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计算机网络协议
计算机网络协议是一组正式的规则、协定和数据结构,它们控制计算机以及其它网络设
备如何在网络上交换信息。网络传送协议或简称为传送协议,是指计算机通信的共同语言。
现在最普及的计算机通信为网络通信,所以“传送协议”一般都指计算机通信的传送协议,
如:TCP/IP、Ethernet 等。
在 20 多年前,大型计算机和“主机-终端”构架流行时,各计算机厂商仅建立本企业产
品系列的网络通信协议,而不同厂家的计算机互联成为巨大的问题。因此,网络通信协议需
要国际标准,需要各计算机厂商支持的国际标准。如今 Internet 所采用的核心网络协议——
TCP/IP 就是被广泛接受的网络协议,从而保证了不同厂家,不同种类的计算机互通互联。
鉴于计算机网络通信的复杂性,国际标准化组织(OSI)建议了一个七层结构的概念模型
(见 OSI 模型)。
分层是一种设计原则,它将协议设计为许多小部分,每一部分完成各个具体的子任务,
并通过一些明确的方式与其它协议互操作。分层法允许设计和测试部分协议,而不用将协议
全部更改,这样就保持每个设计相对简单。例如,TCP 对应 OSI 的传输层,IP 对应 OSI 的网
络层。
在 OSI 模型的七层协议中,上一层协议可以调用下一层协议,直至物理层,而网络两端
的相同协议层可以建立虚拟链接和对话。网络中可能会有许多节点称为路由器,路由器是由
三层网络协议构成,为网络间的通信建立链接。
OSI 模型仅仅是一个原则和概念模型,在制定具体网络协议时并不一定严格按照 OSI 模
型的定义划分,例如:以太网-Ethernet(802.3)、令牌环-Token Ring(802.5)、无线
局域网-WLAN(802.11)和互联网-Internet 的核心网络协议 TCP/IP,在原则和概念上基本
遵循 OSI 的七层协议,但在具体实现上不尽相同。
无线网络协议
无线局域网络除了物理层传输介质不同外,其功能与 802.3 以太网功能相似,协议包含
了全部物理层和部分数据链路层的内容(见图 1)。
在无线网络中针对不同的传输速率和无线传输范围,IEEE 制定了响应标准(见下表)。
按照无线覆盖范围划分如下:
无线个人网络(WPAN-Wireless Personal Area Network):WPAN 的覆盖范围最大为
10m,主要标准有蓝牙(Blue Tooth),其传输速率 1Mb,可用于无线键盘、鼠标、麦克、耳
机等。Zigbee(IEEE 802.15.4),速率<250Kb,用于工业和家庭监控、控制和自动化、保健
等,例如家庭自动化系统、安全系统、百叶窗控制、电灯开关、火灾与烟雾传感器、温控装
置、厨房器具、影音家电遥控以及用于机上盒和其它娱乐设备的远程控制。802.15.3a,也称
为超宽带(UWB),其传输速率为 110Mb-480Mb,可使得客厅中的娱乐系统(例如 DVD、卫星/
有线电视的视讯转换器、电视屏幕、以及环绕立体声音响)建立起多媒体传输的管道,甚至
我们可轻易预见到包括数字相机、扫描仪、打印机、摄录像机、以及 MP3 播放器等装置,未
来将能与消费性 PC 建立无线连接,让配备有线型 USB2.0 或 IEEE 1394 接口的装置扩增其应
用价值,也许有一天会让有线连接技术完全被淘汰;
无线局域网(WLAN-Wireless Local Area Network):WLAN 的覆盖范围在 100m 以内,
主要标准有速率 11Mb 的 802.11b、54Mb 的 802.11a/g 和将于 2006 年完成的 200Mb 以上的
802.11n。802.11b/g 的占用频率为 2.4GHz-2.497GHz,802.11a/n 的占用频率为
5.735GHz-5.835GHz。WLAN 应用于台式电脑、笔记本电脑、掌上电脑和其它装备了无线收发
装置的终端设备,使得终端设备具备了位置变动甚至移动的灵活性。但是 WLAN 覆盖范围的局
限性,使得 AP 必须建立在有线网络(LAN)的构架上,只能是对有线网络(LAN)的灵活性补
充,企望在没有 LAN 的区域建立 WLAN 是困难的。
无线区域网(WZone-Wireless Zone Area Network):WZone 的覆盖范围定义在 1Km
以内,用于厂区、社区、校园、乡镇和村舍等区域,有着极其广泛的用途,尤其是城市郊区、
乡镇等居所分散的区域,因为这些区域往往 ADSL 鞭长莫及,铺设光缆或宽带电缆成本过高。
尽管 WZone 有如此广泛而又迫切的用途,遗憾的是即没有相应的国际标准,也没有性价比合
适的产品。
无线城域网(WMAN-Wireless Metropolitan Area Network):WMAN 的覆盖范围在 10Km
以上,通常为规模较大的城市。例如低速率的 2.5G(<100Kb)或较高速率的 3G(<1Mb),宽
带高速率的有 802.16,速率可达 70Mb。802.16 也称为 WiMAX,使无线宽带城域网成为可能,
它不仅可以服务于那些城区或郊区固定宽带线路无法覆盖的用户,而且它的移动好处更比固
定宽带有市场前景。但是,WiMAX 的专用频谱尚未确定,手持客户终端的小型化、低功耗等
技术问题尚需完善,无线覆盖基站和无线客户终端(CPE)的成本远比 WiFi 要高得多,形成
像 WiFi 目前的用户规模尚需时日。
上述无线网络技术标准和相关产品各有不同的用途,没有严格意义上的优劣,但有着性
价比和投入产出比的共同标准。以覆盖范围分类的技术具有不同的应用市场,同时也产生不
同的运营收益和成本。对用户来说任何产品的使用价值与终端设备的价格、接入服务的费用
之比,高于现有的技术、服务性价比,就会得到市场的青睐,高的越多,市场欢迎的程度就
会越热烈。对运营商来说,终端产品的销售、运营收益与网络部署、运营成本之比越高,运
营商就会欢迎。总之,性价比对于用户,投入产出比对于运营商,是比较技术优劣的共同标
准。
WiFi 与 802.11
WiFi-Wireless Fidelity,是无线网络协议 802.11 的另一个名称,也是由 802.11 无线
网络设备生产商组成的一个非盈利企业联盟,由该组织实施对 802.11 标准的产品进行认证。
WiFi 联盟还推动了 802.11 国际标准的发展,例如在 IEEE 802.11i 和 802.11e 未形成前,制
定了用于无线网络安全的 WAP、WAP2 标准和多媒体传输质量的 QoS 标准。
802.11 无线网络协议是 IEEE 在 1997 年之前无线网络技术基础上,推出的第一个关于无
线宽带网络的标准,随着无线网络应用的普及,不断修订逐步形成了一个庞大的标准族。
• 802.11b:
由于最初的 802.11 标准存在诸多缺陷,1999 年 IEEE 进行了很多更新,推出了 802.11b 标准,
该标准工作在 2.4GHz 频带,调制方式为 CCK 技术,最大数据传输速率可达 11Mbps。
• 802.11a:
由于 802.11b 工作于公共频段,因此遇到了很多干扰问题,为了解决这个问题,在 802.11b
通过的同年,802.11a 标准应运而生。该标准工作于 5.7GHz 频段,使用更为先进的 OFDM 调
制方式,最大数据传输速率提高到 54Mbps。
• 802.11e:
随着无线局域网的逐步普及,Voice over WLAN 的概念开始火爆,但是同其他方式的 VoIP 类
似,QoS 问题变得日益突出。为此,IEEE 成立了 802.11e 工作组,以期在 802.11 的 QoS 方面
进行增强,以促进 Voice over WLAN 等新型应用的推广。已经于 2005 年 11 月获得通过成为
标准。
• 802.11g:
虽然 802.11a 标准比起 802.11b 先进不少,但由于 802.11b 的广泛使用,无线宽带局域网的
部署和升级必须考虑到客户的既有投资,业界迫切需要一种与 802.11b 工作于同一频段且更
为先进的技术来保证这种妥协。2003 年,工作于 2.4GHz 频段数据速率最高达 54MHz 的 802.11g
标准获得通过。
• 802.11f:
802.11 定义了客户端设备如何和 AP 通信,然而并没有规定客户端在 AP 间的通信切换,这无
疑不利于无缝 WLAN 网络的构建。802.11f 标准工作组即是为了解决这个问题,然而由于目前
大型 WLAN 网络大多由单一的厂商提供,因此这个问题还不太突出,或许随着多厂商环境的形
成,802.11f 才会日益迫切吧。
• 802.11h:
主要是为欧洲特殊环境所生,由于欧洲无线电管制机构对于 5GHz 频段采取了传输能量控制的
政策,因此 IEEE 在 802.11a 的基础上增加了一些灵活的设置,以使系统可以动态调整频率和
RF 发射来减少与其他系统的干扰,因此 802.11h 可谓“欧洲版的 802.11a”。
• 802.11i:
由于 802.11 普遍采用的 WEP 安全措施太过脆弱,802.11i 应运而生,其增加了 AES(高级加
密标准)安全协议,提供了更高的安全级别。
• 802.11j:
由于日本的频段(4.9GHz~5GHz)比较特殊,因此 802.11j 可以说是“日本版的 802.11a”。
• 802.11k:
802.11 设备天生不能显示无线连接的状态,因此对网络的管理造成了很多问题。802.11k 可
以说是为 WLAN 网络管理员而设,可以使设备能够动态改变接入点之间的无线信道、电源级别
和负载平衡。
• 802.11m:
该标准工作组主要是对 802.11 的各标准进行维护。
• 802.11n:
对 802.11 的数据传输速率进行了大幅提高,使用 802.11n 超过 100Mbps 的速率不再是梦想,
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Jesdy0813
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