WLAN基础原理(802.11)

寻找和加入一个网络 当STA漫游时寻找一个新的AP
Passive Scanning 通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络。 Active Scanning 在每个信道上发送Probe request报文，从Probe Response中获取BSS的基本信息。
802.11 MAC层工作原理 ——Authentication
802.11i —安全增强 802.11s — mesh 802.11r—快切
802.11网络的基本元素 ——SSID
AP1
SSID＝“marketing”
STA STA
STA
SSID：Service Set ID 服务集识别码
802.11网络的基本元素 —— BSS
BSS1
AP
BSS2
AP
STA1
802.11 帧格式
通用帧格式
帧控制域结构
数据帧中地址域的内容 To DS From DS 地址1 地址2 地址3 地址4
0 0 1 1
0 1 0 1
DA DA BSSID RA
SA BSSID SA TA
BSSID SA DA DA
(N/A) (N/A) (N/A) SA
27
802.11MAC层工作原理 —— 用户接入管理过程
CSMA/CA（载波侦听多点接入／避让机制）
分布式帧间隔（DCF interframe space ，简称DIFS）
DIFS
DIFS
DIFS 7
10
Frame
5
STA 1
Exchange
9
6
4
Frame Exchange
STA 2
3
Frame Exchange
10
8
STA 3
5
2
Frame Exchange
及其承载的业务愈来愈多。为了更好地构建理想中的无线网络
，我们需要了解无线网络的技术体系、熟悉构建无线网络的设 备的功能。
2
课程目标
学习完本课程，您应该能够：
了解WLAN的的基础知识 了解802.11协议族标准 了解主流WLAN设备及天线 了解几种WLAN典型部署
目录
WLAN基础知识 802.11协议族
1, 2
N/A 1.7 Mbps 1.6 Mbps N/A
1,2,5.5, 11
100M 7.1 Mbps 5.9 Mbps 与11g产品可互通
6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54
50M 30.9 Mbps 24.4 Mbps 与11b/g不能互通
6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54
WLAN产品对人体的电磁辐射是安全的
很多的研究已经证明，WLAN产品可以在家庭及商业中使用， 对人体来说是安全。
典型的WLAN产品，如AP（Access Point，接入点），输出功 率为100mw，对于网卡来说，通常只有10mw至50mw。相比 较来说，手机的发射功率在通话时可以超过1W，而无线对讲机 甚至可以达到5 W。
AP 预置Key
1
Plain text challenge
用Key 加密明文
4
密文解密
Authentication Response (success)
3
和明文比较
802.11MAC层工作原理 —— Association
Association过程
STA
Association request (SSID)
ESS AP
AP
移动
STA
Leabharlann Baidu
漫游的分类
二层漫游 在同一个子网内的AP间漫游 三层漫游 在不同子网内的AP间漫游
二层漫游 三层漫游
L2网络 VLAN1 AP
L3网络
VLAN1
AP
VLAN1 AP
VLAN2 AP
移动
移动
VLAN1 IP:1.0.0.1
WLAN设备
WLAN的典型部署
WLAN基础知识
为什么要使用WLAN网络 什么是WLAN
WLAN技术的发展进程
无线让网络使用更自由
凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。
办公大楼
候机大厅
渡假山庄
商务酒店
无线让网络建设更经济，通信更便利
终端与交换设备之间省去布线，有效降低布线成本。 适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路。
10
STA 4
退避窗口 退避窗口 退避窗口
802.11MAC层工作原理 —— 概述
802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯。
主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。
802.11MAC 报文分类：
– 数据帧
用户的数据报文 – 控制帧 协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS、ACK等 – 管理帧 负责STA和AP之间的能力级的交互，认证、关联等管理工作 例如：Beacon、Probe、Association及Authentication等
政府有相关的法令对发射功率进行严格的限制，因此通过政府 相关部门认证过的无线设备对人体是无害的。
目录
WLAN基础知识 802.11协议族
WLAN设备
WLAN的典型部署
802.11协议族
802.11协议族成员
WLAN网络基本概念和组网模式
WLAN网络接入访问机制 WLAN网络接入漫游与加密
WLAN网络的QoS功能
IEEE 802.11无线局域网工作组
PHY MAC
802.11(1/2 Mbps)
802.11/11a/11b/11g MAC 802.11e — QoS
802.11b(5.5/11 Mbps) 802.11f —漫游和切换
802.11g(54 Mbps)
802.11a(54 Mbps) 802.11n(600 Mbps)
802.11协议的发展进程
802.11
标准发布时间 合法频宽 频率范围 非重叠信道 调制技术 July 1997 83.5MHz 2.400-2.483GHz 3 FHSS/DSSS
802.11b
Sept 1999 83.5MHz 2.400-2.483GHz 3 CCK/ DSSS
802.11a
Sept 1999 325MHz 5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz 12 OFDM
802.11g
June 2003 83.5MHz 2.400-2.483GHz 3 CCK/OFDM
物理发送速率
无线覆盖范围 理论上的最大UDP吞吐量 (1500 byte) 理论上的TCP/IP吞吐量 (1500 byte) 兼容性
5900
13
各个国家授权使用的频段
Channel 频率 USA ID MHz 1 2412 √ 2 2417 √ 3 2422 √ 4 2427 √ 5 2432 √ 6 2437 √ 7 2442 √ 8 2447 √ 9 2452 √ 10 2457 √ 11 2462 √ 12 2467 13 2472 14 2484 EMEA Israel China Japan Spain France √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
WLAN基础原理(802.11)
3/30/2010
引入
无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利 用射频（RF）技术，取代旧式的双绞线构成局域网络，提供传 统有线局域网的所有功能。无线网络所需的基础设施不需再埋 在地下或隐藏在墙里，并且可以随需移动或变化。 WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一，使用WLAN的区域
地理环境不适合 布设有线网络 终端与设备之间 不方便通过线缆 连接
无线让工作更高效
不受限于时间和地点的无线网络，满足各行各业对于网络应用的需求。
体育场馆新闻中心
展馆与证券大厅
制造车间
物流运输
几种主要的WLAN技术

IrDA BlueTooth 802.11 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n
STA2 STA3 STA5 STA6 STA6 STA4

Stations (STA)：任何的无线终端设备。 AP （Access Point）：一种特殊的STA BSS：Basic Service Set
802.11网络的基本元素 ——DS
BSS1
AP
DS
AP
BSS2
DS（Distribution System）：分布式系统
12
无需授权使用的无线频率
2.4GHz
American, most of Europe Japan Spain 2400 2440 France 2480 2500
5.1GHz 2.4GHz 83.5MHz BW Available worldwide IEEE802.11 WLANs
300MHz BW discontinuous
802.11网络的基本元素 ——ESS
BSS1
Service
set identify
(SSID1)
属于同一VLAN的客户端
ESS
AP1
DS
AP2
Service set identify (SSID1)
BSS2
ESS（Extended Service Set）是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大 规模的虚拟BSS。
<100M 30.9 Mbps 24.4 Mbps 与11b产品可互通
802.11n
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802.11n关键技术-MIMO
所谓的MIMO，就字面上看到的意思，是Multiple Input Multiple Output（多入多出）的缩写，大部分您所看到的说 法，都是指无线网络讯号通过多重天线进行同步收发，所以可以增加资料传输率。 然而比较正确的解释，应该是说，网络资料通过多重切割之后，经过多重天线进行同步传送，由于无线讯号在传送 的过程当中，为了避免发生干扰起见，会走 不同的反射或穿透路径，因此到达接收端的时间会不一致。为了避免资料不 一致而无法重新组合，因此接收端会同时具备多重天线接收，然后利用DSP重新计算的 方式，根据时间差的因素，将分 开的资料重新作组合，然后传送出正确且快速的资料流。 由于传送的资料经过分割传送，不仅单一资料流量降低，可拉高传送距离，又增加天线接收范围，因此MIMO技术不 仅可以增加既有无线网络频谱的资料传 输速度，而且又不用额外占用频谱范围，更重要的是，还能增加讯号接收距离。 所以不少强调资料传输速度与传输距离的无线网络设备，纷纷开始拋开对既有Wi- Fi联盟的兼容性要求，而采用MIMO的 技术，推出高传输率的无线网络产品。
AP
1 Reassociation过程
Association Response 2
数据
Old AP
New AP
STA
检测到New
AP信号强
什么是漫游
STA可以在属于同一个ESS的AP接入点接入；
STA可以在Wireless网络中任意移动； 保证已有的业务不中断，用户的标识（IP地址）不改变。
Developing
5.1GHz
U-NII Japan* Europe HiperLAN1 5200 5300
*Frequency Allocations are pending
U-NII Europe HiperLAN2* 5700 5800
5100
5400
5500
5600
U-NII: Unlicensed National Information Infrastructure
STA
AP
Discovery选择AP (采用侦听Beacon帧或发送Probe帧) 1
Authentication 2
Association
3
和建立Association关系的AP收发数据 4
802.11MAC层工作原理 ——Scanning
802.11MAC 使用Scanning功能来完成Discovery – –
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√ √
√ √ √ √
802.11b/g工作频段划分图
802.11b DSSS信道
DSSS将信道定义为一个22MHz宽的连续频段
蜂窝式无线覆盖
任意相邻区域使用无频率 交叉的频道，如：1、6、11 频道 。 适当调整发射功率，避免 跨区域同频干扰。 蜂窝式无线覆盖实现无交 叉频率重复使用。
Open-system Authentication过程
STA
Authentication request
AP
1 Authentication Response (success) Shared-Key Authentication过程 2
STA 预置Key
2 Cipher text challenge Authentication request