网络技术与应用 第四章 无线局域网组网技术

无线网的传输介质

利用空间无线电波作为传输介质

结点：固定、移动

优势：不需要铺设线缆、安装简单、使用灵活、易于扩展

无线传输与有限传输的主要区别

• 信号衰减变化多样
  • 信号在无线传输介质中衰减速度常常比有限传输介质大
  • 无线信号在穿过不同物体的衰减速度不相同
• 易受干扰
  • 相同频段相互干扰
  • 无线信号更易受电磁噪声干扰
• 具有多径传播的特性
  • 发送方和接收方之间走过的路径不同，接收方收到的叠加信号模糊不清
  • 物体在发送方和接收方之间移动，多径传播对接收信号影响更大

无线传输技术

• 目标：充分利用信道、提高抗干扰能力和可靠性
• 扩频
  • 跳频扩频 FHSS
  • 直接序列扩频 DSSS
• 正交频分复用 OFDM
• 多入多出 MIMO
• 红外 IR：目前很少使用

无线局域网的信道

• 信道：将使用的频带范围划分为多个子频带，这些子频带被称为信道
• 目标：提高通信效率，减少无线局域网之间的相互干扰
• 一个区域内可以部署多个无线局域网
• 每个无线局域网可以采用不同的信道
• 每个无线局域网工作时只能使用一个信道

802.11a和802.11g信道划分

• 2.4~2.485GHz，共85MHz
• 划分为11个信道，有的信道之间存在部分重叠
• 一个区域最多建立3个互不干扰的无线局域网

802.11体系结构

WLAN的基本组成部件

• 无线主机：具备无线局域网接口的、能运行应用程序的系统设备
• 无线访问接入点AP：类似于有限一台主交换机，用于转发无线主机信息，连接分布式系统
• 分布式系统
• 无线传输介质

基本服务集BSS

独立基本服务集IBSS

• IBSS不存在核心结点，各无线结点地位平等，数据传递不需要中间站点转发
• BSSID：IBSS标识符
  • 48位随机数，由IBSS发起者随机选择形成
  • 通信时需携带BSSID，以表明属于哪个IBSS
• 自组无线局域网 Ad Hoc：按IBSS方式组成的无线局域网
• 特点：不需要其它固定设施，可在需要时临时组成，简单、快速、经济
• 适合环境：办公会议、军事、野外作业

带AP的基本服务集

• AP是BSS的中心结点，结点间的信息传递须由AP转发
• BSSID：AP的48位MAC地址，该BSS由AP代表
• 基础设施无线局域网：利用AP组建的无线局域网
• 特点：安全性和可靠性高，可实现无线网络和其它网络的互联
• 适用环境：办公自动化等领域
• 基础设施无线局域网是目前最常见的无线局域网组网模式

扩展服务集

• ESS由多个带有AP的基本服务集通过分布式系统连接而成

• 利用ESS组件的无线局域网是一种基础设施无线局域网

• 如果ESS中BSS的覆盖区域相互交叠，那么无线站点在ESS中移动就不会失去连接

• SSID标识符

  • ASCII字符表示，最长32byte
  • 安装AP时由网络管理员设置

关联与加入

与AP关联

• 安装AP时，管理员配置AP的SSID和AP使用的信道
• 开始运行后，AP周期性地发送信标帧，信标帧包含AP的SSID和MAC地址
• 无线站点扫描所有信道，监听该区域AP发出的信标帧

加入IBSS

• 用户需设置SSID和信道号
• 加入：扫描所有信道，监听信标帧
  • 在一定时间内未收到相同SSID信标帧->该站点为第一个站点，建立和初始化IBSS（选择一个48位随机数作为BSSID，发送信标帧）
  • 监听到相同SSID信标帧->IBSS已存在（保存BSSID值）
• 维护：周期侦听信标帧

介质控制访问方法和帧结构

介质访问控制方法CSMA/CA

• 无线局域网设计借鉴了有限以太网设计成功之处
  • 相同：结点发送前侦听信道，忙则等待
  • 不同：采用的是冲突避免（CA）而不是冲突检测
• 为什么不采用冲突检测（CD）：实现冲突检测能力的网卡代价很大
• 为何需要确认：不能检测冲突，不知信息是否正确到达

RTS和CTS

• 引入：发送结点不侦听信道，不检测冲突；如过冲突帧很长影响信道利用率

• RTS和CTS机制

  • RTS和CTS的帧长度很短，期中携带信号预约时间，用于通知其他结点在预约时间内不会占用该信道
  • 发送数据前，发送结点先发RTS，收到RTS后，目标结点回送CTS；收到CTS后再预约时间内发送2正式数据
  • 即使RTS CTS帧冲突，也不会占用太长时间信道

• RTS CTS机制同时解决了隐藏终端的问题

802.11帧格式

比以太网帧格式复杂得多