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  • 计算机局域网

    2020-11-05 20:17:21
    局域网的网络通信硬件,主要包括网卡、传输媒体和局域网通信设备。 网卡也称作网络适配器,即Network Adapter。主要功能是完成计算机与电缆系统的物理连接; 根据所采用的MAC协议实现数据帧的封装和拆封,差错校验和...
    
    转载自:
    
    尔雅网课,吉林大学计算机网络基础,讲师李晓峰的课程总结


    网卡

    局域网的网络通信硬件

    局域网的网络通信硬件,主要包括网卡传输媒体局域网通信设备

    网卡也称作网络适配器,即Network Adapter。主要功能是完成计算机与电缆系统的物理连接

    根据所采用的MAC协议实现数据帧的封装和拆封,差错校验和相应的数据通信管理。

    局域网工作在OSI模型的最低两层,即物理层和数据链路层。在数据链路层中,按照功能分为两个子层:

    介质访问控制子层逻辑电路控制子层,分别简写为MACLLC。其中MAC子层负责与低层的物理层交互LLC子层负责与高层的网络层交互。

    网卡主要包括了以下几个部分的部件:发送和接收部件载波检测部件发送和接收控制部件曼彻斯特编码/译码器LAN管理部件微处理器等。

    网卡的种类很多。可以分为有线网卡和无线网卡。按照网卡传输速度的不同,又可以分为:10Mbps、100Mbps、千兆和万兆以太网卡。

    按照网卡同传输媒介连接的接口来划分,又可以分为:AUI(粗同轴电缆接口)、BNC(细同轴电缆接口)、RJ-45(无屏蔽双绞线接口)、SC和ST(光纤接口)的网卡。

    现在使用的比较普遍的是1000Mbps、PCI总线、RJ-45接口的以太网卡。

    传输媒体

    传输媒体包括有线介质无线介质

    有线介质包括同轴电缆,双绞线和光纤。

    无线介质包括微波和红外线。

    首先介绍同轴电缆,同轴电缆由内导体铜芯线、绝缘层、外导体屏蔽线和塑料保护外层组成。如图所示,这些组成部分的轴线都在一起,因此称之为同轴电缆。数据在内导体铜芯线上传递,外导体屏蔽线起到屏蔽外界电磁干扰的作用。如果不连接屏蔽线,虽然在内导体上有信号,但是信号质量较差。

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    同轴电缆分为50Ω的基带电缆和75Ω的宽带电缆。基带电缆用于网络中数字信号传输,数据率可以达到10Mbps,宽带电缆,用于有线电视信号的传送。基带电缆在安装的时候,需要切断电缆,安装上BNC,即细同轴电缆接口,然后连接到T型连接器的两端。

    双绞线是把两根,具有绝缘保护层的铜导线,按一定密度互相绞在一起,用来降低信号干扰的。双绞线由4组8根线组成,用颜色区别,连接头采用RJ45接口,俗称水晶头

    双绞线分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线,简称UTP和STP。二者的区别在于STP在4组线的外面有金属屏蔽层,可以在某种程度上降低电磁干扰。STP的抗干扰能力优于UTP,但弱于同轴电缆。

    光纤由单根玻璃光纤,紧靠纤芯的包层以及塑料保护层组成。光纤非常细,实际使用时由若干根光纤与其他构件组成光缆。光纤的抗干扰能力优于同轴电缆。在FDDI网络中使用的介质就是光纤。

    光纤可以分为多模光纤和单模光纤多模光纤使用发光二极管作为发送装置,利用全反射进行传输,传输距离相对较近。

    单模光纤使用激光发生器作为发送装置,信号沿光纤轴线方向传输,传输距离相对较远。

    无线介质是指突破有线介质的束缚,利用电磁波发送和接收信号,包括微波和红外线。

    微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波,波长在1米到1毫米之间的电磁波,是分米波、厘米波、毫米波的统称,是无线电波中一个有限频带的简称。微波就可以沿直线传播,通过抛物线状天线把所有的能量集中于一小束,可以防止他人窃取信号和减少其他信号对它的干扰。

    红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,红外线通信不易被人发现和截获,保密性强;几乎不会受到电气、天电、人为干扰,抗干扰性强。

    局域网通信设备

    局域网通信设备包括集线器和交换机

    集线器的英文称为Hub。集线器是局域网中的基础设备,主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

    集线器工作在物理层。

    集线器包括转发式Hub和交换式Hub。转发式Hub是把数据包发送到与集线器相连的所有节点,效率低,容易发生冲突碰撞。交换式Hub与交换机类似,具有的MAC地址表,所以它发送数据时具有针对性,效率较高。

    交换机的英文称为,Switch,可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。

    交换机允许多个端口之间进行并发通信。每个交换端口分配一个或几个MAC地址,端口之间的数据通道是硬件实现,称为交换机构 switch fabric ,或交换矩阵 switch matrix 。

    总线形拓扑结构

    拓扑,即Topology,是将各种物体的位置表示成抽象位置。只将讨论范围内的事物之间的相互关系通过图表示出来。网络的拓扑结构研究包括传输媒体互联各种设备的物理布局,入网计算机数据传输控制,即介质访问控制。常见的网络拓扑结构有总线形星形网形环形

    首先介绍总线形拓扑结构。总线形是网络中有一条公共的线路,称之为总线,入网的计算机都与总线连接,入网的计算机称作工作站。连接总线的计算机都可以将信息发送到总线;也可以从总线上接收信息。

    总线形网络早期使用同轴电缆,后来逐渐用双绞线代替。总线形网络的优点包括连接容易,扩展方便,网络的容错性好,容错性是指存在某些故障,而系统可以继续工作的能力。

    总线形的缺点是介质访问控制方式很复杂。总线形的介质访问控制使用CSMA/CD,即带冲突检测的载波监听多路访问。这是由总线的工作方式决定的,由于总线的公共性,在多个计算机同时发送数据时,会产生冲突碰撞,导致数据传输失败

    CSMA/CD是每个工作站在发送数据之前首先检测总线是否空闲,如果空闲,就发送数据;如果忙碌,则随机等待一段时间继续检测。在传输下一个数据包之前,还要重新检测。把这一特点归结为:“先听后说”“边听边说”。

    CSMA/CD

    CSMA/CD即带冲突检测的载波监听多路访问技术或者称为载波监听多点介入/碰撞检测。在传统的共享以太网中,所有的节点共享传输介质。如何保证传输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务,就是以太网的介质访问控制协议要解决的问题。

    CSMA/CD是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议,并进行了改进,使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。主要应用于现场总线Ethernet中。 另一个改进是,对于每一个站点而言,一旦它检测到有冲突,它就放弃它当前的传送任务。换句话说,如果两个站点都检测到信道是空闲的,并且同时开始传送数 据,则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。它们不应该再继续传送它们的帧,因为这样只会产生垃圾而已;相反一旦检测到冲突之后,它们应该立即停止传送数 据。快速地终止被损坏的帧可以节省时间和带宽。

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    CSMA/CD控制方式的优点是:

    原理比较简单,技术上易实现,网络中各工作站处于平等地位 ,不需集中控制,不提供优先级控制。但在网络负载增大时,发送时间增长,发送效率急剧下降。

    CSMA/CD应用在 OSI 的第二层数据链路层

    它的工作原理是: 发送数据前 先侦听信道是否空闲 ,若空闲,则立即发送数据。若信道忙碌,则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据;若在上一段信息发送结束后,同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求,则判定为冲突。若侦听到冲突,则立即停止发送数据,等待一段随机时间,再重新尝试。

    其原理简单总结为:先听后发,边发边听,冲突停发,随机延迟后重发

    CSMA/CD采用IEEE 802.3标准。

    它的主要目的是:提供寻址和媒体存取的控制方式,使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信而不相互冲突。

    有人将CSMA/CD的工作过程形象的比喻成很多人在一间黑屋子中举行讨论会,参加会议的人都是只能听到其他人的声音。每个人在说话前必须先倾听,只有等会场安静下来后,他才能够发言。人们将发言前监听以确定是否已有人在发言的动作称为"载波监听"; 将在会场安静的情况下每人都有平等机会讲话成为“多路访问”;如果有两人或两人以上同时说话,大家就无法听清其中任何一人的发言,这种情况称为发生“冲 突”。发言人在发言过程中要及时发现是否发生冲突,这个动作称为“冲突检测”。如果发言人发现冲突已经发生,这时他需要停止讲话,然后随机后退延迟,再次 重复上述过程,直至讲话成功。如果失败次数太多,他也许就放弃这次发言的想法。通常尝试16次后放弃。

    控制规程的核心问题:解决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出现的问题(主要是数据碰撞问题)

    控制过程包含四个处理内容:监听、发送、检测、冲突处理

    (1) 监听:

    通过专门的检测机构,在站点准备发送前先侦听一下总线上是否有数据正在传送(线路是否忙)?

    若“忙”则进入后述的“退避”处理程序,进而进一步反复进行侦听工作。

    若“闲”,则一定算法原则(“X坚持”算法)决定如何发送。

    (2) 发送:

    当确定要发送后,通过发送机构,向总线发送数据。

    (3) 检测:

    数据发送后,也可能发生数据碰撞。因而,要对数据边发送,边检测,以判断是否冲突了。

    (4)冲突处理:

    当确认发生冲突后,进入冲突处理程序。有两种冲突情况:

    ① 侦听中发现线路忙

    ② 发送过程中发现数据碰撞

    ① 若在侦听中发现线路忙,则等待一个延时后再次侦听,若仍然忙,则继续延迟等待,一直到可以发送为止。每次延时的时间不一致,由退避算法确定延时值。

    ② 若发送过程中发现数据碰撞,先发送阻塞信息,强化冲突,再进行监听工作,以待下次重新发送(方法同①)CSMA/CD工作原理及性能分析(指标与影响因素)

    CSMA/CD的主要影响因素:传播时延、工作站数。

    ①CSMA/CD对站点个数不是很敏感,对实际的输入负载比较敏感。

    ②CSMA/CD对传播时延比较敏感。

    ③CSMA/CD冲突不可避免。

    ④CSMA/CD的介质利用率随a的上升下降较快。

    ⑤CSMA/CD适合通信量不大,交互频繁的场合

    ⑥对于CSMA/CD帧越长,吞吐量越大,要求帧具有最小长度,当有许多短消息时,带宽浪费严重。

    ⑦CSMA/CD在轻负载时提供最短延迟,但对重负载敏感。

    上述两种冲突情况都会涉及一个共同算法——退避算法。

    ①退避算法:当出现线路冲突时,如果冲突的各站点都采用同样的退避间隔时间,则很容易产生二次、三次的碰撞。因此,要求各个站点的退避间隔时间具有差异性。这要求通过退避算法来实现。

    截断的二进制指数退避算法(退避算法之一):

    当一个站点发现线路忙时,要等待一个延时时间M,然后再进行侦听工作。延时时间M以以下算法决定:

    M = 0 ~ (2^k - 1) 之间的一个随机数乘以512比特时间(例如对于10Mbps以太网,为51.2微秒),k为冲突(碰撞)的次数,M的最大值为1023,即当k=10及以后M始终是0~1023之间的一个随机值与51.2的乘积,当k增加到16时,就发出错误信息。

    ② 特殊阻塞信息:是一组特殊数据信息。在发送数据后发现冲突时,立即发送特殊阻塞信息(连续几个字节的全1,一般为32-48位),以强化冲突信号,使线路上站点可以尽早探测得到冲突的信号,从而减少造成新冲突的可能性。

    ③ 冲突检测时间>=2α: α表示网络中最远两个站点的传输线路延迟时间。该式表示检测时间必须保证最远站点发出数据产生冲突后被对方感知的最短时间。在2α时间里没有感知冲突,则保证发出的数据没有产生冲突。(只要保证检测2α时间,没有必要整个发送过程都进行检测)

    ④ X-坚持的CSMA算法:当在侦听中发现线路空闲时,不一定马上发送数据,而采用X-坚持的CSMA算法决定如何进行数据发送:

    算法特点

    CSMA/CD是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议,主要应用于现场总线Ethernet中。对于每一个站点而言,一旦它检测到有冲突,它就放弃它当前的传送任务。

    环形拓扑结构

    在网络拓扑结构中,一类重要的连接形式是环型连接,又称令牌环网。令牌环网是由闭合的环路将各个通信站点连接起来,数据沿着环路传输。在环网初始化时指定按顺时针或者逆时针方向传输,如此环网中的每一个站点就有所谓的上游站点和下游站点。

    环网的介质访问控制由令牌控制。所谓令牌,是在环网中传递的一个特殊的数据包,由环网初始化时产生,沿着环路,由一个站点传递给下游站点,用来控制站点的数据发送。

    令牌环网的特点是故障定位容易;网络容错性差。由于是环路连接,需要每一个站点的参与,因此一旦某一站点出现故障,整个环网不能工作,即容错性差。此时进行故障定位很容易。

    接下来介绍令牌环网工作过程,在令牌环网中,如果没有数据传输,则将令牌沿着环路一个站点一个站点传递。如果有站点需要发送数据,需要等待令牌由上游站点传递到该站点,然后发送数据。数据包带有发送站点和接收站点的MAC地址,每一个站点收到数据包之后核对本站点与目标站点的MAC地址是否一致,如果一致,数据包向本站点高层传递,同时复制一份,传递给下游站点;如果不一致,直接传递给下游站点。数据包在环网中传递一周,最后回到发送站点,如果还有数据,则继续传递,如果没有数据传递,则产生新的令牌,发送给下游站点。

    FDDI

    FDDI,即光纤分布式数据接口。FDDI是以光纤传输介质的局域网标准,由美国国家标准协会ANSI X3T9.5委员会制定。

    FDDI采用主、副双环结构,主环进行正常的数据传输,副环为冗余的备用环。两个环传输信息的方向是相逆的。

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    FDDI使用两条环路,所以当其中一条出现故障时,数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类,即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接,由网络设备如集线器等组成,并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力;B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上,B类结点包括服务器或工作站等。

    FDDI ,即光纤分布式数据接口,是于80年代中期发展起来一项局域网技术,它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网(10Mbps)和令牌网(4或16Mbps)的能力。

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    FDDI 包括两种类包,同步的和异步的。同步通信用于要求连续进行且对时间敏感的传输(如音频、视频和多媒体通信);异步通信用于不要求连续脉冲串的普通的数据传输。在给定的网络中,TTRT等于某结点同步传输需要的总时间加上最大的帧在网络上沿环路进行传输的时间。FDDI使用两条环路,所以当其中一条出现故障时,数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类,即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接,由网络设备如集线器等组成,并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力;B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上,B类结点包括服务器或工作站等。

    1982年ANSI的X3T9.5委员会提出并在以后陆续制订了由物理层(PHY),物理层媒体依赖(PMD)和媒体访问控制(MAC)三部分组成的基本FDDI,1990年ISO也发布了ISO9314-1(PHY)、ISO9314-2(MAC)和ISO9314-3(PMD)的国际标准。

    FDDI的物理层被分为两个子层:

    (1)物理媒体依赖PMD,它在FDDI网络的节点之间提供点–点的数字基带通信。早先的PMD标准规定了多模光纤的连接,现在已有关于单模光纤连接的SMF–PMD,并正在开发与同步光纤网连接的PMD子层标准。

    (2)物理层协议PHY,它提供PMD与数据链路层之间的连接。

    FDDI的数据链路层被分为多个子层:

    (1)可选的混合型环控制HRC(Hybrid Ring Control),它在共享的FDDI媒体上提供分组数据和电路交换数据的多路访问。HRC由混合多路器(H-MUX)和等时MAC(I-MUX)两部分组成。

    (2)媒体访问控制MAC,它提供对于媒体的公平和确定性访问、识别地址、产生和验证帧校验序列。

    (3)可选的逻辑链路控制LLC,它提供MAC与网络层之间所要求的分组数据适应服务的公共协议。

    (4)可选的电路交换多路器(CS-MUX).

    FDDI采用编码方式为NRZ-I.和4B/5B(在这种编码技术中每次对4位数据进行编码,每4位数据编码成5位符号,用光的存在和不存在表示5位符号中每一位是1还是0)4B/5B 可使效率提高到80%

    当数据以100Mbps的速度输入输出时,在当时FDDI与10Mbps的以太网和令牌环网相比性能有相当大的改进。但是随着快速以太网和千兆以太网技术的发展,用FDDI的人就越来越少了。因为FDDI使用的通信介质是光纤,这一点它比快速以太网及现在的100Mbps令牌网传输介质要贵许多,然而FDDI最常见的应用只是提供对网络服务器的快速访问,所以在目前FDDI技术并没有得到充分的认可和广泛的应用。FDDI另一种常用的通信介质是电话线

    FDDI的访问方法与令牌环网的访问方法类似,在网络通信中均采用**“令牌”**传递。它与标准的令牌环又有所不同,主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动,如果某结点不需要传输数据,FDDI将获取令牌并将其发送到下一个结点中。如果处理令牌的结点需要传输,那么在指定的称为“目标令牌循环时间”(Target Token Rotation Time,TTRT)的时间内,它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法,所以在给定时间中,来自多个结点的多个帧可能都在网络上,以为用户提供高容量的通信。

    光纤分布数据接口(FDDI)是目前成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术所依据的标准是ANSIX3T9.5。该网络具有定时令牌协议的特性,支持多种拓扑结构,传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点:

    1、较长的传输距离,相邻站间的最大长度可达2KM,最大站间距离为200KM。

    2、具有较大的带宽,FDDI的设计带宽为100Mb/s。

    3、具有对电磁和射频干扰抑制能力,在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响,也不影响其设备。

    4、光纤可防止传输过程中被分接偷听,也杜绝了辐射波的窃听,因而是最安全的传输媒体。

    由光纤构成的FDDI,其基本结构为逆向双环。一个环为主环,另一个环为备用环。一个顺时针传送信息,另一个逆时针。当主环上的设备失效或光缆发生故障时,通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。这种故障容错能力是其它网络所没有的。

    FDDI使用了比令牌环更复杂的方法访问网络。和令牌环一样,也需在环内传递一个令牌,而且允许令牌的持有者发送FDDI帧。和令牌环不同,FDDI网络可在环内传送几个帧。这可能是由于令牌持有者同时发出了多个帧,而非在等到第一个帧完成环内的一圈循环后再发出第二个帧。

    令牌接受了传送数据帧的任务以后,FDDI令牌持有者可以立即释放令牌,把它传给环内的下一个站点,无需等待数据帧完成在环内的全部循环。这意味着,第一个站点发出的数据帧仍在环内循环的时候,下一个站点可以立即开始发送自己的数据。FDDI标准和令牌环介质访问控制标准IEEE802.5十分接近。

    FDDI用得最多的是用作校园环境的主干网。这种环境的特点是站点分布在多个建筑物中。FDDI也常常被划分在城域网MAN的范围。

    FDDI是于80年代中期发展起来一项局域网技术,它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网(10Mbps)和令牌网(4或16Mbps)的能力。FDDI技术同IBM的Tokenring技术相似,并具有LAN和Tokenring所缺乏的管理、控制和可靠性措施,FDDI支持长达2KM的多模光纤。FDDI网络的主要缺点是价格同前面所介绍的“快速以太网”相比贵许多,且因为它只支持光缆和5类电缆,所以使用环境受到限制、从以太网升级更是面临大量移植问题。

    异步传输模式 ATM

    ATM是一项数据传输技术,是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术,它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接传输模式。它适用于局域网和广域网,它具有高速数据传输率和支持多种类型信息。

    ATM是一项信元中继技术,数据分组大小固定能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小,不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法,预计和保证应用所需要的带宽。

    ATM交换设备是ATM网络的重要组成部分,将数据分组快速地从一个节点传送到另一个节点;或者用作广域通信设备,在远程LAN之间快速传送ATM信元。

    异步传输模式ATM,就是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种新的交换技术

    ATM是一项数据传输技术,是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术,它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网,它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。

    ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术,数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备,能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小,不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法,预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样,可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。

    ATM是一种异步传输模式。

    ATM以信元为基本单位。

    ATM的信元的长度为53个字节。

    由于ATM网络是面向连接的,所以,在发送数据之前首先要发送一个分组以便建立连接,当这个初始分组经过子网的时候,该路径上所有的路由器都在他们的内部表中建立一个表项,用来标明该链接的存在,并且为它预留必要的资源。这里的链接通常称为虚电路(virtual circuit),类似于电话系统中使用的物理电路。

    ATM有它自己的参考模型,既不同于OSI模型,也不同于TCP/IP模型。它包括三层:物理层、ATM层和ATM适配层

    ATM采用面向连接的传输方式,将数据分割成固定长度的信元,通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体,在复用上采用的是异步时分复用方式,通过信息的首部或标头来区分不同信道。

    ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性:

    ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摒弃了电路交换中采用的同步时分复用,改用异步时分复用,收发双方的时钟可以不同,可以更有效地利用带宽。

    ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL(信元),其中5B为信元头,用来承载该信元的控制信息;48B为信元体,用来承载用户要分发的信息。信头部分包含了选择路由用的VPI(虚通道标识符)/VCI(虚通路标示符)信息,因而它具有分组交换的特点。它是一种高速分组交换,在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成,降低了网络时延,提高了交换速度。

    交换设备是ATM的重要组成部分,它能用作组织内的Hub,快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点;或者用作广域通信设备,在远程LAN之间快速传送ATM信元。以太网、光纤分布式数据接口(FDDI)、令牌环网等传统LAN采用共享介质,任一时刻只有一个节点能够进行传送,而ATM提供任意节点间的连接,节点能够同时进行传送。来自不同节点的信息经多路复用成为一条信元流。在该系统中,ATM交换器可以由公共服务的提供者所拥有或者是组织内部网的一部分。

    由于ATM网络由相互连接的ATM交换机构成,存在交换机与终端、交换机与交换机之间的两种连接。因此交换机支持两类接口:用户与网络的接口UNI(通用网络接口)和网络节点间的接口NNI。对应两类接口,ATM信元有两种不同的信元头。

    在ATM网络中引入了两个重要概念:VPI(虚路径标识符)和VCI(虚通道标识符),它们用来描述ATM信元单向传输的路由。一条物理链路可以复用多条虚通道,每条虚通道又可以复用多条虚通路,并用相同的标识符来标识,即VPI和VCI。VPI和VCI独立编号,VPI和VCI一起才能唯一地标识一条虚通路。

    相邻两个交换节点间信元的VPI/VCI值不变,两节点之间形成一个VP链和VC链。当信元经过交换节点时,VPI和VCI作相应的改变。一个单独的VPI和VCI是没有意义的,只有进行链接之后,形成一个VP链和VC链,才形成一个有意义的链接。在ATM交换机中,有一个虚连接表,每一部分都包含物理端口、VPI、VCI值,该表是在建立虚电路的过程中生成的。

    ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术,数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备,能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小,不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法,预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样,可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。

    ATM用作公司主干网时,能够简化网络的管理,消除了许多由于不同的编址方案和路由选择机制的网络互连所引起的复杂问题。ATM集线器能够提供集线器上任意两端口的连接,而与所连接的设备类型无关。这些设备的地址都被预变换,例如很容易从一个节点到另一个节点发送一个报文,而不必考虑节点所连的网络类型。ATM管理软件使用户和他们的物理工作站移动地方非常方便。

    通过ATM技术可完成企业总部与各办事处及公司分部的局域网互联,从而实现公司内部数据传送、企业邮件服务、话音服务等等,并通过上联INTERNET实现电子商务等应用。同时由于ATM采用统计复用技术,且接入带宽突破原有的2M,达到2M-155M,因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。

    在传统的分组交换方式中分组长度不固定,这时必须经过比较才能知道分组是否结束,当分组长度固定时只需计数便可知道分组的终结,计数执行指令比比较执行指令的时间少许多。分组长度固定适合于快速处理,在ATM中将长度固定的分组称为信元(CELL),信元由信头域和信息域组成,信头域长5字节,信息域长为48字节,信头的主要功能为流量控制、虚通道∕虚通路、交换、信头检验和信元定界以及信元类型的识别。

    可实现虚通道∕虚通路两级交换

    在ATM中,可将一个传输通路如同步数字体系(SDH)中的同步转移模式STM-1、STM-4等划分为若干个虚通道,一个虚通道又可以分割为若干个虚通路。为了完成端点间的通信,类似于电路交换方式,ATM首先选择路由,在两实体之间建立虚通路,这样就使得路由寻址和数据转发功能截然分开。采用虚连接方法,ATM可将逻辑子网与物理子网隔离开,网络的主要管理和控制功能集中在虚电路一级上,使传输过程的控制较为简单,减少了网管、网控的复杂性。

    为了提高系统资源利用率,在ATM中采用统计复用方式。ATM是面向连接方式,在主叫与被叫之间先建立一条连接,同时分配一个虚通道∕虚通路,将来自不同信息源的信元汇集到一起,在缓冲器内排队,队列中的信元根据到达 的先后按优先等级逐个输出到传输线路上,形成首尾相接的信元流。具有同样标志的信元在传输线上并不对应着某个固定的时隙,也不是按周期出现的。异步时分复 用使ATM具有很大的灵活性,任何业务都按实际信息量来占用资源,使网络资源得到最大限度的利用。

    综合多种业务

    传统上一种业务建立一个网络,因而有计算机网、图像网、话音网之分。ATM试图综合所有的业务。由于各种业务所要求的服务质量的不同和业务特性差异,在一个网内交换所有业务是相当难的,例如话音与图像这些实时业务对端到端时延要求很严,一般认为不超过40 ms,但话音和图像对误码率要求却相差很大,电话误码率在10?-3时不影响清晰度,电视图像误码率应在10?-6以下,否则会产生图像凝固,等等。另外,各种业务特性差异主要表现在突发度和速率上,例如数据业务突发度50,会议电视5,普通电视1;在速率跨度上,数据业务10 kbps~100 Mbps,电话64 kbps,电视15~50 Mbps。将这些服务质量要求不同和业务特性差异甚远的多种业务综合在一起,即均以53字节长的信元传递,ATM采取“分类治之”的办法,即根据信元速率是否可变、信元与信宿间是否要同步以及面向连接与否,将业务分类,对不同的业务进行不同的适配,不论业务源的性质有多么不同,网络都按同样的模式来处理,真正做到安全的业务综合。

    ATM是一项数据传输技术,是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术,它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网,它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。

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  • 无线局域网技术

    2019-09-23 23:13:03
    蓝牙软件结构标准包括核心和应用协议栈两个部分 HiperLAN欧洲应用无线标准之一主要技术特点: 高速数据传输;面向连接;QOS;自动频率分配;安全性;移动性;网络与应用无关;省电 802.11b是使用最广泛标准 ...

    无线局域网技术

    常用无线标准:蓝牙标准,Hiperlan 标准,IEEE802.11 标准 

    蓝牙软件结构标准包括核心应用协议栈两个部分 

    HiperLAN  欧洲应用无线标准之一 主要技术特点:

    高速数据传输;面向连接;QOS;自动频率分配;安全性;移动性;网络与应用 无关;省电

    802.11b 是使用最广泛的标准

    802.11b 分为两种运作模式(点对点模式;基本模式)

    802.11b 典型解决方案(对等解决方案;单接入点~;多接入点~;无线中继~;无 线冗余~;多蜂窝漫游工作方式)

    无线局域网设计(初步调查;对现有环境进行分析;制定初步设计;确定详细设 计;执行和实施设计;整理文档)

    无线接入点也称无线 AP,一般可以连接 30 台

    转载于:https://www.cnblogs.com/qiuge227/p/3630690.html

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  • 后来该协议作为局域网端口一个普通接入控制机制应用于以太网中,主要用于解决以太网内认证和安全方面问题,在局域网接入设备端口这一级对所接入设备进行认证和控制。802.1X体系结构802.1X系统是采用典型...

    802.1X协议是IEEE802 LAN/WAN委员会为了解决无线局域网网络安全问题提出的。后来该协议作为局域网端口的一个普通接入控制机制应用于以太网中,主要用于解决以太网内认证和安全方面的问题,在局域网接入设备的端口这一级对所接入的设备进行认证和控制。

    802.1X体系结构

    802.1X的系统是采用典型的Client/Server体系结构,包括三个实体,如图所示。

    1) 客户端:局域网中的一个实体,多为普通计算机,用户通过客户端软件发起802.1X认证,并由设备端对其进行认证。客户端软件必须为支持802.1X认证的用户终端设备。

    2) 设备端:通常为支持802.1X协议的网络设备,如本交换机,为客户端提供接入局域网的物理/逻辑端口,并对客户端进行认证。

    3) 认证服务器:为设备端提供认证服务的实体,例如可以使用RADIUS服务器来实现认证服务器的认证和授权功能。该服务器可以存储客户端的相关信息,并实现对客户端的认证和授权。为了保证认证系统的稳定,可以为网络设置一个备份认证服务器。当主认证服务器出现故障时,备份认证服务器可以接替认证服务器的工作,保证认证系统的稳定。

    802.1X认证工作机制

    IEEE 802.1X认证系统使用EAP(Extensible Authentication Protocol,可扩展认证协议)来实现客户端、设备端和认证服务器之间认证信息的交换。

    1) 在客户端与设备端之间,EAP协议报文使用EAPOL封装格式,直接承载于LAN环境中。

    2) 在设备端与RADIUS服务器之间,可以使用两种方式来交换信息。一种是EAP协议报文使用EAPOR(EAP over RADIUS)封装格式承载于RADIUS协议中;另一种是设备端终结EAP协议报文,采用包含PAP(Password Authentication Protocol,密码验证协议)或CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocal,质询握手验证协议)属性的报文与RADIUS服务器进行认证。

    3) 当用户通过认证后,认证服务器会把用户的相关信息传递给设备端,设备端根据RADIUS服务器的指示(Accept或Reject)决定受控端口的授权/非授权状态。

    802.1X认证过程

    认证过程可以由客户端主动发起,也可以由设备端发起。一方面当设备端探测到有未经过认证的用户使用网络时,就会主动向客户端发送EAP-Request/Identity报文,发起认证;另一方面客户端可以通过客户端软件向设备端发送EAPOL-Start报文,发起认证。

    802.1X系统支持EAP中继方式和EAP终结方式与远端RADIUS服务器交互完成认证。以下关于两种认证方式的过程描述,都以客户端主动发起认证为例。

    1. EAP中继方式

    EAP中继方式是IEEE 802.1X标准规定的,将EAP(扩展认证协议)承载在其它高层协议中,如EAP over RADIUS,以便扩展认证协议报文穿越复杂的网络到达认证服务器。一般来说,EAP中继方式需要RADIUS服务器支持EAP属性:EAP-Message和Message-Authenticator。本交换机支持的EAP中继方式是EAP-MD5,EAP-MD5认证过程如图所示。

    1) 当用户有访问网络需求时打开802.1X客户端程序,输入已经申请、登记过的用户名和密码,发起连接请求(EAPOL-Start报文)。此时,客户端程序将发出请求认证的报文给设备端,开始启动一次认证过程。

    2) 设备端收到请求认证的数据帧后,将发出一个请求帧(EAP-Request/Identity报文)要求用户的客户端程序发送输入的用户名。

    3) 客户端程序响应设备端发出的请求, 将用户名信息通过数据帧(EAP-Response/Identity报文)发送给设备端。设备端将客户端发送的数据帧经过封包处理后(RADIUS Access-Request报文)送给认证服务器进行处理。

    4) RADIUS服务器收到设备端转发的用户名信息后,将该信息与数据库中的用户名表对比,找到该用户名对应的密码信息,用随机生成的一个加密字对它进行加密处理,同时也将此加密字通过RADIUS Access-Challenge报文发送给设备端,由设备端转发给客户端程序。

    5) 客户端程序收到由设备端传来的加密字(EAP-Request/MD5 Challenge报文)后,用该加密字对密码部分进行加密处理(此种加密算法通常是不可逆的,生成EAP-Response/MD5 Challenge报文),并通过设备端传给认证服务器。

    6) RADIUS服务器将收到的已加密的密码信息(RADIUS Access-Request报文)和本地经过加密运算后的密码信息进行对比,如果相同,则认为该用户为合法用户,反馈认证通过的消息(RADIUS Access-Accept报文和EAP-Success报文)。

    7) 设备收到认证通过消息后将端口改为授权状态,允许用户通过端口访问网络。在此期间,设备端会通过向客户端定期发送握手报文的方法,对用户的在线情况进行监测。缺省情况下,两次握手请求报文都得不到客户端应答,设备端就会让用户下线,防止用户因为异常原因下线而设备无法感知。

    8) 客户端也可以发送EAPOL-Logoff报文给设备端,主动要求下线,设备端把端口状态从授权状态改变成未授权状态。

    1. EAP终结方式

    EAP终结方式将EAP报文在设备端终结并映射到RADIUS报文中,利用标准RADIUS协议完成认证、授权和计费。设备端与RADIUS服务器之间可以采用PAP或者CHAP认证方法。本交换机支持的EAP终结方式是PAP,PAP认证过程如图所示。

    在PAP模式中,交换机对用户口令信息进行加密,然后把用户名、随机加密字和客户端加密后的口令信息一起转发给认证服务器进行相关的认证处理;而在EAP-MD5模式中,随机加密字由认证服务器产生,交换机只负责把认证信息报文封装后转发。

    802.1X定时器

    802.1X认证过程中会启动多个定时器以控制接入用户、设备以及RADIUS服务器之间进行合理、有序的交互。本交换机中的802.1X定时器主要有以下三种:

    1) 客户端认证超时定时器:当交换机向客户端发送报文后,交换机启动此定时器,若在该定时器设置的时长内,交换机没有收到客户端的响应,交换机将重发该报文。

    2) 认证服务器超时定时器:当交换机向认证服务器发送报文后,交换机启动此定时器,若在该定时器设置的时长内,交换机没有收到认证服务器的响应,交换机将重发认证请求报文。

    3) 静默定时器:对用户认证失败以后,交换机需要静默一段时间(该时间由静默定时器设置),在静默期间,交换机不再处理该用户的认证请求。

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  • 其中WAPI协议完整性测试的内容主要包括以下6类,上一期我们介绍了针对WAI子类型报文的协议完整性测试,本期我们重点介绍WAI头部字段报文的协议完整性测试要点、测试方法和步骤,以及测试中容易出现的高频问题。
           无线局域网鉴别与保密基础结构(WLAN Authentication and Privacy Infrastructure,简称WAPI)是无线局域网安全协议。被应用到各种终端产品的WAPI协议是否符合各项技术参数,关键在于WAPI协议符合性测试的落地程度。WAPI协议符合性测试包含协议互通性测试和协议完整性测试。其中WAPI协议完整性测试的内容主要包括以下6类,详见下图1。
    
    

    图1 WAPI协议符合性测试

      上一期我们介绍了针对WAI子类型报文的协议完整性测试,本期我们重点介绍WAI头部字段报文的协议完整性测试要点、测试方法和步骤,以及测试中容易出现的高频问题。

      针对WAI头部字段的技术解析

      该项检测是针对各个分组数据中的WAI头部的部分字段,包括版本、类型和分组序号等进行的协议完整性测试。WAI协议分组数据基本格式如图2。

    图2 WAI协议分组数据基本格式

      在该数据报文中:

      1、版本字段长度为2个八位位组,表示WAPI协议的版本号,当前值为1。

      2、类型字段长度为1个八位位组,表示协议类型。定义如下:当类型字段为1时,表示该组数据为WAI协议分组。其它值保留。

      3、子类型字段长度为1个八位位组,当类型字段为1时,即当该组数据为WAI分组数据时,子类型字段的值分别为1到12,代表各个分组(如上一期WAI子类型部分详述)。其它值保留。

      4、保留字段长度为2个八位位组,默认值为0。

      5、长度字段长度为2个八位位组,其值表示WAI协议分组所有字段的八位位组数。

      6、分组序号字段长度为2个八位位组,其值表示协议分组序号。第一个分组序号为1,后序分组依次按1递增。

      7、分片序号字段长度为1个八位位组,其值表示分片的顺序编号,每一个分组的第一个分片序号为0,后序分片依次按1递增。

      8、标识字段长度为1个八位位组,比特0表示后续是否有分片,值为0表示没有,值为1表示有。比特1至比特7保留。

      其中:分组序号字段、分片序号字段和标识字段仅在移动用户终端和AP之间的WAI协议分组中有效。

      根据上述WAI协议分组数据报文的定义:版本字段代表当前WAPI协议版本号,当前版本号都是“1”,随着WAPI技术演变和发展,可能会出现其它版本的WAPI协议,对应新的版本号数值。因此,必须对版本字段值进行校验。后续,在有多个版本号并存的技术背景下,同一鉴别过程中使用版本号也应该是相同的。

      类型字段表示该分组的类型,值为“1”时表示该组数据为WAI协议分组,因此在WAI鉴别过程中,各个分组的类型字段值均为“1”。

      分组序号和分片序号字段根据各个分组情况按规定取值。

      WAI头部字段报文协议完整性测试简介和测试环境

      WAI头部字段的数据报文由鉴别激活,接入鉴别响应,单播密钥协商请求,单播密钥协商确认,组播密钥通告组成。当被测移动终端在接收到含有异常WAI头部字段的数据报文后,通过检测该终端对异常报文的处理情况,判断其是否符合WAI头部字段报文协议完整性测试规范。实现完好的移动终端应该在接收到报文后先做判断,丢弃异常的报文不做响应;在未超时内且没有达到最大重发次数的情况下,实现完好的移动终端在先接收到异常报文之后又接收到了正常报文,应能对正常报文做出响应。

      WAI头部字段报文的协议完整性测试包含五个测试用例:

      ——针对鉴别激活分组的WAI版本号的协议完整性测试;

      ——针对接入鉴别响应分组的WAI类型的协议完整性测试;

      ——针对单播密钥协商请求分组的WAI版本号的协议完整性测试;

      ——针对单播密钥协商确认分组的WAI类型的协议完整性测试;

      ——针对组播密钥通告分组的WAI分组序号的协议完整性测试。

      如图3所示,搭建协议完整性测试环境,开展协议完整性整改和测试。测试环境中用到了西电捷通公司研发的WAPI负面测试仪(XWN1000T)和WAPI协议分析工具(XWT300)。WAPI负面测试仪可以构建异常报文,用于测试STA对异常报文的判断和处理能力。WAPI协议分析工具可以高效地捕获WAPI协议相关报文,对报文内容进行全面细致的解析,并对可能存在的错误字段和出现位置给予准确的提示。

    图3 协议完整性测试环境拓扑图

      WAI头部字段报文协议完整性测试方法

      以针对组播密钥通告分组的WAI分组序号的协议完整性测试样本为例进行分析,如下图4和图5所示,利用WAPI协议分析工具对抓取的报文数据包进行解析:

      1、WAI分组序号被赋予了异常值“0”,通常WAI分组序号从“1”开始,逐个递增。如果被测移动用户终端并未对该异常报文进行响应,则通过该测试用例检测。如果被测移动用户终端在收到异常的组播密钥通告分组后,发出组播密钥响应分组,会导致不能通过该测试用例检测。

    图4 异常WAI分组序号的组播密钥通告分组报文解析

      2、负面测试仪先发送两次异常组播密钥通告分组报文,报文之间间隔100毫秒。移动用户终端不应对异常的组播密钥通告分组报文做出响应。然后,负面测试仪发送一次正常的组播密钥通告分组报文,在WAI分组序号值为“1”,正常报文与异常报文之间间隔100毫秒。移动用户终端应能对正常的组播密钥通告分组报文做出响应,完成后续密钥协商的全过程,最终建立连接。

    图5 正常WAI分组序号的组播密钥通告分组报文解析

      其它四项WAI头部字段报文协议完整性测试的方案和步骤,与上述方案和步骤相似。

      WAI头部字段协议完整性测试中常见问题及解析

      1、常见问题

      被测移动用户终端针对异常WAI头部字段的数据报文无法做出正确响应。该问题可能存在以下四种情况:

      (1)在收到异常的报文时,没有对WAI头部字段进行校验,而默认WAI头部字段值是正确的随即发出响应。例如,在被测移动用户终端收到异常WAI分组序号的组播密钥通告分组报文后,默认WAI分组序号正常,一旦未对收到的报文的WAI分组序号进行校验,便直接发出组播密钥通告响应完成密钥协商。显然,这样的实现方式是错误的,如此将无法通过协议完整性检测。

      (2)在收到异常WAI头部字段的报文后对报文进行校验,但是未能成功识别异常的报文,并将异常报文按照正确报文处理。

      (3)在收到异常WAI头部字段的报文后对报文进行了校验并识别出该异常,丢弃异常报文不做处理,但对在异常报文之后接收到的正确报文也未能作出响应。这样的实现方式也是错误的,且无法通过协议完整性检测。

      (4)在第一次或者第二次收到异常WAI头部字段的报文后断开连接。

      2、问题分析及解决方法

      WAI头部字段值都有对应的规范定义标准。首先,需要注意校验在不同分组中的WAI头部字段值是否正确,移动用户终端应能够解析并识别异常的WAI头部字段,并丢弃异常的报文不进行处理。同时,移动用户终端也应能处理包含正常WAI头部字段的报文并完成鉴别和密钥协商,最终建立连接。

      移动用户终端在前两次收到异常的WAI头部字段的报文后不应断开连接,如果第三次收到正常的WAI头部字段的报文,应正常处理并最终建立连接;如果第三次仍旧收到异常的WAI头部字段报文,则应该断开连接。

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