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计算机网络9 无线网络和移动网络

无线局域网WLAN

无线局域网WLAN(wireless local area network)提供了移动接入的功能,由于手机普及率高,通过无线局域网接入互联网成为当今最常用的上网方式

  • 便携站:便于移动的,但是便携站工作时位置固定不变
  • 移动站:不仅能移动,而且可以在移动的过程中通信, 移动站一般使用电池供电

无线局域网的组成

无线局域网可以分为两类

  • 有固定基础设施的:有预先建立起来的、能够覆盖一定地理范围的一批固定基站
  • 无固定基础设施的

IEEE 802.11

对于有固定基础设施的无线局域网,IEEE制定了无线局域网的协议标准802.11系列标准

802.11是个相当复杂的标准,简单一点说,就是无线以太网的标准,使用星形拓扑结构,中心点叫接入点AP(access point),在MAC层使用CSMA/CA协议

802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集BSS(basic service set),一个BSS包括一个基站和若干个移动站,所有的站在本BSS内部可以直接通信,但是和外部通信时必须通过本BSS的基站

基站就是所谓的接入点AP,网管安装AP时,必须为其分配一个不超过32字节的名字,也就是服务集标识符SSID,以及一个通信信道

一个BSS所覆盖的地理范围叫做基本服务区BSA(basic service area),直径范围一般不超过100米

一个BSS可以是孤立的,也可以通过AP连入到一个分配系统DS(distribution system),然后再连接到另一个BSS,这样就构成了扩展的服务集ESS

分配系统DS的作用是使扩展服务集ESS对上层表现的像一个基本服务集BSS一样,分配系统可以使用以太网、点对点链路或其它网络

扩展服务集ESS还可以通过叫门户(portal)的设备,为无线用户提供到802.x局域网的接入

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图中A要和B通信,要经过两个AP:AP1和AP2,如果移动站A漫游到另一个BSS,仍然可以与B通信,但是接入点AP改变了

一个移动站如果要加入到一个BSS,那么必须先选择一个接入点AP,建立关联,只有关联的AP才向这个移动站发送数据帧,这个移动站也只有通过AP才能向其它站点发送数据帧

在关联阶段过后,移动站还要通过关联的AP向该子网发送DHCP发现报文以获取IP地址。若移动站使用重建关联服务,就可以把这种关联转移到另一个接入点。当使用分离服务时,就可以终止这种关联

移动站与接入点AP建立关联的方法有两种

  • 被动扫描:移动站等待接收接入点AP周期性发出的信标帧,信标帧中包含若干系统参数
  • 主动扫描:移动站主动发出探测请求帧,然后等待从接入点返回的探测响应帧

无线局域网在接入AP时还要输入密码。无线局域网发展初期,加密方案为WEP,后来又出现了WPA和WPA2

移动自组网络

另一类无线局域网是没有固定基础设施的无线局域网,称为自组网络

这种自组网络没有接入点AP,而是由一些处于平等状态的移动站互相通信组成临时网络。由于没有固定的基础设施,因此服务范围通常是受限的,而且自组网络一般也不和外界网络相连接

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在自组网络中每一个移动站,都要参与到网络中其它移动站的路由的发现和维护,同时由于移动站构成的网络拓扑结构可能随时间变化很快,因此需要新的路由选择协议

自组网络中进行多播,也比固定网络的多播复杂的多,需要有实时性好而效率又高的多播协议

近年来,无线传感器网络引起人们的关注。无线传感器网络是由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网络,目的是进行各种数据采集、处理、传输,一般不需要很高的带宽,但是对协议中大小有严格限制

802.11局域网的物理层

根据物理层的不同,对应的标准也不同

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802.11局域网的MAC层协议

CSMA/CA协议

在有线局域网中使用的CSMA/CD协议,其中CSMA载波监听部分可以在无线局域网中使用,但是CD不行,理由如下:

  • 碰撞检测要求一个站点在发送之前,不间断检测信道,一旦碰撞,就停止发送。而无线信号的信号强度动态范围较大,如果要在无线局域网的适配器实现碰撞检测,在硬件上花费会较大
  • 即使能在硬件上实现无线局域网的碰撞检测功能,也无法避免碰撞的发生,因此无线局域网不需要进行碰撞检测

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图中,a表示A和C都想和B通信,但是AC相距较远,因此同时发送数据给B,发生碰撞,这种未能检测到信道上其它站点的问题叫做隐蔽站问题

图中,b表示B向A发数据,C检测到信道忙而不敢向D发数据,但是B向A发数据并不影响,这就是暴露站问题

802.11局域网使用CSMA/CA协议,CA表示碰撞避免(collision avoidance),协议的设计要尽量减少碰撞发生的概率

802.11局域网还是用停止等待协议,因为信号质量差,

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