无线局域网知识点讲解.doc

无线局域网无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）是指在互连的各主机及设备之间不使用通信电缆或光缆等有线方式，而是采用无线方式。无线局域网利用电磁波在空气中发送和接收数据，数据传输速率现在已经能够达到108Mbps，甚至300Mbps，并可使传输距离达到20km以上。由于具有安装便捷、使用灵活、易于扩展等优点，无线局域网发展十分迅速。最近几年，无线局域网已经在医院、商店、工厂和学校等不适合网络布线的场合得到了广泛应用。下面主要从无线局域网的物理组成合无线网络标准两个方面来介绍一些相关的技术及理论知识。无线局域网的组成站：连接在无线局域网中的设备通常称作站，这些站可以是台式计算机，便携计算机，也可以是其他智能设备，例如个人数字助理，智能控制装置等。如果从站的移动性来分类的话，局域网中的站可以分为三类：固定站、半移动站和移动站。固定站指固定使用的台式计算机，有限局域网中的站均为固定站；半移动站指经常改变使用场所的站，但在移动状态下并不要求保持与网络的通信；而移动站如同移动电话一样，它在移动中也可保持与网络的通信，移动站的例子有掌上型计算机、车载计算机等。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媒质。在这里指的是空气，它是无线电波和红外线传播的良好介质。无线接入点（AP）：无线接入点类似于蜂窝结构中的基站，是无线局域网的重要组成单元。无线接入点是一种特殊的站，它通常位于BSA（基本服务区域）的中心，固定不动。其基本功能有：（1） 作为接入点，完成其他非AP的站对分布系统的接入访问和统一BSA中的不同站间的通信连接。（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。分布式系统：分布式系统用来连接不同的BSA的通信通道。主要提供以下服务：（1） 在多个BSS的AP之间传送MAC SDU（介质访问控制-服务数据单元）。（2） 在ESS内的门户和BSS之间传送MSDU（介质服务数据单元）。（3） 当MSDU有一个组播地址或广播地址，或者发送站选择使用分布服务时，向目的地处于同一个BSS内的站传输MSDU。BSS（基本服务集）是IEEE802.11体系结构的基本构筑块。一个BSS定义为在给定的介质访问控制下互相协调对介质访问的一组站。每个BSS都有一个AP，AP具有站功能，提供对分布系统的访问。BSS覆盖的地理区域称作BSA(基本服务区)，它类似于在蜂窝通信网络中的单元。一个BSS中的任一个站都可以与所有与其他在该BSS中的站直接通信。两个不相关的BSS在位置上可以共存于一个区域。无线局域网覆盖的区域称为服务区域。服务区域又可分为BSA（基本服务区域）和ESA（扩展服务区域）。为了扩大无线局域网的覆盖区域，通常采用AP(无线访问点)把BSA与骨干网（通常是有线局域网）相连接。多个BSA中的站经由AP设备与有线骨干网连接，构成ESA。一组BSS可以通过与一个分布系统互连形成一个ESS（扩展服务集）。分布服务的作用是使ESS对LLC（逻辑链路控制）而言看起来像是单个BSS，LLC在ESS的任一站中都运行在MAC之上。IEEE802.11定义分布服务，但不定义分布系统。分布系统可以使用有线或无线网络实现。BSA是构成无线局域网的最小单元。BSA构成一个物理网段，而ESA是扩展了的逻辑网段。事实上，BSA的组网方式有三种：无中心的分布式对等方式，有中心的集中控制方式，以及上述两种方式的混合方式。在分布式对等方式下，BSA中任意两站可以互相直接通信，无需设置中心转接站。这时MAC控制功能由各站分布式管理，某一站点的故障不会影响整个BSA的运行。在集中控制方式下，BSA中有一个中心站，主要完成MAC控制及信道分配等功能。网络中的其他站在该中心站的协调下互相通信。第三种方式是分布式对等方式与集中控制方式的混合方式。在这种方式下，BSA中的任意两站均可直接通信，而中心控制站执行部分的无线信道资源控制。无线网络标准完整的网络结构包括自上而下的高层协议层、网络层、数据链路层、物理层。其中MAC（控制层）与LLC（逻辑链路控制子层）共同组成了数据链路层。各种局域网有不同的MAC层，而LLC是一致的，而逻辑链路层以下对网络应用是透明的。IEEE802.11标准是IEEE制定的无线局域网标准，主要对网络的物理层和MAC进行了规定，其中对MAC层的规定是重点。MAC子层为多种物理层标准所共用。IEEE802.11MAC子层支持的物理层有以下几种：IEEE802.11 使用FHSS和DSSS技术，工作在2.4GHz频段提供1Mbps2Mbps的传输速率。IEEE802.11b 采用CCK（互补码）技术在2.4GHz频段上提供1Mbps11Mbps的传输速率。IEEE802.11a 采用OFDM（正交频分多路复用）技术在5GHz频段上提供最大54Mbps的传输速率。IEEE802.11g 采用OFDM技术并保留CCK技术在2.4GHz频段上提供最大54Mbps的传输速率。IEEE802.11n 结合多种技术（其中包括MIMO、20MHz和40MHz信道和双频带（2.4GHz和5GHz）提供高达600Mbps的传输速率。IEEE802.16a 工作在2GHz 11GHz频率段提供每扇区高达70Mbps的数据传输速率，传输距离最远可达50km。由于无线网络借助无线电磁波进行数据传输，因此，网络的接入和数据的传输都将变得非常不安全。因此，必须采取相应的安全措施，禁止非授权用户访问网络，并实现数据在传输时的加密安全。WEP在IEEE802.11b标准成为主流的时代，Wi-Fi在安全方面所依赖的主要是WEP加密，然而这种加密技术本身存在一些脆弱点，使得攻击者可以轻松破解WEP密钥。IEEE802.xIEEE802.x标准对802.11无线网络和有线以太网进行身份验证和访问。IEEE802.11iIEEE802.11i主要是将基于端口的访问控制标准IEEE802.x引入了无线领域，并在加密的功能中采用了密钥管理协议TKIP，以将之前无线技术标准中的固定密钥变更为动态密钥。EAPEAP（可扩展验证协议）用于在请求者（无线工作站）和验证服务器之间传输验证信息。WPAWPA（Wi-Fi保护访问）致力于替代旧的WEP安全模式，为Wi-Fi系统提供更高阶的安全保护。由于WPA是一种基于软件层的实现，所以，可以应用于所有的无线标准。WPA2为了提供更好的安全特性，也为了使WPA在市场上获得更广的普及，Wi-Fi联盟又在IEEE802.11i标准正式发布之后推出了WPA2.WPA2与WPA最大的不同在于WPA2支持AES加密算法，AES能够为信息提供128位加密能力。WPAIWPAI是WLAN Authentication and Privacy Infrastructure的缩写，是中国的无线局域网标准，由ISO/IEC授权的IEEE Registration Authority审查获得认可。物理层物理层定义了数据传输的信号特征和调制方式。无线局域网使用两种介质进行传输：射频（RF）和红外线（Infrared）；而且有两种调制方式：直接序列扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）。MAC层：IEEE802.11支持3种类型的帧：管理帧、控制帧和数据帧。管理帧用于与AP的关联和解除关联、定时和同步，以及身份验证和解除身份验证。控制帧用于握手和数据交换期间的肯定确认。数据帧用于数据传输。MAC头提供关于帧控制、器件、寻址和顺序控制方面的信息。IEEE802.11考虑了两种MAC算法。一种是分布式访问控制，就像以太网那样用载波侦听的方法把介质访问的控制分布到每个站点。另一种是集中式访问控制，由一个中央的决定者来协调对介质的访问。分布式访问控制对于那些有突发通信量的无线网是有吸引力的。集中式控制适用于几个无线站点的互连及有线主干网的连接，对于时间敏感的或拥有高优先级数据处理的应用就更重要了。802.11最后的决定是DFWMAC（分布式基础无线网MAC）协议，它提供了一个分布式访问控制机制，有一个在此基础上集中式控制选项。802.11MAC层的底层是DCF（分布式协调功能），它使用一个多路访问算法竞争共享通道的使用。DCF支持对MAC SDU做尽力而为的异步数据传送。在DCF之下，传输介质全部以竞争方式运行，需要让所有的站为每个要发送的分组竞争通道。IEEE802.11还定义了可选的PCF(点协调功能)，它通过一个AP实现，支持对MAC SDU做面向连接的时限传输。在PCF下，介质可以在竞争期和无竞争期之间交替。在无竞争期内对介质的使用由AP控制，因而免除了站竞争通道访问的需求。普通的异步通信直接使用DCF，PCF功能是集中式MAC算法，用以提供无竞争的服务。PCF建立在DCF的顶部，它利用DCF的功能保证其用户对网络的访问。DCF功能采用共享介质方法。在这种协调方式中，没有中心控制，各个站就像以太网那样竞争无线介质的时间。在PCF协调方式中，基站轮询其他的站，由于发送顺序完全由基站控制，在PCF方式中，永远不会有冲突发生。针对隐藏点问题，已经开发了一个运行CSMA/CA的握手过程。设有两个站A、B。如果站A要发送一个数据帧给站B，站A首先发送一个RTS帧。如果站B接收该RTS帧，那么站B发送一个CTS帧。B所在范围内的所有站接收CTS帧，并且都知道A已经得到发送许可，因此当A进行数据发送时，它们都保持沉默。如果数据帧无差错到达，那么站B就应答一个ACK帧。这样，即使在存在隐藏点的情况下，CSMA/CA也可以在站间协调，避免冲突的发生。不过，还有可能两个站同时发送RTS帧，因此它们会在B处冲突。在这种情况下，相关的站必须执行后退过程，以安排再次尝试。值得注意的是，让RTS帧冲突总比让数据帧冲突强，因为RTS帧要比数据帧短得多。例如，RTS帧是20字节，CTS帧是14字节，而一个MPDU可以是2300字节。CPF在CFP期间不使用RTS/CTS帧。在点协调器发出一个轮询后，具有无竞争功能的目的站可以给任一站发送一个帧。通过使用一个数据类型帧的适当子类型还可以对从点协调器接收的帧捎带ACK。当把一个帧发送给一个具有无竞争功能