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1、第第 4 4 章无线局域网章无线局域网本章主要内容无线局域网概述；无线局域网物理层；无线局域网MACMAC层；无线局域网工作过程；无线局域网数据传输过程。第1页/共46页4.1 4.1 无线局域网概述无线局域网概述本讲主要内容无线局域网体系结构；无线电传输；无线局域网拓扑结构；无线局域网标准。第2页/共46页一、无线局域网体系结构一、无线局域网体系结构无线局域网的数据传输实际上由MACMAC子层实现，但用LLCLLC子层给出数据类型；事实上，IEEEIEEE定义的局域网都用LLCLLC子层给出数据类型，第3 3章的以太网帧格式是以太网标准，不是802.3802.3标准。基于无线局域网的基于无线
2、局域网的TCP/IPTCP/IP体系结构体系结构无线局域网表示数据类型的方式无线局域网表示数据类型的方式第3页/共46页二、无线电传输二、无线电传输通过电磁波在自由空间的传播实现无线电通信。相同频率的电磁波产生干扰。电磁波频段和发射功率严格控制。第4页/共46页电磁波频谱电磁波频谱带宽决定传输速率。高频段高带宽。紫外线以上的有伤害性。可见光有直线传播特性。微波段电磁波进行数据传输。二、无线电传输二、无线电传输第5页/共46页ISMISM频段频段开放公共通信；功率严格限制；容易受到干扰。二、无线电传输二、无线电传输第6页/共46页无线电传输的几个问题能量损耗，能量损耗与传播距离平方成正比；干扰，
3、尤其是ISMISM频段；多径效应。二、无线电传输二、无线电传输多径效应示意图多径效应示意图第7页/共46页ISM频段存在问题及应对方法频段存在问题及应对方法传输速率取决于带宽和信噪比，用带宽弥补能量限制；通过扩频技术和纠错码解决干扰，这是用传输速率换取可靠性的技术；多径效应导致信号质量降低，必须根据信号质量调整传输速率。二、无线电传输二、无线电传输第8页/共46页三、无线局域网拓扑结构三、无线局域网拓扑结构独立基本服务集独立基本服务集（IBSSIBSS）扩展服务集（ESSESS）n独立基本服务集由单个无线局域网组成，独立基本服务集由单个无线局域网组成，终端间直接通信；终端间直接通信；n扩展基本
4、服务集由分配系统互连的多个扩展基本服务集由分配系统互连的多个无线局域网组成，无线局域网通过无线局域网组成，无线局域网通过APAP接入接入分配系统；分配系统；n在设有在设有APAP的服务集，终端必须先和的服务集，终端必须先和APAP建立关联，终端之间通信经过建立关联，终端之间通信经过APAP。第9页/共46页不同的只是物理层，MACMAC层相同；通过无线电通信，数字信号必须调制成模拟信号；物理层标准涉及载波频段，调制技术等。四、无线局域网标准四、无线局域网标准各标准之间关系各标准之间关系第10页/共46页四、无线局域网标准四、无线局域网标准物理层标准的主要区别电磁波频段；信号调制技术；容错技术（
5、抗干扰技术）。第11页/共46页4.2 4.2 无线局域网物理层无线局域网物理层本讲主要内容扩频技术；802.11802.11；802.11b802.11b；802.11a802.11a；802.11g802.11g。第12页/共46页一、扩频技术一、扩频技术由于传输速率与信噪比和带宽成正比，在传输速率不变的前提下，可以通过增加带宽来降低信噪比；扩频技术为维持一定传输速率，通过增加带宽来降低信号能量。第13页/共46页扩频技术的抗干扰原理是将传输过程中接收到的高能量窄带干扰信号变成宽带的低能量信号，以此和还原出的窄带高能量传输信号区别。一、扩频技术一、扩频技术第14页/共46页二、二、802.
6、11 FHSS802.11 FHSS若干信道构成跳频集。若干信道构成跳频集。任何时间只使用其中一个信道。任何时间只使用其中一个信道。用调频模式控制信道使用顺序。用调频模式控制信道使用顺序。发送和接收端必须同步。发送和接收端必须同步。第15页/共46页二、二、802.11 FHSS802.11 FHSS每个信道的带宽1MHz1MHz。确定最大码元传输速率1M1M波特。传输速率波特每码元二进制位数。调制技术确定每码元二进制位数。2GFSK2GFSK：每码元1 1位二进制数，4GFSK4GFSK：每码元2 2位二进制数4GFSK4GFSK调制过程调制过程第16页/共46页三、三、802.11 DHS
7、S802.11 DHSS1111个信道，信道带宽个信道，信道带宽22MHz22MHz。相邻信道中心频率相差相邻信道中心频率相差5MHz5MHz。频率不重叠的信道只有频率不重叠的信道只有3 3个。个。第17页/共46页三、三、802.11 DHSS802.11 DHSS码元间隔码元间隔1/111/11s s，意味着码元传输速率，意味着码元传输速率11M11M波特。波特。数据传输速率波特数据传输速率波特X X每码元二进制位数。每码元二进制位数。DBPSKDBPSK：每码元：每码元1 1位二进制数，位二进制数，DQPSKDQPSK：每码元：每码元2 2位二进制数。位二进制数。第18页/共46页三、三
8、、802.11 DHSS802.11 DHSS第19页/共46页四、四、802.11b802.11b8 8组信号构成一个码元，码元传输速率组信号构成一个码元，码元传输速率11/811/8波特。波特。数据传输速率波特数据传输速率波特X X每码元二进制位数。每码元二进制位数。容错技术体现在信号集中码元之间的最小距离容错技术体现在信号集中码元之间的最小距离。第20页/共46页五、五、802.11a802.11a子信道带宽子信道带宽312.5KHz312.5KHz，码元传输速率，码元传输速率250K250K波特。波特。第21页/共46页4.3 4.3 无线局域网无线局域网MACMAC层层本讲主要内容M
9、ACMAC帧结构；差错控制和寻址过程；DCFDCF和CSMA/CACSMA/CA。第22页/共46页一、一、MACMAC帧结构帧结构无线局域网MACMAC帧可以和以太网MACMAC帧比较，主要区别在于控制字段，4 4个地址字段和顺序控制字段；无线局域网MACMAC帧分为控制。管理和数据三种类型，这与无线电通信方式有关；由于无线传输的不可靠性，需要在MACMAC层将由同一MACMAC帧封装的数据分片；各个字段的功能在以后的操作过程中详细讨论。第23页/共46页二、差错控制和寻址过程二、差错控制和寻址过程无线电通信由于存在能量损耗、干扰和多径效应的影响，传输可靠性不高，另外由于存在隐蔽站问题，导致
10、发送端无法检测到可能发生的冲突；无线传输媒体两端采用差错控制中的停止等待算法；如果无线传输媒体两端和不是MACMAC帧的源和目的端，MACMAC帧需要多于两个地址。IBSSIBSS中两个终端通信情况中两个终端通信情况BSSBSS中两个终端通信情况中两个终端通信情况第24页/共46页以太网互连多个无线局域网（BSSBSS），APAP作为互连无线局域网和以太网的网桥；由于以太网和无线局域网具有相同的编址结构（MACMAC地址），这种连接方式是最简单的；由于源和目的地址与某一段无线传输媒体的两端地址不同，MACMAC帧经过无线传输媒体时需要三个MACMAC地址。二、差错控制和寻址过程二、差错控制和寻
11、址过程DSDS为以太网时为以太网时ESSESS中两个终端之间通信的情况中两个终端之间通信的情况 第25页/共46页如果分配系统本身是无线传输媒体，则MACMAC帧通过这一段无线传输媒体时需要四个MACMAC地址：源和目的地址，这一段传输媒体的发送和接收端地址；无线局域网多地址结构的主要原因在于MACMAC帧经过每一段无线传输媒体时需要进行确认应答，因此，需要知道这一段无线传输媒体两端的地址，即发送和接收端地址。二、差错控制和寻址过程二、差错控制和寻址过程DSDS为无线传输媒体时为无线传输媒体时ESSESS中两个终端之间通信的情况中两个终端之间通信的情况 第26页/共46页同一BSSBSS内的终
12、端使用相同的信道，这些终端争用公共信道的过程和总线形以太网中终端争用总线过程十分相似；由于存在隐蔽站问题，发送端无法检测出所有可能发生的冲突，冲突检测改为冲突避免；由于无线电通信的不可靠性，无线传输媒体采用停止等待差错控制算法；为了提高通信效率，无线局域网采用自由竞争和信道预留两套机制。三、DCF和CSMA/CA隐蔽站问题隐蔽站问题 第27页/共46页CSMA/CACSMA/CA算法的特点是争用总线，即信道持续空闲DIFSDIFS时间，认为信道空闲；通过NAVNAV预约信道，预留时间通过MACMAC帧中的持续时间字段给出，预约时间内等同于信道忙；在可能存在多个终端同时争用信道的情况下，通过随机
13、产生退避时间，使得各个终端发送数据的时间不同，以此避免冲突发生；终端发送数据的前提是持续DIFSDIFS时间退避时间信道一直空闲。三、DCF和CSMA/CACSMA/CACSMA/CA算法算法第28页/共46页进入退避时间的前提是可能发生多个终端同时发送数据的问题，即冲突；如果终端第一次发送数据时检测到信道空闲且空闲持续DIFSDIFS时间，发生多个终端同时发送数据的前提是多个终端同时检测信道，概率较低，因而无须进入退避时间；如果终端第一次发送数据时检测到信道忙，在等待信道由忙转为空闲的时间内，可能有多个终端开始检测信道，因此，发生冲突的概率较大，需要进入退避时间。三、DCF和CSMA/CA终
14、端检测信道时信道空闲和忙这两种情况终端检测信道时信道空闲和忙这两种情况 第29页/共46页实现终端A A至终端C C，终端B B至APAP的数据传输过程三、DCF和CSMA/CADCFDCF操作过程操作过程第30页/共46页终端A A、B B开始检测信道时，信道为忙，因此，随机选择退避时间；由于终端A A选择的退避时间小于终端B B，终端A A开始发送数据，终端B B停止退避时间，等待信道再次由忙转为空闲；APAP向终端A A发送确认应答采用预留信道功能，预留时间包含在终端A A向APAP发送的MACMAC帧中，这段时间内，其他终端视为信道忙；APAP向终端C C发送数据再次和终端B B争用信
15、道。三、DCF和CSMA/CA第31页/共46页4.4 4.4 无线局域网工作过程无线局域网工作过程本讲主要内容BSSBSS配置信息；同步过程；鉴别过程；建立关联过程。第32页/共46页一、一、BSSBSS配置信息配置信息同一BSSBSS需要配置三组参数服务集标识符（SSIDSSID）；使用的信道；如果采用共享密钥鉴别机制，还需配置密钥。APAP需配置三组参数；终端只需配置SSIDSSID和密钥（如果需要的话），信道通过同步过程确定。第33页/共46页二、同步过程二、同步过程同步过程终端确定和自己SSIDSSID相同，信号强度最大的APAP；确定APAP使用的信道；确定和APAP在物理层标准、
16、传输速率存在交集；确定APAP的MACMAC地址（也称BSSIDBSSID）。第34页/共46页被动同步，逐个信道侦听信标帧；主动同步，逐个信道发送探测请求帧；无论主动，或是被动，都是寻找和自己SSIDSSID相同，信号强度最大的APAP和信道。二、同步过程二、同步过程被动同步被动同步逐个信道侦听信标帧逐个信道侦听信标帧主动同步主动同步逐个信道探测逐个信道探测第35页/共46页三、鉴别过程三、鉴别过程鉴别过程确定终端是否授权；只有授权终端掌握密钥；鉴别过程就是判别终端是否掌握密钥的过程；假定APAP拥有密钥K K，APAP向终端发送明文P P，并用密钥加密P(EP(EK K(P)(P)，终端用
17、自己拥有的密钥K1K1加密P P，Y=EY=EK1K1(P)(P)，如果K1K1等于K K，则Y=EY=EK K(P)(P)。鉴别过程鉴别过程第36页/共46页四、建立关联过程四、建立关联过程允许建立关联的前提是完成同步过程和鉴别过程，APAP具有终端接入需要的资源；一旦成功建立关联，将为终端在关联表中建立一项，其中包含终端MACMAC地址；以后，APAP确定终端是否属于它所服务的BSSBSS的标准就是终端MACMAC地址是否包含在关联表中，APAP只转发源MACMAC地址包含在关联表中的MACMAC帧。建立关联过程建立关联过程第37页/共46页4.5 4.5 无线局域网数据传输过程无线局域网
18、数据传输过程本讲主要内容同一BSSBSS内终端之间数据传输过程；不同BSSBSS终端之间数据传输过程；MACMAC层漫游过程。第38页/共46页一、同一一、同一BSSBSS内终端之间数据传输过程内终端之间数据传输过程终端A A发送数据至终端C C的前提是终端A A和终端C C都已经和APAP建立关联；终端A A和终端C C通过同步过程获取APAP的MACMAC地址。网络结构网络结构第39页/共46页终端A A发送数据给终端C C之前，必须先获取终端C C的MACMAC地址；终端A A至终端C C数据传输路径分为两段：终端A A至APAP和APAP至终端C C；终端A A至APAP，APAP是接
19、收端，APAP至终端C C，APAP是发送端，每一段无线传输路径都需给出该段无线传输路径两端地址。一、同一一、同一BSSBSS内终端之间数据传输过程内终端之间数据传输过程DCFDCF操作过程操作过程第40页/共46页二、不同二、不同BSSBSS终端之间数据传输过程终端之间数据传输过程数据数据ACK数据数据ACK网络结构网络结构终端终端A A首先获取终端首先获取终端I I的的MACMAC地址地址终端终端A A通过通过BSS1BSS1将将MACMAC帧帧发送给发送给AP1AP1AP1AP1确定终端确定终端A A是授权终是授权终端，终端端，终端I I不在不在BSS1BSS1AP1AP1将将MACMA
20、C帧发送给以太帧发送给以太网，以太网完成网，以太网完成MACMAC帧格帧格式转换式转换MACMAC帧在以太网内广播，帧在以太网内广播，到达所有到达所有APAP，AP3AP3确定终确定终端端I I属于属于BSS3BSS3，将，将MACMAC帧帧发送给发送给BSS3BSS3第41页/共46页传输路径分为三段：BSS1BSS1、以太网和BSS3BSS3；终端A A通过同步过程获取AP1AP1的MACMAC地址，并将MACMAC帧发送给AP1AP1；AP1AP1通过检索关联表确认源终端终端A A是授权终端，目的终端终端I I不在BSS1BSS1；以太网以目的终端MACMAC地址MAC IMAC I寻找
21、AP1AP1至AP3AP3的交换路径，如果不存在，则广播；AP3AP3通过检索关联表确定目的终端终端I I在BSS3BSS3。二、不同二、不同BSSBSS终端之间数据传输过程终端之间数据传输过程第42页/共46页三、三、MACMAC层漫游过程层漫游过程无缝漫游是指终端无须中断正在进行的会话可以从一个BSSBSS移动到另一个BSSBSS；MACMAC层漫游指两个BSSBSS属于同一个网络，即由分配系统连接的多个BSSBSS属于同一个网络。终端终端A AMAC AMAC A第43页/共46页当终端A A离开BSS1BSS1往BSS3BSS3移动时，从AP1AP1指定信道接收到的信号的强度越来越弱；
22、终端A A通过主动同步过程，选择AP3AP3，并使用AP3AP3指定的信道，和AP3AP3重新建立关联；终端A A或是通过分离过程解除和AP1AP1之间的关联，或是因为AP1AP1经过规定时间没有接收到终端A A发送的MACMAC帧，自动解除关联。三、三、MACMAC层漫游过程层漫游过程第44页/共46页终端A A从BSS1BSS1移动到BSS3BSS3后，以太网转发表中终端A A对应的交换路径应该改为通往AP3AP3的交换路径；AP3AP3通过终端A A发送的重建关联请求帧获取AP1AP1的地址，通过向AP1AP1发送源MACMAC地址为终端A A地址，目的MACMAC地址为AP1AP1地址的MACMAC帧，改正转发表中MAC AMAC A对应的端口。三、三、MACMAC层漫游过程层漫游过程22第45页/共46页感谢您的观看。第46页/共46页