計算機網(wǎng)絡(luò)：第9章 無線網(wǎng)絡(luò)

第9章無線網(wǎng)絡(luò)9.1無線網(wǎng)絡(luò)概述9.2無線局域網(wǎng)9.3無線個人區(qū)域網(wǎng)9.4無線城域網(wǎng)技術(shù)9.1無線網(wǎng)絡(luò)概述隨著便攜機、智能手機的出現(xiàn)，無線計算機網(wǎng)絡(luò)也逐漸流行起來了。無線電子設(shè)備可以隨時、隨地、無縫地接入全球因特網(wǎng)。從網(wǎng)絡(luò)觀點來說，無線網(wǎng)絡(luò)提出的挑戰(zhàn)，特別是在數(shù)據(jù)鏈路層，與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)的差別非常大，所以，我們需要專門討論無線網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)可以分成以下三大類系統(tǒng)內(nèi)部互連：藍(lán)牙技術(shù)可以將監(jiān)視器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機、數(shù)碼相機、耳機、掃描儀和其他的設(shè)備連接到計算機上。不需要電纜，也不需要安裝驅(qū)動程序，只要把它們放到一起，然后打開開關(guān)，它們就可以工作了。無線網(wǎng)絡(luò)可以分成以下三大類無線局域網(wǎng)LAN：802.11，WLAN是指傳輸范圍在100米左右的無線網(wǎng)絡(luò)，也稱為Wi-Fi無線保真度。它的推動聯(lián)盟為Wi-Fi。有基礎(chǔ)設(shè)施模式和無基礎(chǔ)設(shè)施模式。無線廣域網(wǎng)WAN：蜂窩電話。2G→3G→4G→5G無線網(wǎng)絡(luò)的組成構(gòu)件無線主機無線鏈路基站：蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的蜂窩塔、802.11無線網(wǎng)絡(luò)中的接入點(AP)、Adhoc網(wǎng)絡(luò)中沒有基站網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施9.2無線局域網(wǎng)9.2.1802.11協(xié)議棧9.2.2802.11服務(wù)集和關(guān)聯(lián)9.2.3802.11物理層9.2.4802.11MAC子層9.2.5802.11MAC幀9.2.6802.11無線LAN提供的服務(wù)9.2.7802.11無線站點接入過程9.2.8802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)使用WLAN的場合包括：(1)不方便架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境;(2)使用者時常需要移動位置;(3)臨時性的網(wǎng)絡(luò)。無線LAN面臨的問題首先，以太網(wǎng)，帶有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問（CSDA），可以檢測沖突。無線LAN中，發(fā)送包的同時不能檢測到信道上有無沖突?！岸鄰剿p”的現(xiàn)象，無線信號在碰到固體對象的時候會有反射現(xiàn)象，所以同樣的無線信號可能會被收到多次。9.2.1802.11協(xié)議棧高層邏輯鏈路控制LLCMAC子層802.11紅外線802.11FHSS802.11DSSS802.11aOFDM802.11bHR-DSSS802.11gOFDM物理層9.2.2802.11服務(wù)集和關(guān)聯(lián)一個基本服務(wù)集BSS包括一個基站和移動站點，所有站在本BSS以內(nèi)都可以直接通信，但在和本BSS以外的站點通信時，都要通過本BSS的基站，在802.11中，也叫接入點AP

。必須為該AP分配一個不超過32字節(jié)的服務(wù)集標(biāo)識符SSID和一個信道。9.2.2802.11服務(wù)集和關(guān)聯(lián)一個BSS所覆蓋的地理范圍叫做基本服務(wù)區(qū)BSA

一個基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點AP連接到一個主干分配系統(tǒng)DS，然后再接入到另一個基本服務(wù)集，構(gòu)成擴展的服務(wù)集ESS。ESS還為無線用戶提供非802.11無線局域網(wǎng)的訪問，通過門橋來實現(xiàn)。802.11的BSS和ESS基本服務(wù)集BSS擴展的服務(wù)集

ESS接入點AP2portal基本服務(wù)集BSS接入點AP1AA’因特網(wǎng)漫游至其它802.x局域網(wǎng)分配系統(tǒng)DSB漫游與關(guān)聯(lián)移動站點A從一個BSS漫游到另一個BSS時，仍可保持與另一個移動站點B進(jìn)行通信。如果一個移動站點要加入到一個基本服務(wù)集BSS，就必須先選擇一個接入點AP，并與此接入點建立關(guān)聯(lián)。漫游與關(guān)聯(lián)若移動站點使用重建關(guān)聯(lián)服務(wù)，就可以把這種關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)移到另一個接入點。當(dāng)使用解除關(guān)聯(lián)服務(wù)時，就可以終止這種關(guān)聯(lián)。9.2.3802.11物理層WLAN傳輸方式有紅外線和無線電射頻兩種紅外系統(tǒng)：優(yōu)點：不受無線電干擾；視距傳輸，檢測和竊聽困難，保密性好。缺點：對非透明物體的透過性極差，傳輸距離受限；易受日光、熒光燈等干擾；半雙工通信。9.2.3802.11物理層無線電射頻系統(tǒng)：采用擴頻技術(shù)進(jìn)行調(diào)制。擴頻技術(shù)的頻率范圍開放在ISM頻段。Industry:902~928Mhz(26MHz)Science:2.4~2.4835GHz(83.5MHz)Medicine:5.15~5.35GHz和5.725~5.825GHz(300MHz)擴頻技術(shù)主要又分為跳頻擴頻FHSS和直接序列DSSS兩種技術(shù)9.2.4802.11MAC子層與802.3以太網(wǎng)不同，802.11MAC協(xié)議并沒有實現(xiàn)沖突檢測，這主要有兩個原因。第一個原因，在無線網(wǎng)絡(luò)的適配器上接收信號的強度往往會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)送信號的強度，所以，若要實現(xiàn)沖突檢測，需要在硬件上付出更多的化費；9.2.4802.11MAC子層與802.3以太網(wǎng)不同，802.11MAC協(xié)議并沒有實現(xiàn)沖突檢測，這主要有兩個原因。第二個原因，因為在無線局域網(wǎng)中存在著“隱藏站”問題、“暴露站”問題和“衰減”問題，導(dǎo)致無線站點無法檢測到所有沖突。Signalfading衰減:B,AheareachotherB,CheareachotherA,CcannotheareachotherinterferingatB無線信號衰減問題ABCA’ssignalstrengthspaceC’ssignalstrengthsignalstrength信號強度足以在B處產(chǎn)生干擾信號弱，不足以檢測到對方傳輸信號弱，不足以檢測到對方傳輸A的作用范圍C的作用范圍ABCD當(dāng)A、C相距較遠(yuǎn)時，因為檢測不到無線信號時，都以為B是空閑的，因而都向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。未能檢測出媒體上已存在的信號，不能發(fā)現(xiàn)潛在介質(zhì)競爭者的問題叫作隱藏終端問題(hiddenstationproblem)1.無線局域網(wǎng)中的特殊問題隱藏終端問題有障礙物時的隱藏終端問題ABCHiddenterminalproblem：B,AheareachotherB,CheareachotherA,CcannotheareachothermeansA,Cunawareoftheirinterference

atBA,C之間有障礙物時的隱藏終端問題隱藏站隱藏站是指兩個發(fā)送端不在通信范圍之內(nèi)，同時向各自通信范圍之內(nèi)的接收站點發(fā)送消息，從而導(dǎo)致信息幀的碰撞。隱藏站在采用單向傳輸信道的情況下，由于隱藏站感知不到其它發(fā)送站點的發(fā)送，而有可能同時向這個接收站點發(fā)送數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致沖突;發(fā)送站點在沖突后需要重傳沖突的幀，這樣會降低信道利用率。暴露終端問題B的作用范圍C的作用范圍ADCB？B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D發(fā)送數(shù)據(jù)這就是暴露終端問題(exposedstationproblem)暴露站暴露站是指兩個發(fā)送站點在互為通信范圍內(nèi)，而接收站在一個發(fā)送站點通信范圍外的站點，從而導(dǎo)致無法同時發(fā)送消息的現(xiàn)象。暴露站暴露站是因為一個發(fā)送站因感知到另一個發(fā)送站點的發(fā)送而延遲發(fā)送。但是，由于第一個通信的接收站點在第二個通信接收站點的通信范圍外（即兩個接收站點不在同一個通信范圍之內(nèi)），它的發(fā)送實際上并不會造成沖突，這樣就引入不必要的延遲，并造成信道利用率的降低，因此是通信接入技術(shù)研究中需要解決的問題。暴露站在無線局域網(wǎng)中，在不發(fā)生干擾的情況下，可允許同時多個移動站點進(jìn)行通信。這與以太局域網(wǎng)有很大的區(qū)別。2.802.11MAC層包括兩個子層802.11支持兩種操作模式：分布式協(xié)調(diào)功能DCF（必須實現(xiàn)）點協(xié)調(diào)功能PCF（選用）802.11的MAC層包括兩個子層MAC層無爭用服務(wù)（選用）爭用服務(wù)（必須實現(xiàn)）分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11DCF子層在每一個節(jié)點使用CSMA機制的分布式接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。

DCF向上提供爭用服務(wù)。適用于有基礎(chǔ)設(shè)施和無基礎(chǔ)設(shè)施兩種模式MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11PCF子層使用集中控制的接入算法(在AP)將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站，避免碰撞。僅用于基礎(chǔ)設(shè)施模式。MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.113.幀間間隔802.11規(guī)定，所有站點在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)偵聽信道），才能發(fā)送下一幀。這段時間的通稱是幀間間隔IFS。3.幀間間隔常用的幀間間隔有三種：短幀間間隔SIFS（頻繁采用）點協(xié)調(diào)功能幀間間隔PIFS（少采用）分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔DIFS（頻繁采用）

三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送SIFS，即短(Short)幀間間隔，長度為28s，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送

使用SIFS的幀類型有：ACK幀、CTS幀、由過長的MAC幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答AP探詢的幀和在PCF方式中接入點AP發(fā)送出的任何幀。時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送PIFS，即點協(xié)調(diào)功能幀間間隔（比SIFS長），是為了在開始使用PCF方式時（沒有爭用）優(yōu)先接入到媒體中。PIFS的長度是SIFS加一個時隙(slot)長度（其長度為50s），即78s。時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送時隙長度的確定：在一個BSS內(nèi)，當(dāng)某個站在一個時隙開始時接入到媒體時，那么在下一個時隙開始時，其他站就都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔（最長的IFS），在DCF方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS長度=PIFS+1個時隙長度，因此DIFS的長度為128s。4.虛擬載波偵聽為了減少沖突，802.11采用虛擬載波偵聽機制。源站將它要占用信道的時間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時間），寫到數(shù)據(jù)幀的“持續(xù)時間”字段，以微秒為單位。通知給所有其它站點，在這一段時間都不要發(fā)送數(shù)據(jù)。“虛擬載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒有監(jiān)聽信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)分配向量NAV網(wǎng)絡(luò)分配向量NAV，指出了必須經(jīng)過多少時間，站點才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。當(dāng)一個站檢測到正在信道中傳送的MAC幀首部的“持續(xù)時間”字段時，就調(diào)整自己的NAV。幀間間隔IFS與虛擬載波偵聽NAV時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送⑶信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點不僅要等待一個DIFS間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，并計算隨機退避時間，以便再次重新試圖接入到信道。⑴當(dāng)源站發(fā)送它的第一個MAC幀時，若檢測到信道空閑，則在等待一段時間DIFS后就可發(fā)送⑵目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時間間隔SIFS后，向源站發(fā)送確認(rèn)幀ACK5.CSMA/CA協(xié)議工作原理802.11的MAC層采用CSMA/CA機制。當(dāng)某個站點（源站點）有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送時，檢測信道。若信道空閑，且在DIFS時間內(nèi)一直空閑，則發(fā)送這個數(shù)據(jù)幀。發(fā)送結(jié)束后，源站點等待接收ACK確認(rèn)幀。5.CSMA/CA協(xié)議工作原理802.11的MAC層采用CSMA/CA機制。如果目的站點接收到正確的數(shù)據(jù)幀，還需要等待SIFS時間，然后向源站點發(fā)送ACK確認(rèn)幀。若源站點在規(guī)定的時間內(nèi)接收到ACK確認(rèn)幀，則說明沒有發(fā)生沖突，這一幀發(fā)送成功。802.11站點發(fā)送數(shù)據(jù)的過程DIFSSIFS數(shù)據(jù)幀ACK確認(rèn)幀源站點目的站點所有其它站點信道忙爭用信道當(dāng)信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，任何一個站點要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，不僅都必須等待一個DIFS的間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，并計算一個隨機退避時間，以便再次重新試圖接入到信道。爭用信道在爭用窗口這段時間內(nèi)，有可能出現(xiàn)多個站點爭用信道的情況。爭用信道比較復(fù)雜，有關(guān)站點要執(zhí)行二進(jìn)制指數(shù)退避算法。信道空閑時，不是立即發(fā)送，而是等待一個隨機時間。Why？信道從忙變?yōu)榭臻e時，任何要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，都要執(zhí)行退避算法，計算隨機退避時間，以便再次重新試圖接入。若站點選擇的隨機回退值不同，就可以避免沖突。信道空閑時，不是立即發(fā)送，而是等待一個隨機時間。Why？802.11仍可能會出現(xiàn)沖突：站點是相互隱藏的。站點選擇了相同的回退值。802.11二進(jìn)制指數(shù)退避算法第i次退避就在{0,1,…,22+i-1}個時隙中隨機地選擇一個，使得不同站點選擇相同退避時間的概率進(jìn)一步減少。第1次退避是在8個時隙（而不是2個）{0,1,…,7}中隨機選擇一個；802.11二進(jìn)制指數(shù)退避算法第2次退避是在16個時隙（而不是4個）{0,1,…,15}中隨機選擇一個?！?dāng)時隙達(dá)到255時（對應(yīng)于第6次退避）就不再增加了。

退避計時器（僅僅計算信道空閑時間）根據(jù)退避時間設(shè)置退避計時器。站點每經(jīng)歷一個時隙的時間就檢測一次信道。若檢測到信道空閑，退避計時器就繼續(xù)倒計時；退避計時器（僅僅計算信道空閑時間）若檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計時器的剩余時間，重新等待信道變?yōu)榭臻e，并再經(jīng)過時間DIFS后，從剩余時間開始繼續(xù)倒計時。如果退避計時器的時間減小到零時，就開始發(fā)送整個數(shù)據(jù)幀。圖例凍結(jié)剩余的退避時間幀幀幀幀幀DIFSDIFSDIFSDIFS爭用窗口爭用窗口爭用窗口爭用窗口退避退避退避退避ABCDEttttt凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)802.11的退避機制CSMA/CA算法⑴若站點最初有數(shù)據(jù)要發(fā)送，且檢測到信道空閑，在等待時間DIFS后，就發(fā)送整個數(shù)據(jù)幀；⑵否則，站點執(zhí)行CSMA/CA協(xié)議的退避算法。一旦檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計時器，并等待確認(rèn)；⑶當(dāng)退避計時器時間減到零時（這時信道只可能是空閑的），站點就發(fā)送整個幀并等待確認(rèn)；CSMA/CA算法（續(xù)）⑷發(fā)送站若收到確認(rèn)，就知道已經(jīng)發(fā)送的幀被目的站正確收到了。這時如果要發(fā)送第二幀，就要從上面的步驟⑵開始，執(zhí)行CSMA/CA協(xié)議的退避算法，隨機選定一段退避時間。若源站在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到ACK確認(rèn)幀，就必須重傳此幀，直到收到確認(rèn)幀為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。使用退避算法的情況僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測到信道是空閑的，并且這個數(shù)據(jù)幀是要發(fā)送的第一個數(shù)據(jù)幀。以下幾種情況都必須使用退避算法：⑴在發(fā)送第一個幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。⑵在每一次的重傳后。⑶在每一次的成功發(fā)送后。6.信道預(yù)約802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站對信道進(jìn)行預(yù)約。這樣可以避免長數(shù)據(jù)幀的沖突。用RTS和CTS，是可選的。A的作用范圍B的作用范圍對信道進(jìn)行預(yù)約ACBDERTSRTS源站A在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個短的控制幀，叫做請求發(fā)送

RTS(RequestToSend)，包括源地址、目的地址和持續(xù)時間（包括這次通信的確認(rèn)幀時間）。RTSA的作用范圍B的作用范圍對信道進(jìn)行預(yù)約CTSACBDECTS若媒體空閑，則目的站B就發(fā)送一個響應(yīng)控制幀，叫做允許發(fā)送CTS(ClearToSend)，它包括這次通信所需的持續(xù)時間（從RTS幀中將此持續(xù)時間復(fù)制到CTS幀中）。CTSA的作用范圍B的作用范圍對信道進(jìn)行預(yù)約CTSACBDECTSA收到CTS幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。

CTSA的作用范圍C的作用范圍ABCD當(dāng)A、C相距較遠(yuǎn)時，因為檢測不到無線信號時，都以為B是空閑的，因而都向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。A向B發(fā)送RTS，B以CTS回應(yīng)，說明B的資源已被A預(yù)約。C收到B的CTS之后，就不能和B通信。1.無線局域網(wǎng)中的特殊問題隱藏終端問題解決RTSCTSCTS2.暴露終端問題解決B的作用范圍C的作用范圍ADCBB向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。由于C沒有收到D的CTS，所以C認(rèn)為D資源有空閑的，所以C可以和D通信。RTSRTSCTS使用RTS和CTS避免沖突APAtimeRTS(A)CTS(AP)DATA(A)ACK(AP)DIFSSIFSSIFSSIFS所有其它站點推遲訪問RTS和CTS幀較短，沖突持續(xù)時間較短。APABtimeRTS(A)RTS(B)RTS(A)CTS(AP)CTS(AP)DATA(A)ACK(AP)ACK(AP)預(yù)約沖突reservationcollisiondeferRTS和CTS幀

以及數(shù)據(jù)幀和ACK幀的傳輸時間關(guān)系時間DIFSRTSSIFS時間RTS后設(shè)置NAVDIFS爭用窗口推遲接入源站時間目的站ACK

其他站CTSSIFSSIFS數(shù)據(jù)CTS設(shè)置NAV數(shù)據(jù)后設(shè)置NAV使用RTS和CTS幀，可以提高性能隱藏終端問題被減輕了，因為長Data幀只有在信道預(yù)約后才被發(fā)送。因為RTS幀和CTS幀較短，涉及RTS幀或CTS幀的碰撞僅持續(xù)很短時間。一旦RTS幀和CTS幀被正確傳輸，后續(xù)的Data幀和ACK幀應(yīng)該能夠無碰撞地發(fā)送。使用RTS和CTS幀，可以提高性能但是RTS幀和CTS幀的引入，也引入了時延，消耗了網(wǎng)絡(luò)資源。所以RTS幀和CTS幀僅僅用于為長數(shù)據(jù)幀預(yù)約信道?？梢栽O(shè)置一個RTS門限值，超過門限值時，才使用RTS幀和CTS幀。7.點協(xié)調(diào)功能PCF點協(xié)調(diào)功能工作模式PCF是一種無爭用服務(wù)，某些AP有此功能。AP使用集中控制接入算法，將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站點，從而避免沖突。AP通過使用短的幀間間隔PIFS，獲得優(yōu)先發(fā)送權(quán)。AP一旦有了優(yōu)先發(fā)送權(quán)，就可以輪流向各個無線站點發(fā)送查詢請求，從而控制無線信道的訪問。9.2.5802.11MAC幀三種類型，即控制幀、數(shù)據(jù)幀和管理幀。802.11MAC幀主要由三大部分組成：首部、幀主體和幀校驗序列。幀首部共30字節(jié)，幀的復(fù)雜性都體現(xiàn)在幀的首部。幀主體就是幀的數(shù)據(jù)部分，不超過2312字節(jié)。幀校驗序列FCS是尾部，共4字節(jié)。類型從AP子類到AP更多標(biāo)識WEP更多數(shù)據(jù)功率管理重試Rsvd協(xié)議版本22411111111802.11frame:

序號、持續(xù)期、數(shù)據(jù)和幀控制字段預(yù)約信道傳輸時間，包括傳輸數(shù)據(jù)幀和確認(rèn)幀的時間，用于RTS和CTS幀中通常是IPorARP通常小于1500B用于區(qū)分關(guān)聯(lián),RTS,CTS,ACK和數(shù)據(jù)幀類似于TCP”序號”字段的作用。用于可靠ARQ，使接收方區(qū)分是新幀還是重傳幀。幀控制持續(xù)期address1address2address4address3有效載荷CRC22666260-23124序號控制是否加密在基礎(chǔ)設(shè)施模式和自組織模式中的含義不同。字節(jié)比特IEEE802.11幀的4個地址字段幀控制持續(xù)期address1address2address4address3有效載荷CRC22666260-23124序號控制Address2:發(fā)送該幀的主機或AP的MAC地址Address1:

接收該幀的主機或AP的MAC地址Address3:其它有效地址Address4:

只用在DS內(nèi)部802.11數(shù)據(jù)幀有四個地址字段?！叭ネ鵄P”和“來自AP”兩個子字段，有4種組合，用于定義802.11幀中的幾個地址字段的含義。802.11幀的地址字段情況到AP來自AP地址1地址2地址3地址400目的地址源地址BSSID----01目的地址BSSID源地址----10BSSID源地址目的地址---11DAPSAP目的地址源地址Adhoc從AP到站點從站點到APDS內(nèi)部Adhoc的數(shù)據(jù)幀的地址格式BSSAB地址1地址2地址3地址4A→B的幀地址格式BABSSID數(shù)據(jù)幀的地址格式BSS2接入點AP2接入點AP1A因特網(wǎng)分配系統(tǒng)DSBAP2→B的幀地址格式A→AP1的幀地址格式AP1→AP2的幀地址格式BSS1地址1地址2地址3地址4AP1AB地址1地址2地址3地址4BAP2A地址1地址2地址3地址4AP2AP1BA9.2.6802.11無線LAN提供的服務(wù)802.11規(guī)定每個遵從該標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)必須提供9種服務(wù)，這些服務(wù)分為兩類，5種分布式服務(wù)和4種站服務(wù)。分布式服務(wù)涉及到對單元（cell）的成員關(guān)系的管理，并且會與其它單元中的站點進(jìn)行交互。與之相反，站服務(wù)則只管理一個單元內(nèi)部的活動。5種分布式服務(wù)由AP提供的5種服務(wù)將移動節(jié)點與AP關(guān)聯(lián)起來，或者將它們與AP解除關(guān)聯(lián)。⑴建立關(guān)聯(lián)：當(dāng)移動站點進(jìn)入一個新的單元后，立即通告它的身份與能力。能力包括支持的數(shù)據(jù)速率、需要PCF服務(wù)和功率管理需求等。AP可以接受或拒絕移動站點的加入。如果移動站點被接受，它必須證明它自己的身份。5種分布式服務(wù)由AP提供的5種服務(wù)將移動節(jié)點與AP關(guān)聯(lián)起來，或者將它們與AP解除關(guān)聯(lián)。⑵解除關(guān)聯(lián)。無論是AP還是站點都可以主動解除關(guān)聯(lián)，從而中止它們之間的關(guān)系。⑶重建關(guān)聯(lián)。站點可以使用該服務(wù)來改變它的首選AP。5種分布式服務(wù)（續(xù)）⑷分發(fā)。該服務(wù)決定如何將發(fā)送到AP的幀發(fā)送出去。如果目的站在同一個AP下，幀可以被直接發(fā)送出去，否則必須通過有線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。⑸

集成（協(xié)議轉(zhuǎn)換）。如果一個幀需要通過一個非802.11網(wǎng)絡(luò)（具有不同的編址方案或幀格式）傳輸，該服務(wù)可將802.11格式轉(zhuǎn)換成目的網(wǎng)絡(luò)要求的格式。4種站服務(wù)4種站服務(wù)用于管理單元內(nèi)的活動。⑴身份認(rèn)證。當(dāng)移動站點與AP建立了關(guān)聯(lián)后，AP會向移動站點發(fā)送一個質(zhì)詢幀，看它是否知道以前分配給它的密鑰；移動站點用自己所知道的密鑰加密質(zhì)詢幀，然后發(fā)回給AP，就可以證明它是知道密鑰的；如果AP檢驗正確，則該移動站點就會被正式加入到單元中。4種站服務(wù)4種站服務(wù)用于管理單元內(nèi)的活動。⑵解除認(rèn)證。一個以前經(jīng)過認(rèn)證的站想要離開網(wǎng)絡(luò)時，需要解除認(rèn)證。⑶保密。處理加密和解密，加密算法為RC4。⑷數(shù)據(jù)傳遞。提供了一種數(shù)據(jù)傳送和接收方法。9.2.7802.11無線站點接入過程現(xiàn)在許多地方能夠向公眾提供有償或無償接入Wi-Fi的服務(wù)。這樣的地點就叫作熱點。熱點也就是公眾無線入網(wǎng)點。由許多熱點和AP連接起來的區(qū)域叫做熱區(qū)。因為無線信道的使用日益增多，所以出現(xiàn)了無線因特網(wǎng)服務(wù)提供者WISP這一名詞。用戶可以通過無線信道接入到WISP，然后再經(jīng)過無線信道接入到因特網(wǎng)。Wi-Fi叢林Wi-Fi叢林是一個物理位置，無線站點可以從兩個或多個AP中收到很強的信號。每個AP都可能位于不同的子網(wǎng)中，并被獨立分配一個信道。當(dāng)一個移動站點進(jìn)入一個Wi-Fi叢林時，需要加入其中一個子網(wǎng)，并與其中的一個AP進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后才能發(fā)送數(shù)據(jù)。關(guān)聯(lián)需要經(jīng)歷三個階段：掃描、認(rèn)證和關(guān)聯(lián)無線站點接入過程認(rèn)證服務(wù)器AP站點ProbeRequestProbeResponseProbeRequestProbeResponseSSID比較AuthenticationRequestAuthenticationResponseAssociationRequestAssociationResponse掃描認(rèn)證關(guān)聯(lián)Y1.掃描階段Adhoc模式，站點尋找是否已經(jīng)有獨立基本服務(wù)集IBSS，并且與站點具有相同的服務(wù)集標(biāo)識符SSID。若存在，則加入（join）；若不存在，則創(chuàng)建一個IBSS，等其他站來加入。1.掃描階段基礎(chǔ)設(shè)施模式(有AP)，無線站點首先需要尋找一個AP。尋找AP有兩種掃描方法：被動掃描方式，站點被動等待AP每隔一段時間定時送出的信標(biāo)幀。主動掃描方式，站點主動發(fā)出探測請求幀，尋找與站點所屬BSS有相同SSID的AP，然后等待從AP發(fā)回的探測響應(yīng)幀。若找不到有相同SSID的AP，則一直掃描下去。2.認(rèn)證階段站點找到相同服務(wù)集標(biāo)識符SSID的AP后，選擇一個信號最強的AP，然后進(jìn)入認(rèn)證階段。802.11標(biāo)準(zhǔn)提供了認(rèn)證和加密兩個規(guī)范定義。2.認(rèn)證階段定義了兩種認(rèn)證服務(wù)：開放系統(tǒng)認(rèn)證，是802.11的缺省認(rèn)證方法，包括提出認(rèn)證請求和返回認(rèn)證結(jié)果兩個步驟。共享密鑰認(rèn)證，共享密鑰通過獨立于IEEE802.11的安全信道分發(fā)給各個站點和AP成員提供認(rèn)證。認(rèn)證過程802.11標(biāo)準(zhǔn)定義的加密規(guī)范是有線等效保密WEP。WEP認(rèn)證的目的是向一個合法的AP證明這個移動設(shè)備知道密鑰。共享密鑰認(rèn)證需要在站點和AP之間進(jìn)行4次交互，使用經(jīng)WEP加密的密文傳輸。認(rèn)證過程如下：認(rèn)證過程⑴站點向AP發(fā)送認(rèn)證請求幀，啟動認(rèn)證過程；⑵AP利用WEP算法產(chǎn)生一個128字節(jié)的隨機數(shù)-質(zhì)詢正文，并放在認(rèn)證響應(yīng)幀中發(fā)送給移動站點；認(rèn)證過程（續(xù)）⑶移動站點用WEP密鑰加密這個隨機數(shù)，然后發(fā)回AP。移動站點必須要知道密鑰才能夠成功加密隨機數(shù)；⑷AP對站點的加密結(jié)果進(jìn)行解密，并返回認(rèn)證結(jié)果。如果解密后的質(zhì)詢正文與發(fā)送的原質(zhì)詢正文相匹配，則返回“正”的認(rèn)證結(jié)果；反之，認(rèn)證結(jié)果為“負(fù)”，站點不能加入該無線網(wǎng)。3.關(guān)聯(lián)階段當(dāng)AP向站點返回認(rèn)證響應(yīng)信息，身份認(rèn)證獲得通過后，就進(jìn)入關(guān)聯(lián)階段。在這一階段站點向AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請求幀，AP向站點返回關(guān)聯(lián)響應(yīng)幀。關(guān)聯(lián)過程結(jié)束后，站點就能夠得到該BSS提供的服務(wù)了。至此，接入過程才完成，站點初始化完畢，可以開始向AP傳送數(shù)據(jù)幀。9.2.8IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)目前最熱門的WLAN技術(shù)就是IEEE的802.11及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11(1997.6)，1或2Mbps，工作在2.4GHz頻段或使用紅外(IR)IEEE802.11a(1999)，54Mbps，12個信道，最多8個互不重疊，工作在5GHz頻段9.2.8IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11b(1999.9),11Mbps，11個信道，最多3個互不重疊，工作在2.4GH