9无线网络(08版).ppt

9Wireless无线网络 802 11 Thepossibilitiesbuildingwirelessnetworksarealmostendlessranging fromusinginfraredsignalswithinasinglebuilding toconstructingaglobalnetworkfromagridoflow orbitsatellites 建立无线网络的可能性几乎是无止境的 从在一个建筑内使用红外线信号 到使用低轨卫星栅格构造全球网络 9Wireless9 1PhysicalProperties9 2CollisionAvoidance9 3DistributionSystem9 4FrameFormat 9 1PhysicalProperties物理特征 802 11wasdesignedtorunoverthreedifferentphysicalmedia twobasedonspreadspectrumradioandonebasedondiffusedinfrared allthreeofwhichrunateither1or2Mbps802 11被设计成运行在3种物理介质上 两种基于扩展频谱无线电波 一种基于红外线 三者都以1Mbps或2Mbps的速率运行 megabitspersecond Theideadesignedspreadspectrumistospreadthesignaloverawiderfrequencybandthannormal soastominimizetheimpactofinterferencefromotherdevices Spreadspectrumwasoriginallydesignedformilitaryuse sothese otherdevices wereoftenattemptingtojamthesignal 扩展频谱的思想是在比正常频带更宽的频带上传播信号 以便将来自于其他设备干扰的影响降到最低 扩展频谱最初是为军事用途设计的 因此这些 其他设备 进场试图干扰该信号 Forexample frequencyhoppingisonekindofspreadspectrum itistransmissionsignalinarandomfrequencysequence firstsendoveronefrequencythennextandthenthirdandgoonbyorder 例如 跃频是一项扩展频谱技术 它在一个随机的频率序列上传输信号 即 首先以一个频率传输 然后是第二个 然后是第三个 以此类推 Secondspreadspectrumtechnologyiscalleddirectsequence第二个扩展频率谱技术称为直接序列Bymeansofseveralbitsintransmittedsignalexpresseachbitofframeobtainthesameeffect Foreachbitwantedbysender itsendtheORofthebitandnrandombits Itsadvantageisanti jammingwell 它通过用被传输信号中的多个比特表示帧中的每个比特的方法来获得相同的效果 对于发送方想要的每个比特 他事先发送的是该比特和n个随机比特的异或 该方法的优点 抗干扰性好 Datastream数据流 1010 Randomsequence随机序列 0100101101011001 ORofthetwo两者的异或 1011101110101001 FigureExample4 bitchippingsequence4比特切割代码序列事例 directsequence 1011101110101001 9Wireless9 1PhysicalProperties9 2CollisionAvoidance9 3DistributionSystem9 4FrameFormat 9 2CollisionAvoidance避免冲突 Hiddennodeandtheexposednodeproblem隐藏结点和暴露结点问题 1 ProblemofwirelessLAN hiddennodeandexposednodeproblem在无线局域网上出现的问题 隐蔽站和暴露站问题 A B C A B C D 2 MediumaccessadoptedinwirelessLAN在无线局域网上采用的媒体接入技术802 11addressesthesetwoproblemswithanalgorithmcalledMultipleAccesswithCollisionAvoidance MACA Theideaisforthesenderandreceivertoexchangecontrolframeswitheachotherbeforethesenderactuallytransmitsanydata Thisexchangeinformsallnearbynodesthatatransmissionisabouttobegin 802 11用一个称为避免冲突的多路访问的算法来解决这两个问题 其思想是 在发送方真正传输数据之前 发送方和接收方彼此交换控制帧 该交换通知所有邻近结点传输就要开始了 Specifically thesendertransmitsaRequesttoSend RTS frametothereceiver ThereceiverthenreplieswithaCleartoSend CTS frame AnynodethatseestheCTSframeknowsthatitisclosetothereceiver andthereforecannottransmitfortheperiodoftimeittakestosendaframeofthespecifiedlength 特别是 发送方给接收方发一个请求发送帧 然后接收方用一个同意发送帧应答 看到CTS帧的任意结点都知道它离接收方很近 因此在发送指定长度的帧的这段时间内不能发送数据 A B D C E RTS A B D C E CTS AnynodethatseestheRTSframebutnottheCTSframeisnotcloseenoughtothereceivertointerferewithit andsoisfreetosendaframe 看到RTS帧的任意结点都知道它离发送方很近 因此在发送指定长度帧的这段时间内可以发送数据 A B D C E RTS A B D C E CTS 9Wireless9 1PhysicalProperties9 2CollisionAvoidance9 3DistributionSystem9 4FrameFormat 9 3DistributionSystem分布式系统 Sinceoneoftheadvantagesofawirelessnetworkisthatnodesarefreetomovearound theyarenottetheredbywire thesetofdirectlyreachablenodesmaychangeovertime 无线网络的优点是结点自由移动 不受电线的限制 所以直接可达的结点很可能随着时间而改变 Tohelpdealwiththismobilityandpartialconnectivity 802 11definesadditionalstructureonasetofnodes 为处理这种移动性和部分连通性 802 11给一组结点定义了附加的结构 EachofAPservicesthenodesinsomeregion Eachoftheseregionsisanalogoustoacellinacellularphonesystem withtheAPsplayingthesameroleasabasestation 每个访问点在某个区域内为各个结点服务 这些区域的每一个区域类似蜂窝电话系统中的一个单元 而AP扮演着与结点相同的角色 Theideabehindthisconfigurationisthateachnodeassociatesitselfwithoneaccesspoint 分布式系统的思想是 每个节点与一访问点相联系 AccessPoint AP访问点distributionsystem分布式系统 Distributionsystem分布式系统 E F G H FigureAccesspointsconnectedtoadistributionnetwork连接到一分布式网络的访问点 FornodeAtocommunicatewithnodeE forexample Afirstsendsaframetoitsaccesspoint AP 1 whichforwardstheframeacrossthedistributionsystemtoAP 3 whichfinallytransmitstheframetoE 例如 对于结点A与结点E通信 A首先向它的访问点 AP 1 发送一帧 该访问点通过分布式系统向AP 3转发这一帧 最后AP 3向E传输该帧 分布式系统 E F G C H FigureNodemobility结点的移动性 Problem WhennodeCmovesfromthecellservicedbyAP 1tothecellservicedbyAP 2 结点C从AP 1服务的单元移动到AP 2服务的单元 HowdoescnodedecidethenewAccessPoint Scanning扫描技术 ThetechniqueforselectinganAP AccessPoint iscalledscanningandinvolvesthefollowingfoursteps选择 的技术称为扫描 它包含以下四步 1 ThenodesendsaProbeframe结点发送一个探测帧 2 AllAPswithinreachwillreplywithaProbeResponseframe所有可达的 用一个探测响应帧应答 3 Thenodeselectsoneoftheaccesspoints andsendsthatAPanAssociationRequestframe 结点从中选择一个访问点 并向那个 发送一个响应请求帧 4 TheAPreplieswithanAssociationResponseframe该AP用一个相关响应帧应答 SelectionAPincludesbothinitiativescanningandpassivityscanning选择AP分为 主动扫描和被动扫描 initiativescanning AsnodeCmoves itsendsProbeframes whicheventuallyresultinProbeResponseframesfromAP 2 Themechanismjustdescribediscalledinitiativescanningsincethenodeisactivelysearchingforanaccesspoint 主动扫描 当C结点移动时 它主动发送Probe帧 AP 2会返回一个探测应答帧 这种机制叫做主动扫描 因为结点在主动搜索一个访问点 passivityscanning APsisalsoperiodicallysendaBeaconframethatadvertisesthecapabilitiesoftheaccesspoint theseincludethetransmissionratessupportedbytheAP Thisiscalledpassivityscanning 被动扫描 AP点也可定期地发送一个通知该访问点能力的信标帧 这些能力包括该AP支持的传输率 这叫做被动扫描 9Wireless9 1PhysicalProperties9 2CollisionAvoidance9 3DistributionSystem9 4FrameFormat 9 4FrameFormat帧格式 Theframecontainsthesourceanddestinationnodeaddresses eachofwhichare48bits源结点地址和目的结点地址 长度都是48b payload 161648484816480 1849632 Figure802 11frameformat802 11帧格式 9 4FrameFormat帧格式 Theframecontainsa32 bitsCRC一个32b的CRC payload 161648484816480 1849632 Figure802 11frameformat802 11帧格式 9 4FrameFormat帧格式 Thecontrolfieldcontainsthreesubfieldsofinterest a6 bitstypefieldthatindicateswhethertheframecontainsdata isanRTSorCTSframe andapairof1 bitfields calledToDSandFromDS Control字段包含三个重要的子字段 一个6b的Type字段 表明该帧是否携带数据 是一个RTS帧还是CTS帧 或者是否正在被扫描算法使用 一对1b的子字段 称为ToDS和FromDS payload 161648484816480 1849632 Figure802 11frameformat802 11帧格式 UseofDSDS的使用 1 Whenanodesendsmessagestoanothernode bothoftheDSbyteare0 Addr1isusedtomarkobjectnode Addr