计算机网络--无线局域网教案课件

,#,单击此处编辑母版标题样式,会计学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,会计学,1,计算机网络 无线局域网,第,4,章无线局域网,本章主要内容,无线局域网概述；,无线局域网物理层；,无线局域网,MAC,层；,无线局域网工作过程；,无线局域网数据传输过程。,第1页/共46页,4.1,无线局域网概述,本讲主要内容,无线局域网体系结构；,无线电传输；,无线局域网拓扑结构；,无线局域网标准。,第2页/共46页,一、无线局域网体系结构,无线局域网的数据传输实际上由,MAC,子层实现，但用,LLC,子层给出数据类型；,事实上，,IEEE,定义的局域网都用,LLC,子层给出数据类型，第,3,章的以太网帧格式是以太网标准，不是,802.3,标准。,基于无线局域网的,TCP/IP,体系结构,无线局域网表示数据类型的方式,第3页/共46页,二、无线电传输,通过电磁波在自由空间的传播实现无线电通信。,相同频率的电磁波产生干扰。,电磁波频段和发射功率严格控制。,第4页/共46页,电磁波频谱,带宽决定传输速率。,高频段高带宽。,紫外线以上的有伤害性。,可见光有直线传播特性。,微波段电磁波进行数据传输。,二、无线电传输,第5页/共46页,ISM,频段,开放公共通信；,功率严格限制；,容易受到干扰。,二、无线电传输,第6页/共46页,无线电传输的几个问题,能量损耗，能量损耗与传播距离平方成正比；,干扰，尤其是,ISM,频段；,多径效应。,二、无线电传输,多径效应示意图,第7页/共46页,ISM,频段存在问题及应对方法,传输速率取决于带宽和信噪比，用带宽弥补能量限制；,通过扩频技术和纠错码解决干扰，这是用传输速率换取可靠性的技术；,多径效应导致信号质量降低，必须根据信号质量调整传输速率。,二、无线电传输,第8页/共46页,三、无线局域网拓扑结构,独立基本服务集（,IBSS,）,扩展服务集（,ESS,）,独立基本服务集由单个无线局域网组成，终端间直接通信；,扩展基本服务集由分配系统互连的多个无线局域网组成，无线局域网通过,AP,接入分配系统；,在设有,AP,的服务集，终端必须先和,AP,建立关联，终端之间通信经过,AP,。,第9页/共46页,不同的只是物理层，,MAC,层相同；,通过无线电通信，数字信号必须调制成模拟信号；,物理层标准涉及载波频段，调制技术等。,四、无线局域网标准,各标准之间关系,第10页/共46页,四、无线局域网标准,物理层标准的主要区别,电磁波频段；,信号调制技术；,容错技术（抗干扰技术）。,第11页/共46页,4.2,无线局域网物理层,本讲主要内容,扩频技术；,802.11,；,802.11b,；,802.11a,；,802.11g,。,第12页/共46页,一、扩频技术,由于传输速率与信噪比和带宽成正比，在传输速率不变的前提下，可以通过增加带宽来降低信噪比；,扩频技术为维持一定传输速率，通过增加带宽来降低信号能量。,第13页/共46页,扩频技术的抗干扰原理是将传输过程中接收到的高能量窄带干扰信号变成宽带的低能量信号，以此和还原出的窄带高能量传输信号区别。,一、扩频技术,第14页/共46页,二、,802.11 FHSS,若干信道构成跳频集。,任何时间只使用其中一个信道。,用调频模式控制信道使用顺序。,发送和接收端必须同步。,第15页/共46页,二、,802.11 FHSS,每个信道的带宽,1MHz,。,确定最大码元传输速率,1M,波特。,传输速率波特,每码元二进制位数。,调制技术确定每码元二进制位数。,2GFSK,：每码元,1,位二进制数，,4GFSK,：每码元,2,位二进制数,4GFSK,调制过程,第16页/共46页,三、,802.11 DHSS,11,个信道，信道带宽,22MHz,。,相邻信道中心频率相差,5MHz,。,频率不重叠的信道只有,3,个。,第17页/共46页,三、,802.11 DHSS,码元间隔,1/11,s,，意味着码元传输速率,11M,波特。,数据传输速率波特,X,每码元二进制位数。,DBPSK,：每码元,1,位二进制数，,DQPSK,：每码元,2,位二进制数。,第18页/共46页,三、,802.11 DHSS,第19页/共46页,四、,802.11b,8,组信号构成一个码元，码元传输速率,11/8,波特。,数据传输速率波特,X,每码元二进制位数。,容错技术体现在信号集中码元之间的最小距离,。,第20页/共46页,五、,802.11a,子信道带宽,312.5KHz,，码元传输速率,250K,波特。,第21页/共46页,4.3,无线局域网,MAC,层,本讲主要内容,MAC,帧结构；,差错控制和寻址过程；,DCF,和,CSMA/CA,。,第22页/共46页,一、,MAC,帧结构,无线局域网,MAC,帧可以和以太网,MAC,帧比较，主要区别在于控制字段，,4,个地址字段和顺序控制字段；,无线局域网,MAC,帧分为控制。管理和数据三种类型，这与无线电通信方式有关；,由于无线传输的不可靠性，需要在,MAC,层将由同一,MAC,帧封装的数据分片；,各个字段的功能在以后的操作过程中详细讨论。,第23页/共46页,二、差错控制和寻址过程,无线电通信由于存在能量损耗、干扰和多径效应的影响，传输可靠性不高，另外由于存在隐蔽站问题，导致发送端无法检测到可能发生的冲突；,无线传输媒体两端采用差错控制中的停止等待算法；,如果无线传输媒体两端和不是,MAC,帧的源和目的端，,MAC,帧需要多于两个地址。,IBSS,中两个终端通信情况,BSS,中两个终端通信情况,第24页/共46页,以太网互连多个无线局域网（,BSS,），,AP,作为互连无线局域网和以太网的网桥；,由于以太网和无线局域网具有相同的编址结构（,MAC,地址），这种连接方式是最简单的；,由于源和目的地址与某一段无线传输媒体的两端地址不同，,MAC,帧经过无线传输媒体时需要三个,MAC,地址。,二、差错控制和寻址过程,DS,为以太网时,ESS,中两个终端之间通信的情况,第25页/共46页,如果分配系统本身是无线传输媒体，则,MAC,帧通过这一段无线传输媒体时需要四个,MAC,地址：源和目的地址，这一段传输媒体的发送和接收端地址；,无线局域网多地址结构的主要原因在于,MAC,帧经过每一段无线传输媒体时需要进行确认应答，因此，需要知道这一段无线传输媒体两端的地址，即发送和接收端地址。,二、差错控制和寻址过程,DS,为无线传输媒体时,ESS,中两个终端之间通信的情况,第26页/共46页,同一,BSS,内的终端使用相同的信道，这些终端争用公共信道的过程和总线形以太网中终端争用总线过程十分相似；,由于存在隐蔽站问题，发送端无法检测出所有可能发生的冲突，冲突检测改为冲突避免；,由于无线电通信的不可靠性，无线传输媒体采用停止等待差错控制算法；,为了提高通信效率，无线局域网采用自由竞争和信道预留两套机制。,三、,DCF,和,CSMA/CA,隐蔽站问题,第27页/共46页,CSMA/CA,算法的特点是争用总线，即信道持续空闲,DIFS,时间，认为信道空闲；,通过,NAV,预约信道，预留时间通过,MAC,帧中的持续时间字段给出，预约时间内等同于信道忙；,在可能存在多个终端同时争用信道的情况下，通过随机产生退避时间，使得各个终端发送数据的时间不同，以此避免冲突发生；,终端发送数据的前提是持续,DIFS,时间退避时间信道一直空闲。,三、,DCF,和,CSMA/CA,CSMA/CA,算法,第28页/共46页,进入退避时间的前提是可能发生多个终端同时发送数据的问题，即冲突；,如果终端第一次发送数据时检测到信道空闲且空闲持续,DIFS,时间，发生多个终端同时发送数据的前提是多个终端同时检测信道，概率较低，因而无须进入退避时间；,如果终端第一次发送数据时检测到信道忙，在等待信道由忙转为空闲的时间内，可能有多个终端开始检测信道，因此，发生冲突的概率较大，需要进入退避时间。,三、,DCF,和,CSMA/CA,终端检测信道时信道空闲和忙这两种情况,第29页/共46页,实现终端,A,至终端,C,，终端,B,至,AP,的数据传输过程,三、,DCF,和,CSMA/CA,DCF,操作过程,第30页/共46页,终端,A,、,B,开始检测信道时，信道为忙，因此，随机选择退避时间；,由于终端,A,选择的退避时间小于终端,B,，终端,A,开始发送数据，终端,B,停止退避时间，等待信道再次由忙转为空闲；,AP,向终端,A,发送确认应答采用预留信道功能，预留时间包含在终端,A,向,AP,发送的,MAC,帧中，这段时间内，其他终端视为信道忙；,AP,向终端,C,发送数据再次和终端,B,争用信道。,三、,DCF,和,CSMA/CA,第31页/共46页,4.4,无线局域网工作过程,本讲主要内容,BSS,配置信息；,同步过程；,鉴别过程；,建立关联过程。,第32页/共46页,一、,BSS,配置信息,同一,BSS,需要配置三组参数,服务集标识符（,SSID,）；,使用的信道；,如果采用共享密钥鉴别机制，还需配置密钥。,AP,需配置三组参数；,终端只需配置,SSID,和密钥（如果需要的话），信道通过同步过程确定。,第33页/共46页,二、同步过程,同步过程,终端确定和自己,SSID,相同，信号强度最大的,AP,；,确定,AP,使用的信道；,确定和,AP,在物理层标准、传输速率存在交集；,确定,AP,的,MAC,地址（也称,BSSID,）。,第34页/共46页,被动同步，逐个信道侦听信标帧；,主动同步，逐个信道发送探测请求帧；,无论主动，或是被动，都是寻找和,自己,SSID,相同，信号强度最大的,AP,和信道。,二、同步过程,被动同步,逐个信道侦听信标帧,主动同步,逐个信道探测,第35页/共46页,三、鉴别过程,鉴别过程确定终端是否授权；,只有授权终端掌握密钥；,鉴别过程就是判别终端是否掌握密钥的过程；,假定,AP,拥有密钥,K,，,AP,向终端发送明文,P,，并用密钥加密,P(E,K,(P),，终端用自己拥有的密钥,K1,加密,P,，,Y=E,K1,(P),，如果,K1,等于,K,，则,Y=E,K,(P),。,鉴别过程,第36页/共46页,四、建立关联过程,允许建立关联的前提是完成同步过程和鉴别过程，,AP,具有终端接入需要的资源；,一旦成功建立关联，将为终端在关联表中建立一项，其中包含终端,MAC,地址；,以后，,AP,确定终端是否属于它所服务的,BSS,的标准就是终端,MAC,地址是否包含在关联表中，,AP,只转发源,MAC,地址包含在关联表中的,MAC,帧。,建立关联过程,第37页/共46页,4.5,无线局域网数据传输过程,本讲主要内容,同一,BSS,内终端之间数据传输过程；,不同,BSS,终端之间数据传输过程；,MAC,层漫游过程。,第38页/共46页,一、同一,BSS,内终端之间数据传输过程,终端,A,发送数据至终端,C,的前提是终端,A,和终端,C,都已经和,AP,建立关联；,终端,A,和终端,C,通过同步过程获取,AP,的,MAC,地址。,网络结构,第39页/共46页,终端,A,发送数据给终端,C,之前，必须先获取终端,C,的,MAC,地址；,终端,A,至终端,C,数据传输路径分为两段：终端,A,至,AP,和,AP,至终端,C,；,终端,A,至,AP,，,AP,是接收端，,AP,至终端,C,，,AP,是发送端，每一段无线传输路径都需给出该段无线传输路径两端地址。,一、同一,BSS,内终端之间数据传输过程,DCF,操作过程,第40页/共46页,二、不同,BSS,终端之间数据传输过程,数据,ACK,数据,ACK,网络结构,终端,A,首先获取终端,I,的,MAC,地址,终端,A,通过,BSS1,将,MAC,帧发送给,AP1,AP1,确定终端,A,是授权终端，终端,I,不在,BSS1,AP1,将,MAC,帧发送给以太网，以太网完成,MAC,帧格式转换,MAC,帧在以太网内广播，到达所有,AP,，,AP3,确