第7章无线局域网.ppt

X7.1 无线局域网概述无线局域网概述 无线局域网（WLAN）是计算机间的无线通信网络。相比有线通信悠久的历史，无线网络的历史并不长，特别是充分发挥无线通信的“可移动”特点的无线局域网是20世纪90年代以后才出现的事情。7.1.1 无线局域网的发展历史无线局域网的发展历史X7.1 无线局域网概述无线局域网概述7.1.1 无线局域网的发展历史无线局域网的发展历史1985年，美国联邦通信委员会（FCC）授权普通用户可以使用ISM频段，从而把无线局域网推向了商业化。FCC定义的ISM频段为：902928MHz、2.42.4835GHz、5.7255.875GHz三个频段。1996年中国无线电管理委员会开放了2.42.4835GHz频段。ISM频段为无线电网络设备供应商提供了所需的频段，只要发射机功率的带外辐射满足无线电管理机构的要求，则无需提出专门的申请就可使用这些ISM频段。X7.1 无线局域网概述无线局域网概述7.1.1 无线局域网的发展历史无线局域网的发展历史1990年11月，IEEE召开了802.11委员会，开始制定无线局域网标准。IEEE 802.11规范了无线局域网络的媒体访问控制(medium access control，MAC)层和物理(physical，PHY)层。特别是由于实际无线传输的方式不同，IEEE在统一的MAC层下面规范了各种不同实体层，以适应当前的情况及未来的技术发展。1997年6月26日，IEEE 802.11标准制订完成，1997年11月26日正式发布。X7.1 无线局域网概述无线局域网概述7.1.1 无线局域网的发展历史无线局域网的发展历史1999年，IEEE 802.11工作组又批准了IEEE 802.11的两个分支：IEEE 802.11a和IEEE 802.11b。IEEE 802.11b规定采用2.4GHz ISM频段，调制方式采用补偿编码键控（CCK）。它的一个重要特点是，多速率机制的媒体接入控制（MAC）确保当工作站之间距离过长或干扰太大、信噪比低于某一个门限的时候，传输速率能够从11Mb/s自动降低到5.5Mb/s，或者根据直接序列扩频技术调整到2Mb/s和1Mb/s。IEEE 802.11a扩充了无线局域网的物理层，规定该层使用5GHz频段，采用正交频分复用（OFDM）调制数据，传输速率为654Mb/s。X7.1 无线局域网概述无线局域网概述7.1.2 无线局域网的基本特点无线局域网的基本特点1、网络拓扑WLAN中使用的拓扑结构主要有三种形式：点对点型、Hub型和全分布型。2、网络接口一种方法是从物理层接入网络，使用无线信道替代通常的有线信道，而物理层以上各层不变。另一种方法是从数据链路层接入网络。X7.1 无线局域网概述无线局域网概述7.1.2 无线局域网的基本特点无线局域网的基本特点3、传输方式红外(IR)系统、射频(RF)系统ISM频段专用频段；18.82518.875GHz、19.16519.215GHz毫米波频段X7.1 无线局域网概述无线局域网概述7.1.2 无线局域网的基本特点无线局域网的基本特点6、无线局域网的优势和劣势通信范围不受环境条件的限制，拓宽了网络的传输范围可靠性好建网容易，管理方便网络产品昂贵，昂贵的设备增加了组网的成本传输速率慢X7.1 无线局域网概述无线局域网概述7.1.3 无线局域网的组成无线局域网的组成WLAN主要由三部分组成：通信设备、用户终端和支持单元通信设备依据功能可分为4类：无线LAN“固定小区”、无线LAN“移动小区”、无线LAN“桥路器”以及通信保密装置(COMSEC层)。用户终端提供的业务包括电子邮件、数据传送、语音和图像信息网络支持包括本地网络管理和外部接口设备两大部分X7.2 室内电波传播模型室内电波传播模型无线电波的传播效果与特定的场所密切相关，并且会根据地形、工作频率、移动速度、干扰源和其他一些动态因素发生明显的变化无线介质的特性使无线局域网比有线局域网复杂得多，掌握电波传播特性对任何无线网络来说都是提供合理设计、部署和管理策略的基础无线局域网的工作频段属于微波频段，因此无线局域网的数据在室外的传播与微波传播的特性完全相同1、室内电波传播模型、室内电波传播模型X7.2 室内电波传播模型室内电波传播模型WLAN在室内应用时一般覆盖范围在30-100m之间，覆盖全部或者部分建筑物。和传统的无线移动信道相比，室内无线信道的覆盖范围更小，环境变动更大，建筑物内的电波传播要受到建筑物的布置、材料的结构和建筑物类型等多种因素的影响。室内的无线电波传播和室外一样，都有反射、绕射和散射等多种形式，但是条件相差很大。通常将室内信道分为视距（LOS）和非视距（NLOS）两种，并且也不是一成不变的，它将随着环境变化而变化。1、室内电波传播模型、室内电波传播模型X7.2 室内电波传播模型室内电波传播模型L0是第一米路径损耗；d是接收方和发送方之间的距离，单位：m；X是标准方差为的正态随机变量。n是路径损耗指数，它的值取决于周围环境和建筑物类型。1、室内电波传播模型、室内电波传播模型X7.2 室内电波传播模型室内电波传播模型 建筑物楼层间的损耗由建筑物外部面积和材料以及建筑物的类型来决定。甚至建筑物窗口的数量也会影响楼层间的损耗。因此，多楼层损耗模型包括建筑物类型影响以及阻挡物引起的变化。2、多楼层损耗模型、多楼层损耗模型FAF为楼层衰减因子，与具体的环境和工作频率有关X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.1 IEEE 802.11标准概述标准概述IEEE802.11标准的逻辑结构包括逻辑链路控制层(LLC)、媒体访问控制层（MAC）和三种物理层（PHY）中的一个LLCMAC跳频PHY直接序列扩频PHY红外线PHYX7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.1 IEEE 802.11标准概述标准概述（1）媒体访问控制（MAC）层 MAC层在LLC层的支持下为共享介质物理层提供访问控制功能。IEEE 802.11标准MAC层采用CSMA/CA（载波侦听多址接入/冲突避免）协议控制每一个站点的接入。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.1 IEEE 802.11标准概述标准概述（2）物理（PHY）层1992年7月，IEEE802.11工作组决定将无线局域网的工作频率定为2.4GHz的ISM频率，用直接序列扩频(DSSS)和跳频扩频(FHSS)方式传输。1993年3月，IEEE802.11标准委员会接受建议，制定一个直接序列扩频PHY层标准。经过多方讨论，直接序列PHY层规定了两个数据速率：利用差分四相相移键控（DQPSK）调制的2Mb/s。利用差分二相相移键控（DBPSK）调制的1Mb/s。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.1 IEEE 802.11标准概述标准概述（2）物理（PHY）层在DSSS中，将2.4GHz的频谱划分为14个22MHz的信道，邻近的信道互相重叠，在14个信道内，只有3个信道是互相不重叠的，数据就是从这14个频段中的一个进行传送而不需要进行频谱之间的跳跃。IEEE802.11委员会规定跳频PHY层利用GFSK调制，传输的数据速率为1Mb/s。该规定描述了已在美国被确定的79个信道的中心频率。红外线物理层描述了采用波长为850-950nm的红外线进行传输的无线局域网，用于小型设备和低速应用软件。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.2 IEEE 802.11标准的拓扑结构标准的拓扑结构独立基本服务集（independent basic service set，IBSS）网络；基本服务集（basic service set，BSS）网络；扩展服务集（extend service set，ESS）网络；ESS（无线）网络。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.2 IEEE 802.11标准的拓扑结构标准的拓扑结构1、IBSS网络IBSS是一个独立的BSS，它没有接入点作为连接的中心。这种网络又可以叫做对等网（peer to peer）或者自组织网（Ad Hoc）。设备之间都直接通信而不用经过一个无线接入点来和有线网络进行连接。这种结构的优点是网络抗毁性好、组网容易且费用较低。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.2 IEEE 802.11标准的拓扑结构标准的拓扑结构2、BSS网络在BSS网络中，要求有一个无线接入点充当中心站，所有站点对网络的访问均由其控制。这样，当网络业务量增大时网络吞吐性能及网络时延性能的恶化并不剧烈。BSS网络拓扑结构的弱点是抗毁性差，中心点的故障容易导致整个网络瘫痪，并且中心站点的引入增加了网络成本。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.2 IEEE 802.11标准的拓扑结构标准的拓扑结构3、ESS网络为了实现跨越BSS范围，IEEE802.11标准中规定了一个ESS LAN，也称为Intrastructure模式。该配置满足了大小任意、大范围覆盖网络的需要在Infrastructure模式中，无线网络有多个和有线网络连接的无线接入点，还包括一系列无线的终端站。一个ESS是由两个或多个BSS构成的一个单一子网。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.2 IEEE 802.11标准的拓扑结构标准的拓扑结构4、ESS（无线）网络这种方式与ESS网络相似，也是由多个BSS网络组成，所不同的是网络中不是所有的访问节点(AP)都连接在有线网络上，而是存在没有连接在有线网络上的AP。该AP和距离最近的连接在有线网络上的AP通信，进而连接到有线网络上。当一个地区有WLAN的覆盖盲区，且在附近没有有线网络接口时，此时采用无线的ESS网络可以增加覆盖范围。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.3 媒体访问控制层媒体访问控制层1、MAC层功能IEEE802.11无线局域网的所有工作站和访问节点都提供媒体访问控制层（MAC）服务，MAC服务是指同层逻辑链路控制层（LLC）在MAC服务访问节点（SAP）之间交换MAC服务数据单元（MSDU）的能力，包括利用共享无线电波或红外线介质进行MAC服务数据单元的发送。MAC层功能：无线介质访问；网络连接；提供数据验证和保密。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.3 媒体访问控制层媒体访问控制层1、MAC层功能（1）无线介质访问分布式访问方式（DCF）：分布式访问类似于IEEE802.3有线局域网的介质访问控制协议，它采用具有冲突避免的载波侦听多路访问，即CSMA/CA协议。中心网络控制方式（PCF）：中心网络控制方式是一个无竞争访问协议，它是一种基于优先级别的访问，适用于节点安装有点控制器的网络。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.3 媒体访问控制层媒体访问控制层1、MAC层功能（2）网络连接 被动扫描模式:在这种模式下，工作站对每一个信道都进行一段时间的监听，具体时间的长短由channeltime参数确定。该工作站只寻找具有本站希望加入的SSID的信标帧，搜索到这个信标后，继而便分别通过认证和连接过程建立起连接。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.3 媒体访问控制层媒体访问控制层1、MAC层功能（2）网络连接主动扫描模式:在这种模式下，工作站发送包含有该站希望加入的SSID信息的探询（probe）帧，然后开始等待探询响应帧，探询响应帧将标识所需网络的存在。工作站也可以发送广播探询帧，广播探询帧会引起所有包含该站的网络的响应。在物理网络中，访问节点会向所有的探询请求响应。而在独立的BSS网络中，最后生成信标帧的工作站将响应探询请求。X7.3 IEEE 802.11标准标准7.3.3 媒体访问控制层媒体访问控制层1、MAC层功能（3）认证和加密IEEE802.11标准提供两种认证服务，以此来增强网络的安全性：开放系统认证、共享密钥认证。IEEE802.11规范定义了可选的有线等价加密(WEP)，以使无线网络具有和有线网络相同的安全性。X7.3 IEE