第1章-第2讲 无线局域网络.ppt

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1、1.2 无线局域网无线局域网一、概述一、概述无线局域网的发展经历了四代:(1)第一代无线局域网:1985年，FCC颁布的电波法规为无线局域网的发展扫清了道路。(2)第二代无线局域网：基于IEEE 802.11标准的无线局域网(3)第三、四代无线局域网：符合IEEE 802.11b标准的产品已经较为普及，归为第三代无线局域网产品；而将符合IEEE 802.11a、HiperLAN2和IEEE 802.11g标准的产品称为第四代无线局域网产品。二、无线局域网简介二、无线局域网简介（一）基本术语（一）基本术语工作站（工作站（stationstation，STASTA）工作可以被理解为在无线局域网中的

2、每一台终端设备。无论这些工作站是移动的、便携式的还是固定的，在无线局域网中都可以将其称为一个工作站。是无线局域网最基本的组成单元，一般来说包括三个方面，终端用户设备，无线网络接口和网络软件。接入点（接入点（Access point,AP Access point,AP ）接入点所指的是一个与有线网络进行连接的设备，接入点可以是用来接收数据并且能够将数据发送到无线网卡，接入点也可以实现无线网络的基础站点和网桥功能。从本质上讲，接入点也是一个工作站，只不过接入点的功能除了作为一个普通工作站以外还具有提供分布服务功能。基本服务集（基本服务集（basic service setbasic servic

3、e set，BSSBSS）基本服务集是指由两个或者更多个工作站进行通信的时候，由这些工作站所组成的集合。简而言之，基本服务集就是由工作站和接入点所组成的无线局域网 服务集标识服务集标识(service set identifier,SSI)(service set identifier,SSI)服务集标识是用来在无线局域网中对接入点进行标识的唯一标记，在无线局域网中每个接入点都需要分配一个唯一标识符，以实现通信和转发的功能。对等模式（对等模式（Peer-to-Peer modePeer-to-Peer mode）对等模式是指无线局域网中的一种通信方式。在这种无线局域网通信模式中，无线工作站不需

4、要使用接入点就能够直接进行相互之间的通信，这种模式也称作Ad-Hoc模式。(6)(6)基础结构模式（基础结构模式（Infrastructure modeInfrastructure mode）基础结构模式的无线局域网是由无线工作站和接入点共同组成的无线局域网模式，它与对等模式是相互对应的，在这种结构中，由接入点负责中继并与有线网络信息共享，也称作基本服务集模式。BSA1BSA2AP1MS11MS12MS13AP2MS21MS23BSA3AP3MS33MS32MS31基本服务区（BSA）：20200米扩展服务区（ESA）：最大几千米无线局域网的组成示意图无线局域网的组成示意图每一个小区称作一个基

5、本服务区（BSA），区内的构件称为基本服务集（BSS）。若干个通过有线骨干网桥接的基本服务区（BSA）构成一个扩展服务区（ESA），），ESA内的构件称为扩展服务集（ESS）。）。（二）（二）无线局域网的组成无线局域网的组成n从物理拓扑分类看:单小区网IBSS和多小区网ESSn从逻辑上看:对等式、基础结构式和线型、星型、环型 n从控制方式方面来看:无中心分布式、有中心集中控制式n从与外网的连接性来看：独立WLAN和非独立WLAN 第一类，单小区无线局域网（第一类，单小区无线局域网（IBSS网络网络）IBSS称为独立基本服务集一个基本服务集的服务区域称为一个基本服务区（BSA），BSA是构成无线

6、局域网的最小单元，类似于蜂窝电话网的小区，其组网构成方式有以下三种：无中心分布对等方式有中心集中控制方式混合方式LMS1MS2MS3(1)无中心分布对等组网方式无中心分布对等组网方式在分布式对等组网方式无需设中心转接站。BSA中任意两点可直接通信，MAC控制功能由各站分布式管理。选用CSMA/CA，网上各站点共享一个无线广播信道。在分布式对等组网方式特点是结构简单，建网容易，维护方便，且由于采用分布式控制，某一站点的故障不会影响整个BSA中其它站的运行。(2)有中心集中控制组网方式有中心集中控制组网方式LLMS1MS2中心站中心站(CS)在集中控制组网方式下，由于信道资源的分配、MAC控制都采

7、用集中控制方式，中心站可根据网内业务量的具体情况改变控制策略及参数，使网络性能（吞吐量、延迟等）趋于最佳，信道利用率可大大提高。另外，该方式下的中心站还起信号中继作用，可有效延长网内移动站间的通信距离。这种方式的主要缺点是中心站的引入使得BSA结构复杂，且中心站的故障会导致全网工作瘫痪。在集中控制组网方式下，BSA内须设置一个中心控制站点来完成MAC控制及信道分配等功能。网中的各站点在中心站点的协调下与其它站点通信。(3)混合组网方式混合组网方式LMS1MS2中心站中心站(CS)混合组网方式是分布式与集中式的结合方式。该方式下，BSA中任两站之间仍能直接通信。网内设有中心站，但该中心站仅用来完

8、成特定情况下的管理及部分无线信道的资源分配控制。第二类，多小区无线局域网（第二类，多小区无线局域网（ESS网络）网络）BSS1BSS2有线骨干网有线骨干网DistributionSystemAPAPESS网络结构示意图网络结构示意图若干个独立结构的BSS网络经接入点AP通过有线骨干网与其它BSS网络相连，便构成多小区的无线局域网络，即ESS网络。扩大了通信范围，通信距离可达到几km。部分重叠BSS：这类配置在一个已定义区域内提供邻接覆盖。自然分离BSS：对这种情况，配置不提供邻接覆盖。IEEE802.11没有指定BSS间距离的限制。自然配置BSS：这对于提供一个冗余的或高操作性的网络是必要的。

9、（1）同一逻辑网段的多小区无线局域网同一逻辑网段的多小区无线局域网BSA1MS11AP1MS12MS13BSA2MS21MS21AP2MS23MS24固定站 固定站 服务器 固定站 其它局域网或广域网路由器IEEE802.11标准支持同一逻辑网段上若干BSA构成的多小区无线局域网(ESS网络)。既是说在多个BSA构成的ESA区域内，站可以任意移动。当BSA1中的移动站MS11、MS12和MS13当移动到AP2所在小区BSA2时（这种移动常称为“散步”），仍和在原来小区一样，保持与整个网络的联系，且不失透明性。对散步的处理，主要是一个越区切换问题，AP负责来完成。散步(2).(2).不同逻辑网段

10、的多小区无线连网不同逻辑网段的多小区无线连网FDDI有有 线线 骨骨 干干网网BSA1MS11MS12AP1BSA2MS21APMS22路由器路由器路由器路由器总线以太网广域互连网一个BSA内的移动站移动到另一个BSA时，由于跨越了不同的IP子网，仅仅靠AP的越区切换是远远不够的，这种移动常称为“漫游”。“漫游”涉及到IP子网间的数据交换，需要更高层次（网络层）的处理，一般还须有类似有线网路由器的漫游管理路由器（RSR）。漫游（1）无线局域网络的协议标准无线局域网络的协议标准和其它有线局域网的协议标准一样，和其它有线局域网的协议标准一样，IEEE802.11标准称为标准称为IEEE无无线局域网

11、（线局域网（WLAN）介质访问控制和物理层规范。由无线网卡和接入点介质访问控制和物理层规范。由无线网卡和接入点（AP）提供标准的功能。提供标准的功能。IEEE802.11标准的典型特征包括：支持异步和时限业务。满足802.1、802.2及802.10规范的功能条件。适应1Mb/s和2Mb/s的数据传输速率。分组丢失率不大于410-5的传输可靠性。支持多点（包括广播）传送服务。提供登录、认证与网络管理服务。支持象银行、商店、医院之类的室内应用和象校园、停车场之类的室外应用。支持同小区两站点直接通信。支持同一逻辑网段（如以太网）内跨小区移动并连续服务。提供电源管理、网络安全管理服务。三、三、无线局

12、域网络的标准无线局域网络的标准（1）无线局域网络的协议标准（续）无线局域网络的协议标准（续）无线局域网的标准近年来一直在不断地修订和完善中。1999年8月，IEEE 802.11标准增加了两项内容，一是IEEE 802.11a，传输速率为6Mbps54Mbps，支持语音、数据、图像业务。另一种是IEEE802.11b标准，该标准可提供11Mbps的数据速率，大约是原来IEEE标准无线局域网速度的5倍。继IEEE802.11a和IEEE802.11b标准颁布后，IEEE又相继成立：802.11d工作组-当前标准无法提供服务的802.11WLAN设备开发。802.11f工作组：开发内部接入点协议，

13、主要针对目前不同厂家制造的接入点之间禁止漫游的限制问题。802.11g工作组：研究在2.4GHz无线频谱内推进更高的数据传输率。802.11h工作组：为IEEE80.211a标准开发欧洲使用的频谱和功率管理扩充。（2）初始的）初始的IEEE 802.11物理层物理层n工作在2.4GHz的ISM波段上的直接序列扩频,数据速率为1Mb/s和2Mb/s。n工作在2.4GHz的ISM波段上的跳频扩频，数据速率为1Mb/s和2Mb/s。n工作在波长介于850nrn950nm的红外波段上，其数据速率为1Mb/s和2Mb/s。IEEE 802.11gnIEEE 802.11g将802.11b的数据率扩展到2

14、0Mb/s以上，达到54Mb/s。n与802.11b相同，802.11g操作在2.4GHz范围内，因而二者是兼容的。n该标准的设计使得802.11b的设备在连接到一个802.11g的AP上时仍能工作，802.11g的设备连接到一个802.11b的AP上时也仍能工作。这两种情况下都使用较低的802.11b的数据率。无线局域网关注点无线局域网关注点 802.11无管理MAC认证、WEP加密无漫游低速无线接入802.11a/b 简单配置管理WPA认证TKIP加密L2漫游无线数据接入802.11g802.11g集中管理、射集中管理、射频环境管理频环境管理WPAWPA认证认证802.11i802.11i

15、加密加密L2 L2、L3 L3漫游漫游语音、数据、语音、数据、视频无线接入视频无线接入802.11n更强大的全网管理动态认证安全接入任意位置接入综合业务的无线承载作为有线的简单补充，实现无线基本接入功能1998年2000年2004年未来2M54/11M54M54M600M主要的接入层技术之一，扩展丰富增值业务功能：带宽、管理、安全、漫游、增值：带宽、管理、安全、漫游、增值规模应用四、四、无线局域网的通信方式无线局域网的通信方式 IEEE802.11无线局域网标准的物理层协议建议了无线局域网标准的物理层协议建议了三种实现方式，分别是无线电波方式下的直接序列扩三种实现方式，分别是无线电波方式下的直

16、接序列扩频（频（DSSS）、跳频扩频（）、跳频扩频（FHSS）和红外线（）和红外线（IR）方）方式，在式，在2.4GHz波段（全球统一的波段（全球统一的ISM波段）上进行操波段）上进行操作。作。（1）红外线方式红外线方式利用红外线作为传输媒体在家用电器遥控中很常见，作为无线局域网的一种无线传媒，它不受无线电波干扰，不受无线电管理部门限制，无需申请波段。但红外线方式具有一定方向性，对非透明物体的穿透能力差，传输距离不能太远，一般在几米到几十米。红外线（IR）物理层描述了一种在850到950nM波段运行的调制类型。这种红外线介质的基本数据速率是利用十六进制脉冲位置调制（16PPM）的1Mbit/s

17、速率和利用四进制脉冲位置调制（4PPM）的2Mbit/s增强速率。基于红外线设备的峰值功率被限定为2W。（2）扩展频谱方式扩展频谱方式基带信号射频调制发射扩展频谱扩展频谱方式也是利用无线电波作为传输媒体的一种传输信号形成方式。它是在将基带数字序列信号进行射频调制之前，先进行频谱的扩展。扩展频谱过程一般将原基带数字序列信号的频谱扩展几倍到几十倍，经过射频调制后的发射信号的频带宽度也比窄带调制要宽得多。扩展频谱方式可以用比窄带调制方式低得多的信号功率来发送，可在比信号还要强的噪声环境下保证信息的正确接收。扩展频谱方式不怕同频干扰，因此可以在同一频段上靠选择不同的扩频伪随机码（详见第六章）来进行多路

18、复用，这种多路复用称作码分多址（CDMA）。扩展频谱方式使用无须申请许可的ISM（工业，科研，医疗设备）波段。ISM波段：902M928M2.4G2.484G5.725G5.850GDSSS 直接序列扩频直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum，简称，简称DSSS)就是使用具有高就是使用具有高码率的扩频序列，在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解码率的扩频序列，在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。直接序列扩频技术将直接序列扩频技术将2.4Gh

19、z的频宽划分成的频宽划分成14个个22MHz的通道的通道(Channel)，临近的通，临近的通道互相重叠，在道互相重叠，在14个频段内，只有个频段内，只有3个频段是互相不覆盖的，数据就是从这个频段是互相不覆盖的，数据就是从这14个频段个频段中的一个进行传送而不需要进行频道之间的跳跃。中的一个进行传送而不需要进行频道之间的跳跃。跳频扩频跳频扩频(Frequency Hopping Spread Spectrum，简称，简称FHSS)就是载波可以在一个很宽就是载波可以在一个很宽的频带上按照伪随机码的定义从一个频率跳变到另一个频率。的频带上按照伪随机码的定义从一个频率跳变到另一个频率。使用使用FHS

20、S技术，技术，2.4G频道被划分成频道被划分成75个个1MHz的子频道，接受方和发送方协商一个调频的的子频道，接受方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次在模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次在802.11网络上进行的会话都可网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频方式主要是为了避免两个发送端同时采用同一能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频方式主要是为了避免两个发送端同时采用同一个子频段。个子频段。FHSS五、无线局域网的操作过程五、无线局域网的操作过程（1）无线局域网的基本服务）无线局域网的基本服务 无线局域网的基本

21、服务分成两类：一是分发系统的服务，二是工作站的服务。分发系统服务是由分发系统提供，这类服务大部分是由AP呼叫所引起的，AP是唯一同时提供移动终端和分发系统的无线网络组件，也是移动终端和分发系统的桥梁。分发系统提供以下5种服务。1、分发系统服务、分发系统服务 关联服务关联服务 关联服务的主要作用是在移动终端和AP之间建立一个通信连接。有数据要发送时，就启动关联服务。重关联服务重关联服务 重关联服务的主要目的是将一个处于移动过程中的移动终端设备建立与AP之间的连接。当移动终端从一个基本服务集转移到一个服务集的时候，就会启动重关联服务。取消关联服务取消关联服务 取消关联服务指的是取消一个连接或者一个

22、关联。当某一个移动终端传送完数据，或者离开基本服务集或者网络负荷过重，就可以通过启动取消关联服务来终止与AP之间的关联。分发服务分发服务 分发服务主要是在基础结构模式无线局域网中的移动终端设备所使用。当移动终端要传送数据的时候，数据要首先要被传到AP，然后AP利用分发系统将其传送到目的地。集成服务集成服务 集成服务的主要目的就是要让数据能够早分发系统和传统有线局域网之间进行传送。上面这些服务所指的都是分发系统的服务，如果想让数据能够在移动终端之间进行正确的发送和接受，同时又要保证传输数据的安全性的话，无线站点处还必须要包括以下四种服务：鉴权服务鉴权服务 ；去鉴权服务去鉴权服务 加密服务；加密服

23、务；MACMAC数据传输数据传输2、工作站服务、工作站服务（2）无线局域网的操作工过程）无线局域网的操作工过程 WLAN的操作过程可以大体分为两个过程：一个是过程是降工作站加入到BBS；另一个过程是工作站从一个BBS移动到另一个BBS，实现小区的漫游。1.一个工作站访问现存BSS的步骤工作站开机加电处于运行状态 通过主动扫频或者被动扫频获取同步信号,该信号一般来自AP工作站选择接入点工作站和AP之间启动鉴权（验证）操作经过验证后，分发系统启动关联操作，建立AP和工作站之间的映射关系，建立通信连接。2、漫游过程、漫游过程 IEEE802.11无线局域网的每个站点都与一个特定的AP建立联接关系。如果工作站从一个小区切换到另一个小区，我们将这个过程称为漫游过程，包括基本漫游和扩展漫游，基本漫游是指STA的移动局限在一个扩展服务集内部，扩展漫游是指STA从一个扩展服务集的一个BBS移动到另一个扩展服务集的BBS。