无线网络技术基础第3章无线局域网.ppt

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1、第3章 无线局域网,第3章 无线局域网,3.1 概述3.2 无线局域网的体系结构与服务3.3 无线局域网的协议体系3.4 IEEE802.11物理层3.5 IEEE802.11媒体访问控制层3.6 其他IEEE802.11标准3.7 无线局域网安全 3.8 5G Wi-Fi,3.1 概述,3.1.1 无线局域网的覆盖范围3.1.2 无线局域网的特点3.1.3 无线局域网的发展历程与相关标准化活动3.1.4 无线局域网的分类与应用,3.1.1 无线局域网的覆盖范围,无线局域网是在局部区域内以无线媒体或介质进行通信的无线网络。局部区域就是距离受限的区域，是相对广域而言。两者的区别主要在于数据传输的

2、范围不同(但覆盖范围界限的区别并不十分明显)，从而引起网络设计和实现方面的一些区别。介于广域网WAN和局域网LAN之间还有一种局部网络，称为城域网比局域网覆盖范围更小的局部网络称为个(人区)域网。广义的无线局域网还包含无线城域网(WMAN)和无线个域网(WPAN)。无线网络也可以粗略分为无线广域网和无线局域网两种。,3.1.2 无线局域网的特点,优点:(1)移动性(Mobility)(2)灵活性(Flexibility)(3)可伸缩性(Scalability)(4)经济性(Saving),无线局域网的局限性,(1)可靠性(Reliability)(2)带宽与系统容量(3)兼容性(Compati

3、bility)与共存性(Coexistence)(4)覆盖范围(5)干扰(6)安全性(7)节能管理(8)多业务与多媒体(9)移动性(10)小型化、低价格,3.1.3 无线局域网的发展历程与相关标准化活动,无线局域网的发展经历了四代:(1)第一代无线局域网:1985年，FCC颁布的电波法规为无线局域网的发展扫清了道路。(2)第二代无线局域网：基于IEEE 802.11标准的无线局域网(3)第三、四代无线局域网：符合IEEE 802.11b标准的产品已经较为普及，归为第三代无线局域网产品；而将符合IEEE 802.11a、HiperLAN2和IEEE 802.11g标准的产品称为第四代无线局域网产

4、品。,IEEE802.11下的任务组,3.1.4 无线局域网的分类与应用,无线局域网可根据不同的层次、不同的业务、不同的技术和不同的标准以及不同的应用等进行分类。,无线局域网的分类方法1,无线局域网的分类方法2,第3章 无线局域网,3.1 概述3.2 无线局域网的体系结构与服务3.3 无线局域网的协议体系3.4 IEEE802.11物理层3.5 IEEE802.11媒体访问控制层3.6 其他IEEE802.11标准3.7 无线局域网安全 3.8 5G Wi-Fi,3.2 无线局域网的体系结构与服务,3.2.1 无线局域网的组成结构,1.站STA(Station),站(点)也称主机(Host)或

5、终端(Terminal)，是无线局域网的最基本组成单元,包括以下几部分：(1)终端用户设备(2)无线网络接口(3)网络软件,无线局域网中移动站的分类,2无线介质,无线介质是无线局域网中站与站之间、站与接入点之间通信的传输介质。空气是无线电波和红外线传播的良好介质。无线局域网中的无线介质由无线局域网物理层标准定义。,3.无线接入点,无线接入点类似蜂窝结构中的基站，是无线局域网的重要组成单元。是一种特殊的站，通常处于BSA的中心，固定不动。基本功能：(1)作为接入点，完成其他非AP的站对分布式系统的接入访问和同一BSS中的不同站间的通信联结。(2)作为无线网络和分布式系统的桥接点完成无线局域网与分

6、布式系统间的桥接功能。(3)作为BSS的控制中心完成对其他非AP的站的控制和管理。,4分布式系统DS,为了覆盖更大的区域，把多个BSA通过分布式系统连接起来，形成一个扩展业务区ESA，通过DS互相连接起来的属于同一个ESA的所有主机组成一个扩展业务组ESS。,分布式系统通过入口(Portal)与骨干网相连,3.2.2 无线局域网的拓扑结构,从物理拓扑分类看:单区网SCN和多区网MCN从逻辑上看:对等式、基础结构式和线型、星型、环型 从控制方式方面来看:无中心分布式、有中心集中控制式从与外网的连接性来看：独立WLAN和非独立WLAN,1分布对等式拓扑,分布对等式网络是一种独立的(Independ

7、ent)BSS(IBSS)，它至少有两个站。是一种典型的、以自发方式构成的单区网，该工作模式被称作特别网络或自组织网络(Ad Hoc Network),2基础结构集中式拓扑,3ESS网络拓扑,4.中继或桥接型网络拓扑,两个或多个网络(LAN或WLAN)或网段通过无线中继器、无线网桥或无线路由器等无线网络互连设备连接起来。采用中继或桥接型网络拓扑是一种拓展WLAN覆盖范围的有效方法。,3.2.3 无线局域网的服务,与WLAN体系结构和工作原理密切相关的服务主要有两种类型:STA服务和分布式系统服务(DSS)，这两种服务均由MAC层使用。IEEE 802.11标准中定义了九种服务，三种用来移动数据

8、，其余六种是管理操作。,1.STA服务(SS),由STA提供的服务被称为STA服务，它存在于每个STA和AP中。SS包括：(1)认证(Authentication)(2)解除认证(Deauthentication)(3)保密(Privacy)(4)MAC 服务数据单元传送（MSDU）,2.分布式系统服务(DSS),由DS提供的服务被称为分布式系统服务。在WLAN中，DSS通常由AP提供。包括：(1)联结(Association)(2)重新联结(Reassociation)(3)解除联结(Disassociation)(4)分布(Distribution)(5)集成(Integration),3

9、服务之间的关系,对于通过WM进行直接通信的STA均有认证状态(值为未被认证和已认证)和联结状态(值为未联结和已联结)两个状态变量。这两个变量为每个远端STA建立了三种本地状态：状态1：初始启动状态，未认证，未联结；状态2：已认证，未联结；状态3：已认证，已联结。,状态变量与业务之间的关系,第3章 无线局域网,3.1 概述3.2 无线局域网的体系结构与服务3.3 无线局域网的协议体系3.4 IEEE802.11物理层3.5 IEEE802.11媒体访问控制层3.6 其他IEEE802.11标准3.7 无线局域网安全 3.8 5G Wi-Fi,3.3 无线局域网的协议体系,1无线网络逻辑结构,2.

10、IEEE 802.11x无线局域网协议体系,IEEE 802.11x标准较为完整的协议体系,3.HiperLAN协议体系,欧洲WLAN产业标准的代表是以HiperLAN为典型的宽带无线接入网(BRAN)，它是以无线ATM(WATM)为基础的面向连接业务的标准。,HiperLAN2的协议体系,4Wi-Fi联盟的作用,在无线局域网标准的采纳和市场化推进中，Wi-Fi联盟(论坛)起到了主导作用。无线以太兼容性联盟WECA1999年成立,后更名Wi-Fi联盟，建立了用于验证802.11b产品互操作能力的一套测试程序。2004年起，验证的802.11b产品使用名称是Wi-Fi。Wi-Fi认证已扩展到80

11、2.11gWi-Fi针对802.11a产品开发了一个认证过程，称为Wi-Fi5,第3章 无线局域网,3.1 概述3.2 无线局域网的体系结构与服务3.3 无线局域网的协议体系3.4 IEEE802.11物理层3.5 IEEE802.11媒体访问控制层3.6 其他IEEE802.11标准3.7 无线局域网安全 3.8 5G Wi-Fi,3.4 IEEE802.11物理层,3.4.1 初始的IEEE 802.11物理层,(1)工作在2.4GHz的ISM波段上的直接序列扩频,数据速率为1Mb/s和2Mb/s。(2)工作在2.4GHz的ISM波段上的跳频扩频，数据速率为1Mb/s和2Mb/s。(3)工

12、作在波长介于850nm950nm的红外波段上，其数据速率为1Mb/s和2Mb/s。,3.4.2 IEEE 802.11a,1.信道结构 IEEE 802.11a使用通用网络信息基础结构UNII的频带。UNII-1频段(5.155.25GHz)用于室内；UNII-2频段(5.255.35GHz)用于室内或者室外；UNII-3频段(5.7255.825GHz)用于室外。,2编码和调制 IEEE 802.11a使用正交频分多路复用OFDM。OFDM也称多载波调制，在不同频率上使用多个载波信号，在每个信道上发送若干位，类似于FDM。然而，在OFDM中，所有的子信道被指定给单个的数据源。,3.物理层的帧

13、结构,3.4.3 IEEE 802.11b,IEEE 802.11b是IEEE 802.11 DSSS模式的一个扩充，提供了在ISM频段上5.5 Mb/s和11 Mb/s的数据速率。为在相同的分片速度、相同带宽下获得更高的数据速率，使用了一种名为补码键控(complementary code keying，CCK)的调制模式。,IEEE 802.11b物理层协议数据单元,3.4.4 IEEE 802.11g,IEEE 802.11g将802.11b的数据率扩展到20Mb/s以上，达到54Mb/s。与802.11b相同，802.11g操作在2.4GHz范围内，二者兼容。该标准使得802.11b的

14、设备在连接到一个802.11g的AP上时仍能工作，802.11g的设备连接到一个802.11b的AP上时仍能工作。这两种情况下都使用较低的802.11b的数据率。,IEEE802.11g的物理层选项,3.4.5 IEEE 802.11n,为满足不断提高WLAN性能的要求，2003年下半年成立了IEEE802.11工作组TGn，目标是通过修正IEEE802.11的PHY层和MAC层，能够传输最低也要达100Mbps的有效数据率。IEEE802.11n的两个关键技术是MIMO无线通信和扩展信道带宽的OFDM。,第3章 无线局域网,3.1 概述3.2 无线局域网的体系结构与服务3.3 无线局域网的协

15、议体系3.4 IEEE802.11物理层3.5 IEEE802.11媒体访问控制层3.6 其他IEEE802.11标准3.7 无线局域网安全 3.8 5G Wi-Fi,3.5 IEEE 802.11 媒体访问控制层,三个功能：可靠的数据传送接入控制安全,3.5.1 可靠的数据传送,IEEE 802.11使用帧交换协议。当一个站点收到从另一个站点发来的数据帧时，它向源站点返回一个确认(ACK)帧。此交换被作为一个原子单元处理，它不会被其他站点发出的传送打断。如果因为数据帧被损坏或因为返回的ACK被损坏，源站点在一个短的时间周期中没有收到ACK，它会重发该帧。为了更进一步地增强可靠性，可以使用四帧

16、交换。（RTS/CTS）,3.5.2 接入控制,分布接入协议集中接入协议,IEEE 802.11的协议体系结构,1.分布协调功能,DCF子层利用一个简单的载波监听多点接入CSMA算法：如果一个站点有一个MAC帧要发送，它监听媒体。如果媒体空闲，站点可以发送，否则，该站点必须等到当前发送已完成才能发送。为确保此算法起到平滑和公平的作用，DCF包括一套相当于优先级模式的时延，用帧间间隔IFS实现。,IEEE 802.11媒体接入的控制逻辑,三种IFS,(1)SIFS(short IFS，短IFS)：最短的IFS。被用于所有的立即响应动作中。(2)PIFS(point coordination fu

17、nction IFS，点协调功能IFS)：一个中间长度的IFS。在发布轮询时，被中央控制器用于PCF模式。(3)DIFS(distributed coordination function IFS，分布协调功能IFS)：最长的IFS。作为一个最小的时延，用于非同步帧的接入竞争。,基本的接入方法,2.点协调功能,PCF是一个在DFC之上实现的替代接入方式。该操作由中央轮询主机(点协调者)的轮询组成。点协调者在发布轮询时使用PIFS。由于PIFS小于DIFS，点协调者能获得媒体，并在发布轮询及接收响应期间，锁住所有的非同步通信。,3.5.3 MAC帧,MAC帧,帧控制域,不同的MAC帧类型,1.控

18、制帧：6种子类型2.数据帧：8种子类型3.管理帧：11种子类型,控制帧,数据帧,管理帧,第3章 无线局域网,3.1 概述3.2 无线局域网的体系结构与服务3.3 无线局域网的协议体系3.4 IEEE802.11物理层3.5 IEEE802.11媒体访问控制层3.6 其他IEEE802.11标准3.7 无线局域网安全 3.8 5G Wi-Fi,3.6 其他IEEE802.11标准,IEEE 802.11c关注桥操作。IEEE 802.11d是作为管理范畴(regulatory domain)更新被提及。IEEE 802.11e对MAC层作了一些修正以改进服务质量并解决了一些安全问题。IEEE 8

19、02.11f致力于解决在来自多个厂商的接入点(AP)之间的互操作能力问题。IEEE 802.11h处理频谱和功率管理问题。,其他IEEE802.11标准(续),IEEE 802.11i定义了MAC层的安全和认证机制。IEEE 802.11k定义了无线资源测量(Radio Resource Measurement)，增强了其功能，为较高层提供了无线和网络测量的机制。IEEE 802.11m是一个纠正标准中编辑的和技术问题的工作组正在进行着的活动。IEEE 802.11n正研究对物理层和MAC层的增强范围，以改进信息流通量。,第3章 无线局域网,3.1 概述3.2 无线局域网的体系结构与服务3.3

20、 无线局域网的协议体系3.4 IEEE802.11物理层3.5 IEEE802.11媒体访问控制层3.6 其他IEEE802.11标准3.7 无线局域网安全 3.8 5G Wi-Fi,3.7 无线局域网安全,3.7.1 安全威胁War-Xing 3.7.2 IEEE802.11安全标准3.7.3 WAPI,3.7.1 安全威胁War-Xing,War-DrivingWar-BikingWar-WalkingWar Chalking,War-Driving,War-Biking,War-Walking,War Chalking,国外街头开放的WiFi访问点,3.7 无线局域网安全,3.7.1 安

21、全威胁War-Xing 3.7.2 IEEE802.11安全标准3.7.3 WAPI,3.7.2 IEEE802.11安全标准,IEEE 802.11i着重三个主要的安全性领域：认证、密钥管理和数据传递的保密性。802.11i要求使用认证服务器AS并定义了一个更为健壮的认证协议。,802.11i的各操作阶段,3.7 无线局域网安全,3.7.1 安全威胁War-Xing 3.7.2 IEEE802.11安全标准3.7.3 WAPI,3.7.3 WAPI,WAPI（Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure）无线局域网鉴别和保密基础

22、结构，是一种安全协议，同时也是中国无线局域网安全强制性标准。WAPI系统中包含两个部分：WAI鉴别及密钥管理WPI数据传输保护,第3章 无线局域网,3.1 概述3.2 无线局域网的体系结构与服务3.3 无线局域网的协议体系3.4 IEEE802.11物理层3.5 IEEE802.11媒体访问控制层3.6 其他IEEE802.11标准3.7 Wi-Fi保护接入3.8 5G Wi-Fi,3.8 5G Wi-Fi,据最新的技术资料显示，无线局域网的发展已经进入第五代，即5G Wi-Fi，其速率也从最初的2Mbit/s提升到了最高3.6Gbit/s。5G Wi-Fi的入门级速度是433Mbit/s，这至少是现在802.11n速率的三倍，一些高性能的5G Wi-Fi还能达到1Gbit/s以上。,The end,