80211协议标准ppt

IEEE802.11协议IEEE802.11协议标准概述IEEE802.11系列协议标准的发展IEEE802.11的工作方式及802.11网络基本元素IEEE802.11的物理层协议IEEE802.11的MAC层协议无线局域网（WLAN）IEEE802.11n概述802.11是IEEE（美国电气和电子工程师协会）最初制定的一个无线局域网标准，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。主要用于解决办公室局域网和校园网中，用户与用户终端的无线介入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。由于802.11在速率和传输距离上不能满足人们的需要。因此，IEEE小组又相继推出了802.11a和802.11b等许多新标准。几者之间技术上的主要差别在于MAC子层和物理层。IEEE802.11系列协议标准的发展在物理层或者MAC层进行调整的802.11协议成员PHY802.11(1/2Mbps)802.11b(5.5/11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(54Mbps)802.11n(300Mbps)MAC802.11/11a/11b/11gMAC802.11e—QoS802.11i—安全增强802.11f—漫游和切换802.11h—动态调整802.11s—meshIEEE802.11的工作方式及802.11网络基本元素802.11定义了两种类型的设备，一种是无线站，通常是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的，另一个称为无线接入点（AccessPoint，AP），它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口（802.3接口）构成，桥接软件符合802.1d桥接协议。接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合到有线的网络上。无线的终端可以是802.11PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口，或者是在非计算机终端上的嵌入式设备（例如802.11手机）。SSIDAPSSID＝“marketing”SSID＝“office”STASTASTASSID：ServiceSetID服务集识别码BSSBSS1BSS2STA1STA2STA3STA5STA6STA4APAPSTA（Station）：任何的无线终端设备。AP（AccessPoint）：一种特殊的STABSS（BasicServiceSet）：基本服务集DSBSS2APBSS1APDSDS（DistributionSystem）：分布式系统ESSESSBSS2AP2Servicesetidentify(SSID1)BSS1AP1Servicesetidentify(SSID1)属于同一VLAN的客户端DSESS（ExtendedServiceSet）：扩展服务集，采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。AdHocSTASTASTASTASTAAdHoc构成一种特殊的无线网络应用模式，STA间可直接互相连接，资源共享，而无需通过AP。IEEE802.11的物理层协议IEEE802.11无线网络标准规定了3种物理层传输介质方式。其中2种物理层传输介质工作方式在微波频段（根据各国当地法规或规定不同，频段的具体定义也有所不同），采用扩频传输技术进行数据传输，包括跳频序列扩频传输技术（FHSS）和直接序列扩频传输技术（DSSS）。另一种方式以光波段作为其物理层，也就是利用红外线光波传输数据流。扩频传输技术跳频扩频（FHSS，FrequencyHoppingSpreadSpectrum）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。系统在一个扩频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音的干扰。直接序列扩频（DSSS，DirectSequenceSpreadSpectrum）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受数据。使用扩频技术的好处扩频是一种在信号的带宽进行扩展的技术。采用扩频的好处是：抗干扰。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。对于非特定的目的的接收器，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，避免他人的截听。提供了供多个用户使用同一传输波段的方法，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。红外线（IR）物理层红外线（IR）物理层描述了一种在850到950nM波段运行的调制类型，用于小型设备和低速率连接的数据传输应用。这种红外线介质的基本数据速率是利用十六进制脉冲位置调制（16PPM）的1Mbit/s速率和利用四进制脉冲位置调制（4PPM）的2Mbit/s增强速率。基于红外线设备的峰值功率被限定为2W。物理层结构媒体访问控制子层（MACSublayer）物理层汇聚子层（PLCPSublayer）物理媒体依赖子层（PMDSublayer）物理服务访问点（PHYSAP）物理媒体依赖服务访问点（PMDSAP）物理层（PL）IEEE802.11物理（PHY）层结构图IEEE802.11标准规定的物理层协议可以分为一般物理层管理和物理层汇聚过程、物理媒体依赖两个子层（图中未示出物理层管理）。物理层结构物理层管理（PhysicalLayerManagement）：物理层管理与MAC层管理相连，为物理层提供管理功能。物理层汇聚子层（PLCP）：媒体访问控制（MAC）子层和物理层汇聚（PLCP）子层通过物理层服务访问点（SAP）利用原语进行通信。MAC发出指示后，PLCP就开始准备需要传输的媒体协议数据单元（MPDU）。PLCP也从无线媒体向MAC层传递接收帧。PLCP为MPDU附加字段，形成一种合成帧，字段中包含物理层发送器和接收器所需的信息。IEEE802.11标准称这个合成帧为PLCP协议数据单元（PPDU）。PPDU的帧结构提供了工作站之间MPDU的异步传输，因此，接收工作站的物理层必须同步每个单独的即将到来的帧。物理媒体依赖（PMD）子层：在PLCP下方，PMD支持两个工作站之间通过无线媒体实现物理层实体的发送和接收。为了实现以上功能，PMD需直接面向无线媒体，并对帧传送提供调制和解调。PLCP和PMD之间通过原语进行通信，控制发送和接收。物理层主要功能1.载波帧听功能物理层通过命令其物理媒体依赖（PMD）子层检查媒体状态来执行载波侦听操作。探测信号的到来（DetectionofIncomingSignal）：工作站的PLCP持续地对媒体进行监听。当媒体忙时，PLCP将读取PLCP前同步码和帧头，并试图同步接收器和数据率。信道评价（ClearChannelAssessment）：信道评价操作用于检测无线媒体忙碌还是空闲。·如果媒体空闲，PLCP将发送一条状态字段表明为空闲的PHY-CCA.indication原语到MAC层，使得MAC层可以考虑决定发送帧；·如果媒体忙碌，PLCP将发送一条状态字段表明为忙碌的PHY-CCA.indication原语到MAC层。从而MAC层就可以决定暂不能发送帧。物理层主要功能2.数据发送功能如果前述的载波侦听出现媒体空闲状态，则物理层汇聚子层（PLCP）在接收到MAC层的PHY-TXSTART.request原语后便将PMD从常规的检测接收模式转换到传输发送模式。同时，MAC层将与该请求一道告知PLCP要发送数据的字节数（0-4095）和数据速率。然后，PMD通过无线发送器在20微秒内发射帧的前同步码。发送器以1Mbit/s的速率发送前同步码和适配头，为接收器的收听提供特定的通用数据速率。适配头的发送结束后，发送器将数据速率改到适配头确认的速率。整个发送完成后，PLCP向MAC层发送一条PHY-TXEND.confirm原语，关闭发送器，并将PMD电路转换到接收模式。物理层主要功能3.数据接收功能如果信道检测评价到媒体处在忙碌状态，同时有合法的即将到来的前同步码，则物理层汇聚（PLCP）子层就开始监视该适配头。当PMD检测到的信号能量超过85dBm，它就认为媒体忙碌。如果PLCP子层检测到帧的适配头是无误的，它将向MAC层发送一条PHY-RXSTART.indication原语，通知一个帧的到来。随同这个原语一起发送的，还有帧适配头的一些信息。PLCP根据PLCP服务数据单元（PSDU）适配头长度的值，来设置字节计数器。计数器跟踪接收到的帧的字节数目，使PLCP知道帧什么时间结束。PLCP在接收数据的过程中，通过PHY-DATA.Indication信息向MAC层发送PSDU的字节。收到最后一个字节后，向MAC层发送PHY-RXEND.infication原语，声明帧的结束。IEEE802.11标准的物理层扩充协议IEEE802.11a是对IEEE802.11标准进行的物理层扩充，它彻底地抛弃了前述的扩频思想。IEEE802.11a工作在5GHz频段，物理层速率可达54Mbit/s，传输层达25Mbit/s。采用正交频分复用（OFDM）扩频技术。可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mbps的无线以太网帧结构接口；支持语音、数据、图像业务。IEEE802.11b标准的物理层采用的是补码键控CCK（ComplementaryCodeKeying）技术。在2.4GHz高速局域网标准中采用CCK调制的主要原因是：它可以在提供高达11Mbit/s数据传输速率的同时保持了与原有的1Mbit/s和2Mbit/s的无线局域网的互操作性，即两者具有同样的射频带宽和分组结构。IEEE802.11的MAC层协议按照无线局域网（WLAN）的协议体系结构层次划分，MAC子层是位于物理（PHY）层和逻辑链路控制（LLC）子层中间的一个层次，其主要目的是在LLC子层的支持下为共享物理媒体提供访问控制以及执行寻址方式和帧产生与帧识别。IEEE802.11标准中，以CSMA/CA协议作为无线局域网MAC协议的基础，主要用来支持异步业务，并称其为分布式访问控制（分布协调功能）方式（DCF）。为了使得系统也能够支持具有最大时延要求的一些同步或时限业务，标准中还要求了MAC协议支持用户可选择的中心网控（点协调功能）方式（PCF）。IEEE802.11的MAC层802.11标准设计独特的MAC层。它通过协调功能（CoordinationFunction）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受数据。802.11的MAC包括两个子层。点协调功能PCF（Pointcoordinationfunction）分布协调功能DCF(Distributedcoordinationfunction)(CSMA/CD)PHY层无争用服务（选用）争用服务（必须实现）MAC层分布式访问控制方式(DCF)分布式访问控制方式(DCF)是IEEE802.11标准规定的物理层兼容的无线局域网中的工作站和访问点（AP）之间共享无线媒体的主要访问控制协议。和IEEE802.3总线式以太网的CSMA/CDMAC协议类似，IEEE802.11标准规定无线局域网的分布式访问控制方式(DCF)使用具有碰撞避免功能的载波侦听多址接入（CSMA/CA）协议。中心网络控制方式(PCF)IEEE802.11标准规定的无线局域网媒体访问控制可以工作在集中式中心网络控制方式（PCF）。PCF是在支持异步业务的DCF方式（采用CSMA/CA协议）的基础上，依照其提供的访问优先权，由网络中心站（AP）控制（采用Polling协议方式）支持无竞争型同步或时限业务。DCF（CSMA/CA）PCF（Polling）同步或时限业务异步业务IEEE802.11物理（PHY）层协议MAC协议无线媒体IEEE802.11标准的MAC协议支持的业务模型MAC层主要功能1.MAC层帧生成与分