IEEE802网络协议和标准

802委员会

IEEE 802又称为LMSC（LAN /MAN Standards Committee， 局域网/城域网标准委员会），致力于研究局域网和城域网的物理层和MAC层中定义的服务和协议，对应OSI网络参考模型的最低两层（即物理层和数据链路层）。

IEEE 802委员会成立于1980年2月，它的任务是制定局域网和城域网标准。IEEE 802中定义的服务和协议限定在OSI模型[OSI网络参考模型]的最低两层（即物理层和数据链路层）。事实上，IEEE 802将OSI的数据链路层分为两个子层，分别是逻辑链路控制(Logical Link Control, LLC)和介质访问控制(Media Access Control, MAC)，如下所示：

• 数据链路层
• 逻辑链路控制子层
• 介质访问控制子层
• 物理层

IEEE 802系列标准是IEEE 802 LAN/MAN 标准委员会制定的局域网、城域网技术标准。其中最广泛使用的有以太网、令牌环、无线局域网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。802委员会目前有20多个分委员会。

IEEE 802

介绍

IEEE802是一系列定义了局域网（LAN）如何访问传输介质和传输数据的规范。涵盖以太网（如10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s）、令牌总线、令牌环、城域网协议等。重点介绍了IEEE802.3以太网标准，包括10Mb/s的细同轴电缆、100Mb/s的双绞线和1000Mb/s的光纤或双绞线版本。

IEEE802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了传输信息的网络设备之间的连接建议、维护和拆除的途径。

现有标准

现有标准有：

• IEEE 802.1 ：局域网体系结构、寻址、网络互联和网络
• IEEE 802.1A：概述和系统结构
• IEEE 802.1B：网络管理和网络互连
• IEEE 802.2 ：逻辑链路控制子层（LLC）的定义。
• IEEE 802.3 ：以太网介质访问控制协议 （以太网的CSMA/CD载波监听多路访问/冲突检测协议）及物理层技术规范。
• IEEE 802.4 ：令牌总线网（Token-Bus）的介质访问控制协议及物理层技术规范。
• IEEE 802.5 ：令牌环网（Token-Ring）的介质访问控制协议及物理层技术规范。
• IEEE 802.6 ：城域网介质访问控制协议DQDB （Distributed Queue Dual Bus 分布式队列双总线）及物理层技术规范。
• IEEE 802.7 ：宽带技术咨询组，提供有关宽带联网的技术咨询。
• IEEE 802.8 ：光纤技术咨询组，提供有关光纤联网的技术咨询。
• IEEE 802.9 ：综合声音数据的局域网（IVD LAN）介质访问控制协议及物理层技术规范。
• IEEE 802.10：网络安全技术咨询组，定义了网络互操作的认证和加密方法。
• IEEE 802.11：无线局域网（WLAN）的介质访问控制协议及物理层技术规范。
• IEEE 802.11，1997年，原始标准（2Mbit/s，播在2.4GHz）。
• IEEE 802.11a，1999年，物理层补充（54Mbit/s，播在5GHz）。
• IEEE 802.11b，1999年，物理层补充（11Mbit/s播在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，基站的互连性（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，播在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，更高传输速率的改善，基础速率提升到72.2Mbit/s，可以使用双倍带宽40MHz，此时速率提升到150Mbit/s。支持多输入多输出技术（Multi-Input Multi-Output，MIMO）。
• IEEE 802.11k，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 802.11p，这个通信协定主要用在车用电子的无线通信上。它设置上是从IEEE 802.11来扩充延伸，来符合智能型运输系统（Intelligent Transportation Systems，ITS）的相关应用。
• IEEE 802.11ac，802.11n的潜在继承者,更高传输速率的改善，当使用多基站时将无线速率提高到至少1Gbps，将单信道速率提高到至少500Mbps。使用更高的无线带宽(80MHz-160MHz)(802.11n只有40MHz),更多的MIMO流(最多8条流),更好的调制方式(QAM256)。目前是草案标准(draft)，预计正式标准于2012年晚些时间推出。Quantenna公司在2011年11月15日推出了世界上第一只采用802.11ac的无线路由器。Broadcom公司于2012年1月5日也发布了它的第一支支持802.11ac的芯片。
• IEEE 802.11ae-2012
• IEEE 802.12 ：需求优先的介质访问控制协议（100VG AnyLAN）。
• IEEE 802.13 ：(未使用 )【不吉利的数字，没有人愿意使用它—查自《计算机网络-Andrew S. Tanebaum》 Page 63 - 1.6.2 国际标准领域中最有影响的组织】
• IEEE 802.14：采用线缆调制解调器(Cable Modem)的交互式电视介质访问控制协议及网络层技术规范。
• IEEE 802.15：采用蓝牙技术的无线个人网（Wireless Personal Area Networks，WPAN）技术规范。
• IEEE 802.15.1：无线个人网络。
• IEEE 802.15.4：低速无线个人网络
• IEEE 802.16：宽带无线连接工作组，开发2~66GHz的无线接入系统空中接口。
• IEEE 802.17：弹性分组环 （Resilient Packet Ring，RPR）工作组，制定了单性分组环网访问控制协议及有关标准。
• IEEE 802.18：宽带无线局域网技术咨询组（Radio Regulatory）。
• IEEE 802.19：多重虚拟局域网共存（Coexistence）技术咨询组。
• IEEE 802.20：移动宽带无线接入（ Mobile Broadband Wireless Access ，MBWA）工作组，制定宽带无线接入网的解决 。
• IEEE 802.21：媒介独立换手（Media Independent Handover）。
• IEEE 802.22：无线区域网（Wireless Regional Area Network）
• IEEE 802.23：紧急服务工作组 （Emergency Service Work Group）

IEEE 802.3

介绍

IEEE 802.3是一个工作组，该工作组编写了电气和电子工程师协会 （IEEE）标准集合，该工作组定义了有线以太网的物理层和数据链路层的介质访问控制 （MAC）。 这通常是具有一些广域网 （WAN）应用的局域网（LAN）技术。 通过各种类型的铜缆或光缆在节点和/或基础设施设备（ 集线器 ， 交换机 ， 路由器 ）之间建立物理连接。

802.3是一种支持IEEE 802.1网络架构的技术。802.3还定义了使用CSMA / CD的 LAN访问方法。

DIX Ethernet V2 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 DIX Ethernet V2 标准的局域网。

物理媒介类型

早期的IEEE 802.3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：100 BaseT、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 (Logical Link Control)子层
• 媒体接入控制【介质访问控制子层】 MAC (Media Access Control)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 DIX Ethernet V2 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子层与LLC子层

主要内容

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、编址和差错检测等功能。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MAC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。

通讯标准

POE供电标准802.3af、802.3at、802.3bt

PoE的系统构成及供电特性参数一个完整的PoE系统包括供电端设备(PSE,PowerSourcingEquipment)和受电端设备(PD,PowerDevice)两部分。两者基于IEEE802.3af标准建立有关受电端设备PD的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系，并以此为根据PSE通过以太网向PD供电。

标准的五类网线有四对双绞线，IEEE802.3af允许两种线序供电方法：一种是在4、5、7、8线对上传输电流，并且规定，4、5为正极，7、8为负极。另一种供电是在1、2、3、6线上传输电源，极性较为任意，1、2为正极，3、6为负极或是1、2为负极，3、6为正极。

IEEE802.3af的工作过程：

1、检测：一开始PSE在为受电设备供电前，先输出一个低电压检测受电设备（PD）是否符合IEEE802.3af标准。
2、分级：当PSE检测到符合要求后，会将输出电压进一步提高，来对受电设备进行分级，如果受电设备此时没有回应分级确认电流，PSE默认将受电设备规为0级，为其提供15.4W的输出功率。
3、供电：经过确认分级后，PSE会向受电设备输出48V的直流电，并确认受电设备不超过15.4W的功率要求。
4、维护：更新实时功率，进行断路检测和单端口过载检测，当受电设备超载或短路后，PSE停止为其供电，再次进入检测阶段。

IEEE802.3af主要供电参数：

直流电压在44～57V之间，典型值为48V。典型工作电流为10～350mA，典型的输出功率：15.4W。超载检测电流为350～500mA。在空载条件下，最大需要电流为5mA。为PD设备提供3.84～12.95W四个Class等级的电功率请求。

IEEE802.3af的分级参数：

• Class0设备需要的最高工作功率为0~12.95W；
• Class1设备需要的最高工作功率为0~3.84W；
• Class2设备需要的工作功率介于3.85W~6.49W；
• Class3设备的功率范围则介于6.5～12.95W。

为什么会有IEEE802.3at标准？

由于IEEE802.3af标准使受电设备(PD)上的PoE功耗被限制为12.95W，这就限制了以太网电缆供电的应用范围。为了克服PoE对功率预算的限制，推出新标准：IEEE802.3at（也称为PoE+），它将功率要求高于12.95W的设备定义为Class4,可将功率水平扩展到25W或更高。

IEEE802.3at与802.3af相比，802.3at可输出2倍以上的电力，每个端口的输出功率可在30W以上。受电设备PD可以最大到29.95W，PSE将为其提供30W以上的直流电源。PD以Class4分级的电流响应，告诉PSE是否能够为其提供802.3at规定的较高功率。

IEEE802.3at(PoE+)主要供电参数：

直流电压在50～57V之间，典型值为50V。典型工作电流为10～600mA，典型的输出功率：30W。受电设备PD支持Class4的分级。

IEEE802.3bt(PoE++)：

802.3bt规范引入了四种新的高功率PD分级(Class)，从而使单特征类别的总数达到9个。Class5~8对于PoE标准而言是新的，并转化为40.0W至71W的PD功率水平。

802.3bt可向后兼容802.3at和802.3af。一个较低功率802.3at或802.3af的PD可连接至一个较高功率802.3bt的PSE，不会出现任何问题。而当一个较高功率802.3bt的PD连接至一个较低功率802.3at或802.3af的PSE，PD只需能够工作在各自的较低功率状态即可，这被称为“降级”。

各类网线支持的PoE协议

Cat5e、Cat6、Cat6a和Cat7网线区别

下图对比了市场上应用比较广泛的Cat5e网线（超五类网线）、Cat6网线（六类网线）、Cat6a网线（超六类网线）和Cat7网线（七类网线）

• Cat5e网线的传输速度为1000Mbps，频率带宽为100MHz；
• Cat6网线支持高达10Gbps的传输速度（只适用于短距离），频率带宽高达250MHz；
• Cat6a网线的频率带宽是Cat6网线的两倍，且在10GBASE-T网络中传输距离比Cat6网线远；
• Cat7网线同Cat6a网线一样，传输速度为10Gbps，频率带宽高达600MHz；
• Cat5e网线、Cat6网线和Cat6a网线都有RJ45连接器，但Cat7网线的连接器比较特殊，它的连接器类型是GG45（兼容RJ45）和TERA（1999年推出）。

Cat5e网线 VS Cat6网线：
虽然Cat5e和Cat6网线的接头（RJ45）、工作原理相同，能够插入计算机、路由器或其他类似设备上的任何以太网插孔，但它们之间也存在着些许差异，比如，上述提及应用环境的不同，Cat5e网线只能应用在千兆以太网中，最大传输距离可达100m；而Cat6网线既能应用在千兆以太网也能应用在万兆以太网，只不过应用在万兆以太网中，Cat6网线的最大传输距离为55m。

除此之外，Cat5e网线和Cat6网线的传输性能也不同。Cat6网线具有内部分离器，可降低干扰或近端串扰（NEXT），与Cat5e网线相比，它还提高了远端串扰（ELFEXT），并且回波损耗和插入损耗更低，因此，Cat6网线的性能更好。

Cat6网线 VS Cat6a网线：
由上可知，Cat6a网线比Cat6网线具备更高的频率带宽，应用在万兆以太网时，Cat6a网线的传输距离比Cat6网线的更远，最大传输距离为100m，而Cat6网线的传输距离范围在37m~55m；同时，Cat6a网线比Cat6网线更省电。

除此之外，它们之间的传输性能也存在差异性。相比Cat6网线，Cat6a网线导体直径大、线芯绞距密，且采用了铝箔屏蔽层+金属编织网的双屏蔽方式，具备良好的散热性以及抗外部电磁干扰和抗线对间串扰性能，可有效提高信噪比。

Cat6a网线 VS Cat7网线：
事实上，Cat7是在Cat6a之前被提出来的一种用于万兆以太网的网线。相比Cat6a网线，Cat7网线采用了每对屏蔽+总屏蔽的结构（即每一对线都有一个屏蔽层，且四对线一起还有个大屏蔽层），具备较强的抗电磁干扰效果，可有效抑制线对之间的电磁干扰（NEXT等）和线对间电磁干扰（ANEXT）。除此之外，Cat6a网线和Cat7网线的接头也存在差异性。通常，Cat7网线采用了GG45接头，与Cat6a网线的RJ45略有不同，但该种接头能兼容RJ45。

此外，据相关实验验证，Cat7网线的传输速率可达到40Gbps、50Gbps 和 100Gbps，高出Cat6a网线。也就是说，Cat7网线的传输性能优于Cat6a网线。

总结：
简单来说，Cat5e网线和Cat6网线均能用于千兆以太网，但从传输性能来看，Cat5e网线更适合家庭网络，而Cat6网线适用于企业网络；Cat6网线、Cat6a网线和Cat7网线能用于万兆以太网，但Cat6网线只能用于55米以内的万兆以太网布线，而Cat6a网线和Cat7网线的传输距离可达100m，同时Cat7网线的传输性能更优越，能用于未来网络升级。