[工学]第8章 无线局域网

《[工学]第8章 无线局域网》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[工学]第8章 无线局域网（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、lxm,1,第8章 无线局域网,8.1 引言 8.2 802.11标准 8.3 802.11网络系统结构 8.4 802.11 系统服务 8.5 802.11 MAC层概述 8.6 802.11MAC协议 8.7 802.11 物理层概述 8.8 802.11的安全性 8.9 WLAN的应用,lxm,2,8.1 引言,8.1.1 WLAN的引入 8.1.2 WLAN的技术发展 8.1.3 WLAN技术概况,lxm,3,8.1.1 WLAN的引入,如何理解 WLAN？ WLAN：Wireless Local Area Network 直观理解 在小范围内通过无线传输方式将站点互联起来 小范围：典

2、型100m，增大发射功率可适当增大范围 无线传输：2.4GHz频段和5GHz频段 WLAN的功能 为小范围内固定或移动站点提供无线接入与数据通信服务,lxm,4,8.1.1 WLAN的引入,需求为WLAN的引入提供了契机 自由接入的需求 宽带无线数据接入的需求 特定应用场合无线数据通信的需求 游牧接入（如大学校园的来访者等） 布线不便不宜 教室、会议厅、仓库、车间 历史古建、家庭网络 临时通信的需求（露天活动等） 技术的进步为WLAN的发展提供了支撑 尽管WLAN技术复杂，实现困难，但： 核心技术已相当成熟：协议、纠错、编码、调制 长期努力，WLAN已得到较大发展 近期发展迅速，成为网络方面的

3、研究热点,lxm,5,8.1.2 WLAN的技术发展,WLAN经历了漫长发展历程 1990年：成立新的工作组：802.11 1997年：历经十年，发布正式标准 199799年：2Mbps、11Mbps、54Mbps 2003年：54Mbps，进入快速发展期 2004年：安全性标准的增强802.11i 2005年：增强MAC的QoS标准802.11e 2007年: 正式标准发布第2版，最新版本 2009年：802.11n，速率大于100Mbps,lxm,6,8.1.3 WLAN的技术概况,WLAN是一种共享信道的无线数据网络 WLAN主要研究MAC层和物理层技术 信道分配采用平等争用的方式 基本

4、MAC 协议：CSMA/CA 工作频段： 免照频段：2.4GHz（ISM频段）和5GHz （国家基础设施） 工作方式 只能是半双工方式 且无线覆盖范围内同时只能允许一个站点发送，否则，将发生冲突,lxm,7,8.2 WLAN的标准化,8.2.1 标准化组织 8.2.2 IEEE标准惯例 8.2.3 IEEE802.11基本标准 8.2.4 IEEE802.11增补标准 8.2.5 正在制定中的标准,lxm,8,8.2.1 WLAN的标准化组织,标准化组织 IEEE 研究内容 主要研究WLAN的物理层和MAC层 现有标准系列： 已推出一系列关于物理层、MAC层以及扩展协议 Wi-Fi组织推动WL

5、AN产品市场化,lxm,9,8.2.2 802.11基本标准,802.11基本标准 IEEE std 802.11-1997 物理层：2Mbps，DSSS/FHSS2.4GHz、IR IEEE 802.11, 1999 Edition 编辑版，未经过正式投票表决 网管改变：CMIP - SNMP IEEE std 802.11-2007 IEEE 802.11-20xx？,lxm,10,8.2.3 802.11增补标准,物理层（PMD）增补标准 IEEE 802.11b-1999 11Mbps2.4GHz，CCK/DSSS IEEE 802.11a-1999 54Mbps 5GHz，OFDM

6、IEEE 802.11g-2003 54Mbps2.4GHz，OFDM IEEE 802.11n-2009 150Mb/s、300Mb/s，2.4GHz、5GHz OFDM、LDPC、MIMO,lxm,11,8.2.3 802.11增补标准,其他重要增补标准 802.11e-2005： MAC的QoS增强 802.11h-2003：频谱管理/发射功率管理扩展 802.11i-2004：MAC的安全性增强 802.11k-2008：无线资源度量 802.11p-2010：车载环境无线接入 802.11r-2008：BSS快速跃迁 802.11u-2011：与非802网络互通 802.11v-20

7、11：无线网络管理 802.11w-2009：受保护管理帧 802.11y-2008：运行于3.65-3.7GHz，US 802.11z-2010：DLS（直连网）扩展 802.11s-2011： Mesh Networking,lxm,12,8.2.4 802.11制定中的标准,制定中的新标准：反映了技术的最新进展 802.11aa-2012 Video Transport Streams 802.11ad/ac：2012/13 Very High Throughput（1Gp/s，60GHz、6GHz） 802.11ae-2012 QoS Management 802.11af-2012

8、TV White space,lxm,13,8.2.5 Wi-Fi,WiFi： Wireless Fidelity 802.11产品互操作性认证的非盈利专业组织 致力于推动802.11系列标准的推广应用，促进802.11无线接入产品的规模发展 对不同厂商的802.11芯片和设备进行标准化认证和测试 帮助推动与保证设备的兼容性和互操作性 对通过一致性和互操作性测试的产品发放获得“WiFi认证”标志 因而：获得WiFi认证的产品将成为大规模提供宽带服务的最具竞争力的产品,lxm,14,8.3 WLAN网络系统结构,8.3.1 无线数据传输环境 8.3.2 基本网络结构 8.3.3 网络单元 8.3

9、.4 网络系统构成 8.3.5 分发系统DS 8.3.6 参考模型,lxm,15,8.3.1 无线数据传输环境,WLAN使用的无线介质与有线介质很不相同 WM：wireless medium 外来信号易于侵入共享的无线介质 站点移动形成动态拓扑 物理移动，或信号变化形成逻辑移动 缺乏全连通性，可形成隐蔽站点和暴露站点 无线通信的广播环境不能简单认为是“总线型” 传播时延可能变化，可能不对称,lxm,16,8.3.1 无线数据传输环境,无线介质影响系统的设计与性能 无线覆盖没有明确的易于确定的边界 边界之外的站点不一定接收不到网络帧 边界之内的站点未必可以良好接收网络帧 覆盖区域与实际环境关系很

10、大 信号强度与分布 建筑物阻拦 外界干扰,lxm,17,8.3.2 基本网络结构,无线数据网络结构分类 无中心网与有中心网 网络结构中是否有一个中心站点网络 单跳网与多跳网 一跳(Hop) ：等价于有线网络的一条链路 多跳：存在路由、动态路由、自组织网等问题 4种基本类型 无中心单跳网 无中心多跳网 有中心单跳网 有中心多跳网,lxm,18,8.3.2 基本网络结构,WLAN的基本网络结构 由IEEE 802.11定义 802.11当前只定义了单跳网 802.11中的定义 无中心网：称为Ad hoc模式 有中心网：网络结构中有一个中心站点AP 称为infrastructure模式 也称AP模式

11、 AP：Access Point，接入点 802.11正在发展多跳网(802.11s)，称为无线Mesh网,lxm,19,WLAN无中心（Ad-hoc模式）结构,无中心网 称为Ad hoc模式 网络结构无中心站点 所有站点平等 站点之间的通信 是一种单跳的对等网络 站点之间直接通信 适合少用户小范围的临时组网,lxm,20,WLAN 有中心（AP模式）结构,网络结构有一个中心站点 称为infrastructure模式 中心站点称为：AP 其它站点为从节点 站点之间的通信 从站点之间不能直接通信 从节点与AP直接通信 从节点之间经AP中继 特别适用于接入网 AP上联上层网络 其他站点通过AP接入

12、 AP控制其他站点接入,IP网络,lxm,21,8.3.2 网络结构-有中心多跳网,近年来发展的热点 如：802.11s、802.16 从站点可多跳中继接入 在BWA中很有价值 Broadband Wireless Acces,lxm,22,8.3.2 网络结构-无中心多跳网,网络层不存在中心节点 常是全动态路由 常是拓扑自组织网 抗毁性十分好 目前研究的热点 网络结构的研究 平面结构 分层结构 动态路由协议的研究 平面路由协议、分层路由协议 按需路由协议等 链路协议的研究 十分适用于军用通信 是军方的长期研究题目 Ad hoc、MANET,lxm,23,8.3.3 网络单元,几个基本概念 服

13、务组 基本服务组 扩展服务组 服务组标识 网络标识,lxm,24,服务组的概念,服务组802.11中的基本网络单元 Service Set，服务组，由协调功能控制的一组站点 BSS：Basic Service Set，基本服务组 ESS：Extended Service Set，扩展服务组,AP,Distribution System,AP,lxm,25,基本服务组BSS,BSS是一个基本的WLAN的单元网络 一个BSS内的站点可简单地相互通信 Ad_hoc模式：站点直接通信 AP模式：通过AP中继 不同BSS间的站点不能直接通过无线信道通信 IBSS 不与其他系统互连，自成一个独立的小系统，

14、通常适合Adhoc模式,lxm,26,扩展服务组ESS,ESS是一个扩展的基本WLAN网络单元 位于同一扩展服务区的一组站点 扩展服务区ESA ： Extended Service Area 通过DS互连多个BSS形成 通常，互连AP而形成 DS：分发系统（Distribution System） 互连AP的系统，如以太网（也可以是其他网络）,lxm,27,扩展服务组ESS,BSS内站点间的通信、站点到DS的通信都靠AP转发 同一个ESS的站点可以在不同的BSS之间“漫游” 802.11标准不支持不同ESS之间的移动与“漫游”,lxm,28,服务组标识BSSID,BSSID：基本服务组标识 B

15、SSID唯一识别每一个BSS “BSSID uniquely identifies each BSS” 注意：BSSID的唯一性！ 标准的802网络MAC地址（48位） 在AP模式中，通常配置为AP的MAC地址 经常出现在：经AP中继数据帧中的地址段,lxm,29,网络标识SSID,SSID：一个802.11网络的名称 长度为032个八位组 通常配置为用户可读字符串 在AP模式下 通常在信标帧中广播，以便站点搜索网络 也可配置为隐藏，不广播，站点无法搜索到该网络，需要在终端上设置匹配的SSID ，方可入网,lxm,30,8.3.4 WLAN系统构成,由BSS、DS构成ESS,lxm,31,8.

16、3.5 分发系统DS,概念 DS互连BSS形成更大的ESS 802.11声明：DS仅是一个逻辑概念 可以是有线网络或无线网络 可以是802网络或非802网络 这可使802.11标准有更大的适应性 实现 DS通常用以太网桥实现 可以更容易实现与以太网的兼容和整合 这些措施使得业界称802.11网络为“无线以太网” DS也可用WLAN网桥实现,lxm,32,8.3.5 分发系统DS,以太网作为DS互连BSS AP此时桥接WLAN与以太网 AP有两个物理接口 WLAN无线接口：与BSS内站点通信 以太网接口：连接到DS,BSS1,BSS2,ESS,DS：以太网,AP,AP,AP,lxm,33,8.3.5 分发系统DS,无线网络作为DS互连BSS（例：802.11） 通常DS与BSS采用不同物理层标准的WLAN，如： BSS采用802.11b DS采用802.11a AP此时桥接802.11b与802.11a AP具有两个物理接口 WLAN802.11b无线接口：与BSS内站点通信 WLAN802.11a无线接口：连接到DS,