第3章 组建SOHO无线局域网

1、M7-1 LinuxM7-1 Linux系统系统WEBWEB服务安装与配置服务安装与配置 无线局域网项目教程无线局域网项目教程 胡胡 云云 编著编著 第第3 3章章 组建组建SOHO无线局域网无线局域网 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第2页 1 2 3 4 5 6 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 教学目标教学目标 了解了解IEEE 802.11标准及其更新补充。标准及其更新补充。 掌握无线局域网使用的电磁波频段及信道。掌握无线局域网使用的电磁波频段及信道。 掌握基础结构（掌握基础结构（Infr

2、astructure）模式）模式WLAN。 了解了解IEEE802.11的逻辑结构。的逻辑结构。 了解了解IEEE802.11物理层技术。物理层技术。 了解了解IEEE802.11数据链路层技术。数据链路层技术。 掌握无线路由器的功能及配置方法。掌握无线路由器的功能及配置方法。 掌握无线路由器组建掌握无线路由器组建SOHO无线局域网无线局域网的的技术。技术。 第3页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 教学重点教学重点 IEEE 802.11标准及其更新补充标准及其更新补充； 电磁波频段及信道电磁波频段及信道； 基础结构（基础结构（Infrastr

3、ucture）模式）模式WLAN ； IEEE802.11物理层技术物理层技术； IEEE802.11数据链路层技术数据链路层技术； 无线路由器的功能及配置方法无线路由器的功能及配置方法； 用无线路由器组建用无线路由器组建SOHO无线局域网无线局域网。 教学难点教学难点 IEEE802.11物理层技术物理层技术； IEEE802.11数据链路层技术。数据链路层技术。 第4页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.1 项目导引项目导引 SOHOSOHO（Small Office Home OfficeSmall Office Home Office

4、），就是），就是家庭办公家庭办公 室室、小型办公室的意思。、小型办公室的意思。某某公司最近租用了一个新房间作公司最近租用了一个新房间作 为小会议室。这个房间只有两个有线网络接口和一个电话为小会议室。这个房间只有两个有线网络接口和一个电话 接口。为了使大家开会时的交流和信息的互通更为方便，接口。为了使大家开会时的交流和信息的互通更为方便， 公司希望在会议室能让公司希望在会议室能让1010台左右的计算机上网台左右的计算机上网。 小王小王是是公司公司的的兼职网络管理员。他建议在会议室里组兼职网络管理员。他建议在会议室里组 建建SOHOSOHO无线局域网，只需要购置一台无线路由器，在计算无线局域网，只

5、需要购置一台无线路由器，在计算 机上安装无线网卡，就可以实现无线上网。机上安装无线网卡，就可以实现无线上网。 第5页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.2 项目分析项目分析 组建组建SOHOSOHO无线局域网方便快捷，部署灵活，适合小型无线局域网方便快捷，部署灵活，适合小型 办公区域的用户或家庭的用户，无线联网并共用一个有线办公区域的用户或家庭的用户，无线联网并共用一个有线 网络接口。无线路由器是组网的关键设备，把无线局域网网络接口。无线路由器是组网的关键设备，把无线局域网 和有线网络连接起来，使用户可以接入互联网。组建和有线网络连接起来，使

6、用户可以接入互联网。组建SOHOSOHO 无线局域网主要是进行无线路由器的配置无线局域网主要是进行无线路由器的配置。 第6页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.3 技术准备技术准备 3.3.1 IEEE 802.11系列标准系列标准 1. IEEE802.11系列标准系列标准 IEEE802.11系列标准是无线局域网技术的规范。系列标准是无线局域网技术的规范。IEEE （电气和电子工程师协会）在（电气和电子工程师协会）在1990年成立年成立IEEE802.11工作工作 组，组，1993年形成基础协议，年形成基础协议，1997年完成年完成IEE

7、E802.11标准，标准， 并公布了第一个正式版本。此后，并公布了第一个正式版本。此后，IEEE802.11标准一直在标准一直在 不断发展和补充更新之中，形成不断发展和补充更新之中，形成IEEE802.11系列标准系列标准，如，如 教材教材表表3-1 。 第7页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第8页 标准名称标准名称发发布年布年简要说明简要说明 802.111997原始标准（最快传输速率原始标准（最快传输速率2Mb/s，使用，使用2.4GHz频段的电磁波）频段的电磁波） 802.11a1999物理层补充（最快传输速率物理层补充（最快传输速率5

8、4Mb/s，使用，使用5GHz频段的电磁波）频段的电磁波） 802.11b1999物理层补充（最快传输速率物理层补充（最快传输速率11Mb/s，使用，使用2.4GHz频段的电磁波）频段的电磁波） 802.11g2003物理层补充（最快传输速率物理层补充（最快传输速率54Mb/s，使用，使用2.4GHz频段的电磁波）频段的电磁波） 802.11n2009 使用使用MIMO技术的高吞吐量规范（传输速率技术的高吞吐量规范（传输速率300Mb/s甚至高达甚至高达 600Mb/s，支持双频段：使用，支持双频段：使用2.4GHz频段和频段和5GHz频段的电磁波）频段的电磁波） 802.11ac2011物理

9、层补充（物理层补充（11 MIMO，433 Mb/s，使用，使用5GHz频段的电磁波）频段的电磁波） 涉及物理层技术的几个标准涉及物理层技术的几个标准 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.3.2 基础结构模式基础结构模式WLAN 1. 基础结构（基础结构（Infrastructure）模式）模式WLAN的拓扑结构的拓扑结构 基础结构模式基础结构模式WLAN由一由一台台AP和若干和若干台台工作站构成，工作站构成， 如图如图3-1所示。其中无线所示。其中无线AP相当于有线网络中的交换机或集相当于有线网络中的交换机或集 线器，具有集中连接无线节点和数

10、据交换的作用。线器，具有集中连接无线节点和数据交换的作用。 工作站是指配置有支持工作站是指配置有支持IEEE802.11协议的无线网卡的协议的无线网卡的 计算机，也称为无线终端。计算机，也称为无线终端。 第9页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第10页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 2基本服务集（基本服务集（BSS） 在基础结构模式在基础结构模式WLAN中，通常把中，通常把AP的通信覆盖区域的通信覆盖区域 称为基本服务区（称为基本服务区（Basic Server Area，BSA）。一个）。一

11、个BSA内内 相互联系、相互通信的相互联系、相互通信的AP和工作站组成基本服务集（和工作站组成基本服务集（Basic Server Set，BSS）。图）。图3-2所示是由所示是由3个个STA和和1个个AP构成构成 的一个的一个BSS。 3扩展扩展服务集（服务集（ESS） 当一个以上的当一个以上的AP连接到公共分布式系统上时，这些连接到公共分布式系统上时，这些AP 的无线信号覆盖范围被称为扩展服务区（的无线信号覆盖范围被称为扩展服务区（Extended Service Area，ESA），也称为扩展，也称为扩展服务集（服务集（ESS）。 第11页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局

12、域网无线局域网 无线局域网项目教程 第12页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 4基础结构模式基础结构模式WLAN特点特点 基础结构模式基础结构模式WLAN在网络扩展、集中管理、用户身在网络扩展、集中管理、用户身 份验证等方面有优势，另外数据传输性能也明显高于份验证等方面有优势，另外数据传输性能也明显高于Ad- hoc模式。在基础结构模式模式。在基础结构模式WLAN中，由于中，由于STA之间的通信之间的通信 必须通过必须通过AP，因此，因此AP的故障将导致整个网络瘫痪。在基础的故障将导致整个网络瘫痪。在基础 结构模式结构模式WLAN中，中，AP和

13、工作站可以针对具体的网络信号和工作站可以针对具体的网络信号 强弱调整传输速率，如强弱调整传输速率，如11Mb/s的的IEEE 802.11b的速率可以的速率可以 调整为调整为1Mb/s、2Mb/s、5.5Mb/s和和11Mb/s。 第13页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 5基础结构模式基础结构模式WLAN的标识的标识 （1）服务集识别符（）服务集识别符（Service Set ID，SSID）：在）：在BSS内，内， AP使用使用SSID来标识特定的区域。来标识特定的区域。SSID由字母、数字组成，由字母、数字组成， 字母区分大小写。字母区分

14、大小写。SSID通常是无线通常是无线LAN子系统中设备的网子系统中设备的网 络名称，无线设备利用络名称，无线设备利用SSID来建立和维持连接，它提供低来建立和维持连接，它提供低 级别的访问控制级别的访问控制。 （2）扩展服务集标识符（）扩展服务集标识符（Extended Service Set Identifier， ESSID）：在）：在ESS内所有内所有AP共享同一个扩展服务集标识符共享同一个扩展服务集标识符 。 第14页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.3.3 WLAN的电磁波频段及信道的电磁波频段及信道 1.1.电磁波电磁波 1）在

15、空间传播着的交变电磁场，即是电磁波。电磁波）在空间传播着的交变电磁场，即是电磁波。电磁波 能够在真空环境中传播。电磁波在真空中的传播速度约为能够在真空环境中传播。电磁波在真空中的传播速度约为 3105 km/s。电磁波在物理介质中传播时会产生衰减。电磁波在物理介质中传播时会产生衰减。 2）无线电波、红外线、可见光、紫外线、）无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线、 射线都是电磁波，它们的区别仅在于频率或波长范围的不射线都是电磁波，它们的区别仅在于频率或波长范围的不 同。同。 第15页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第16页 第第3 3

16、章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 2. FCC频段分配频段分配 无线电频谱资源是人类共享的自然资源，在一定的时无线电频谱资源是人类共享的自然资源，在一定的时 间、空间、地点都是有限的间、空间、地点都是有限的。各国都颁布专门的法规来保各国都颁布专门的法规来保 护、开发和管理无线电频谱资源，由专设机构予以执行。护、开发和管理无线电频谱资源，由专设机构予以执行。 世界多数发达国家将无线电分成若干频段，再通过许世界多数发达国家将无线电分成若干频段，再通过许 可和注册的方式将这些频段分配给特定的使用或用途。可和注册的方式将这些频段分配给特定的使用或用途。 美国联邦通

17、信委员会（美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）通过控制无线电广播、电视、电信、）通过控制无线电广播、电视、电信、 卫星和电缆来协调国内和国际通信，负责授权和管理除联卫星和电缆来协调国内和国际通信，负责授权和管理除联 邦政府使用之外的射频传输装置和设备邦政府使用之外的射频传输装置和设备 。 第17页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第18页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3ISM频段频段 1）什么是）什么是ISM频段频段 ISM频段由国

18、际电信联盟无线电通信委员会定义。频段由国际电信联盟无线电通信委员会定义。 ISM取自工业（取自工业（Industrial）、科学（）、科学（Scientific）和医）和医 疗（疗（Medical）的第一个字母。）的第一个字母。 ISM频段主要给工业、科学、医疗三大领域使用。频段主要给工业、科学、医疗三大领域使用。 使用使用ISM频段无需许可证授权，免费使用，只要遵守频段无需许可证授权，免费使用，只要遵守 一定的发射功率（一般小于一定的发射功率（一般小于1W），并且不要对其他频段造），并且不要对其他频段造 成干扰即可成干扰即可 。 第19页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无

19、线局域网 无线局域网项目教程 2）信道用数字表示）信道用数字表示 人们通常把传输数据信号的电磁波频段划分成一定数人们通常把传输数据信号的电磁波频段划分成一定数 量的、带宽相同的小频段，并称其为信道（或频道）。信量的、带宽相同的小频段，并称其为信道（或频道）。信 道用数字表示。道用数字表示。 3） 2.4GHz频段有频段有14个信道个信道 FCC公布公布IEEE802.11G的的2.4GHz频段有频段有14个信道，各个信道，各 个信道带宽为个信道带宽为22 MHz。各国使用。各国使用2.4GHz频段的信道数量是频段的信道数量是 不一样的，美国使用不一样的，美国使用11个信道，我国及欧洲使用个信道

20、，我国及欧洲使用13个信道，个信道， 如教材表如教材表3-2所示。所示。 第20页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 4）信道的重叠与不重叠）信道的重叠与不重叠 为有效地使用为有效地使用2.4GHz频段，减少信道竞争时间和同频频段，减少信道竞争时间和同频 干扰，对于邻近的干扰，对于邻近的WLAN，应该使用频率互不重叠的信道，应该使用频率互不重叠的信道 组中的信道。一个组中的信道。一个WLAN可选可选13个信道中的任意一个；个信道中的任意一个；2个个 邻近的邻近的WLAN，可选的频率互不重叠信道组有，可选的频率互不重叠信道组有36个；个；3个邻个邻

21、 近的近的WLAN，可选的频率互不重叠信道组有，可选的频率互不重叠信道组有3个，即个，即1、6、 11信道；信道；2、7、12信道；信道；3、8、13信道。信道。 第21页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第22页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 4UNII频段频段 无需许可证的国家信息基础设施（无需许可证的国家信息基础设施（Unlicensed National Information Infrastructure ，UNII，发音为，发音为you-nee）电磁）电磁 波频段范围是波频段范围是

22、5.1505.825GHz，通常称为，通常称为5GHz频段，免频段，免 费、免许可证使用，主要用于无线联网，也可以用于其他费、免许可证使用，主要用于无线联网，也可以用于其他 方面，如宽带多媒体广播。美国将方面，如宽带多媒体广播。美国将UNII频段划分为频段划分为12个频个频 道，欧洲将道，欧洲将UNII频段划分为频段划分为19个频道个频道 。 第23页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第24页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第25页 我国我国WLAN使用的使用的5.7355.835GHz频段常

23、称为频段常称为5.8GHz 频段，划分了频段，划分了5个信道，各个信道带宽为个信道，各个信道带宽为20 MHz。 信道信道信道中心频率信道中心频率/GHz信道低端信道低端/高端频率高端频率/GHz 1495.7455.735/5.755 1535.7655.755/5.775 1575.7855.775/5.795 1615.8055.795/5.815 1655.8255.815/5. 835 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.3.4 IEEE802.11的逻辑结构的逻辑结构 1.IEEE 802.11的的物理层物理层（PHY）由物理汇聚子

24、层、物）由物理汇聚子层、物 理介质相关子层和物理层管理构成。理介质相关子层和物理层管理构成。数据链路层数据链路层分为逻辑分为逻辑 链路控制子层、介质访问控制子层和介质访问控制管理。链路控制子层、介质访问控制子层和介质访问控制管理。 2.物理汇聚子层主要进行载波侦听和对不同物理层形成物理汇聚子层主要进行载波侦听和对不同物理层形成 不同格式的分组，物理介质相关子层识别介质传输信号使不同格式的分组，物理介质相关子层识别介质传输信号使 用的调制与编码技术，物理层管理进行信道选择。用的调制与编码技术，物理层管理进行信道选择。 3.逻辑链路控制子层负责建立和释放逻辑连接、提供高逻辑链路控制子层负责建立和释

25、放逻辑连接、提供高 层接口、差错控制、为帧添加序号等层接口、差错控制、为帧添加序号等;介质访问控制子层主介质访问控制子层主 要控制节点获取信道的访问权要控制节点获取信道的访问权;介质访问控制管理负责越区介质访问控制管理负责越区 切换、功率管理等。切换、功率管理等。 4.站点管理层负责协调物理层和站点管理层负责协调物理层和MAC层的交互。层的交互。 第26页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.3.5 IEEE802.11物理层技术物理层技术 1.直接序列扩频（直接序列扩频（DSSS）技术）技术 1)扩频扩频 (Spread Spectrum，S

26、S) 扩频是一种重要的通信技术，可用于传输模拟信息和扩频是一种重要的通信技术，可用于传输模拟信息和 数字信息。数字信息。 发送方的数据进入信道编码器后，生成窄带模拟信号，发送方的数据进入信道编码器后，生成窄带模拟信号， 然后使用伪随机序列生成器产生的扩展码进行调制，调然后使用伪随机序列生成器产生的扩展码进行调制，调 制后的信号带宽显著增加，即扩展了频谱。经信道传输制后的信号带宽显著增加，即扩展了频谱。经信道传输 至接收方后，使用同一数字序列对扩频信号进行解调，至接收方后，使用同一数字序列对扩频信号进行解调， 最终还原为数据。最终还原为数据。 第27页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无

27、线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第28页 在在DSSS中，传输信号被扩展到正在使用的整个频谱中，传输信号被扩展到正在使用的整个频谱 上。例如，在信道上。例如，在信道1上发送数据的一个上发送数据的一个AP将载波信号扩展到将载波信号扩展到 2.4012.423GHz范围内的范围内的22MHz带宽的信道上。带宽的信道上。 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 2) 数据碎片代码与码片序列数据碎片代码与码片序列 编码是将信息从一种形式转换成另一形式的过程。编码是将信息从一种形式转换成另一形式的过程。 利用利用DSSS对数据进行编码，需要使用一个码片序

28、列对数据进行编码，需要使用一个码片序列 （Chip Sequence）。码片和比特本质上是一样的，但比）。码片和比特本质上是一样的，但比 特代表数据，而码片用于载波编码。特代表数据，而码片用于载波编码。 当便携式计算机通过无线网络发送数据时，该数据必当便携式计算机通过无线网络发送数据时，该数据必 须利用码片序列进行编码处理，随后通过无线电波进行须利用码片序列进行编码处理，随后通过无线电波进行 调制。在图调制。在图3-10中，中，比特值为比特值为1的碎片代码被扩展为的碎片代码被扩展为 00110011011码片序列码片序列，比特值为，比特值为0的碎片代码被扩展为的碎片代码被扩展为 1100110

29、0100。 第29页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第30页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 2.正交频分复用（正交频分复用（OFDM）技术）技术 1） FDM与与OFDM 扩频扩频OFDM技术可以被看作是一种调制技术，也可技术可以被看作是一种调制技术，也可 以被当作一种复用技术。传统的频分复用（以被当作一种复用技术。传统的频分复用（FDM）多载）多载 波调制技术（如图波调制技术（如图3-11（a）所示）中各个子载波的频谱）所示）中各个子载波的频谱 是互不重叠的，同时，为了减少各子载波之间的相

30、互干是互不重叠的，同时，为了减少各子载波之间的相互干 扰，子载波之间需要保留足够的频率间隔，频谱利用率扰，子载波之间需要保留足够的频率间隔，频谱利用率 较低。较低。 OFDM多载波调制技术（如图多载波调制技术（如图3-11（b）所示）中各）所示）中各 子载波的频谱是互相重叠的，并且在整个符号周期内满子载波的频谱是互相重叠的，并且在整个符号周期内满 足正交性，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大减足正交性，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大减 少了保护带宽，提高了频谱利用率。少了保护带宽，提高了频谱利用率。 第31页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目

31、教程 第32页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 2） OFDM技术要点技术要点 OFDM技术把一个技术把一个20MHz的的RF信道划分为信道划分为52个正交个正交 子信道，然后把数据信号分成子信道，然后把数据信号分成52个单独的载波，每个载个单独的载波，每个载 波在一个子信道中，这样就可以将高速数据信号转换成波在一个子信道中，这样就可以将高速数据信号转换成 并行的低速子数据流。并行的低速子数据流。OFDM技术支持的数据传输速率技术支持的数据传输速率 有有6 Mb/s、9 Mb/s、12 Mb/s、18 Mb/s、24 Mb/s、36 Mb/s、

32、48 Mb/s和和54Mb/s 。 第33页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.多入多出（多入多出（MIMO）技术）技术 1）多入多出）多入多出 传统的无线设备使用一个发射信号的天线和一个接收传统的无线设备使用一个发射信号的天线和一个接收 信号的天线，这种传输方式称为单进单出。信号的天线，这种传输方式称为单进单出。MIMO是在是在 发射端和接收端分别使用多根天线。发射端和接收端分别使用多根天线。MIMO是一种应用是一种应用 于于IEEE802.11n的核心技术。的核心技术。 该技术抑制信道衰落，将多径传播变为有利因素，有该技术抑制信道衰落，将

33、多径传播变为有利因素，有 效地使用随机衰落和多径时延扩展，在不增加频谱资源效地使用随机衰落和多径时延扩展，在不增加频谱资源 和天线发射功率的情况下，不仅可以利用和天线发射功率的情况下，不仅可以利用MIMO信道提信道提 供的空间复用增益提高信道的容量，同时还可以利用供的空间复用增益提高信道的容量，同时还可以利用 MIMO信道提供的空间分集增益提高信道的可靠性。信道提供的空间分集增益提高信道的可靠性。 第34页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.多入多出（多入多出（MIMO）技术）技术 1）多入多出）多入多出 传统的无线设备使用一个发射信号的天线

34、和一个接收传统的无线设备使用一个发射信号的天线和一个接收 信号的天线，这种传输方式称为单进单出。信号的天线，这种传输方式称为单进单出。MIMO是在是在 发射端和接收端分别使用多根天线。发射端和接收端分别使用多根天线。MIMO是一种应用是一种应用 于于IEEE802.11n的核心技术。的核心技术。 该技术抑制信道衰落，将多径传播变为有利因素，有该技术抑制信道衰落，将多径传播变为有利因素，有 效地使用随机衰落和多径时延扩展，在不增加频谱资源效地使用随机衰落和多径时延扩展，在不增加频谱资源 和天线发射功率的情况下，不仅可以利用和天线发射功率的情况下，不仅可以利用MIMO信道提信道提 供的空间复用增益

35、提高信道的容量，同时还可以利用供的空间复用增益提高信道的容量，同时还可以利用 MIMO信道提供的空间分集增益提高信道的可靠性。信道提供的空间分集增益提高信道的可靠性。 第35页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.3.6 IEEE802.11数据链路层技术数据链路层技术 IEEE802.11的数据链路层分为两个子层：逻辑链路控的数据链路层分为两个子层：逻辑链路控 制子层制子层LLC和媒体访问控制子层和媒体访问控制子层MAC。 MAC层又分为层又分为 MAC子层和子层和MAC管理子层。管理子层。 使用与使用与IEEE802.2完全相同的完全相同的

36、LLC层以及层以及48位位MAC地地 址，使得无线和有线之间的桥接非常方便。址，使得无线和有线之间的桥接非常方便。 MAC层决定了层决定了IEEE802.11的吞吐量、网络延时等特的吞吐量、网络延时等特 性。性。 第36页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 1. MAC子层的主要功能子层的主要功能 MAC子层的功能是通过子层的功能是通过MAC帧交换协议来保障无线帧交换协议来保障无线 介质上的可靠数据传输。介质上的可靠数据传输。 通过通过两种访问控制机制两种访问控制机制实现共享介质的使用：实现共享介质的使用：分布协分布协 调功能调功能（Distri

37、buted Coordination Function，DCF），在），在 每一个节点使用每一个节点使用CSMA机制的分布式接入算法，让各个站机制的分布式接入算法，让各个站 通过争用信道来获取数据发送权，向上提供争用服务；通过争用信道来获取数据发送权，向上提供争用服务； 点协调功能点协调功能（Point Coordination Functions ，PCF），使），使 用集中控制接入算法，用类似于探询的方法把发送数据用集中控制接入算法，用类似于探询的方法把发送数据 权轮流交给各个站，以避免碰撞的产生权轮流交给各个站，以避免碰撞的产生 。 第37页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线

38、局域网无线局域网 无线局域网项目教程 2. IEEE802.11 MAC接入协议接入协议 1） IEEE802.3协议协议 IEEE802.3协议中采用载波监听多路访问协议中采用载波监听多路访问/冲突检测冲突检测 （CSMA/CD）协议检测和避免当两个或两个以上的网络）协议检测和避免当两个或两个以上的网络 设备同时需要进行数据传送时产生的冲突。设备同时需要进行数据传送时产生的冲突。 在无线局域网在无线局域网IEEE802.11协议中，冲突的检测存在协议中，冲突的检测存在 一定的问题，这是由于要检测冲突，设备必须能够一边一定的问题，这是由于要检测冲突，设备必须能够一边 接收数据信号一边传送数据信

39、号，而这在无线局域网中接收数据信号一边传送数据信号，而这在无线局域网中 是无法办到的。是无法办到的。 第38页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 2）IEEE802.11采用载波监听多路访问采用载波监听多路访问/冲突避免协议冲突避免协议 CSMA/CA工作机制：主机首先侦听信道是否空闲，工作机制：主机首先侦听信道是否空闲， 判断当前是否有其他主机在发送数据。若信道忙，则主判断当前是否有其他主机在发送数据。若信道忙，则主 机必须进行延迟，直到检测到一个长达机必须进行延迟，直到检测到一个长达DCF帧间隔的媒帧间隔的媒 介空闲期之后，启动随机访问退避规

40、程。继续检测在随介空闲期之后，启动随机访问退避规程。继续检测在随 机退避时间内信道是否空闲，若空闲则发送数据，否则机退避时间内信道是否空闲，若空闲则发送数据，否则 当在随机退避时间内检测到信道忙时，此随机退避时间当在随机退避时间内检测到信道忙时，此随机退避时间 将被冻结，直至再发现媒介空闲时，即又检测到一个长将被冻结，直至再发现媒介空闲时，即又检测到一个长 达达DIFS的媒体空闲期之后，再启动此随机退避时间。随的媒体空闲期之后，再启动此随机退避时间。随 机退避时间一到，即可将信息送出。当一个主机在一次机退避时间一到，即可将信息送出。当一个主机在一次 发送成功后还想发送下一帧时，也必须进行退避发

41、送成功后还想发送下一帧时，也必须进行退避 。 第39页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第40页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3）信道竞争）信道竞争 无线信道是由多个用户共享的。但在某一时刻，无无线信道是由多个用户共享的。但在某一时刻，无 线信道只能由一个用户使用。当多个用户使用时，要进线信道只能由一个用户使用。当多个用户使用时，要进 行信道的竞争，由行信道的竞争，由CSMA/CA来安排决定。信道的竞争将来安排决定。信道的竞争将 直接影响数据的传输速率。下面举例分析：直接影响数据的传输速率。

42、下面举例分析： （1）只有一个）只有一个AP时，假设使用时，假设使用1,6,11信道之一，如果信道之一，如果 有有20个无线用户，那这些用户就依据个无线用户，那这些用户就依据CSMA/CA来竞争信来竞争信 道的使用。道的使用。 （2）如果）如果3个个AP分别使用分别使用1,6,11信道（信道（1,6,11信道是互信道是互 不重叠的），则分别接入它们的用户，只与使用本信道不重叠的），则分别接入它们的用户，只与使用本信道 的用户通过的用户通过CSMA/CA竞争信道，其他信道的用户不可能竞争信道，其他信道的用户不可能 跨信道竞争。跨信道竞争。 第41页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局

43、域网无线局域网 无线局域网项目教程 （3）如果）如果AP1选用信道选用信道1，邻近的，邻近的AP2选用信道选用信道2，因，因 为信道为信道1和信道和信道2有重叠，所以有重叠，所以AP1发送的信号虽然在信道发送的信号虽然在信道 1上，但是仍能被信道上，但是仍能被信道2上的设备（工作站）检测到；同上的设备（工作站）检测到；同 样样AP2发送的信号虽然在信道发送的信号虽然在信道2上，但是仍能被信道上，但是仍能被信道1上的上的 设备（工作站）检测到，即信道设备（工作站）检测到，即信道2的设备也会参与信道的设备也会参与信道1 的设备通过的设备通过CSMA/CA竞争信道，这样就会降低信道竞争信道，这样就会

44、降低信道1的的 设备数据传输的速率。设备数据传输的速率。 （4）假设有）假设有2个邻居个邻居AP都选择信道都选择信道1，对于用户来，对于用户来 说，他只选择自己说，他只选择自己AP的信道的信道1传输数据，那接入邻居传输数据，那接入邻居AP 的信道的信道1就会对其出现同频率干扰。就会对其出现同频率干扰。 第42页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第43页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 4）MAC帧格式帧格式 IEEE802.11无线局域网中所有无线节点必须按照规定无线局域网中所有无线节点必须按照

45、规定 的帧结构发送帧和接收帧。的帧结构发送帧和接收帧。MAC帧格式由帧头（帧格式由帧头（MAC Header）、帧体（）、帧体（Frame Body）和校验（）和校验（FCS）三部分）三部分 组成组成 。 第44页 表表3-4 MAC帧基本格式帧基本格式 2 B2 B6 B6 B6 B2 B6 B02312 B4 B Frame Control Duration /ID Address1Address2Address3 Sequence Control Address4Frame BodyFCS 帧控帧控 制域制域 持续时持续时 间间/标识标识 地址域地址域 序列序列 控制域控制域 地址域地址

46、域 帧体帧体校验校验 MAC Header 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第45页 表3-5 帧控制域格式 协议版本协议版本类型类型子类型子类型To DS From DS 多段标多段标 志志 重传标重传标 记记 功率管功率管 理理 更多数更多数 据据 WEP 标记标记 顺序顺序 2b2b4b1b1b1b1b1b1b1b1b （1）帧控制域格式）帧控制域格式 协议版本：协议版本：在在802.11标准中该值为标准中该值为0。 类型和子类型：类型和子类型：共同确认该帧的功能，类型中共同确认该帧的功能，类型中00-管理帧，管理帧，01-控制帧，控制帧

47、， 10-数据帧。数据帧。 To DS：在数据帧中被设置为在数据帧中被设置为1表示该帧发送给表示该帧发送给DS（Distribution System），其他帧时设置为），其他帧时设置为0。 From DS：在数据帧中被设置为在数据帧中被设置为1表示该帧从表示该帧从DS发送出来，其他帧时设发送出来，其他帧时设 置为置为0。 To DS、From DS同时为同时为1是表示该帧从一个是表示该帧从一个AP发送到另一个发送到另一个AP。 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 （2）持续时间表示一个帧的持续发送时间，以便虚拟）持续时间表示一个帧的持续发送时间，

48、以便虚拟 载波侦听。载波侦听。 （3）序列号是对分段号的标识，以便按序重组）序列号是对分段号的标识，以便按序重组 。 （4）地址域。）地址域。 IEEE802.11的的MAC帧中有帧中有4个地址域，其中的地址类个地址域，其中的地址类 型有型有5种：基本服务集识别码（种：基本服务集识别码（Basic Service Set Identification，BSSID）、源地址（）、源地址（SA）、目的地址）、目的地址 （ DA） 、 发 送 站 点 地 址 （） 、 发 送 站 点 地 址 （ TA） 、 接 收 站 点 地 址） 、 接 收 站 点 地 址 （RA）。）。 第46页 第第3 3章

49、章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第47页 To DSFrom DS地址地址1地址地址2地址地址3地址地址4 Ad-hoc00RA=DATA=SABSSID（N/A） APSTA01RA=DATA=BSSIDSA（N/A） STAAP10RA=BSSIDTA=SADA（N/A） WDS11RATADASA 物理接收物理接收 者者 物理发送物理发送 者者 逻辑发送者逻辑发送者 逻辑接收逻辑接收 者者 表表3-6 数据帧地址格式数据帧地址格式 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 5. MAC管理子层管理子层 在在WL

50、AN中，当站点接入网络时，中，当站点接入网络时，MAC管理子层负管理子层负 责客户端与无线接入点之间的通信。责客户端与无线接入点之间的通信。 无线连接就是站点（无线连接就是站点（STA）与无线接入点（）与无线接入点（AP）的）的 握手过程，包括如下几个阶段：握手过程，包括如下几个阶段： 无线无线STA通过广播通过广播Beacon（信标）帧，在网络中寻（信标）帧，在网络中寻 找找AP； 当网络中的当网络中的AP收到了收到了STA发出的广播发出的广播Beacon帧之帧之 后，后，AP也发送广播也发送广播Beacon帧用来回应帧用来回应STA； 当当STA收到收到AP的回应之后，的回应之后，STA向

51、目标向目标AP发起发起 Request Beacon（请求帧）；（请求帧）； AP响应响应STA发出的请求，如果符合发出的请求，如果符合STA连接的条连接的条 件，给予应答，即向件，给予应答，即向AP发出应答帧，否则将不予理睬。发出应答帧，否则将不予理睬。 第48页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第49页 图图3-16 建立无线连接的过程建立无线连接的过程 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 （1）扫描（）扫描（Scanning）。）。 扫描可分为主动扫描与被动扫描。扫描可分为主动扫描与被动扫描。

52、 主动扫描主动扫描是由是由STA发出一个发出一个Probe Rrquest帧。如果帧。如果 是单一是单一SSID的的Probe Request帧，则帧，则SSID相同的相同的AP才回才回 应。如应。如Probe Request帧中的帧中的SSID属于广播型，则所有的属于广播型，则所有的 AP都会响应。都会响应。 被动扫描被动扫描是指是指STA通过侦听通过侦听AP定期发送的定期发送的Beacon帧帧 来发现网络，如图来发现网络，如图3-18所示。用户预先配有用于扫描的信所示。用户预先配有用于扫描的信 道列表，在每个信道上监听道列表，在每个信道上监听Beacon。被动扫描要求。被动扫描要求AP周周

53、 期性发送期性发送Beacon帧。当用户需要节省电量时，可以使用帧。当用户需要节省电量时，可以使用 被动扫描。被动扫描。 第50页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 （2）认证（）认证（Authentication）。）。 在在STA已经找到一个已经找到一个AP之后，便试图利用认证帧来之后，便试图利用认证帧来 连接。这个帧包含的内容有用于认证的算法、认证处理连接。这个帧包含的内容有用于认证的算法、认证处理 的编号以及认证成功或失败的信息。的编号以及认证成功或失败的信息。 认证过程可发生在认证过程可发生在AP（如图（如图3-19所示的开放系统的所示

54、的开放系统的 认证过程）或认证过程）或AP会将认证请求再传送到认证服务器。会将认证请求再传送到认证服务器。 （3）关联（）关联（Association）。）。 在认证成功之后，客户端发送一条关联请求，而在认证成功之后，客户端发送一条关联请求，而AP 用关联响应消息来响应。如果用关联响应消息来响应。如果STA与与AP结合成功，则结合成功，则 STA就可以与就可以与AP通信或传输数据。通信或传输数据。 第51页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.3.7 无线路由器无线路由器 1.无线路由器的功能无线路由器的功能 无线路由器（无线路由器（Wirel

55、ess Router）是将无线）是将无线AP和宽带路和宽带路 由器合二为一的扩展型产品，不仅具备无线接入功能，由器合二为一的扩展型产品，不仅具备无线接入功能， 而且能实现而且能实现SOHO无线局域网的无线局域网的Internet连接。通常，无连接。通常，无 线路由器还具有线路由器还具有DHCP、WEP、WPA加密、加密、VPN、防火、防火 墙等功能。墙等功能。 无线路由器集无线路由器集AP、路由器和交换机于一体。可以关、路由器和交换机于一体。可以关 闭它的无线发射功能，把它作为功能简单的路由器或有闭它的无线发射功能，把它作为功能简单的路由器或有 线交换机使用。线交换机使用。 第52页 第第3

56、3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第53页 在购买无线路由器时，主要关 注该产品支持的IEEE802.11标准 、接口和管理功能。有很多的品牌 产品可供选择，如TP-LINK、D- LINK、NETGEAR、华为、华硕、 联想等。 现在主流产品支持IEEE802.1 1g/n标准；管理功能体现在支持L AN防火墙和WAN防火墙功能，前 者主要通过采用IP访问限制、MA C地址过滤等手段来限制局域网内 的计算机访问Internet，后者则采 用网址过滤、动态包过滤等手段来 阻止网络上黑客的攻击；另外，还 具有DHCP服务器、动态DNS、虚 拟服务器等高级功

57、能。 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 2.无线路由器的通信接口无线路由器的通信接口 通常无线路由器面板上有一个通常无线路由器面板上有一个WAN端口以及端口以及4个个LAN端端 口。口。WAN端口用于连接端口用于连接ADSL Modem、Cable Modem、有、有 线局域网等，进而接入线局域网等，进而接入Internet。LAN端口用于有线连接主端口用于有线连接主 机，使之与无线工作站组成同一子网，这样有线连接主机与机，使之与无线工作站组成同一子网，这样有线连接主机与 无线工作站之间交换数据就非常方便。另外，无线路由器通无线工作站之间交换数据

58、就非常方便。另外，无线路由器通 过天线接口与无线终端连接过天线接口与无线终端连接 。 3.无线路由器信号覆盖的范围无线路由器信号覆盖的范围 在不外接天线的情况下，视野所及之处信号覆盖的最大在不外接天线的情况下，视野所及之处信号覆盖的最大 距离约距离约100多米；若属于半开放性空间或有隔离物的区域，多米；若属于半开放性空间或有隔离物的区域， 信号覆盖距离约信号覆盖距离约3550m。 第54页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.4 项目实施项目实施 3.4.1 项目设备项目设备 多台安装了多台安装了Windows XP系统的计算机（或系统的计算机

59、（或Wi-Fi手机）、手机）、 多块多块Tenda（W541U V2.0）无线网卡、）无线网卡、1台台TP-LINK(TL- WR841N)无线路由器。无线路由器。 3.4.2 项目拓扑项目拓扑 项目拓扑如图项目拓扑如图3-22所示。所示。 第55页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第56页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线局域网无线局域网 无线局域网项目教程 3.4.3 项目任务项目任务 1.观察无线路由器观察无线路由器 1）外观结构）外观结构 (1)前面板指示灯前面板指示灯 第57页 第第3 3章章 组建组建SOHOSOHO无线

60、局域网无线局域网 无线局域网项目教程 第58页 表3-7 指示灯名称及状态指示 指示灯描述状态指示 PWR电源指示灯常灭没有上电 ；常亮已经上电 SYS系统状态指示灯 常灭系统存在故障 ；常亮系统初始化故 障；闪烁系统正常 WLAN无线状态指示灯 常灭没有启用无线功能 ；闪烁已经启用 无线功能 1/2/3/4局域网状态指示灯 常灭端口没有连接上 ；常亮端口已正常 连接 ；闪烁端口正在进行数据传输 WAN广域网状态指示灯 常灭相应端口没有连接上；常亮相应端 口已正常连接；闪烁相应端口正在进行数 据传输 QSS安全连接指示灯 慢闪表示正在进行安全连接，此状态持续 约 2 分钟 ；慢闪转为常亮表示安