1、2021/7/261(最新整理)802.11协议标准详解2021/7/262IEEE802.11协议2021/7/263IEEE802.11 协议标准协议标准l概述lIEEE802.11系列协议标准的发展lIEEE802.11的工作方式l无线局域网（WLAN）lIEEE802.11的物理层lIEEE802.11的MAC层2021/7/264概述概述l802.11是IEEE是最初制定的一个无线局域网标准，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。主要用于解决办公室局域网和校园网中，用户与用户终端的无线介入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。由于802.11在速率和传输距
2、离上不能满足人们的需要。因此，IEEE小组又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准。三则之间技术上的主要差别在于MAC子层和物理层。2021/7/265IEEE802.11系列协议标准的发展系列协议标准的发展l802.11，定义微波和红外线的物理层和MAC子层（2.4GHz，2Mbit/s，1997）l802.11a，定义了微波物理层及MAC子层（5GHz，54Mbit/s，1999）l802.11b，物理层补充DSSS（2.4GHz，11Mbit/s，1997）l802.11b+，物理层补充PBCC（2.4GHz，11Mbit/s，2002）l802.11c，关于802.11网络
3、和普通以太网之间的互通协议（2000）l802.11d，关于国际间漫游的规范（2000）l802.11e，对服务等级QoS的支持（2004）l802.11f，基站的互联性（2003）l802.11g，物理层补充OFDM（2.4GHz，54Mbit/s，2003）l802.11h，扩展物理层和MAC子层标准（5GHz，欧洲，2003）l802.11i，安全和鉴权方面的补充（2004）l802.11j，扩展物理成和MAC子层标准（5GHz，日本，2004）l802.11k，基于无线局域网的微波测量规范（2005）l802.11m，基于无线局域网的设备维护规范（2006）l802.11n，导入MIM
4、O（多输入输出）技术（2.4G/5GHz，100-300Mbit/s,2007）2021/7/266IEEE802.11IEEE802.11的工作方式的工作方式l802.11定义了两种类型的设备，一种是无线站，通常是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的，另一个称为无线接入点（Access Point，AP），它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口（802.3接口）构成，桥接软件符合802.1d桥接协议。接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合到有线的网络上。无线的终端可以是802.11 PCMCIA卡、PCI接口
5、、ISA接口，或者是在非计算机终端上的嵌入式设备。2021/7/267WLANlWLAN(Wireless Local Area Network)是指传输范围在 100米左右的无线网络，可用于单一建筑物或办公室之内，需要使用WLAN的场合主要包括：(1)不方便架设有线网络的环境;(2)使用者时常需要移动位置;(3)临时性的网络。l802.11WLAN主要面向两种应用类型：(1)接入：无线站点通过无线接入设备访问企业网络 (2)中继：利用无线信道作为企业网的干线，利用大楼（LAN）与大楼（LAN）之间的数据传输2021/7/268 WLAN协议协议IEEE802.11 在实际使用上，通常会将WL
6、AN和现有的有线网络结合，不但增加原本网络的使用弹性，也可扩大无线网络的使用范围，目前最热门的WLAN技术就是IEEE的802.11及其相关标准。lIEEE 802.11(1997.6)，数据速率最高为1或2Mbps，工作在2.4GHz频段或使用红外(Infrared Spectroscopy,IR)lIEEE 802.11a(1999),数据速率最高为54Mbps，12个信道，最多8个互不重叠，工作在5GHz频段lIEEE 802.11b(1999.9),数据速率最高为11Mbps，11个信道，最多3个互不重叠，工作在2.4GHz频段（最常用）lIEEE 802.11g(2003.6),数据
7、速率最高为54Mbps，11个信道，最多3个互不重叠，工作在2.4GHz频段2021/7/269IEEE802.11的物理层的物理层lIEEE802.11无线网络标准规定了3种物理层传输介质方式。其中2种物理层传输介质工作方式在微波频段（根据各国当地法规或规定不同，频段的具体定义也有所不同），采用扩频传输技术进行数据传输，包括跳频序列扩频传输技术（FHSS）和直接序列扩频传输技术（DSSS）。另一种方式以光波段作为其物理层，也就是利用红外线光波传输数据流。2021/7/2610扩频传输技术扩频传输技术l跳频扩频（FHSS，Frequency Hopping Spread Spectrum）使用
8、了传统的窄带数据传输技术，但传输频率将发生周期性的切换。系统在一个扩频或宽波段的信道上使用不同的中心频率，以预先安排好的顺序在固定的时间间隔内进行跳频。跳频现象可以使FHSS系统避免受到信道内窄带噪音的干扰。l直接序列扩频（DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum）系统则将要传输的数据流通过扩展码调制而人为地扩展带宽，即使在传输波段中存在部分噪声信号，接收机也可以无错误地接受数据。2021/7/2611使用扩频技术的好处使用扩频技术的好处l扩频是一种在信号的带宽进行扩展的技术。采用扩频的好处是：l抗干扰。若使用窄频，容易受到使用相同频率的通信干扰导致完全无法通信
9、。l对于非特定的目的的接收器，扩展了带宽的信号混在背景噪声中，让蓄意想侦听窃取数据资料的人不易判别真正的信号，避免他人的截听。l提供了供多个用户使用同一传输波段的方法，保证了无线设备在频段上的可用性和可靠的吞吐量，也保证了使用同一频段的设备不互相影响。2021/7/2612IEEE802.11的的MAC层层 无线局域网虽然也是多个站点共享无线信道，却不能简单的搬用以太网的CSMA/CD协议，这里主要有两个原因：lCSMA/CD协议要求一个站点在发送本站数据的同时好必须不简短地检测信道，但在无线局域网的设备中要实现这种全双工花费就会过大。l即使我们能够在发送的同时实现冲突检测的功能，并且当我们在
10、发送数据检测到信道是空闲的，在接受端仍然有可能发生冲突。2021/7/2613IEEE802.11的的MAC层层l802.11标准设计独特的MAC层。它通过协调功能（Coordination Function）来确定在基本服务集BSS中的移动站在什么时间能发送数据或接受数据。802.11的MAC包括两个子层。点协调功能PCF（Point coordination function）分布协调功能DCF(Distributed coordination function)(CSMA/CD)PHY层无争用服务（选用）争用服务（必须实现）MAC层2021/7/2614802.11的的MAC层使用层使用
11、DCF或或PCFl分布协调功能DCF 争用服务 DCF在每一个结点使用CSMA机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权。因此DCF向上提供争用服务。l点协调功能PCF 无争用服务 PCF使用AP集中控制的接入算法将发送数据权轮流交给各个站从而避免了冲突的产生。2021/7/2615帧间间隔帧间间隔IFS（InterFrame Space）l所有的站在完成发送后，必须在等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的通称为帧间间隔IFSl帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短。因此可优先获得发送权，但有线级帧就必须等待较长的时间。l若低优先级帧
12、还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态，因而低优先级帧就只能在推迟发送了。这样就减少了发生碰撞的机会。2021/7/2616帧间间隔帧间间隔IFSlSIFS，即短帧间间隔，它是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收方式。lPIFS，即点协调功能帧间间隔（比 SIFS 长），是为了在开始使用 PCF 方式时（在 PCF 方式下使用，没有争用）优先获得接入到媒体中。PIFS的长度是SIFS加一个时隙长度。lDIFS，即分布协调功能帧间间隔，在 DCF 方式中用来发送数据帧和管理帧。DIFS 的长度比 PIFS 再增加一个
13、时隙长度。2021/7/2617帧间间隔帧间间隔IFSlEIFS，即延长幀间间隔（最长的 IFS），站点在进行幀重发时所必须等待的时间。EIFS的长度至少等于DIFS再增加一个时隙长度。lSIFSPIFSDIFSEIFSl时隙长度：在一个基本服务集BBS中，当某个站在一个时隙开始接入到信道时，那么在下一个时隙开始时，其他站就能检测出信道已转变到忙态，就选定该长度作为时隙长度。2021/7/2618虚拟载波监听虚拟载波监听虚拟载波监听虚拟载波监听(Virtual Carrier Sense)：源站将它还要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需时间）在其 MAC 帧首部字段“持续时间”中填入指示给所有其他站，其他所有站会在这段时间都停止发送数据,这样大大减少了冲突的机会。l “虚拟”是指其他站并没有真正监听信道，而是检测到源站发送幀中的“持续时间”才不发送数据，这种效果好像是其他站都监听了信道。l 当一个站检测到正在信道中传送的 MAC 帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己的网络分配向量 NAV(Network Allocation Vector)，NAV指出了信道处于忙状态的持续时间2021/7/2619
