第3章 无线局域
第3章  无线局域网

1、无线局域网的局限性
(1)可靠性(Reliability)
(2)带宽与系统容量
(3)兼容性(Compatibility)与共存性(Coexistence)
(4)覆盖范围
(5)干扰
(6)安全性
(7)节能管理
(8)多业务与多媒体
(9)移动性
(10)小型化、低价格
2、无线局域网的需求
◆ 吞吐量(throughput) ：为了使容量最大化，媒体接入控制协议应尽可能高效地利用无线媒体。
◆ 节点数(number of nodes) ：可能需要在多个蜂窝区中支持上百个节点。
◆ 与骨干LAN的连接(connection to  backbone LAN)
对于无线LAN的基础设施，可以使用控制模块相连。
对于移动用户和自组无线网络，也需提供相应的功能。
◆ 服务区域(service area) ：无线LAN一般的覆盖范围为直径100m~300m。
◆ 电池功率的消耗(battery power consumption)
当使用无线网卡时，要求移动节点不间断地监视接入点或不停地与频繁握手的MAC协议是不适当的。
因此，在不使用网络时，无线LAN应具有减少功率消耗的功能，如进入睡眠模式等。
◆ 传输的安全性(transmission security)
无线LAN在传输中可能很容易被干扰和被窃听。
要求无线LAN的设计必须达到即使在噪音环境下仍有可靠的传输及应提供一些安全级别以避免被窃听。
◆ 越区切换/漫游(handoff/roaming) ：无线LAN中所用的MAC协议应使移动站点能由一个蜂窝区移到另一个蜂窝区。
◆ 无许可操作(license-free operation) ：用户更愿意购买和操作不需要对该LAN所用频段给予安全许可的无线LAN产品。
区域内不到无线网络
◆ 动态配置(dynamic configuration) ：LAN的MAC寻址和网管方面应允许动态的和自动的
添加、删除，以及在不影响其他用户的情况下重定位终端系统。
3、无线局域网的物理组成：站、无线介质、无线接入点、分布式系统DS
4、无线局域网的拓扑结构
从物理拓扑分类
单区网(single cell network, SCN)、多区网(multiple cell network, MCN)
从逻辑上分类
对等式、基础结构式和线型、星型、环型等
从控制方式方面分类
无中心分布式、有中心集中控制式
5、基础结构BSS的优势（与IBSS相比）
基础结构BSS的覆盖范围或通信距离由AP确定
由于各站不需要保持邻居关系，其路由的复杂性和物理层的实现复杂度较低
AP作为中心站，控制所有站点对网络的访问，当网络业务量增大时网络的吞吐性能和时延性能的恶化并不剧烈
可控性好：AP可以很方便对BSS内的站点进行同步管理、移动管理和节能管理等
为接入DS或骨干网提供了一个逻辑接入点，并有较大的可伸缩性
6、STA服务包括：
(1)认证(Authentication)
开放系统认证(open system authentication)
共享密钥认证(shared key authentication)
(2)解除认证(Deauthentication)
它是通知型服务，不是请求型服务，不能被拒绝
(3)保密(Privacy)
有线等价保密(wired equivalent privacy, WEP)服务
7、分布式系统服务包括：
(1)联结(Association)
联结就是提供STA到DS的AP映射，它是支持BSS切换移动的必要条件。
在任一给定瞬间，一个STA仅可与一个AP联结，而一个AP通常可以在同一时间联结多个STA。
(2)重新联结(Reassociation)
重新联结是用来完成联结从一个AP移动到另一个AP的过程（保持当前联结进行移动）。
重新联结总是由移动STA激活。
(3)解除联结(Disassociation)
终止一个已存在的联结。
联结的任一部分（非AP的STA或AP）均可唤醒解除联结服务
通知型服务，不是请求型服务，不能被拒绝
(4)分布(Distribution)
它是WLAN STA使用的基本服务，借助于DSS完成。
是由来自或发送至工作在ESS中的WLAN STA的每个数据消息唤醒。
(5)集成(Integration)
负责完成消息从DSM到集成LAN介质和地址空间的变换。
如果分布式服务确定消息的接收端为集成LAN的成员，则DS的“输出”点将是端口而非AP。
8、状态变量与业务之间的关系（图）
9、IEEE 802.11 媒体访问控制层：可靠的数据传送的保证方法
IEEE 802.11使用帧交换协议。
当一个站点收到从另一个站点发来的数据帧时，它向源站点返回一个确认(ACK)帧。
此交换被作为一个原子单元处理，它不会被其他站点发出的传送打断。
如果因为数据帧被损坏或因为返回的ACK被损坏，源站点在一个短的时间周期中没有收到ACK，它会重发该帧。
为了进一步地增强可靠性，可使用四帧交换(RTS/CTS)
首先，源站向目的站发布一个请求发送（RTS）帧，其作用是警告所有位于源站点接收范围之内的站点——一个交换正在进行。
然后，目的站用一个清除发送（CTS）帧响应，其作用是警告所有位于目的帧接收范围内的站点——一个交换正在进行。
收到CTS后，源站发送数据帧，目的站以一个ACK响应。
10、IEEE 802.11的协议体系结构
（1）分布协调（DCF）功能
DCF子层利用一个简单的载波监听多点接入CSMA算法（不包括冲突检测功能）：
如果一个站点有一个MAC帧要发送，它监听媒体。
如果媒体空闲，站点可以发送，否则，该站点必须等到当前发送已完成才能发送。
为确保此算法起到平滑和公平的作用，DCF包括一套相当于优先级模式的时延，用帧间间隔（IFS）实现。
（2）IEEE 802.11媒体接入的控制逻辑（图）
（3）点协调（PCF）功能
PCF是一个在DCF上实现的替代接入方式。
该操作由中央轮询主机(点协调者)的轮询组成。
点协调者在发布轮询时使用PIFS。
由于PIFS小于DIFS，所以点协调者能够获得媒体，并在发布轮询及接收响应期间，锁住所有的非同步通信，为避免这种情况，人们定义了超级帧。
（4）点协调（PCF）操作实例
一个无线网络实施点协调。
当使用CSMA保持接入的通信竞争时，大量带有时间敏感通信的站点被点协调者控制。
点协调者使用“圆桌”方式向所有被轮询配置的站点发布轮询。
当点协调者发布一个轮询后，被轮询的站点使用SIFS作响应。
当点协调都收到响应时，它使用PIFS发布另一个轮询
如果在预期的响应时间内没收到响应，协调者会再发布一个轮询
在实例中，点协调者将通过不断发布轮询锁住所有的非同步通信。
解决方法：
定义超帧间隔
首先，在超帧间隔的第一部分中，点协调者以圆桌方式向为轮询配置的所有站点发布轮询
然后，点协调者在超帧的剩余部分保持空闲，并允许有一个有一个非同步通信接入的竞争周期
12、不同的MAC帧类型：控制帧、数据帧、管理帧
13、WEP算法
IEEE 802.11定义了WEP算法实现安全和保密，使用40位的密钥利用RC4加密算法（流加密算法），其后修正为104位密钥。
WEP算法的弱点主要有：
密钥大量重复使用
在一个无线网络中轻易的数据接入
该协议中缺乏密钥管理
14、Wi-Fi保护接入（WPA）
WPA是一个消除了大多IEEE 802.11安全性问题的安全性机制集，它基于IEEE 802.11i的当前状态。
IEEE 802.11i着重三个主要的安全性领域：认证、密钥管理和数据传递的保密性。
802.11i要求使用认证服务器(authentication server, AS)并定义了一个更为健壮的认证协议。
AS还起到密钥分发的作用。
802.11i体系结构的3个主要成分
认证(authentication)：用于定义在一个用户和一个AS之间进行一次交换的协议，该AS提供相互认证并生成在一个无线链路上的客户端和AP之间使用的临时密钥。
接入控制(access control)：强制认证功能的使用、正确地路由报文和便于密钥的交换。它能在多种认证协议上工作。
具有报文完整性的保密性(privacy with message integrity)：对MAC层数据进行加密，
并带有一个以确保数据不被改变的报文完整性代码。
15、安全接入控制
802.11i使用802.1x标准（基于端口的网络接入控制）实现安全接入控制。
802.1x涉及的三个实体：
申请者：对应于无线移动站点
认证者：对应于AP
认证服务器(AS)：通常是有线网络或认证者
认证过程
申请者使用一个认证协议提出认证申请
此时：控制信道打开，数据信道阻塞
申请者被认证通过且密钥也被提供，开始转发数
第4章  无线个域网
1、无线个人区域网(WPAN, Wireless Personal Area Network，简称无线个域网)
它是一种短距离无线通信网，它是将具有不同功能的单一设备在小范围内实现无线连接、微小网自主组网的通信技术。
2、短距离无线通信技术优势
低成本、低功耗和对等通信是短距离无线通信技术的三个重要特征和优势。
3、蓝牙
蓝牙(Blue Tooth)技术是一种支持点对点、点对多点语音和数据业务的短距离无线通信技术。
蓝牙最基本的网络结构是采用无线方式将若干个蓝牙设备连在一起的微微网，微微网内由主设备单元和从设备单元组成。
微微网内互联的设备数量没有限制，但在同一时刻只能激活8个设备（1个主设备，7个从设备）
主设备单位负责提供时钟同步信号和跳频序列。
蓝牙技术提供低成本、近距离的无线通信，构成固定与移动设备通信环境中的个人网络，使得近距离内各种信息设备能够实现无缝资源共享。
蓝牙技术为避免干扰，设计了快速确认和快速跳频和数据分组更短等方案来确保链路的稳定。因为 ISM频段对所有无线电系统都开放，因此，其中的某个频段可能成为不可预测的干扰源，如家电、无绳电话等。
4、蓝牙标准文档构成

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