第6章 无线局域网技术

计算机网络技术2020/2/51第6章无线局域网络技术计算机网络技术2020/2/52内容目录无线局域网络的概念与特点1无线局域网的组成2无线局域网的协议族3IEEE802.11协议体系4计算机网络技术2020/2/536.1无线局域网络的概念与特点6.1.1无线局域网络的概念◆广义的无线局域网WLAN是指以无线介质为传输介质的局域网。这种定义涵盖了诸如IEEE802.11系列、Bluetooth等各种类型的无线网络技术。◆狭义的无线局域网特指采用了IEEE802.11系列无线局域网标准的局域网。由于IEEE802.11系列无线局域网标准相对于其它无线网络技术标准具有较大优势，有成为主流无线局域网的趋势。◆在本章中，如果没有特别指明，无线局域网均指狭义的无线局域网，即IEEE802.11无线局域网。计算机网络技术2020/2/54计算机网络技术2020/2/556.1无线局域网络的概念与特点6.1.2无线局域网络的特点1.无线局域网的优点(1)可移动性；(2)灵活性；(3)可扩展性；(4)经济性。2.无线局域网的局限性(1)可靠性与服务质量(2)带宽与容量(3)覆盖范围(4)安全性(5)节能性计算机网络技术2020/2/566.1无线局域网络的概念与特点6.1.3无线局域网的使用范围◆无线局域网的应用范围广泛，可以分为室外环境和室内环境两种。◆一般来说，无线局域网的应用主要可以满足以下4种需求：(1)替代有线网络(2)补充有线网络(3)移动接入(4)不便于布线的环境计算机网络技术2020/2/576.2无线局域网的组成6.2.1物理组成6.2.2逻辑结构6.2.3拓扑结构6.2.4互连设备计算机网络技术2020/2/586.2无线局域网的组成6.2.1无线局域网的物理组成1.站STA(Station)、2.无线介质WM(WirelessMedium)3.无线接入点AP、基站(AccessPoint)4.分布式系统DS(DistributionSystem)BS/AP站点站点分布式系统无线局域网的物理结构计算机网络技术2020/2/596.2无线局域网的组成6.2.1无线局域网的物理组成1.站（STA）◆站是指以无线方式接入无线局域网的设备，是无线局域网的基本组成单元，是具有无线网络接口的计算机设备，比如配有无线网卡的便携式计算机。◆站的组成①终端用户设备②无线网络接口③网络软件计算机网络技术2020/2/5106.2无线局域网的组成6.2.1无线局域网的物理组成◆站的分类按照移动性，无线局域网中的站可分为固定站、半移动站和全移动站三类。固定站：是指位置固定不动的站（台式机）；半移动站：是指站可在网内移动，但只能在静止状态下进行通信（笔记本电脑）；全移动站：是指站可在移动状态下保持通信，移动速率通常限定在2～10m/s（掌上机、PDA）。计算机网络技术2020/2/5116.2无线局域网的组成6.2.1无线局域网的物理组成2.无线介质(1)红外线红外线局域网采用小于1微米波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性。红外信号要求视距传输，并且窃听困难，对邻近区域的类似系统也不会产生干扰。(2)无线电波无线电波是无线局域网最常用的无线传输媒体。这主要是因为无线电波的覆盖范围较广，已有的应用技术较成熟。特别是用于无线通信的直接序列扩频调制方法，使得无线电波的发射功率低于自然的背景噪声，具有很强的抗干扰抗噪声能力、抗衰落能力。计算机网络技术2020/2/5126.2无线局域网的组成6.2.1无线局域网的物理组成3.无线接入点AP（基站）无线接入点AP(AccessPoint)是无线局域网的重要组成单元，除了具备站的基本功能外，可以为其它站提供无线网络接入服务的设备。它的基本功能有：(1)作为无线接入点，完成其它非AP的站对分布式系统的接入访问和不同站间的通信连接。(2)作为无线网络和分布式系统的桥接点，完成桥接功能。(3)作为基本服务集BSS的控制中心，完成对其它非AP的站的控制和管理。计算机网络技术2020/2/5136.2无线局域网的组成6.2.1无线局域网的物理组成4.分布式系统DS分布式系统DS(DistributionSystem)是用来连接不同的基本服务区BSA(BasicServiceArea)的，通常是有线网络(例如采用IEEE802.3协议的局域网)，但也可以是可通过AP间的无线通信构成的无线网络。计算机网络技术2020/2/5146.2无线局域网的组成6.2.2无线局域网的逻辑结构1.基本服务集BSS◆无线局域网的最小构件是基本服务集BSS(BasicServiceSet)◆一个BSS一般包括一个无线接入点和若干个无线终端组成◆所有终端在BSS内部可以直接通信，但若要和本BSS外的其它终端通信则必须经过本BSS的基站(接入点）◆一个BSS所覆盖的地理范围称为一个基本服务区BSA，BSA通常在100M以内计算机网络技术2020/2/515其他网络APBSS无线局域网计算机网络技术2020/2/5166.2无线局域网的组成6.2.2无线局域网的逻辑结构2.扩展服务集ESS◆一个基本服务区BSA覆盖的范围有限，为了覆盖更大的区域，需要把多个BSA通过分布式系统连接起来，形成一个跨站服务区ESA，而通过DS互连起来的属于同一个ESA的所有主机组成ESS◆一个ESS中的每个BSS都分配了一个标识号BSSID。如果一个网络由多个ESS组成，则每个ESS也分配一个标识号ESSID◆当一个站从一个BSA移动到另外一个BSA时，称为散步，当一个站从一个ESA移动到另外一个ESA，称为漫步◆只拥有一个BSS的WLAN叫做单区网，拥有多个通过分布式系统相连的BSS所构成的ESS，称为多区网计算机网络技术2020/2/517AP站站站站站站BSA220~100米几千米ESABSA1AP扩展服务集ESS无线局域网计算机网络技术2020/2/5186.2无线局域网的组成6.2.3无线局域网的拓扑结构BSS是WLAN的基本构造模块，分为无中心分布式和有中心集中控制式两种拓扑结构◆无中心分布式无线局域网◆有中心集中控制式无线局域网计算机网络技术2020/2/5196.2无线局域网的组成6.2.3无线局域网的拓扑结构1.无中心分布式结构◆无中心分布式结构是一种以自发方式构成的网络，是独立的BSS工作模式，简称为IBSS(IndependentBSS)工作模式。◆在IBSS中，至少拥有两个站，任意站之间可直接通信而无需AP转接但要求每个结点必须处于一个或多个其它结点的通信范围内IBSS工作模式IBSS工作模式计算机网络技术2020/2/5206.2无线局域网的组成6.2.3无线局域网的拓扑结构2.有中心集中控制式结构有中心集中控制式结构中，一个BSS至少包含一个AP。中心集中控制结构的优势如下：(1)BSS的覆盖范围或通信距离由AP确定，比无中心分布结构的通信距离长，站布局灵活。(2)路由的复杂性和物理层的实现复杂度较低。(3)AP作为中心站，控制所有站对网络的访问，网络的吞吐性能和时延性能不会随着网络业务量增大而迅速恶化。(4)AP可以方便地对BSS内的站进行同步管理、移动管理和节能管理等，网络可控性(Controllability)好。(5)具有较大的可伸缩性(Scalability)。计算机网络技术2020/2/5216.2无线局域网的组成6.2.4无线局域网的互连设备1.无线接入点AP2.无线交换机3.无线路由器4.无线局域网适配器计算机网络技术2020/2/5226.2无线局域网的组成6.2.4无线局域网的互连设备1.无线接入点AP无线接入点AP作用类似于以太网中的集线器，其除了无线接入功能外，一般还具有安全管理、用户认证、数据加密等功能，包括以下4部分：①天线无线AP最少应具有一根天线②接口无线AP一般拥有多个不同类型的接口，用以实现诸如有线网络接入、配置、供电等功能。常见的有RJ-45、USB和电源接口③复位系统解决无线AP在使用过程中出现无响应以及使用者忘记无线AP的配置口令而无法进入设置模式的情况④指示系统为了方便使用者直观地查看工作状态，包括电源灯、以太网指示灯和无线链路指示灯灯。计算机网络技术2020/2/5236.2无线局域网的组成6.2.4无线局域网的互连设备1.无线接入点AP无线AP的安装应该遵循以下规则：◆安装在各接入设备的所处区域的中心位置附近，如果可能的话，尽可能安装在无线接入设备可以直接目视到的位置◆安装在较高的位置◆远离各种会产生无线电波的干扰源，如PC、微波炉和无绳电话等◆远离面积比较大的金属物体◆根据实际情况调整天线的角度◆如果使用多个接入点，接入点使用的信道要有间隔计算机网络技术2020/2/5246.2无线局域网的组成6.2.4无线局域网的互连设备2.无线交换机无线交换机是将无线局域网控制器与交换机合并在一起。无线交换机采用backend-frontend工作方式，即将无线交换机置于用户机房内，称为back-end，而将若干类似于天线功能的AP置于前端，称为front-end。3.无线路由器无线路由器是无线AP和宽带路由器的结合体，是在无线AP的基础上扩充各种功能而来。无线路由器在提供和无线AP相同的无线覆盖功能同时，还支持xDSL/Cable方式的宽带接入，以及DHCP、NAT、VPN、MAC地址过滤和防火墙等常用的网络管理、网络服务和网络安全功能。所以，无线路由器也称为扩展型无线AP。计算机网络技术2020/2/5256.2无线局域网的组成6.2.4无线局域网的互连设备4.无线局域网适配器无线局域网适配器是指将各种计算机、网络打印机等设备接入无线局域网的适配器，即通常所说的无线网卡。无线适配器主要实现WLAN协议中的物理层和数据链路层的内容。下图为无线局域网适配器的硬件组成。射频处理单元（RF）中频处理单元（IF）基带处理器（BBP）网络接口控制器（RF）计算机无线收发信机总线接口无线网络适配器无线网络适配器的硬件组成计算机网络技术2020/2/5266.2无线局域网的组成6.2.4无线局域网的互连设备4.无线局域网适配器无线网络适配器分类:◆PCI无线网络适配器（台式机）◆Mini-PCI无线网络适配器（笔记本）◆USB无线网络适配器（即插即用）1.1版12Mbps2.0版480Mbps计算机网络技术2020/2/5276.3无线局域网的协议族网络协议标准有着很强的垄断性和专利性，一旦掌握某标准就意味着掌握该标准的国家、组织、公司可以称为该行业的权威，左右整个行业的发展，获得巨大的经济利益所以随着无线局域网技术的不断成熟和应用范围的日趋扩大，世界各国和地区以及计算机行业公司、组织纷纷成立相关的无线局域网技术研究小组，制定符合自己利益需求的无线局域网标准计算机网络技术2020/2/5286.3无线局域网的协议族随着时间的推移，比较常用的无线局域网标准有IEEE802.11系列、蓝牙、红外线、HomeRF等。IEEE802.11系列无线局域网已经称为事实上的无线局域网主流标准，而其它标准大部分成为某一特定应用环境下的专用无线网络标准计算机网络技术2020/2/5296.3无线局域网的协议族6.3.1IEEE802.11系列标准802.11FHSS802.11DSSS802.11IR802.11a802.11b802.11gIEEE802.11e——QoS扩展MCA控制－同步－节电－信标协调功能CSMA/CARTS，CTS，ACKWEP分段重装IEEE802.11i——安全扩展IEEE802.2LLC子层IEEE802.11MAC子层IEEE802.11物理层IEEE802.11系列的协议体系计算机网络技术2020/2/5306.3无线局域网的协议族6.3.1IEEE802.11系列标准IEEE802.11定义的MAC层支持7种局域网物理层协议：1.IEEE