無線局域網(wǎng)學(xué)習(xí)

Chapter17

WirelessLANs

無線局域網(wǎng)Overview17.1

Overview17.2

WirelessLANTechnology17.3

IEEE802.11ArchitectureandServices體系結(jié)構(gòu)和服務(wù)17.4

IEEE802.11MediumAccessControl媒體訪問控制17.5

IEEE802.11PhysicalLayer17.1OverviewAwirelessLANuses

wirelesstransmissionmediumProblems：highprices,lowdatarates,occupationalsafetyconcerns,andlicensingrequirementsPopularityofwirelessLANshasgrownrapidlyApplicationsLANExtensionCross-BuildingInterconnectNomadicAccess漫游接入AdHocNetworking移動自組網(wǎng)絡(luò)LANExtension——單蜂窩WLAN配置舉例

所有無線端系統(tǒng)都在一個控制模塊的控制范圍內(nèi)控制模塊：WLAN的接口，含有網(wǎng)橋或路由器的功能。用戶模塊LANExtension——多蜂窩WLAN配置舉例

多個控制模塊通過有線LAN互連每個控制模塊在自己的傳輸范圍內(nèi)支持多個無線端系統(tǒng)。NomadicAccess漫游接入

UsersmovearoundwithportablecomputersandaccesstoserversonwiredLANfromvariouslocations.漫游站點控制模塊帶有基礎(chǔ)設(shè)施的WLANAdHocNetworkingPeer-to-peernetworkSetuptemporarilytomeetsomeimmediateneedNetworkfordurationofmeeting滿足某些即時需求而臨時建立的對等網(wǎng)絡(luò)17.1.2WirelessLANRequirementsThroughput:efficientusewirelessmediumNumberofnodes:HundredsofnodesacrossmultiplecellsConnectiontobackboneLAN:UseCMtoconnecttobothtypesofLANsServicearea:100to300mLowpowerconsumption:NeedlongbatterylifeTransmissionrobustnessandsecurity:Interferenceproneandeasilyeavesdropped17.1.2WirelessLANRequirementsCollocatednetworkoperation同址的網(wǎng)絡(luò)操作:TwoormorewirelessLANsinsameareaLicense-freeoperation不需要許可證Handoff/roaming切換/漫游:MovefromonecelltoanotherDynamicconfiguration:Addition,deletion,andrelocationofendsystemswithoutdisruptiontousers17.2WLANTechnologyInfrared(IR)LANs紅外線(IR)局域網(wǎng):

limitedtosingleroomSpreadspectrumLANs擴頻局城網(wǎng):MostlyoperateinISM(industrial,scientific,andmedical)bands(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))波段Narrowbandmicrowave窄帶微波:MicrowavefrequenciesbutnotusespreadspectrumSomerequireFCClicensing需要聯(lián)邦通信委員會(FCC)發(fā)放的許可證17.3IEEE802.11ArchitectureandServices1990年，IEEE802委員會特別為WLAN成立了一個新的工作組，即IEEE802.11。宗旨是為WLAN開發(fā)MAC協(xié)議以及物理媒體規(guī)約。初衷是開發(fā)運行在ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)藥）波段內(nèi)的WLAN。IEEE802.11工作組發(fā)布了一個一直在不斷擴張的標準列表802.11b是首個獲得產(chǎn)業(yè)界廣泛認同的標準→Wi-Fi(WirelessFidelity無線保真)聯(lián)盟

IEEE802.11Architecture擴展服務(wù)集基本服務(wù)集入口（門戶）接入點站點分配系統(tǒng)BasicServiceSet(BSS)802.11標準規(guī)定WLAN的最小構(gòu)件：基本服務(wù)集BSS一個基本服務(wù)集BSS包括一個基站(接入點AP)和若干個移動站BSS

以內(nèi)的所有的移動站通過接入點AP進行通信，但要和本BSS

以外的移動站通信時，則要通過AP的中繼。

AP1AP2BSS內(nèi)的基站叫做接入點AP

(AccessPoint)其作用和網(wǎng)橋相似。AP1AP2AP1AP2一個BSS可以是孤立的，也可通過接入點AP連接到一個分配系統(tǒng)

DS，然后再接入到另一個BSS，構(gòu)成擴展的服務(wù)集ESS(ExtendedServiceSet)。ESS由兩個或多個基本服務(wù)集通過一個分配系統(tǒng)互連而成。DS可以使用以太網(wǎng)、點對點鏈路或其它WLAN。AP1AP2ESS還可通過門戶(入口，portal)為無線用戶提供到非802.11無線局域網(wǎng)（例如，到有線連接的因特網(wǎng)）的接入。門戶的作用就相當于一個網(wǎng)橋。

AP1AP2移動站A從某一個BSS漫游到另一個BSS（到A的位置），仍可保持與另一個移動站B進行通信。

Association關(guān)聯(lián)一個移動站若要加入到一個BSS，就必須先選擇一個接入點AP，并與此AP建立關(guān)聯(lián)。建立關(guān)聯(lián)表示：此移動站加入了選定的AP所屬的子網(wǎng)，并和這個AP之間創(chuàng)建了一個虛擬線路。只有關(guān)聯(lián)的AP才向這個移動站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而這個移動站也只有通過關(guān)聯(lián)的AP才能向其他BSS中的移動站發(fā)送數(shù)據(jù)幀。Reassociation重建關(guān)聯(lián)Disassociation取消關(guān)聯(lián)IEEE802.11Services（9種）Service服務(wù)Provider服務(wù)提供者Category用于支持Association關(guān)聯(lián)

DistributionsystemMSDUdeliveryAuthentication鑒別StationLANaccessandsecurity局域網(wǎng)接入和安全Deauthentication

取消鑒別StationLANaccessandsecurityDissassociation

取消關(guān)聯(lián)DistributionsystemMSDUdeliveryDistribution分發(fā)DistributionsystemMSDUdeliveryIntegration綜合DistributionsystemMSDUdeliveryMSDUdelivery交付StationMSDUdeliveryPrivacy保密StationLANaccessandsecurityReassocation

重建關(guān)聯(lián)DistributionsystemMSDUdelivery17.4MediumAccessControl媒體接入控制MAClayercoversthreefunctionalareas涉及三個功能區(qū)Reliabledatadelivery可靠的數(shù)據(jù)交付Accesscontrol接入控制Security安全性CSMA/CA協(xié)議無線局域網(wǎng)不能簡單地搬用CSMA/CD協(xié)議。在WLAN的適配器上，接收信號的強度遠小于發(fā)送信號的強度。不能實現(xiàn)碰撞檢測，否則在硬件上需要的花費就會過大。在WLAN中，并非所有的站點都能夠聽見對方，而“所有站點都能夠聽見對方”正是實現(xiàn)CSMA/CD協(xié)議必須具備的基礎(chǔ)。HowtodesignCSMA/CA？碰撞避免CA：要盡量減少碰撞發(fā)生的概率。在WLAN中，即使在發(fā)送過程中發(fā)生了碰撞，發(fā)送方也要把整個幀發(fā)送完畢。因此一旦出現(xiàn)碰撞，在此幀的發(fā)送時間內(nèi)信道資源都被浪費了。鏈路層確認：無線信道的通信質(zhì)量遠不如有線信道的，因此無線站點每通過WLAN發(fā)送完一幀后，要等到收到對方的確認幀后才能繼續(xù)發(fā)送下一幀。802.11WLAN在使用CSMA/CA的同時，還使用停止等待協(xié)議。幀間間隔幀間間隔：所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要等待的時間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)。低優(yōu)先級幀必須等待較長的時間。若低優(yōu)先級幀還未發(fā)送而高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而低優(yōu)先級幀只能再推遲發(fā)送，從而減少發(fā)生碰撞的機會。CSMA/CA協(xié)議的原理源站必須把它將要占用信道的時間通知給其他站，使其他站在這段時間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)，從而減少碰撞的機會。在MAC幀首部中有一個持續(xù)期字段，填入在本幀結(jié)束后還要占用信道多少時間。當信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，任何站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀，不僅都必須等待一個幀間間隔時間，而且還要計算隨機退避時間，以便再次重新試圖接入到信道，從而減少發(fā)生碰撞的概率。802.11標準允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進行預(yù)約源站A先發(fā)送一個短的控制幀，叫請求發(fā)送RTS

，它包括源地址、目的地址和這次通信（包括相應(yīng)的確認幀）所需的持續(xù)時間。若媒體空閑，則目的站B就發(fā)送一個響應(yīng)控制幀，叫做允許發(fā)送CTS

，也包括這次通信所需的持續(xù)時間。A收到CTS幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。使用RTS和CTS幀會使整個網(wǎng)絡(luò)的效率有所下降。但這兩種控制幀都很短，其長度分別為20字節(jié)和14字節(jié)，與數(shù)據(jù)幀（2346字節(jié)）相比開銷不算大。若不使用這種控制幀，則一旦發(fā)生碰撞而導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀重發(fā)，則浪費的時間就更多。802.11WLAN的MAC幀802.11幀共有三種類型：控制幀：在數(shù)據(jù)幀的可靠交付中起輔助作用。數(shù)據(jù)幀管理幀：管理站點和AP之間的通信。數(shù)據(jù)幀的主要字段MAC幀首部：共30字節(jié)。幀主體：幀的數(shù)據(jù)部分，不超過2312字節(jié)。比以太網(wǎng)的最大長度長很多。不過802.11幀的長度通常都小于1500字節(jié)。幀檢驗序列FCS

：尾部，共4字節(jié)。字節(jié)22666260~23124幀控制持續(xù)期地址1地址2地址3序號控制地址4幀主體FCS協(xié)議版本類型子類型到DS從DS更多分片重試功率管理更多數(shù)據(jù)WEP順序位22411111111MAC幀首部17.5802.11PhysicalLayer802.11無線局域網(wǎng)可分為不同的類型802.11a802.11b802.11g802.11物理層的實現(xiàn)方法直接序列擴頻DSSS正交頻分復(fù)用OFDM

跳頻擴頻FHSS（已很少用）紅外線IR