計算機網絡技術與應用

計算機網絡技術與應用第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四無線局域網WLAN無線局域網無線以太網WiFi利用空間無線電波作為傳輸介質結點：固定、移動優(yōu)勢：不需鋪設線纜，安裝簡單、使用靈活、易于擴展技術標準IEEE802.11： 2MbpsIEEE802.11a： 54MbpsIEEE802.11g： 54MbpsIEEE802.11n： 達300Mbps第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四無線傳輸與有線傳輸的主要區(qū)別信號衰減變化多樣信號在無線傳輸介質中的衰減速度常常比有線傳輸介質大無線信號在穿過不同物體的衰減速度不相同易受干擾相同頻段相互干擾：802.11b/g和2.4GHz無繩電話無線信號更易受到電磁噪聲的干擾。具有多徑傳播特性無線信號在發(fā)送方和接收方之間走過的路徑不同，使接收方收到的疊加信號模糊不清物體在發(fā)送方和接收方之間移動，多徑傳播對接收信號的影響更大第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四無線傳輸技術目標：充分利用信道、提高抗干擾能力和可靠性擴頻（spreadspectrum）跳頻擴頻（FHSS，frequencyhoppingspreadspectrum）直接序列擴頻（DSSS，directsequencespreadspectrum）正交頻分復用（OFDM，orthogonalfrequencydivisionmultiplexing）多入多出（MIMO，multipleinputmultipleoutput）紅外（IR，infraredradio）：目前很少使用第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四跳頻擴頻FHSS第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四直接序列擴頻DSSS第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四正交頻分復用OFDM第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四多入多出技術第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四無線局域網的信道信道：將使用的頻帶范圍劃為多個子頻帶，這些子頻帶被稱為信道目標：提高通信效率，減少無線局域網之間的相互干擾一個區(qū)域內可以部署多個無線局域網每個無線局域網可以采用不同的信道每個無線局域網工作時只能使用一個信道第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四802.11a和802.11g信道劃分頻帶范圍：2.4~2.485GHz，共85MHz劃分為11個信道，有的信道之間存在部分重疊由4個或更多個信道隔開的兩個信道無重疊同一個區(qū)域可建3個互不干擾的WLAN（分別使用信道1、6和11）第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四WLAN的基本組成部件無線主機（無線結點或無線工作站）：具備無線局域網接口的、能運行應用程序的系統(tǒng)設備無線訪問接入點AP：類似于有線以太網交換機。用于轉發(fā)無線主機信息，連接分布式系統(tǒng)分布式系統(tǒng)：用于連接AP結點及其他網絡（如有線網絡）。本身可以是有線網或無線網無線傳輸介質：空間電磁波第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四基本服務集BSS—獨立基本服務集IBSSIBSS中不存在中心結點，各無線結點地位平等，數據傳遞不需要中間結點轉發(fā)BSSID：IBSS標識符為48位的隨機數，由IBSS的發(fā)起者隨機選擇形成通信時需攜帶BSSID，以表明屬于哪個IBSS自組無線局域網（AdHoc）：按IBSS方式組成的無線局域網特點：不需要其他固定設施，可在需要時臨時組成，簡單、快速、經濟適合環(huán)境：辦公會議、野外作業(yè)、軍事訓練、實戰(zhàn)第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四基本服務集BSS—帶AP基本服務集AP是BSS的中心結點。結點間的信息傳遞須由AP轉發(fā)BSSID：AP的48位MAC地址（即該BSS由AP代表）基礎設施無線局域網：利用AP組建的無線局域網特點：安全性和可靠性較高，可實現無線網絡和其他網絡（包括有線網絡）的互聯(lián)適用環(huán)境：辦公自動化等領域基礎設施無線局域網是目前最常見的無線局域網組網模式第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四擴展服務集ESSESS由多個帶有AP的基本服務集通過分布式系統(tǒng)連接而成利用ESS組建的無線局域網是一種基礎設施無線局域網如果ESS中BSS的覆蓋區(qū)域相互交疊，那么無線站點在ESS中移動就不會失去連接SSID（servicesetidentifier）標識符由ASCII字符組成，最長32字節(jié)安裝AP時由網絡管理員設置第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四與AP關聯(lián)安裝AP時，管理員配置AP的SSID和AP使用的信道開始運行后，AP周期性地發(fā)送信標（beacon）幀，信標幀包含AP的SSID和MAC地址無線站點掃描所有信道，監(jiān)聽該區(qū)域AP發(fā)出的信標幀監(jiān)聽到信標幀后，無線主機與其需要的AP關聯(lián)ESS由多個相互交疊的BSS組成時無線站點可能掃描到多個SSID相同的信標幀選擇信號最強的AP進行關聯(lián)無線站點在BSS間漫游：自動將其關聯(lián)AP轉移到信號強的AP第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四被動掃描第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四主動掃描第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四加入IBSS使用IBSS時，用戶需設置SSID和信道號加入：掃描所有信道，監(jiān)聽信標幀在一定時間內未收到相同SSID信標幀該站點為第一個站點，建立和初始化本IBSS（選擇一個48位的隨機數作為BSSID，發(fā)送信標幀）監(jiān)聽到相同SSID信標幀IBSS已存在（保存信標幀中的BSSID值）維護：周期偵聽信標幀在信標幀發(fā)送周期內未收到信標幀每個結點隨機選擇等待時間值等待時間到時：發(fā)送信標幀等待期間收到信標幀：停止等待，進入下個信標幀偵聽周期被動掃描和主動掃描（收到探測請求廣播幀后，最后一個發(fā)送信標幀的站點應答）第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四加入IBSS流程第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四介質訪問控制方法CSMA/CA無線局域網的設計借鑒了有線以太網設計的成功之處：CSMA/CDCSMA/CA相同：結點在發(fā)送前需偵聽信道，如忙則須等待不同：采用是沖突避免而不是沖突檢測為何不采用CD：實現具有沖突檢測能力的網卡代價很大CD要求結點具有同時發(fā)送和接收的能力，而接收無線信號的強度通常遠遠小于發(fā)送信號的強度為何需要確認：不能檢測沖突，不知信息是否正確到達第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四信息發(fā)送過程發(fā)送結點偵聽共享信道，直到空閑發(fā)送結點隨機選擇延遲時間值并在信道空閑時遞減。當信道忙時，延遲時間值保持不變當延遲時間遞減為0時，發(fā)送結點發(fā)送信息并等待確認如在規(guī)定時間內收到確認，則認為對方已正確接收，發(fā)送結束；如未收到確認，則發(fā)送失敗失敗時，根據失敗次數決定是否重發(fā)。如需重發(fā)，則發(fā)送流程轉至步驟(1)；否則，放棄發(fā)送并返回第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四信息發(fā)送過程舉例第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四RTS和CTS機制RTS和CTS的引入：發(fā)送結點不偵聽信道，不檢測沖突；如沖突的幀很長則會影響信道利用率RTS和CTS機制RTS和CTS的幀長度很短，其中攜帶信道預約時間，用于通知其他結點在預約時間內不要占用信道發(fā)送數據前，發(fā)送結點先發(fā)RTS；收到RTS后，目標結點回送CTS；收到CTS后，在預約時間內發(fā)送正式數據即使RTS和CTS幀發(fā)生沖突，也不會長時間占用信道問題：RTS和CTS幀的發(fā)送也需要占用信道如每次發(fā)送的數據塊很短，則RTS和CTS的引入會使信道的利用率下降用戶可選是否（或數據塊多長時）使用RTS和CTS第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四隱藏終端隱藏終端：由于發(fā)送功率、障礙物等因素的影響，一個無線結點可能接收不到另一個無線結點發(fā)送的信息隱藏終端的問題RTS和CTS在解決隱藏終端問題時的作用第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四802.11幀格式第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四802.11幀中的字段幀控制：幀控制字段由多個子字段組成持續(xù)期：包含信道的預約時長序列控制：用于識別重復收到的信息幀發(fā)送結點為每個新幀設置不同的序列控制號由“序列號”和“分片號”組成數據：用于攜帶上層數據幀校驗碼：：采用32位的CRC校驗。校驗范圍從“幀控制”字段開始到“數據”字段結束地址：4個地址字段，具體含義與“發(fā)至DS”和“源自DS”的取值有關第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四幀控制字段協(xié)議版本：該幀使用的協(xié)議版本號。目前協(xié)議版本號通常為0類型和子類型：該幀的具體類型。如信標幀、數據幀、RTS幀、CTS幀等發(fā)至DS和源自DS：該幀是發(fā)送到還是來自分布式系統(tǒng)，其取值決定4個地址字段的具體含義更多分片：該幀是否為一個分片幀。分片幀時為1重傳：該幀為一個重傳幀。與“序列控制”結合可幫助目標主機拋棄重復接收到的幀功率管理與更多數據：“功率管理”置為1，說明發(fā)送結點將進入省電模；信標等管理幀的“更多數據”置為1，告知省電結點緩存幀的存在WEP加密：該幀的“數據”已進行了WEP加密處理第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四802.11幀中的地址含義第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四802.11幀中的地址舉例第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四無線局域網的相關標準Wi-Fi聯(lián)盟：致力于改善無線局域網產品之間互通性的組織，通過Wi-Fi認證的產品通常具有很好的互通性和兼容性實際傳輸速率和最大傳輸速率：受應用環(huán)境的影響，實際傳輸速率可能達不到標準規(guī)定的最大傳輸速率第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四組網所需的器件和設備—無線網卡功能：實現CSMA/CA介質訪問控制協(xié)議，完成類似于有線以太網網卡的功能類型（按接口類型）：PCI、PCMCIA、USB等接入無線局域網的每個結點至少應安裝一塊無線網卡第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四組網所需的器件和設備—無線訪問接入點功能：為無線結點轉發(fā)數據包，實現無線-有線互聯(lián)類型：企業(yè)、家庭；室內、室外等基礎設施無線局域網中最重要的設備之一第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四組網所需的器件和設備—天線無線設備通常自帶天線外接天線：提高信噪比，擴大覆蓋范圍類型：室內和室外天線；全向和定向天線等第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四組裝簡單的自組無線局域網注意：組網主機間的距離和主機之間的障礙物第34頁，共38頁，2023