第十五讲 无线局域网文档格式.docx

1、 IEEE 802.11 ，1997年，原始标准（2Mbit/s，工作在2.4GHz）。 IEEE 802.11a，1999年，物理层补充（54Mbit/s，工作在5GHz）。 IEEE 802.11b，1999年，物理层补充（11Mbit/s工作在2.4GHz）。 IEEE 802.11c，符合802.1D的媒体接入控制层桥接（MAC Layer Bridging）。 IEEE 802.11d，根据各国无线电规定做的调整。 IEEE 802.11e，对服务等级（Quality of Service, QoS）的支持。 IEEE 802.11f，基站的互连性（IAPP，Inter-Access

2、 Point Protocol），2006年2月被IEEE批准撤销。 IEEE 802.11g，2003年，物理层补充（54Mbit/s，工作在2.4GHz）。 IEEE 802.11h，2004年，无线覆盖半径的调整，室内（indoor）和室外（outdoor）信道（5GHz频段）。 IEEE 802.11i，2004年，无线网络的安全方面的补充。 IEEE 802.11j，2004年，根据日本规定做的升级。 IEEE 802.11l，预留及准备不使用。 IEEE 802.11m，维护标准；互斥及极限。 IEEE 802.11n，更高传输速率的改善，支持多输入多输出技术（Multi-Inpu

3、t Multi-Output，MIMO）。 IEEE 802.11k，该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范。该规范的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。 IEEE 802.11p，这个通讯协定主要用在车用电子的无线通讯上。它设定上是从IEEE 802.11来扩充延伸，来符合智慧型运输系统（Intelligent Transportation Systems，ITS）的相关应用。（2）IEEE802.11b IEEE802.11b标准规定无线局域网工作频段在2.42.4835GHz，数据传输速率达到11Mbps，传输距离控制在50150inch。 IEEE802.11b已成为当

4、前主流的无线局域网标准，被多数厂商所采用，所推出的产品广泛应用在办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合。（3）IEEE802.11a 802.11a标准规定无线局域网工作频段在5.158.825GHz，数据传输速率达到54 Mbps，传输距离控制在10100m。 802.11a标准的优点是传输速度快，可达54 Mbps，完全能满足语音、数据、图像等业务的需要。缺点是无法与802.11b兼容，使一些早购买802.11b标准的无线网络设备在新的802.11a网络中不能用。4）IEEE802.11g最早推出的是802.11b，它的传输速率为11Mbps，因为它的连接速度比较低，随后推出了802.1

5、1a标准，它的连接速度可达54Mbps。但由于两者互不兼容，所以IEEE又正式推出了完全兼容802.11b且与802.11a速率上兼容的802.11g标准，这样通过802.11g，原有的802.11b和802.11a两种标准的设备就可以在同一网络中使用。 HomeRF（家庭网络）标准 HomeRF（RF意思是射频）无线标准是由HomeRF工作组开发的，旨在家庭范围内，使计算机与其他电子设备之间实现无线通信的开放性工业标准。2001年8月推出HomeRF 2.0版，集成了语音和数据传送技术，工作频段在10GHz，数据传输速率达到10Mbps，在WLAN的安全性方面主要考虑访问控制和加密技术。 蓝

6、牙（Bluetooth）标准 对于802.11来说，蓝牙（IEEE 802.15）技术的出现不是为了竞争而是相互补充。“蓝牙”是一种先进的近距离无线数字通信的技术标准，其目标是实现最高数据传输速度1Mbps（有效传输速率为721kbps）、传输距离为10厘米10米，通过增加发射功率可达到100米。从目前的蓝牙产品来看，蓝牙主要应用在手机、笔记本计算机等数字终端设备之间的通信和以上设备与Internet的连接。蓝牙系统也嵌入微波炉、洗衣机、电冰箱、空调等传统家用电器。三、无线局域网的组成 分布式组网（自组网络模式） 在分布式方式中，主机可以在无线通信覆盖范围内移动并自动建立点到点的连接。主机之间

7、通过争用信道直接进行数据通信，而无需其他设备的控制。 集中式组网（基础设施模式） 所有无线节点以及有线局域网要与一个称为接入点（Access Point，AP）的设备连接。 接入点设备的基本作用: 负责无线通信管理工作，例如给无线节点分配无线信道的使用权； 实现无线通信与有线通信的转换； 起到与有线局域网网桥和路由器相似的作用。一个基本服务集 BSS 包括一个基站和若干个移动站， 所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信， 但在和本 BSS 以外的站通信时都要通过本 BSS 的基站。基本服务集中的基站叫做 接入点 AP （Access Point）， 其作用和网桥相似。无固定基础设施的无线局域

8、网 ：自组网络（ad hoc network） ：自组网络没有上述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。主机可以在无线通信覆盖范围内移动并自动建立点到点的连接。二、802.11 标准中的物理层1997 年 IEEE 制订出无线局域网的协议标准的第一部分，802.11。在1999年又制订了剩下的两部分，802.11a 和 802.11b。802.11 的物理层有以下三种实现方法： 跳频扩频 FHSS 、直接序列扩频 DSSS 、红外线 IR 。在IEEE 802.11标准中，定义了3个可选的物理层实现方式，它们分别为红外线（IR）基带物理层和两种

9、无线频率（RF）物理层。两种无线频率物理层指工作在2.4 GHz频段上的跳频扩展频谱（FHSS）方式以及直接序列式扩频（DSSS）方式。目前IEEE 802.11规范的实际应用以使用DSSS方式为主流。下面分别介绍这3种方式。所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。我们用信息带宽的100倍，甚至1000倍以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强

10、干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。1红外线方式红外线局域网采用波长小于1 的红外线作为传输媒介，有较强的方向性，受阳光干扰大。它支持12 Mbps数据速率，适于近距离通信。2直接序列式扩频（DSSS）直接序列式扩频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扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。DSSS 局域网可在很宽的频率范围内进行通信，支持12 Mbps数据速率，在发送和接收端都以窄带方式进行，而以宽带方式传输。 系统实际发送的信号d（t）是发送数据a（t）与伪随机码c（t）模二加的结果;3跳频扩展频谱（FHS

11、S）跳频技术是另外一种扩频技术。跳频的载频受一个伪随机码的控制，在其工作带宽范围内，其频率按随机规律不断改变频率。接收端的频率也按随机规律变化，并保持与发射端的变化规律一致。跳频的高低直接反映跳频系统的性能，跳频越高，抗干扰的性能越好，军用的跳频系统可以达到上万跳每秒。跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域

12、上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中：跳频控制器为核心部件，包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能；频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率。与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。三、802.11 标准中的 MAC 层无线局域网不能使用 CSMA/CD，而只能使用改进的 CSMA 协议。 改进的办法是将 CSMA 增加一个碰撞避免（Collision Avoidance）功能。 802.11 就使用

13、CSMA/CA 协议。而在使用 CSMA/CA 的同时还增加使用确认机制。 下面先介绍 802.11 的 MAC 层。CSMA/CD 协议的工作原理所谓载波侦听（Carrier Sense），意思是网络上各个工作站在发送数据前都要确认总线上有没有数据传输。若有数据传输（称总线为忙），则不发送数据；若无数据传输（称总线为空），立即发送准备好的数据。所谓多路访问（Multiple Access），意思是网络上所有工作站收发数据共同使用同一条总线，且发送数据是广播式的，多个站点有平等的机会发送数据。所谓冲突（Collision），意思是若网上有两个或两个以上工作站同时发送数据，在总线上就会产生信号的

14、混合，这样哪个工作站都辨别不出真正的数据是什么。这种情况称为数据冲突，又称为碰撞。为了减少冲突发生后的影响，工作站在发送数据过程中还要不停地检测自己发送的数据，看有没有在传输过程中与其他工作站的数据发生冲突，这就是冲突检测（Collision Detected）。具体的检测原理描述如下：（1）当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即侦听信道是否空闲。（2）如果信道忙，则等待，直到信道空闲；如果信道空闲，站点就准备好要发送的数据。（3）在发送数据的同时，站点继续侦听网络，确信没有其他站点在同时传输数据才继续传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲然后几

15、乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。若无冲突则继续发送，直到发完全部数据。（4）若有冲突，则立即停止发送数据，但是要发送一个加强冲突的JAM（阻塞）信号，以便使网络上所有工作站都知道网上发生了冲突，然后，等待一个预定的随机时间，且在总线为空闲时，再重新发送未发完的数据。CSMA/CD的工作原理可以用以下几句话来概括：先听后发，边听边发。一旦冲突，立即停止。等待时机，然后再发。CSMA/CD控制方式的优点是：原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位，不需集中控制，不提供优先级控制。但在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降。例如：使用CS

16、MA/CD的一个网络，带宽是10Mbps。如果最大传播时间（包括设备的延迟并忽略发送一个干扰信号所需的时间）是25.6微秒，那么帧的最小长度是多少？其含义是什么？解：帧的传输时间是T=2*25.6=51.2微秒。这就是说，在最差的情况下，一个站点需要传输51.2微秒后才能检测到冲突。帧的最小长度是10Mbps*51.2=512比特=64B。这是标准以太网中帧的最小尺寸。其含义是：如果帧的长度小于最小长度，有可能发送站检测到冲突时，该帧已发送完毕，一旦整个帧被发送出去，发送站就无法保留帧的副本并无法掌控线路上的冲突检测。IEEE 802.11标准在MAC子层采用带冲突避免的载波监听多路访问（Ca

17、rrier Sense Multiple Access/Collision Avoidation，简称CSMA/CA）协议。该协议与在IEEE 802.3标准中所讨论的CSMA/CD协议类似，为了减小无线设备之间在同一时刻同时发送数据导致冲突的风险，IEEE 802.11引入了称为请求发送清除发送（RTS/CTS）的机制。即：如果发送目的地是无线结点，数据到达基站，该基站将会向无线结点发送一个RTS（请求发送）帧，请求一段用来发送数据的专用时间。接收到RTS请求帧的无线结点将回应一个CTS（清除发送）帧，表示它将中断其他所有的通信直到该基站传输数据结束。其他设备可监听到传输事件的发生，同时将在

18、此时间段的传输任务向后推迟。这样，结点间传输数据时发生冲突的概率就会大大减少。SIFS，即短（Short）帧间间隔，长度为 28s，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 的帧类型有：ACK 帧、CTS 帧、由过长的 MAC 帧分片后的数据帧，以及所有回答 AP 探询的帧和在 PCF 方式中接入点 AP 发送出的任何帧。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 的长度是 SIFS 加一个时隙（slot）长度（

19、其长度为 50s），即78s。时隙的长度是这样确定的：在一个基本服务集 BSS 内当某个站在一个时隙开始时接入到媒体时，那么在下一个时隙开始时，其他站就都能检测出信道已转变为忙态。DIFS，即分布协调功能帧间间隔（最长的 IFS），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 DIFS 的长度为 128s。CSMA/CA 协议的原理 ：欲发送数据的站先检测信道。在 802.11 标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。 通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。 当源站发送它的第一个

20、MAC 帧时，若检测到信道空闲，则在等待一段时间 DIFS 后就可发送。虚拟载波监听（Virtual Carrier Sense）的机制是让源站将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需的时间）通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据。802.11的MAC层在帧格式中的第2个字段设置了一个2B的“持续时间”。源结点在发送一帧时，同时在该字体段内填入以微秒为单位的值，表示在该帧发送结束后，还要占用信道多长的时间，包括目的结点的确认时间。网中其他结点在收到正在信道中传输的帧头“持续时间”的通知后，调整自己的网络分配向量。网络分配向量 NAV （Network Allocat

21、ion Vector） 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。信道从忙态变为空闲时，任何一个站要发送数据帧时，不仅都必须等待一个 DIFS 的间隔，而且还要进入争用窗口，并计算随机退避时间以便再次重新试图接入到信道。 在信道从忙态转为空闲时，各站就要执行退避算法。这样做就减少了发生碰撞的概率。 802.11 使用二进制指数退避算法。仅在下面的情况下才不使用退避算法：检测到信道是空闲的，并且这个数据帧是要发送的第一个数据帧。 除此以外的所有情况，都必须使用退避算法。 在发送第一个帧之前检测到信道处于忙态； 在每一次的重传后； 在每一次的成功发送后。1 无线局域

22、网的主要设备 无线网卡 无线网卡安装在计算机上，用于计算机之间或计算机与无线AP、路由器之间的无线连接。其作用和功能跟普通网卡一样，是用来连接到局域网上的，差别在于前者的数据传送是借助无线电波，而后者则是通过实际的网络线。根据接口类型的不同，无线网卡主要分为3种类型，即PCMCIA无线网卡、PCI无线网卡和USB无线网卡。无线网卡的选购（1）无线网卡功耗与稳定性 功耗与稳定性是最重要的两大技术指标。（2）无线网卡支持的标准常见有：IEEE 802.11a，802.11b，IEEE 802.11g，IEEE 802.11n。目前最流行的是IEEE 802.11b和IEEE 802.11g（3）无

23、线网卡的接口 常见有PCI接口、Mini PCI接口、PCMCIA接口、USB接口。常见品牌有：CISCO、Intel、TP-LINK、D-LINK、华为、华硕、技嘉等。 无线接入器无线接入器有3种基本类型：无线收发器、无线网桥和无线路由器。无线收发器又称无线AP，其作用类似于集线器或交换机，是无线局域网的核心。它是无线终端接入有线骨干网的接入点，典型覆盖距离在几十米至上百米。无线路由器是带有无线覆盖功能的路由器，主要用于用户上网和无线覆盖。可以与所有以太网的ADSL Modem或Cable Modem直接相连，也可以通过交换机与有线局域网相连。无线收发器 无线路由器无线路由器的选择（1）采用

24、的无线网络标准 IEEE 802.11b：家庭用户以及各种小型局域网用户适用 IEEE 802.11g：兼容IEEE 802.11b IEEE 802.11n等（2）有效传输距离 对于无线网络设备而言相当重要，影响联网效果。 实际应用应看重信号穿透能力，可采用天线或其它提高发射功率的方法。（3）网络连接功能 是否内置交换功能和提供超过一个的双绞线端口连接有线网； 4口的宽带路由器不仅提供Internet共享功能，还可以进行局域网连接，自动分配IP地址，便于管理。（4）路由技术NAT：网络地址转换:把网络内部IP地址映射成Internet合法IP地址，以实现Internet共享接入。 DHCP：

25、动态主机配置具有DHCP功能的无线路由器可以为局域网中接入的每台PC自动分配一个IP地址；同时本身又作为DHCP Client，使WAN端口动态地获得由ISP分配的IP地址。 无线天线 当计算机与无线AP或其他计算机相距较远时，随着信号的减弱，或者传输速率明显下降，或者根本无法实现与AP或其他计算机间通讯，此时，就必须借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益。增益表示天线功率放大倍数，数值越大表示信号的放大倍数就越大，也就是说当增益数值越大，信号越强，传输质量就越好。增益的单位是：dB。无线局域网的组网模式 Ad-Hoc模式，即点对点无线网络 Ad-Hoc网络是一种点对点的对等式移动网络，不

26、需要具有控制转换功能的无线AP，所有的终端设备都能对等地相互通信，如右图所示。在Ad-Hoc模式的局域网中，一个基站会自动设置为初始站，并对网络进行初始化，使所有同域（SSID相同）的基站成为一个局域网。设置主机的无线网络接入点，操作步骤见图解：安装无线网卡：接下来设置主机的无线网卡的IP地址，操作步骤见图解：接下来我们就应该设置其他的电脑了，具体操作步骤见图解（只要设置IP和SSID，至于怎么进入设置IP和SSID的管理界面和主机是一样的就不上图片了）：现在打开主机和其他的机器的无线网卡的开关，选择查看可用的无线网络，就可以找到我们刚刚设置的SSID了，连接上网吧！ Infrastructu

27、re模式，即集中控制式网络 集中控制式模式网络，是一种整合有线与无线局域网架构的应用模式。在这种模式中，无线网卡与无线AP进行无线连接，再通过无线AP与有线网络建立连接。 实际上Infrastructure模式网络还可以分为3种模式：室内移动办公，室外点对点和室外点对多点。 室内移动办公 这种方式以星型拓扑为基础，以AP为中心，所有的基站通信都要通过AP接转。由于AP有以太网接口，这样，既能以AP为中心独立建立一个无线局域网，也能以AP作为一个有线局域网的扩展部分，如图所示。 室外点对点 A网与B网分别为两个有线局域网，在距离较远无法布线的情况下，可通过两台无线网桥将两个有线局域网连在一起，通

28、过网桥上的RJ-45接口与有线的交换机相连。 室外点对多点A是有线中心局域网，B、C、D分别是外围的3个有线局域网。在无线设备上中心点需要全向天线，其它各点采用定向天线，此方案适用于总部与多个分部的局域网连接，其传输速率为11Mbps，传输距离小于10km，工作频率为2.4GHz配置无线AP 首先将网卡硬件安装进入计算机； 系统识别无线网卡并安装驱动；正常安装好能在设备管理器看到无线网卡的标志。 当安装配置好无线路由器或者附近有无线网络覆盖时，打开网络连接。 打开配置用计算机的浏览器（如IE），在地址栏内输入：http:/192.168.1.1，单击回车键，出现如下左图所示。输入用户名和密码（这里默认均为admin），单击【确定】按钮，显示如下右图所示浏览器的界面。该图左边列出了无线AP配置的项目，单击【无线参数】选项，出现无线网络基本配置对话框，如下页图所示。 SSID：用于识别无线设备的服务集标志符。可采用