数据通信与计算机网络(第二版)
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17
6.4.5 WLAN展望
• IEEE 802.11b 是现在最普及的无线标准， 它在WLAN领域已经占据绝对优势。 • IEEE 802.11a 标准的开发正逢其时，它可 以满足访问要求苛刻的应用：
– 功能更强
• 速率达到54Mbps • 工作在5GHz频段
– 更好的安全性
• 支持VPN
18
6.5.1 无线ATM
19
6.5.1 无线ATM
• 系统结构
WATM信元 ATM信元
B-ISDN /ATM
(具有移动性管理 的ATM交换机）
20
6.5.1 无线ATM
• WATM信元设计
– WATM信元是由ATM信元加上无线帧头封装而成
无线帧头 ATM帧头 (5字节) ATM有效载荷 (48字节) 无线帧尾 (CRC校验)
• “隐藏终端”问题
16
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• IEEE 802.11数据安全
– IEEE 802.11 提供了 MAC 层的访问控制功能和 加 密 机 制 ， 称 为 WEP （ Wired Equivalent Privacy） – 通过服务集标识符（SSID）和访问控制列表限 制访问AP的客户。 – WEP标准的数据加密是提供40位的RC4的加密 算法，客户端必须使用正确的密码才能获得网 络的连接。
*是要求同学了解的，这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求同学自己阅读教材。
2
6.4.1 WLAN概述
• WLAN（Wireless Local Area Network，无 线局域网）是利用无线网络技术实现LAN应 用的产物，它具备LAN和无线网络两方面的 特征。即 WLAN 是以无线信道（ RF 射频技 术）作为传输媒体实现的计算机局域网。 • WLAN采用与有线LAN相同的工作方式，整 个LAN系统是由计算机、服务器、网络操作 系统、无线网卡、无线接入点（ AP ）等组 成。
• 这样可以在有线和无线网络之间提供透明的数据传输， 而帧头处理时间将可以减少到最小。
– WATM帧头的长度对信道的利用率影响很大，目 前有两种帧头设计方案：帧头压缩或增加有效载 荷长度 。 – 由于无线信道的误码率高，在信元尾加入CRC校 验字节用于差错控制，对WATM帧头加以检验。
21
6.5.1 无线ATM
14
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 数据链路层实现
– 数据链路层包括 LLC 和 MAC ，使用和 802.2 完 全相同的LLC层以及48位的MAC地址。 – 类 似 于 IEEE 802.3 的 CSMA/CD ， IEEE 802.11 采 用 新 的 协 议 CSMA/CA （ Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance ，带冲突避免的载波侦听多路访问）
《数据通信与计算机网络（第二版）》 电子教案
笫十六讲
无线局域网和其它无线网络技术
1
本讲内容
第六章 无线网络 6.4 无线局域网（WLAN） 6.4.1 WLAN概述 6.4.2 WLAN的应用和优势 6.4.3 WLAN的基本技术 6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11 6.4.5 WLAN展望 6.5 其它无线网络技术 6.5.1 无线ATM 6.5.2 HiperLAN* 6.5.3 蓝牙（Bluetooth） 6.5.4 HOMERF*
8
6.4.3 WLAN的基本技术
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 1997 年 6 月 IEEE 正式通过 802.11 标准，这 是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，IEEE又提出了IEEE802.11b ―High Rate‖ 标准，用来对 802.11 标准进行 补充 • 2000年8月，IEEE802.11a标准推出 • IEEE802.11 协议主要工作在 ISO 协议的最 低两层，即物理层和数据链路层
– Wi-Fi认证标志
5
6.4.2 WLAN的应用和优势
• 应用模式和应用范围
军用 蜂窝 网络
卫星
AP AP ISP Internet 家庭
AP AP 办公
LAN互联 办公 AP
AP
AP
AP
6
6.4.2 WLAN的应用和优势
• WLAN具有的优势
– 安装便捷、维护方便 – 使用灵活、移动简单 – 经济节约、性价比高 – 易于扩展、大小自如
– MAC层分为MAC子层和MAC管理子层 – 物理层分为三个子层：PLCP（物理层会聚协 议）、 PMD 协议（物理介质相关协议）和物 理层管理子层。 – 还定义了一个站管理子层，它的主要任务是协 调物理层和MAC层之间的交互作用。
13
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 物理层实现
– WATM 技术的实现使无线宽带接入的应用成为 可能，满足人们对无线多媒体业务的需求。 – WATM能方便地与有线的B-ISDN/ATM网络实现 无缝隙的连接。
• WATM 自 1992 年提出以来，越来越受到许 多研究机构和国际标准化组织的重视。
– ATM 论坛对 WATM 的发展十分重视， 1996 年专 门成立了 WATM 工作小组，负责制订用于专用 和公用网络无线接入的WATM技术规范。 – 标准化工作方面
• ATM 技术和无线技术的结合，即无线 ATM （ Wireless ATM ， WATM ），可支持多媒 体业务在无线环境下对QoS的要求。
– ATM网络是为超宽带宽的快速交换连接和可靠 光传输信道设计的。然而无线传输介质是很不 可靠的，而且对于带宽的操作有非常大的限制。 这是WATM实现中最根本性的困难。 – ATM交换技术在设计上是支持QoS的，但这种 QoS是基于和用户终端协商、在整个会话期间 都保持不变的。无线环境下因为信道状态的变 化，要连续支持协商的QoS几乎是不可能的。
9
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 系统结构
– 定义了两种系统：基础结构和Ad-hoc结构
基本业务集(BSS) Ad-hoc 路由器 AP
服务器
MS 基本业务域 (BSA)
MS
– 定义了两种设备类型：无线终端和 AP （ Access PoiHale Waihona Puke Baidut）
• AP的基本业务域（BSA） 和基本业务集（BSS）
• 协议栈模型
WATM
ATM
22
6.5.1 无线ATM
• 一些关键技术
– 物理层技术 调制解调技术必须支持较短的突发同步和具有 较高的频率利用率。此外， FEC （前向差错控 制）也是物理层要完成的功能。 – 多址访问控制协议 MAC协议需具有较高的频谱利用率和较小的处 理延迟，WATM的MAC协议都采用了信道动态 分配算法来支持业务速率的可变。
11
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 协议栈结构
LCC 数据链路层 MAC MAC管理层 站 管 理
PLCP 物理层 PMD PHY管理层
12
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 将 IEEE802 的一些子标准中定义的传统简 单的MAC层和物理层分为更多的子层。
• CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，即只有 当客户端收到返回的 ACK信号后，才能确认送出的 信号已经正确到达。
15
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• CSMA/CA工作流程
– 工作站希望在WLAN中传送数据，如果没有探 测到网络正在传送数据，则在随机选择一个时 间延迟后继续探测，如果WLAN中仍然没有活 动的话，就将数据发送出去； – 接收端的工作站如能收到发送端送出的完整的 数据则返回一个 ACK 数据报，如果这个 ACK 数据报被接收端收到，则数据发送过程完成。 如果该过程没有完成，则发送端等待一个时间 后继续重传。
3
6.4.1 WLAN概述
• WLAN为了满足LAN环境的应用，在多方面 与移动数据网络有很大的差别。
– WLAN及其用户属于拥有此网络的机构 – 二者的数据传输速率差别很大 – WLAN 在系统规模、投资、建设周期上比移动 数据网络都要小得多。
4
• WLAN 有 两 个 主 要 标 准 ： IEEE802.11 和 HiperLAN。
7
• 在 MAC 层以下， IEEE802.11 WLAN 规定了 三种发送及接收技术。
– 扩频技术 采用专门的调制技术，将调制后的信息扩展到很 宽的频带上。主要包括：DSSS和FHSS。 – 窄带技术 数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移 到射频发射出去。 – 红外技术 采用红外线作为传输媒体，具有非常高的频率， 有较强的方向性。
– IEEE802.11由面向数据的计算机通信（有线LAN 技术）发展而来，它主张采用无连接的WLAN； – HiperLAN 由 ETSI 提出，由电信行业发展而来， 它更关注基于连接的WLAN。 – 目前大多数WLAN产品是基于IEEE802.11。
6.4.1 WLAN概述
• 除了国际上的标准化组织外，无线工业生产 厂商也联合起来成立了WECA（Wireless Ethernet Compatibility Alliance）。
28
6.5.3 蓝牙（Bluetooth）
– 一个主单元和一个或多个从单元组成自组网— — 微微网（ piconet ），一个微微网最多只可 以有7个从单元。多个微微网结合形成了散射 网（scatternet）。
29
6.5.3 蓝牙（Bluetooth）
• 为了避免ISM频带的干扰，蓝牙采用了多种 技术
27
6.5.3 蓝牙（Bluetooth）
• 蓝牙工作原理
– 蓝牙使用国际上无需授权的 2.4Ghz 的 ISM 频段。 – 蓝牙设备之间可互相探查，进行连接形成 Adhoc自组网，而不需人为设置。
• 每个设备都是对等的，具有相同的硬件和软件配置， 并以48位的设备地址BD_ADDR来区别。 • 主单元发起并控制连接，从单元被暂时分配一个 3位 的活跃成员地址AM_ADDR以减少通信过程中的信息 流量。
23
6.5.1 无线ATM
– 差错控制 需要较强的差错控制功能。 WATM的差错控制 需针对不同的业务采用不同的方式。 – 越区切换 在越区切换时，应尽量减小对多媒体业务的服 务质量（信元丢失率、延时等）造成的影响， 使多媒体业务的 QoS 在越区切换时仍然能得到 保证。
24
• 技术特点
6.5.1 无线ATM
– 定义在 2.4Ghz 和 5.8GHz 的 ISM 频段内，使用 FHSS和DSSS技术。
• FHSS 技术在 2.4GHz 频段上划分为 75 个 1MHz 的子 频道，接受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。 • DSSS技术将2.4GHz频段划分为14个22MHz的信道， 临近的信道相互重叠，在 14 个信道内只有 3 个信道 不互相覆盖。 • DSSS 在每个 22MHz 信道中传输的数据都被转化成 一个带冗余校验的 chip 数据，它和真实的数据一起 进行传输用来提供错误校验和纠错。
• ETSI负责物理层和DLC层 • ATM论坛负责定义网络功能
25
6.5.2 HiperLAN（自学）
• • • • • 概述 系统结构 协议栈结构 特点 应用前景
26
6.5.3 蓝牙（Bluetooth）
• 蓝牙（ Bluetooth ）是一种短距离的无线数 据与语音通信的开放性全球规范。
– 蓝牙技术能为个人和商业的移动设备的无线连 接带来一次革命，它不需要电缆，能通过短距 离的无线链路使得用户将多种设备方便快速连 接起来进行无缝的语音和数据通信。 – 蓝牙区别于其它无线技术的一个典型特征是它 能基于各设备各自的功能提供“联合使用模 型”。 – 通过数据访问点DAP，蓝牙还可将个人网络连 接到有线的基础设施上。
10
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 一个典型的AP实现
路由器 LAN适配器
802.3LAN DS
LAN适配器 服务器
AP
WLAN适配器
802.11WLAN MS
WLAN适配器
LCC中继 802.3 MAC 802.3 PHY 802.3 MAC 802.3 PHY 802.11 MAC 802.11 PHY 802.11 MAC 802.11 PHY
6.4.5 WLAN展望
• IEEE 802.11b 是现在最普及的无线标准， 它在WLAN领域已经占据绝对优势。 • IEEE 802.11a 标准的开发正逢其时，它可 以满足访问要求苛刻的应用：
– 功能更强
• 速率达到54Mbps • 工作在5GHz频段
– 更好的安全性
• 支持VPN
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6.5.1 无线ATM
19
6.5.1 无线ATM
• 系统结构
WATM信元 ATM信元
B-ISDN /ATM
(具有移动性管理 的ATM交换机）
20
6.5.1 无线ATM
• WATM信元设计
– WATM信元是由ATM信元加上无线帧头封装而成
无线帧头 ATM帧头 (5字节) ATM有效载荷 (48字节) 无线帧尾 (CRC校验)
• “隐藏终端”问题
16
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• IEEE 802.11数据安全
– IEEE 802.11 提供了 MAC 层的访问控制功能和 加 密 机 制 ， 称 为 WEP （ Wired Equivalent Privacy） – 通过服务集标识符（SSID）和访问控制列表限 制访问AP的客户。 – WEP标准的数据加密是提供40位的RC4的加密 算法，客户端必须使用正确的密码才能获得网 络的连接。
*是要求同学了解的，这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求同学自己阅读教材。
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6.4.1 WLAN概述
• WLAN（Wireless Local Area Network，无 线局域网）是利用无线网络技术实现LAN应 用的产物，它具备LAN和无线网络两方面的 特征。即 WLAN 是以无线信道（ RF 射频技 术）作为传输媒体实现的计算机局域网。 • WLAN采用与有线LAN相同的工作方式，整 个LAN系统是由计算机、服务器、网络操作 系统、无线网卡、无线接入点（ AP ）等组 成。
• 这样可以在有线和无线网络之间提供透明的数据传输， 而帧头处理时间将可以减少到最小。
– WATM帧头的长度对信道的利用率影响很大，目 前有两种帧头设计方案：帧头压缩或增加有效载 荷长度 。 – 由于无线信道的误码率高，在信元尾加入CRC校 验字节用于差错控制，对WATM帧头加以检验。
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6.5.1 无线ATM
14
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 数据链路层实现
– 数据链路层包括 LLC 和 MAC ，使用和 802.2 完 全相同的LLC层以及48位的MAC地址。 – 类 似 于 IEEE 802.3 的 CSMA/CD ， IEEE 802.11 采 用 新 的 协 议 CSMA/CA （ Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance ，带冲突避免的载波侦听多路访问）
《数据通信与计算机网络（第二版）》 电子教案
笫十六讲
无线局域网和其它无线网络技术
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本讲内容
第六章 无线网络 6.4 无线局域网（WLAN） 6.4.1 WLAN概述 6.4.2 WLAN的应用和优势 6.4.3 WLAN的基本技术 6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11 6.4.5 WLAN展望 6.5 其它无线网络技术 6.5.1 无线ATM 6.5.2 HiperLAN* 6.5.3 蓝牙（Bluetooth） 6.5.4 HOMERF*
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6.4.3 WLAN的基本技术
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 1997 年 6 月 IEEE 正式通过 802.11 标准，这 是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，IEEE又提出了IEEE802.11b ―High Rate‖ 标准，用来对 802.11 标准进行 补充 • 2000年8月，IEEE802.11a标准推出 • IEEE802.11 协议主要工作在 ISO 协议的最 低两层，即物理层和数据链路层
– Wi-Fi认证标志
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6.4.2 WLAN的应用和优势
• 应用模式和应用范围
军用 蜂窝 网络
卫星
AP AP ISP Internet 家庭
AP AP 办公
LAN互联 办公 AP
AP
AP
AP
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6.4.2 WLAN的应用和优势
• WLAN具有的优势
– 安装便捷、维护方便 – 使用灵活、移动简单 – 经济节约、性价比高 – 易于扩展、大小自如
– MAC层分为MAC子层和MAC管理子层 – 物理层分为三个子层：PLCP（物理层会聚协 议）、 PMD 协议（物理介质相关协议）和物 理层管理子层。 – 还定义了一个站管理子层，它的主要任务是协 调物理层和MAC层之间的交互作用。
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6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 物理层实现
– WATM 技术的实现使无线宽带接入的应用成为 可能，满足人们对无线多媒体业务的需求。 – WATM能方便地与有线的B-ISDN/ATM网络实现 无缝隙的连接。
• WATM 自 1992 年提出以来，越来越受到许 多研究机构和国际标准化组织的重视。
– ATM 论坛对 WATM 的发展十分重视， 1996 年专 门成立了 WATM 工作小组，负责制订用于专用 和公用网络无线接入的WATM技术规范。 – 标准化工作方面
• ATM 技术和无线技术的结合，即无线 ATM （ Wireless ATM ， WATM ），可支持多媒 体业务在无线环境下对QoS的要求。
– ATM网络是为超宽带宽的快速交换连接和可靠 光传输信道设计的。然而无线传输介质是很不 可靠的，而且对于带宽的操作有非常大的限制。 这是WATM实现中最根本性的困难。 – ATM交换技术在设计上是支持QoS的，但这种 QoS是基于和用户终端协商、在整个会话期间 都保持不变的。无线环境下因为信道状态的变 化，要连续支持协商的QoS几乎是不可能的。
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6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 系统结构
– 定义了两种系统：基础结构和Ad-hoc结构
基本业务集(BSS) Ad-hoc 路由器 AP
服务器
MS 基本业务域 (BSA)
MS
– 定义了两种设备类型：无线终端和 AP （ Access PoiHale Waihona Puke Baidut）
• AP的基本业务域（BSA） 和基本业务集（BSS）
• 协议栈模型
WATM
ATM
22
6.5.1 无线ATM
• 一些关键技术
– 物理层技术 调制解调技术必须支持较短的突发同步和具有 较高的频率利用率。此外， FEC （前向差错控 制）也是物理层要完成的功能。 – 多址访问控制协议 MAC协议需具有较高的频谱利用率和较小的处 理延迟，WATM的MAC协议都采用了信道动态 分配算法来支持业务速率的可变。
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6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 协议栈结构
LCC 数据链路层 MAC MAC管理层 站 管 理
PLCP 物理层 PMD PHY管理层
12
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 将 IEEE802 的一些子标准中定义的传统简 单的MAC层和物理层分为更多的子层。
• CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，即只有 当客户端收到返回的 ACK信号后，才能确认送出的 信号已经正确到达。
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6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• CSMA/CA工作流程
– 工作站希望在WLAN中传送数据，如果没有探 测到网络正在传送数据，则在随机选择一个时 间延迟后继续探测，如果WLAN中仍然没有活 动的话，就将数据发送出去； – 接收端的工作站如能收到发送端送出的完整的 数据则返回一个 ACK 数据报，如果这个 ACK 数据报被接收端收到，则数据发送过程完成。 如果该过程没有完成，则发送端等待一个时间 后继续重传。
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6.4.1 WLAN概述
• WLAN为了满足LAN环境的应用，在多方面 与移动数据网络有很大的差别。
– WLAN及其用户属于拥有此网络的机构 – 二者的数据传输速率差别很大 – WLAN 在系统规模、投资、建设周期上比移动 数据网络都要小得多。
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• WLAN 有 两 个 主 要 标 准 ： IEEE802.11 和 HiperLAN。
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• 在 MAC 层以下， IEEE802.11 WLAN 规定了 三种发送及接收技术。
– 扩频技术 采用专门的调制技术，将调制后的信息扩展到很 宽的频带上。主要包括：DSSS和FHSS。 – 窄带技术 数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移 到射频发射出去。 – 红外技术 采用红外线作为传输媒体，具有非常高的频率， 有较强的方向性。
– IEEE802.11由面向数据的计算机通信（有线LAN 技术）发展而来，它主张采用无连接的WLAN； – HiperLAN 由 ETSI 提出，由电信行业发展而来， 它更关注基于连接的WLAN。 – 目前大多数WLAN产品是基于IEEE802.11。
6.4.1 WLAN概述
• 除了国际上的标准化组织外，无线工业生产 厂商也联合起来成立了WECA（Wireless Ethernet Compatibility Alliance）。
28
6.5.3 蓝牙（Bluetooth）
– 一个主单元和一个或多个从单元组成自组网— — 微微网（ piconet ），一个微微网最多只可 以有7个从单元。多个微微网结合形成了散射 网（scatternet）。
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6.5.3 蓝牙（Bluetooth）
• 为了避免ISM频带的干扰，蓝牙采用了多种 技术
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6.5.3 蓝牙（Bluetooth）
• 蓝牙工作原理
– 蓝牙使用国际上无需授权的 2.4Ghz 的 ISM 频段。 – 蓝牙设备之间可互相探查，进行连接形成 Adhoc自组网，而不需人为设置。
• 每个设备都是对等的，具有相同的硬件和软件配置， 并以48位的设备地址BD_ADDR来区别。 • 主单元发起并控制连接，从单元被暂时分配一个 3位 的活跃成员地址AM_ADDR以减少通信过程中的信息 流量。
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6.5.1 无线ATM
– 差错控制 需要较强的差错控制功能。 WATM的差错控制 需针对不同的业务采用不同的方式。 – 越区切换 在越区切换时，应尽量减小对多媒体业务的服 务质量（信元丢失率、延时等）造成的影响， 使多媒体业务的 QoS 在越区切换时仍然能得到 保证。
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• 技术特点
6.5.1 无线ATM
– 定义在 2.4Ghz 和 5.8GHz 的 ISM 频段内，使用 FHSS和DSSS技术。
• FHSS 技术在 2.4GHz 频段上划分为 75 个 1MHz 的子 频道，接受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。 • DSSS技术将2.4GHz频段划分为14个22MHz的信道， 临近的信道相互重叠，在 14 个信道内只有 3 个信道 不互相覆盖。 • DSSS 在每个 22MHz 信道中传输的数据都被转化成 一个带冗余校验的 chip 数据，它和真实的数据一起 进行传输用来提供错误校验和纠错。
• ETSI负责物理层和DLC层 • ATM论坛负责定义网络功能
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6.5.2 HiperLAN（自学）
• • • • • 概述 系统结构 协议栈结构 特点 应用前景
26
6.5.3 蓝牙（Bluetooth）
• 蓝牙（ Bluetooth ）是一种短距离的无线数 据与语音通信的开放性全球规范。
– 蓝牙技术能为个人和商业的移动设备的无线连 接带来一次革命，它不需要电缆，能通过短距 离的无线链路使得用户将多种设备方便快速连 接起来进行无缝的语音和数据通信。 – 蓝牙区别于其它无线技术的一个典型特征是它 能基于各设备各自的功能提供“联合使用模 型”。 – 通过数据访问点DAP，蓝牙还可将个人网络连 接到有线的基础设施上。
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6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 一个典型的AP实现
路由器 LAN适配器
802.3LAN DS
LAN适配器 服务器
AP
WLAN适配器
802.11WLAN MS
WLAN适配器
LCC中继 802.3 MAC 802.3 PHY 802.3 MAC 802.3 PHY 802.11 MAC 802.11 PHY 802.11 MAC 802.11 PHY