2023学年完整公开课版H3CIEEE801

第三章IEEE802.11ISSUE3.5日期：杭州华三通信技术有限公司版权所有，未经授权不得使用与传播WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一，使用WLAN的区域及其承载的业务愈来愈多。为了更好地构建理想中的无线网络，我们需要了解无线网络的技术体系、熟悉构建无线网络的设备的功能。引入掌握802.11b/a/g的主要技术指标掌握802.11n的关键技术原理掌握802.11的MAC层工作原理掌握802.11其他协议相关标准课程目标学习完本课程，您应该能够：目录802.11协议族成员与协议标准802.11n技术802.11网络基本元素802.11MAC层工作原理802.11网络安全与漫游802.11网络的介质访问控制协议与QoSIEEE802.11协议族成员PHY802.11(1/2Mbps)802.11b(5.5/11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(54Mbps)802.11n(300Mbps)MAC802.11/11a/11b/11gMAC802.11e—

QoS802.11i—安全增强802.11f—漫游和切换802.11h—动态调整802.11s—mesh802.11协议标准802.11802.11b802.11a802.11g标准发布时间July1997Sept1999Sept1999June2003合法频宽83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz频率范围2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz非重叠信道33123调制传输技术BPSK/QPSKFHSSCCKDSSS64QAMOFDMCCK/64QAMOFDM物理发送速率1,21,2,5.5,116,9,12,18,

24,36,48,546,9,12,18,

24,36,48,54理论上的最大UDP吞吐量

(1500Byte)1.7Mbps7.1Mbps30.9Mbps30.9Mbps理论上的TCP/IP吞吐量

(1500Byte)1.6Mbps5.9Mbps24.2Mbps24.2Mbps兼容性N/A与11g产品可互通与11b/g不能互通与11b产品可互通无需授权使用的无线频率（ISM）902MHz26MHzBWCrowdedWorldwidelimited2.4GHz83.5MHzBWAvailableworldwideIEEE802.11WLANs5.1GHz300MHz

BW

discontinuousDeveloping902928North&SouthAmerica902MHz2400250024802440Americas,mostofEurope,ChinaFranceSpainJapan2.4GHz*FrequencyAllocationsarependingU-NII:UnlicensedNationalInformationInfrastructure510052005300540055005600570058005900U-NIIEuropeHiperLAN1U-NIIEuropeHiperLAN2*Japan*5.1GHz各国授权使用的频段ChannelFreq(GHz)US/CanEuropeJapan12.412√√√22.417√√√32.422√√√42.427√√√52.432√√√62.437√√√72.442√√√82.447√√√92.452√√√102.457√√√112.462√√√122.467√√132.472√√142.484√802.11b/g工作频段划分图2.4122.4172.4222.4322.4422.4522.4622.4722.4842.4272.4372.4472.4572.4672345178910611121314频率/GHzWLAN设备的实际吞吐量

802.11g标准描述的速率为54Mbps，此为物理层传输速率，而实际可获得的吞吐量为20-24Mbps其他用于协议封装或冲突避免开销干扰实际吞吐率的因素不稳定是无线通讯的本性无线环境不停的保持变化物理建筑的构成AP的位置共享介质：用户数数据量802.11b802.11g802.11a

最大物理发送速率11M54M54M

理论最大吞吐量（1500Byte报文）5M24M24M512Byte报文吞吐量3.5M14M14M88Byte报文吞吐量1.6M3.2M3.2M

综合实际应用速率2.77M9.73M9.73M

按照80%干扰计算应用速率2.21M7.78M7.78M注：“综合实际应用速率”以58％88Byte、17％512Byte、25％1500Byte报文进行计算WLAN设备的实际覆盖距离输出功率为100mW的802.11b/g产品覆盖距离理论值为100m实际覆盖距离更依赖于现实环境影响覆盖范围的因素建筑结构电磁干扰在一般办公室大楼内，覆盖距离为15m～30m目录802.11协议族成员与协议标准802.11n技术802.11网络基本元素802.11MAC层工作原理802.11网络安全与漫游802.11网络的介质访问控制协议与QoS802.11n的关键技术802.11n是IEEE802.11协议中继802.11b/a/g后又一个无线传输标准协议，802.11n将802.11a/g的54Mbps最高发送速率提高到了300Mbps，其中的关键技术为：

MIMO-OFDM40MHz频宽模式帧聚合

ShortGIMIMO-OFDMMIMO-OFDM是OFDM和MIMO相结合的技术，由于支持更多的子载波，可以实现20MHz下单个流达到65Mbps。基于MIMO技术，实现了在多条路径上并发通信，称之为SpatialMultiplexing。40MHz频宽模式802.11n同时定义了2.4GHz频段和5GHz频段的WLAN标准，与11a/b/g每信道只用20MHz频宽不同的是11n定义了两种频带宽度：20MHz频宽40MHz频宽2车道变4车道40MHz频宽将两个20MHz频宽的信道进行捆绑，以获取高于2倍的20MHz频宽的吞吐量帧聚合802.11MAC层协议耗费了相当的效率用作链路的维护，从而大大降低了系统的吞吐量。802.11n引入帧聚合技术，提高MAC层效率，报文帧聚合技术包括：MSDU聚合MPDU聚合ApplicationsMSDU（MACServiceDataUnit）MACprocessingMPDU（MACProtocolDataUnit）PHYLayerP1P3MACheaderMACprocessingP2MACheaderMACheaderMACheaderMACprocessingMSDU聚合MPDU聚合P1P3P2P1P3P2P1P3P2P1P3P2ShortGIShortGuardInterval(ShortGI)

802.11a/b/g标准要求在发送数据时，必须要保证在数据之间存在800ns的时间间隔，这个间隔被称为GuardInterval(GI)。11n仍然缺省使用800ns。当多径效应不严重时，可以将该间隔配置为400ns，可以将吞吐提高近10%，此技术称为ShortGI。数据1数据2数据1数据2数据1数据2时间时间合适的GI时长GI时长过短干扰GI时长合适的情况GI时长过短的情况数据1数据2目录802.11协议族成员与协议标准802.11n技术802.11网络基本元素802.11MAC层工作原理802.11网络安全与漫游802.11网络的介质访问控制协议与QoSSSIDAPSSID＝“marketing”SSID＝“office”SSID：ServiceSetID服务集识别码STASTASTABSSSTA（Station）：任何的无线终端设备。AP（AccessPoint）：一种特殊的STABSS（BasicServiceSet）：基本服务集BSS1BSS2STA1STA2STA3STA5STA6STA4APAPDSDS（DistributionSystem）：分布式系统BSS2APBSS1APDSESSESS（ExtendedServiceSet）：扩展服务集，采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。ESSBSS2AP2Servicesetidentify(SSID1)BSS1AP1Servicesetidentify(SSID1)属于同一VLAN的客户端DSAdHocSTASTASTASTASTAAdHoc构成一种特殊的无线网络应用模式，STA间可直接互相连接，资源共享，而无需通过AP。

目录802.11协议族成员与协议标准802.11n技术802.11网络基本元素802.11MAC层工作原理802.11网络安全与漫游802.11网络的介质访问控制协议与QoS802.11MAC层工作原理—概述802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯主要功能包括：扫描、认证、接入、加密、漫游等

802.11MAC层报文类型数据帧控制帧管理帧802.11MAC层用户接入管理过程STAAP步骤1：

Scanning步骤2：Authentication

步骤3：Association

步骤4：数据收发

ScanningSTA通过Scanning功能来完成Discovery寻找一个无线网络当STA漫游时寻找一个新的APScanning功能的两种方式PassiveScanningActiveScanningPassiveScanningSTA通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络STAAP1BeaconBeaconBeaconBeacon……AP2ActiveScanningSTA在每个信道上发送Proberequest报文，从AP回应的Proberesponse中获取SSID信息STAProberequestProberequestProberequestProberequestProberesponseAP办公大楼APSwitch访客公司员工SSID：Office（隐藏）SSID：VisitorActiveScanning的应用隐藏SSID为最简单方便的保证无线网络安全的手段之一AuthenticationSTAAPAuthenticationrequestAuthenticationResponseSTAAPAuthenticationrequestPlaintextchallengeCiphertextchallengeAuthenticationResponse预置Key用Key加密明文密文解密和明文比较预置KeyOpen-systemAuthenticationShared-KeyAuthentication121234

（success）(success)802.11

WEP加密原理发送侧-STA接收侧-AP加密报文＋IV值接收的加密报文IV-InitializationVender初始向量WEP-WiredEquivalentPrivacy

有线对等私有协议XOR静态KeyIVKey生成器Key流发送的加密报文用户数据明文静态KeyIVKey生成器Key流用户数据明文XORWEP加密特点与注意事项WEP加密密钥长度固定40bit（WEP40）104bit（WEP104）WEP加密的两种密钥格式ASCII码HEX十六进制WEP加密的密钥索引Key-idAssociationSTAAPAssociationrequestAssociationresponse数据Association过程12目录802.11协议族成员与协议标准802.11n技术802.11网络基本元素802.11MAC层工作原理802.11网络安全与漫游802.11网络的介质访问控制协议与QoS从加密到安全WEP加密整个网络共用一个共享密钥，一旦丢失，整个网络都很危险IV向量太短，大量监听用户数据报文后，WEP加密很容易被破解RC4加密算法过于简单解决办法增加一种密钥管理机制采用更强壮的加密算法增强了STA和AP的认证机制

WPA企业级（WPA）：支持802.1x认证方式

WPA个人级（WPA-PSK）：支持Pre-sharedkey认证方式增加了Key的生成、管理以及传递的机制每用户使用独立的Key

通过安全的传递方法传递用户数据加密使用的Key增加了两类对称加密算法，加密强度大大增强

TKIP（临时密钥完整性协议）：核心仍然是RC4算法

CCMP（计数器模式CBC-MAC协议）：核心为AES算法802.11i协议－WPA/WPA2安全模式无线漫游STA可以在属于同一个ESS的AP接入点接入；STA可以在Wireless网络中任意移动；保证已有的业务不中断，用户的标识（IP地址）不改变。STAAPAP移动ESSInternet漫游的分类二层漫游：STA在同一子网内的AP间漫游三层漫游：STA在不同子网间的AP间漫游IP:1.0.0.1VLAN1APAPVLAN1L2网络STA移动二层漫游IP:1.0.0.1VLAN1APAPVLAN2L3网络STA移动三层漫游L3网络IP:1.0.0.1IP:1.0.0.1无线客户端的漫游当无线客户端同时搜索到多个相同SSID的AP信号时，客户端对所要连接信号的判断选择方式。目录802.11协议族成员与协议标准802.11n技术802.11网络基本元素802.11MAC层工作原理802.11网络安全与漫游802.11网络的介质访问控制协议与QoSCSMA/CA（载波侦听多点接入／避让机制）FrameExchange

DIFSDIFSDIFSSTA1STA2STA3STA4退避窗口退避窗口退避窗口分布式帧间隔（DCFinterframespace，简称DIFS）109357610254810FrameExchangeFrameExchangeFrameExchange时间空闲空闲

空闲空闲空闲空闲802.11技术