802.11无线局域网组网方式与移动性分析_电子科大
802.11无线局域网组网方式与移动性分析
802.11无线局域网组网方式与移动性分析【摘要】本文讨论了802.11标准定义的无线局域网的两种组网结构IBSS和ESS的工作原理，分析了它们的多地址帧结构在组网中的功能和作用，讨论了MAC协议对无线站点的移动性支持方面的不足，以及在组建多跳无线网时需要进一步解决的问题。
【关键词】WLAN AP IBSS ESS BSSID SSID802.11无线局域网组网方式与移动性分析Mao Yuming， Duan Jingshan， Yang Ning（School of Communication and Information Engineering，University ofElectronic Science and Technology of China，Chengdu 610054）【Abstract】This paper describes the architecture and the operation of the IBSS and ESS adopted by IEEE 802.11 Standard, analyses the effect and the function of the multi-addresses frame structure to be used in networking, then discusses the insufficiency of the mobility of the MAC protocol and the future resolution should be adopted in multi-hop wireless network.【Keywords】AP DS IBSS ESS BSSID SSID1.引言无线互联网用户站点的自由移动始终是无线网络追寻的目标之一。
本文主要讨论802.11标准规定的两种组网方式和站点的操作过程，分析802.11的MAC子层协议对无线站点移动性的支持技术。
IEEE-80211协议详细介绍
协议X档案:IEEE 802.11协议详细介绍作为全球公认的局域网权威，IEEE 802工作组建立的标准在过去二十年内在局域网领域内独领风骚。
这些协议包括了802.3 Ethernet协议、802.5 Token Ring协议、802.3z 100BASE-T快速以太网协议。
在1997年，经过了7年的工作以后，IEEE发布了802.11协议，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。
在1999年9月，他们又提出了802.11b"High Rate"协议，用来对802.11协议进行补充，802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps 速率下又增加了 5.5Mbps和11Mbps两个新的网络吞吐速率,后来又演进到802.11g的54Mbps，直至今日802.11n的108Mbps。
802.11a高速WLAN协议，使用5G赫兹频段。
最高速率54Mbps，实际使用速率约为22-26Mbps与802.11b不兼容，是其最大的缺点。
也许会因此而被802.11g淘汰。
802.11b目前最流行的WLAN协议，使用2.4G赫兹频段。
最高速率11Mbps，实际使用速率根据距离和信号强度可变（150米内1-2Mbps，50米内可达到11Mbps）802.11b的较低速率使得无线数据网的使用成本能够被大众接受（目前接入节点的成本仅为10-30美元）。
另外，通过统一的认证机构认证所有厂商的产品，802.11b设备之间的兼容性得到了保证。
兼容性促进了竞争和用户接受程度。
802.11e基于WLAN的QoS协议，通过该协议802.11a,b,g能够进行VoIP。
也就是说，802.11e是通过无线数据网实现语音通话功能的协议。
该协议将是无线数据网与传统移动通信网络进行竞争的强有力武器。
802.11g802.11g是802.11b在同一频段上的扩展。
支持达到54Mbps的最高速率。
兼容802.11b。
802.11b无线局域网方案
Intel 802.11b无线局域网方案(原文摘自“Intel无线局域网解决方案”)1．综述随着以太网等效标准的发布，无线局域网（WLAN）技术将推动扩大和加速低成本的可互操作产品的部署。
因为在快速无线传输大容量文件与高分辨率图像、访问互联网、支持无线视频会议和快速重新配置高带宽站点方面具有灵活性，高速无线技术承诺以有线基础设施将局域网（LAN）推上一个新的高度。
本章介绍无线网络技术的现状，包括标准制定、部署方式、商业和教育应用，以及可能构建起无线局域网未来的网络发展趋势。
在本章结尾，我们将简要介绍英特尔在无线世界所投入的工作，以及了解更多信息的途径。
2．当今的无线技术什么是无线网络？无线局域网是一个灵活的数据通信系统，它能够取代或扩展有线局域网，以提供更多功能。
利用射频 (RF) 技术，无需架设线缆，无线局域网就可以通过空气，穿越墙壁、屋顶甚至水泥结构建筑物来发送和接收数据。
无线局域网具有像以太网和令牌环这样的传统局域网技术的所有特性和优势，而且不受电缆连接的限制。
这实现了更大的自由和灵活性。
但是，无线局域网技术的重要性远远不止是不需要线缆。
无线局域网的出现揭开了网络基础设施的一个全新定义。
网络基础设施不一定是实实在在的物理实体，不一定就是固定的，难以移动而且变动成本很高；而是可以随用户一起移动，可以跟企业的变化速度一样快。
例如，当商务人员在公司园区内移动时，他们可以保持连接，从而轻松地利用有线网络的资源。
在进行实地考察或实验室项目时，学生和导师可以无线地访问即时信息。
租借临时办公室的企业可以建立一个无线局域网。
这样，即便搬家，他们也可以轻松地将基础设施带走。
就像有线局域网利用铜线或光缆一样，无线局域网也使用一种介质：无线电频率（射频）。
通过一种被称作“调制”的过程，将数据叠加到无线电波上，而这个“载波”就取代了线缆作为传输介质。
3. 无线局域网有两种基本配置方法对等模式 ( ad hoc模式 )－这种模式包含有2台或2台以上的个人电脑，这些个人电脑均配备有无线网卡,但没有连接到有线网络上。
802.11无线局域网(wlan)
802.11无线局域网（wlan）摘要在这个计算机高速发展的时代，伴随着网络的技术的不断发展与应用。
传统的有线局域网虽然有着信号传输稳定，传输质量也比较高, 信号受房间格局、障碍物、气候、电磁干扰影响小等方面的优势。
但随着人们对移动办公的要求越来越高，传统的有线局域网要受到布线的限制,高效快捷、组网灵活的无线局域网应运而生。
无线局域网是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网，而使用无线电波作为数据传送的媒介，传送距离一般只有几十米。
无线局域网的主干网路通常使用有线电缆，无线局域网用户通过一个或多个无线接取器接入无线局域网。
在有线世界里，以太网已经成为主流的LAN技术有线网络在某些场合要受到布线的限制：布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中的各节点不可移动。
特别是当要把相离较远的节点联结起来时，敷设专用通讯线路布线施工难度之大，费用、耗时之多，实是令人生畏。
这些问题都对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞，限制了用户联网。
与有线局域网相比较，无线局域网具有开发运营成本低、时间短，投资回报快，易扩展，受自然环境、地形及灾害影响小，组网灵活快捷等优点。
可实现“任何人在任何时间，任何地点以任何方式与任何人通信”，弥补了传统有线局域网的不足。
关键词：局域网，无线局域网，IEEE802.11，射频技术，扩频技术，调制解调技术，信道差错控制技术，分集技术，天线技术目次1 引言 (1)2 802.11WLAN简介 (1)2.1 802.11a (3)2.2 802.11b (4)2.3 802.11n (6)2.4 802.11ac (6)2.5 802.11ad (7)3 802.11WLAN关键技术简介 (7)3.1 射频与扩频技术 (8)3.2 调制与复用技术 (10)3.3 差错控制技术 (15)3.4 分集与天线技术 (16)4 802.11WLAN的应用 (21)结论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)1 引言局域网简称LAN，是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。
WLAN无线局域网IEEE802.11系列标准详解！
WLAN无线局域网IEEE802.11系列标准详解！IEEE 802.11系列标准是IEEE制订的无线局域网标准，主要对网络的物理层和媒质访问控制层进行规定，其中重点是对媒质访问控制层的规定。
目前该系列无线局域网标准有：IEEE802.11、IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11d、IEEE 802.11e、IEEE802.11f、IEEE 802.11h、IEEE 802.11i、IEEE 802.11j等，其中每个标准都有其自身的优势和缺点。
下面就IEEE已经制订且涉及物理层的4种IEEE 802.11系列标准：IEEE 802.11、IEEE802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g进行简单介绍。
1．IEEE 802.11IEEE 802.11是最早提出的无线局域网网络规范，是IEEE于1997年6月推出的，它工作于2.4GHz的ISM频段。
物理层采用红外、跳频扩频(Frequency Hopsping SpreadSpectrum，FHSS)或直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)技术，其数据传输速率最高可达2Mbps，它主要应用于解决办公室局域网和校园网中用户终端等的无线接入问题。
使用FHSS技术时，2.4GHz频道被划分成75个1MHz的子频道，当接收方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次在IEEE 802.11网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式。
采用这种跳频方式避免了两个发送端同时采用同一个子频段；而DSSS技术将2.4GHz的频段划分成14个22MHz的子频段，数据就从14个频段中选择一个进行传送而不需要在子频段之间跳跃。
由于临近的频段互相重叠，在这14个子频段中只有3个频段是互不覆盖的。
IEEE 802.11由于数据传输速率上的限制，在2000年也紧跟着推出了改进后的IEEE 802.11b。
无线网络安全IEEE80211简介
最大传输率 典型距离 工作频段 评注
2Mbps 54Mbps
11Mbps 54Mbps
50-100m 50-100m
50-100m 50-100m
2.4GHz 5GHz
2.4GHz 2.4GHz 5GHz
昂贵，不与 80.211b兼 容
已成为主流
与802.11b 兼容
表中所有标准都包含共同的安全性能设计，即有线等价协议WEP （Wired Equivalent Privacy），希望能提供与有线网络同等的安全性能。
一旦你通过了认证，并且被关联上了，就可以发送数据。 数据在STA和AP之间交换。通常，数据先到达AP，然后 被转发到有线局域网或其他的STA。
每个发到或者来自AP的802.11数据帧都有3个地址：
2个是源地址和目的地址，第3个是“中间”地址——消 息路过的接入点的地址。当你从STA发送数据到AP时，一 个源STA地址，2个目的地址，一个目的端的AP地址，另 一个目的STA地址，与此相似，从AP到STA的数据有一个 目的地址（STA）和2个源地址——AP地址和STA地址。
15、一年之计，莫如树谷；十年之计 ，莫如 树木； 终身之 计，莫 如树人 。2021年7月下 午12时 41分21.7.1912:41July 19, 2021
பைடு நூலகம்
16、提出一个问题往往比解决一个更 重要。 因为解 决问题 也许仅 是一个 数学上 或实验 上的技 能而已 ，而提 出新的 问题， 却需要 有创造 性的想 像力， 而且标 志着科 学的真 正进步 。2021年7月19日星期 一12时 41分37秒12:41:3719
（2）探测帧 为了加速找到一个AP，STA可以选择发送探测帧。相当 于大喊“喂，有人在吗？”任何接入点收到探测请求，立 刻以探测响应来进行回答，STA就可以迅速找到AP。
ieee802.11无线局域网协议分析系统的分析与实现
——一些蔓盔堂堡圭兰堡垒壅ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｓｔａｎｄａｒｄｓｏｆＷＬＡＮ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＬｏｃａｌＡｒｅａ／Ｎｅｔｗｏｒｋ）ｈａｙｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｍｏｒｅｐｅｒｆｅｃｔｔｈｒｏｕｇｈｅｖｅｒｙｌａｒｇｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅａｎｄｅｘｐｅｒｔ’ｓｅｆｆｏｒｔｓｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．ＷＬＡＮｈａｓｇｏｔｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｗｏｒｌｄａｎｄｉｓｐｌａｙｉｎｇａｎｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓ．～ｆｅａｎｗｈｉｌｅ．ｔｈｅｕｓｅｒｓａｎｄａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｏｒｓｏｆｔｈｅＷＬＡＮｓａｌｌｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｈｉｇｈｅｒａｎｄｈｉｇｈｅｒｒｅｑｕｅｓｔｔｏｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙｏｆＷＬＡＮ，ａｎｄｅｘｐｅｃｔｔｏｕｔｉｌｉｚｅｍｏｒｅｐｅｒｆｅｃｔＷＵ州ｐｒｏｔｏｃｏｌｓａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍｔｏｃａｒｒｙｏｎｒｅａｌ—ｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｏＷＬＡＮ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ．ｔｈｅｒｅｉｓｎｏｒｉｐｅＷＬＡＮｐｒｏｔｏｃｏｌｓａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍｔｏｐｕｔｏｎｍａｒｋｅｔａｔｈｏｍｅ．Ｓｏ．ｉｔｉｓｇｒｅａｔｌｙｍｅａｎｎｉｇｆｕｌｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅ孔ＡＮｓｔａｎｄａｒｄｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐＷＬＡＮｐｒｏｔｏｃ０１ｓａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｒｉｇｈｔ．ＴｈｉｓｔｈｅｓｉｓｐｕｔｓｕｐｔｈｅｒｅａｌＷＬＡＮｏｆｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｂａｓｅｄｏｎＩＥＥＥ８０２．１１．ＡｎｄｔｈｒｏｕｇｈｕｓｉｎｇｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓＬＡＮｆｏｒａｌｏｎｇｔｉｍｅ，ＩｈａｖｅｃａｒｒｉｅｄｏｎｆｕｒｔｈｅｒｊｎｖｅｓｔｊｇａｔｉｏｎｏｎｍａｉｎｒｅｓｐｅｃｔｓｏｆＷＬＡＮ，ａｎｄｕｔｉｌｉｚｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｔｕｄｉｅｄｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙｔｏｓｏｌｖｅｓｏｍｅｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌＩｉｎｇＷＬＡＮ．ＴｈｉｓｔｈｅｓｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄｓａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆＷＬＡＮａｔｆｉｒｓｔ，ａｎｄｔｈｅｎｎａｒｒａｔｅｓＩＥＥＥ８０２．１ｌｇｆｆ４Ｃｐｒｏｔｏｃｏｌｓｉｎｓｅｒｖｉｃｅ、姒Ｃａｃｃｅｓｓｍｏｄｅｓ（ＤＣＦａｎｄＰＣＦ）、ｓｃａｎｎｉｎｇｄｅｔａｉｌ．ｉｎｃｌｕｄｉｎｇＭＡＣ＆ｓｖｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ、ｓｅｃｕｒｉｔｙ、ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ、ｐｏｗｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ａｎｄｅｔｃ．ＩｔａｌｓｏａｎａｌｙｓｅｓｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆＭＡＣｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＩＥＥＥ８０２．ｉｉｗｉｒｅｌｅｓｓＬＡＮｉｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒ．ＴｈｅｔｈｅｓｉｓｐｒｏｖｉｄｅｓｆｒａｍｅｗｏｒｋｃｈａｒｔｏｆｎｅｔｗｏｒｋｐｒｏｔｏｃｏｌｓａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｈｏｗｔｏｃａｐｔｕｒｅＩＥＥＥ８０２·ＩＩＷＬＡＮｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｎｍａｋｅｓａｄｅｅｐｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆＤａｃｋｅｔｓ．ａｎｄｔｈｅｎｇｉｖｅｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｇｉｖｅｗｉｒｅｌｅｓｓｅａｒｄｓ．Ｉｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｆｉｌｔｅｒｉｎｇｐａｃｋｅｔｓ２——一——些查查兰堡圭兰竺丝兰ａｃｔｕａｌｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．Ｉｎｔｈｅｄｅｃｏｄｉｎｇｍｏｄｕｌｅ，Ｉｇｉｖｅｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｈｅｔｏｐｍａｎａｇｅｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｄｅｃｏｄｉｎｇｍｏｄｕｌｅａｎｄｔｈｅｋｅｙｄａｔａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ＩｇｉｖｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆＣｈｉｎｅｓｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｒｆａｃｅｉｎＬｉｎｕｘ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｇｒａｐｈｉｃｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｅｓ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｃａｐｔｕｒｅｓｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆｆｒａｍｅｓｉｎＷＬＡＮｂａｓｅｄｏｎＩＥＥＥ８０２．１１．ａｎｄｃａｎｄｅｃｏｄｅａｎｄｒｅｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏｌｌａｙｅｒ、ｔｈｅｔｈｉｒｄｐｒｏｔｏｃｏｌｌａｙｅｒａｎｄｔｈｅｈｉｇｈｅｒｐｒｏｔｏｃｏｌｌａｙｅｒｏｆａ１１ｐａｃｋｅｔｓ，ａｎｄｃａｎａｌｓｏｆｉｌｔｅｒａｎｄｃｏｕｎｔｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆｆｒａｍｅｓｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ．ＴｈｉｓｓｙｓｔｅｍｐｒｏｖｉｄｅｓａｕｓｅｆｕｌｔｏｏｌｆｏｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｎｇＷＬＡＮ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｉｔｃａｎａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｔｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙｓｔｏｒａｇｅｆｏｒｓｅｃｕｒｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＷＬＡＮ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＷＬＡＮ，ＩＥＥＥ８０２．１ｌ，ｃａｐｔｕｒｉｎｇｐａｃｋｅｔｓ。
WLAN802.11技术标准解读
Feature
Mandatory
Channel bandwidth 20MHz,40MHz,80MHz
FFT size
64,128,256
Data subcarriers/pilot
Modulation type
52/4,108/6,234/8 BSPK,QPSK,16QAM,64QAM
MCS supported
⚫ PHY层 ⚫ MAC层 ⚫ 媒体访问控制
802.11基本元素
⚫ BSS（Basic Service Set）：基本服务集 ⚫ BSA（Basic service area ）：基本服务区域 ⚫ ESS（Extended Service Set）：扩展服务集 ⚫ SSID（Service Set Identifier）：服务集标识 ⚫ BSSID （Basic Service Set Identifier） ：基本服务集标识符
DSSS调制方式
⚫ DSSS采用的调制方式为：BPSK、QPSK
传输 01
180° 传输 1
0° 传输 0
90°
传输 10
180°
0°
传输 00
BPSK
传输 11 270°QPSK
数据速率 1Mbps 2Mbps 5.5Mbps 11Mbps
编码方式 Barker Barker
4-bits CCK 8-bits CCK
3个不重叠信道
1
6
11
Page5
802.11n
⚫ 802.11n最高速率可达600Mbps ⚫ 802.11n协议为双频工作模式，支持2.4GHz和5GHz ⚫ 802.11n采用MIMO与OFDM相结合 ⚫ 传输距离大大增加，网络的吞吐量性能提高
802.11g关键技术讲解和协议性能分析(doc 6页)
802.11g关键技术讲解和协议性能分析(doc 6页)摘要：全面介绍了IEEE802.11g标准的WLAN,详细讲述了IEEE802.11g草案标准的概念、特点、构件及体系结构、发展前景等，并探讨了实现IEEE802.11g WLAN所需的几项关键技术，同时分析了IEEE802.11g标准的网络性能。
其关键技术包括直序列扩频调制技术及补码键控技术，包二进制卷积，正交频分复用技术等。
有关IEEE802.11ｇ的兼容性、同频共存性、自身的OFDM问题分析将成为研究的热点。
IEEE802.11工作组近年来开始定义新的物理层标准IEEE802.11ｇ。
与以前的IEEE802.11协议标准相比，IEEE802.11ｇ草案有以下两个特点：在2．4 GHz频段使用正交频分复用（OFDM）调制技术，使数据传输速率提高到20 Mbit/s以上；能够与IEEE802.11ｂ的Wi-Fi系统互联互通，可共存于同一AP的网络里，从而保障了后向兼容性。
这样原有的WLAN系统可以平滑地向高速WLAN过渡，延长了IEEE802．11b产品的使用寿命，降低了用户的投资。
2003年7月IEEE802.11工作组批准了IEEE802.11ｇ草案，该标准成为人们关注的新焦点。
IEEE802.11 WLAN实现的关键技术随着WLAN技术的应用日渐广泛，用户对数据传输速率的要求越来越高。
但是在室内这个较为复杂的电磁环境中，多经效应、频率选择性衰落和其它干扰源的存在使得无线信道中高速数据传输的实现比有线信道困难，因此WLAN需要采用合适的调制技术。
IEEE802．11 WLAN是一种能支持较高数据传输速率（1～54 Mbit/s），采用微蜂窝、微微蜂窝结构，自主管理的计算机局域网络。
其关键技术大致有3种，直序列扩频调制技术(DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum)及补码键控(CCK：Complementary Code Keying)技术、包二进制卷积(PBCC：Packet Binary Convolutional Code)和正交频分复用技术OFDM：Orthogonal Frequency Division Mustiplexing。
浅析IEEE802.11无线局域网协议
浅析IEEE802.11无线局域网协议[摘要] IEEE802.11无线局域网是IEEE802标准委员会制定的最广泛使用的技术标准之一，也是第一个被国际公认的无线局域网协议。
本文主要介绍802.11的工作方式和它的补充协议802.11b。
[关键词] IEEE802 无线局域网802.11b 工作方式体系结构一、局域网IEEE802协议IEEE 802系列标准是IEEE 802 LAN/MAN标准委员会制定的局域网、城域网技术标准。
其中最广泛使用的有以太网、令牌环、无线局域网等。
这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。
按IEEE802标准，局域网体系结构由物理层、介质访问控制子层（MAC-Media Access Control）和逻辑链路子层LLC(Logical Link Control)组成，如图所示。
IEEE802标准局域网体系结构的物理层提供在物理实体间发送和接收比特的能力，一对物理实体能确认出两个介质访问控制MAC子层实体间同等层比特单元的交换。
物理层也要实现电气、机械、功能和规程四大特性的匹配。
物理层提供的发送和接收信号的能力包括对宽带的频带分配和对基带的信号调制。
MAC子层支持数据链路功能，并为LLC子层提供服务。
它将上层交下来的数据封装成帧进行发送（接收时进行相反过程，将帧拆卸）、实现和维护MAC协议、比特差错检验和寻址等。
LLC子层向高层提供一个或多个逻辑接口（具有帧发和帧收功能）。
发送时把要发送的数据加上地址和CRC检验字段构成帧，介质访问时把帧拆开，执行地址识别和CRC校验功能，并具有帧顺序控制和流量控制等功能。
LLC子层还包括为某些网络层功能，如数据报、虚拟控制和多路复用等。
二、IEEE802.11无线局域网作为全球公认的局域网权威，IEEE 802工作组建立的标准在过去二十年内在局域网领域独领风骚。
在1997年，经过了7年的工作以后，IEEE发布了802.11协议，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。
wifi 802.11无线网络标准详析
802.11a802.11b802.11g802.11n IEEE无线网络标准详析802.11aIEEE无线网络标准，指定最大54Mbps的数据传输速率和5GHz的工作频段。
802.11a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用的802.11b无线联网标准的后续标准。
它工作在5GHzU-NII频带，物理层速率可达54Mb/s，传输层可达25Mbps。
可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD /TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。
802.11的第二个分支被指定为802.11a。
承受着风险将802.11带入了不同的频带——5.2GHzU-NII频带，并被指定高达54Mbps的数据速率。
与单个载波系统802.11b不同，802.11a运用了提高频率信道利用率的正交频率划分多路复用(OFDM)的多载波调制技术。
由于802.11a运用5.2GHz射频频谱，因此它与802.11b或最初的802.11WLAN标准均不能进行互操作。
IEEE802.11bIEEE802.11b无线局域网的带宽最高可达11Mbps，比两年前刚批准的IEEE802.11标准快5倍，扩大了无线局域网的应用领域。
另外，也可根据实际情况采用5.5Mbps、2Mbps和1 Mbps带宽，实际的工作速度在5Mb/s左右，与普通的10Base-T规格有线局域网几乎是处于同一水平。
作为公司内部的设施，可以基本满足使用要求。
IEEE802.11b使用的是开放的2.4GB频段，不需要申请就可使用。
既可作为对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。
IEEE802.11b无线局域网与我们熟悉的IEEE802.3以太网的原理很类似，都是采用载波侦听的方式来控制网络中信息的传送。
不同之处是以太网采用的是CSMA/CD（载波侦听/冲突检测）技术，网络上所有工作站都侦听网络中有无信息发送，当发现网络空闲时即发出自己的信息，如同抢答一样，只能有一台工作站抢到发言权，而其余工作站需要继续等待。
IEEE 802.11n详述
本章将对当前主流的无线局域网的物理层关键技术分别作出介绍，其中包括IEEE 802.11，802.11b，802.11a，以及802.11g，并对这几种模式作出对比和总结。
2.1IEEE802.11的调制技术
IEEE 802.11标准提供1Mbps和2Mbps两种传输速率，分别采用BPSK和QPSK的调制方法，下面就对这两种调制方法作出介绍。
基于无线局域网具有的诸多优点，它可广泛应用于下列领域：
♦接入网络信息系统：电子邮件、文区域、城市建筑群、校园和工厂。
♦.频繁变化的环境：频繁更换工作地点和改变位置的零售商、生产商，以及野外勘测、试验、军事、公安和银行等。
♦.使用便携式计算机等可移动设备进行快速网络连接。
无线局域网利用电磁波在空中发送和接收数据，无需线缆介质。无线局域网的数据传输速率，如IEEE 802.11g规范现在已经能够达到54Mb/s，传输距离可至100m～300m。相对于以太网（IEEE802.3）和令牌环（IEEE802.5）等以双绞线或光纤作为传输介质的有线局域网而言，无线局域网具有成本低、通信可靠、灵活性、移动性、高吞吐量以及安全性从而将节省大量的时间和金钱。
由于无线局域网应用的灵活性，目前针对无线局域网的研究也越来越多，研究的热点主要集中在高速传输、服务质量、安全性等方面。本文主要的研究对象是如何在无线局域网上实现更高速的数据传输。
本章首先对无线局域网的现状做简要介绍。
1.1无线局域网的优势与应用
在这个“网络就是计算机”的时代，伴随着有线网络的广泛应用，以快捷高效、组网灵活为特点的无线网络技术也在飞速发展。无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。从专业角度讲，无线局域网利用了无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。无线局域网就是在不采用传统缆线的同时，提供以太网或者令牌网络的功能。
802.11n组网方案
场强-75dbm时11g、 11n-HT20单流单用户下行吞吐量（Mbps）
频段 2.4GHz 模式 11g 11n 20MHz
1
12.41 11.69
2
13.366 1.632
3
3.044 1.455
4
6.618 7.913
- 10 -
网络内g、n用户同时存在时需开启限速
外场测试结果---吞吐量（2）
单流 vs.双流 & 20Mvs.40M
11n 20M单流vs.双流吞吐量
吞吐量（Mbps）
50 40 30 20 10 0 38.04 30.86 25.43 47.35 41.94 29.00 33.95
覆 盖
吞 吐 量
11g 应用层速率分析
802.11g
Contention Window 67 us PLCP Header 20 us data Frame 228 us
DIFS 34 us
SIFS 16
ACK 24 us Time
1. 每调制符号承载的bit数：48*6*3/4=216 bits/符号 2. 传送一个数据包（1500 Byte+36Byte Mac帧头）所需符号数：8*1536/216=57个符号 3. 传送一个数据包所需时间：34+67+20+4*57+16+24=389us 4. 传送一个TCP Ack报文所需时间:34+32.4+16+32+67=181.4us 5. TCP包发送成功率为60%时，应用层速率为：1s/(389+181.4*60%)us*1536*8=24Mbps
802.11n无线产品及组网方案
6
1999年，802.11b、802.11a标准相继发布 1999年，802.11b、802.11a标准相继发布 2003年，2.4GHz802.11g标准正式诞生 2003年，2.4GHz802.11g标准正式诞生 2003年，IEEE成立802.11n任务组 2003年，IEEE成立802.11n任务组 2007年，802.11n 2007年，802.11n draft 2.0草案获通过, 802.11n进入试商用 2.0草案获通过, 802.11n进入试商用
11
11n技术一览
块应答 帧聚合 Short GI 40MHz MIMO OFDM
802.11n
多个帧只用一个应答来搞定。 多个帧并成一个帧来发。 帧与帧之间的间距更短了。 车道宽一倍，车流量就大一倍。2.4GHz下慎用。
11n核心技术，多天线同时发射接收。 11g核心技术，速度达到54Mbps的原因。
…
湖边休闲区
室外型 AP
4
FAT AP&FIT AP组网模式对比
AP方案 FAT AP方案 技术模式 安全性 传统主流 传统加密、认证方式， 传统加密、认证方式，普 通安全性 网络管理 对每AP下发配置文件 对每AP下发配置文件 AP AP方案 FIT AP方案 新生方式， 新生方式，增强管理 增加射频环境监控， 增加射频环境监控，基于 用户安全策略， 用户安全策略，高安全性 Controller上配置 Access Controller上配置 好文件，AP本身零配置 好文件，AP本身零配置 用户管理 类似有线，根据AP接入的 无线专门虚拟专用组方式， 类似有线，根据AP接入的 无线专门虚拟专用组方式， AP 有线端口区分权限 WLAN 组网规模 增值业务能力
8011无线网络标准详解
802.11无线网络标准详解1990年，早期的无线网络产品Wireless LAN在美国出现，1997年IEEE802.11无线网络标准颁布，对无线网络技术的发展和无线网络的应用起到了重要的推动作用，促进了不同厂家的无线网络产品的互通互联。
1999年无线网络国际标准的更新及完善，进一步规范了不同频点的产品及更高网络速度产品的开发和应用。
一、1997年版无线网络标准1997年版IEEE802.11无线网络标准规定了三种物理层介质性能。
其中两种物理层介质工作在2400——2483.5 GHz无线射频频段（根据各国当地法规规定），另一种光波段作为其物理层，也就是利用红外线光波传输数据流。
而直序列扩频技术（DSSS）则可提供1Mb/S及2Mb/S工作速率，而跳频扩频（FHSS）技术及红外线技术的无线网络则可提供1Mb/S传输速率（2Mb/S作为可选速率，未作必须要求），受包括这一因素在内的多种因素影响，多数FHSS技术厂家仅能提供1Mb/S的产品，而符合IEEE802.11无线网络标准并使用DSSS直序列扩频技术厂家的产品则全部可以提供2Mb/S的速率，因此DSSS技术在无线网络产品中得到了广泛应用。
1.介质接入控制层功能无线网络（WLAN）可以无缝连接标准的以太网络。
标准的无线网络使用的是（CSMA/CA）介质控制信息而有线网络则使用载体监听访问/冲突检测（CSMA/CA），使用两种不同的方法均是为了避免通信信号冲突。
2.漫游功能IEEE802.11无线网络标准允许无线网络用户可以在不同的无线网桥网段中使用相同的信道，或在不同的信道之间互相漫游，如Lucent的WavePOINT II 无线网桥每隔100 ms发射一个烽火信号，烽火信号包括同步时钟、网络传输拓扑结构图、传输速度指示及其他参数值，漫游用户利用该烽火信号来衡量网络信道信号质量，如果质量不好，该用户会自动试图连接到其他新的网络接入点。
3.自动速率选择功能IEEE802.11无线网络标准能使移动用户（Mobile Client）设置在自动速率选择（ARS）模式下，ARS功能会根据信号的质量及与网桥接入点的距离自动为每个传输路径选择最佳的传输速率，该功能还可以根据用户的不同应用环境设置成不同的固定应用速率。
802.11网络性能解析
802.11网络性能解析在WLAN网络广泛应用的同时，802.11技术也没有停止发展的脚步，2009年802.11n协议正式标准化，再一次实现了物理速率的提升，最高物理速率可以达到了300Mbps。
而且，802.11n的A-MPDU（报文聚合）功能充分提高空间媒介的信道利用率，同时带来了WLAN网络的信道承载性能的成倍提升。
未来随着新的802.11n芯片和技术的发展，450Mbps物理速率的设备也将被普遍应用，WLAN网络又将迎来新一轮的腾飞。
一、物理速率的提升从宏观角度，802.11协议可以分为两个主要部分：链路层业务和物理层传输。
链路层业务主要制定了WLAN链路协商的规则，以及针对WLAN接入服务而设计的系列功能，例如报文重传和确认、重复报文检测、密钥协商、加密保护、漫游等等。
而物理层传输则实现WLAN设备之间的能够完成信号的发送和接收，并致力于不断提高数据传输的物理速率。
下面给出802.11协议族所逐步实现的物理速率：· 1999年，802.11的基础协议完成了WLAN的基本架构定义，并定义了两种调制模式和速率，为WLAN提供了1Mbps和2Mbps的物理接入速率；· 1999年，802.11b协议直接致力于物理速率的提升，在802.11的基础上提出了“High Rate”的概念，通过调试模式CCK，将WLAN的最大物理接入速率从2Mbps直接提升到11Mbps；· 1999年，802.11a的问世一方面跳出了原来2.4GHz频段的限制为WLAN应用争取了更多的空间媒介资源（5GHz的三段频点，可以提供多达 13个不重叠的工作信道），另外一方面则通过OFDM调制模式又一次将物理速率提升到了54Mbps。
如果单单从数据的传输速率角度，该物理速率已经是一个骄人的成绩，在当时一定程度上可以和以太网网络进行比较和抗衡；· 2003年，OFDM调制模式引入到2.4GHz推出了802.11g协议，该协议在802.11b 的基础上扩充支持了OFDM调制模式，使得WLAN在 2.4GHz上也能够实现54Mbps 的物理传输速率。
802.11网络及ap简介
AP定义
要点一
无线接入点（AP）
AP是一种无线设备，用于在局域网（WLAN）和有线网络 之间提供无线连接。AP通常用于家庭、办公室和其他公共 场所的网络设置。
要点二
AP的主要功能
AP的主要功能是提供无线覆盖，将无线设备（如笔记本电 脑、智能手机和平板电脑）连接到网络。AP可以与有线网 络集成，实现无线和有线网络的互操作性。
移动设备
移动设备如智能手机、平板电脑、笔 记本电脑等，可以通过内置的无线网 卡或外部无线网卡连接到802.11网络 。
网络基础架构
无线接入点（AP）
无线接入点是802.11网络中的基础设备之一，它负责将无线信号转换为有线网 络，并实现网络数据的传输。
分布式系统（DS）
分布式系统是由多个无线接入点组成的网络架构，它可以实现无线信号的覆盖 和无缝切换，提高网络的可用性和性能。
802.1x认证
802.1x认证概述
802.1x是一种基于端口的网络访问控制协议 ，它提供了对无线网络的进一步保护。
802.1x认证的优点
802.1x认证可以防止未经授权的设备访问网 络，同时提供了更高级的安全性，如EAP（
可扩展认证协议）和PEAP（受保护的EAP ）。
05
802.11 AP概述
802.11网络使用HTTP（Hypertext Transfer Protocol）协议，以实现网页浏览和数据传输。
FTP
802.11网络使用FTP（File Transfer Protocol）协议，以实现文件传输。
04
802.11网络安全
WEP加密
WEP加密概述
WEP（Wired Equivalent Privacy）是一 种用于保护无线网络安全的标准，其目 标是提供与有线网络相当的保密性。
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802.11无线局域网组网方式与移动性分析【摘要】本文讨论了802.11标准定义的无线局域网的两种组网结构IBSS和ESS的工作原理，分析了它们的多地址帧结构在组网中的功能和作用，讨论了MAC协议对无线站点的移动性支持方面的不足，以及在组建多跳无线网时需要进一步解决的问题。
【关键词】WLAN AP IBSS ESS BSSID SSID802.11无线局域网组网方式与移动性分析Mao Yuming，Duan Jingshan， Yang Ning（School of Communication and Information Engineering，University ofElectronic Science and Technology of China，Chengdu 610054）【Abstract】This paper describes the architecture and the operation of the IBSS and ESS adopted by IEEE 802.11 Standard, analyses the effect and the function of the multi-addresses frame structure to be used in networking, then discusses the insufficiency of the mobility of the MAC protocol and the future resolution should be adopted in multi-hop wireless network.【Keywords】AP DS IBSS ESS BSSID SSID1.引言无线互联网用户站点的自由移动始终是无线网络追寻的目标之一。
本文主要讨论802.11标准规定的两种组网方式和站点的操作过程，分析802.11的MAC子层协议对无线站点移动性的支持技术。
通过本文的描述、讨论和分析，希望能对802.11标准的组网结构、工作过程，特别是对无线站点移动的支持方面勾画出比较清晰的“图样”，对于采用802.11标准搭建无线通信平台的无线多跳网络的研究将有所帮助，有所借鉴。
2.IEEE 802.11标准简介和其他的IEEE 802.x标准一样，802.11标准着重定义物理层和介质访问控制（MAC）子层。
标准制定的物理层规范有三种：2.4GHz频段的跳频扩频、2.4GHz频段的直接序列扩频和红外线。
它们都具有1Mpbs和2Mbps的数据传输速率，并都服从同一个MAC层规范。
近年来802.11标准又扩展出802.11b、802.11a、802.11g等系列，这些扩展标准采用不同的物理层技术，使通信速率提高到11Mbps、22Mbps至54Mbps，但它们对于MAC层协议没有重大改变。
因此不论使用哪种物理层规范，符合IEEE 802.11标准的无线局域网在组网结构、站点工作过程等方面都是相同的。
IEEE 802.11标准（以下简称标准）定义了两种组网结构：独立基本服务组IBSS （Individual Basic Service Set）和扩展服务组ESS。
独立基本服务组是一种对等网络形式，所有站点在网络中通信的地位是平等的，也称为Ad Hoc组网形式。
扩展服务组由多个基本服务组（BSS ）构成，每个BSS 都有一个无线访问点AP （Access Point ）提供通信服务，类似于以太网中的集线器（HUB ），因此又被称为基础设施（infrastructure ）网络，简称为ESS 网络（Extended Service Set ）。
不同BSS 通过AP 之间的分布系统DS （Distribution System ）互连，站点可以在多个BSS 之间移动。
图 1 IEEE802.11的两种组网方式 标准在介质访问方式方面定义了两种技术：分布式协调功能DCF （Distributed Coordination Function ）和点协调功能PCF （Point Coordination Function ）。
DCF 是一种竞争式共享信道技术，PCF 则是以协调点轮询的方式共享信道。
IBSS 中的站点必须以DCF 方式访问信道，而ESS 中的站点可以以DCF 方式或在AP 的协调下以PCF 方式访问信道。
不同的介质访问方式对本文重点讨论的站点工作过程和移动支持没有重大影响。
IEEE802.11的帧格式与以太网的帧格式相似，上层协议可以把WLAN 当做以太网来使用。
而在无线信道上传送时，在以太网帧格式基础上进行了扩展，以适应无线信道工作方式。
IBSS 和ESS 的帧扩展方式不一样，它们之间不能通信。
除了组网结构和介质访问方式外，标准还针对认证、保密、关联和管理等方面制定了规范，其中管理、关联和帧格式对于组网和站点的工作过程将产生较大影响。
3. IBSS 网络802.11标准规定一个IBSS 内的站点间的通信通过无线信道直接实现，不能直接通信时使可以经由其他站点中继（多跳Ad Hoc 组网），但标准没有定义中继站点的行为，认为该行为不属于MAC 子层功能的范围，应该由网络层来解决。
因此，802.11标准定义的IBSS 结构的网络只能组成一个单跳的Ad Hoc 网。
所有站点应该全部处于相互的无线覆盖范围，才能保证站点通过无线信道直接通信。
BSSID在IBSS 结构中，每个IBSS 网络用一个BSSID 来标识，每个站点属于一个IBSS ，不同IBSS 的站点之间不能相互通信。
在帧格式中，将常规的两地址结构扩展成了三地址结构，BSSID 作为第三个地址填写在MAC 帧头中，如图 2所示。
IBSS 组网 ESS 组网图2 IBSS帧地址字段格式无线环境中不可能像有线信道那样不同的网络单元间具有明显的界限，必须依靠帧中的BSSID来区分不同IBSS的站点，这是一种从逻辑上区分不同基本网络单元的方法。
站点只接收具有相同BSSID的MAC帧，拒绝所有其它的MAC帧。
所以，在组建多跳无线网络时，需要将所有站点的BSSID设置为同一个值，否则当站点中继数据时，将会因为BSSID不同而拒绝中继。
BSSID的生成当站点初始化后没有扫描到可以加入的网络时，站点将独自生成一个BSSID，并等待其它站点的加入。
BSSID的同步标准提供了站点之间自动协商BSSID的过程，即BSSID的同步（Synchronization）。
该过程一般发生在站点初始化或移动后准备加入一个新的IBSS中时。
IBSS中的站点定期发送类型为Beacon的管理帧，其中包含一个SSID字段，内容为0~32字节的字符串。
SSID可以看作是用户或网络管理员为网络取的名字，站点只能加入同名的网络。
站点收到同名网络的Beacon帧，就将Beacon帧的BSSID（见上图）作为自己的BSSID，这个同步过程也称为被动扫描过程。
站点也可以主动询问网络的BSSID：站点主动发出具有SSID信息的Probe Request类型的管理帧；收到Probe Request帧并具有相同SSID的站点响应一个Probe Response帧，先前的站点可以从响应的Probe Response帧中提取BSSID。
多跳环境下BSSID的同步在多跳移动环境下BSSID的同步变得有些复杂。
在大部分实现中，站点生成的BSSID 就是该站点的MAC地址，而一般情况下管理员是不能更改BSSID的，只能通过设置站点的SSID来区分不同的IBSS，各站点需要利用SSID通过被动扫描或主动询问的方式同步BSSID。
如果站点之间形成链式拓扑，则BSSID的同步过程也有一个链式反应过程，如图3。
创建者图3 链式拓扑链式反应图3中IBSS的创建者①生成了BSSID，它的相邻站点②首先获得这个BSSID，然后②通过发送Beacon帧让自己的相邻站点③得到BSSID，这个过程逐渐扩散到远处。
站点距离BSSID创建者太远时，有可能等不到BSSID传递过来，就决定自己创建一个BSSID，此时一个IBSS的网络中将有两个BSSID。
此外，当两个原本不相连的同名IBSS移动到可以相连时，或者原本相连的站点移动脱离网络后创建了自己的BSSID，随后又移动回来时，都有可能在多跳环境中形成两个不同的BSSID。
在一个IBSS中，相邻的具有不同BSSID的站点通过Beacon帧中的时戳和自己的TSF（Timing Synchronization Function）定时器来更新BSSID，然后利用Beacon帧逐步扩散，如图4。
图4 BSSID的更新更新BSSID的延时是不确定的。
每个Beacon间隔内（一般为0.1秒）信道上会出现一个Beacon帧，但Beacon帧由IBSS内的站点竞争发送，竞争机制与CSMA/CA协议很类似。
可能有些站点在连续多个Beacon间隔内都无法发送Beacon帧，BSSID的更新也就随之滞后了。
图5 Beacon的竞争[1]假设平均每个站点能收听3个站点，理想状态下，各站点轮流发送Beacon帧，单个站点发送Beacon帧的间隔为：3×0.1＝0.3s＝300ms一条具有4跳的拓扑链，最后一个站点更新BSSID的延时可能为：0.3×4=1.2s在这段时间里，由于BSSID不一致，MAC层丢弃了需要中继的数据帧。
可以看出，初始化过程和站点的移动都可能造成BSSID的不一致，需要较长的时间过程才能达到BSSID的同步，在此期间，IBSS网络上的通信是不正常的。
同信道中继与帧地址格式在BSSID协商一致的IBSS多跳网络环境中，802.11标准没有提供对中继功能的支持。
如果需在MAC子层进行中继，只能在一些非常特殊环境下可以实现，无法在一般环境下实现中继，更无法提供对移动的支持。
中继功能只能在MAC子层之上来实现。
MAC子层无法实现中继的原因是MAC的帧格式适用于固定网络而不适用于拓扑结构动态变化中的网络，如Ad Hoc多跳网络情况。
图 6 模糊中继图 6（a ）所示，让B 固定为A 和C 之间的数据提供中继是可行的，但若存在移动时就无法工作了，例如B 和C 互换位置，就无法工作了。
如果站点有一点点移动发生，形成图 6（b ）的情况，那么，B 站再提供中继就是没有必要的。
除非A 和C 站仍坚持采用B 的中继来通信。
如果是图 6（c ）情况，网络就会瘫痪。
B 在为A-C 中继的同时，也会收到D 为A-C 中继的帧，并继续中继，D 也一样。
形成B-D 间的中继循环。
只要在网络上有移动存在，MAC 层就无法确定如何中继（本文中称这个现象为“模糊中继”，即中继行为无法确定）。