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1、无线技术(WLAN)基础原理,ISSUE 2.0,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,了解WLAN的的基础知识 了解802.11协议族标准 了解主流WLAN设备 了解几种WLAN典型组网 了解无线网络规划基本概念,课程目标,学习完本课程，您应该能够：,第一章 WLAN基础概念 第二章 802.11协议族 第三章 WLAN设备 第四章 WLAN的组网应用 第五章 WLAN网络规划,目录,第一章 WLAN基础概念,什么是WLAN 为什么要使用WLAN网络 WLAN技术的发展进程,凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置,办公大楼,候机大厅,渡假山庄,商务酒店
2、,无线让网络使用更自由,终端与交换设备之间省去布线，有效降低布线成本 适于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路,终端与设备之间不方便通过线缆连接,地理环境不适合布设有线网络,无线让网络建设更经济，通信更便利,无线让工作更高效,不受限于时间和地点的接入网络，满足各行各业对于网络应用的需求,体育场馆新闻中心,展馆与证券大厅,制造车间,物流运输,IRDA BlueTooth HomeRF 802.11 802.11b 802.11a 802.11g,几种主要的WLAN技术,IrDA,IrDA（Infrared Data Association）是一种利用红外线进行点到点通讯的技术。
3、其优点是体积小，功率低，传输速率可达16Mbps，成本低。超过95%的手提电脑安装了IrDA接口。市场上还推出了可以通过USB接口与PC相连的USB-IrDA设备。 IrDA是一种视距传输技术，通信设备之间不能有阻挡物。不适合于多点通信。另外IrDA设备的核心部件红外线LED还不是一种耐用器件。,BlueTooth,BlueTooth技术是一种用于数字化设备之间的低成本、近距离的无线通信连接技术。其程序写在一个9mm*9mm的微型芯片上，可以方便的嵌入到设备之中。 BlueTooth技术工作在2.4GHz频段上。采用跳频技术，理想连接范围为10cm-10m。 BlueTooth协议是电路交换与
4、分组交换的结合，可以支持异步数据信道和多达三个同时进行话音信道。每个话音信道64kbps。数据信道为一端72kbps而另一端为57.6kbps的不对称连接，或43.2kbps的对称连接。,HomeRF,HomeRF(家庭无线网络)主要为家庭网络设计，是IEEE802.11与DECT(数字无绳电话标准)的结合。 HomeRF采用HFSS方式，通过CSMA/CA协议提供数据通信服务。提供了与TCP/IP的良好集成，支持广播，多点传送和48位IP地址。 HomeRF工作在2.4GHz的频段上，跳频带宽为1MHz，最大传输速率为2Mbps，传输范围可超过100m。,802.11的发展进程,无需授权使用
5、的无线频率(ISM),902MHz 26MHz BW Crowded Worldwide limited 2.4GHz 83.5MHz BW Available worldwide IEEE802.11 WLANs 5.1GHz 300MHz BWdiscontinuous Developing,Source: Harris Semiconductor,各个国家授权使用的频段,802.11b/g工作频段划分图,蜂窝式无线覆盖,任意相邻区域使用无频率交叉的频道。如：1,6,11频道 适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰 蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用,WLAN相关组织和标准,Wi-Fi联盟
6、 成立于1999年的Wi-Fi联盟是一个非牟利国际协会，旨在认证基于IEEE 802.11规格的 无线局域网产品的互操作性和推动无线新标准的制定 超过70个组员: 3Com, Symbol, Lucent, Cabletron, Aironet, Dell, Intersil等。 目的：确保不同厂家的WLAN产品的互通性； 具备Wi-Fi标记的产品具备了基本的互通性（无线连接，加密，漫游）。 目前主流的相关标准 WPA：802.11i的子集，支持802.1x认证以及TKIP加密算法 WPA2： 802.11i WMM：802.11e的子集,第一章 WLAN基础概念 第二章 802.11协议族
7、第三章 WLAN设备 第四章 WLAN的组网应用 第五章 WLAN网络规划,目录,第二章 802.11协议族,802.11基本协议 802.11的访问机制 802.11的用户接入过程 802.11的漫游、加密,WLAN协议族,802.11网络的基本元素 - BSS,能互相进行无线通信的STA可以组成一个BSS BSS是802.11网络的基本结构,BSS2,STA5,STA6,STA4,802.11网络的基本元素 DS和AP,DS（Distribution System）：分布式系统 AP （Access Point）：一种特殊的STA,DS,BSS2,AP,BSS1,AP,802.11网络的基
8、本元素 ESS,ESS（Extended Service Set）是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS,DS,ESS,BSS2,AP2,Service set identify (SSID1),BSS1,AP1,Service set identify (SSID1),802.11网络的基本元素 SSID,AP1,AP2,SSID“marketing”,SSID“marketing”,ESS,802.11 组网模式 Ad hoc,802.11组网模式 单一 BSS,以太网,802.11组网模式 多个BSS,以太网,CSMA/CA（冲突检测避让机制）,Frame Excha
9、nge,Frame Exchange,Frame Exchange,Frame Exchange,DIFS,DIFS,DIFS,STA 1,STA 2,STA 3,STA 4,退避窗口,退避窗口,退避窗口,802.11MAC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、接入、认证、加密、漫游和同步。 802.11MAC 报文分类： 数据帧 用户的数据报文 控制帧 协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS、ACK等 管理帧 负责STA和AP之间的能力级的交互，认证、关联等管理工作 例如：Beacon、Probe、Association及Authenti
10、cation等,802.11MAC层工作原理用户接入管理过程,STA,AP,Discovery选择AP (采用侦听Beacon帧或发送Probe帧),Authentication,Association,和建立Association关系的AP收发数据,802.11MAC层工作原理 Scanning扫描,802.11MAC 使用Scanning功能来完成Discovery 寻找和加入一个网络 当STA漫游时寻找一个新的AP Passive Scanning 通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络， Beacon帧中包含该AP所属的BSS的基本信息以及AP的基本能力级，包括： BSSID（
11、AP的MAC地址）、 SSID、支持的速率、支持的认证方式，加密算法、Beacons帧发送间隔，使用的信道等。当未发现包含期望的SSID的BSS时，STA可以工作于IBSS状态 Active Scanning 在每个信道上发送Probe request报文，从Probe Response中获取BSS的基本信息， Probe Response包含的信息和Beacon帧类似,802.11MAC层工作原理 Authentication认证,802.11支持两种基本的认证方式： Open-system Authentication 等同于不需要认证，没有任何安全防护能力。通过其他方式来保证用户接入网络
12、的安全性，例如Address filter、用户报文中的SSID。 SharedKey Authentication 采用WEP加密算法Attacker可以通过监听AP发送的明文Challenge text和STA回复的密文Challenge text计算出WEP KEY。 STA和AP均可通过Deauthentication来终结认证关系,STA,AP,Authentication request,Authentication Response (success),STA,AP,Authentication request,Plain text challenge,Cipher text c
13、hallenge,Authentication Response (success),预置Key,密文解密 和明文比较,预置Key,802.11MAC层工作原理 Association关联,Association STA通过Association和一个AP建立关联，后续的数据报文的收发只能和建立Association关系的AP进行。 Reassociation STA在从一个老的AP移动到新AP时通过Reassociation和新AP建立关联。Reassociation前必须经历Authentication过程。 Deassociation STA和AP均可通过 Deassociation和A
14、P解除关联关系。,Association request (SSID),Association Response (Association ID),STA,New AP,数据,Old AP,检测到New AP信号强,Reassociation请求 (old AP address),Deassociation,Reassociation应答,AP,802.11MAC层工作原理 漫游和同步,Wireless漫游的概念 STA可以在属于同一个ESS的AP接入点接入，可以使用同一信道或不同信道 STA可以在Wireless网络中任意移动，同时保证已有的业务不中断，用户的标识（IP地址）不改变 Wire
15、less漫游的分类 二层漫游 在同一个子网内的AP间漫游 由于不涉及子网的变化，因此只需保证用户在AP间切换时访问网络的权限不变即可。为了保证快速的切换，通常都会利用STA在原有AP上使用的资源（例如Key等） 三层漫游 在不同子网内的AP间漫游 除了要实现二层漫游中提到的内容以外，通常会采用一些特殊手段来保证用户业务的不中断。目前较流行的做法有：Mobile IP、 VLAN二层透传以及IP in IP三层隧道等,802.11WEP加密,802.11协议的主要缺陷和演进,存在严重的安全隐患，不适合企业用户使用： 认证体制不完善，认证功能形同虚设 缺乏双向认证手段STA无法识别非法的AP 加密
16、Key易被破译，用户数据易被窃听 802.11i 解决上述问题 对于QOS支持能力差，不适合Voice业务： 在无线空口，所有用户数据平等地竞争无线资源 数据报文没有划分的优先级，AP无法分类处理 802.11e解决上述问题 用户在AP间漫游的能力差： 安全认证和快速漫游是一对矛盾体，越安全的认证意味着STA和AP间的交互次数越多，漫游的切换时间越长。语音业务为了保持连续性要求50ms的AP切换速度，对于现有的切换技术是一个极大的挑战 802.11i中提到的Pre-authentication技术和Key caching技术可以有效解决快速漫游中的安全性，但目前仅仅是一个框架性的建议，因各厂商理解实现的不同，存在互操作问题 如何实现跨子网漫游在现有协议里没有描述，各厂商实现的方式千差万别 802.11r工作组致力于快速漫游技术的研究，不过目前还没有一份标准甚至是草案发布,第一章 WLAN基础概念 第二章 802.11协议族 第三章 WLAN设备 第四章 WLAN的组网应用 第
