IEEE802系列协议.docx

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IEEE802系列协议

IEEE802系列协议

IEEE802.1—概述、体系结构和网络互连，以及网络管理和性能测量。

IEEE802.2—逻辑链路控制LLC。

最高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。

IEEE802.3—CSMA/CD网络，定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规范。

IEEE802.4—令牌总线网。

定义令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规范。

IEEE802.5—令牌环形网。

定义令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规范。

IEEE802.6—城域网。

IEEE802.7—宽带技术。

IEEE802.8—光纤技术。

IEEE802.9—综合话音数据局域网。

IEEE802.10—可互操作的局域网的安全。

IEEE802.11—无线局域网。

IEEE802.12—优先高速局域网（100Mb/s）。

IEEE802.13—有线电视（Cable-TV）

802.1

　　802.1为IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）的一个工作组（WorkingGroup）。

此工作组负责IEEE802.1标准的制定。

　　IEEE802.1标准提供了一个对整个IEEE802系列协议的概述，描述了IEEE802标准和开放系统基本参照模型（即ISO的OSI7层模型）之间的联系，解释这些标准如何和高层协议交互，定义了标准化的媒体接入控制层（MAC）地址格式，并且提供一个标准用于鉴别各种不同的协议。

　　IEEE802.1工作组主要负责以下工作：

　　802系列的局域网，城域网，个人网的体系结构。

　　802系列网络之间以及与其他广域网的互连问题。

　　802网络的网络管理

　　媒体接入控制层（MAC）及逻辑链路控制（LLC）之上的协议层的一些问题。

　　IEEE802.1是一组协议的集合，如生成树协议、VLAN协议等。

为了将各个协议区别开来，IEEE在制定某一个协议时，就在IEEE802.1后面加上不同的小写字母，如IEEE802.1w就是最近颁布的一个协议。

　　从IEEE802.1d协议谈起

　　IEEE802.1w协议由IEEE802.1d协议改进而来，因此想搞懂IEEE802.1w协议，就得先了解什么是IEEE802.1d协议。

　　在局域网中，为了提供可靠的网络连接，就得需要网络提供冗余链路。

所谓“冗余链路”，即这条路不通，走另一条路就可以了！

冗余就是准备两条以上的路，如果哪一条不通了，就从另外的路走。

　　但是网络技术还很“幼稚”，如果你真的准备两条以上的路，就必然形成了一个环路，交换机并不知道如何处理环路，只是周而复始地转发帧，形成一个“死循环”，这个死循环会造成整个网络处于阻塞状态，导致网络瘫痪。

　　为了解决冗余链路引起的问题，IEEE通过了IEEE802.1d协议，即生成树协议。

IEEE802.1d协议通过在交换机上运行一套复杂的算法，使冗余端口置于“阻断状态”，使得联入网络的计算机在与其他计算机通讯时，只有一条链路生效，而当这个链路出现故障无法使用时，IEEE802.1d协议会重新计算网络链路，将处于“阻断状态”的端口重新打开，从而既保障了网络正常运转，又保证了冗余能力。

　　IEEE802.1w协议的作用

　　那么为什么要制定IEEE802.1w协议呢？

原来，IEEE802.1d协议虽然解决了链路闭合引起的死循环问题，但是生成树的收敛（指重新设定网络中的交换机端口状态）过程需要50s。

对于以前的网络来说，50s的阻断是可以接受的，毕竟人们以前对网络的依赖性不强，但是现在情况不同了，人们对网络的依赖性越来越强，50s的网络故障足以带来巨大的损失，因此IEEE802.1d协议已经不能适应现代网络的需求了。

于是IEEE802.1w协议问世了，IEEE802.1w协议使收敛过程由原来的1分钟减少为现在的1至10秒，因此IEEE802.1w又称为“快速生成树协议”。

对于现在的网络来说，这个速度足够快了。

　　802.1X：

协议是由（美）电气与电子工程师协会提出，刚刚完成标准化的一个符合IEEE802协议集的局域网接入控制协议，全称为基于端口的访问控制协议。

能够在利用IEEE802局域网优势的基础上提供一种对连接到局域网的用户进行认证和授权的手段，达到了接受合法用户接入，保护网络安全的目的。

802.1x认证，又称EAPOE认证，主要用于宽带IP城域网。

　　802.1x协议起源于802.11协议，后者是标准的无线局域网协议，802.1x协议的主要目的是为了解决无线局域网用户的接入认证问题。

　　802.1x协议仅仅提供了一种用户接入认证的手段，并简单地通过控制接入端口的开/关状态来实现，这种简化适用于无线局域网的接入认证、点对点物理或逻辑端口的接入认证，而在可运营、可管理的宽带IP城域网中作为一种认证方式具有一定的局限性。

Ethernet802.2协议是IEEE正式的802.3标准，它由EthernetII发展而来。

Ethernet802.2将EthernetII帧头的协议类型字段替换为帧长度字段，并加入LLC-802.2头，用以标记上层协议。

LLC头包含目的服务访问点（DSAP）、源服务访问点（SSAP）和控制（Control）字段。

802.3

Ethernet802.3是1983年Novell发布其Netware/86网络套件时采用的私有以太网帧格式，该格式以当时尚未正式发布的IEEE802.3标准为基础；但是当两年以后IEEE正式发布802.3标准时情况发生了变化（IEEE在802.3帧头中又加入了802.2LLC头），这使得Novell的Ethernet802.3协议与正式的IEEE802.3标准互不兼容；Ethernet802.3只支持IPX/SPX协议,是目前所用的最普通的一种帧格式，在802.2之前是IPX网络事实上的标准帧类型。

IEEE802委员会以美国施乐（Xerox）公司+数字装备公司（Digital）+英特尔（Intel）公司提交的DIXEthernetV2为基础，推出了IEEE802.3。

802.3通常指以太网。

一种网络协议。

描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法，在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方式，对于快速以太网该标准说明的实现方法有所扩展。

　　DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。

　　严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网。

　　早期的IEEE802.3描述的物理媒体类型包括：

10Base2、10Base5、10BaseF、10BaseT和10Broad36等；快速以太网的物理媒体类型包括：

100BaseT、100BaseT4和100BaseX等。

　　为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：

　　逻辑链路控制LLC（LogicalLinkControl）子层

　　媒体接入控制MAC（MediumAccessControl）子层。

　　与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的。

　　由于TCP/IP体系经常使用的局域网是DIXEthernetV2而不是802.3标准中的几种局域网，因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层LLC（即802.2标准）的作用已经不大了。

　　很多厂商生产的网卡上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。

　　MAC子层的数据封装所包括的主要内容有：

数据封装分为发送数据封装和接收数据封装两部分，包括成帧、编制和差错检测等功能。

　　数据封装的过程：

当LLC子层请求发送数据帧时，发送数据封装部分开始按MAC子层的帧格式组帧：

（1）将一个前导码P和一个帧起始定界符SFD附加到帧头部分；

（2）填上目的地址、源地址、计算出LLC数据帧的字节数并填入长度字段LEN；

　　（3）必要时将填充字符PAD附加到LLC数据帧后；

　　（4）求出CRC校验码附加到帧校验码序列FCS中；

　　（5）将完成封装后的MAC帧递交MIAC子层的发送介质访问管理部分以供发送；接收数据解封部分主要用于校验帧的目的地址字段，以确定本站是否应该接受该帧，如地址符合，则将其送到LLC子层，并进行差错校验。

802.4

　　802．4委员会已经定义了令牌总线标准是宽带网络标准，以与以太网的基带传输技术区别。

令牌总线网络通过总线拓扑结构，使用75欧姆CATV同轴电缆构造。

802．4标准的宽带特性，支持在不同的信道上同时进行传输。

宽带电缆有较长的传输能力，传输率可达10Mbps。

在生产厂房的网络中，令牌总线网有时采用生产自动化协议来实现。

　　令牌按照站点地址的序列号，从一个站点传送到另外一个站点。

这样，这个令牌实际上是按照逻辑环而不是物理环进行传递。

在数字序列的最后一个站点将令牌返回到第一个站点。

这个令牌并不遵照连接到这条电缆的工作站的物理顺序进行传递。

可能站点1在一条电缆的一端，而站点2在这条电缆的另外一端，站点3却在这条电缆的中间。

电缆的拓扑结构可以包括被长干线电缆连接的工作站的一些组。

这些工作站从一种星形配置的集线器中分支出来，所以这个网络既是一个总线拓扑又是一个星形拓扑的网络。

ARCNET是一个令牌总线网络，但是它不承认IEEE802．4标准。

令牌总线拓扑结构的例子有“ARCNET”。

令牌总线拓扑对于组织分离在较远地点的用户是很适合的。

虽然在一些生产环境使用令牌总线结构，但是以太网和令牌环标准却已经在办公室环境起着决定性的作用。

802.5

　　802.5　局域网（LAN）的结构主要有三种类型：

以太网（Ethernet）、令牌环（TokenRing）、令牌总线（TokenBus）以及作为这三种网的骨干网光纤分布数据接口（FDDI）。

　　它们所遵循的都是IEEE（美国电子电气工程师协会）制定的以802开头的标准,目前共有11个与局域网有关的标准。

IEEE802.5通常指令牌环网。

一种网络协议。

TokenRing访问方法及物理层规定等。

802.11

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。

1.802.11

2.802.11a

3.802.11b

4.802.11c

5.801.11d

6.802.11e

7.802.11f

8.802.11g

9.802.11h

10.802.11i

11.802.11j

12.802.11k

13.802.11l

14.802.11m

15.802.11n

16.802.11o

17.80211p

18.802.11Q

19.802.11R

20.802.11s

21.802.11t

22.802.11u

23.802.11v

标准详解

　　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（pilotcarrier），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毫秒，保护间隔0.8毫秒。

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。

　　数据率

　　（Mbit/s）调制方式编码率Ndbps1472字节传输时间

　　（µs）

　　6BPSK1/2242012

　　9BPSK3/4361344

　　124-QAM1/2481008

　　184-QAM3/472672

　　2416-QAM1/296504

　　3616-QAM3/4144336

　　4864-QAM2/3192252

　　5464-QAM3/4216224

802.11全家族

　　*IEEE802.11，1997年，原始标准（2Mbit/s，工作在2.4GHz）。

　　*IEEE802.11a，1999年，物理层补充（54Mbit/s，工作在5GHz）。

　　*IEEE802.11b，1999年，物理层补充（11Mbit/s工作在2.4GHz）。

　　*IEEE802.11c，符合802.1D的媒体接入控制层桥接（MACLayerBridging）。

　　*IEEE802.11d，根据各国无线电规定做的调整。

　　*IEEE802.11e，对服务等级（QualityofService,QoS）的支持。

　　*IEEE802.11f，基站的互连性（IAPP,Inter-AccessPointProtocol），2006年2月被IEEE批准撤销。

　　*IEEE802.11g，2003年，物理层补充（54Mbit/s，工作在2.4GHz）。

　　*IEEE802.11h，2004年，无线覆盖半径的调整，室内（indoor）和室外（outdoor）信道（5GHz频段）。

　　*IEEE802.11i，2004年，无线网络的安全方面的补充。

　　*IEEE802.11j，2004年，根据日本规定做的升级。

　　*IEEE802.11l，预留及准备不使用。

　　*IEEE802.11m，维护标准；互斥及极限。

　　*IEEE802.11n，2008年上半年通过正式标准,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。

　　*IEEE802.11k，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。

　　*IEEE802.11r，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。

　　*IEEE802.11s,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。

　　*IEEE802.11w，2009年，针对802.11管理帧的保护。

　　*IEEE802.11y，2008年，针对美国3650–3700MHz的规定。

　　除了上面的IEEE标准，另外有一个被称为IEEE802.11b+的技术，通过PBCC技术（PacketBinaryConvolutionalCode）在IEEE802.11b（2.4GHz频段）基础上提供22Mbit/s的数据传输速率。

但这事实上并不是一个IEEE的公开标准，而是一项产权私有的技术，产权属于美国德州仪器公司。

系列详解

802.11

　　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。

由于它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，前者已经成为目前的主流标准，而后者也被很多厂商看好。

802.11a

　　802.11a（Wi-Fi5）标准是得到广泛应用的802.11b标准的后续标准。

它工作在5GHzU-NII频带，物理层速率可达54Mbps，传输层可达25Mbps。

可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。

802.11b

　　IEEE802.11b是无线局域网的一个标准。

其载波的频率为2.4GHz，传送速度为11Mbit/s。

IEEE802.11b是所有无线局域网标准中最著名，也是普及最广的标准。

它有时也被错误地标为Wi-Fi。

实际上Wi-Fi是无线局域网联盟（WLANA）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。

在2.4-GHz-ISM频段共有14个频宽为22MHz的频道可供使用。

IEEE802.11b的后继标准是IEEE802.11g，其传送速度为54Mbit/s。

802.11c

　　802.11c在媒体接入控制/链路连接控制（MAC/LLC）层面上进行扩展，旨在制订无线桥接运作标准，但后来将标准追加到既有的802.1中，成为802.1d。

801.11d

　　他和802.11c一样在媒体接入控制/链路连接控制（MAC/LLC）层面上进行扩展，对应802.11b标准，解决不能使用2.4GHz频段国家的使用问题。

802.11e

　　802.11e是IEEE为满足服务质量（Qos）方面的要求而制订的WLAN标准。

在一些语音、视频等的传输中，Qos是非常重要的指标。

在802.11MAC层，802.11e加入了Qos功能，它的分布式控制模式可提供稳定合理的服务质量，而集中控制模式可灵活支持多种服务质量策略，让影音传输能及时、定量、保证多媒体的顺畅应用，WIFI联盟将此称为WMM（wi-fimultimedia）。

802.11f

　　802.11f追加了IAPP（inter-accesspointprotocol）协定，确保用户端在不同接入点间的漫游，让用户端能平顺、无形地切换存取区域。

802.11f标准确定了在同一网络内接入点的登陆，以及用户从一个接入点切换到另一个接入点时的信息交换。

802.11g

　　IEEE802.11g2003年7月，通过了第三种调变标准。

其载波的频率为2.4GHz（跟802.11b相同），原始传送速度为54Mbit/s，净传输速度约为24.7Mbit/s（跟802.11a相同）。

802.11g的设备与802.11b兼容。

802.11g是为了提高更高的传输速率而制定的标准，它采用2.4GHz频段，使用CCK技术与802.11b（Wi-Fi）后向兼容，同时它又通过采用OFDM技术支持高达54Mbit/s的数据流，所提供的带宽是802.11a的1.5倍。

从802.11b到802.11g，可发现WLAN标准不断发展的轨迹：

802.11b是所有WLAN标准演进的基石，未来许多的系统大都需要与802.11b向后向兼容，802.11a是一个非全球性的标准，与802.11b后向不兼容，但采用OFDM技术，支持的数据流高达54Mbit/s，提供几倍于802.11b/g的高速信道，如802.11b/g提供3个非重叠信道可达8-12个;可以看出，在802.11g和802.11a之间存在与Wi-Fi兼容性上的差距，为此出现了一种桥接此差距的双频技术——双模（dualband）802.11a+g（=b）,它较好地融合了802.11a/g技术，工作在2.4GHz和5GHz两个频段，服从802.11b/g/a等标准，与802.11b后向兼容，使用户简单连接到现有或未来的802.11网络成为可能。

802.11h

　　是为了与欧洲的HiperLAN2相协调的修订标准，美国和欧洲在5GHz频段上的规划、应用上存在差异，这一标准的制订目的，是为了减少对同处于5GHz频段的雷达的干扰。

类似的还有802.16（WIMAX），其中802.16B即是为了与WirelessHUMAN协调所制订。

802.11h涉及两种技术，一种是动态频率选择（DFS），即接入点不停地扫描信道上的雷达，接入点和相关的基站随时改变频率，最大限度地减少干扰，均匀分配WLAN流量；另一种技术是传输功率控制（TPC），总的传输功率或干扰将减少3dB。

802.11i

　　IEEE802.11i是IEEE为了弥补802.11脆弱的安全加密功能（WEP,WiredEquivalentPrivacy）而制定的修正案，于2004年7月完成。

其中定义了基于AES的全新加密协议CCMP（CTRwithCBC-MACProtocol），以及向前兼容RC4的加密协议TKIP（TemporalKeyIntegrityProtocol）。

　　无线网络中的安全问题从暴露到最终解决经历了相当的时间，而各大厂通信芯片商显然无法接受在这期间什么都不出售，所以迫不及待的Wi-Fi厂商采用802.11i的草案3为蓝图设计了一系列通信设备，随后称