电大无线网络技术作业.doc

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1、无线网络技术答题纸 学生姓名： 游艳涛 学生班级： 开放教育11春（专）计算机网络管理班 学生学号： 36 2013年6月（1）无线网络技术经历了几个发展阶段 各阶段的特点是什么？经历了面向终端的计算机网络、计算机计算机网络、开放式标准化网络和网络计算的新时代等4个阶段。面向终端的计算机网络的特点是以单个计算机为中心，连接多个终端，组成一个远程联机系统。只有中心计算机具有自主处理信息的能力。计算机计算机网络的特点是将多台计算机主机通过通信线路互联起来为用户提供服务，这里的多台计算机都有自主处理能力，不存在主从关系。开放式标准化网络的特点是计算机互连，并具有统一的体系结构，遵守统一的国际标准化协

2、议，这样可以使不同的计算机方便地互连在一起。网络计算机的新时代的特点是网络的发展和应用达到了一个非常高的水平，计算机已经进入了以网络为中心的时代，每台计算机必须以某种形式连网，并共享信息或协同工作，否则就无法充分发挥其效用。（2）无线网络技术协议的体协结构，目前最常用的协议时那种？网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。它广泛采用的是国际标准化组织（ISO）在1979年提出的开放系统互连（OSI-Open System Interconnection)的参考模型。第一层：物理层（PhysicalLayer)规定通信设备的机械的、电气的、功能的和规程

3、的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。具体地讲，机械特性规定了网络连接时所需接插件的规格尺寸、引脚数量和排列情况等；电气特性规定了在物理连接上传输bit流时线路上信号电平的大小、阻抗匹配、传输速率距离限制等；功能特性是指对各个信号先分配确切的信号含义，即定义了DTE和DCE之间各个线路的功能；规程特性定义了利用信号线进行bit流传输的一组操作规程，是指在物理连接的建立、维护、交换信息时，DTE和DCE双方在各电路上的动作系列。在这一层，数据的单位称为比特（bit）。OSI七层模型物理层的主要设备：中继器、集线器。第二层：数据链路层（DataLinkLayer)在物理层提供比特流服务的基础上

4、，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。在这一层，数据的单位称为帧（frame）。数据链路层主要设备：二层交换机、网桥第三层：网络层(Network layer)在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息- -源站

5、点和目的站点地址的网络地址。如果你在谈论一个IP地址，那么你是在处理第3层的问题，这是“数据包”问题，而不是第2层的“帧”。IP是第3层问题的一部分，此外还有一些路由协议和地址解析协议（ARP）。有关路由的一切事情都在第3层处理。地址解析和路由是3层的重要目的。网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。在这一层，数据的单位称为数据包（packet）。网络层协议的代表包括：IP、IPX、RIP、ARP、RARP、OSPF等。网络层主要设备：路由器第四层：传输层(Transport layer)第4层的数据单元也称作处理信息的传输层(Transport layer)。但是，当你谈论TCP等具体的协

6、议时又有特殊的叫法，TCP的数据单元称为段（segments）而UDP协议的数据单元称为“数据报（datagrams）”。这个层负责获取全部信息，因此，它必须跟踪数据单元碎片、乱序到达的数据包和其它在传输过程中可能发生的危险。第4层为上层提供端到端（最终用户到最终用户）的透明的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。传输层协议的代表包括：TCP、UDP、SPX等。第五层：会话层(Session layer)这一层也可以称为会晤层或对话层，在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。会话层不参与具体的传输，它提供包括访问

7、验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。第六层：表示层(Presentation layer)这一层主要解决用户信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩， 加密和解密等工作都由表示层负责。例如图像格式的显示，就是由位于表示层的协议来支持。第七层：应用层(Application layer)应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。应用层协议的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。（3）什么是MIMO和

8、NS2？各具有什么功能？MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)系统是一项运用于802.11n的核心技术。802.11n是IEEE继802.11bag后全新的无线局域网技术，速度可达600Mbps。同时，专有MIMO技术可改进已有802.11a/b/g网络的性能。该技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-Input Single-Output)系统，MIMO还可以包括SIMO(Single-Input Multi-ple-Output)系统和MISO(Multiple-

9、Input Single-Output)系统。MIMO的优点是能够增加无线范围并提高性能。连接到老的802.11g接入点的802.11n站点能够以更高的速度连接到更远的距离。例如，如果使用老站点，从25英尺的距离连接到接入点的速度是1Mbps；而使用802.11nMIMO时站点的速度为2Mbps。增加到2Mbps的范围，允许用户在更远的距离保持连接。无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。使用单输入单输出（SISO）的当前或老系统一次只能发送或接收一个空间流。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流。它允许天线同时传送和接收。老接入点到老客户端-只发送和接收一个空

10、间流MIMO接入点到MIMO客户端-同时发送和接收多个空间流可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。ML算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。ZF算法简单容易实现，但是对信道的

11、信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是BLAST算法。该算法实际上是使用ZF算法加上干扰删除技术得出的。目前MIMO技术领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。NS2是指 Network Simulator version 2，NS（Network Simulator） 是一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台，研究人员使用它可以很容易的进行网络技术的开发，而且发展到今天，它所包含的模块几乎涉及到了网络技术的所有方面。所以，NS成了目前学术界广泛使用的一种网络模拟软件

12、。此外，NS也可作为一种辅助教学的工具，已被广泛应用在了网络技术的教学方面。因此，目前在学术界和教育界，有大量的人正在使用或试图使用NS。NS2仿真器封装了许多功能模块，最基本的是节点、链路、代理、数据包格式等等，下面分别来介绍一下各个模块。1事件调度器：目前NS2提供了四种具有不同数据结构的调度器，分别是链表、堆、日历表和实时调度器。2节点（node）：是由TclObject对象组成的复合组件，在NS2中可以表示端节点和路由器。3链路（link）：由多个组件复合而成，用来连接网络节点。所有的链路都是以队列的形式来管理分组的到达、离开和丢弃。4代理（agent）：负责网络层分组的产生和接收，也

13、可以用在各个层次的协议实现中。每个agent连接到一个网络节点上，由该节点给它分配一个端口号。5包（packet）：由头部和数据两部分组成。一般情况下，packet只有头部、没有数据部分。（4）无线网络安全威胁有哪些七大无线网络安全威胁(1)信息重放：在没有足够的安全防范措施的情况下，是很容易受到利用非法AP进行的中间人欺骗攻击。对于这种攻击行为，即使采用了VPN等保护措施也难以避免。中间人攻击则对授权客户端和AP进行双重欺骗，进而对信息进行窃取和篡改。(2)WEP破解：现在互联网上已经很普遍的存在着一些非法程序，能够捕捉位于AP信号覆盖区域内的数据包，收集到足够的WEP弱密钥加密的包，并进行

14、分析以恢复WEP密钥。根据监听无线通信的机器速度、WLAN内发射信号的无线主机数量，最快可以在两个小时内攻破WEP密钥。(3)网络窃听：一般说来，大多数网络通信都是以明文(非加密)格式出现的，这就会使处于无线信号覆盖范围之内的攻击者可以乘机监视并破解(读取)通信。由于入侵者无需将窃听或分析设备物理地接入被窃听的网络，所以，这种无线网络安全威胁已经成为无线局域网面临的最大问题之一。(4)假冒攻击：某个实体假装成另外一个实体访问无线网络，即所谓的假冒攻击。这是侵入某个安全防线的最为通用的方法。在无线网络中，移动站与网络控制中心及其它移动站之间不存在任何固定的物理链接，移动站必须通过无线信道传输其身

15、份信息，身份信息在无线信道中传输时可能被窃听，当攻击者截获一合法用户的身份信息时，可利用该用户的身份侵入网络，这就是所谓的身份假冒攻击。(5)MAC地址欺骗：通过网络窃听工具获取数据，从而进一步获得AP允许通信的静态地址池，这样不法之徒就能利用MAC地址伪装等手段合理接入网络。(6)拒绝服务：攻击者可能对AP进行泛洪攻击，使AP拒绝服务，这是一种后果最为严重的攻击方式。此外，对移动模式内的某个节点进行攻击，让它不停地提供服务或进行数据包转发，使其能源耗尽而不能继续工作，通常也称为能源消耗攻击。(7)服务后抵赖：服务后抵赖是指交易双方中的一方在交易完成后否认其参与了此次交易。这种无线网络安全威胁

16、在电子商务中常见。论文：无线网络技术发展现状和未来发展趋势前言随着信息技术与信息产业飞速发展,人们对网络通信的要求也不断提高,无线电技术能实现远距离的通信,即使在室内或相距咫尺的地方, 无线电也可发挥巨大作用。于是无线网络技术随之应运而生, 它克服了传统网络技术的不足, 真正体现了5W的要求。由于网络一般分为局域网和广域网（即因特网）两种,但本文将着重对局域网部分进行阐述。无线网络技术主要包括IEEE802. 11、Hiper2.LAN2 、HomeRF、蓝牙等。它使人们彻底摆脱了线缆的束缚,在整个区域内实现随时随地的无线连接。发展现状1、无线局域网所采用的技术无线局域网（wireless l

17、ocal-aero network,简称wlan）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。通俗点说,无线局域网就是在不采用传统电缆线的同时提供传统有线局域网的所有功能。网络所需的基础设施不需要再埋在地下或隐藏在墙里，网络却能够随着你的需要移动或变化。1.1无线局域网的优势无线局域网技术具有传统局域网无法比拟的灵活性。无线局域网的通信范围不受环境条件的限制，网络的传输范围大大拓宽，两个站点间的最大传输范围目前可达到50公里。此外,无线局域网的抗干扰性强,网络保密性好, 对于有线局域网中的诸多安全问题,在无线局域网中基本上可以避免。而且相对于有线网络,无线局域网的组建,配置和维护较为容易,一般计算

18、机工作人员都可以胜任网络的管理工作。2.2 无线局域网的技术分析无线局域网的基础还是传统的有线局域网, 是有线局域网的扩展和替换。它只是在有线局域网的基础上通过无线HUB,无线访问节点(AP),无线网桥,无线网卡等设备使无线通信得以实现。与有线网络一样,无线局域网同样也需要传送介质。 只是无线局域网采用的传输媒体不是双绞线或者光纤, 而是红外线(IR),或者无线电波(RF)，微波。以无线电波（RF）使用居多。红外线局域网采用小于1微米波长的红外线作为传输媒体,有较强的方向性。它采用低于可见光的部分频谱作为传输介质，红外线辐射的电磁频率范围在可见光和微波之间，激光和微波激射都可以发出单色的红外线

19、，这些是不可见的。但它们同无线电和微波一样，可以不需要空气介质就能传播。而且使用不受无线电管理部门的限制。红外信号要求视距传输。并且窃听困难。对邻近区域的类似系统也不会产生干扰。红外无线lan是目前100mbit/s以上,性能价格比高的网络唯一可行的选择。采用无线电波作为无线局域网的传输介质是目前应用最多的。这主要是因为无线电波的覆盖范围较广,应用较广泛。 使用扩频方式通信时, 特别是直接序列扩频调制方法因发射功率低于自然的背景噪声,具有很强的抗干扰抗噪声能力,抗衰落能力.这一方面使通信非常安全。基本避免了通信信号的偷听和窃取。具有很高的可用性。另一方面无线局域使用的频段主要是s频段(2.4G

20、HZ-2.483GHZ)这个频段也叫:ISM(Industrial、Scientific及Medical)即工业科学医疗频段。该频段属于工业自由辐射频段,不会对人体健康造成伤害。所以无线电波成为无线局域网最常用的无线传输媒体。微波具有短的波长和很高的频率，象其它电磁波一样，微波可以通过空间进行扩散和传播，在局域网应用中，这些微波必须使用天线定向或引导才能进行传输。由于微波的频率很高，所以它能用从发射机天线到接收机天线很窄的波束准确地定向。微波技术解决了红外线技术只能在可视距离内传输的问题，所提供的带宽超过红外线和扩频通信的带宽。由于具有很高的频率，应此能承载更多的信息。3、无线局域网的主要协议

21、标准 无线接入技术区别于有线接入的特点之一就是标准不统一。不同的标准有不同的应用。目前比较流行的有：IEEE802.11标准，蓝牙（BLUETOOTH）标准以及家庭网络(HOMERF)标准。3.1 IEEE 802.11标准IEEE 802.11 无线局域网标准的制定是无线网络技术发展的一个里程碑。IEEE 802.11 标准的颁布,使得无线局域网在各种有移动要求的环境中被广泛接受。它是无线局域网目前最常用的传输协议。由于IEEE 802.11的传输速率最高只能达到2mbps。在传输速率上不能满足人们的需要。因此IEEE小组又相继推出了IEEE 802.11a 和IEEE 802.11b 两个

22、新标准。 IEEE 802.11b 标准采用一种新的调制技术,传输速率最大可达到11mbps。而IEEE 802.11a标准的传输速度可达25Mbps。3.2 实现IEEE802.11WLAN的关键技术CSMA/CA IEEE802.11不采用有线网络中的带碰撞检测的载波监听的多址接入（CSMA/CD）技术，而采用了带碰撞避免的载波监听多址接入技术（CSMA/CA），它是WLAN MAC层最基本的接入方法。是分布协调功能（DCF）的基础。下图所示的是信号的发送流程： CSMA/CA的信号发送流程具体描述如下：某工作（STA）站在发送信息之前，检测信道是否空闲以及空闲的时间是否大于IEEE802

23、.11规定的帧间隔时间-IFS。如果否，该STA就延迟接入，直到当前的传输结束。之后，也就是一次成功的传输刚结束，这时碰撞发生率最高，因为所有的STA都延迟等待这一时刻的到来，为进一步减少碰撞，STA选择随机退避（BACKOFFTIME）再次延迟接入。在检测信道的同时倒数BACKOFFTIME计数器，直到其值为0。这时，如果其它的BACKOFFTIME计时器的数值更短，它就赢得了信道的占用权。其他的STA检测到信道忙，只有再次延迟接入。否则，如果信道空闲，则发送信息。1其中,工作站检测信道是否空闲有2 种方法:虚拟载波检测和物理载波检测。前者由代表将来信道占用情况的信息来完成,一种方法是在信息

24、数据传输前交换RTS/CTS 帧,即下文要讲述的4 次握手协议。RTS/CTS 帧包含DurationPID 域,它定义了下一时刻信道空闲时间间隔, 这就是网络分配矢量(NAV) ,它宣布了将来信道占用的情况。另一种方法是由点对点发送帧的DurationPID 域来确定;后者通过接收信号的能量强弱来确定,每当信道由空闲转为忙或由忙转为空闲时,物理层子层都产生一种基单元- PHY- CCA. indication(STATE) ,它有2 个参数值:BUSY和IDLE。当物理子层检测到信道忙,其值为BUSY,反之,为IDLE1。5IEEE802. 11 对Backoff Time 的确定专门规定了

25、计算方程:5Backoff Time = Random () 3 aSlotTimePHY 子层的服务基单元- PLME CHARAC-TERISTICS 提供了很多PHY 子层特征值, aCWmin、aCWmax、aSlotTime 就是其中的3 个,在DSSS WLAN中分别为31 、1023、20m。其中,Random() 是均匀分布于0 ,CW中的随机整数,竞争窗口CW 介于aCWmin 和aCWmax 之间。CW 参数的初始值取为aC-Wmin ,每次不成功发送,CW值都双倍增加,直到aC-Wmax。这提高了重负荷条件下接口协议的稳定性。四次握手协议IEEE 802. 11 在CSM

26、A/CA 的基础上提供了确认帧ACK(Acknowlegement) ,保证在MAC 层对帧丢失予以检测并重新发送。为了进一步避免碰撞,解决隐藏终端问题,又加入了RTS/CTS + ACK协议。工作站在发送信息之前先发送一“发送请求”控制包,即RTS 给目的站。如果信道空闲,目的站回发一“发送响应”控制包,即CTS ,如果检信道忙,不发送CTS ,这样可避免不同工作站同时向同一目的站发送信息。如果源站收到CTS 帧,证明信道空闲,它就可以继续发送有用数据(DATA) 。如果该DATA 需要,目的站在成功接收后,经过最短帧间隔时间后就回发确认帧(ACK) ,如果在规定的时间间隔后,源站未能收到A

27、CK,那么它就可判断出信息发送失败,可根据需要重发,这样可避免信息丢失。1下图显示出了Src (源站) 和Dest (目的站) 之间通信的过程,以及其它站点设置NAV 的情况。1四次握手协议的时序图蓝牙(bluetooth)蓝牙(IEEE 802.15)是一项最新标准。对于802.11来说,它的出现不是为了竞争而是相互补充蓝牙”是一种极其先进的大容量近距离无线数字通信的技术标准。 其目标是实现最高数据传输速度1Mbps（有效传输速率为72kbps)。最大传输距离10厘米-10米。通过增加发射功率可达到100米.蓝牙比IEEE 802.11更具移动性。比如IEEE 802.11 限制在办公室和校

28、园内,而蓝牙却能把一个设备连接LAN(局域网),WAN(广域网)。甚至支持全球漫游。此外,蓝牙成本低,体积小,可用于更多的设备。”蓝牙”最大的优势还在于,在更新网络骨干时,如果搭配”蓝牙”架构进行。使用整体网路的成本肯定比铺设线缆低。红外线技术IEEE802. 11 标准有3 种物理层规范,其中之一是红外线局域网,其它两种是采用扩频技术的局域网。红外线系统采用低于可见光的频率来传输数据。波长介于850 nm 和950 nm 之间、不能穿透不透明的物体,支持12 Mbps 的数据速率,适于近距离通信。目前,红外线技术已很少使用,扩频技术已成为WLAN 技术的发展主流。网络拓扑结构无线局域网的扩扑

29、结构可归结为两类：无中心或对等式（Peer to Peer）拓扑和有中心（HUB-Based）拓扑。 无线局域网的结构 无线局域网的结构分为室内和室外两种类型。无线局域网在室外主要有点对点型，点对多型，多点对点型和混合型；在室内主要有独立的无线网络和非独立的无线局域网。网络接口一般来讲，网络接口可以选择在OSI参考模型的物理层或数据链路层或从数据链路层接入网络。目前，大部分无线局域网厂商都采用数据链路层接口方法。无线局域网设备的种类要组建无线局域网，必须要有相应的无线网设备，这些设备主要包括：无线网卡wnic，无线访问接入点AP，无线路由器（WIRELESS ROUTE），无线hub和无线网桥

30、。几乎所有的无线网络产品中都自含无线发射/接收功能；且通常是一机多用。发展趋势未来发展前景 首先随着3G上网卡的普及，选择直接采用无线上网卡接入互联网的用户越来越多。随着3G进一步成熟，全球将有八成用户采用无线方式接入宽带互联网。不过由于受多种因素，特别是频谱资源的约束，未来无线接入宽带互联网始终难以超越以固网实现宽带上网的用户数。主要有以下几个阻碍因素，却对未来发展的影响程度：移动电话替代固定电话的现象早已为人们所熟悉。由于3G上网速度越来越快，以无线接入方式替代有线宽带互联网的现象亦开始出现。随着全球电信运营商都开始启动从3G向4G的演进，无线上网的速度越来越快。比如根据爱立信在实验室环境测试的LTE技术，其下行峰值速率超过150Mbps，上行峰值速度超过40Mbps。由于高速无线接入速度追上甚至抛离同期固网宽带，再加上在广袤的农村地区，铺设无线网络显然比拉固网网线来得经济实惠，以致无线接入互联网大量取代有线方式接入互联网成为了可能。此外爱立信还乐观地预测，在不久的将来，物联网就会正式实现。超过500亿的终端将通过无线方式连接在一起。但无线上网要全面普及，还需克服某些技术障碍。