第八讲 无线网络

《第八讲 无线网络》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八讲 无线网络（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第八讲无线网络 主要内容 基本内容 无线局域网的组成 无线局域网物理层 无线局域网MAC协议 无线个人区域网WPAN和无线城域网WMAN 重点掌握无线网络基本组成CSMA CA协议工作原理三种帧间间隔802 11争用窗口和退避机制 无线局域网有基础设施的无线局域网 AP1 AP2 一个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站 所有的站在本BSS以内都可以直接通信 但在和本BSS以外的站通信时 都要通过本BSS的基站 AP1 AP2 基本服务集内的基站叫做接入点AP AccessPoint 其作用和网桥相似 AP1 AP2 当网络管理员安装AP时 必须为该AP分配一个不超过32字节的服务集标识

2、符SSID和一个信道 AP1 AP2 一个基本服务集可以是孤立的 也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS DistributionSystem 然后再接入到另一个基本服务集 构成扩展的服务集ESS ExtendedServiceSet AP1 AP2 ESS还可通过叫做门户 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 AP1 AP2 移动站A从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集 到A 的位置 仍可保持与另一个移动站B进行通信 移动自组网络又称自组网络 adhocnetwork 自组网络 A E D C B F

3、源结点 目的结点 转发结点 转发结点 转发结点 自组网络是没有固定基础设施 即没有AP 的无线局域网 这种网络由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络 802 11局域网的物理层 802 11无线局域网可再细分为不同的类型 现在最流行的无线局域网是802 11b 而另外两种 802 11a和802 11g 的产品也广泛存在 802 11的物理层有以下几种实现方法 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 已很少用 几种常用的802 11无线局域网 802 11局域网的MAC层协议CSMA CA协议 无线局域网却不能简单地搬用CSMA CD协议

4、CSMA CD协议要求一个站点在发送本站数据的同时 还必须不间断地检测信道 但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大 即使能够实现碰撞检测的功能 并且当在发送数据时检测到信道是空闲的 在接收端仍然有可能发生碰撞 无线局域网的特殊问题 当A和C检测不到无线信号时 都以为B是空闲的 因而都向B发送数据 结果发生碰撞 未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题 hiddenstationproblem A的作用范围 C的作用范围 A B C D 无线局域网的特殊问题 B向A发送数据 而C又想和D通信 C检测到媒体上有信号 于是就不敢向D发送数据 其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据这

5、就是暴露站问题 exposedstationproblem A D C B B的作用范围 C的作用范围 CSMA CA协议 无线局域网不能使用CSMA CD 而只能使用改进的CSMA协议 改进的办法是把CSMA增加一个碰撞避免 CollisionAvoidance 功能 802 11就使用CSMA CA协议 而在使用CSMA CA的同时 还增加使用停止等待协议 802 11的MAC层 MAC层 无争用服务 选用 争用服务 必须实现 分布协调功能DCF DistributedCoordinationFunction CSMA CA 点协调功能PCF PointCoordinationFuncti

6、on 物理层 MAC层通过协调功能来确定在基本服务集BSS中的移动站在什么时间能发送数据或接收数据 MAC层 无争用服务 争用服务 分布协调功能DCF DistributedCoordinationFunction CSMA CA 点协调功能PCF PointCoordinationFunction 物理层 DCF子层在每一个结点使用CSMA机制的分布式接入算法 让各个站通过争用信道来获取发送权 因此DCF向上提供争用服务 MAC层 无争用服务 争用服务 分布协调功能DCF DistributedCoordinationFunction CSMA CA 点协调功能PCF PointCoordi

7、nationFunction 物理层 PCF子层使用集中控制的接入算法把发送数据权轮流交给各个站从而避免了碰撞的产生 帧间间隔IFS 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 这段时间的通称是帧间间隔IFS InterFrameSpace 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 若低优先级帧还没来得及发送而其他站的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就只能再推迟发送了 这样就减少了发生碰撞的机会 三种帧间间隔 时间 SIFS PIFS DIFS 媒体空闲 发送第1帧 SIFS PIFS 时间 N

8、AV 媒体忙 DIFS 争用窗口 发送下一帧 推迟接入 等待重试时间 有帧要发送 源站 时间 目的站 ACK SIFS 其他站 有帧要发送 SIFS 即短 Short 帧间间隔 是最短的帧间间隔 用来分隔开属于一次对话的各帧 一个站应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收方式 使用SIFS的帧类型有 ACK帧 CTS帧 由过长的MAC帧分片后的数据帧 以及所有回答AP探询的帧和在PCF方式中接入点AP发送出的任何帧 三种帧间间隔 时间 SIFS PIFS DIFS 媒体空闲 发送第1帧 SIFS PIFS 时间 NAV 媒体忙 DIFS 争用窗口 发送下一帧 推迟接入 等待重试时间 有帧要发送

9、 源站 时间 目的站 ACK SIFS 其他站 有帧要发送 PIFS 即点协调功能帧间间隔 它比SIFS长 是为了在开始使用PCF方式时 在PCF方式下使用 没有争用 优先获得接入到媒体中 PIFS的长度是SIFS加一个时隙 slot 长度 时隙的长度是这样确定的 在一个基本服务集BSS内当某个站在一个时隙开始时接入到媒体时 那么在下一个时隙开始时 其他站就都能检测出信道已转变为忙态 三种帧间间隔 时间 SIFS PIFS DIFS 媒体空闲 发送第1帧 SIFS PIFS 时间 NAV 媒体忙 DIFS 争用窗口 发送下一帧 推迟接入 等待重试时间 有帧要发送 源站 时间 目的站 ACK S

10、IFS 其他站 有帧要发送 DIFS 即分布协调功能帧间间隔 最长的IFS 在DCF方式中用来发送数据帧和管理帧 DIFS的长度比PIFS再增加一个时隙长度 虚拟载波监听 虚拟载波监听 VirtualCarrierSense 的机制是让源站将它要占用信道的时间 包括目的站发回确认帧所需的时间 通知给所有其他站 以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据 所谓 源站的通知 就是源站在其MAC帧首部中的第二个字段 持续时间 中填入了在本帧结束后还要占用信道多少时间 以微秒为单位 包括目的站发送确认帧所需的时间 虚拟载波监听 是表示其他站并没有监听信道 而是由于其他站收到了 源站的通知 才不发送数据

11、 网络分配向量 当一个站检测到正在信道中传送的MAC帧首部的 持续时间 字段时 就调整自己的网络分配向量NAV NetworkAllocationVector NAV指出了必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输 才能使信道转入到空闲状态 争用窗口 信道从忙态变为空闲时 任何一个站要发送数据帧时 不仅都必须等待一个DIFS的间隔 而且还要进入争用窗口 并计算随机退避时间以便再次重新试图接入到信道 在信道从忙态转为空闲时 各站就要执行退避算法 这样做就减少了发生碰撞的概率 802 11使用二进制指数退避算法 图例冻结剩余的退避时间 帧 帧 帧 帧 帧 DIFS DIFS DIFS DIFS 争用

12、窗口 争用窗口 争用窗口 争用窗口 退避 退避 退避 退避 A B C D E t t t t t 冻结 冻结 冻结 冻结 冻结 802 11的退避机制 二进制指数退避算法 第i次退避就在22 i个时隙中随机地选择一个 即 第I次退避是在时隙 0 1 22 i 1 中随机地选择一个 第1次退避是在8个时隙 而不是2个 中随机选择一个 第2次退避是在16个时隙 而不是4个 中随机选择一个 退避计时器 backofftimer 站点每经历一个时隙的时间就检测一次信道 这可能发生两种情况 若检测到信道空闲 退避计时器就继续倒计时 若检测到信道忙 就冻结退避计时器的剩余时间 重新等待信道变为空闲并再经

13、过时间DIFS后 从剩余时间开始继续倒计时 如果退避计时器的时间减小到零时 就开始发送整个数据帧 退避算法的使用情况 仅在下面的情况下才不使用退避算法 检测到信道是空闲的 并且这个数据帧是要发送的第一个数据帧 除此以外的所有情况 都必须使用退避算法 即 在发送第一个帧之前检测到信道处于忙态 在每一次的重传后 在每一次的成功发送后 2 对信道进行预约 802 11允许要发送数据的站对信道进行预约 A C B D E 源站A在发送数据帧之前先发送一个短的控制帧 叫做请求发送RTS RequestToSend 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 2 对信道进行预约 8

14、02 11允许要发送数据的站对信道进行预约 A C B D E 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 ClearToSend 它包括这次通信所需的持续时间 从RTS帧中将此持续时间复制到CTS帧中 A收到CTS帧后就可发送其数据帧 RTS和CTS帧以及数据帧和ACK帧的传输时间关系 时间 DIFS RTS SIFS 时间 NAV RTS DIFS 争用窗口 推迟接入 源站 时间 目的站 ACK 其他站 CTS SIFS SIFS 数据 NAV CTS NAV 数据 802 11局域网的MAC帧 802 11帧共有三种类型 即控制帧 数据帧和管理帧 下面是数据帧的主要字

15、段 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22411111111 MAC首部 802 11数据帧的三大部分 MAC首部 共30字节 帧的复杂性都在帧的首部 帧主体 也就是帧的数据部分 不超过2312字节 这个数值比以太网的最大长度长很多 不过802 11帧的长度通常都是小于1500字节 帧检验序列FCS是尾部 共4字节 关于802 11数据帧的地址 802 11数据帧最特殊的地方就是有四个地址字段 地址4用于自组网络 A向B发送数据帧

16、必须先发送到接入点AP1 序号控制字段 持续期字段和帧控制字段 序号控制字段占16位 其中序号子字段占12位 分片子字段占4位 持续期字段占16位 帧控制字段共分为11个子字段 协议版本字段现在是0 类型字段和子类型字段用来区分帧的功能 更多分片字段置为1时表明这个帧属于一个帧的多个分片之一 有线等效保密字段WEP占1位 若WEP 1 就表明采用了WEP加密算法 分片的发送举例 t t t 源站 目的站 其他站 RTS CTS 分片1 ACK 分片2 ACK 分片3 ACK SIFS NAV RTS NAV CTS 长的帧划分为许多分片 无线个人区域网WPAN WirelessPersonalAreaNetwork 在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来自组网络 不需要使用接入点AP 整个网络的范围大约在10m左右 无线个人区域网WPAN和个人区域网PAN PersonalAreaNetwork 并不完全等同 因为PAN不一定都是使用无线连接的 WPAN和WLAN并不一样 WPAN是以个人为中心来使用的无线人个区域网 它实际上就是一个低功率 小范围 低速率和低价格的电