WiFi和IEEE 802.11无线局域网标准课件

WiFi和IEEE802.11IEEE802.11体系结构和服务IEEE——InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，电气电子工程师协会。总部设在美国。IEEE802委员会负责起草局域网草案，并送交美国国家标准协会（ANSI）批准和在美国国内标准化。IEEE还把草案送交国际标准化组织（ISO）。ISO把这个802规范称为ISO802标准，因此，许多IEEE标准也是ISO标准。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准

IEEE802又称为LMSC（LAN/MANStandardsCommittee，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层规范，对应OSI参考模型的下两层。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802委员会成立于1980年初，该委员会分成三个分会：

传输介质分会----研究局域网物理层协议

信号访问控制分会----研究数据链路层协议

高层接口分会----研究从网络层到应用层的有关协议

WiFi和IEEE802.11无线局域网标准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还定义了传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循IEEE802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些用来建立局域网络的组件。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802标准系列

IEEE802.1A------局域网体系结构

IEEE802.1B------寻址、网络互连与网络管理

IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)

IEEE802.3-------CSMA/CD访问控制方法与物理层规范

WiFi和IEEE802.11无线局域网标准

IEEE802.3i------10Base-T访问控制方法与物理层规范

IEEE802.3u------100Base-T访问控制方法与物理层规范

IEEE802.3ab-----1000Base-T访问控制方法与物理层规范

IEEE802.3z------1000Base-SX和1000Base-LX访问控制方法与物理层规范

IEEE802.4-------Token-Bus访问控制方法与物理层规范

WiFi和IEEE802.11无线局域网标准

IEEE802.5-------Token-Ring访问控制方法

IEEE802.6-------城域网访问控制方法与物理层规范

IEEE802.7-------宽带局域网访问控制方法与物理层规范

IEEE802.8-------FDDI访问控制方法与物理层规范

IEEE802.9-------综合数据话音网络

WiFi和IEEE802.11无线局域网标准

IEEE802.10------网络安全与保密

IEEE802.11------无线局域网访问控制方法与物理层规范

IEEE802.12------100VG-AnyLAN访问控制方法与物理层规范

IEEE802.14协调混合光纤同轴(HFC)网络的前端和用户站点间数据通信的协议。

IEEE802.15无线个人网技术标准，其代表技术是蓝牙(Bluetooth)。

IEEE802.16：宽带无线MAN标准－WiMAX

WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802.11工作组：1990年成立，专门致力于无线LAN，开发无线局域网MAC协议和物理媒体规范。经过7年的时间，在1997，IEEE推出802.11无线局域网(WirelessLAN)工业标准。此后这一标准又不断得到补充和完善，形成802.11x的标准系列。802.11x标准是现在无限局域网的主流标准。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802.11，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据访问，速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，所以IEEE802.11标准被IEEE802.11b所取代了。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802.11b1999年9月IEEE802.11b被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2.4-2.4835GHz，数据传输速率达到11Mbps,传输距离控制在15-45米。该标准是对IEEE802.11的一个补充，采用补偿编码键控调制方式，采用点对点模式和基本模式两种运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率间自动切换，它改变了WLAN设计状况，扩大了WLAN的应用领域。IEEE802.11b被多数厂商所采用，推出的产品广泛应用于办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802.11a1999年，IEEE802.11a标准制定完成，该标准规定WLAN工作频段在5.15-5.825GHz，数据传输速率达到54Mbps/72Mbps(Turbo),传输距离控制在10-100米。该标准也是IEEE802.11的一个补充，扩充了标准的物理层，采用正交频分复用（OFDM）的扩频技术，采用QFSK调制方式，可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，支持多种业务如话音、数据和图像等，一个扇区可以接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802.11aIEEE802.11a标准是IEEE802.11b的后续标准，其设计初衷是取代802.11b标准，然而，工作于2.4GHz频带是不需要执照的，该频段属于工业、教育、医疗等专用频段，是公开的，工作于5.15-5.825GHz频带在有些国家需要执照。一些公司仍没有表示对802.11a标准的支持，一些公司更加看好混合标准――802.11g。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802.11gIEEE推出IEEE802.11g认证标准,该标准提出拥有IEEE802.11a的传输速率，安全性较IEEE802.11b好，采用2种调制方式，能够与802.11a和802.11b兼容。虽然802.11a较适用于企业，但WLAN运营商为了兼顾现有802.11b设备投资，选用802.11g的可能性极大。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802.11iIEEE802.11i标准结合了IEEE802.1x中的用户端口身份验证和设备验证，对WLANMAC层进行修改与整合,定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善WLAN的安全性。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802.11iIEEE802.11i新修订标准主要包括两项内容：“Wi-Fi保护访问”(Wi-FiProtectedAccess：WPA)技术和“强健安全网络”(RSN)。Wi-Fi联盟计划采用802.11i标准作为WPA的第二个版本，并于2004年初开始实行。

IEEE802.11i标准在WLAN网络建设中的是相当重要的，数据的安全性是WLAN设备制造商和WLAN网络运营商应该首先考虑的头等工作。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802.11e/f/hIEEE802.11e标准对WLANMAC层协议提出改进，以支持多媒体传输，支持所有WLAN无线广播接口的服务质量保证QOS机制。IEEE802.11f，定义访问节点之间的通讯，支持IEEE802.11的接入点互操作协议（IAPP）。IEEE802.11h用于802.11a的频谱管理。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802.11的术语见表14.2WiFi和IEEE802.11无线局域网标准2.1Wi-Fi联盟1999年，无线以太兼容性联盟（wirelessEthernetcompatibilityalliance，WECA）成立，后来更名为Wi-Fi（wirelessfidelity，无线保真）。这一组织建立了用于验证802.11b产品兼容性的一套测试标准。经过验证的802.11b产品使用的名称是Wi-Fi。Wi-Fi认证现已扩展到802.11g产品WiFi和IEEE802.11无线局域网标准2.2802.11体系结构无线LAN的最小构成块是基本服务集（basicserviceset，BSS），它由站点组成。BSS可以是独立的，也可以是通过接入点与分布式系统（DS）相连。BSS对应于蜂窝区。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准独立的BSSBSS没有和其它BSS相连，则该BSS称为独立BSS（independentBSS，IBSS）。一个IBSS是一个典型的自组织网络。在IBSS中，没有AP。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准相连的BSS如图14.4WiFi和IEEE802.11无线局域网标准扩展服务集扩展服务集（extendedserviceset，ESS）：由互联的两个或多个基本服务集组成。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准2.3IEEE802.11服务IEEE802.11提供九种不同的服务，也可将这些服务视为其软件架构的需求，主要可分为：主机的服务(StationService，SS)分布式系统的服务(DistributionSystemServices，DSS)。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准主机的服务让主机具有正确送、收数据的能力，同时也考虑数据传送的安全。包括下列4种服务：WiFi和IEEE802.11无线局域网标准1.身份确认服务

主要是用来确认每个主机的身份，IEEE802.11通常要求双向式的身份确认，一个主机能同时和多个主机(包括AP)做身份确认动作。

2.取消身份确认服务

已完成身份认证的工作站可用此服务来取消身份认证，一旦取消后连接也同时取消。

WiFi和IEEE802.11无线局域网标准3.隐密性服务

无线网络的数据是在空间开放的介质中传播，因此任何只要装有IEEE802.11适配卡的主机，都能接收到别人的数据。所以数据的保密性若做得不好，资料很容易被别人窃取，隐密性服务的主要功能，就是提供一套隐密性服务的算法将数据做加密与解密。

4.802.11封包传送

此服务为主机服务最基本功能，它将数据传送给接受者。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准分布式系统服务由分散系统所提供，使802.11的封包可在同一个ESS(延伸服务群)中的不同BSS(基本服务群)间传送，无论主机移动到ESS中的哪个地方都能收到属于它的数据，这类服务大部分是由AP呼叫使用。AP是唯一同时提供主机服务和分布式系统的无线网络组件，也是主机与分布式系统间的桥梁。分散系统提供下列5种服务：

WiFi和IEEE802.11无线局域网标准1.连接服务

此服务的主要目的是要在主机和AP之间，建立一个通信连接。当分布式系统要将数据送给主机时，必需事先知道这个主机目前是透过哪个AP接入分布式系统的，这些信息由连接服务提供。一个主机在被允许通过某个AP送数据给分布式系统前，必须先和此AP做连接，通常在一个基本服务区内有一个AP，因此，任何在这个基本服务区内的主机想和外界通信，就必需先与此AP相连接。这个动作类似注册，因为，当主机做完连接动作后，AP就会记住此主机目前在它管辖范围之内。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准在同一时间，任一主机只会和一个AP做连接，这样才能使分散系统能在任何时候知道哪个主机是由哪个AP所管辖，一个AP却可以同时和多个主机做连接。连接服务都是由主机所启动，通常主机会藉由启动连接服务要求和AP建立一个连接。

WiFi和IEEE802.11无线局域网标准2.重连接服务

此服务的主要目的是将一个移动中主机的连接，从一个AP转移到另一个AP。当主机从一个基本服务区移动到另一个服务区时，它就会启动重连接服务。此服务会将主机和它所移入的基本服务区内的AP做连接，使得分散系统将来能知道此主机目前已由另一个AP管辖。重连接的服务也由主机启动。

WiFi和IEEE802.11无线局域网标准3.取消连接服务

此服务主要目的是取消一个连接，当一个主机传送数据结束时，可启动取消连接服务。另外,当一个主机从一个基本服务区移动到另一个基本服务区时，它除了会对新的AP启动重连接服务外，也会对旧的AP启动取消连接服务。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准此服务可由主机或AP来启动，不论是哪方启动另一方都不能拒绝。另外,AP可能因网络负荷过重而启动对主机取消连接WiFi和IEEE802.11无线局域网标准4.分送服务

这项服务主要由主机使用，当主机要传送数据时，数据首先会传送至AP，再由AP利用分布式系统传送至目的地。IEEE802.11并没有规定分散系统要如何将数据正确地送达目的地，但它说明了在连接、取消连接及重连接等服务中，该数据该送往哪个AP输出，以便将数据送达正确的目的位置。

WiFi和IEEE802.11无线局域网标准5.整合服务

此服务主要目的是让数据能在分散系统和现存的局域网络间传送。整合服务的任务就是将这份数据从分散系统转送到相连的局域网络媒介。

WiFi和IEEE802.11无线局域网标准3IEEE802.11媒体接入控制3.1可靠的数据传送使用IEEE802.11的无线LAN通常是不可靠的。噪声、干扰等会导致大量的帧丢失或出错。即使带有纠错码，大量的帧也可能无法成功收到。可通过在TCP等高层使用可靠机制处理这种情况，但是在高层中用于重发的计时器一般以秒为单位，不能满足需求。在MAC层处理错误会更有效。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准IEEE802.11制定了帧交换协议。当一个站点收到从另一个站点发来的数据帧时，它向源站点返回一个确认（acknowledge，ACK）帧。如果数据帧被损坏或ACK损坏，源站点在一个很短的时间内没有收到ACk，会立即重发该帧。为了更进一步增强可靠性，还可以使用四帧交换WiFi和IEEE802.11无线局域网标准请求发送帧（requesttosend，RTS）清除发送帧（cleartosend，CTS）发送数据帧ACkWiFi和IEEE802.11无线局域网标准3.2媒介访问控制IEEE802.11MAC子层还能够实现对共享媒介访问的公平控制功能。该功能通过2种访问机制实现：基本访问控制，也称为分布式协调功能（DCF）集中控制访问机制，也称为集中协调功能（PCF）。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准载波侦听多址访问/碰撞回避（CSMA/CA）机制IEEE802.11基本媒介访问控制方法是基于二进制退避策略的载波侦听多址访问/碰撞回避机制。该访问机制与802.3使用的访问机制类似。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准CSMA/CA是一种先听后说(LBT)的机制。在这种类型的访问机制中，STA在开始新的发送前必须首先监听媒介。如果媒介上已有信息正在传输，则该STA将不会发送数据。这就是载波侦听多址访问部分(CSMA)，是在物理层(PHY)提供的物理载波检测基础上实现的。但是可能出现STA已经开始了它的发送，但实际上媒介上还有其他信息在传送，这样就会产生碰撞。碰撞将导致发送中断，甚至使得近几次的发送内容不能正确接收。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准因为无线设备不能同时发射和接收，所以IEEE802．11使用碰撞回避策略，而不是如IEEE802．3使用碰撞检测(collisionDetect，CD)。并且，在一个WLAN中，不是所有的无线设备都能够直接通信。因此，IEEE802．11采用网络分配矢量(NAV)，NAV是表示媒介空闲剩余时间的值。STA则通过检查NAV决定是否发送。有可能NAV表示媒介忙，而物理载波检测却显示媒介空闲，这时STA不能发送。NAV也被称为虚拟载波检测。通过物理载波检测和虚拟载波检测策略的结合，MAC得以实现CSMA／CA的碰撞避免机制。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准分布式协调功能(DCF)IEEE802．11MAC的基本访问方法就是DCF，也就是CSMA／CA。所有STA都必须实现DCF，因为在IBSS和基础服务集网络中，STA都以此为基本访问方式。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准STA在发送数据前，应检测媒介上是否有其他的STA正在发送数据。如果媒介空闲，则STA就可以发送数据。CSMA/CA分布式算法强制规定在连续2次帧发送之间，媒介上必须要有一段间隔。将要发送数据的STA必须在发送数据前确保在它请求使用媒介期间内，媒介空闲。如果媒介检测表明处于忙状态时，STA将推迟其数据发送。WiFi和IEEE802.11无线局域网标准在推迟发送后，或者在成功发送后，如果需要立即再次发送时，STA将选择一个随机退避时间间隔。在媒介空闲时，一般会减小随机退避间隔计数器的值。不同情况下，会有更多方法来减少碰撞。比如，发送方STA在检测表明媒介空闲，