就會獲得所要求的帶寬。由于無線移動設(shè)備通常用電池供電，而電池壽命是人們非常關(guān)心的問題，因此基站還負責電源管理。在空閑的時候，基站可令移動設(shè)備進入休眠狀態(tài)，進入休眠狀態(tài)的設(shè)備過后可被基站或用戶喚醒，這也意味著基站必須緩存發(fā)往移動設(shè)備的幀。 DCF 和 PCF 可以共存于一個 cell 中，這是通過幀間距機制來實現(xiàn)的。在一次成功的幀傳輸后有一段空載時間（ dead time），不允許任何站發(fā)送數(shù)據(jù)。 規(guī)定了四種間隔時間（圖 429）： ? SIFS：允許正處于會話中的站點 優(yōu)先發(fā)送，如允許收到 RTS 的站發(fā)送一個 CTS，允許收到數(shù)據(jù)的站發(fā)送一個 ACK，允許收到 ACK 的站繼續(xù)發(fā)送后繼的段而不用重新發(fā)送 RTS； ? PIFS：在 SIFS間隔后只有一個站點允許發(fā)送，如果這個站點沒有發(fā)送，那么在 PIFS后基站（ PCF 模式）可以發(fā)送一個信標幀或一個輪詢幀； ? DIFS：如果基站沒有發(fā)送，那么在 DIFS 后任何站都可以試圖發(fā)送來競爭信道； ? EIFS：如果以上間隔都沒有發(fā)送，那么在 EIFS 后收到壞幀或未知幀的站點可以發(fā)送一個幀報告錯誤。 盡管基于 RTS 和 CTS 的信道預(yù)約機制有助于降低沖突，但它也引入 了時延和消耗了信道資源，因此 該機制是可選的， 僅用于為長數(shù)據(jù)幀預(yù)約信道。在實踐中，每個無線節(jié)點可以設(shè)置一個 RTS門限值，僅當幀長超過門限值時，才使用 RTS/CTS 序列。許多無線節(jié)點常將默認的 RTS 門限值設(shè)置得大于最大幀長，這樣相當于未使用該機制。 若不使用 RTS/CTS 信道預(yù)約機制， CSMA/CA 工作如下。當一個節(jié)點有幀要發(fā)送時， 第 12 頁 首先偵聽信道。 1） 如果一開始就偵聽到信道空閑，則在等待了 DIFS時間后發(fā)送該幀（幀間間隔要求）。 2） 若信道忙，則選取一個隨機的回退值，并在偵聽到信道空閑時開始遞減該值。在此過程中若偵聽到 信道忙，則停止遞減，并保持計數(shù)值不變。 3） 當計數(shù)值減為 0 時（注意僅可能發(fā)生在偵聽到信道為空閑時），該節(jié)點發(fā)送整個幀并等待確認。 4） 若收到確認幀，表明幀發(fā)送成功；若還要發(fā)送下一個幀，從第 2 步開始 CSMA/CA協(xié)議。若未收到確認，節(jié)點重新進入第 2步中的回退階段，并從一個更大的范圍內(nèi)選取隨機值。 我們可以看到 CSMA/CA和 CSMA/CD 的差異。在 CSMA/CD中，當節(jié)點偵聽到信道空閑時，立即就可以發(fā)送數(shù)據(jù)。而在 CSMA/CA中，當偵聽到信道空閑時要推遲發(fā)送，尤其在第 2 步中要隨機回退，這是為了減少沖突而采取的措施?？?慮這樣一種情形，一個節(jié)點正在發(fā)送，而另外兩個節(jié)點在偵聽信道準備發(fā)送。當信道上的發(fā)送一完成，兩個等待的節(jié)點同時偵聽到信道空閑。如果它們都等待 DIFS 后立即發(fā)送，則肯定發(fā)生沖突。由于 CSMA/CA不檢測沖突且發(fā)生沖突的代價很高，為了減少這種沖突的發(fā)生，令節(jié)點在偵聽到信道忙后立即進入回退。如果它們剛好選擇了不同的回退值，則當信道空閑時會有一個節(jié)點先發(fā)送。未發(fā)送的節(jié)點將凍結(jié)其計數(shù)值，并抑制發(fā)送直至前一個節(jié)點發(fā)送完成。當然，如果兩個節(jié)點選擇了相同的回退值或者是相互隱藏的，則仍有可能發(fā)生沖突，這時可從一個更大的范圍內(nèi)選 取回退值。 (4) 幀結(jié)構(gòu) 定義了三種類型的幀：數(shù)據(jù)幀、控制幀和管理幀，每種幀都有一個被 MAC 層使用的頭，還有一些被物理層使用的頭，下面只討論 MA