計(jì)算機(jī)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(gè)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(jī)、智能手機(jī)的出現(xiàn)，無線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也逐漸流行起來了。無線電子設(shè)備可以隨時(shí)、隨地、無縫地接入全球因特網(wǎng)。從網(wǎng)絡(luò)觀點(diǎn)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(dòng)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(jī)、數(shù)碼相機(jī)、耳機(jī)、掃描儀和其他的設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)上。不需要電纜，也不需要安裝驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jī)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(diǎn)(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(diǎn)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(shí)常需要移動(dòng)位置;(3)臨時(shí)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(shí)不能檢測到信道上有無沖突?！岸鄰剿p”的現(xiàn)象，無線信號(hào)在碰到固體對(duì)象的時(shí)候會(huì)有反射現(xiàn)象，所以同樣的無線信號(hào)可能會(huì)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(gè)基本服務(wù)集BSS包括一個(gè)基站和移動(dòng)站點(diǎn)，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(diǎn)通信時(shí)，都要通過本BSS的基站，在802.11中，也叫接入點(diǎn)AP

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

一個(gè)基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點(diǎn)AP連接到一個(gè)主干分配系統(tǒng)DS，然后再接入到另一個(gè)基本服務(wù)集，構(gòu)成擴(kuò)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(shí)現(xiàn)。802.11的BSS和ESS基本服務(wù)集BSS擴(kuò)展的服務(wù)集

ESS接入點(diǎn)AP2portal基本服務(wù)集BSS接入點(diǎn)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(dòng)站點(diǎn)A從一個(gè)BSS漫游到另一個(gè)BSS時(shí)，仍可保持與另一個(gè)移動(dòng)站點(diǎn)B進(jìn)行通信。如果一個(gè)移動(dòng)站點(diǎn)要加入到一個(gè)基本服務(wù)集BSS，就必須先選擇一個(gè)接入點(diǎn)AP，并與此接入點(diǎn)建立關(guān)聯(lián)。漫游與關(guān)聯(lián)若移動(dòng)站點(diǎn)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(gè)接入點(diǎn)。當(dāng)使用解除關(guān)聯(lián)服務(wù)時(shí)，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(diǎn)：不受無線電干擾；視距傳輸，檢測和竊聽困難，保密性好。缺點(diǎn)：對(duì)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(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行調(diào)制。擴(kuò)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(kuò)頻技術(shù)主要又分為跳頻擴(kuò)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(shí)現(xiàn)沖突檢測，這主要有兩個(gè)原因。第一個(gè)原因，在無線網(wǎng)絡(luò)的適配器上接收信號(hào)的強(qiáng)度往往會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)送信號(hào)的強(qiáng)度，所以，若要實(shí)現(xiàn)沖突檢測，需要在硬件上付出更多的化費(fèi)；9.2.4802.11MAC子層與802.3以太網(wǎng)不同，802.11MAC協(xié)議并沒有實(shí)現(xiàn)沖突檢測，這主要有兩個(gè)原因。第二個(gè)原因，因?yàn)樵跓o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(diǎn)無法檢測到所有沖突。Signalfading衰減:B,AheareachotherB,CheareachotherA,CcannotheareachotherinterferingatB無線信號(hào)衰減問題ABCA’ssignalstrengthspaceC’ssignalstrengthsignalstrength信號(hào)強(qiáng)度足以在B處產(chǎn)生干擾信號(hào)弱，不足以檢測到對(duì)方傳輸信號(hào)弱，不足以檢測到對(duì)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(shí)，因?yàn)闄z測不到無線信號(hào)時(shí)，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(hào)，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(shí)的隱藏終端問題ABCHiddenterminalproblem：B,AheareachotherB,CheareachotherA,CcannotheareachothermeansA,Cunawareoftheirinterference

atBA,C之間有障礙物時(shí)的隱藏終端問題隱藏站隱藏站是指兩個(gè)發(fā)送端不在通信范圍之內(nèi)，同時(shí)向各自通信范圍之內(nèi)的接收站點(diǎn)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(diǎn)的發(fā)送，而有可能同時(shí)向這個(gè)接收站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致沖突;發(fā)送站點(diǎn)在沖突后需要重傳沖突的幀，這樣會(huì)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(hào)，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實(shí)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(gè)發(fā)送站點(diǎn)在互為通信范圍內(nèi)，而接收站在一個(gè)發(fā)送站點(diǎn)通信范圍外的站點(diǎn)，從而導(dǎo)致無法同時(shí)發(fā)送消息的現(xiàn)象。暴露站暴露站是因?yàn)橐粋€(gè)發(fā)送站因感知到另一個(gè)發(fā)送站點(diǎn)的發(fā)送而延遲發(fā)送。但是，由于第一個(gè)通信的接收站點(diǎn)在第二個(gè)通信接收站點(diǎn)的通信范圍外（即兩個(gè)接收站點(diǎn)不在同一個(gè)通信范圍之內(nèi)），它的發(fā)送實(shí)際上并不會(huì)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(shí)多個(gè)移動(dòng)站點(diǎn)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(gè)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(shí)現(xiàn)）點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF（選用）802.11的MAC層包括兩個(gè)子層MAC層無爭用服務(wù)（選用）爭用服務(wù)（必須實(shí)現(xiàn)）分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)使用CSMA機(jī)制的分布式接入算法，讓各個(gè)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(diǎn)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(gè)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(diǎn)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(diǎn)在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時(shí)間（繼續(xù)偵聽信道），才能發(fā)送下一幀。這段時(shí)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(diǎn)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(shí)間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時(shí)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(shí)間有幀要發(fā)送源站時(shí)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(duì)話的各幀。一個(gè)站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時(shí)間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。三種幀間間隔時(shí)間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時(shí)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(shí)間有幀要發(fā)送源站時(shí)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(diǎn)AP發(fā)送出的任何幀。時(shí)間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時(shí)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(shí)間有幀要發(fā)送源站時(shí)間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送PIFS，即點(diǎn)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(shí)（沒有爭用）優(yōu)先接入到媒體中。PIFS的長度是SIFS加一個(gè)時(shí)隙(slot)長度（其長度為50s），即78s。時(shí)間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時(shí)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(shí)間有幀要發(fā)送源站時(shí)間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送時(shí)隙長度的確定：在一個(gè)BSS內(nèi)，當(dāng)某個(gè)站在一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)接入到媒體時(shí)，那么在下一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，其他站就都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。時(shí)間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時(shí)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(shí)間有幀要發(fā)送源站時(shí)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(gè)時(shí)隙長度，因此DIFS的長度為128s。4.虛擬載波偵聽為了減少?zèng)_突，802.11采用虛擬載波偵聽機(jī)制。源站將它要占用信道的時(shí)間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時(shí)間），寫到數(shù)據(jù)幀的“持續(xù)時(shí)間”字段，以微秒為單位。通知給所有其它站點(diǎn)，在這一段時(shí)間都不要發(fā)送數(shù)據(jù)?！疤摂M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(shí)間，站點(diǎn)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(gè)站檢測到正在信道中傳送的MAC幀首部的“持續(xù)時(shí)間”字段時(shí)，就調(diào)整自己的NAV。幀間間隔IFS與虛擬載波偵聽NAV時(shí)間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時(shí)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(shí)間有幀要發(fā)送源站時(shí)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(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點(diǎn)不僅要等待一個(gè)DIFS間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，并計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)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(gè)MAC幀時(shí)，若檢測到信道空閑，則在等待一段時(shí)間DIFS后就可發(fā)送⑵目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時(shí)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(jī)制。當(dāng)某個(gè)站點(diǎn)（源站點(diǎn)）有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送時(shí)，檢測信道。若信道空閑，且在DIFS時(shí)間內(nèi)一直空閑，則發(fā)送這個(gè)數(shù)據(jù)幀。發(fā)送結(jié)束后，源站點(diǎn)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(jī)制。如果目的站點(diǎn)接收到正確的數(shù)據(jù)幀，還需要等待SIFS時(shí)間，然后向源站點(diǎn)發(fā)送ACK確認(rèn)幀。若源站點(diǎn)在規(guī)定的時(shí)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(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的過程DIFSSIFS數(shù)據(jù)幀ACK確認(rèn)幀源站點(diǎn)目的站點(diǎn)所有其它站點(diǎn)信道忙爭用信道當(dāng)信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時(shí)，任何一個(gè)站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，不僅都必須等待一個(gè)DIFS的間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，并計(jì)算一個(gè)隨機(jī)退避時(shí)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(shí)間內(nèi)，有可能出現(xiàn)多個(gè)站點(diǎn)爭用信道的情況。爭用信道比較復(fù)雜，有關(guān)站點(diǎn)要執(zhí)行二進(jìn)制指數(shù)退避算法。信道空閑時(shí)，不是立即發(fā)送，而是等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間。Why？信道從忙變?yōu)榭臻e時(shí)，任何要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，都要執(zhí)行退避算法，計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)間，以便再次重新試圖接入。若站點(diǎn)選擇的隨機(jī)回退值不同，就可以避免沖突。信道空閑時(shí)，不是立即發(fā)送，而是等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間。Why？802.11仍可能會(huì)出現(xiàn)沖突：站點(diǎn)是相互隱藏的。站點(diǎn)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(gè)時(shí)隙中隨機(jī)地選擇一個(gè)，使得不同站點(diǎn)選擇相同退避時(shí)間的概率進(jìn)一步減少。第1次退避是在8個(gè)時(shí)隙（而不是2個(gè)）{0,1,…,7}中隨機(jī)選擇一個(gè)；802.11二進(jìn)制指數(shù)退避算法第2次退避是在16個(gè)時(shí)隙（而不是4個(gè)）{0,1,…,15}中隨機(jī)選擇一個(gè)。……當(dāng)時(shí)隙達(dá)到255時(shí)（對(duì)應(yīng)于第6次退避）就不再增加了。

退避計(jì)時(shí)器（僅僅計(jì)算信道空閑時(shí)間）根據(jù)退避時(shí)間設(shè)置退避計(jì)時(shí)器。站點(diǎn)每經(jīng)歷一個(gè)時(shí)隙的時(shí)間就檢測一次信道。若檢測到信道空閑，退避計(jì)時(shí)器就繼續(xù)倒計(jì)時(shí)；退避計(jì)時(shí)器（僅僅計(jì)算信道空閑時(shí)間）若檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器的剩余時(shí)間，重新等待信道變?yōu)榭臻e，并再經(jīng)過時(shí)間DIFS后，從剩余時(shí)間開始繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。如果退避計(jì)時(shí)器的時(shí)間減小到零時(shí)，就開始發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)幀。圖例凍結(jié)剩余的退避時(shí)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(jī)制CSMA/CA算法⑴若站點(diǎn)最初有數(shù)據(jù)要發(fā)送，且檢測到信道空閑，在等待時(shí)間DIFS后，就發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)幀；⑵否則，站點(diǎn)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(jì)時(shí)器，并等待確認(rèn)；⑶當(dāng)退避計(jì)時(shí)器時(shí)間減到零時(shí)（這時(shí)信道只可能是空閑的），站點(diǎn)就發(fā)送整個(gè)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(shí)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(jī)選定一段退避時(shí)間。若源站在規(guī)定時(shí)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(gè)數(shù)據(jù)幀是要發(fā)送的第一個(gè)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(gè)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(duì)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(duì)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(gè)短的控制幀，叫做請(qǐng)求發(fā)送

RTS(RequestToSend)，包括源地址、目的地址和持續(xù)時(shí)間（包括這次通信的確認(rèn)幀時(shí)間）。RTSA的作用范圍B的作用范圍對(duì)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(gè)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(shí)間（從RTS幀中將此持續(xù)時(shí)間復(fù)制到CTS幀中）。CTSA的作用范圍B的作用范圍對(duì)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(shí)，因?yàn)闄z測不到無線信號(hào)時(shí)，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(hào)，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(diǎn)推遲訪問RTS和CTS幀較短，沖突持續(xù)時(shí)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(shí)間關(guān)系時(shí)間DIFSRTSSIFS時(shí)間RTS后設(shè)置NAVDIFS爭用窗口推遲接入源站時(shí)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?yàn)殚LData幀只有在信道預(yù)約后才被發(fā)送。因?yàn)镽TS幀和CTS幀較短，涉及RTS幀或CTS幀的碰撞僅持續(xù)很短時(shí)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(shí)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(gè)RTS門限值，超過門限值時(shí)，才使用RTS幀和CTS幀。7.點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF點(diǎn)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(gè)站點(diǎn)，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(gè)無線站點(diǎn)發(fā)送查詢請(qǐng)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(yàn)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(yàn)序列FCS是尾部，共4字節(jié)。類型從AP子類到AP更多標(biāo)識(shí)WEP更多數(shù)據(jù)功率管理重試Rsvd協(xié)議版本22411111111802.11frame:

序號(hào)、持續(xù)期、數(shù)據(jù)和幀控制字段預(yù)約信道傳輸時(shí)間，包括傳輸數(shù)據(jù)幀和確認(rèn)幀的時(shí)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(hào)”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(hào)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(gè)地址字段幀控制持續(xù)期address1address2address4address3有效載荷CRC22666260-23124序號(hào)控制Address2:發(fā)送該幀的主機(jī)或AP的MAC地址Address1:

接收該幀的主機(jī)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(gè)地址字段?！叭ネ鵄P”和“來自AP”兩個(gè)子字段，有4種組合，用于定義802.11幀中的幾個(gè)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(diǎn)從站點(diǎn)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(diǎn)AP2接入點(diǎn)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(gè)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(duì)單元（cell）的成員關(guān)系的管理，并且會(huì)與其它單元中的站點(diǎn)進(jìn)行交互。與之相反，站服務(wù)則只管理一個(gè)單元內(nèi)部的活動(dòng)。5種分布式服務(wù)由AP提供的5種服務(wù)將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)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(dòng)站點(diǎn)進(jìn)入一個(gè)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(dòng)站點(diǎn)的加入。如果移動(dòng)站點(diǎn)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(dòng)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)都可以主動(dòng)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(diǎn)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(gè)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(gè)幀需要通過一個(gè)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(dòng)。⑴身份認(rèn)證。當(dāng)移動(dòng)站點(diǎn)與AP建立了關(guān)聯(lián)后，AP會(huì)向移動(dòng)站點(diǎn)發(fā)送一個(gè)質(zhì)詢幀，看它是否知道以前分配給它的密鑰；移動(dòng)站點(diǎn)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(yàn)正確，則該移動(dòng)站點(diǎn)就會(huì)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(dòng)。⑵解除認(rèn)證。一個(gè)以前經(jīng)過認(rèn)證的站想要離開網(wǎng)絡(luò)時(shí)，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(diǎn)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(diǎn)就叫作熱點(diǎn)。熱點(diǎn)也就是公眾無線入網(wǎng)點(diǎn)。由許多熱點(diǎn)和AP連接起來的區(qū)域叫做熱區(qū)。因?yàn)闊o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(gè)物理位置，無線站點(diǎn)可以從兩個(gè)或多個(gè)AP中收到很強(qiáng)的信號(hào)。每個(gè)AP都可能位于不同的子網(wǎng)中，并被獨(dú)立分配一個(gè)信道。當(dāng)一個(gè)移動(dòng)站點(diǎn)進(jìn)入一個(gè)Wi-Fi叢林時(shí)，需要加入其中一個(gè)子網(wǎng)，并與其中的一個(gè)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(gè)階段：掃描、認(rèn)證和關(guān)聯(lián)無線站點(diǎn)接入過程認(rèn)證服務(wù)器AP站點(diǎn)ProbeRequestProbeResponseProbeRequestProbeResponseSSID比較AuthenticationRequestAuthenticationResponseAssociationRequestAssociationResponse掃描認(rèn)證關(guān)聯(lián)Y1.掃描階段Adhoc模式，站點(diǎn)尋找是否已經(jīng)有獨(dú)立基本服務(wù)集IBSS，并且與站點(diǎn)具有相同的服務(wù)集標(biāo)識(shí)符SSID。若存在，則加入（join）；若不存在，則創(chuàng)建一個(gè)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(diǎn)首先需要尋找一個(gè)AP。尋找AP有兩種掃描方法：被動(dòng)掃描方式，站點(diǎn)被動(dòng)等待AP每隔一段時(shí)間定時(shí)送出的信標(biāo)幀。主動(dòng)掃描方式，站點(diǎn)主動(dòng)發(fā)出探測請(qǐng)求幀，尋找與站點(diǎn)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(diǎn)找到相同服務(wù)集標(biāo)識(shí)符SSID的AP后，選擇一個(gè)信號(hào)最強(qiáng)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(gè)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(qǐng)求和返回認(rèn)證結(jié)果兩個(gè)步驟。共享密鑰認(rèn)證，共享密鑰通過獨(dú)立于IEEE802.11的安全信道分發(fā)給各個(gè)站點(diǎn)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(gè)合法的AP證明這個(gè)移動(dòng)設(shè)備知道密鑰。共享密鑰認(rèn)證需要在站點(diǎn)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(diǎn)向AP發(fā)送認(rèn)證請(qǐng)求幀，啟動(dòng)認(rèn)證過程；⑵AP利用WEP算法產(chǎn)生一個(gè)128字節(jié)的隨機(jī)數(shù)-質(zhì)詢正文，并放在認(rèn)證響應(yīng)幀中發(fā)送給移動(dòng)站點(diǎn)；認(rèn)證過程（續(xù)）⑶移動(dòng)站點(diǎn)用WEP密鑰加密這個(gè)隨機(jī)數(shù)，然后發(fā)回AP。移動(dòng)站點(diǎn)必須要知道密鑰才能夠成功加密隨機(jī)數(shù)；⑷AP對(duì)站點(diǎn)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(diǎn)不能加入該無線網(wǎng)。3.關(guān)聯(lián)階段當(dāng)AP向站點(diǎn)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(diǎn)向AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀，AP向站點(diǎn)返回關(guān)聯(lián)響應(yīng)幀。關(guān)聯(lián)過程結(jié)束后，站點(diǎn)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(diǎn)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(gè)信道，最多8個(gè)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(gè)信道，最多3個(gè)互不重疊，工作在2.4GH