（通信与信息系统专业论文）ieee80211无线局域网协议分析系统的研究与实现.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：查垄企 日期：兰：笠! 竺：! ： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅：本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蕉塑堕奎导师签e t 期：刎轮。丝 一 山东大学硕士学位论文 摘要 无线局域网( w l a n ，w i r e l e s sl o c a la r e a ln e t w o r k ) 的标准近年经过 各大厂商和专家的努力，已经发展的比较完善。无线局域网在全世界得到了 越来越广泛的应用，正在各个领域起着越来越重要的作用，同时，无线局域 网的使用者和管理者都对w l a n 的安全性提出了越来越高的要求，希望能够利 用比较完善的_ | v l a n 协议分析系统对w l a n 进行实时的监控和管理。目前，国 内还没有成熟的无线局域网协议分析系统投放市场。所以。对无线局域网协 议标准进行研究，进而开发具有自主知识产权的w l k n 协议分析系统，具有十 分重大的意义。 本论文通过搭建实际的基于i e e e 8 0 2 11 的基础结构模式无线局域网，并 通过对无线局域网的长时间使用，对无线局域网的主要方面进行了深入研究， 利用自主研究的技术解决了监控管理无线局域网的一些关键问题。 本论文首先介绍了w l a n 的各种标准以及w l f f 、的构成，然后详细叙述了 i e e e 8 0 2 i i m a c 协议，包括m a c 服务、姒c 访问模式( d c f 和p c f 、扫描与同 步、安全、连接以及电源管理等内容，并详细分析了i e e e 8 0 2 1 l 无线局域网 的各种m a c 帧结构。 论文给出了网络协议分析系统的架构图，然后对e e e 8 0 2 1 i w l a n 数据包 的捕获进行了深入的研究，针对不同类型的无线网卡给出了不同的捕包方法； 研究了数据包过滤的方法，给出了实际编程的流程图；在数据包的解码部分， 给出了解码模块主控函数的流程及关键数据结构。最后研究了l i n u x 环境下 的中文界面的设计方法，并给出了系统运行的图形界面 该系统成功地捕获了基于i e e e s 0 2 1 l 的无线局域网的各种数据帧，并能 够对i e e e s 0 2 1 l m a c 层以及第三层和高层协议进行解码和再现，而且还可以 对各种帧进行过滤和实时统计。 该系统为无线网络的管理和监控提供了有效的工具，同时，也可以为研 究无线局域网的安全技术提供技术储备。 关键字：无线局域网( w l a n ) ，i e e e 8 0 2 1 1 ，捕包，解码，过滤，l i b p c a p ， g 1 a d e ，l i n u x 一些蔓盔堂堡圭兰堡垒壅 a b s t r a c t t h e s t a n d a r d so fw l a n ( w i r e l e s sl o c a l a r e a n e t w o r k ) h a y e d e v e l o p e dm o r ep e r f e c tt h r o u g he v e r yl a r g em a n u f a c t u r ea n de x p e r t s e f f o r t si n r e c e n t y e a r s w l a n h a s g o t m o r ea n dm o r e e x t e n s i v e a p p l i c a t i o n s i nt h ew h o l ew o r l da n di s p l a y i n ga n m o r ea n dm o r e i m p o r t a n tr o l ei nm a n yf i e l d s f e a n w h i l e t h eu s e r sa n da d m i n i s t r a t o r s o ft h ew l a n sa l lp u tf o r w a r dh i g h e ra n dh i g h e rr e q u e s tt ot h es e c u r i t y o fw l a n ，a n de x p e c tt ou t i l i z em o r ep e r f e c tw u 州p r o t o c o l sa n a l y s i s s y s t e mt oc a r r y o nr e a l t i m ec o n t r o la n dm a n a g e m e n tt ow l a n a tp r e s e n t t h e r ei sn or i p ew l a np r o t o c o l sa n a l y s i ss y s t e mt op u to nm a r k e ta t h o m e s o i ti sg r e a t l ym e a n n i g f u lt or e s e a r c ht h e 孔a ns t a n d a r d sa n d d e v e l o pw l a np r o t o c 0 1 sa n a l y s i ss y s t e mw i t hi n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a l p r o p e r t yr i g h t t h i st h e s i sp u t su pt h er e a l w l a no fi n f r a s t r u c t u r em o d eb a s e do n i e e e 8 0 2 11 a n dt h r o u g hu s i n gt h ew i r e l e s sl a nf o ral o n gt i m e ， ih a v e c a r r i e do n f u r t h e r j n v e s t j g a t i o no n m a i nr e s p e c t so f w l a n ，a n du t i l i z e d t e c h n o l o g y s t u d i e d i n d e p e n d e n t l y t os o l v es o m e k e yp r o b l e m s o f a d m i n i s t r a t i n ga n dc o n t r o l i i n gw l a n t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ed i f f e r e n ts t a n d a r d sa n dt h ec o m p o n e n t s o fw l a na tf i r s t ，a n d t h e nn a r r a t e si e e e 8 0 2 1 l g f f 4 cp r o t o c o l s i n d e t a i l i n c l u d i n gm a cs e r v i c e 、姒ca c c e s sm o d e s ( d c f a n dp c f ) 、s c a n n i n g s v n c h r o n i z a t i o n 、s e c u r i t y 、c o n n e c t i o n 、p o w e rm a n a g e m e n t ，a n de t c i ta l s oa n a l y s e sv a r i o u sk i n d so fm a cf r a m es t r u c t u r eo fi e e e 8 0 2 i i w i r e l e s sl a ni np a r t i c u l a r t h et h e s i sp r o v i d e sf r a m e w o r kc h a r to f n e t w o r kp r o t o c o l sa n a l y s i s s y s t e m ，a n dt h e nm a k e s ad e e pr e s e a r c ho nh o w t oc a p t u r ei e e e 8 0 2 iiw l a n d a c k e t s a n d t h e n g i v e s d i f f e r e n tm e t h o d s f o rd i f f e r e n t k i n d so f w i r e l e s se a r d s ir e s e a r c ht h em e t h o d so ff i l t e r i n gp a c k e t sa n dg i v e 2 一些查查兰堡圭兰竺丝兰 a c t u a lf l o wc h a r to fp r o g r a m m i n g i nt h ed e c o d i n gm o d u l e ，i g i v et h e f l o wc h a r to ft h et o pm a n a g e m e n tf u n c t i o no fd e c o d i n gm o d u l ea n dt h e k e yd a t as t r u c t u r e s i nt h ee n d ，ig i v et h ed e s i g nm e t h o d so fc h i n e s e s y s t e mi n t e r f a c ei nl i n u x ，a n dp r o v i d et h eg r a p h i ci n t e r f a c et h a tt h e s y s t e mo p e r a t e s t h es y s t e ms u c c e s s f u l l yc a p t u r e sv a r i o u sk i n d so ff r a m e si nw l a n b a s e do ni e e e 8 0 2 1 1 a n dc a nd e c o d ea n dr e p r o d u c et h ei e e e 8 0 2 1 1 m a c p r o t o c o ll a y e r 、t h et h i r dp r o t o c o ll a y e ra n dt h eh i g h e rp r o t o c o l l a y e ro fa 1 1p a c k e t s ，a n dc a na l s of i l t e ra n dc o u n tv a r i o u sk i n d so f f r a m e si nr e a lt i m e t h i s s y s t e mp r o v i d e s au s e f u lt o o lf o r m o n i t o r i n g a n d a d m i n i s t r a t i n gw l a n a tt h es a m et i m e ，i tc a na l s op r o v i d et e c h o n o l o g y s t o r a g ef o rs e c u r it yt e c h n o l o g yo fw l a n k e yw o r d s ：w l a n ，i e e e 8 0 2 1 l ，c a p t u r i n gp a c k e t s 。d e c o d i n g ，f i l t e r i n g ， l i b p c a p ，g l a d e ，l i n u x 当查查兰堡主堂些堡壅 a i d a p b s s b s s i d c f c f p c p c s m a c a d c f d i f s d s d t t m e i f s e s s i b s s i f s i v l a n m a c m i b m l m e m p d u n a v p c f p h y p i f s 符号说明 a s s o c i a t i o ni d e n t i f i e r a c c e s sp o i n t b a s i cs e r v i c es e t b a s i cs e r v i c es e ti d e n t i f i c a t i o n c o n t e n t i o nf r e e c o n t e n t i o n - f r e ep e r i o d c o n t e n t i o np e r i o d c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c e s sw i t hc o l l i s i o na v o i d a n c e d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n d i s t r i b u t e di n t e r f r a m es p a c e d i s t r i b u t i o ns y s t e m d e li v e r yt r a f f i ci n d i c a t i o nm e s s a g e e x t e n d e di n t e r f r a m es p a c e e x t e n d e ds e r v i c es e t i n d e p e n d e n tb a s i cs e r v i c es e t i n t e r f r a m es p a c e i n i t i a l i z a t i o nv e c t o r l o c a la r e an e t w o r k m e d iu ma c c e s sc o n t r o l m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e m a cs u b l a y e rm a n a g e m e n te n t i t y m a cp r o t o c o ld a t au n i t n e t w o r ka 1 l o c a t i o nv e c t o r p o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n p h y s i c a ll a y e r p o i n ti n t e r f r a m es p a c e 4 山东大学硕士学位论文 p s s a p s i f s s l p s s i d s t a t 町1 t i m w e p w l a n p o w e rs a v e s e r v i c ea c c e s sp o i n t s h o r ti n t e r f r a m es p a c e s e r v i c el o c a t i o np r o t o c o l s e r v i c es e ti d e n t i f i e r s t a t i o n t a r g e tb e a c o nt r a n s m i s s i o nt i m e t r a f f i ci n d i c a t i o nm a p w i r e de q u i v a l e n tp r i v a c y w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k 5 坐查查兰堡主堂壁堕奎 日吾 众所周知，无线局域网( w l a n ) 行业的发展现在已经进入了一个关键阶段。 统一的无线系统将在今后2 0 年内在信息访问方面占据主导地位。随着企业对 高速、稳定且不间断的信息访问方式的需求日益迫切，他们开始寻求完善的 无线网络管理技术来维护和保障网络的稳定运行。面对这种情况，我们有必 要解决诊断和分析无线局域网网络故障的一系列相关技术难题，开发网络协 议分析软件，对网络上来自各个地址的协议包进行捕包分析，通过直观的方 式告知网络管理员网络的运行状况，在网络性能急剧下降的时候，可以通过 网络协议分析软件来分析并找出造成网络阻塞的原因，做出必要的处理。 由于w l a n 标准推出的时间较晚，所以国内的无线网络故障和网络分析技 术的研究也刚剐起步。由于各神辅助工具的缺乏，特别是网络协议分折设备 的缺乏，制约了w l a n 的发展。在这种形势下，山东省计算中心申请了省自然 科学基金项目无线局域网协议分析系统，并与山东大学信息科学与工程 学院联合研究。该项目提出的无线局域网协议分析系统是专门为了满足无线 局域网的网络管理而设计的。它的特点是：可以捕获数据包并对其进行解码， 该系统不仅可以对第二层的i e e e 8 0 2 1 1 数据帧提供全面的解码，而且可以对 第三层以及更高层的数据提供广泛的解码功能，最后实现对捕获数据包的统 计、过滤和再现。 无线局域网管理者可以借助无线局域网协议分析系统对w l a n 进行实时 的监控和管理，从而保证w l a n 正常、安全的运行。由于这项技术的研究会涉 及到无线网络的安全问题，所以我们研究和开发具有自主知识产权的无线局 域网协议分析系统，具有十分重要的意义。 本研究以无线局域网标准i e e e s 0 2 1 1 为依据，研究了无线局域网数据 帧的结构和组成，分别针对不同厂商网卡研究其捕获无线局域网数据包的技 术，实现i e e e 8 0 2 1 1 无线协议与高层网络协议的解码，在此基础上开发了 一套软件系统，可以捕获和分析无线局域网数据包，并且可以实现各种类型 的数据包过滤功能和数据包的解码统计功能，最后通过图形界面显示无线局 6 山东大学硕士学位论文 域网数据包的详细信息。 本文的内容安排如下： 第一章各种无线局域网标准和无线局域网的结构； 第二章i e e e 8 0 2 11 m a c 标准： 第三章i e e e 8 0 2 11 数据帧格式； 第四章无线局域网协议分析的原理、方法及实现； 第五章结论与展望。 第一章 无线局域网的技术标准和构成 一般来说，无线局域网( w i r e l e s sl o c a la r e al a n ，简称w l a n ) 是指 采用无线传输媒体的计算机局域网。目前采用的传输媒体主要是无线电和红 外线。 无线周域网不需要敷设电缆或光缆就可以灵活地组成可移动的局域网， 并允许移动用户和i 临时用户访问已有的骨干通信网。无线局域网目前主要应 用于：不能使用传统走线或使用传统走线破坏性比较大的地方，如历史古迹、 超静室；采用无线成本较采用有线低的区域，如相距较远的两幢建筑、有强 电设备的地方、公共通信网不发达的地区；临时性的通信网络，如展览会场、 展销会场、救灾现场；工作人员流动性大的场合，如军事战场、公安、消防、 仓库、超市、餐饮等。 随着各种笔记本型、膝上型、掌上型电脑、个人数字助理( p d a ) 以及便 携式终端的普及，无线局域网将显得越来越重要，它在局域网中所占的比例 也会越来越高。无线局域网在过去的五年里其产值以每年4 0 至6 0 的惊人 速度在增长。 今后无线局域网将会继续向支持更高的传输速率、在更大范围内的散步 或漫游( 散步是指移动主机在同i p 子网内移动，而漫游是指移动主机在不 同i p 子网之间移动) 、更快的移动速度方向发展。 经过多年的发展，目前已经出现了几种具有代表性的无线局域网的标准， 如i e e e8 0 2 1 1 、i e e e8 0 2 1l b 、h i p e r l a n 2 、h o m e r f 、i r d a 和蓝牙等。 1 1 无线局域网的技术标准 最早的w l a n 产品运行在9 0 0 e - i z 的频段上，传输速率大约只有1 “2 m b p s 。 1 9 9 2 年，工作在2 4 g h z 频段上的w i a n 产品问世，之后的大多数w l a n 产品 也都在此频段上运行。目前的w l a n 产品所采用的技术标准主要包括：i e e e 8 0 2 i l 、i e e e8 0 2 1 l b 、i e e e 8 0 2 1 l g 、r i p e r l a n 2 、h o 确r f 、i r d a 和蓝牙 等等。由于2 4 g h z 的频段是对所有无线电系统开放的频段，因此使用其中的 任何一个频段都有可能遇到不可预测的干扰源，例如某些家电、无绳电话、 汽车房开门器、微波炉等等。为此，无线通信技术中特别设计了快速确认和 8 坐查查堂堡主堂堡堕苎 跳频技术以确保链路稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道，在一次 连接中，无线电收发器按一定的码序列( 伪随机码) 不断地从一个信道跳到 另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能 按同样的规律进行干扰：跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使 这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，可使干扰可能产生的影响变得很小。 1 1 1i e e e8 0 2 1 1 1 1 9 9 7 年6 月，i e e e 推出了第一代无线局域网标准- - i e e e 8 0 2 i i 。该标准 定义了物理层和介质访问控制子层( m a c ) 的协议规范，允许无线局域网及无线 设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。任何l a n 应用、网络操作系 统或协议( 包括t c p i p 、n o v e l ln e t w a r e ) 在遵守i e e e8 0 2 i i 标准的无线 l a n 上运行时，就像它们运行在以太网上一样容易。 】、物理层 i e e e8 0 2 1 l 在物理层定义了数据传输的信号特征和调制方法，定义了 两个无线电射频( r f ) 传输方法和一个红外线传输方法。其中，r f 传输标准 包括直接序列扩频技术( d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ，d s s s ) 和跳频 扩频技术( f r e q u e n c yh o p p i n gs p r e a ds p e c t r u m ，f h s s ) 。 直接序列扩频技术( d s s s ) 采用了一个长度为1 l 比特的b a r k e r 序列来 对以无线方式发送的数据进行编码。每个b a r k e r 序列表示一个二进制数据 位( 1 或o ) ，它将被转换成可以通过无线方式发送的波形符号。这些波形符 号如果使用二进制相移键控( b p s k ) 技术，可以以1 m b p s 的速率进行发射。 如果使用正交相移键控( q p s k ) 技术，发射速率可以达到2 m b p s 。 跳频扩频技术( f t t s s ) 采用g f s k 二级或四级调制方式，可以达到2 m b p s 的工作速率。 2 、介质访问控制( m a c ) 子层 由于在无线网络中冲突检测较困难，i e e e8 0 2 1 1 规定介质访问控制 ( m a c ) 予层采用冲突避免( c a ) 协议，而不是冲突检测( c d ) 协议。为了尽量 减少数据的传输碰撞和重试发送，防止各站点无序地争用信道，无线局域网 中采用了与以太网c s m a c d 相类似的c s m a c a ( 载波监听多路访问冲突避免) 协议。c s m a c a 通信方式将时间域的划分与帧格式紧密联系起来，保证某一 时刻只有一个站点发送。实现了网络系统的集中控制因传输介质不同， 山东大学硕士学位论文 c s 姒c d 与c s m a c a 的检测方式也不同。c s m a c d 通过电缆中电压的变化来检 测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；而c s m a c a 采用 能量检测( e d ) 、载波检测( c s ) 和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。 i e e e8 0 2 11 定义的基本服务群( b s s ) 是无线局域网的基本单元，它的 功能包括分布式协调功能( d c f ) 和无线访问接入点协调功能( p c f ) 。协调功能 是决定在b s s 内工作的一个站，通过无线介质何时允许发送和可能接收协议 单元的逻辑功能。d c f 是$ e e e8 0 2 1 1 标准中m a c 协议的基本介质访问方法， 它作用于基本服务群和基本网络结构中，可在所有站实现，它支持竞争型异 步业务。而p c f 可支持无竞争型时限业务及无竞争型异步业务，在p c f 模式 中，将由一个无线访问接入点( a c c e s sp o i n t ，a p ) 来控制对介质的所有访 问。在系统处于p c f 模式期间，负责控制访问的无线访问接入点将接纳每个 端站的数据，经过给定的时间后转移到下一站。除非某个端站被接纳，否则 它不允许进行发射，也只有当端站被接纳以后，它们才接收来自无线访问接 入点的数据。由于p c f 按预定的方式给每个端站确定了一个发射顺序，因此 保证了每条数据流的最大延迟。p c f 的不足之处是它的可伸缩性较差，因为 是由单一的无线访问接入点来控制媒体访问，且必须接纳所有端站的通信， 所以这种做法在较大的网络中效率较低。 i e e e8 0 2 1 1m a c 层负责客户端与无线访问接入点之间的通信。当个 8 0 2 1 l 客户端进入一个或多个无线访问接入点的覆盖范围时，它将根据信号 强度和监测到的包错误率，选择其中性能最好的一个无线访问接入点并与之 联系。一旦被该无线访问接入点接受，客户端会将无线信道调整到无线访问 接入点所使用的无线信道。它定期检测所有的8 0 2 儿信道，以便确定是否有 其他的无线访问接入点能够提供更好的性能。如果检测到存在这样一个无线 访问接入点，它将与新的无线访问接入点重新建立联系，客户端将调整到该 无线访问接入点所使用的无线信道。出现这样的重新连接，通常是由于无线 端站在物理位置上离开了原始无线访问接入点，导致信号变弱。此外，当建 筑物中的无线特性发生变化，或者原始无线访问接入点的网络通信量过高时， 也会出现重新联系的情况。在后种情况下，这个功能一般称为“负载平 衡”，因为它的主要作用是将总体的无线l a n 负载最有效她分布到可用的无 线基础设施中。 1 0 山东大学硕士学位论文 i e e e8 0 2 i i 中m a c 提供的服务有：安全服务、m s d u 重新排序服务和数 据服务。其中安全服务提供的服务范围局限于站与站之间的数据交换，其内 容为：加密、验证、与层管理实体相联系的访问控制。i e e e8 0 2 1 l 标准中 提供了w e p ( w i r e de q u i v a l e n tp r i v a c y ) 加密算法，其目标是为无线l a n 提供与有线网络相同级别的安全保护。另外，为了进行访问控制，e s s i d ( 无 线l a n 服务区别号) 将被放置在到每个无线访问接入点中，它是无线客户端 与无线访问接入点联系所必不可少的。除此之外，每个无线访问接入点中还 包括一个有关m a c 地址的访问控制列表，只有那些m a c 地址在这个列表中的 客户端才能对无线访问接入点进行访问。m s d u 重新排序服务是为了提高成 功发送的可能性，只有在节电方式工作下的站，且不处于激活状态，才可先 将m s d u 缓存起来，等站激活时再突发出去，对缓存数据进行重新排序。淞c 数据服务可使对等l l c 实体进行数据单元的交换，本地m a c 利用下层的服务 将一个m s d u 传给一个对等的m a c 实体，然后再传给对等的l l c 实体。 1 1 2i e e e8 0 2 1 l b 2 为了支持更高的数据传输速率，i e e e 于1 9 9 9 年9 月批准了i e e e 8 0 2 1 l b 标准，它工作在2 4 g h z 频段上。i e e e8 0 2 1 l b 标准对i e e e8 0 2 1 1 标准进 行了修改和补充，其中最重要的改进就是在i e e e8 0 2 i i 的基础上增加了两 种更高的通信速率5 5 m b p s 和1 i m b p s 。 由于现行的以太网技术可以实现l o m b p s 、l o o m b p s 乃至1 0 0 0 m b p s 等不同 速率以太网络之间的兼容，因此有了i e e e 8 0 2 1 i b 标准之后，移动用户将可 以得到以太网级的网络性能、速率和可用性，管理者也可以无缝地将多种l a n 技术集成起来，形成一种能够最大限度地满足用户需求的网络。i e e e 8 0 2 1 l b 的基本结构、特性和服务仍然由最初的i e e e8 0 2 1 1 标准定义。i e e e 8 0 2 l i b 规范只影响i e e e8 0 2 i i 标准的物理层，它增加了更高的数据传输速率和更 健全的连接性。 i e e e8 0 2 11 b 可以支持两种速率5 5 m b p s 和ll m b p s 。而要做到这一 点，就需要选择d s s s 作为该标准的唯一物理层技术，因为，目前在不违反 f c c 规定的前提下，采用跳频扩频技术无法支持更高的速率这意昧着i e e e 8 0 2 1 1 b 系统可以与速率为1 m b p s 和2 m b p s 的i e e e8 0 2 i i d s s s 系统兼容， 但却无法与速率为i m b p s 和2 m b p s 的i e e e8 0 2 i if h s s 系统兼容。 坐至奎兰塑主堂垡笙苎 为了增加数据通信速率，i e e e8 0 2 1 l b 标准不是使用l l 比特长的b a r k e r 序列，而是采用了补充编码键控( c c k ) ，c c k 由6 4 个8 比特长的码字组成。 作为一个整体，这些码字具有自己独特的数据特性，即使在出现重要噪声和 多路干扰的情况下，接收方也能够正确地予以区别。i e e e8 0 2 1l b 规定在速 率为5 5 m b p s 时使用c c k ，对每个载波进行4 比特编码。而当速率为l1 m b p s 时，对每个载波进行8 比特编码。这两种速率都使用q p s k 作为调制技术。 1 1 3i e e e 8 0 2 1 l a i e e e 8 0 2 1 1 a 协议工作在5 g h z - n i i 频带，物理层数据速率从6 m b s 直到 5 4 m b s ，传输层可达2 5 m b s 。采用正交频分复用( o f d m ) 的独特扩频技术， 可以提供2 5 m b s 的无线a t m 接口和l o m b s 的以太网无线帧接口，以及 t 叻t d m a 的空中接口；支持语音、数据、图象业务；一个扇区可接入多个用 户，每个用户可带多个用户终端。在i e e e 系列标准里面。较高数据速率的 m a c 层与1 m b s 和2 m b s 速率的m a c 层是相同的。目前，i e e e 8 0 2 1 l a 还没有 得到广泛的应用。 1 1 4 i e e e 8 0 2 1 1 9 i e e e 标准化委员会( 美国电气电子工程师协会) 于2 0 0 3 年6 月正式批准 了“i e e e 8 0 2 1 l g ”无线局域网规格。这标志着w l a n 在事实上已经打破了速 度的瓶径，把人们带进个随时随地高速上网的新天地。 i e e e 标准化委员会所通过的i e e e 8 0 2 1 l g 为w i f i l e e e 8 0 2 1 1 规格的修 订版，通信速度最大为5 4 m b p s 。e e e 8 0 2 1 l g 并且能够与8 0 2 1 l b 在同样的 频谱下运行，因此可以完全兼容i e e e 8 0 2 1 1 b 标准的设备，即便在同一网络 中存在支持不同规格的设备，它们之间也能够正常通信。i e e e 8 0 2 1 l g 正日益 显示出良好的应用前景。 1 1 i5h i p e r l a n 2 高性能局域网( h i p e r l a n 2 ) 是e t s 制定的目前最为完善的w l a n 协议。 h i p e r l a n 2 标准定义了许多支持无线网络功能的信令和测量方法，包括动态 频率选择、无线小区切换、链路适配、多波束天线和功率控制等。h i p e r l a n 2 标准是对目前无线接入系统的补充，与其他蜂窝系统相比，它的户外移动性虽 然受到限制，但适用面广，可在典型的应用环境( 如办公室、家庭、展览厅、机 场、火车站等热点地区) 向终端用户提供高速数据传输。h i p e r l a n 2 工作在 山东大学硕士学位论文 5 g h z 频段，室内覆盖范围为3 0 m ，室外一般为1 5 0 m 。其物理层速率最高可达 5 4 m b p s ，第三层可达2 5 m b p s 。h i p e r k a n 2 的协议包括物理层、数据链路层和 汇聚层。物理层采用0 f 叫技术：数据链路层又分媒质访问控制、差错控制、 无线链路控制、数据链路连接控制、无线资源控制和联合控制功能等子层。 媒质访问控制采用动态t d d 模式，可更加有效地利用无线资源：汇聚层的主要 功能是业务适配，实现h i p e r l a n 2 到以太网、i p 、a t m 和2 g b i t s 以及3 g b i t s 的业务适配。目前在固定网上运行的的所有应用都可以在b i p e r l a n 2 运行。 1 1 6h o m e r f h o m e r f 是专门为家庭用户设计的一种l l a n 技术标准。h o m e r f 利用跳频 扩频方式，既可以通过时分复用支持语音通信，又能通过载波监听多重访问 冲突避免( c s 姒c a ) 协议提供数据通信服务。同时，h o m e r f 提供了与t c p i p 良好的集成，支持广播、多播和鹤位i p 地址目前，h o m e r f 标准工作在2 4 g h z 的频段上，跳频带宽为1 删z ，最大传输速率为2 m b p s ，传输范围超过1 0 0 米。 美国联邦通信委员会( f c c ) 最近采取措施，允许下一代h o m e r f 无线通 信网络传送的最高速度提升到l o m b p s ，这将使h o m e p 淖的带宽与i e e e 8 0 2 1l b 标准所能达到的1i m b p s 的带宽相差无几，并且将使h o m e r f 更加适合在无线 两络上传输音乐和视频信息 除此之外，f c c 还接受了h o m e r f 工作组的要求，将h o e e r f s w a p ( 共享 无线访问协议，s h a r e d 冒i r e l e s sa c c e s sp r o t o c 0 1 ) 使用的2 4 g h z 频段中 的跳频带宽增加到5 1 g l z 。 1 1 7 蓝牙技术( b l u e t o o t h ) 蓝牙技术是一种用于各种固定与移动的数字化硬件设备之间的低成本、 近距离的无线通讯连接技术。这种连接是稳定的、无缝的，其程序写在一个 9 x 9 咖的微型芯片上，可以方便地嵌入设备之中。这项技术能够非常广泛 地应用于我们的日常生活中。 蓝牙技术中也采用了跳频技术，但与其它工作在2 4g h z 频段上的系统 相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统更稳定f e c ( f o r w a r d e r r o rc o r r e c t i o n ，前向纠错) 的使用抑制了长距离链路的随机噪音应用 了二进制调频( 硎) 技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落蓝牙技 l ， 山东大学硕士学位论文 术理想的连接范围为1 0 厘米- - 1 0 米，但是通过增大发射功率可以将距离延 长至1 0 0 米。 蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。在被保留的时隙中可以传 输同步数据包，每个数据包以不同的频率发送。一个数据包名义上占用一个 时隙，但实际上可以被扩展到占用5 个时隙。蓝牙可以支持异步数据信道、 多达3 个的同时进行的同步话音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据 和同步话音。每个话音信道支持6 4 k b p s 同步话音链路。异步信道可以支持一 端最大速率为7 2 1 k b p s 而另一端速率为5 7 6 k b p s 的不对称连接，也可阻支持 4 3 2 k b p s 的对称连接。 1 1 8i r d a ( i n f r a r e dd a t aa s s o c i a t i o n ，红外线数据标准协会) 简单地讲， r d a 是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软 件和硬件技术都已比较成熟。它的主要优点是： 体积小、功率低，适合设备移动的需要； 传输速率高，可达1 6 m b p s ； 成本低； 应用普遍。目前有9 5 的手提电脑上安装了i r d a 接口，最近市场上 还推出了可以通过u s b 接口与p c 机相连接的u s b i r d a 设备。 面对其他技术的挑战，i r d a 并没有停滞不前。传输速率由原来f i r 标准( f a s ti n f r a r e d ) 的4 m b p s 提高到最新v f i r 标准的1 6 m b p s ；接收角度 也由传统的3 0 度扩展到1 2 0 度。 但是，i r d a 是一种视距传输技术，也就是说两个具有i r d a 端口的设备 之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物，这在两个设备之间是容易实现的， 但在多个设备间就必须彼此调整位置和角度等，这是i r d a 的致命弱点。此外， i r d a 设备中的核心部件一红外线l e d 不是一种十分耐用的器件，对于不经常 使用的扫描仪和数码相机等设备还可以，但如果经常用装配i r d a 端口的手机 上网，可能很快就不堪重负了。 总的来讲，i e e e8 0 2 1 1 系列标准比较适于办公室中的企业无线网络， h o m e r f 较适用于家庭中移动数据语音设备之间的通信，而蓝牙技术则可以 山东大学硕士学位论文 应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合。目前这些技术还处于并存状态， 从长远看，随着产品与市场的不断发展，它们将走向融合。 1 2 i e e e 8 0 2 1 l 无线局域网的构成 1 2 1w l a n 的组网 组建无线局域网，需要相应的无线网设备，这些设备主要包括：无线网 卡、无线访问接入点、无线h u b 和无线网桥，几乎所有的无线网络产品都自 含无线发射接收功能，且通常是一机多用。 1 无线网卡主要包括n i c ( 网卡) 单元、扩频通信机和天线三个功能模 块。n i c 单元属于数据链路层，由它负责建立主机与物理层之间的连 接；扩频通信机与物理层建立了对应关系，它通过天线实现无线电信 号的接收与发射。 2 无线h u b 既是无线工作站之间相互通信的桥梁和纽带，同时又是无线 工作站进入有线以太网的访问点。它负责管理其覆盖区域( 无线单元) 内的信息流量。覆盖彼此交叠区域的一组无线h u b ，能够支持无线工 作站在大范围内的连续漫游功能，同时又能始终保持网络连接，这与 蜂窝式移动通信的方式非常相似。另外，在同一地点放置多个无线f i u 8 ， 可以实现更高的总体吞吐量。 3 无线网桥主要用于无线与有线局域网之间的互连。当两个局域网无法 实现有线连接或使用有线连接存在苦难时，可使用无线网桥实现点对 点的连接，在这里无线网桥起到了网络路由选择和协议转换的作用。 除了上面讲到的几种设备之外，无线m o d e m 也可以用于无线接入，例如 p d a 就可以通过外接无线m o d e m 的方式来访问i n t e r n e t 。 l i2 2w l a n 的网络结构”1 总的来说，无线局域网有两种类型：对等网络和基础结构网络。 i 、对等网络 最简单的无线局域网结构是对等网络。一个对等网络由一组有无线接口 的计算机组成。这些计算机要有相同的工作组名、e s s i d 和密码( 如果适用 的话) 。任何时阃，只要两个或更多的无线接口互相都在彼此的范围之内，它 们就可以建立一个独立的网络。这些根据要求建立起来的典型的网络在管理 生墼堂堡主堂垡笙苎 和预先设置方面没有要求。i e e e 8 0 2 1 1 把这种孤立使用的无线局域网称作自 组无线局域网( a d h o cn e t w o r k ) 。 2 、基础结构网络 在基础结构网络中，无线中继站( 如无线接入访问点、无线h u b 和无线 网桥等设备) 把无线局域网与有线网连接起来，并允许用户有效地共享网络 资源。中继站不仅提供与有线网络的通讯，