无线局域网学习

Chapter17

WirelessLANs

无线局域网Overview17.1

Overview17.2

WirelessLANTechnology17.3

IEEE802.11ArchitectureandServices体系结构和服务17.4

IEEE802.11MediumAccessControl媒体访问控制17.5

IEEE802.11PhysicalLayer17.1OverviewAwirelessLANuses

wirelesstransmissionmediumProblems：highprices,lowdatarates,occupationalsafetyconcerns,andlicensingrequirementsPopularityofwirelessLANshasgrownrapidlyApplicationsLANExtensionCross-BuildingInterconnectNomadicAccess漫游接入AdHocNetworking移动自组网络LANExtension——单蜂窝WLAN配置举例

所有无线端系统都在一个控制模块的控制范围内控制模块：WLAN的接口，含有网桥或路由器的功能。用户模块LANExtension——多蜂窝WLAN配置举例

多个控制模块通过有线LAN互连每个控制模块在自己的传输范围内支持多个无线端系统。NomadicAccess漫游接入

UsersmovearoundwithportablecomputersandaccesstoserversonwiredLANfromvariouslocations.漫游站点控制模块带有基础设施的WLANAdHocNetworkingPeer-to-peernetworkSetuptemporarilytomeetsomeimmediateneedNetworkfordurationofmeeting满足某些即时需求而临时建立的对等网络17.1.2WirelessLANRequirementsThroughput:efficientusewirelessmediumNumberofnodes:HundredsofnodesacrossmultiplecellsConnectiontobackboneLAN:UseCMtoconnecttobothtypesofLANsServicearea:100to300mLowpowerconsumption:NeedlongbatterylifeTransmissionrobustnessandsecurity:Interferenceproneandeasilyeavesdropped17.1.2WirelessLANRequirementsCollocatednetworkoperation同址的网络操作:TwoormorewirelessLANsinsameareaLicense-freeoperation不需要许可证Handoff/roaming切换/漫游:MovefromonecelltoanotherDynamicconfiguration:Addition,deletion,andrelocationofendsystemswithoutdisruptiontousers17.2WLANTechnologyInfrared(IR)LANs红外线(IR)局域网:

limitedtosingleroomSpreadspectrumLANs扩频局城网:MostlyoperateinISM(industrial,scientific,andmedical)bands(工业、科学和医学)波段Narrowbandmicrowave窄带微波:MicrowavefrequenciesbutnotusespreadspectrumSomerequireFCClicensing需要联邦通信委员会(FCC)发放的许可证17.3IEEE802.11ArchitectureandServices1990年，IEEE802委员会特别为WLAN成立了一个新的工作组，即IEEE802.11。宗旨是为WLAN开发MAC协议以及物理媒体规约。初衷是开发运行在ISM（工业、科学和医药）波段内的WLAN。IEEE802.11工作组发布了一个一直在不断扩张的标准列表802.11b是首个获得产业界广泛认同的标准→Wi-Fi(WirelessFidelity无线保真)联盟

IEEE802.11Architecture扩展服务集基本服务集入口（门户）接入点站点分配系统BasicServiceSet(BSS)802.11标准规定WLAN的最小构件：基本服务集BSS一个基本服务集BSS包括一个基站(接入点AP)和若干个移动站BSS

以内的所有的移动站通过接入点AP进行通信，但要和本BSS

以外的移动站通信时，则要通过AP的中继。

AP1AP2BSS内的基站叫做接入点AP

(AccessPoint)其作用和网桥相似。AP1AP2AP1AP2一个BSS可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个分配系统

DS，然后再接入到另一个BSS，构成扩展的服务集ESS(ExtendedServiceSet)。ESS由两个或多个基本服务集通过一个分配系统互连而成。DS可以使用以太网、点对点链路或其它WLAN。AP1AP2ESS还可通过门户(入口，portal)为无线用户提供到非802.11无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。门户的作用就相当于一个网桥。

AP1AP2移动站A从某一个BSS漫游到另一个BSS（到A的位置），仍可保持与另一个移动站B进行通信。

Association关联一个移动站若要加入到一个BSS，就必须先选择一个接入点AP，并与此AP建立关联。建立关联表示：此移动站加入了选定的AP所属的子网，并和这个AP之间创建了一个虚拟线路。只有关联的AP才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的AP才能向其他BSS中的移动站发送数据帧。Reassociation重建关联Disassociation取消关联IEEE802.11Services（9种）Service服务Provider服务提供者Category用于支持Association关联

DistributionsystemMSDUdeliveryAuthentication鉴别StationLANaccessandsecurity局域网接入和安全Deauthentication

取消鉴别StationLANaccessandsecurityDissassociation

取消关联DistributionsystemMSDUdeliveryDistribution分发DistributionsystemMSDUdeliveryIntegration综合DistributionsystemMSDUdeliveryMSDUdelivery交付StationMSDUdeliveryPrivacy保密StationLANaccessandsecurityReassocation

重建关联DistributionsystemMSDUdelivery17.4MediumAccessControl媒体接入控制MAClayercoversthreefunctionalareas涉及三个功能区Reliabledatadelivery可靠的数据交付Accesscontrol接入控制Security安全性CSMA/CA协议无线局域网不能简单地搬用CSMA/CD协议。在WLAN的适配器上，接收信号的强度远小于发送信号的强度。不能实现碰撞检测，否则在硬件上需要的花费就会过大。在WLAN中，并非所有的站点都能够听见对方，而“所有站点都能够听见对方”正是实现CSMA/CD协议必须具备的基础。HowtodesignCSMA/CA？碰撞避免CA：要尽量减少碰撞发生的概率。在WLAN中，即使在发送过程中发生了碰撞，发送方也要把整个帧发送完毕。因此一旦出现碰撞，在此帧的发送时间内信道资源都被浪费了。链路层确认：无线信道的通信质量远不如有线信道的，因此无线站点每通过WLAN发送完一帧后，要等到收到对方的确认帧后才能继续发送下一帧。802.11WLAN在使用CSMA/CA的同时，还使用停止等待协议。帧间间隔帧间间隔：所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权。低优先级帧必须等待较长的时间。若低优先级帧还未发送而高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态因而低优先级帧只能再推迟发送，从而减少发生碰撞的机会。CSMA/CA协议的原理源站必须把它将要占用信道的时间通知给其他站，使其他站在这段时间都停止发送数据，从而减少碰撞的机会。在MAC帧首部中有一个持续期字段，填入在本帧结束后还要占用信道多少时间。当信道从忙态变为空闲时，任何站要发送数据帧，不仅都必须等待一个帧间间隔时间，而且还要计算随机退避时间，以便再次重新试图接入到信道，从而减少发生碰撞的概率。802.11标准允许要发送数据的站对信道进行预约源站A先发送一个短的控制帧，叫请求发送RTS

，它包括源地址、目的地址和这次通信（包括相应的确认帧）所需的持续时间。若媒体空闲，则目的站B就发送一个响应控制帧，叫做允许发送CTS

，也包括这次通信所需的持续时间。A收到CTS帧后就可发送其数据帧。使用RTS和CTS帧会使整个网络的效率有所下降。但这两种控制帧都很短，其长度分别为20字节和14字节，与数据帧（2346字节）相比开销不算大。若不使用这种控制帧，则一旦发生碰撞而导致数据帧重发，则浪费的时间就更多。802.11WLAN的MAC帧802.11帧共有三种类型：控制帧：在数据帧的可靠交付中起辅助作用。数据帧管理帧：管理站点和AP之间的通信。数据帧的主要字段MAC帧首部：共30字节。帧主体：帧的数据部分，不超过2312字节。比以太网的最大长度长很多。不过802.11帧的长度通常都小于1500字节。帧检验序列FCS

：尾部，共4字节。字节22666260~23124帧控制持续期地址1地址2地址3序号控制地址4帧主体FCS协议版本类型子类型到DS从DS更多分片重试功率管理更多数据WEP顺序位22411111111MAC帧首部17.5802.11PhysicalLayer802.11无线局域网可分为不同的类型802.11a802.11b802.11g802.11物理层的实现方法直接序列扩频DSSS正交频分复用OFDM

跳频扩频FHSS（已很少用）红外线IR