網絡原理考點之幀結構IEEE

如題:2018年4月

 答:IEEE802.3是什麼來???

單憑書上的P210簡單的介紹,此題是無法得到正確答案的。

IEEE802.3是電氣和電子工程師協會 (IEEE)工作組制定的物理層和數據鏈路層有線以太網標準,即局域網的協議集。除規定物理連接形式,多種多樣,如銅線、光纖等,還規定了局域網的連接機制爲CSMA/CD.

Ethernet V2與IEEE802.3區別:

兩種格式得區別在於Ethernet 格式中包含一個Type字段,標識以太網幀處理完之後將被髮送到哪個上層協議進行處理,IEEE 802.3格式中,同樣位置是長度字段。同時,IEEE802.3的DATA字段比DIX v2少8個字節,爲保證長度同v2相同,則在length後增加了pad字節

如何區分兩種不同幀:

從Type/Length字段值可以區分兩種幀類型:當Type字段值小於等於1500(0x05DC)時,幀使用的是IEEE 802.3格式。當Type字段值大於等於1536(0x0600)時,

幀使用的是Ethernet II格式。常見協議類型:0800 IP , 0806 ARP , 8137 Novell IPX, 809b Apple Talk。

幀格式詳細說明如下:

802.3 frame format

Preamble(前導碼): 用於接收方與發送方的同步,7個字節,每個字節的值固定爲0xAA.
SFD(start frame delimiter): 幀起始定界符,用於標識一個以太網幀的開始,值固定爲0xAB.
DST && SRC: 分別表示標識目標地址和源地址。它們均爲6個字節長。如果傳輸出去的目標地址第一位是0,則表示這是一個普通地址;如果是1, 則表示這是一個組地址。

此題答案:目的地址爲單個地址,則第一位是0,所以答案選C。
Length/Type :通常這個字段用於指定報文頭後所接的數據類型。通常使用的值包括:IPv4(0x0800), IPv6(0x86DD), ARP(0x0806)。 而值0x8100代表一個Q-tagged 幀(802.1q)。通常一個基礎的以太網幀長爲1518字節,但是更多的新標準把這個值擴展爲2000字節。
MAC Client Data: 數據主體,最小長度爲46字節+類型/長度2字節(加上幀頭12字節,CRC4字節剛好64字節), 當數據主體小於46字節時,會添加pad字段。選取最小長度是出於衝突檢測的考慮(CSMA/CD)。而數據字段最大長度爲1502字節。

如2018年4月

答:看以上答案。


FCS(Frame Check Sequence):也叫CRC(Cyclic Redundancy Check),CRC是差錯檢測碼,用來確定接收到的幀比特是否正確。

物理層和數據鏈路層劃分區別

除了MAC幀的差異,在物理層和數據鏈路層的劃分也存在差異:

DIX是把定義的OSI參考模型中的物理層和數據鏈路層所完成的功能,包括在一起了。它把LLC SUBLAYER(子層)和MAC SUBLAYER 媒介訪問控制子層劃分成了數據鏈路層的兩個子層,目的是爲了數據幀傳輸獨立與所用的物理介質和介質訪問控制方法.

而IEEE 802.3規定了物理層和數據鏈路層中媒介訪問控制子層的MAC部分,它只包括了第二層的一部分功能,而IEEE 802.2定義了邏輯鏈路控制子層LLC的功能。MAC與介質訪問控制方法密切相關,而LLC子層與所有介質訪問方法無關,LLC的隔離作用使得網絡層僅針對LLC這種接口工作,不必關心下面的介質類型及介質訪問方法。


 DIX Ethernet V2 標準與 IEEE 的 802.3 標準只有很小的差別,因此可以將 802.3 局域網簡稱爲“以太網”。但嚴格說來,“以太網”應當是指符合 DIX Ethernet V2 標準的局域網。

擴展:IEEE802.11

簡單看一下來歷:

802.11網絡的基本元素

1、BSS(Basic Service Set)

  • Stations (STA):任何的無線終端設備
  • AP (Access Point):一種特殊的STA

2、DS(Distribution System,分佈式系統)

在這裏插入圖片描述

3、 SSID(Service Set ID 服務集標識符) 

在這裏插入圖片描述

4、 ESS(Extended Service Set,採用相同的SSID的多個BSS形成的更大規模的虛擬BSS)

在這裏插入圖片描述 802.11的MAC層

802.11MAC層負責客戶端與AP之間的通訊。主要功能包括:掃描、接入、認證、加密、漫遊和同步。

三種類型:

數據幀:用戶的數據報文

控制幀:協助發送數據幀的控制報文,例如:RTS、CTS、ACK等

 管理幀:負責STA和AP之間的能力級的交互,認證、關聯等管理工作。例如:Beacon、Probe、Association及Authentication等。

802.11幀格式

幀控制:重要的考點

• Protocol Version(協議版本):通常爲0;
• Type(類型域)和Subtype(子類型域):共同指出幀的類型;
• To DS:表明該幀是BSS向DS發送的幀;圖示2 情況 ,地址1是AP,---地址2 源地址,---地址3 目的地址。
• From DS:表明該幀是DS向BSS發送的幀;圖示1情況,地址1 目的地址<---地址2 AP<--地址3 源地址

記憶的話,也很簡單:圖示1的情況,form DS,應該知道是DS到AP,正常是S-->AP-->D,所以地址2就是AP端,此時應該想到,AP處於中心的位置,那麼從AP的角度來看,轉發的第一個對象是誰呢?就是目的(D)嗎,所以地址1,就是目的地址。DS從字面也應該是D在前。

同理:圖示2,to DS,那應該是從AP到DS,這樣就分成兩部分AP與DS,所以地址1就是AP,剩下就是DS如何分了,是誰先和AP的聯繫的呢?顯然,應該是源(S)端,所以地址2就是源地址了。


• More Frag:用於說明長幀被分段的情況,是否還有其它的幀;
• Retry(重傳域):用於幀的重傳,接收STA利用該域消除重傳幀;
• Pwr Mgt(能量管理域):1:STA處於power_save模式;0:處於active模式;
• More Data(更多數據域):1:至少還有一個數據幀要發送給STA ;
• Protected Frame: 1:幀體部分包含被密鑰套處理過的數據;否則:0;
• Order(序號域):1:長幀分段傳送採用嚴格編號方式;否則:0。

常用的802.11協議

IEEE 802.11b

IEEE 802.11b又稱爲Wi-Fi,是目前最普及、應用最廣泛的無線標準。IEEE 802.11b工作於2.4GHz頻帶,物理層支持5.5 Mbps和11 Mbps 兩個速率。

IEEE 802.11b的傳輸速率會因環境干擾或傳輸距離而變化,其速率在1 Mbps、2 Mbps、5.5 Mbps、11 Mbps 之間切換,而且在1 Mbps、2 Mbps速率時與IEEE 802.11兼容。

IEEE 802.11b採用了直接序列擴頻DSSS技術,並提供數據加密,使用的是高達128位的有線等效保密協議(WiredEquivalent Privacy,WEP)。但是IEEE 802.11b和後面推出的工作在5GHz頻率上的IEEE802.11a標準不兼容。

從工作方式上看,IEEE 802.11b的工作模式分爲兩種:點對點模式和基本模式。點對點模式是指無線網卡和無線網卡之間的通信方式,即一臺配置了無線網卡的計算機可以與另一臺配置了無線網卡的計算機進行通信,對於小規模無線網絡來說,這是一種非常方便的互聯方案;

而基本模式則是指無線網絡的擴充或無線和有線網絡並存時的通信方式,這也是IEEE 802.11b最常用的連接方式。在該工作模式下,配置了無線網卡的計算機需要通過“無線接入點”才能與另一臺計算機連接,由接入點來負責頻段管理等工作。

在帶寬允許的情況下,一個接入點最多可支持1 024個無線節點的接入。當無線節點增加時,網絡存取速度會隨之變慢,此時通過添加接入點的數量可以有效地控制和管理頻段。

IEEE 802.11b技術的成熟,使得基於該標準網絡產品的成本得到很大的降低,無論家庭還是公司企業用戶,無須太多的資金投入即可組建一套完整的無線局域網。

當然,IEEE 802.11b並不是完美的,也有其不足之處,IEEE 802.11b最高11Mbps的傳輸速率並不能很好地滿足用戶高數據傳輸的需要,因而在要求高寬帶時,其應用也受到限制,但是可以作爲有線網絡的一種很好的補充。

IEEE 802.11g

IEEE 802.11g是對IEEE 802.11b的一種高速物理層擴展,它也工作於2.4GHz頻帶,物理層採用直接序列擴頻(DSSS)技術,而且它採用了OFDM技術,使無線網絡傳輸速率最高可達54Mbps,並且與IEEE802.11b完全兼容。

IEEE802.11g和IEEE802.11a的設計方式幾乎是一樣的。

IEEE 802.11g的出現爲無線傳感器網絡市場多了一種通信技術選擇,但也帶來了爭議,爭議的焦點是圍繞在IEEE 802.11g與IEEE 802.11a之間的。

與IEEE 802.11a相同的是,IEEE802.11g也採用了OFDM技術,這是其數據傳輸能達到54Mbps的原因。

然而不同的是,IEEE 802.11g的工作頻段並不是IEEE 802.11a的工作頻段5GHz,而是和IEEE 802.11b一致的2.4GHz頻段,這樣一來,使得基於IEEE 802.11b技術產品的用戶所擔心的兼容性問題得到了很好的解決。

從某種角度來看,IEEE 802.11b可以由IEEE 802.11a來替代,那麼IEEE 802.11g的推出是否就是多餘的呢?答案當然是否定的。

IEEE 802.11g除了具備高數據傳輸速率及兼容性的優勢外,其所工作的2.4GHz頻段的信號衰減程度也不像IEEE 802.11a所在的5GHz那麼嚴重,並且IEEE 802.11g還具備更優秀的“穿透”能力,能在複雜的使用環境中具有很好的通信效果。

但是IEEE 802.11g工作頻段爲2.4GHz,使得IEEE 802.11g與IEEE 802.11b一樣極易受到來自微波無線電話等設備的干擾。

此外,IEEE 802.11g的信號比IEEE 802.11b的信號能夠覆蓋的範圍要小得多,用戶需要通過添置更多的無線接入點才能滿足原有使用面積的信號覆蓋,這或許就是IEEE 802.11g能夠具有高寬帶所付出的代價吧!

IEEE 802.11a

IEEE 802.11a工作於5GHz頻帶,但在美國是工作於U-NII頻段,即5.15~5.25GHz、5.25~5.35GHz、5.725~5.825GHz三個頻段範圍,其物理層速率可達54 Mbps,傳輸層可達25Mbps。

IEEE 802.11a的物理層還可以工作在紅外線頻段,波長爲850~950納米,信號傳輸距離約10m。

IEEE 802.11a採用正交頻分複用(OFDM)的獨特擴頻技術,並提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps的以太網無線幀結構接口,支持語音、數據、圖像業務。

IEEE 802.11a使用正交頻分複用技術來增大傳輸範圍,採用數據加密可達152位的WEP。

技術角度而言,IEEE 802.11a與IEEE 802.11b之間的差別主要體現在工作頻段上。

由於IEEE 802.11a工作在與IEEE 802.11b不同的5GHz頻段,避開了大量無線電子產品廣泛採用的2.4GHz頻段,因此其產品在無線通信過程中所受到的干擾大爲降低,抗干擾性較IEEE 802.11b更爲出色。

高達54Mbps數據傳輸帶寬,是IEEE 802.11a的真正意義所在。

當IEEE 802.11b以其11Mbps的數據傳輸率滿足了一般上網瀏覽網頁、數據交換、共享外設等需求的時候,IEEE 802.11a已經爲今後無線寬帶網的高數據傳輸要求做好了準備,從長遠的發展角度來看,其競爭力是不言而喻的。

此外,IEEE 802.11a的無線網絡產品較IEEE802.11b有着更低的功耗,這對筆記本電腦及PDA等移動設備來說也有着重大實用價值。

然而在IEEE 802.1la的普及過程中也面臨着很多問題。首先,來自廠商方面的壓力。IEEE 802.11b已走向成熟,許多擁有IEEE 802.11b產品的廠商會對IEEE 802.11a都持保守態度。

從目前的情況來看,由於這兩種技術標準互不兼容,不少廠商爲了均衡市場需求,直接將其產品做成了“a+b”的形式,這種做法雖然解決了“兼容”問題,但也使得成本增加。

其次,由於相關法律法規的限制,使得5GHz頻段無法在全球各個國家中獲得批准和認可。

5GHz頻段雖然令基於IEEE802.11a的設備具有了低干擾的使用環境,但也有其不利的一面,由於太空中數以千計的人造衛星與地面站通信也恰恰使用5GHz頻段,這樣它們之間產生的干擾是不可避免的。

此外,歐盟也已將5GHz頻率用於其自己制訂的HiperLAN無線通信標準。

 

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