IEEE802.11無線局域網提綱

IEEE802.11系列標準12無線局域網的種類無線局域網的MAC層34無線局域網的組網模式5無線局域網的覆蓋設計1.

無線局域網的種類支持設備短距離通信（一般是10m之內）標準：IEEE802.15.1，工作在2.4GHz頻帶帶寬：V1.1/1.2為748~810kb/s,V2.0/2.1為1.8M/s~2.1M/s，V3.0為24Mb/s。按照所采用的傳輸技術目前主要分為三類按視距方式傳播的，即發送點要能直接看到接收點，中間不能有阻擋。優點：紅外線局域網

頻譜寬，可能提供極高的數據傳輸速率。可以被淺色的物體漫反射從而覆蓋整個房間。

Wifi無線局域網標準：IEEE802.11系列（WiFi）帶寬：11～300Mb/s最大通信距離：室外300m，室內100m藍牙2.IEEE802.11系列標準及發展1.IEEE802.11系列無線局域網標準1997年IEEE制定第一個無線局域網標準IEEE802.11推出IEEE802.11b和IEEE802.11a兩個新標準。1999年批準了IEEE

802.11g2001年底目前2009.9IEEE802.11nIEEE802.11a/b/g/n

四個標準都在使用。IEEE802.11g

IEEE802.11aIEEE802.11b四種標準的特點最大數據傳輸速率：11Mbps工作頻段：2.4~2.485GHz最大數據傳輸速率：54Mbps工作頻段：5.1~5.8GHz與802.11b不兼容，成本較高傳輸距離小

IEEE802.11n最大數據傳輸速率：54Mbps一種混合標準:工作在2.4~2.485GHz頻段，但采用與IEEE802.11a相同的調制方式與802.11b兼容,也可以提供11Mbps的數據傳輸速率最大數據傳輸速率：108M~320M或更高可以工作在不同頻段：2.4GHz和5GHz與802.11b/g/a兼容傳輸距離可達幾公里3.無線局域網的組織模式●有兩種組網模式：基礎設施模式(InfrastructureMode)自組織模式(Ad-hocMode)指預先建立起來的、能夠覆蓋一定地理范圍的一批固定基站。

基本服務集(BSS)AP有線網絡擴展服務集(ESS)（1）基礎設施模式的無線局域網作用：使擴展的服務集ESS對上層的表現就像一個基本服務集BSS一樣。

BSS的服務范圍

基本服務集(BSS)AP最小構件

AP（接入點）：和本BSS以外的站通信時都必須通過本BSS的基站漫游時仍可保持通信

（2）

自組織模式的無線局域網

——自組網絡、獨立網絡、特定網絡（AdHocNetwork）

AEBCDF源站點目的站點都充當存儲轉發結點自組網絡沒有接入點AP，而是由一些處于平等狀態的移動站之間相互通信組成的臨時網絡。服務范圍通常受限。自組網絡一般不和外界的其它網絡相連接。在軍用和民用領域都有很好的應用前景。

特點4.無線局域網的MAC一個無線用戶發出的電磁波會向各個方向擴散一定范圍內的所有無線用戶共享傳輸信道。●

信息傳輸的特點●

MAC層采用CSMA/CA協議

CSMA：與在傳統以太網中的含義相同

CA：沖突避免基本思想是在發送數據之前先對信道進行預約以避免沖突，而不是發送后再檢測有無沖突。無線局域網的信道問題——IEEE802.11b/g常用的IEEE802.11b/g工作在2.4～2.4835GHz頻段,這些頻段被分為11或13個信道，各國各地區的標準不同：北美/FCC標準,采用2.412～2.462GHz,共有11個信道,其中1、6、11信道為不重疊的傳輸信道在多個無線網絡環境中，必須分別選擇不重疊的信道（默認為6）802.11a工作在更加寬松的5GHz頻段,擁有12條非重疊信道，能給接入點提供更多的選擇,因此它能有效降低各信道之間的沖突：802.11a總帶寬為54Mbps*12=648Mbps802.11g總帶寬為54Mbps*3=162Mbps也就是說,當接入的客戶端數目較少時,也許分辨不出802.11a和802.11g的速度差別,但隨著客戶端數目的增加,數據流量的增大,802.11g便會越來越慢,直至帶寬耗盡,更不用說802.11b了。

無線局域網的信道問題——IEEE802.11a802.11局域網的MAC層協議

1.CSMA/CA協議無線局域網卻不能簡單地搬用CSMA/CD協議。這里主要有兩個原因。12無線局域網的特殊問題當A和C檢測不到無線信號時，都以為B是空閑的，因而都向B發送數據，結果發生碰撞。這種未能檢測出媒體上已存在的信號的問題叫做隱蔽站問題(hiddenstationproblem)A的作用范圍C的作用范圍ABCD13無線局域網的特殊問題B向A發送數據，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發送數據。其實B向A發送數據并不影響C向D發送數據這就是暴露站問題(exposedstationproblem)ADCB？B的作用范圍C的作用范圍14A的作用范圍B的作用范圍對信道進行預約802.11允許要發送數據的站對信道進行預約。ACBDERTSRTS源站A在發送數據幀之前先發送一個短的控制幀，叫做請求發送

RTS(RequestToSend)，它包括源地址、目的地址和這次通信（包括相應的確認幀）所需的持續時間。15A的作用范圍B的作用范圍對信道進行預約802.11允許要發送數據的站對信道進行預約。CTSACBDECTS若媒體空閑，則目的站B就發送一個響應控制幀，叫做允許發送

CTS(ClearToSend)，它包括這次通信所需的持續時間（從RTS幀中將此持續時間復制到CTS幀中）。A收到CTS幀后就可發送其數據幀。

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IEEE802.11標準中，以CSMA/CA協議作為無線局域網MAC協議的基礎，主要用來支持異步業務，并稱其為分布式訪問控制（分布協調功能）方式（DCF）。為了使得系統也能夠支持具有最大時延要求的一些同步或時限業務，標準中還要求了MAC協議支持用戶可選擇的中心網控（點協調功能）方式（PCF）。

802.11的MAC層MAC層無爭用服務（選用）爭用服務（必須實現）分布協調功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協調功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層MAC層通過協調功能來確定在基本服務集BSS中的移動站在什么時間能發送數據或接收數據。18MAC層無爭用服務爭用服務分布協調功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協調功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層PCF子層使用集中控制的接入算法把發送數據權

輪流交給各個站從而避免了碰撞的產生19MAC層無爭用服務爭用服務分布協調功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協調功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層DCF子層在每一個結點使用CSMA機制的分布式接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發送權。因此DCF向上提供爭用服務。20三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發送SIFS，即短(Short)幀間間隔，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個站應當能夠在這段時間內從發送方式切換到接收方式。使用SIFS的幀類型有：ACK幀、CTS幀、由過長的MAC幀分片后的數據幀，以及所有回答AP探詢的幀等。24三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發送PIFS，即點協調功能幀間間隔，它比SIFS長，是為了在開始使用PCF方式時（在PCF方式下使用，沒有爭用）優先獲得接入到媒體中。PIFS的長度是SIFS加一個時隙(slot)長度。時隙的長度是這樣確定的：在一個基本服務集BSS內當某個站在一個時隙開始時接入到媒體時，那么在下一個時隙開始時，其他站就都能檢測出信道已轉變為忙態。25三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發送DIFS，即分布協調功能幀間間隔（最長的IFS），在DCF方式中用來發送數據幀和管理幀。DIFS的長度比PIFS再增加一個時隙長度。26MAC幀結構IEEE802.11標準中把無線局域網的MAC幀分為三種類型：

●管理信息幀

●控制信息幀

●數據信息幀

MAC管理信息幀負責在工作站和AP之間建立初始的通信，提供連接加入和認證服務。

當工作站和AP之間建立連接和認證之后，控制信息幀為數據信息幀的發送提供輔助功能（請求或確認等）。數據信息幀的功能是向目的工作站傳送數據信息28MAC幀MAC幀幀控制域29不同的MAC幀類型802.11幀共有三種類型，即控制幀、數據幀和管理幀。1、控制幀：6種子類型，類型值為012、數據幀：8種子類型，類型值為103、管理幀：11種子類型，類型值為0030（1）控制幀類型值類型描述子類型值子類型描述0l控制1010節能輪詢01控制1011請求發送RTS01控制1100清除發送CTS01控制1101確認ACK01控制1110自由競爭(contention-free，CF)結束01控制1111CF結束+CF確認31（2）數據幀類型值類型描述子類型值子類型描述10數據0000數據10數據0001數據+CF確認10數據0010數據+CF輪詢10數據0011數據+CF確認+CF輪詢10數據0100空功能(無數據)10數據0101CF確認(無數據)10數據0110CF輪詢(無數據)10數據0111CF確認+CF輪詢(無數據)32（3）管理幀類型值類型描述子類型值子類型描述00管理0000連接請求(站點→AP)00管理0001連接響應(AP

→站點)00管理0010重連請求00管理0011重連響應00管理0100偵測請求(站點)00管理0101偵測響應(AP)00管理1000信號燈(信標)00管理1001宣布通信指示報文00管理1010拆除連接00管理1011認證00管理1100取消認證MAC層主要功能●媒體訪問控制●加入網絡連接●數據驗證和保密

1．無線媒體訪問控制在幀發送前，MAC須首先利用以下某方式獲得網絡連接：●具有碰撞避免功能的載波偵聽多址接入（CSMA/CA）媒體訪問控制（MAC）方式，IEEE802.11規范稱為分布式訪問控制方式（DCF）。●基于不同服務優先級別的集中式輪詢（Polling）訪問控制，IEEE802.11規范稱為中心網絡控制方式（PCF）。DCF和PCF都能在同一個BSS中提供并行的可選擇的競爭和無競爭訪問期。2．加入網絡連接工作站在驗證和連接到合適的工作站或訪問點之前首先檢測有無現成工作站和訪問點（AP）可供加入。工作站通過被動或主動掃描方式完成上述的搜索過程。SSID標識符3．提供認證和保密服務IEEE802.11標準提供兩種認證服務，用于增強802.11網絡的安全性能：●開放系統認證（OpenSystemAuthentication），是一種默認的認證服務。僅僅宣布與其他站和AP的連接請求。●共享密匙認證（SharedKeyAuthentication），它包含更加嚴格的幀交換，以確定響應工作站是可信的。802.11MAC層工作原理—用戶接入管理過程STAAPDiscovery選擇AP(采用偵聽Beacon幀或發送Probe幀)AuthenticationAssociation和建立Association關系的AP收發數據1234802.11MAC層工作原理—Scanning802.11MAC使用Scanning功能來完成Discovery尋找和加入一個無線網絡當STA漫游時尋找一個新的APPassiveScanning通過偵聽AP定期發送的Beacon幀來發現無線網絡。ActiveScanning在每個信道上發送Proberequest報文，從ProbeResponse中獲取SSID的基本信息。PassiveScanning通過偵聽AP定期發送的Beacon幀來發現網絡。ActiveScanning在每個信道上發送Proberequest報文，從ProbeResponse中獲取SSID的基本信息。辦公大樓APSwitch訪客公司員工SSID：Office（隱藏）SSID：VIP802.11MAC層—Scanning隱藏Beacon為最簡單方便的保證無線網絡安全的手段之一<Sysname>system-view[Sysname]wlanservice-template1clear[Sysname]ssidOffice[Sysname-wlan-st-1]beaconssid-hide39Wi-Fi保護接入（WPA）IEEE802.11定義了WEP算法實現安全和保密，使用40位的密鑰利用RC4加密算法（流加密算法），其后修正為104位密鑰。WEP算法的弱點主要有：密鑰大量重復使用在一個無線網絡中輕易的數據接入該協議中缺乏密鑰管理因此，IEEE802.11i工作組(Wi-Fi聯盟)發布了Wi-Fi保護接入(Wi-Fiprotectedaccess,WPA)40Wi-Fi保護接入（WPA）WPA是一個消除了大多IEEE802.11安全性問題的安全性機制集，它基于IEEE802.11i的當前狀態。IEEE802.11i著重三個主要的安全性領域：認證、密鑰管理和數據傳遞的保密性。802.11i要求使用認證服務器(authenticationserver,AS)并定義了一個更為健壯的認證協議。AS還起到密鑰分發的作用。41802.11i體系結構的主要成分802.11i體系結構的3個主要成分認證(authentication)：用于定義在一個用戶和一個AS之間進行一次交換的協議，該AS提供