无线局域网标准

1、无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护 第二章第二章 无线局域网标准无线局域网标准无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护n 802.11协议族成员协议族成员n WiMAX 802.11协议族协议族无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护 WLAN WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一，使用已经成为宽带接入的有效手段之一，使用WLANWLAN的的区域及其承载的业务愈来愈多。为了更好的构建理性中的区域及其承载的业务愈来愈多。为了更好的构建理性中的无线网络，我们需要了解无线网络的技术体系、熟悉构建无线网络，我们需要了解无线网络的技术体系、熟悉构建无线网络设备的功能。无线网络设备的功能。引引 入

2、入无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护 掌握掌握802.11b/a/g的主要技术指标的主要技术指标1掌握掌握802.11n的关键技术原理的关键技术原理2掌握掌握802.11的的MAC层工作原理层工作原理3 掌握掌握802.11其他协议相关标准其他协议相关标准4无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11 协议组成员协议组成员PHYMAC802.11(1/2Mbps)802.11b(5.5/11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(54Mbps)802.11n(300Mbps)802.11/1/11b/1gMAC802.11e-QOS802.11h动态调整动态调整8

3、02.11i安全增强安全增强802.11f漫游和切换漫游和切换802.11s-mesh无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11协议标准协议标准无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护无需授权使用的无线频率无需授权使用的无线频率(ISM)无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11b/g在各国家授权使用的频段在各国家授权使用的频段 无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11b/g工作频段的划分工作频段的划分 无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护WLAN设备的实际吞吐量设备的实际吞吐量v 802.11g802.11g在物理层的理论传输速率为在物理层的理论传输速率为

4、54Mbps54Mbps，实际吞吐量，实际吞吐量为为20-24Mbps20-24Mbps。 其他用于协议封装或避免冲突开销其他用于协议封装或避免冲突开销v 干扰实际吞吐率的因素干扰实际吞吐率的因素 速率不稳定速率不稳定 物理环境的变化物理环境的变化 放置放置APAP的位置的位置 共享介质共享介质无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护WLAN设备的实际覆盖距离设备的实际覆盖距离 v 输出功率为输出功率为100mW100mW的的802.11b/g802.11b/g产品覆盖距离理论值为产品覆盖距离理论值为100m100m。v 实际覆盖距离依赖于现实的物理环境。实际覆盖距离依赖于现实的物理环境。v

5、影响覆盖距离的因素影响覆盖距离的因素 建筑结构建筑结构 电磁干扰电磁干扰v 在一般的办公大楼内，覆盖距离为在一般的办公大楼内，覆盖距离为15m-30m15m-30m。无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护无法平滑升级无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11n技术技术 v802.11n802.11n的关键技术的关键技术nMIMO-OFDMMIMO-OFDMn40MHz40MHz频宽模式频宽模式n帧聚合帧聚合nShort GIShort GI无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11n技术技术v

6、 MIMO-OFDMMIMO-OFDMn可以实现可以实现20MHz20MHz下单个数据流达到下单个数据流达到65Mbps65Mbps。n可以实现在多条路径上并发通信。可以实现在多条路径上并发通信。v 40MHz40MHz频宽模式频宽模式n将两个将两个20MHz20MHz频宽的信道进行捆绑，以获取高于频宽的信道进行捆绑，以获取高于2 2倍的倍的20MHz20MHz频宽的吞吐量频宽的吞吐量。v 帧聚合帧聚合n802.11MAC802.11MAC层协议耗费大量资源用于链路的维护，从而降低系统的吞吐量层协议耗费大量资源用于链路的维护，从而降低系统的吞吐量。n引入帧聚合技术，提高引入帧聚合技术，提高MA

7、CMAC子层效率。子层效率。v Short GIShort GIn可以保证数据的发送间隔设置为可以保证数据的发送间隔设置为400ns400ns。无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11网络基本元素网络基本元素v SSID(Service Set ID)服务集识别码服务集识别码STASTASTAAPAP:接入点接入点STA:无线终端无线终端SSID = “marketing”SSID = “ofice”无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11网络基本元素网络基本元素v BSS (Basic Service Set)BSS (Basic Service Set)基本服务集基

8、本服务集AP:接入点接入点STA:无线终端无线终端BSS:基本服务集基本服务集STA1STA3STA2APBSS1STA4STA6STA5APBSS2无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11网络基本元素网络基本元素v DS(DistributionDS(Distribution System) System)分布式系统分布式系统BSS2BSS1DSDS:连接多个连接多个BSS网络以及有线网络网络以及有线网络无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11网络基本元素网络基本元素v ESS(ExtendedESS(Extended Service Set) Service Set

9、)扩展服务集扩展服务集BSS2BSS1DSESS:采用形同的采用形同的SSID的多个的多个BSS形成更大规模的虚拟形成更大规模的虚拟BSSSSID1SSID1BSS3SSID1ESS无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护STA之间可直接互相连接，资源共享，而无需通过之间可直接互相连接，资源共享，而无需通过AP。无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护STA之间必须通过之间必须通过AP互联互联 无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11 MAC层工作原理层工作原理 v 802.11 MAC802.11 MAC层负责客户端与层负责客户端与APAP之间的通信之间的通信n包括：扫描、认证、

10、接入、加密、漫游等包括：扫描、认证、接入、加密、漫游等v 802.11 MAC802.11 MAC层报文类型层报文类型n数据帧数据帧n控制帧控制帧n管理帧管理帧无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护MAC层工作原理层工作原理-用户接入管理过程用户接入管理过程无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护MAC层工作原理层工作原理-Scanning无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护MAC层工作原理层工作原理-Authentication无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护MAC层工作原理层工作原理-Association无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11 WEP加密原理加

11、密原理IVKey生成器生成器静态静态Key 用户数据明文用户数据明文XORKey流流Key流流XOR用户数据明文用户数据明文静态静态Key Key生成器生成器IVIVKey生成器生成器静态静态Key 用户数据明文用户数据明文XORKey流流发送加密报文发送加密报文接收加密报文接收加密报文加密报文加密报文+IV WEP:Wired Equivalent Privacy 有线对等私有协议有线对等私有协议IV:Initialization Vender初始向量初始向量无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11 WEP加密特点与注意事项加密特点与注意事项 v WEPWEP加密密匙长度固定加密

12、密匙长度固定n40bit (WEP40)40bit (WEP40)n104bit(WEP104)104bit(WEP104)v WEPWEP加密的两种密匙格式加密的两种密匙格式nASCIIASCII码码nHEXHEX十六进制十六进制v WEPWEP加密的密匙索引加密的密匙索引nKey-idKey-id无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11i协议协议802.1x认证接入过程认证接入过程无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11 网络安全网络安全 v WEPWEP加密整个网络共用一个密匙加密整个网络共用一个密匙v IVIV向量太短，向量太短， WEPWEP加密容易破解加密容

13、易破解v RC4RC4加密算法过于简单加密算法过于简单v 解决办法解决办法n增加密匙管理机制增加密匙管理机制n采用更强的加密算法采用更强的加密算法无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11 网络漫游网络漫游 v 无线漫游无线漫游nSTASTA可以在属于同一个可以在属于同一个ESSESS的的APAP接入点接入。接入点接入。nSTASTA可以在可以在WLANWLAN中任意移动。中任意移动。n保证已有的业务不中断，用保证已有的业务不中断，用户户IPIP地址不变。地址不变。无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11 网络漫游网络漫游 漫游的分类漫游的分类n二层漫游：在同一个子网内的

14、二层漫游：在同一个子网内的APAP间漫游间漫游n三层漫游：三层漫游： 在不同的子网内的在不同的子网内的APAP间漫游间漫游无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护网络的介质访问机制网络的介质访问机制CAMA/CA v CSMA/CACSMA/CA：载波帧听多点接入：载波帧听多点接入/ /避让机制避让机制n用于无线局域网用于无线局域网802.11a/b/g/n802.11a/b/g/n，带有冲突避免的载波侦听多路访，带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量避免避免。nCSMA/CACSMA/CA采用能量检测采

15、用能量检测(ED)(ED)、载波检测、载波检测(CS)(CS)和能量载波混合检测三和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。种检测信道空闲的方式。n本节点处有冲突并不意味着在接收节点处就有冲突本节点处有冲突并不意味着在接收节点处就有冲突。无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护网络的介质访问机制网络的介质访问机制CAMA/CA无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11e协议协议QoS保证保证 v 支持业务优先级的报文标记支持业务优先级的报文标记v 业务优先级可被映射到业务优先级可被映射到4 4个输出队列个输出队列v 高优先级的报文优先获取无线空口的访问能力高优先级的报文优先获取无线空

16、口的访问能力无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护SAT To PC的的QoS映射过程映射过程无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护本章总结本章总结本章主要介绍了本章主要介绍了802.11802.11协议组成员及协议组成员及802.11b/a/g802.11b/a/g协协议的主要技术指标。议的主要技术指标。802.11n802.11n的关键技术、的关键技术、 802.11802.11协议的协议的基本概念及其基本概念及其MACMAC工作原理、工作原理、 802.11802.11的安全、漫游、的安全、漫游、CSMA/CACSMA/CA及及QoSQoS等相关内容。等相关内容。无线局域网组建与维护

17、无线局域网组建与维护IEEE 802.11无线局域网工作组无线局域网工作组 PHY802.11(1/2 Mbps)802.11b(5.5/11 Mbps)802.11g(54 Mbps)802.11a(54 Mbps)MAC802.11/11a/11b/11g MAC802.11e QoS802.11i 安全增强安全增强802.11n(300 Mbps)802.11f 漫游和切换漫游和切换802.11h 动态调整动态调整802.11s mesh无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护l增强了STA和AP的认证机制 支持802.1x认证方式 支持Pre-shared key认证方式l增加了 Ke

18、y的生成、管理以及传递的机制 每用户使用独立的Key 通过安全的传递方法传递用户数据加密使用的Keyl增加了两类对称加密算法，加密强度大大增强 TKIP（临时密钥完整性协议）：核心仍然是RC4算法 CCMP（计数器模式CBC-MAC 协议）：核心为AES（Advanced Encryption Standard，先进加密标准）算法802.11i协议协议 安全认证和加密安全认证和加密无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11技术在技术在QOS方面存在的缺陷方面存在的缺陷v 最初的最初的802.11技术是为满足用户的数据传输而设计的，技术是为满足用户的数据传输而设计的，根本没有考虑多业务

19、承载。根本没有考虑多业务承载。n802.11采用的DCF（distributed coordination function，分布式协调功能）调度模式是基于CSMA/CA原理，最终的效果是所有用户发送的报文平等地竞争无线资源。n由于没有区分业务优先级的机制，造成AP和终端在对外发送报文时对报文按同等优先级对待。当发生流量拥塞时，需要优先处理的报文（例如语音报文）和普通的报文（例如浏览网页的报文）会按相同的概率被丢弃。n和有线网络相对完善的QOS机制无法很好地衔接。无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.11e 协议协议 QOS保证保证v 802.11e针对针对DCF模式进行了改进，支持

20、模式进行了改进，支持EDCA（Enhanced Distribution Channel Acess，增强型，增强型分布式协调访问机制）的媒体访问机制分布式协调访问机制）的媒体访问机制n支持8个业务优先级的报文标记（类似于有线网络中的802.1P） n业务优先级可被映射到4个输出队列n高优先级的报文优先获取无线空口的访问能力无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护宽带无线接入系统位于通信网络中的接入层，用于“最后一公里”的接入及热点地区的覆盖，在通信网络中占有重要的地位。无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护 WiMAX = “Worldwide Interoperability for M

21、icrowave Access” WiMAX 是基于是基于 (IEEE 802.16) 技术标准的最后一公里宽带无线技术标准的最后一公里宽带无线接入技术接入技术,WiMAX、DSL 、CABLE使最后一公里使最后一公里宽带无线接入手宽带无线接入手段丰富多彩段丰富多彩 IEEE 802.16-2004 固定固定游牧游牧便携便携 IEEE802.16e简单移动简单移动全移动全移动无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护解决手段：OFDM / 智能天线 / MESH解决手段:统一协议,软件硬化,互通等IP,电路,QoS保证无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护为了促进宽带无线设备的标准化，推动其市

22、场发展，由为了促进宽带无线设备的标准化，推动其市场发展，由Intel等众等众多顶级通信部件、设备公司在多顶级通信部件、设备公司在2003年年4月组成了非营利性机构月组成了非营利性机构WiMAX，致力于推动，致力于推动802.16无线宽带设备进入市场，加速最后一无线宽带设备进入市场，加速最后一公里的宽带部署。公里的宽带部署。无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护2004.42005.7应用供应商/其它运营商设备商芯片/元器件供应商无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护802.16802.16a802.16d802.16e标准情况2001年12月正式发布2003年1月正式发布2004年6月23

23、日获批预计于2005年底发布使用频段1066GHz11GHz1066GHz11GHz6GHz信道条件视距非视距视距非视距非视距固定/移动性固定固定固定+游牧移动漫游调制方式QPSK 、16QAM 和64QAM256OFDM（BPSK/QPSK /16QAM/64QAM）256 OFDM（BPSK/QPSK/ 16QAM/64QAM） 2048 OFDMA256 OFDM（BPSK/QPSK/ 16QAM/64QAM）128/512/1024/2048 OFDMA信道带宽25/28MHz1.2520MHz1.2520MHz1.2520MHz传输速率32134 Mbps （以28MHz 为载波带宽

24、）在20 MHz信道上提供约75 Mbps的速率在20 MHz信道上提供约75 Mbps的速率在5 MHz 的信道上提供约15 Mbps 的速率额定小区半径5km510km515km几km无线局域网组建与维护无线局域网组建与维护IEEE802.16-2004与与16e技术对技术对比比技术参数技术参数802.16-2004802.16e子载波数256（OFDM）2048（OFDMA）256（OFDM）128、512、1024、2048（OFDMA）带宽（MHz）1.75MHz20MHz1.25MHz20MHz频段211GHz6GHz移动性固定或便携中低车速峰值速率75Mbps（20MHz）15Mbps（5MHz）调制方式QPSK、16QAM、64QAM信道编码卷积码、块Turbo码、卷积Turbo码、LDPC码链路自适应AMC、功率控制、HARQ小区间切换不支持支持增强型技术智能天