第14章 无线网络和移动网络 2011-12-21

百度文库34
三角路由问题
三角路由问题: 通信者家乡代理移动主机 当移动主机从家乡网络移动到通信者所在网络 中时，产生三角路由问题，影响通信效率。
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间接选路---移动到新的外部网络
假定移动主机从一个外地网络A移动到另一 个外地网络B 移动主机向网络B的外地代理注册 网络B的外地代理向家乡代理注册 家乡代理更新移动主机的转交地址 家乡代理把数据报转发到网络B 数据报由相同的家乡代理转发，对通信者 而言，移动性是透明的。
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无线主机如何与AP建立关联？
被动扫描：无线主机等待接收AP周期性地 发出的信标帧，每个信标帧包含该AP的 SSID和MAC地址。 主动扫描：无线主机主动发出探测请求帧， 然后等待从 AP 发回的探测响应帧。
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主动扫描与被动扫描
BBS 1 BBS 2 BBS 1 BBS 2
AP 1
1
帧 冻结
t t
帧
避免碰撞的方法
CSMA/CD协议：检测到碰撞后，停止发 送数据。 CSMA/CA协议：不检测碰撞，碰撞发生 后不停止发送。 隐藏站点问题或选择的随机回退值较相近时 可能发生碰撞 碰撞避免的解决方法：预约信道
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预约信道
发送方在发送数据帧前，先向AP发送一个 请求发送控制帧（Request to Send,RTS），RTS帧包含源地址、目的 地址及需要的通信时间； 当AP收到RTS帧后，广播一个允许发送控 制帧（Clear to Send,CTS）； 其它站点收到CTS帧后，将在CTS指明的时 间内抑制发送。
R1 router
主机H1使用ARP协 议得知路由器接口 MAC，并填写地址3
R1 MAC 地址 H1 MAC 地址
目的地址 源地址
802.3 帧 AP MAC 地址 H1 MAC 地址 R1 MAC 地址
地址 1 地址 2 地址 3
802.11 帧
地址3使得AP在构建 以太网帧时能够确定 目的MAC地址
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无线局域网的工作模式
基础设施模式
网络基础设施 主机通过基站连接 到网络中
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无线局域网的工作模式
自组织模式
（ad hoc ）
无基站 主机本身提供选路、 地址分配、DNS 等网络服务
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14.2 802.11无线LAN
WiFi：使用802.11协议的无线局域网 特点： 使用CSMA/CA协议 允许基础设施模式和自组织模式
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隐藏终端与信号衰减问题
C B A
A的信号强度
B
C
C的信号强度
A
space
隐藏终端问题：
B, A hear each other B, C hear each other A, C can not hear each other means A, C unaware of their interference at B
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无线局域网的组成
无线主机
笔记本, PDA, IP 电话 可移动或不可移动 网络基础设施
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无线局域网的组成
基站
负责在无线网络和 无线主机之间的数 据传输 例如：蜂窝 塔，802.11无 线接入点
网络基础设施
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无线局域网的组成
无线链路
连接主机和基站 不同的无线链路技 术有不同的链路速 率和传输距离 网络基础设施
通信者：与移动
主机通信的主机
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14.3.2 移动管理---注册
移动主机从家乡网络移动到外地网络时保持 IP地址不变。 当移动主机在外地网络时，所有指向该主机 的家乡地址的流量需要导向到外地网络。 外地代理： 为移动主机分配一个转交地址 通知家乡代理，该移动主机在它的网络中。
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1 2
AP 2
3
AP 1
2
1 2 3 4
AP 2
H1
H1
被动扫描： (1)APs发出信标帧 (2) H1向AP2发送关联请求帧 (3)AP2向 H1返回关联响应帧
主动扫描： (1)H1广播探测请求帧 (2)APs返回探测响应帧 (3)H1 向 AP2发送关联请求帧 (4)AP2向 H1返回关联响应帧
router
hub or switch BBS 1 AP 1 AP 2 H1 BBS 2
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14.3.1 移动管理---概念
家乡网络: 移动主机的归属
地(128.119.40.0/24) 动IP支持的路由器
家乡代理: 家乡网络中一个提供移
广域网
乡网络中的固定地址,
(128.119.40.186)
家乡地址: 移动主机在家
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14.3.4 移动主机的直接选路
外地代理将数据报转 发给移动主机 通信者将数据报通 过隧道技术直接发 送到外地代理
外地网络
家乡网络
4 2 1 通信者向家乡代理询问 移动主机的转交地址
广域网
3
4 移动主机直接将数 据报发送给通信者
直接选路克服了三角路由问题 对通信者来说，移动性是不透明的
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14.3 移动网络
无线用户的移动性： 用户在同一个无线网络中移动。 保持相同的IP 用户在接入网络之间移动，在网间移动时 关机。 变化的IP地址 用户在接入网络之间移动，同时保持进行 中的连接。 保持相同的IP
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相同子网中的移动性
H1 保持相同的IP地址 和正在进行的TCP连接。 H1解除与AP1的关 联，与AP2关联。 交换机通过”自学习“， 更新转发表。 AP2以H1的MAC为 源地址向交换机发送 一个广播帧。
主机与AP关联后，通过AP向该子网发送一个DHCP发现 报文，以获取在该AP子网中的一个IP地址
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802.11 MAC协议
CSMA/CA协议：带碰撞避免的载波侦听 多路访问协议。 CSMA/CD协议：以太网的MAC协议 二者区别： 碰撞避免 VS 碰撞检测 链路层确认机制
802.11 LAN未实现碰撞检测的原因： 802.11网卡接收信号的强度远小于发送信 号的强度； 802.11网卡因存在隐藏终端问题和信号衰 减问题，而无法实现碰撞检测。
标准 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n 频率范围(GHz) 2.4~5 5~6 2.4~5 2.4~5 速率(Mbps) 11 54 54 200
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802.11 LAN 体系结构
Internet
AP BSS 1
hub, switch 或 router
无线主机通过基站进行通信 基站 = 接入点 (AP) 基本服务集 (BSS) 无线主机 接入点 (AP) 在ad hoc 模式中无基站， 只有无线主机
AP
BSS 2 BSS
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服务集标识SSID
WiFi丛林：具有多个AP信号的物理区域 管理员安装一个AP时，须为AP分配一个服务集标识 SSID。
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与AP建立关联
每个无线主机要加入到一个基本服务集 BSS，必须与一个接入点 AP建立关联。 只有关联的 AP 才向这个无线主机发送数据 帧，而这个无线主机也只有通过关联的 AP 才能向因特网发送数据帧。
是否加密
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802.11 数据帧的三大部分
MAC 首部，共 30 字节。帧的复杂性都在 帧的首部。 帧主体，即帧的数据部分，不超过2312 字 节。 802.11 帧的长度通常小于 1500 字 节。 帧检验序列 FCS 是尾部，共 4 字节，采用 CRC校验。
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地址字段
6
地址 1
H1 MAC 地址 R1 MAC 地址
目的地址 源地址
802.3 帧 H1 MAC 地址 AP MAC 地址 R1 MAC 地址
地址 1
802.11 帧
地址 2
地址 3
路由器R1使用ARP 协议得知主机H1的 MAC。
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地址字段---举例
802.3 帧 -- 802.11 帧
Internet
H1 AP
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802.11 的链路层确认机制
发送方 DIFS data SIFS ACK 接收方
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802.11 的退避机制
DIFS A 帧 争用窗口 冻结 B 退避 C 退避 D 退避 E 退避 图例 冻结剩余的退避时间
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DIFS
DIFS
DIFS t
冻结
冻结
帧
t t
帧 冻结
争用窗口 争用窗口 争用窗口
6
地址 2
6
地址 3
2
序号
6
地址 4
地址1：帧的目的MAC地址 地址2：帧的源MAC地址 地址3：与AP相连的路由器接口的MAC地 址 地址4：用于自组织网络
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地址字段---举例
802.11 帧 -- 802.3 帧
Internet
H1 AP
R1 router
地址3使主机得 知路由器接口的 MAC地址
信号衰减问题:
B, A hear each other B, C hear each other A, C can not hear each other interfering at B
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CSMA/CA协议
有一个站点（AP或无线主机）要发送一个帧： 1. 如果初始时监听到信道空闲，等待一个分布式 帧间间隔DIFS后发送该帧； 2. 否则，选取一个随机回退值继续侦听，当侦听 到信道空闲时递减该值，当侦听到信道忙时保 值该值； 3. 当回退值为0时，发送帧并等待确认； 4. 目的站收到一个通过CRC校验的帧后，等待一 个短帧间间隔SIFS后发回一个确认帧。 5. 若发送站收到确认，或超时未收到确认，则回 到第2步。
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14.3.5 移动IP
移动IP：支持移动性的因特网体系结构和协 议的合称，由RFC 3344定义。 移动IP标准的组成： 代理发现 注册 数据报选路
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移动IP---代理发现
代理发现：移动主机移动到一个新网络（可 能是家乡网络或外地网络）中时，需要知道 代理的身份（是家乡代理，还是外地代理）。 移动主机通过代理发现，可以： 判断是在家乡还是在外地 检测是否切换了网络 在外地时，得到一个转交地址。 代理发现有两种方法： 代理通告 代理请求
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802.11 帧
所需通信时间 (RTS/CTS)
MAC 首部
2
帧控制
帧序号(可靠 ARQ) 同TCP协议中的序号 2
序号
2
持续期
6
地址 1
6
地址 2
6
地址 3
6
地址 4
0 - 2312
数据
4
FCS
2
协议版本
2
类型
4
子类型
1
到 AP
1
从 AP
1
标识
1
重试
1
功能 管理
1
更多 数据
1
WEP
1
顺序
帧类型 (关联，RTS, CTS, ACK, data)
外地网络
家乡网络 外地代理 家乡代理
1 通信者将数据报发送到 移动主机的家乡代理
通信者 广域网
3
2 4 移动主机直接将数 据报发送给通信者
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间接选路---说明
移动主机使用两个地址： 家乡地址: 是家乡网络分配给移动主机的固 定地址，由通信者向移动主机发送数据报时 使用。 转交地址: 是外地网络分配给移动主机的临 时地址，由家乡代理转发数据报给移动主机 时使用。
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移动IP---代理发现
代理通告：外地代理/家乡代理周期性地广播 ICMP路由器发现报文，该报文中包含该代理路 由器的IP地址等信息。
0 类型 = 9 8 代码 = 0 16 24 检验和 标准 ICMP 报文字段
H,F位：家乡代理 or 外地代理 R 位：要求注册 M 位：使用IP-in-IP 封装 G 位：使用GRE封装
通信者：与移动
主机通信的主机
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14.3.1 移动管理---概念
家乡地址: (128.119.40.186) 外地网络: 移动主机临时访
问的网络 ( 79.129.13.0/24)
转交地址: 移动主机在外地
网络中的地址(79.129.13.2)
广域网
外地代理: 外地网络中
一个支持移动IP的路由 器。
第14章 无线网络和移动网络 14.1 概述 14.2 无线局域网 14.3 移动网络
14.1 概述
无线通信和移动通信的区别: 无线通信：通过无线链路进行通信 移动通信：持移动设备从一个网络移动到 另一个网络而保持通信状态。
2
无线网络有较高的误比特率
信号强度递减 电磁波在穿过物体时强度减弱 其他信号源的干扰 在同一频段发送信息的电磁波将相互干扰 多径传播 电磁波的一部分受物体反射
14.3.2 移动管理---注册
家乡网络 外地网络
2
广域网
1
外地代理向家乡代理注册： “这个移动主机在我的网络中 ”
移动主机向外 地代理注册
外地代理知道移动主机 家乡代理知道移动主机的位置
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14.3.3 移动主机的间接选路
外地代理将数据报 转发给移动主机 家乡代理将数据报 转发给外地代理