1、1学习目标了解无线局域网组成，了解无线局域网常用设备.掌握无线个域网的搭建，掌握小型无线局域网的组建。7.1 IEEE 802.11无线局域网基础知识 7.1.1 IEEE 802.11的发展历程7.1 IEEE 802.11无线局域网基础知识 按照物理层和MAC层将这些802.11标准进行了分类，如图7.1 IEEE 802.11无线局域网基础知识 ISM（Industrial Scientific and Medical）频段是一个免许可证的可用于发展消费电子产品的频段，由美国联邦通信委员会（FCC）分配，设备功率不能超过1W。ISM频段分为工业（902928MHz），科学研究（2.422
2、.4835GHz）和医疗（5.7255.850GHz），如图2-3所示。ISM频段在各国的规定并不统一。如在美国有三个频段902928 MHz，24002483.5 MHz，57255850 MHz，而在欧洲900MHz的频段则有部分用于GSM通信。7.1.2 ISM频段7.1 IEEE 802.11无线局域网基础知识 802.11频率的划分7.1.3 Wi-Fi 7.1 IEEE 802.11无线局域网基础知识 7.1.4 802.11无线局域网结构 基础结构的802.11无线局域网7.1 IEEE 802.11无线局域网基础知识 Ad-hoc 的802.11无线局域网7.1 IEEE 80
3、2.11无线局域网基础知识 总线形拓扑：最初，以太网以一种共享总线拓扑模式存在，所有的节点都连接到一个共同的线缆上，但首尾两个节点则是开放的，网络中所有的节点都可以侦听到总线上的传输。7.1 IEEE 802.11无线局域网基础知识 星形拓扑：目前大多数的局域网采用的是一种星形的拓扑方式，即：将所有的节点连接到一个交换机上，交换机又可以相互连接组成一个大的网络。7.1 IEEE 802.11无线局域网基础知识 网状网拓扑：也称Mesh网络，它不需要全部的物理连接，只要将一个节点连接到Mesh网中的任何一个节点，它即可完全连接到整个网络，Mesh网中每个节点都可以转发其他节点的数据包。7.1 I
4、EEE 802.11无线局域网基础知识 点对点拓扑：把无线AP设置成网桥方式将两个局域网连接起来。这种方式是为局域网存储转发数据而设计的，对于末端节点用户是透明的。7.1 IEEE 802.11无线局域网基础知识 2.1.5 802.11 分层协议体系802.11定义了无线局域网设备的物理层和链路层协议规范7.2 802.11系列协议概述 7.2.1 802.11系列协议标准的发展802.11系列协议标准是由国际电气和电子工程师联合会（IEEE）制定的，它以802.11标准为基础，包括与无线局域网相关的多个已经发布和正在制定的标准。7.2 802.11系列协议概述 802.11系列协议标准协
5、议 名 称发 布 时 间说 明IEEE 802.111997年定义了2.4GHz微波和红外线的物理层及MAC子层标准IEEE 802.11a1999年定义了5GHz微波的物理层及MAC子层标准IEEE 802.11b1997年扩展的2.4GHz微波的物理层及MAC子层标准（DSSS）IEEE 802.11b+2002年扩展的2.4GHz微波的物理层及MAC子层标准（PBCC）IEEE 802.11c2000年关于IEEE 802.11网络和普通以太网之间的互通协议IEEE 802.11d2000年关于国际间漫游的规范IEEE 802.11e2004年基于无线局域网的质量控制协议IEEE 802
6、.11F2003年漫游过程中的无线基站内部通信协议IEEE 802.11g2003年扩展的2.4GHz微波的物理层及MAC子层标准（OFDM）IEEE 802.11h2003年扩展的5GHz微波的物理层及MAC子层标准（欧洲）IEEE 802.11i2004年增强的无线局域网安全机制7.2 802.11系列协议概述 802.11系列协议中协议分布7.2 802.11系列协议概述 7.2.2 802.11 a,b,g,n协议的定义和标准1802.11 标准802.11是第一代无线局域网标准之一，也是IEEE发布的第一个无线局域网标准，是其他802.11系列标准的基础标准。该标准定义了物理层和介质
7、访问控制MAC协议的规范，允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。7.2 802.11系列协议概述 （1）802.11标准的物理层定义802.11标准的物理层是媒体接入控制层和无线介质的接口，最初定义的802.11标准的物理层还定义了使用的传输技术：跳频扩频、直接序列扩频和红外技术，支持1Mbps和2Mbps的数据速率。1、 扩频技术：扩频技术是兼顾带宽和可靠性的技术，其目标是使用比系统所需要带宽更宽的频段来减少噪声和干扰的影响，扩频技术扩展了传输所用的带宽，保持总功率不变，降低了峰值功率2、跳频扩频技术：使用很多窄频段，并使传输所用频率在这些频段中“跳动”。3、直接序列
8、扩频技术：其原理就是通过特定的码字把信号的带宽展宽并复用，以此获得较好的对抗干扰和噪声的性能。7.2 802.11系列协议概述 红外技术：红外技术使用的是红外线二进制数据传输，支持1Mbps（基本接入速率）和2Mbps（加强接入速率）的数据传输速率，两种传输速率使用不同的调制方案，对于基本接入速率，红外物理层用16脉冲位置调制；对于加强接入速率，使用4脉冲位置调制。脉冲位置调制就是根据脉冲在一段周期内的位置不同代表不同的二进制符号。7.2 802.11系列协议概述 2802.11b标准标准802.11b频率规范：802.11b支持频段如表7.2 802.11系列协议概述 802.11b帧结构：
9、802.11b中，PLCP将MAC层转换成对应的格式，通过PMD子层传输，PLCP子层由三部分组成：Preamble（试探序列）、Header（帧头）、Data（数据）7.2 802.11系列协议概述 3802.11a标准标准就技术角度而言，802.11a与802.11b虽在编号上仅有一字之差，但二者间的关系并不像其他硬件产品换代时的升级那么简单，这种差别主要体现在工作频段上。7.2 802.11系列协议概述 1）802.11a 信道分配如图7.2 802.11系列协议概述 2）802.11a物理层802.11b中，PLCP基于OFDM，PLCP子层由三部分组成：Preamble（试探序列）、
10、Header（帧头）、Data（数据）。7.2 802.11系列协议概述 对应于6,9,12,18,24,36,48以及54Mbps，其RATE段的比特设置是不一样的2.2 802.11系列协议概述 4802.11g标准不同速率对应的调制方式2.2 802.11系列协议概述 5802.11n标准新兴的802.11n标准具有高达600Mbps的速率，是下一代的无线网络技术，可提供支持对带宽最为敏感的应用所需的速率、范围和可靠性。802.11n结合了多种技术，其中包括 Spatial Multiplexing MIMO（Multi-In，Multi-Out）（空间多路复用多入多出）、20和40MH
11、z 信道和双频带（2.4 GHz 和5 GHz），以便形成很高的速率，同时又能与以前的802.11b/g 设备通信。多入多出（MIMO）或多发多收天线（MTMRA）技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。 7.3 802.11物理层关键技术 802.11无线局域网物理层的关键技术主要涉及传输介质、频率选择及调制技术。早期的传输技术有FHSS、DSSS和DFIR三种方式，其中DFIR 为红外线传输技术，由于红外线有较强的方向性，受太阳光的干扰大，对非透明物体的穿透性也非常差，目前使用得
12、非常少。7.3 802.11物理层关键技术 7.3.1 直接序列扩频传输技术（DSSS）直接序列扩频传输技术是直接采用具有高码率的扩频码序列的调制方式在发射端扩展信号的扩展频谱技术。在直接序列扩频传输技术中，使用一个伪随机二进制码来调制信号。这个二进制码称为扩展码，通过扩展码将数据比特映射成多和比特，以提供冗余。在直接序列扩频传输技术中使用的扩展码类型主要有三种：巴克码序列（Barker Code）、补码键控（CCK）和分组二进制卷积码（PBCC）。 7.3 802.11物理层关键技术 7.3.2 正交频分复用技术（OFDM）新一代的802.11无线局域网采用了正交频分复用技术（OFDM），O
13、FDM是一种无线环境下的高速传输技术。它的基本原理是将信号分割为N个子信号，然后用N个子信号分别调制到N个相互正交的子载波上，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流进行传输，7.3 802.11物理层关键技术 OFDM的优点：1）抗频率选择性衰落或窄带干扰。在单载波系统中，单个载波的衰落或干扰会导致整个通信链路的失败，在多载波系统中，仅有一部分载波会受到干扰，通过采用纠错编码进行信息恢复。2）抗多径干扰。当信道因多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波受到影响，其他的未受到损害，因此整个系统的误码率性能要好得多。3）信道利用率高。 7.3 802.11物理层关键技术 7.3.
14、3 多进多出技术（MIMO） 传统的无线设备使用一个发射信号的天线和一个接收信号的天线，这种传输方式称为单进单出（SISO），MIMO是一种独特的技术，简单地说，就是在发射端和接收端分别使用多个发射天线和多个接收天线7.3 802.11物理层关键技术 在MIMO系统中，传输信息流S（k）经过空时编码形成N个信息子流Ci（k），i=1，2，N。这N个信息流由N个天线发射出去，经空间信道后，由M个接收天线接收。假定信道为独立的瑞利衰落信道，则信道容量C近似为C= min（M,N）Blog2（/2）7.3 802.11物理层关键技术 7.3.4 802.11数据链路层关键技术数据链路层分为两个子层：
15、1）介质访问控制子层（MAC子层），负责控制与连接物理层的物理介质。2）逻辑链路控制子层（LLC子层），提供各设备之间的初始连接。7.3 802.11物理层关键技术 1MAC子层的功能MAC子层的主要任务是定义访问机制和MAC帧格式，为上层数据提供传输保证。这种传输保证本身是基于媒体接入控制层异步、尽力而为、无连接的，而没有保证每个帧都能够被正确无误地传输。1）CSMA/CA协议7.3 802.11物理层关键技术 1MAC子层的功能1）CSMA/CA协议帧间间隔的关系及回退时间7.3 802.11物理层关键技术 源节点与目的节点的通信过程7.3 802.11物理层关键技术 1MAC子层的功能2
16、）MAC子层功能802.11标准定义了MAC子层的两种功能：分布式协调功能（Distributed Coordination Function, DCF）和点协调或集中式协调功能（Point Coordination Function，PCF）7.3 802.11物理层关键技术 2IEEE 802.11 MAC帧格式802.11基本帧格式：7.3 802.11物理层关键技术 帧类型 控制帧：协助发送数据帧的控制报文，例如：请求发送RTS、清除待发CTS、确认ACK、节能轮询等。 管理帧：负责STA和AP之间的能力级的交互、认证、关联等管理工作，如：关联请求/响应帧、解除关联帧、探询请求帧、链路
17、验证帧、解除链路验证帧等。 数据帧。 7.3 802.11物理层关键技术 3802.11MAC 管理子层1）用户接入管理过程如图7.3 802.11物理层关键技术 2）扫描（Scanning） 802.11无线局域网通过扫描方式获取同步信息。扫描方式有两种：一种是主动扫描（Active Scanning），通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络；另一种是被动扫描（Passive Scanning），在每个信道上发送Probe Request报文，从Probe Response中获取BSS的基本信息。7.3 802.11物理层关键技术 3）链路验证（Authentication）开放系统
18、的验证过程7.3 802.11物理层关键技术 共享密钥的验证过程：7.3 802.11物理层关键技术 4）关联（Association）连接过程：7.3 802.11物理层关键技术 再连接过程7.3 802.11物理层关键技术 5）同步管理 在802.11无线局域网中，所有的节点必须采用一个公共的时钟才能实现相互的通信，时钟同步功能（RSF），使所有节点的定时器保持同步。7.4 802.11无线局域网特点 1）安装便捷2）使用灵活3）经济节约4）易于扩展5）蜂窝移动通信的补充 WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。与有线网络相比，WLAN具有以下优点：7
19、.4 802.11无线局域网特点 1）3G支持移动性，WLAN支持便携性由于3G、WLAN在技术属性上不同，因此在它们所支持的功能和应用也不同。 2）3G支持语音和数据，WLAN主要支持数据802.11 无线局域网的市场应用 物流行业应用电力行业应用教育行业应用家庭办公应用公众Internet 接入业务移动警务应用无线监控点和安全城市移动订单管理石油工业医护管理工厂车间库存控制展览和会议金融服务旅游服务移动办公系统零售行业应用7.4 802.11无线局域网特点 国内运营商对于WLAN业务的开展情况简介如下：（1）中国网通优势：起步时间早，形成了品牌优势，有连接50多个城市近200万公里的骨干网。劣势：没有广域无线网络，网络铺设速度较慢，热点地区Wi-Fi用户很少。（2）中国移动优势：拥有雄厚的资金和最大的移动电话用户群，无线通信运营的经验丰富。劣势：“GPRS+WLAN”的模式成本较高，IP骨干网络资源缺乏。（3）中国电信优势：有IP骨干网络资源和宽带资源，有线传输资源丰富。劣势：网络覆盖范围窄，缺乏无线通信服务的经验，社区对于Wi-Fi的需求还没有发展起来。
