【文档说明】计算机网络--无线局域网教案课件.pptx，共(47)页，948.451 KB，由小橙橙上传

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会计学1计算机网络无线局域网第4章无线局域网本章主要内容无线局域网概述；无线局域网物理层；无线局域网MAC层；无线局域网工作过程；无线局域网数据传输过程。第1页/共46页4.1无线局域网概述本讲主

要内容无线局域网体系结构；无线电传输；无线局域网拓扑结构；无线局域网标准。第2页/共46页一、无线局域网体系结构无线局域网的数据传输实际上由MAC子层实现，但用LLC子层给出数据类型；事实上，IEEE定义的局域网都用LLC子层

给出数据类型，第3章的以太网帧格式是以太网标准，不是802.3标准。IPover无线局域网物理层无线局域网IPTCPUDP应用层C310MHz-10MHz网络接口层LLC子层MAC子层基于无线局域网的TCP/IP体系结构以太网类型字段AAAA03

000000数据字段1B1B1B1B1B1B2B无线局域网表示数据类型的方式第3页/共46页二、无线电传输通过电磁波在自由空间的传播实现无线电通信。相同频率的电磁波产生干扰。电磁波频段和发射功率严格控制。第

4页/共46页电磁波频谱带宽决定传输速率。高频段高带宽。紫外线以上的有伤害性。可见光有直线传播特性。微波段电磁波进行数据传输。F(Hz)10010210410610810101012101410161018102010221024无线电微波红外

线可见光紫外线X射线射线二、无线电传输第5页/共46页ISM频段开放公共通信；功率严格限制；容易受到干扰。带宽902MHz928MHz2.4GHz2.4835GHz5.725GHz5.850GHz26MHz83.5MHz125MHz频率二、无线电传输第6页/共46页无线电传输的几个

问题能量损耗，能量损耗与传播距离平方成正比；干扰，尤其是ISM频段；多径效应。障碍物障碍物发送端接收端沿着不同传播路径的电磁波二、无线电传输多径效应示意图第7页/共46页ISM频段存在问题及应对方法传输速率取决于带宽和信噪比，用带宽弥补能量限制；通过扩频技术和纠

错码解决干扰，这是用传输速率换取可靠性的技术；多径效应导致信号质量降低，必须根据信号质量调整传输速率。二、无线电传输第8页/共46页三、无线局域网拓扑结构BSS工作站BSS工作站APBSS工作站APBSS工作站APDS独立基本服务集（IBSS）扩展服务集（ESS）独立

基本服务集由单个无线局域网组成，终端间直接通信；扩展基本服务集由分配系统互连的多个无线局域网组成，无线局域网通过AP接入分配系统；在设有AP的服务集，终端必须先和AP建立关联，终端之间通信经过AP。第9页/共46页不同的只是物理层，MAC层相同；通过无线电通信

，数字信号必须调制成模拟信号；物理层标准涉及载波频段，调制技术等。四、无线局域网标准802.11DSSS802.11FHSS802.11b802.11a802.11gMAC物理层链路层各标准之间关系第10页/共46页四、无线局域网标准物理层标准的主要区别电磁波频段；信号

调制技术；容错技术（抗干扰技术）。协议标准电磁波频段扩频技术信号调制方法数据传输速率(Mbps)802.112.4GHzFHSSDSSS2元GFSK、4元GFSKDBPSK、QPSK1、21、2802.11b2.4

GHzHR-DSSSCCK11802.11a5GHzOFDM54802.11g2.4GHzOFDM54第11页/共46页4.2无线局域网物理层本讲主要内容扩频技术；802.11；802.11b；802.11a；802.11g。第12页/

共46页一、扩频技术由于传输速率与信噪比和带宽成正比，在传输速率不变的前提下，可以通过增加带宽来降低信噪比；扩频技术为维持一定传输速率，通过增加带宽来降低信号能量。信号能量频率信号能量频率信号能量频率(a)发送端调制后的窄带信号(b)扩频后的宽带信号(c)接收端还原后的窄带信号第13页/共

46页扩频技术的抗干扰原理是将传输过程中接收到的高能量窄带干扰信号变成宽带的低能量信号，以此和还原出的窄带高能量传输信号区别。一、扩频技术(a)发送端调制后的窄带信号(b)受到干扰的宽带信号(c)接收

端还原后的窄带信号信号能量频率信号能量频率干扰信号信号能量频率干扰信号第14页/共46页二、802.11FHSS停延时间时间频率0信道1信道2信道3信道通信信道若干信道构成跳频集。任何时间只使用其中一个信道。用调频模式控制信道使用顺序。发送和

接收端必须同步。第15页/共46页二、802.11FHSS每个信道的带宽1MHz。确定最大码元传输速率＝1M波特。传输速率＝波特×每码元二进制位数。调制技术确定每码元二进制位数。2GFSK：每码元1位二进制数，4GFSK：每码元2位二进制

数11010010时间幅度4GFSK调制过程第16页/共46页三、802.11DHSS2.401GHz2.473GHz信道12.412GHz信道22.417GHz信道32.422GHz信道42.427GHz信道52.432GHz信道62.437GHz信道72.442GHz信道82.447GHz信

道92.452GHz信道102.457GHz信道112.462GHz2.423GHz频率信号强度•11个信道，信道带宽22MHz。•相邻信道中心频率相差5MHz。•频率不重叠的信道只有3个。第17页/共46页三、802.11DHSS时间幅

度110100101/11s•码元间隔1/11µs，意味着码元传输速率＝11M波特。•数据传输速率＝波特X每码元二进制位数。DBPSK：每码元1位二进制数，DQPSK：每码元2位二进制数。第18页/共46页三、802.

11DHSS101101110001XOR1111111111101001000111数据扩展扩展码信道实际传输的数据片101101110000XOR0000000000010110111000数据扩展扩展码信道实际传输的数据片第19页/共46页四、802.11b1

/11s时间幅度C2C6C7C8C3C4C5C1•8组信号构成一个码元，码元传输速率＝11/8波特。•数据传输速率＝波特X每码元二进制位数。•容错技术体现在信号集中码元之间的最小距离。第20页/共46页五、802.11a频率幅度-10MHz10MHz中心频率子信道

导航子信道调制技术子信道数据传输速率信道传输速率编码方式有效数据传输速率DBPSK250kbit/s12Mbit/s1/26Mbit/sDBPSK250kbit/s12Mbit/s3/49Mbit/sDQPSK500Kbit/s24M

bit/s1/212Mbit/sDQPSK500Kbit/s24Mbit/s3/418Mbit/sQAM-161Mbit/s48Mbit/s1/224Mbit/sQAM-161Mbit/s48Mbit/s3/436Mbit/sQAM-641.5Mbit/s

72Mbit/s2/348Mbit/sQAM-641.5Mbit/s72Mbit/s3/454Mbit/s子信道带宽＝312.5KHz，码元传输速率＝250K波特。第21页/共46页4.3无线局域网MAC层本讲主要内容MAC帧结构；差错控制和寻址过程；DCF和CSMA

/CA。第22页/共46页一、MAC帧结构无线局域网MAC帧可以和以太网MAC帧比较，主要区别在于控制字段，4个地址字段和顺序控制字段；无线局域网MAC帧分为控制。管理和数据三种类型，这与无线电通

信方式有关；由于无线传输的不可靠性，需要在MAC层将由同一MAC帧封装的数据分片；各个字段的功能在以后的操作过程中详细讨论。控制先导码持续时间/关联标识符地址1地址2地址3顺序控制地址4数据FCS2B2B6B6B6B2B6B0～2312B4B协议版本类型子类型到DS从DS更多分片重试功

率管理更多数据WEP按序2b2b4b1b1b1b1b1b1b1b1b第23页/共46页二、差错控制和寻址过程无线电通信由于存在能量损耗、干扰和多径效应的影响，传输可靠性不高，另外由于存在隐蔽站问题，导致发送端无法检测到可能发生的冲突；无线传输媒

体两端采用差错控制中的停止等待算法；如果无线传输媒体两端和不是MAC帧的源和目的端，MAC帧需要多于两个地址。IBSS数据ACK源终端发送端目的终端接收端数据ACK数据ACK源终端发送端目的终端接收端接收端发送端AP

IBSS中两个终端通信情况BSS中两个终端通信情况第24页/共46页以太网互连多个无线局域网（BSS），AP作为互连无线局域网和以太网的网桥；由于以太网和无线局域网具有相同的编址结构（MAC地址），这种连接方式是最简

单的；由于源和目的地址与某一段无线传输媒体的两端地址不同，MAC帧经过无线传输媒体时需要三个MAC地址。二、差错控制和寻址过程数据ACK源终端发送端接收端AP1数据ACK目的终端接收端发送端AP2DS以太网数据DS为

以太网时ESS中两个终端之间通信的情况第25页/共46页如果分配系统本身是无线传输媒体，则MAC帧通过这一段无线传输媒体时需要四个MAC地址：源和目的地址，这一段传输媒体的发送和接收端地址；无线局域网多地址结构的主要原因在于MAC帧经过每一段无线传输媒

体时需要进行确认应答，因此，需要知道这一段无线传输媒体两端的地址，即发送和接收端地址。二、差错控制和寻址过程数据ACK源终端发送端接收端AP1数据ACK目的终端接收端发送端AP2数据ACK发送端接收端DS为无线传输

媒体时ESS中两个终端之间通信的情况第26页/共46页同一BSS内的终端使用相同的信道，这些终端争用公共信道的过程和总线形以太网中终端争用总线过程十分相似；由于存在隐蔽站问题，发送端无法检测出所有可能发生的冲突，冲突检测改为冲突

避免；由于无线电通信的不可靠性，无线传输媒体采用停止等待差错控制算法；为了提高通信效率，无线局域网采用自由竞争和信道预留两套机制。三、DCF和CSMA/CA终端A终端B终端C电磁波传播范围电磁波传播范围隐蔽站

问题第27页/共46页CSMA/CA算法的特点是争用总线，即信道持续空闲DIFS时间，认为信道空闲；通过NAV预约信道，预留时间通过MAC帧中的持续时间字段给出，预约时间内等同于信道忙；在可能存在多个终端同时争用信道的情况下，通过随机产生退避时间，使得各个终端发送数据的时间不同，以此

避免冲突发生；终端发送数据的前提是持续DIFS时间＋退避时间信道一直空闲。三、DCF和CSMA/CACSMA/CA算法是终端准备发送数据信道不忙且NAV=0？发送数据持续DIFS信道空闲？随机生成退避时间信道不忙且NAV=

0？持续DIFS信道空闲？退避时间到？信道不忙？停止退避时间定时器发送数据是不是不是不是不是不是是是是是不是第28页/共46页进入退避时间的前提是可能发生多个终端同时发送数据的问题，即冲突；如果终端第一次发送数据时检测到信道空闲且空闲持续DIFS时间，

发生多个终端同时发送数据的前提是多个终端同时检测信道，概率较低，因而无须进入退避时间；如果终端第一次发送数据时检测到信道忙，在等待信道由忙转为空闲的时间内，可能有多个终端开始检测信道，因此，发生冲突的概率较大，需要进入退避时间。三、DCF和CSM

A/CA终端A检测信道终端A发送数据DIFS终端B检测信道终端C检测信道终端D检测信道终端B、C、D同时发送数据时间信道空闲信道忙DIFS终端检测信道时信道空闲和忙这两种情况第29页/共46页实现终端A至终端C，终端B至AP的数据传输过程三、DCF和CSMA/CA

终端A终端B终端CAP①②⑤⑥①:数据②ACK③:数据④:ACK⑤:数据⑥:ACKBSS③④DCF操作过程第30页/共46页终端A、B开始检测信道时，信道为忙，因此，随机选择退避时间；由于终端A选择的退避时间小于终端B，终端A开始发送数据，终端B停止退避时间，等待信道再次由忙转为空闲；

AP向终端A发送确认应答采用预留信道功能，预留时间包含在终端A向AP发送的MAC帧中，这段时间内，其他终端视为信道忙；AP向终端C发送数据再次和终端B争用信道。三、DCF和CSMA/CA：剩余退避时间SIFS数据ACKDIFS终端A检测信道DIFSSIFS

DIFSDIFS终端AAP终端BSIFSACK数据终端CDIFS终端B检测信道ACK时隙信道忙信道忙数据时间时间时间时间第31页/共46页4.4无线局域网工作过程本讲主要内容BSS配置信息；同步过程；鉴别过程

；建立关联过程。第32页/共46页一、BSS配置信息同一BSS需要配置三组参数服务集标识符（SSID）；使用的信道；如果采用共享密钥鉴别机制，还需配置密钥。AP需配置三组参数；终端只需配置SSID和密钥（如果需

要的话），信道通过同步过程确定。第33页/共46页二、同步过程同步过程终端确定和自己SSID相同，信号强度最大的AP；确定AP使用的信道；确定和AP在物理层标准、传输速率存在交集；确定AP的MAC地址（也称BSSID）。第3

4页/共46页被动同步，逐个信道侦听信标帧；主动同步，逐个信道发送探测请求帧；无论主动，或是被动，都是寻找和自己SSID相同，信号强度最大的AP和信道。二、同步过程信标帧（SSID、物理标准等）终端AP被动同步逐个信道侦听信标帧探测请求帧探测

响应（SSID、物理标准等）终端AP主动同步逐个信道探测第35页/共46页三、鉴别过程鉴别过程确定终端是否授权；只有授权终端掌握密钥；鉴别过程就是判别终端是否掌握密钥的过程；假定AP拥有密钥K，AP向终端发送明文

P，并用密钥加密P(EK(P))，终端用自己拥有的密钥K1加密P，Y=EK1(P)，如果K1等于K，则Y=EK(P)。鉴别请求鉴别响应（明文字符串P）鉴别请求（加密后密文Y）鉴别响应（成功）终端AP鉴别过程第36页/共46页四、建立关联过程允

许建立关联的前提是完成同步过程和鉴别过程，AP具有终端接入需要的资源；一旦成功建立关联，将为终端在关联表中建立一项，其中包含终端MAC地址；以后，AP确定终端是否属于它所服务的BSS的标准就是终端MAC地址是否包

含在关联表中，AP只转发源MAC地址包含在关联表中的MAC帧。关联请求帧关联响应（关联标识符）终端AP建立关联过程第37页/共46页4.5无线局域网数据传输过程本讲主要内容同一BSS内终端之间数据传输过程；不同BSS终端之间数据传输过程；MAC层漫游过程。第38页/共46页一

、同一BSS内终端之间数据传输过程终端A发送数据至终端C的前提是终端A和终端C都已经和AP建立关联；终端A和终端C通过同步过程获取AP的MAC地址。终端A终端B终端CAPBSS数据ACK数据ACK1网络结构第39页/共46页终端A发送数据给终端C

之前，必须先获取终端C的MAC地址；终端A至终端C数据传输路径分为两段：终端A至AP和AP至终端C；终端A至AP，AP是接收端，AP至终端C，AP是发送端，每一段无线传输路径都需给出该段无线传输路径两端地址。一、同一BSS内终端之间数据传输过程SIFS数据ACKDIFS终端A检测信道D

IFSSIFS终端AAPACK终端C时隙信道忙数据时间时间时间DCF操作过程第40页/共46页二、不同BSS终端之间数据传输过程终端AMACA终端B终端CAP1BSS1终端D终端E终端FAP2BSS2终端G终端H终端IMACIAP3BSS3S1S21341212S3

2DS终端JMACJ数据ACK数据ACK网络结构终端A首先获取终端I的MAC地址终端A通过BSS1将MAC帧发送给AP1AP1确定终端A是授权终端，终端I不在BSS1AP1将MAC帧发送给以太网，以太网完成MAC帧格式转换MAC帧在以太网内广播，到达所有A

P，AP3确定终端I属于BSS3，将MAC帧发送给BSS3第41页/共46页传输路径分为三段：BSS1、以太网和BSS3；终端A通过同步过程获取AP1的MAC地址，并将MAC帧发送给AP1；AP1通过检索关联表确认源终端－终端A是授权终端，目

的终端－终端I不在BSS1；以太网以目的终端MAC地址－MACI寻找AP1至AP3的交换路径，如果不存在，则广播；AP3通过检索关联表确定目的终端－终端I在BSS3。二、不同BSS终端之间数据传输过程第42页/共46页三、MAC层漫游过程无缝漫游是指终端无须中断正在

进行的会话可以从一个BSS移动到另一个BSS；MAC层漫游指两个BSS属于同一个网络，即由分配系统连接的多个BSS属于同一个网络。终端B终端CAP1BSS1终端D终端E终端FAP2BSS2终端G终端H终端IMACIAP3BSS3S1S21341212S32DS终端J

MACJ终端AMACA第43页/共46页当终端A离开BSS1往BSS3移动时，从AP1指定信道接收到的信号的强度越来越弱；终端A通过主动同步过程，选择AP3，并使用AP3指定的信道，和AP3重新建立关联；终端A或是通过分离过程解除和AP1之间的关联，或是因为

AP1经过规定时间没有接收到终端A发送的MAC帧，自动解除关联。三、MAC层漫游过程第44页/共46页终端A从BSS1移动到BSS3后，以太网转发表中终端A对应的交换路径应该改为通往AP3的交换路径；AP3通

过终端A发送的重建关联请求帧获取AP1的地址，通过向AP1发送源MAC地址为终端A地址，目的MAC地址为AP1地址的MAC帧，改正转发表中MACA对应的端口。三、MAC层漫游过程2MACA4┆┆S1转发表MACA1┆┆S2转发表MACA1┆┆S3转发表1234112

S2S3AP1AP2AP3终端JMACJS122第45页/共46页感谢您的观看。第46页/共46页