谢希仁《计算机网络》笔记和课后习题(含考研真题)详解(无线网络和移动网络)【圣才出品】

第9章无线网络和移动网络

9.1 复习笔记

一、无线局域网WLAN

1．无线局域网的组成

无线局域网提供移动接入的功能，可分为两大类：有固定基础设施的和无固定基础设施的。

（1）IEEE 802.11

IEEE 802.11是无线以太网的标准，是有固定基础设施的，它使用星形拓扑，其中心接入点叫做AP，在MAC层使用CSMA/CA协议。凡使用802.11系列协议的局域网又称为Wi-Fi。

IEEE 802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集BSS，一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个分配系统DS，然后再连接到另一个基本服务集，这样就构成了一个扩展的服务集ESS。

（2）移动自组网络

移动自组网络是无固定基础设施的无线局域网，它又称做自组网络；它是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络，在军用和民用领域都有很好的应用前景。

【注意】常见名词解释（见表9-1）：

表9-1 常见的名词解释

2．802.11局域网的物理层

根据物理层的不同，对应的标准也不同，如表9-2所示是对无线局域网几种标准的简单比较。

表9-2 几种常用的802.11无线局域网

3．802.11局域网的MAC层协议

（1）CSMA/CA协议概述

①无线局域网中的特殊问题

a．隐蔽站问题：因为距离等原因，不能检测出信道上其他站点信号的问题；

b．暴露站问题：无线局域网中，在不发生干扰的情况下，可允许同时多个移动站进行通信。

②CSMA/CA协议

802.11局域网使用CSMA/CA（载波侦听多路访问/碰撞避免）协议，能够尽量减少碰撞发送的概率。

802.11标准还采用虚拟载波监听机制，让源站把它要占用的信道时间（包括目的站发回确认帧所需的时间）及时通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据，这样大大减少了碰撞的机会。

（2）802.11的MAC层

如图9-1所示，802.11的MAC层在物理层的上面，它包括两个子层：

①分布协调功能DCF：不采用任何中心控制，而是在每一个结点使用CSMA机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权，DCF向上提供争用服务，所有的实现都必须有DCF功能；

②点协调功能PCF：使用集中控制的接入算法，用类似于探询的方法把发送数据权轮流交给各个站，从而避免碰撞的产生；对于时间敏感的业务，如分组话音，就应使用提供无争用服务的点协调功能PCF。

图9-1 802.11的MAC层

（3）为了避免碰撞采取的措施

为尽量避免碰撞，802.11规定所有的站在完成发送后，必须再等待帧间间隔IFS后才能发送下一帧，常见两种帧间间隔为：

①SIFS（短帧间间隔）：长度为28μs，它是最短的帧间间隔；

②DIFS（分布协调功能帧间间隔）：它的长度为128μs，在DCF方式中，DIFS用来发送数据帧和管理帧。

（4）CSMA/CA算法

CSMA/CA算法归纳如下：

①若站点最初有数据要发送，且检测到信道空闲，在等待时间DIFS后，就发送整个数据帧。

②否则，站点执行CSMA/CA协议的退避算法。一旦检测到信道忙，就冻结退避计时器；只要信道空闲，退避计时器就进行倒计时。

③当退避计时器时间减少到零时，站点就发送整个帧并等待确认。

④发送站若收到确认，就知道已发送的帧被目的站正确收到了；若还要发送第二帧，就从②开始，执行CSMA/CA协议的退避算法，随机选定一段退避时间。

（5）对信道进行预约

为了更好地解决隐蔽站带来的碰撞问题，802.11允许要发送数据的站对信道进行预约。

4．802.11局域网的MAC帧

802.11帧共有三种类型，即控制帧、数据帧和管理帧；如图9-2所示为802.11的几种帧格式。

图9-2 802.11局域网的帧格式

二、无线个人区域网WPAN

无线个人区域网WPAN是指在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的自组网络，不需要使用接入点AP，整个网络的范围大约在10m左右；例如日常使用的蓝牙系统。

三、无线城域网WMAN

无线城域网（WMAN）是指在地域上覆盖城市及其郊区范围的分布节点之间传输信息的本地分配无线网络。

四、蜂窝移动通信网

1．蜂窝无线通信技术简介

蜂窝移动通信又称为小区制移动通信，它把整个的网络服务区划分成许多小区（“蜂窝”），每个小区设置一个基站，负责本小区各个移动站的联络与控制，移动站的发送或接收都必须经过基站进行收发。

2．移动IP

（1）相关概念（见表9-3）

表9-3 移动IP的相关概念

（2）移动IP通信举例

设通信者B要与移动站A通信，则进行以下步骤：

①B发送给A的数据报被A的归属代理截获；

②归属代理知道A的转交地址，因此归属代理把B发来的数据报进行再封装，新的数据报的目的地址是A现在的转交地址；新封装的数据报发送到被访网络的外地代理；

③被访网络中的外地代理把收到的封装的数据报进行拆封，取出B发送的原始数据报，然后转发给移动站A；这个数据报的目的地址就是A的永久地址，此时A收到B，还得到了B的IP地址；

④如果现在A要向B发送数据报，那么A仍然使用自己的永久地址作为数据报的源地址，用B的IP地址作为数据报的目的地址即可。