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1、课程主讲人：（本科）（本科）5.4无线局域网无线局域网ppt课件课件2在在1971年时，夏威夷大学（年时，夏威夷大学（University of Hawaii）的）的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络，研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络，这被称作这被称作ALOHNET的网络，可以算是相当早期的无线的网络，可以算是相当早期的无线局域网络（局域网络（WLAN）。这最早的）。这最早的WLAN包括了包括了7台计算台计算机，它们采用双向星型拓扑（机，它们采用双向星型拓扑（bi-directional star topology）,横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在横跨四座
2、夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛（瓦胡岛（Oahu Island）上。）上。诞生：诞生：5.4 5.4 无线局域网无线局域网3通信范围不受环境条件的限制，网络最大传输范围可达到通信范围不受环境条件的限制，网络最大传输范围可达到几十公里，两个站点间的距离目前可达到几十公里，两个站点间的距离目前可达到50公里。公里。使用灵活使用灵活 ：有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息：有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而一旦无线局域网建成后，在无线网的信号点位置的限制。而一旦无线局域网建成后，在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。
3、安装简便：免去或减少了网络布线的工作量，一般只要安安装简便：免去或减少了网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点装一个或多个接入点AP(Access Point)设备，就可建立覆盖整设备，就可建立覆盖整个建筑或地区个建筑或地区局域网络组建、配置和维护较为容易，一般计算机工作人局域网络组建、配置和维护较为容易，一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。员都可以胜任网络的管理工作。特点：特点：5.4 5.4 无线局域网无线局域网4无固定工作场所的使用者无固定工作场所的使用者有线局域网络架设受环境限制有线局域网络架设受环境限制作为有线局域网络的备用系统作为有线局域网络的备用系统使用场所：使用
4、场所：移动办公移动办公 、频繁变化的环境、频繁变化的环境餐饮及零售餐饮及零售 医疗医疗 仓储管理仓储管理 货柜集散场货柜集散场 监视系统监视系统 展示会场展示会场5.4 5.4 无线局域网无线局域网5n蓝牙技术蓝牙技术（IEEE 802IEEE 8021515）蓝牙技术是一种用于各种蓝牙技术是一种用于各种固定与移动的数字化硬件设备之间的低成本、近距离的无线固定与移动的数字化硬件设备之间的低成本、近距离的无线通讯连接技术。这种连接是稳定的、无缝的，其程序写在一通讯连接技术。这种连接是稳定的、无缝的，其程序写在一个个9 99 9 mmmm的微型芯片上，可以方便地嵌入设备之中。的微型芯片上，可以方便
5、地嵌入设备之中。n大容量近距离无线数字通信的技术标准，其目标是实现大容量近距离无线数字通信的技术标准，其目标是实现1 1MbpsMbps、最大传输距离为、最大传输距离为100100米。米。n很容易穿透障碍物，实现全方位的数据传输很容易穿透障碍物，实现全方位的数据传输n如果设备是属于那种活动范围比较广、要求和多种设备迅如果设备是属于那种活动范围比较广、要求和多种设备迅速互联，如，笔记本电脑、数字无绳电话、个人数字助理、速互联，如，笔记本电脑、数字无绳电话、个人数字助理、手机等，采用蓝牙或无线个人局域网是十分理想的。手机等，采用蓝牙或无线个人局域网是十分理想的。n应用示例应用示例5.4.1 技术标
6、准6n 家庭网络家庭网络HomeRFHomeRF技术技术 IEEE 80211与数字无绳电话标与数字无绳电话标准的结合，旨在降低语音数据成本。准的结合，旨在降低语音数据成本。HomeRF工作在工作在24GHz频带，能同步支持频带，能同步支持4条高质量语音信道，条高质量语音信道，2000年传年传输速率输速率8M11Mb/s，和蓝牙一样，和蓝牙一样，HomeRF可以实现多个可以实现多个(最多最多5个个)设备之间的互联设备之间的互联 。 HomeRF技术对于小型公司或者类似别墅的家庭是再方便不技术对于小型公司或者类似别墅的家庭是再方便不过的了，因为这两种环境的活动半径都比过的了，因为这两种环境的活动
7、半径都比Bluetooth和和W规定规定的活动范围大，同时，一般又小于无线局域网的半径。的活动范围大，同时，一般又小于无线局域网的半径。5.4.1 技术标准7nIrDA(IrDA(红外线数据标准协会红外线数据标准协会) )是一种利用红外线进行点对点通信的技术，无需专门申请特是一种利用红外线进行点对点通信的技术，无需专门申请特定频率的使用执照，具有移动通信设备所必需的体积小、功定频率的使用执照，具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点。传输速率可达率低的特点。传输速率可达16Mb/s。对于要求传输速率高、使用次数少、移动范围小、价格比较对于要求传输速率高、使用次数少、移动范围小、价格比较低的
8、设备，如打印机、扫描仪、数码像机等，低的设备，如打印机、扫描仪、数码像机等，IrDA技术是首技术是首选。选。IrDA是一种视距传输技术，中间就不能有阻挡物是一种视距传输技术，中间就不能有阻挡物IrDA设备中的核心部件设备中的核心部件红外线红外线LED不是一种十分耐用的不是一种十分耐用的器件，对于不经常使用的扫描仪和数码相机等设备还可以，器件，对于不经常使用的扫描仪和数码相机等设备还可以，但如果经常用装配但如果经常用装配IrDA端口的手机上网，可能很快就不堪重端口的手机上网，可能很快就不堪重负了。负了。5.4.1 技术标准8nIEEE 802.11IEEE 802.11无线局域网介质访问控制和物
9、理层规范无线局域网介质访问控制和物理层规范802.11b、802.11a、802.11g、802.11e、802.11f、 802.11h、802.11i、802.11j、 802.11n等等标准标准 标准包含的内容包括：标准包含的内容包括：基本的组网方式及结构基本的组网方式及结构协议栈结构协议栈结构MACAMACA层协议、数据格式与数据传输层协议、数据格式与数据传输物理层技术物理层技术用户认证与信息安全用户认证与信息安全5.4.1 技术标准9nIEEE 802.11IEEE 802.11802.11802.11a a：工作在：工作在5.45.4G G频段，该频段目前暂不开放，需频段，该频段目
10、前暂不开放，需要申请。传输速度可达要申请。传输速度可达5454MbpsMbps，但传输距离短，抗干扰，但传输距离短，抗干扰性差性差，特别适合于室内及移动环境。特别适合于室内及移动环境。 802.11802.11b b（主流）：工作在（主流）：工作在2.42.4GHzGHz的的ISMISM（工业、科学、（工业、科学、医疗）公共频段，无需向无委申请；通信速率医疗）公共频段，无需向无委申请；通信速率1111MbpsMbps，最大距离室外最大距离室外300300米，室内约米，室内约5050米。米。当工作站之间的距离当工作站之间的距离过长或干扰过大，信噪比低于某个门限值时，其传输速过长或干扰过大，信噪比
11、低于某个门限值时，其传输速率可从率可从11Mb/s自动降至自动降至5.3Mb/s，或者再降至，或者再降至2Mb/s及及1Mb/s速率。速率。802.11802.11g g：工作在：工作在2.42.4G G频段，传输速度可达频段，传输速度可达5454Mbps.Mbps.5.4.1 技术标准10nIEEE 802.16IEEE 802.16IEEE 802.16是在是在1999年开发出来的无线宽带网络标准，作年开发出来的无线宽带网络标准，作用就是在用户站点同核心网络之间建立起一个通信路径，这用就是在用户站点同核心网络之间建立起一个通信路径，这个核心网络可以是公用电话网络也可以是因特网。个核心网络可
12、以是公用电话网络也可以是因特网。IEEE 802.16标准所关心的是用户的收发机同基站收发机之间的无标准所关心的是用户的收发机同基站收发机之间的无线接口。线接口。5.4.1 技术标准11n总结总结IEEE 802.11系列标准比较适于办公室中的企业无线网络，系列标准比较适于办公室中的企业无线网络，HomeRF较适用于家庭中移动数据较适用于家庭中移动数据/语音设备之间的通信，语音设备之间的通信，而蓝牙技术则可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场而蓝牙技术则可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合。目前这些技术还处于并存状态，从长远看，随着产品与合。目前这些技术还处于并存状态，从长远看，随着产
13、品与市场的不断发展，它们将走向融合。市场的不断发展，它们将走向融合。 5.4.1 技术标准12v红外线物理层 采用小于1的红外线，有较强的方向性，受阳光干扰大，由于它采用低于可见光的部分频谱作为传输介质，使用不受无线电管理部门的限制 支持12Mbit/s数据速率，适于近距离通信 窃听困难，对邻近区域的类似系统不会产生干扰。v窄带微波l申请执照的窄带微波l免申请执照的窄带微波5.4.2 物理层实现方式13v无线频率物理层（无线频率物理层（2.42.4GHZGHZ波段内）波段内）扩频方式扩频方式直接序列式扩频直接序列式扩频跳频扩展频谱跳频扩展频谱特点：特点：覆盖范围大支持覆盖范围大支持1 111M
14、bit/s11Mbit/s数据速率数据速率 抗干扰、抗噪声抗干扰、抗噪声抗衰减和保密性好抗衰减和保密性好 使用的频段主要是使用的频段主要是S S频段，即工业科学医疗频段，该频段在频段，即工业科学医疗频段，该频段在美国不受美国联邦通信委员会的限制，属于工业自由辐射美国不受美国联邦通信委员会的限制，属于工业自由辐射频段，不会对人体健康造成伤害。频段，不会对人体健康造成伤害。5.4.2 物理层实现方式14CSMA/CA载波侦听/冲突避免技术类IEEE802.3以太网方式载波侦听，发前侦听信道，确保信道空闲载波侦听，发前侦听信道，确保信道空闲信道闲，等待一个随机时间发送信道忙，一直侦听直到闲，若没有其
15、他设备正在使用介质，该设备开始传输数据；5.4.3 介质访问控制方式15CSMA/CA载波侦听/冲突避免技术为更好的避免冲突，采用为更好的避免冲突，采用RTS/CTSRTS/CTS握手机制握手机制站点发送数据之前，先发送站点发送数据之前，先发送RTSRTS（请求发送请求发送帧，很短）帧，很短）如果收到通信对象的如果收到通信对象的CTS CTS （允许允许发送发送帧，很短）帧，很短）, ,则没则没有冲突，可以发送数据，并在后续的发送中不会冲突有冲突，可以发送数据，并在后续的发送中不会冲突如果定时收不到如果定时收不到CTSCTS，说明冲突产生，退避并重试，说明冲突产生，退避并重试q解决的问题：解决
16、的问题：RTS/CTSRTS/CTS机制能较好的解决隐藏站点的问题机制能较好的解决隐藏站点的问题5.4.3 介质访问控制方式16ABCD 图中图中A.C互为隐藏站点，互为隐藏站点， A A、C C侦听不到彼此的载波；可能出现侦听不到彼此的载波；可能出现A A、C C同时同时向向B B或或D D发送，且彼此认为没有冲突，实际上冲突会在发送，且彼此认为没有冲突，实际上冲突会在B B或或D D处发生处发生 若采用若采用RTS/CTS，当，当A向向B发送发送RTS时，如果信道空闲，时，如果信道空闲，B发回发回CTS,表示表示B将阻止任何其他的通信，直到将阻止任何其他的通信，直到A发送完数据为止，其他无
17、线节点也能听发送完数据为止，其他无线节点也能听到正在发生的数据传输，并把它们的传输延迟到那段时间之后。此时到正在发生的数据传输，并把它们的传输延迟到那段时间之后。此时,C站站能感知能感知CTS,不会发送不会发送RTS,避免了冲突避免了冲突 如果如果A.C同时发送同时发送RTS，因为冲突，因为冲突，B不发不发CTS,两站退避再试两站退避再试5.4.3 介质访问控制方式17CSMA/CACSMA/CA操作过程操作过程 发送方在发送数据帧前先发送一个短的发送方在发送数据帧前先发送一个短的RTSRTS控制帧控制帧 接收方收到该接收方收到该RTSRTS后，返回一个后，返回一个CTSCTS控制帧控制帧 所
18、有站都监控信道，发现信道忙，推迟接入所有站都监控信道，发现信道忙，推迟接入 发送方收到发送方收到CTSCTS后，发送数据帧后，发送数据帧 接收方收到数据帧后，进行校验接收方收到数据帧后，进行校验 发送方超时没有收到发送方超时没有收到ACKACK，则重发该帧，则重发该帧5.4.3 介质访问控制方式18RTSCTSDATAACKt1对应对应DIFS：接入帧间隔时间：接入帧间隔时间t1t2t2t2t1Defer 接入接入发送站发送站接收站接收站其他站其他站t2对应对应SIFS：短帧间隔时间：短帧间隔时间CSMA/CACSMA/CA操作过程操作过程5.4.3 介质访问控制方式19MACMAC帧格式帧格
19、式MACMAC帧格式由三部分组成：帧格式由三部分组成：MACMAC帧头、帧体和校验帧头、帧体和校验控制字段不同决定了帧类型的不同控制字段不同决定了帧类型的不同控制帧、数据帧或是管理帧控制帧、数据帧或是管理帧持续时间表示一个帧的持续发送时间，以便虚拟载波侦听持续时间表示一个帧的持续发送时间，以便虚拟载波侦听序列号是对分段号的标识，以便按序重组序列号是对分段号的标识，以便按序重组地址分为四种地址，不过不同的帧类型，地址个数也不同地址分为四种地址，不过不同的帧类型，地址个数也不同 四种地址为：源地址、目的地址、发送站地址、接收站地四种地址为：源地址、目的地址、发送站地址、接收站地址址 帧帧控控制制持
20、续持续时间时间ID地址地址1地址地址2地址地址 3 序列序列号号地址地址 4帧体帧体校验校验20 关于关于MACMAC地址的进一步说明地址的进一步说明如右图，假设如右图，假设A A与与B B通信，则通信，则A A首先将数首先将数据发给据发给AP,AP,然后由然后由APAP转发给转发给B BAPAPBSSBSSA AB B帧控制帧控制 持续时间持续时间ID地址地址1地址地址2地址地址3 帧控制帧控制 持续时间持续时间ID地址地址1地址地址2地址地址3 APAP向向B B转发的帧转发的帧源地址源地址A站地址站地址AP地址地址发送站地址发送站地址接收地址接收地址B站地址站地址A A向向APAP发送的
21、帧发送的帧AP地址地址接收站地址接收站地址目的地址目的地址B站地址站地址源地址源地址A站地址站地址21天线天线无线网卡无线网卡无线无线APAP（无线基站）（无线基站）无线路由器无线路由器 安装在计算机上，是操作系统与天线之间的接口类似于集线器，用于信号的放大以及无线网与有线网的通信类似于路由器，除用于 连接无线网卡外，还可实现无线局域网的Internet连接共享将信号源发送的信号藉由天线本身的特性传送至远处5.4.4 无线网络连接设备22NETGEAR WAB501 PCMCIA 54M/11M 双频无线笔记本网卡双频无线笔记本网卡1）常见无线网卡）常见无线网卡32位CardBus笔记本网卡
22、工作频段：IEEE 802.11b 2.42.4835GHzIEEE 802.11a 5.7255.85 GHz 6-108Mbps的 速率自动调整室外最远达450米，室内最远达100-2-米 支持64/128/152位WEP加密 参考价格：2100元5.4.4 无线网络连接设备23linksys WPC54G 54M无线网卡无线网卡安全的无线:128位WEP加密数据传输速率54M参考价格：1700元5.4.4 无线网络连接设备1）常见无线网卡）常见无线网卡24USB无线网卡无线网卡IEEE802.11b 2.4GHz的高频标准，11Mbps、5.3 Mbps、 2 Mbps、 1Mbps传输
23、距离室内：35m80m 100m300m深圳市天宇网络技术有限公司昆明市通贤科技有限公司昆明市通贤科技有限公司1）常见无线网卡）常见无线网卡5.4.4 无线网络连接设备25NETGEAR MA311 11M PCI无线网卡无线网卡速率：11M安全：64/128 Bit 连线对等保密 (WEP) ，MAC 地址过滤，SSID 服务区标示符频段：2.4 2.4835 GHz 距离：60m （11Mbps）- 450m（1Mbps）参考价格：1000元5.4.4 无线网络连接设备1）常见无线网卡）常见无线网卡26v无线无线APAP的特点与作用的特点与作用进行数据发送和接收的集中设备，提供无线网卡的接
24、入作为点对点桥连设备，与其他无线AP进行通讯作为点对多点桥连设备，实现多无线网络互联，并完成无线网络漫游可作为无线网络和有线网络的连接点，如以太网网络用户接入无线网络。能够在几十至上百米的范围内连接多个无线用户2) 2) 无线无线APAP5.4.4 无线网络连接设备27（1 1）D-LINK DWL-900AP+D-LINK DWL-900AP+无线无线AP AP 常见无线常见无线APAP支持高达22Mbps的高速率网络设备无线操作范围 室内：最大100m 室外：最大400m支持无线AP的四种工作模式参考价格：1200元5.4.4 无线网络连接设备28（2 2）Linksys WAP54A 5
25、4MLinksys WAP54A 54M无线无线APAP可通过内置10/100Mbps端口与以太网网络连接，使有线网络上的无线用户和工作站、服务器之间可以交互操作。高达108Mbsp传输速率能够将多个无线节点连接到一起。参考价格：4000元可以将Access Point(通过10/100Mbps端口)连接到宽带Internet网关上。通过该网关，无线用户可以共享一个单独的ISP账户和一条宽带缆线或ADSL来对Internet进行访问。常见无线常见无线APAP5.4.4 无线网络连接设备29D-Link DI-614+ 22MD-Link DI-614+ 22M无线无线4 4口宽带路由器口宽带路
26、由器3）无线路由器）无线路由器最高支持22Mbps的速率共享Internet访问，并内置 4个10/100Mbps个交换端口 （LAN）和1个10Mbps RJ45端口（WAN） 高级防火墙特性：NAT地址转换服务，MAC地址过滤，IP包过滤，URL地址过滤，域名封锁，访问时间策略5.4.4 无线网络连接设备30自组织网络对等网基站网络完全分布式网络（处于理论研究阶段）5.4.4 无线局域网的网络结构31v 自组织网络自组织网络对等网络对等网络 组成组成 ：有无线接口卡的无线终端，有无线接口卡的无线终端，特别是移动电脑组成。特别是移动电脑组成。 连接方式：以相同的工作组名、扩连接方式：以相同的
27、工作组名、扩展服务集标识号（展服务集标识号（ESSIDESSID）和密码等）和密码等对等的方式相互直连，在对等的方式相互直连，在WLANWLAN的覆的覆盖范围之内，进行盖范围之内，进行点对点点对点通信。通信。A d - H o c最多最多256台计算机，台计算机，用户增加时，冲突厉害，适合用户少且范围小的组网用户增加时，冲突厉害，适合用户少且范围小的组网不能连接外部网络不能连接外部网络所有站点共享同一信道，竞争同一信道所有站点共享同一信道，竞争同一信道需采用全向天线需采用全向天线5.4.4 无线局域网的网络结构32v 基站网络基站网络APAP为中心为中心 抗毁性差抗毁性差 控制所有站点对网络的访问控制所有站点对网络的访问 可通过可通过APAP接入有线网接入有线网 业务量增大时网络吞吐量及时延并不恶化剧烈业务量增大时网络吞吐量及时延并不恶化剧烈 增加网络成本增加网络成本 最多可以接入最多可以接入10241024台计算机台计算机无线路由器集线器路由器Int ernet无线AP5.4.4 无线局域网的网络结构