WLAN第3章 无线局域网的网络构成

第三章无线局域网的网络构成吉林大学通信工程学院姜宏[e-mail]第一节无线局域网的业务区一、概述基本业务区扩展业务区BSA的构成BSA是构成无线局域网的最小单元。BSA近似于蜂窝电话网中的小区，但它和小区有明显的差异；蜂窝电话网中的小区采用集中控制方式组网，也就是说网中的站一定要经过小区中的基站方可相互通信，但BSA的组网方式并不限于集中控制式。BSA的组网方式有这样三种：无中心的分布对等方式;有中心的集中控制方式;上述两种方式的混合方式。第一种：分布式对等方式，BSA中任意两站可相互直接通信，无须设中心转接站。通常使用CSMA/CA做为MAC协议。这种方式的特点是结构简单易维护。第二种：集中控制方式，BSA中设置一个中心控制站，主要完成MAC控制及信道分配等功能。网中的其它站在该中心站的协调下与其它站通信。由于对信道资源分配、MAC控制采用集中控制的方式，这样使信道利用率大大提高，网络的吞吐性能优于分布式对等方式。引入中心站也使得BSA结构复杂；中心站需要进行信道资源、站点管理等较复杂的处理。第三种：前两种方式的组合，即分布式对等方式与集中控制方式的混合方式。在这种方式下，BSA中的任意两站均可直接通信；而中心控制站完成部分无线信道资源的控制。几个BSA通过AP连接起来形成扩展服务区(ESA:ExtendedServiceArea).ESA内的工作站对于LLC层是透明的，可以从一个BSA移动至另一个BSA。ESA的构成基本业务集BSS：由一个BSA区构成的业务集合，叫BSS（BasicServiceSet）扩展业务集ESS：由一个ESA区构成的业务集合，叫ESS（ExtendedServiceSet）二、IEEE802.11无线局域网的业务区IBSS：IndependentExtendedServiceSet，独立基本业务集BSS：BasicServiceSet基本业务集ESS：ExtendedServiceSet扩展业务集独立基本业务集(IBSS)•最基本的IEEE802.11无线局域网形式；•分布式对等（peertopeer）拓扑；•至少包括两个工作站STA，没有AP转接，工作站之间直接通信；•各站点竞争公用信道；•随时需要随时构建，称作自组织网络（AdHoc）；•结构简单，组网迅速，使用方便，抗毁性强；•用于军事、临时组网；•适于小规模、小范围系统。基本业务集(BSS)•由多个工作站(STA,Station)组成的集合，是只包括一个AP的单区结构；•集中式基础结构型（Infrastructure）拓扑；•BSS内的工作站相互通信通过AP转接；•BSS覆盖范围由AP决定；•同一个BSS的各个工作站具有相同的BSS标识符(BSSID：BSSIdentifier)，在IEEE802.11中，BSSID是AP的MAC地址。•AP方便管理各站同步、移动性、节能等；•AP为接入骨干网提供一个逻辑接入点。扩展业务集(ESS)•由多个BSA通过分布式系统联结形成一个扩展区(ESA），属于同一ESA的所有站组成ESS；•多AP模式的拓扑；•ESS范围数公里；•如果一个业务区由多个ESS组成，每个ESS分配一个ESS标识符(ESSID：ESSIdentifier)；•ESA中的所有AP共享同一个ESSID；•相同ESSID的无线网络间可以进行漫游；•所有不同的ESSID组成一个网络标识符（NID），属于一个逻辑网段，通常称一个IP子网。BSA间的干扰：当多个BSA相距较近时，BSA间干扰成为很大的问题。因为使用无线传输媒体，某一BSA的无线信号可能会辐射出其覆盖范围，这些泄漏至其它BSA的信号就成为其它BSA的干扰。为了解决BSA间干扰，相邻的BSA使用不同的无线信道。通常使用频分多址或码分多址的方法实现信道切换。例如,利用ISM频段中ch1、ch6、ch11三个无重叠频道.ch6ch11ch12.4GHzISM频段信道划分移动管理包括以下几个方面：登录管理、认证管理、移动管理。散步：当一个站从一个BSA移动至另一个BSA，(切换AP)，称为“散步”或“越区切换”；这是一种链路层的移动。漫游：当一个站从一个ESA移动至另一个ESA，称为“漫游”；这是一种网络层或IP层的移动。散步和漫游无线漫游的实现•将多个AP的信号覆盖范围相互重叠一小部分.•对各个AP进行设置:1.登录AP的参数设置界面，在其中找到SSID设置选项，将所有AP的SSID名称设置成相同，这样才能确保漫游用户在同一网络中漫游；2.修改每一个AP的IP地址，让所有AP的IP地址属于同一网段之中；3.修改信号互相覆盖的AP的频道。为了防止相邻AP之间的信号相互产生干扰，信号互相覆盖的AP必须使用不同的频道，目前一个AP可以使用的频道总共有13个，其中1、6、11这三个频道是完全无重叠的，因此可将相邻的AP设置成使用这些频道，来确保无线漫游成功。工作站(STA，Station)分布式系统(DS，DistributionSystem)无线媒质(WM，WirelessMedium）接入点(AP：AccessPoint)关口(Portal)第二节无线局域网的基本组成连接在WLAN中的终端设备称为站（STA），也称移动主机（MH，MobileHost）这些站可以是台式计算机、便携计算机（掌上计算机、手持式计算机、笔式计算机等），也可以是其它智能设备，例如个人数字助理(PDA)、手持式扫描仪和数据采集仪、手持式打印机等。组成：终端用户设备无线网络接口网络软件1、站（STA）站的分类：从站的移动性来分类，分三类：固定站、半移动站、移动站。固定站：指固定使用的台式计算机，有线局域网中的站均为固定站；半移动站：指经常改变使用场所的站，但在移动状态下并不要求保持与网络的通信；移动站：在移动中也可保持与网络的通信，这种站是传统的有线局域网中所没有的。目前无线局域网中移动站的典型移动速度限定在步行速度(2m/s以内)及中低速(10m/s以内)之间。分布式系统(DS，DistributionSystem)是用于连接不同BSS的通信信道；将属于同一ESA的所有站连接起来，组成一个扩展业务集（ESS）.分布式系统使用的媒介(DSM，DistributionSystemMedium)与BSS使用的媒介(WM，WirelessMedium）逻辑上分开，尽管它们物理上可能会是同一个媒介，例如同一个无线频段。2、分布式系统(DS）关口(Portal)是无线局域网的一个逻辑节点，用于802.11无线局域网和非802.11局域网之间的协议转换。在实际中可以将Portal和AP的功能集成到一个设备中。4、关口(Portal)3、接入点(AP）接入点(AP：AccessPoint)是特殊的工作站，类似蜂窝中的基站，位于BSA的中心，固定不动；AP提供分布式系统服务(DSS：DistributionSystemService)，使同一BSA内不同站之间通信联络。作为无线网络和分布式系统之间的桥接点。从物理拓扑分类：单区网（SCN）、多区网（MCN）从逻辑上分类：对等式（AdHoc）、基础结构式(Infrastructure)；线形、星形、环形；从控制方式分类：无中心分布式、有中心集中控制式从与外网连接分类：独立、非独立IEEE802.11无线局域网拓扑有中心控制式网络结构第三节无线局域网的业务应用层：Ｅ－mail,FTP,浏览１、ＳＴＡ服务：（１）认证（Ａuthentication）ＯＳＡ(开放系统认证)ＳＫＡ（共享密钥认证)（２）解除认证（３）保密(Privacy)802.11采用WEP（有线等价保密）算法２、ＤＳ服务：（１）联结（２）重新联结（３）解除联结（４）分布（５）集成第四节无线局域网的协议体系（笔记补充）一、概述下图是IEEE802.11委员会提出的无线局域网协议体系。无线局域网的标准化工作主要在逻辑链路层LLC以下，即MAC层与物理层。由于无线传输技术与有线传输技术的差异及无线信道的独特性，需要制订新的MAC协议和相应的物理层协议。IEEE802.11协议基本参考模型二、无线局域网的物理层无线局域网(WLAN)的物理层主要由所使用的无线频段及调制方式而定。目前使用的无线频段主要有亚微波(1GHz～3GHz)、亚毫米波(10GHz～30GHz)、红外线等。亚微波：亚微波及其以下频段的无线电波相对来讲传播损耗较小，且对障碍物的透过性也较好。诸多的移动通信系统都在使用该频段，使这一频段已很拥挤。亚毫米波：亚毫米波传播损耗大，直线传播性强，对障碍物的透过性差。常使用定向天线并要求接收天线在发射天线视野之内。目前使用亚毫米波的无线网络系统尚不多。红外线：红外线目前已被广泛地用做电视机等家电遥控器的传输媒体。尽管红外线只能以视线传播，且无法穿透非透明障碍物，但因使用红外线不受无线电管理部门的管制，并可达到相当高的数据传输速率，故在无线局域网中也倍受青睐。物理层按照功能分为：•PLCP(物理层汇聚过程)子层将MAC帧映射到媒体上，载波侦听分析，针对不同物理层形成相应格式分组。•PMD（物理媒体依赖）子层识别相关媒体使用的调制、编码技术；完成帧发送。•PLME（物理层管理实体）为不同的物理层进行信道选择和协调。物理层传输原理•物理层主要解决数据传输问题，如下图。IEEE802.11无线局域网的物理层三、无线局域网的MAC协议MAC层主要定义访问机制和MAC帧格式，负责访问机制的实现和分组的拆分与重组，MAC层管理实体(MACSublayerManagementEntity)负责:同步(Synchronization)、电源管理(Powermanagement)终端与接入点的关联(Association)、去关联(Disassociation)和重新关联(Reassociation等过程的管理。原则上讲，无线局域网的MAC协议与有线局域网并无本质上的区别。然而，由于无线传输媒体固有的特性及移动性的影响，无线局域网的MAC协议不能沿用原有的局域网协议。例如，无线局域网的MAC协议在差错控制、解决隐藏终端等方面应有别于有线局域网。第四章将详细讨论无线局域网的MAC协议。第五节无线局域网的功能要求1.MAC协议支持平均传输时延尽可能小的异步传输业务；支持可保证最大帧传输时延的同步传输业务；不同的BSA、ESA应使用相同的MAC协议。2.不同的物理层支持支持各种传输媒体(亚微波、亚毫米波、红外线等)；数据速率1Mbps～20Mbps；低误码率(应达有线LAN的水平，即≤10-8)。3.站的移动性支持园区内固定站、半移动站及移动站；移动速度限制在步行速度与缓慢行驶速度(10Km/h)之间；越区切换对用户是透明的。4.网络互连与可扩充性BSA构成简便、安装灵活；若干个BSA可简单地扩充至ESA；与现存LAN兼容，并容易接入WAN。5.与其它无线局域网及无线通信系统的兼容性不同的BSA或ESA即使在地理位置上重叠也可相互独立地运行；具有一定的抗不同BSA间干扰的能力或可躲避BSA间干扰。6.通信保密在物理层及应用上层具备数据保密措施；禁止非法用户入网；具有抗人为电波干扰的能力。7.使用方便用户站安装灵活、自由，移动操作对用户透明；用户无须向无线电管理部门申请无线频段。8.低功耗移动用户站使用电池供电，要求低功耗；支持睡眠工作模式等节能控制。第六节无线局域网的硬件构成无线局域网的硬件设备主要包括：•接入点(AP)•无线网卡（适配器）•无线网桥•无线路由器／网关无线局域网为一些小型企业和家庭用户提供了通过一个电缆调制解调器（Ｍodem）或数字用户线(DSL)连到因特网，以获得多连接。本节讨论无线局域网的硬件。一、无线接入点（AP）一个无线接入点就是一个二端口网桥，这种网桥能把数据从有线网络中继转发到无线网络，也能从无线网络中继转发到有线网络。这种作用使移动设备接收到有线网络里的通信流量，同时也能使有线网络上的设备接收到移动设备的传输流量。因此，一个接入