无线局域网技术

计算机网络技术2020年2月24日星期一1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无线局域网的管理5组建无线局域网案例6计算机网络技术2020年2月24日星期一25.1无线局域网络的概念与特点5.1.1无线局域网络的概念无线局域网WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)还没有一个统一的定义，一般分为广义和狭义两种定义。广义的无线局域网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、HiperLan、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年2月24日星期一35.1无线局域网络的概念与特点5.1.2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年2月24日星期一45.1无线局域网络的概念与特点5.1.3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。室内包括家庭、办公室、临时的室内展馆、车间等；室外则主要包括诸如校园网、企业网、城域网、建筑物互连、特殊用途网络等。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年2月24日星期一55.2无线局域网的组成5.2.1无线局域网的物理组成无线局域网的物理组成如图5-1所示，由站STA(Station)、无线介质WM(WirelessMedium)、基站BS(BaseStation)或无线接入点AP(AccessPoint)和分布式系统DS(DistributionSystem)4部分组成。BS/AP站点站点分布式系统图5-1无线局域网的物理结构计算机网络技术2020年2月24日星期一65.2无线局域网的组成5.2.1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，包括主机(Host)或终端(Terminal)。站在无线局域网中通常用于客户端(Client)，是具有无线网络接口的计算机设备，比如用有无线网卡的便携式计算机。(1)站的组成站由3部分组成：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年2月24日星期一75.2无线局域网的组成5.2.1无线局域网的物理组成(2)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；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；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。固定站、半移动站和全移动站的特点如表5-1所示。移动站的分类固定站半移动站移动站开机使用的移动站固定固定固定/移动关机时的移动站固定固定/移动固定/移动举例台式机便携机掌上机、车载台表5-1无线局域网中移动站的分类计算机网络技术2020年2月24日星期一85.2无线局域网的组成5.2.1无线局域网的物理组成2.无线介质无线局域网采用的传输介质不是双绞线或者光纤，而是红外线或者无线电波。(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。但由于红外线具有很高的背景噪声，受日光、环境照明等影响较大，一般要求的发射功率较高。(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。这一方面保证了通信安全，基本避免了窃听；另一方面，无线局域网使用的无线电波频段主要是S频段(2.4GHz～2.4835GHz)，也叫工业科学医疗频段ISM(IndustryScienceMedical)，不受无线电管理部门的限制，不会对人体健康造成伤害。计算机网络技术2020年2月24日星期一95.2无线局域网的组成5.2.1无线局域网的物理组成3.基站BS和无线接入点AP基站是指在一定的无线电覆盖区中，通过通信交换中心，与终端之间进行信息传递的无线电收/发信电台，完成无线通信网和用户之间的通信和管理功能。常用于移动通信的蜂窝结构中。无线接入点AP(AccessPoint)类似蜂窝结构中的基站，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年2月24日星期一105.2无线局域网的组成5.2.1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年2月24日星期一115.2无线局域网的组成5.2.2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包括一个基站和若干个无线终端，或者只包含若干无线终端。图5-2所示为一个拥有AP的BSS结构。其他网络AP图5-2BSS无线局域网计算机网络技术2020年2月24日星期一125.2无线局域网的组成5.2.2无线局域网的逻辑结构2.扩展服务集ESSESS(ExtendedServiceSet)是由多个BSS组成的多区网。如图5-3所示。AP站站站站站站BSA220~100米几千米ESABSA1AP图5-3ESS无线局域网计算机网络技术2020年2月24日星期一135.2无线局域网的组成5.2.3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，如图5-4所示。IBSS工作模式图5-4IBSS工作模式计算机网络技术2020年2月24日星期一145.2无线局域网的组成5.2.3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，如图5-2所示。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年2月24日星期一155.2无线局域网的组成5.2.4无线局域网的互连设备1.无线接入点AP/无线网桥无线接入点AP/无线网桥用于网络客户端与局域网之间、局域网与局域网之间的连接，具备有线和无线两类端口。(1)无线接入点AP和无线网桥的区别(2)无线接入点AP的组成无线接入点AP设备包括以下4部分：①天线②接口③复位系统④指示系统(3)无线AP的安装计算机网络技术2020年2月24日星期一165.2无线局域网的组成5.2.4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年2月24日星期一175.2无线局域网的组成5.2.4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。无线网卡还泛指所有通过无线方式接入网络的设备，如GPRS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。图5-5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图5-5无线网络适配器的硬件组成计算机网络技术2020年2月24日星期一185.2无线局域网的组成5.2.4无线局域网的互连设备总线接口简称接口，由于受到各种终端设备用途和体积限制，其类型繁多，主要有PCMCIA/CardBus接口、PCI接口、Mini-PCI接口和USB接口。按照接口类型不同，可将无线网络适配器进行以下分类：(1)PCMCIA/CardBus无线网络适配器(2)PCI无线网络适配器(3)Mini-PCI无线网络适配器(4)USB无线网络适配器计算机网络技术2020年2月24日星期一195.3无线局域网的协议族IEEE802.11系列标准是国际电气电子工程师协会IEEE制订的一组无线局域网标准，以IEEE802.11标准为基础，包括多个已经发布的或正在开发中的无线局域网标准组成，在802.11系列标准中，802.11、802.11b、802.11a、802.11g构成了该系列协议的物理层和数据链路层体系结构，如图5-6所示。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物理层图5-6IEEE802.11系列的协议体系计算机网络技术2020年2月24日星期一205.3无线局域网的协议族5.3.2蓝牙Bluetooth蓝牙技术是面向网络中各类数据及语音设备、实现语音和数据无线传输的开放性规范，也是一种低成本、短距离的无线连接技术。一般情况下，蓝牙技术的正常工作范围是10m。蓝牙技术采用了一系列技术实现无线网络的通信。包括：(1)使用跳频和时分多址TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)技术，数据分组短，抗衰减能力强；(2)使用高速跳频和前向纠错FEC(ForwardErrorCorrection)相结合方案，以保证链路稳定，减少同频干扰和远距离传输时的随机噪声影响；(3)同时支持数据、音频、视频信号；(4)采用二进制的调频FM(FrequencyModulation)调制方式，降低设备的复杂性；(5)可以使用一个单独的微型芯片实现所有蓝牙功能。计算机网络技术2020年2月24日星期一215.3无线局域网的协议族