无线局域网WLAN

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,8.1 无线局域网,WLAN,WLAN (Wireless Local Area Network ),是指传输范围在 100米左右的无线网络，它的推动联盟为,Wi-Fi Alliance （,目前都以,Wi-Fi,产品的称呼来形容 802.11 的产品），可用于单一建筑物或办公室之内，需要使用,WLAN,的场合主要包括：,(1)不方便架设有线网络的环境;,(2)使用者时常需要移动位置;,(3)临时性的网络。,802.11 WLAN,主要面向两种应用类型：,(1),接入：无线站点通过无线接入设备访问企业网络,(2),中继：利用无线信道作为企业网的干线，用于大楼(,LAN),与大,楼(,LAN),之间的数据传输,WLAN,协议 -,IEEE 802.11,在实际使用上，通常会将,WLAN,和现有的有线局域网结合，不但增加原本网络的使用弹性，也可扩大无线网络的使用范围，目前最热门的,WLAN,技术就是,IEEE,的802.11及其相关标准。,IEEE 802.11(1997,.6),， 1或,2Mbps，,工作在2.4,GHz,频段或使用红外(,IR),IEEE 802.11a(1999), 54Mbps，,多个信道，其中最多,12,个互不重叠，工作在5,GHz,频段,IEEE 802.11b(1999.9), 11Mbps ，,11,或,13,个信道，其中最多3个互不重叠，工作在2.4,GHz,频段,IEEE 802.11g(2003.6), 54Mbps，,11,或,13,个信道，其中最多3个互不重叠，工作在2.4,GHz,频段,（802.11,g,兼容802.11,b）,IEEE 802.11,的最新发展 -,802.11,n,IEEE,已成立802.11,n,工作小组(由高吞吐量研究小组发展而来) ，,IEEE802.11n,将,WLAN,的传输速率从 802.11,a,和 802.11,g,的54,Mbps,增加至,108,Mbps,以上，最高速率可达300,M600Mbps,，,和以往,的,802.11标准不同，802.11,n,协议为,双频工作模式,（包含2.4,GHz,和5,GHz,两个工作频段）。这样,11,n,保障了与以往的802.11,a b, g,标准兼容,。,IEEE802.11n,于2009年正式批准。,IEEE802.11n,采用,MIMO,与,OFDM,调制技术,相结合，使传输速率成倍提高。另外，,天线技术及传输技术，使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里(并且能够保障100,Mbps,的传输速率),。,IEEE802.11n,标准全面改进了802.11标准，不仅涉及物理层标准，同时也采用新的高性能无线传输技术提升,MAC,层的性能，优化数据帧结构，提高网络的吞吐量性能。,802.11,b/g,互不重叠信道的选择,1,6,11,2.412,G,2.4,GHz,2.417,2.422,2.427,2.432,2.437,2.442,2.447,2.452,2.457,2.462,2.467,2.472,2.4835,GHz,2,3,4,12,5,7,8,9,10,13,22,MHz,北美使用1,-11,信道，欧洲使用,1-13,信道。由图知，某信道的信号传送时会与相邻的多个信道产生重叠，若在同一个空间建立多个,BSS/IBSS,时，要让它们所用的信道不会互相重叠而产生干扰。在同一个空间最多只能使用1、6、11这三个信道，若选用其他信道，最多只能有2个互不干扰的信道。,同一空间,802.11b,多信道使用增加了带宽,Blue = 11Mb,/s,(channel 1),Green = 11Mb,/s,(channel 6),Red = 11Mb,/s,(channel 11),Total Bandwidth=33Mb,/s,!,无线局域网,WLAN,的组成,两种类型的,WLAN ：,1. Infrastructured,网,（有固定基础设施的网络）,2. Ad Hoc,网,（特定网络，或称自组网络，无固定基础设施）,BSS（,基本服务集）,Infrastructured,网,(基础设施网),有,AP(Access Point,接入点)，,无线站点通信首先要经过,AP,Ad Hoc,网,（无线自组网）,IBSS (Independent BSS，,独立基本,服务集)，无,AP,，站点间直接通信,）,IBSS,BSS,ESS（,扩展服务集）,属,Infrastructured,网,(,DS:,分布系统，,AP：,接入点，,SSID：ESS,扩展服务集标识符。,一个移动节点使用某,ESS,的,SSID,加入到该扩展服务集中，一旦加入,ESS，,移动节点便可实现从该,ESS,的一个,BSS,到另一个,BSS,的,漫游,),WLAN、LAN、Internet,连接,Portal：,门桥(作用相当于网桥，有的就做在,AP,中,),DS：,分布系统(可以是以太网、点对点链路或其它无线网),热点(,hot spot),现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入,Wi-Fi,的服务。这样的地点就叫做,热点,。,由许多热点和,AP,连接起来的区域叫做,热区,(,hot zone)。,热点也就是公众无线入网点。,现在也出现了,无线因特网服务提供者,WISP (Wireless Internet Service Provider),这一名词。用户可以通过无线信道接入到,WISP，,然后再经过无线信道接入到因特网。,移动自组网 (,Mobile Ad hoc network),移动自组网（,MANET），,无基础设施，没有基本服务集中的接入点,AP，,而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。移动自组网络中的每一个移动设备都具有路由器的转发分组的功能。,自组网络,A,E,D,C,B,F,源结点,目的结点,转发结点,转发结点,转发结点,接入例：有线网的扩展,Hub,Server,Switch,Internet,Access Point,Hub,Wireless LAN (WLAN) as an extension to wired LAN,典型的,WLAN,拓扑例,Access Point,Wireless “Cell”,Channel 6,Wireless Clients,LAN Backbone,Channel 1,Access Point,Wireless “Cell”,Wireless Clients,中继例：扩展距离 - 无线网桥,中继,：利用无线信道作为企业网的干线，用于大楼与大楼之间 的数据传输。,无线中继,(Wireless Repeater),例,中继,Channel 1,Access Point,Wireless Clients,Channel 1,Access Point,Wireless Repeater “Cell”,LAN Backbone,热备份,(Hot Standby),例,Wireless Clients,LAN Backbone,Monitored AP,Standby AP,一个校园无线网实例,Cisco Aironet,无线网桥实例,无线传感器网络,WSN,(Wireless Sensor Network),由大量,传感器,结点通过无线通信技术构成的自组网络。,无线传感器网络的应用是进行各种数据的采集、处理和传输，一般并不需要很高的带宽，但是在大部分时间必须保持低功耗，以节省电池的消耗。,由于无线传感结点的存储容量受限，因此对协议栈的大小有严格的限制。,无线传感器网络还对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面有一定的要求。,传感器结点的形状和组成,存储器,CPU,传感器,硬件,电池,无线,收发器,(,a),形状,(,b),组成,无线传感器网络主要的应用领域,环境监测与保护（如洪水预报、动物栖息的监控）；,战争中对敌情的侦查和对兵力、装备、物资等的监控；,医疗中对病房的监测和对患者的护理；,在危险的工业环境（如矿井、核电站等）中的安全监测；,城市交通管理、建筑内的温度/照明/安全控制等。,几种不同的接入,固定接入,(,fixed access),在作为网络用户期间，用户设置的地理位置保持不变。,移动接入,(,mobility access),用户设置能够以车辆速度移动时进行网络通信。当发生切换时，通信仍然是连续的。,便携接入,(,portable access),在受限的网络覆盖面积中，用户设备能够在以步行速度移动时进行网络通信，提供有限的切换能力。,游牧接入,(,nomadic access),用户设备的地理位置至少在进行网络通信时保持不变。如用户设备移动了位置，则再次进行通信时可能还要寻找最佳的基站,802.11,标准中的,PHY,层,WLAN,传输方式有,红外线,(,Infra Red, IR),和,无线电射频,两种,红外系统的优点：不受无线电干扰；视距传输，检测和窃听困难，保密性好。缺点是：对非透明物体的透过性极差，传输距离受限；易受日光、荧光灯等干扰；半双工通信。红外,IR,在无线局域网中已很少用。,无线电射频系统采用,扩频,(,Spread Spectrum),技术进行调制。扩频技术的频率范围开放在,ISM,频段,，此频段不需申请：,Industry: 902 928 Mhz (26MHz),Science: 2.42.4835 GHz (83.5MHz),Medicine: 5.155.35 GHz and 5.7255.825 GHz (300MHz),扩频技术主要又分为,跳频,和,直接序列,两种技术。,FHSS,（,跳频扩频）,Frequency Hopping Spread Spectrum,FHSS,使用了传统的窄带数据传输技术，但传输频率将发生周期性的切换。系统在一个扩展或宽波段的信道上使用不同的中心频率， 以预先安排好的顺序在固定的时间间隔内进行跳频。 跳频现象可以使,FHSS,系统避免受到信道内窄带噪声的干扰。,FHSS,的发送与接收,Modulator,X,spreader,FH,Pseudo-random,frequency,generator,Data,Demodulator,X,despreader,FH,Pseudo-random,frequency,generator,Data,FHSS signals,Transmitter,Receiver,DSSS,（,直接序列扩频）,Direct Sequence Spread Spectrum,（Chip code,也称为,pseudo-noice,或,spreading code）,DSSS,系统则将要传输的数据流通过扩展码调制而人为地扩展带宽，即使在传输波段中存在部分噪声信号，接收机也可以无错误地接收数据。,DSSS,的发送与接收,Modulator,X,spreader,DS,Wideband,pseudo-noice,carrier,Data,Demodulator,X,despreader,DS,Wideband,pseudo-noice,carrier,Data,DSSS signals,Transmitter,Receiver,使用扩频技术的好处,扩频是一种在信号传输前先将信号的带宽进行扩展的技术。采用扩频的好处是：,限制发射功率谱密度，减小对其它设备的影响,提高抗干扰能力,。若使用窄频，容易受到使用相同频率的通信干扰，导致完全无法通信(“盖台”),有一定的加密作用,。对于非特定的目的接收器，由于扩展了带宽的信号混在背景噪声中，让蓄意想侦听窃取数据资料的人不易判别真正的信号，,避免了他人的截听,在多用户环境下提供强有力的多址功能,。供多个用户使用同一传输波段，保证了无线设备在频段上的可用性和可靠的吞吐量，也保证了,使用同一频段的设备不互相影响，避免用户之间相互干扰。,IEEE 802.11 PHY,FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum，,跳频扩频(在,WLAN,已很少用),DSSS Direct Sequence Spread Spectrum，,直接序列扩频,HR-DSSS High Rate DSSS，802.11b,用，信号经,DSSS,并相应的各种调制（如,PSK 、CCK,等）后,，,传输速度可达11/5.5/2/1,Mbps,不等,OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing，,正交频分复用（也叫多,载波调制技术，载波数可多达52个），802.11,a/g,用，信号经,OFDM,并相应的各,种,调制（如,PSK、QAM,等）后，速率可达54/48/36/24/18/12/9/6,Mbps,不等,OFDM/DSSS,Physical Layer,距离越远、信号越弱、速率越低,11,Mbps,5.5,Mbps,2,Mbps,1,Mbps,距离,802.11b,采用了,动态速率漂移,技术,，可以根据环境噪声变化对,传输速率进行自动调整。,在理想情况下，发送节点以最,高速率,11Mb/s,进行发射。当设备,移动到覆盖范围之外，或者出现,重大干扰时，发送节点将自动逐,次降低速率，以,5.5Mb/s,、,2Mb/s,或,1Mb/s,等速率,进行发射。,类似地，如果无线设备从低速,率环境进入高速率环境，发射速,率将会随之自动逐次提高。,这种,动态速率漂移技术对上层协议是,透明的。,使用不同的调制方法，得到不同的速率。,几种常用的 802.11 无线局域网,标准,频段,数据速率,物理层,优缺点,802.11,b,2.4,GHz,最高为,11,Mb/s,HR-DSSS,数据率较低，信号传播距离较远，且不易受阻碍 ，价格最低,802.11,a,5,GHz,最高为,54,Mb/s,OFDM,数据率较高，支持更多用户同时上网，干扰少，信号传播距离较短，且易受阻碍，价格较高,802.11,g,802.11n,2.4,GHz,2.4,GHz,5GHz,最高为,54,Mb/s,最高为,108,Mb/s,-320Mb/s,OFDM,MIMO,、,OFDM,数据率较高，支持更多用户同时上网，信号传播距离较远，且不易受阻碍，价格比 802.11,b,贵,数据率最高，支持更多用户同时上网，信号传播距离最远，价格较高,802.11,标准中的,MAC,层,无线局域网虽然也是多个站点共享无线信道，却不能像同样多个站点共享有线信道的以太网那样搬用,CSMA/CD,协议，这里主要有两个原因：,无线网卡,一般采用半双工方式工作,，即发送时不接收,(,检测,),，若搬用以太网的,CSMA/CD,，则要一个站点,在发送,本站数据,的同时还必须,不间断地,接收信号检测信道,，而在无线局域网中设备要,实现,这种,全双工功能花费过大,；,即使,我们,使无线网卡全双工方式工作,，,在发送同时进行冲突检测,，,检测到的信道“空闲”，,由于隐终端效应可能也是,假相,，因而在接收端,仍可能产生冲突,。,802.11 MAC,MAC,层通过协调功能来确定在基本服务集,BSS,中的移动站在什么时间能发送数据或接收数据。,802.11 MAC,使用,DCF,或,PCF,分布协调功能,DCF,-,争用服务,（,必选项）,(,Distributed Coordination Function ),DCF,在每一个结点使用,CSMA,机制的,分布式,接入算法，让各个站通过,争用信道,来获取发送权。因此,DCF,向上提供争用服务。,点协调功能,PCF,-,无争用服务,（,可,选项,）,( Point Coordination Function ),PCF,使用,AP,集中控制,的接入算法将发送数据权,轮流,交给各个站从而避免了冲突的产生,802.11 MAC: CSMA,802.11,CSMA,发送站：,-,如监听到信道空闲, 经,DIFS,时间后则发送整个幀（发送时不用冲突检测）,-,如果监听到信道忙，则坚持监听到不忙时，经,DIFS,时间后进入竞争期，进行二进制指数退避（第,i,次退避时，在 2,i+2,个时隙中随机选择一个），退避后重新尝试发送,-如果发后未收到,ACK(,超时)，则重发幀,802.11 CSMA,接收站：,-,如果接收正确，则在,SIFS,时 间后应答一个,ACK,幀,其它站点：,听到信道上在发送数据，则推迟访问信道,NAV(,Network Allocation Vector),时间,802.11,MAC： CSMA,802.11 MAC Q & A,Q：,无线站点监听时如何判定信道“忙”？,A：,802.11 标准规定在物理层的空中接口进行载波监听，,通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值来,判定是否有其他的无线站点在信道上发送数据。,Q：,为何无线站点监听到信道空闲还要再等待？,A：,因为此时可能有多个站点都在监听，而其他的站点可,能有更高优先级的帧要发送，如其有，就要让高优先,级帧先发送（,高优先级帧需等待的幀间间隔时间较短，,可优先获得发送权，低优先级帧需等待的幀间间隔时,间较长，须等待较长时间。,SIFS PIFS DIFS EIFS,）,帧间间隔,IFS,所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的通称为,帧间间隔,IFS,(InterFrame Space),帧间间隔长度,取决于该站欲发送的帧的类型。,高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权，但低优先级帧就必须等待较长的时间,若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态，因而低优先级帧就只能再推迟发送了，这样就,减少了发生碰撞的机会,短帧间间隔,SIFS,SIFS,，,即短,(,Short),帧间间隔,，,以,802.11g,为例，长度为 10,s,，是最短的帧间间隔，,用来分隔开属于一次对话的各帧,。一个站应当能够在这段时间内,从发送方式,切换,到接收方式,。,使用,SIFS,帧间间隔的场合：,(1),应答,ACK,帧,(2),应答,CTS,帧,(3),过长的,MAC,帧分片后的数据帧,(4),应,答,AP,探询帧,(5) PCF,方式中接入点,AP,发送出的任何帧。,PCF,帧间间隔,PIFS,PIFS，,即点协调功能帧间间隔,（比,SIFS,长），是为了在开始使用,PCF,方式时（在,PCF,方式下使用，没有争用）,优先获得接入,到媒体中。,PIFS,长度:,SIFS,加一个时隙(,slot,),长度，以,802.11g,为例，时隙长度为 20,s，,因此,PIFS = SIFS + 20 =,30,s,时隙,(,时间片,),长度选多长？,在一个基本服务集,BSS,内，若一无线站点在某个时隙开始接入到媒体，则在下一个时隙开始时，其他站都能检测出信道已转变为忙态，,选定该长度作为时隙长度,。,DCF,帧间间隔,DIFS、,延长幀间间隔,EIFS,DIFS,，,即分布协调功能帧间间隔,，,在,DCF,方式中,用来,发送,数据帧和管理帧。,DIFS,的长度比,PIFS,再增加一个时隙长度，因此,以,802.11g,为例，,DIFS = PIFS + 20 =,50,s,EIFS，,即延长幀间间隔,（最长的,IFS,），,站点在进行,幀,重发,时所必须等待的时间,。,EIFS,的长度至少等于,DIFS,再增加一个时隙长度，因此,以,802.11g,为例，,EIFS,= DIFS + 20 =,70,s,SIFS PIFS DIFS EIFS,虚拟载波监听,虚拟载波监听,(,Virtual Carrier Sense)：,源站将它还要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需时间）在其,MAC,帧首部字段“持续时间”中填入指示给所有其他站，其他所有站会在这段时间都停止发送数据, 这样大大减少了冲突的机会。,“虚拟”是指其他站并没有真正监听信道，而是检测到源站发送幀中的“持续时间”才不发送数据，这种效果,好像是其他站都监听了信道。,当一个站检测到正在信道中传送的,MAC,帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己的,网络分配向量,NAV,(Network Allocation Vector)，NAV,指出了必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输，才能使信道转入到空闲状态。,隐终端(,Hidden terminal),效应,若只使用,CSMA，,表面上侦听到信道 “闲” 可能结果不正确,是假相，由于：,(a),隐蔽站问题,-,在发送方侦听不到：可能是由于中间有障碍物，,A, C,不能互,相听到，,A、C,于是都发给,B，,在,B,处此时就会产生冲突。,(b),信号强度衰减问题,-,C,在发送,，,但由于信号传输衰减，传到,A,处时，,A,可能听不到，于是,A,以为信道空闲，也发， 这样接收站,B,处就会产生冲突。,隐终端,是指,在接收者的通信范围内而在发送者通信范围外的终端,。,Location,Signal strength,A,B,C,暴露终端(,Exposed terminal),效应,当节点,B,向节点,A,发送数据时，节点,C,也希望向节点,D,发送数据。 根据,CSMA,协议，节点,C,侦听信道，它将听到节点,B,正在发送数据，于是错误地认为它此时不能向节点,D,发送数据， 但实际上它的发送不会影响节点,A,的数据接收，这就导致节点,C,所谓暴露终端问题的出现。,暴露终端,是指,在发送者的通信范围之内而在接收者通信范围之外的终端。,A,B,C,D,改进,CSMA,进一步避免冲突,为了尽可能避免冲突，除了前面采用的,不同帧间间隔,、,虚拟载波监听,措施外，还需要进一步改进,CSMA,为了,解决隐终端问题、暴露终端问题,，另外，由于无线网卡的半双工工作方式，在发送数据帧时并不检测冲突，,发长数据帧,会导致长时间处于冲突状态，直到帧发完才停，因此有必要,在发送前先预约信道,CSMA/CA,: CSMA with Collision Avoidance,冲突避免: 增加,RTS/CTS,交互,在发长的数据帧前:,RTS/CTS:,信道预约,发送站: 发出短的,RTS,幀,(request to send),预约信道,接收站: 应答短的,CTS,幀 (,clear to send),同意预约,CTS,为发送站保留信道, 起了通知其它(可能隐蔽的)站点的效果,避免,了隐蔽站点造成的冲突,冲突避免:,RTS/CTS,预约信道,RTS,与,CTS,为短幀:,由于,RTS,幀长20字节，,CTS,幀长14字节，比最大数据幀长度2346字节要短很多，所以发生冲突可能性很小,最后效果类似于冲突检测,协议设计精巧，碰撞很少会发生。但极少数情况下碰撞仍可能发生，如,B,和,C,站同时向,A,发送,RTS,幀，这两个,RTS,幀就会发生碰撞，,A,收不到正确的,RTS,幀，因而也不会发送后续的,CTS,幀，这时，,B,和,C,发现超时后，会随机推迟一段时间后重新发送其,RTS,幀，推迟时间的算法也是使用二进制指数退避。,隐终端问题解决方式,节点,A,欲发送一数据包给节点,B,首先,A,发送一,RTS,给,B;,B,发送,CTS;,A,收到,CTS,后发送数据,;,C,监听到,CTS,，知道有节点在发送数据，,A,和,B,数据传输时间,C,不会发数据包。,暴露终端问题解决方式,1,、,发送者发送,RTS,。,2,、接收者返回,CTS,。,3,、邻居节点：,如果收到,CTS,则保持安静，不能传输数据。,如果只收到,RTS,而没收到,CTS,可以传输数据。,802.11,MAC: CSMA/CA,计算随机退避时,间,(2,i+2,个时隙选,一）以再次重新,试图接入信道,二进制指数退避 (,Binary Backoff),当信道从忙态变为空闲时，多个等着发送的站点此时可能都想发送数据帧，当这些站点要发送数据幀时，不仅都必须等待一个,IFS,间隔， 而且还要进入,争用窗口,，计算随机退避时间和进行各自退避，退避后再次重新试图接入信道， 这样就可以减少发生冲突的概率,以下情况不使用退避算法：,当一个站要发送的是它的第一个数据幀时， 并检测到信道为空闲。,其余情况下，都必须使用退避算法。即：,在发送第一个帧之前检测到信道为忙,在每一次的重传后,在每一次的成功发送后,Binary Backoff,802.11使用的二进制指数退避算法（,Binary Backoff）,如下：,第,i,次退避时，在 2,i+2,个时隙中随机选择一个。,例 第1次退避在8个时隙中随机选择一个（而不是象以太网那样第1次冲突后在2个时隙中选）；,第2次退避在16个时隙中随机选择一个（而不是象以太网那样第2次冲突后在4个时隙中选）。,。,然后,根据该时隙数,设置一个退避计时器进行,减1计时,，当计时器时间,减小到0时就开始发送,数据。若时间还,未减到0信道又变为忙，则冻结,该计时值,重新等待信道变为空闲,、再经过时间,DIFS,后，,继续启动退避计时器,（从剩下的时间开始）。这样规定有利于该继续启动计时器的站更早地接入信道中。,点协调功能,PCF,（,选项,）,前面讲的是：,分布协调功能,DCF,CSMA/CA,争用服务,（,必选项）,所有的,AP,、,STA,都须具有此功能,IEEE 802.11,还有：,点协调功能,PCF,无争用服务,（,可,选项,）,( Point Coordination Function ),某些,AP,有此功能。,具有该功能的,AP,使用,集中控制,的接入算法将发送数据权,轮流,交给各个站，从而避免了冲突的产生。,可以用在时间敏感的服务场合，如音频、视频传输时；,AP,通过使用短的帧间间隔,PIFS，,可获得优先发送权；,AP,有了优先发送权，就可以轮流向各个无线站点发送查询请求，从而控制无线介质的访问。,无线接入过程,STA (,工作站）启动初始化、开始正式使用,AP,传送数据幀前，要经过三个阶段才能接入:,(1) 扫描(,Scan/Probe),(2),认证(,Authentication),(3) 关联(,Association),无线接入过程,无线接入第一阶段,:,扫描（,Scan/Probe ),阶段,若无线站点,STA,设成,Ad-hoc,模式：,STA,先寻找是否已有,IBSS（,与,STA,所属相同的,SSID）,存在，如有，则参加（,join）；,若无, 则会自己创建一个,IBSS，,等其他站来,join。,若无线站点,STA,设成,Infrastructure,模式：,1,、,主动扫描方式,（特点：能迅速找到）,STA,依次在11个信道发出,Probe Request,帧，寻找与,STA,所属有相同,SSID,的,AP,，若找不到有相同,SSID,的,AP，,则一直扫描下去,2,、,被动扫描方式,（,默认,，特点：找到时间较长，但,STA,节电）,STA,被动等待,AP,每隔一段时间定时送出的,Beacon,信标幀，该帧提供了该,AP MAC,地址及,SSID,相关信息,：,“我在这里,”,无线接入第二阶段,:,认证（,Authentication,）阶段,当,STA,找到与其有相同,SSID,的,AP,，在,SSID,匹配的,AP,中，根据收到的,AP,信号强度，选择一个信号最强的,AP，,然后进入认证阶段。只有身份认证通过的站点才能进行无线接入访问。802.11提供几种认证方法，有简单有复杂，如采用802.1,x/EAP,认证方法时大致为：,STA,向,AP,发送认证请求,AP,向认证服务器发送请求信息要求验证,STA,的身份,认证服务器认证完毕后向,AP,返回相应信息,如果,STA,身份不符，,AP,向,STA,返回错误信息,如果,STA,身份相符，,AP,向,STA,返回认证响应信息,无线接入过程,无线接入第三阶段,:,关联（,Association,）阶段,当,AP,向,STA,返回认证响应信息、身份认证获得通过后， 进入关联阶段：,STA,向,AP,发送关联请求,AP,向,STA,返回关联响应,至此，接入过程才完成，,STA,初始化完毕，,STA,此时和该,AP,间才建立起无线链路，,可以开始向,AP,传送数据幀。此后，若,STA,再进一步与,DHCP,服务器交互，得到,IP,地址后，便可,Internet,上网。,无线接入过程,无线接入过程示意图,Authentication Server,AP,STA,Probe Request,Probe Response, ,Probe Request,Probe Response,SSID,比较,Authentication Request,Authentication Response,Association Request,Association Response,扫描,认证,关联,Y,802.11协议定义三类幀,数据幀,控制幀-,RTS,幀、,CTS,幀、,ACK,幀 等,管理幀-,Probe Request / Response,幀,(主动扫描时),Beacon,幀,(信标幀, 被动扫描时,AP,发出,),Authentication Request / Response,幀、,DeAuthentication,幀,(,去掉认证,),Association Request / Response,幀、,Disassociation,幀,(,去掉关联,),ReAssociation Request / Response,幀,(,从,ESS,的一个,BSS,漫游到另一个,BSS,进行,重新关联，以便新,AP,联系老,AP,取得,原来的关联信息,),IEEE 802.11 MAC,无线数据帧格式,Data Frame Format,WLAN MAC,无线数据帧的主要字段,字节 2 2 6 6 6 2 6 0 2312 4,帧控制,持续期,地址 1,地址 2,地址 3,序号控制,地址 4,帧主体,FCS,协议,版本,类型,子类型,到,DS,从,DS,更多,分片,重试,功率,管理,更多,数据,WEP,顺序,位,2 2 4 1 1 1,1,1 1 1 1,MAC,首部(30字节),四个地址字段中，地址 4 用于自组网络。前三个地址作用如下：,到,DS,从,DS,地址 1,地址 2,地址 3,地址 4,0,1,目的地址,AP,地址,源地址,1,0,AP,地址,源地址,目的地址,WLAN MAC,无线数据帧的主要字段,序号控制字段,占 16 位，其中序号子字段占 12 位，分片子字段占 4 位。作用：帧序号可区别新传帧、重传帧,持续期字段,占 16 位，最高位为0时表示将要占用信道的持续时间，单位为微秒。,帧控制字段,共分为 11 个子字段。,协议版本,字段现在是 0。,类型,字段和,子类型,字段区分控制帧(,RTS、CTS、ACK)、DATA,帧、管理帧的类型、子类型。,更多分片,字段置为 1 时表明这个帧属于一个帧的多个分片之一。,有线等效保密,字段,WEP,占 1 位。若,WEP = 1，,就表明采用了,WEP,加密算法,。,分片的发送举例,无线信道通信质量较差，正确收帧的概率不是很高，因此,WLAN,的数据帧不宜太长。此时需把较长的帧划分为许多较短的分片，这时可以在一次使用,RTS、CTS,预约信道后连续发送这些分片，期间仍要使用停等协议(,ACK)。,t,t,t,源站,目的站,其他站,RTS,CTS,分片,1,ACK,分片 2,ACK,分片 3,ACK,SIFS,NAV,(RTS),NAV (CTS),长的帧划分为许多分片,A,、,B in the same IBSS,，,A,B,（,Ad hoc,无线自组网中的数据帧的地址格式）,Addressing Mechanism: Case 1,I,从,AP,发出的无线数据帧,中的地址格式,Addressing Mechanism: Case 2,发到,AP,的无线数据帧,中的地址格式,Addressing Mechanism: Case 3,通过无线分布系统传输的无线数据帧,中的地址格式,Addressing Mechanism: Case 4,无线帧的“到,DS/,从,DS”,字段,(A,发送无线数据帧到,B,时,),过程：,A,先发无线数据帧给,AP1；,AP1,再将无线数据帧发给,B。,Addressing Mechanism: Case 5,(,数据帧从,WLAN,发送到以太网时,),IEEE 802.11 MAC/PHY,小结,WLAN,小结,IEEE 802.11 (Wi-Fi),，,802.11 b/a/g/n,PHY: FHSS/DSSS/OFDM,MAC: DCF,、,PCF,CSMA/CA,冲突避免措施：,(1),不同的帧间间隔,(2),虚拟载波监听,(3) RTS/CTS,预约信道,(4),二进制指数退避,无线接入过程：扫描、认证、关联,