一.局域网参考模型
20世纪80年代初期,美国电气和电子工程师学会IEEE 802委员会结合局域网自身的特点,参考OSI/RM,提出了局域网的参考模型(LAN/RM),制定出局域网体系结构,IEEE 802标准诞生于1980年2月,故称为802标准。
由于计算机网络的体系结构和国际标准化组织(ISO)提出的开放的系统互联参考模型(OSI)已得到广泛认同,并提供了一个便于理解、易于开发和加强标准化的统一的计算机网络体系结构,因此局域网参考模型参考了OSI参考模型。根据局域网的特征,局域网的体系结构一般仅包含OSI参考模型的最低两层:物理层和数据链路层,如图4-1所示。
(1)物理层
物理层的主要作用是处理机械、电气、功能和规程等方面的特性,确保在通信信道上二进制位信号的正确传输。其主要功能包括信号的编码与解码,同步前导码的生成与去除,二进制位信号的发送与接收,错误校验(CRC校验),提供建立、维护和断开物理连接的物理设施等功能。
(2)数据链路层
在ISO/OSI参考模型中,数据链路层的功能简单,它只负责把数据从一个结点可靠地传输到相邻的结点。在局域网中,多个站点共享传输介质,在结点间传输数据之前必须首先解决由哪个设备使用传输介质,因此数据链路层要有介质访问控制功能。由于介质的多样性,所以必须提供多种介质访问控制方法。为此IEEE 802标准把数据链路层划分为两个子层:逻辑链路控制(Logical Link Control,LLC)子层和介质访问控制(Media Access Control,MAC)子层。LLC子层负责向网际层提供服务,它提供的主要功能是寻址、差错控制和流量控制等;MAC子层的主要功能是控制对传输介质的访问,不同类型的LAN,需要采用不同的控制法,并且在发送数据时负责把数据组装成带有地址和差错校验段的帧,在接收数据时负责把帧拆封,执行地址识别和差错校验。
尽管将局域网的数据链路层分成了LLC 和MAC 两个子层,但这两个子层是都要参与数据的封装和拆封过程的,而不是只由其中某一个子层来完成数据链路层帧的封装及拆封。在发送方,网络层下来的数据分组首先要加上DSAP(Destination Service AccessPoint)和SSAP(Source Service Access Point)等控制信息在LLC子层被封装成LLC帧,然后由LLC子层将其交给MAC子层,加上MAC子层相关的控制信息后被封装成MAC帧,最后由MAC子层交局域网的物理层完成物理传输;在接收方,则首先将物理的原始比特流还原成MAC帧,在MAC子层完成帧检测和拆封后变成LLC帧交给LLC子层,LLC子层完成相应的帧检验和拆封工作,将其还原成网络层的分组上交给网络层。
802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准,主要用于解决办公室局域网和校园网中,用户与用户终端的无线接入,业务主要限于数据存取,速率最高只能达到2Mbps。目前,3Com等公司都有基于该标准的无线网卡。由于802.11在速率和传输距离上都不能满足人们的需要,因此,IEEE小组又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准。三者之间技术上的主要差别在于MAC子层和物理层。
802.11a是802.11原始标准的一个修订标准,于1999年获得批准。802.11a标准采用了与原
始标准相同的核心协议,工作频率为5GHz,使用52个正交频分多路复用副载波,最大原始数据传输率为54Mb/s,这达到了现实网络中等吞吐量(20Mb/s)的要求。如果需要的话,数据率可降为48,36,24,18,12,9或者6Mb/s。802.11a拥有12条不相互重叠的频道,8条用于室内,4条用于点对点传输。它不能与802.11b进行互操作,除非使用了对两种标准都采用的设备。
由于2.4GHz频带已经被到处使用,采用5GHz-6.5GHz的频带让802.11a具有更少冲突的优点。然而,高载波频率也带来了负面效果。802.11a几乎被限制在直线范围内使用,这导致必须使用更多的接入点;同样还意味着802.11a不能传播得像802.11b那么远,因为它更容易被吸收。
尽管2003世界无线电通信会议让802.11a在全球的应用变得更容易,不同的国家还是有不同的规定支持。美国和日本已经出现了相关规定对802.11a进行了认可,但是在其他地区,如欧盟,管理机构却考虑使用欧洲的HIPERLAN标准,而且在2002年中期禁止在欧洲使用802.11a。在美国,2003年中期联邦通信委员会的决定可能会为802.11a提供更多的频谱。
在52个OFDM副载波中,48个用于传输数据,4个是引示副载波(pilot carrier),每一
个带宽为0.3125MHz(20MHz/64),可以是二相移相键控(BPSK),四相移相键控(QPSK),16-QAM或者64-QAM。总带宽为20MHz,占用带宽为16.6MHz。符号时间为4微秒,保护间隔0.8微秒。实际产生和解码正交分量的过程都是在基带中由DSP完成,然后由发射器将频率提升到5GHz。每一个副载波都需要用复数来表示。时域信号通过逆向快速傅里叶变换产生。接收器将信号降频至20MHz,重新采样并通过快速傅里叶变换来重新获得原始系数。使用OFDM的好处包括减少接收时的多路效应,增加了频谱效率。
802.11a产品于2001年开始销售,比802.11b的产品还要晚,这是因为产品中5GHz的组件研制成功太慢。由于802.11b已经被广泛采用了,802.11a没有被广泛的采用。再加上802.11a的一些弱点,和一些地方的规定限制,使得它的使用范围更窄了。802.11a设备厂商为了应对这样的市场匮乏,对技术进行了改进(现在的802.11a技术已经与802.11b在很多特性上都很相近了),并开发了可以使用不止一种802.11标准的技术。现在已经有了可以同时支持802.11a和b,或者a,b,g都支持的双频,双模式或者三模式的的无线网卡,它们可以自动根据情况选择标准。同样,也出现了移动适配器和接入设备能同时支持所有的这些标准。
在802.3协议中的CSMA/CD冲突检测机制已经很难运用在802.11协议中,所以在802.11中对CSMA/CD进行了一些调整,采用了新的协议CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)或者DCF(Distributed Coordination Function)来实现冲突检测和尽可能避免冲突。
* IEEE 802.11 ,1997年,原始标准(2Mbit/s,工作在2.4GHz)。
* IEEE 802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,工作在5GHz)。
* IEEE 802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s工作在2.4GHz)。
* IEEE 802.11c,符合802.1D的媒体接入控制层桥接(MAC Layer Bridging)。
* IEEE 802.11d,根据各国无线电规定做的调整。
* IEEE 802.11e,对服务等级(Quality of Service,QoS)的支持。
* IEEE 802.11f,的互连性(IAPP,Inter-Access Point Protocol),2006年2月被IEEE批准撤销。
* IEEE 802.11g,2003年,物理层补充(54Mbit/s,工作在2.4GHz)。
* IEEE 802.11h,2004年,无线覆盖半径的调整,室内(indoor)和室外(outdoor)信道(5GHz频段)。
* IEEE 802.11i,2004年,无线网络的安全方面的补充。
* IEEE 802.11j,2004年,根据日本规定做的升级。
* IEEE 802.11l,预留及准备不使用。
* IEEE 802.11m,维护标准;互斥及极限。
* IEEE 802.11n,2009年9月通过正式标准,WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps、108Mbps,提高到300Mbps甚至高达600Mbps。
* IEEE 802.11k,2008年,该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范。该规范的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。
* IEEE 802.11r,2008年,快速基础服务转移,主要是用来解决客户端在不同无线网络AP间切换时的延迟问题。
* IEEE 802.11s,2007年9月.拓扑发现、路径选择与转发、信道定位、安全、流量管理和网络管理。网状网络带来一些新的术语。
* IEEE 802.11w,2009年,针对802.11管理帧的保护。
* IEEE 802.11y,2008年,针对美国3650–3700 MHz 的规定。
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