无线网络技术第1章绪论.ppt
无线网络技术无线网络技术主讲：何渊淘主讲：何渊淘生活中的无线网络设备本课程所需要提前掌握的知识v计算机网络的基础知识v以太网的MAC，LLC协议，CSMA/CD协议vTCP/IP网络模型和ISO/OSI网络模型v网络模型中各层的作用和功能v网络的各种应用本课程学习目的v无线网络是今后通讯技术发展的趋势v了解各种无线网络技术的特点，例如性能、适用面v能够组建常用的无线网络，并将无线网络应用于项目开发中无线网络的作用v网络技术快速发展，人们对信息需求不断提高，移动计算技术更加得到青睐。v构造无处不在的计算环境，真正实现6A：任何人(anyone)在任何时候(anytime)、任何地点(anywhere)可以采用任何方式(any means)与其他任何人(any other)进行任何通信(anything)。现状v新技术层出不穷、新名词是应接不暇 无线个域网、从无线局域网、无线城域网到无线广域网Ad Hoc网络、无线传感器网络、无线Mesh网络从Wi-Fi、WiMAX从IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16到IEEE802.20从固定宽带无线接入到移动宽带无线接入从蓝牙到红外、HomeRF，从UWB到ZigBee从GSM、GPRS、CDMA到3G、4G教材:无线网络技术导论 汪涛 主编，清华大学出版社，2008.2参考:无线网络技术原理与应用 拉克利 主编，电子工业出版社出版社教学方法v理论方面：掌握主流的无线网络技术的原理和特点了解无线网络的应用和局限性v实践方面：进行无线局域网组网实验考核方法v撰写课程论文，总结自己的学习体会及对无线网络的认识。发挥想象力，对未来的无线网络进行展望。v简单的无线局域网组网实验考核v进行开卷考试，考察学生对基本概念原理的了解章节安排第1章 绪论第2章 无线传输技术基础第3章 无线局域网第4章 无线个域网第5章 无线城域网第6章 无线广域网第7章 移动Ad hoc网络第8章 无线传感器网络第9章 无线Mesh网络40学时理论8学时实践第1章 绪论v11 计算机网络的发展历程v12 无线网络的兴起v13 网络体系结构v14 协议参考模型v15 网络相关的标准化组织11 计算机网络的发展历程v第一阶段：诞生阶段v第二阶段：形成阶段v第三阶段：互联互通阶段v第四阶段：高速网络技术阶段第一阶段：诞生阶段v20世纪50年代中后期，这样就出现了第一代计算机网络v第一代计算机网络都是以单个计算机为中心的远程联机系统v广泛应用于航空和金融系统 第二阶段：形成阶段v20世纪60年代中期至70年代出现，典型代表是美国的ARPANETvIMP为网络的核心v提出资源子网和通信子网的概念第三阶段：互联互通阶段v20世纪70年代末至90年代的第三代计算机网络v典型代表为ISO-OSI/RM和TCP/IPv大量基于TCP/IP的网络产品出现v网络核心已经成为路由器第四阶段：高速网络技术阶段 v20世纪90年代末至今的第四代计算机网络v多媒体计算机出现，用户对带宽需求增大v主干道由光纤网络组成v用户接入技术也有很大的变化v整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网。1.2 无线网络的兴起v无线网络兴起的原因（方便快捷，节省成本）无线网络最大的优点是可以让人们摆脱有线的束缚，更便捷、更自由的沟通。无线网络能大大降低建网成本，特别是边远地区。v无线网络的出现无线网络的历史起源可以追朔到五十年前的第二次世界大战期间(ad-hoc)1971年时，夏威夷大学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ALOHANET，可以算是相当早期的无线局域网络无线网络分类 v从无线网络覆盖范围看系统内部互连/无线个域网无线局域网无线城域网/广域网v从无线网络的应用角度看无线传感器网络无线Mesh网络无线穿戴网络、无线体域网这些网络一般是基于已有的无线网络技术，针对具体的应用而构建的无线网络。系统内部互连/无线个域网 v系统内部互连是指通过短距离的无线电，将一台计算机的各个部件连接起来。v蓝牙(Blue Tooth)是一种典型的短距离无线网络，将这些部件以无线的方式连接起来。v红外、家庭射频和目前最新的Zigbee（紫蜂）、超宽带无线技术UWB都可以用于无线系统内部互连。无线局域网 v无线局域网协议:802.11WLAN，包括802.11a,802.11b,802.11g,Wi-Fiv无线局域网分类。第一类是有固定基础设施的:提供高速互联网接入第二类是无固定基础设施的:自组织网络/移动Ad hoc网络，适用于军事需要无线城域/广域网络 vWiMAX全球微波接入互操作性，基于802.16。v蜂窝电话所使用的无线电网络就是一个低带宽无线系统的例子,例如3G技术。v高带宽广域无线网络正在迅速发展。相应的标准有的已经开发出来，如IEEE 802.16，有的正在制订完善中，如IEEE 802.20。无线传感器网络 无线传感网络(WSN，wireless sensor networks)是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。无线Mesh网络 无线Mesh网络(无线网状网络)是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络，是由移动Ad Hoc网络顺应人们无处不在的Internet接入需求演变而来，被形象称为无线版本的Internet。在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。无线穿戴网络 无线穿戴网络是基于短距离无线通信技术(蓝牙和ZigBee技术等)与可穿戴式计算机(wearcomp)技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网(PAN)。1.3 网络体系结构网络体系结构v计算机分为硬件和软件两部分，二者缺一不可v网络也是由软硬件两部分构成，没有网络软件支持的网络硬件无法真正成为能够向人们提供服务的系统。v网络体系结构研究的对象就是网络软件。v网络软件高度复杂1.3.1 协议分层协议分层v通讯所需要完成的工作数据通路激活网络如何表示接受数据方发起方检查对方是否做好准备对方是否做好文件接受工作格式不兼容的处理出现差错和事故的处理分层设计分层设计v分层设计有效得解决了一个复杂的问题 v网络软件被组织成一堆相互叠加的层，每一层都建立在其下一层的基础之上v每一层对等实体采用协议进行通信v下层通过层间接口为上层提供服务v分层和协议的集合就是网络的体系结构 五层模型实例网络体系结构和协议栈v层和协议的集合就是网络体系结构v一个特定系统所使用的一组协议（每层一个协议）称为协议栈1.3.2 层次设计问题v数据发送方和接受方的标示v数据包可能被破坏，需要差错控制v保证数据包按序接受v快发送方和慢接受方协调速度v分组的最大长度v让多个通讯进程共享一条线路（多路复用）v路由选择1.3.3 服务的类型v面向连接的服务连接就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段，是一种可靠的服务。v无连接服务两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接。是一种不可靠的服务，常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。两种服务类型的具体实现v固定电话网络v因特网（基于邮政系统）两种服务的差别v两种服务的典型实现v通讯节点是否预留资源v数据是否在同一条路径上传输v数据包到达的顺序是否会改变v是否与其他设备共享同一条通讯线路（复用）v资源利用率高还是低v是否能保证服务质量v计费方式的差别 为什么要使用无连接的服务？1.3.4 协议和服务的关系 v什么是实体（通讯实体）？实体是任何可以接受和发送信息的硬件和软件进程实体是特定的软件模块v什么是协议？协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合协议的语法规定交换信息的格式协议的语义规定接受方、发送方的操作v什么是服务？系统中下层为上层软件提供的操作，又称为原语相邻两层的关系哲学家-翻译-秘书结构层级结构的优点v每一层所完成任务较少，容易优化v层之间耦合度小，易于替换v功能进行分割，每层能高效的完成任务邮件收发的过程网络分层的优势v每层针对一个特定的问题，代码量小，易于优化。v层之间关系简介，便于进行复杂功能的实现。v每层向外提供简洁的接口，便于代码复用（面向对象）。1.4 协议参考模型 vISO/OSI模型：法定标准，无人遵守。vTCP/IP模型：事实标准，全球遵守。1.4.1 OSI参考模型 OSI模型每层功能v物理层v数据链路层v网络层v传输层v会话层v表示层v应用层模型中的协议1.4.2 TCP/IP参考模型 比较OSI与TCP/IP模型（1）v两种模型的差别模型和协议栈产生先后顺序不同关于服务、接口、协议明确度不同层间耦合度存在差异层数目不同网络层和传输层支持服务类型不同 比较OSI与TCP/IP模型（2）v为什么TCP/IP获得了成功出现的时机协议的复杂程度协议是否容易实现政策的失误无线网络的协议模型（1）v不同类型的无线网络所重点关注的协议层次是不一样的。v无线局域网、无线个域网和无线城域网一般不存在路由的问题，所以它们没有制定网络层的协议，主要采用传统的网络层的IP协议v无线网络存在共享访问介质的问题，所以和传统有线局域网一样，MAC协议是所有无线网络协议的重点 无线网络的协议模型（2）v无线频谱管理的复杂性，也导致无线网络物理层协议也是一个重点不同国家频谱使用方式不同v对于传输层协议来说，虽然大多数TCP都已经小心地作了优化，而优化的基础是一些假设条件对于有线网络是成立的，但对于无线网络却并不成立滑动窗口，wifi的隐藏站点问题v应用层的协议并不是无线网络的重点，只要支持传统的应用层协议就可以了 1.6 与网络相关的标准化组织 v电信领域中最有影响的组织ITU（国际电信联盟）v国际标准领域中最有影响的组织ISO（国际标准化组织）IEEE（电子电器工程师协会）v Internet标准领域中最有影响的组织IAB（Internet体系结构委员会）IETF（Internet工程任务组）、IRTF（Internet研究任务组）v 标准化不仅仅是技术的问题
