無線局域網(wǎng)WLAN

1、無線局域網(wǎng)WLAN無線局域網(wǎng)提供了移動(dòng)接入的功能，這就給許多需要發(fā)送數(shù)據(jù)但不能坐在辦公室的人提供了方便其次局域網(wǎng)絡(luò)管理的主要工作之一就是鋪設(shè)電纜或是檢查電纜是否斷線這種耗時(shí)的工作，很容易令人煩躁，也不容易在短時(shí)間內(nèi)找出斷線所在。由于配合企業(yè)及應(yīng)用環(huán)境不斷的更新與發(fā)展，原有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)必須配合重新布局，需要重新安裝網(wǎng)絡(luò)線路。雖然電纜本身并不貴，可是請(qǐng)技術(shù)人員來配線的成本很高，尤其是老舊的大樓，配線工程費(fèi)用就更高了。而用無線局域網(wǎng)則比較容易。在局域網(wǎng)剛剛問世后的一段時(shí)間，無線局域網(wǎng)的發(fā)展比較緩慢，其原因是價(jià)格貴、數(shù)據(jù)傳輸率低、安全性較差，以及使用登記手續(xù)復(fù)雜(使用無線電頻率必須得到有關(guān)部門的批準(zhǔn))。

2、但自20世紀(jì)80年代末以來，由于人們工作和生活節(jié)奏的加快以及移動(dòng)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，無線局域網(wǎng)絡(luò)也就逐步進(jìn)入市場。無線局域網(wǎng)簡稱WLAN(WirelessLocalAreaNetworks)。無線局域網(wǎng)可分為兩大類，第一類是有固定基礎(chǔ)設(shè)施的，第二類是無固定基礎(chǔ)設(shè)施的。所謂“固定基礎(chǔ)設(shè)施”是指預(yù)先建立起來的，能夠覆蓋一定地理范圍的一批固定基站。大家經(jīng)常使用的蜂窩移動(dòng)電話就是利用移動(dòng)電信公司預(yù)先建立的覆蓋全國的大量固定基站來接通用戶手機(jī)撥打打電話。無線局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)概述：基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)允許在局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用可以不必授權(quán)的ISM頻段中的2.4GHz或5GHz射頻波段進(jìn)行無

3、線連接。它們被廣泛應(yīng)用，從家庭到企業(yè)再到Internet接入熱點(diǎn)。簡單的家庭無線WLAN:在家庭無線局域網(wǎng)最通用和最便宜的例子，如圖1所示，一臺(tái)設(shè)備作為防火墻，路由器，交換機(jī)和無線接入點(diǎn)。這些無線路由器可以提供廣泛的功能，例如：保護(hù)家庭網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)離外界的入侵。允許共享一個(gè)ISP(Internet服務(wù)提供商)的單一IP地址。可為4臺(tái)計(jì)算機(jī)提供有線以太網(wǎng)服務(wù)，但是也可以和另一個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)或集線器進(jìn)行擴(kuò)展。為多個(gè)無線計(jì)算機(jī)作一個(gè)無線接入點(diǎn)。通?；灸K提供2.4GHz802.11b/g操作的Wi-Fi,而更高端模塊將提供雙波段Wi-Fi或高速M(fèi)IMO性能。雙波段接入點(diǎn)提供2.4GHz802.11b/g

4、/n和5.8GHz802.11a性能，而MIMO接入點(diǎn)在2.4GHz范圍中可使用多個(gè)射頻以提高性能。雙波段接入點(diǎn)本質(zhì)上是兩個(gè)接入點(diǎn)為一體并可以同時(shí)提供兩個(gè)非干擾頻率，而更新的MIMO設(shè)備在2.4GHz范圍或更高的范圍提高了速度。2.4GHz范圍經(jīng)常擁擠不堪而且由于成本問題，廠商避開了雙波段MIMO設(shè)備。雙波段設(shè)備不具有最高性能或范圍，但是允許你在相對(duì)不那么擁擠的5.8GHz范圍操作，并且如果兩個(gè)設(shè)備在不同的波段，允許它們同時(shí)全速操作。家庭網(wǎng)絡(luò)中的例子并不常見。該拓?fù)滟M(fèi)用更高但是提供了更強(qiáng)的靈活性。路由器和無線設(shè)備可能不提供高級(jí)用戶希望的所有特性。在這個(gè)配置中，此類接入點(diǎn)的費(fèi)用可能會(huì)超過一個(gè)相當(dāng)

5、的路由器和AP一體機(jī)的價(jià)格，歸因于市場中這種產(chǎn)品較少，因?yàn)槎鄶?shù)人喜歡組合功能。一些人需要更高的終端路由器和交換機(jī)，因?yàn)檫@些設(shè)備具有諸如帶寬控制，千兆以太網(wǎng)這樣的特性，以及具有允許他們擁有需要的靈活性的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。1.IEEE802.11對(duì)于第一類有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)，1997年IEEE制定出無線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)802.11W-IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)。802.11a是802.11原始標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)修訂標(biāo)準(zhǔn)，于1999年獲得批準(zhǔn)。2003年5月，我國頒布了WLAN的國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)采用了ISO/IEC8802-11系列國際標(biāo)準(zhǔn)，并針對(duì)WLAN的安全問題，把國家對(duì)密碼算法和無線電頻率的要求納入

6、進(jìn)來。有關(guān)無線局域網(wǎng)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)都可以從因特網(wǎng)下載W-IEEE802.802.11是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)。但簡單地說，802.11是無限以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，它使用星型拓?fù)?，其中心叫做接入點(diǎn)AP(AccessPoint),在MAC層使用CSMA/CA協(xié)議。凡使用802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)又稱為Wi-Fi(Wireless-Fidelity，意思是“無線保真度”)W-WiFi。因此在許多文獻(xiàn)中，Wi-Fi幾乎成了WLAN的同義詞。802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無線局域網(wǎng)的最小構(gòu)件是基本服務(wù)集BSS(BasicServiceSet)。一個(gè)基本服務(wù)集BSS包括一個(gè)基站和若干個(gè)移動(dòng)站，所有的站在本BSS以內(nèi)都可以直接通

7、信，但在和本BSS意外的站通信時(shí)都必須通過本BSS的基站。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理員安裝AP時(shí)，必須為該AP分配一個(gè)不超過32字節(jié)的服務(wù)集標(biāo)識(shí)符SSID(ServiceSetIDentifier)和一個(gè)信道。SSID其實(shí)是指使用該AP的無線局域網(wǎng)的名字。一個(gè)基本服務(wù)集BSS所覆蓋的地理范圍叫做一個(gè)基本服務(wù)區(qū)BSA(BasicServiceArea)?；痉?wù)區(qū)BSA的范圍直徑一般不超過100米。一個(gè)基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點(diǎn)AP連接到一個(gè)分配系統(tǒng)DS(DistributionSystem),然后再連接到另一個(gè)基本服務(wù)集，這樣就構(gòu)成了一個(gè)擴(kuò)展的服務(wù)集ESS(ExtendedServiceSet)o

8、(圖1)分配系統(tǒng)的作用就是使擴(kuò)展的服務(wù)集ESS對(duì)上層的表現(xiàn)就像一個(gè)基本服務(wù)集BSS一樣。分配系統(tǒng)可以使用以太網(wǎng)(這是最常用的)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路或其他無線網(wǎng)絡(luò)。擴(kuò)展服務(wù)集ESS還可為無線用戶提供到802.X局域網(wǎng)(也就是非802.11無線局域網(wǎng))的接入。這種接入是通過叫做Portal(門戶)的設(shè)各來實(shí)現(xiàn)的。Portal是802.11定義的新名詞，其實(shí)它的作用就相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)橋。在一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)集內(nèi)的幾個(gè)不同的本服務(wù)集也可能有相交的部分。在圖1中的移動(dòng)站A如果要和另一個(gè)基本服務(wù)集中的移動(dòng)站B通信，就必須經(jīng)過兩個(gè)接入點(diǎn)AP和AP2,即A一AP,一AP2-B。我們應(yīng)當(dāng)注意到，從APi到AP2的通信是使用有線傳

9、輸?shù)?。分配系統(tǒng)DS漫游J.蚌展的服務(wù)集ESS至其他302.x局域隨一基親服務(wù)集：七.七基本能易象、,BSS圖1IEEE802.11的基本服務(wù)集BSS和擴(kuò)展服務(wù)集ESS圖1還畫出了移動(dòng)站A從一個(gè)基本服務(wù)集漫游到另一個(gè)基本服務(wù)集(圖中的A'),而仍然可保持與另一個(gè)移動(dòng)站B的通信，但A在不同的基本服務(wù)集所使用的接入點(diǎn)AP改變了。基本服務(wù)集的服務(wù)范圍是由移動(dòng)站所發(fā)射的電磁波的輻射范圍確定的，在圖1中用一個(gè)橢圓來表示基本服務(wù)集的服務(wù)范圍，當(dāng)然實(shí)際上的服務(wù)范圍可能是很不規(guī)則的幾何形狀。802.11標(biāo)準(zhǔn)并沒有定義如何實(shí)現(xiàn)漫游，但定義了一些基本的工具。例如，一個(gè)移動(dòng)站若要加入到一個(gè)基本服務(wù)集BSS,就

10、必須先選擇一個(gè)接入點(diǎn)AP,并與此接入點(diǎn)建立關(guān)聯(lián)(association)。建立關(guān)聯(lián)就表示這個(gè)移動(dòng)站加入了選定的AP所屬的子網(wǎng)，并和這個(gè)接入點(diǎn)AP之間創(chuàng)建了一個(gè)虛擬線路。只有關(guān)聯(lián)的AP才向這個(gè)移動(dòng)站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而這個(gè)移動(dòng)站也只有通過關(guān)聯(lián)的AP才能向其他站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀。這和手機(jī)開機(jī)后必須和某個(gè)基站建立關(guān)聯(lián)的概念是相似的。若移動(dòng)站使用重建關(guān)聯(lián)（reassociation）服務(wù)，就可把這種關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)接入點(diǎn)。當(dāng)使用分離（dissociation）服務(wù)時(shí)，就可終止這種關(guān)聯(lián)。移動(dòng)站與接入點(diǎn)AP建立關(guān)聯(lián)的方法有兩種。一種是被動(dòng)掃描，即移動(dòng)站等待接收接入點(diǎn)AP周期性發(fā)出的（例如每秒10次或100次）信標(biāo)幀

11、（beaconframe）。信標(biāo)幀中包含有若干系統(tǒng)參數(shù)（如服務(wù)集標(biāo)識(shí)符SSID以及支持的速率等）。另一種是主動(dòng)掃描，即移動(dòng)站主動(dòng)發(fā)出探測請(qǐng)求幀（proberequestframe）,然后等待從接入點(diǎn)發(fā)回的探測晌應(yīng)幀（proberesponseframe）。由于無線局域網(wǎng)己非常普及，因此現(xiàn)在無論是筆記本電腦或臺(tái)式計(jì)算機(jī)，其主板上都己經(jīng)有了內(nèi)置的無線局域網(wǎng)適配器（也就是無線網(wǎng)），因而不需要再插入外置的無線網(wǎng)卡了。無線局域網(wǎng)的適配器能夠?qū)崿F(xiàn)802.11的物理層和MAC層的功能。只要在無線局域網(wǎng)信號(hào)覆蓋的地方，用戶就能夠通過接入點(diǎn)AP連接到因特網(wǎng)由于無線信道的使用日益增多，囚此現(xiàn)在也出現(xiàn)了無線因特網(wǎng)服

12、務(wù)提供者WISP（WirelessInternetServiceProvider）這一名詞。用戶可以通過無線信道接入到WISP,然后再經(jīng)過無線信道接入到因特網(wǎng)。若無線局域網(wǎng)不提供免費(fèi)接入，那么用戶就必須在和附近的接入點(diǎn)AP建立關(guān)聯(lián)時(shí)，鍵入已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商注冊(cè)登記的用戶密碼（這時(shí)的通信是加了密的）。如鍵入正確，才能和在該網(wǎng)絡(luò)中的AP建立關(guān)聯(lián)。在無線局域網(wǎng)發(fā)展初期，這種接入加密方案稱為WEP（WiredEquivalentPrivacy,意思是“有線等效的保密”），它曾經(jīng)是19”年通過的IEEE802.11b的標(biāo)準(zhǔn)中的一部分。然而WEP的加密方案相對(duì)比較容易被破譯，囚此現(xiàn)在的無線局域網(wǎng)普遍采用了保

13、密性更好的加密方案WPA（WiFiProtectedAccess）,意思是“無線局域網(wǎng)受保護(hù)的接入”或其第二個(gè)版本W(wǎng)PA2。2.移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)另一類無線局域網(wǎng)是無囿定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)，它又叫做自組網(wǎng)絡(luò)（adhocnetwork。這種自組網(wǎng)絡(luò)沒有上述基本服務(wù)集中的接入點(diǎn)AP,而是由一些處于平等狀態(tài)的移動(dòng)站之間相互通信組成的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)（圖2）。圖中還畫出了當(dāng)移動(dòng)站A和E通信時(shí)，是經(jīng)過A-B,B-C,C-D和最后D-E這樣一連串的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過程。因此，在從源結(jié)點(diǎn)A到目的結(jié)點(diǎn)E的路徑中的移動(dòng)站B,C和D都是轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)，這些結(jié)點(diǎn)都具有路由器的功能。由于自組網(wǎng)絡(luò)沒有預(yù)先建好的網(wǎng)絡(luò)固定基礎(chǔ)設(shè)施（基站），因此自組

14、網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)范圍通常是圖2由處于平等狀態(tài)的一些便攜機(jī)構(gòu)成的白組網(wǎng)絡(luò)自組網(wǎng)絡(luò)通常是這樣構(gòu)成的：一些可移動(dòng)的設(shè)備發(fā)現(xiàn)在它們附近還有其他的可移動(dòng)設(shè)各，并且要求和其他移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行通信。另一個(gè)重要問題是多播。在移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)中往往需要將某個(gè)重要信息同時(shí)向多個(gè)移動(dòng)站傳送。這種多播比固定結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的多播要復(fù)雜得多，需要有實(shí)時(shí)性好而效率又高的多播協(xié)議。在移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)中，安全問題也是一個(gè)更為突出的問題。近年來，移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)子集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(WirelessSensorNetwork)引起了人們廣泛的關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器結(jié)點(diǎn)通過無線通信技術(shù)構(gòu)成的自組網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用就是進(jìn)行各種數(shù)

15、據(jù)的采集、處理和傳輸，一般并不需要很高的帶寬，但是在大部分時(shí)間必須保持低功耗，以節(jié)省電池的消耗。由于無線傳結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)容量受限，因此對(duì)協(xié)議棧的大小有嚴(yán)格的限制。此外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性、結(jié)點(diǎn)自動(dòng)配置、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)重組等方面有一定的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球98%的處理器并不在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中，而是處在各種家電設(shè)備、運(yùn)輸工具以及工廠的機(jī)器中。如果在這些設(shè)各上能夠嵌入合適的傳感器和無線通信功能，就可能移動(dòng)站之間相互通信組成的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)IP并不相同，即使在和因特網(wǎng)相連時(shí)，移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)也是以殘樁網(wǎng)絡(luò)(stubnetwork)方式工作的。根據(jù)物理層的不同(如工作頻段、數(shù)據(jù)率、調(diào)制方法等)，8

16、02.11無線局域網(wǎng)可再細(xì)分為不同的類型?，F(xiàn)在最流行的無線局域網(wǎng)是802.11b,而另外兩種(802.11a和802.11g)的產(chǎn)品也廣泛存在。2009年還頒布了新的標(biāo)準(zhǔn)802.11n。表1是這四種無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的簡單比較。在今后的幾年內(nèi)可能還會(huì)有一些更高速率的無線局域網(wǎng)在市場上流行。會(huì)務(wù)1尺釉南用的無線房港網(wǎng)表1幾種常用的80211無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)最初還使用過跳頻擴(kuò)頻FHSS(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)和紅外技術(shù)IR(InfraRed)，但現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。以上四種標(biāo)準(zhǔn)都使用共同的媒體接入控制協(xié)議，都可以用于有固定基礎(chǔ)設(shè)施的或無固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域

17、網(wǎng)。對(duì)于最常用的802.11b無線局域網(wǎng)，所工作的2.42.485GHz頻率范圍中有85MHz的帶寬可用。802.11b定義了11個(gè)部分重疊的信道集，但僅當(dāng)兩個(gè)信道由四個(gè)或更多信道隔開時(shí)它們才無重疊。其中，信道1,6和11的集合是唯一的三個(gè)非重疊信道的集合。因此，在同一個(gè)位置上可以設(shè)置三個(gè)AP,并分別給它們分配信道1,6和11,然后用一個(gè)交換機(jī)把這三個(gè)AP連接起來，這樣就可以構(gòu)成一個(gè)最大傳輸速率為33Mb/s的無線局域網(wǎng)。在無線局域網(wǎng)中，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先對(duì)媒體進(jìn)行載波監(jiān)聽。如發(fā)現(xiàn)有其他站在發(fā)送數(shù)據(jù)，就推遲發(fā)送以免發(fā)生碰撞。這樣做是合理的。但問題是“碰撞檢測”(CD)在無線環(huán)境下卻不能使用。理由

18、如下：(1)“碰撞檢測”要求丁個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時(shí)，還必須不間斷地檢測信道。一旦檢測到碰撞，就立即停止發(fā)送。但由于無線信道的傳輸條件特殊，其信號(hào)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)范圍非常大，因此在8(19)。11適配器上接收到的信號(hào)強(qiáng)度往往會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)送信號(hào)的強(qiáng)度(信號(hào)強(qiáng)度可能相差百萬倍)。如要在無線局域網(wǎng)的適配器上實(shí)現(xiàn)檢測到碰撞，在硬件上需要的花費(fèi)就會(huì)過大。(2)更重要的是，即使我們能夠在硬件上實(shí)現(xiàn)無線局域網(wǎng)的碰撞檢測功能，我們?nèi)匀粺o法避免碰撞的發(fā)生。這就表明，無線局域網(wǎng)不需要進(jìn)行碰撞檢測。一“無線局域網(wǎng)不需要進(jìn)行碰撞檢測”是由無線信道本身的特點(diǎn)決定的。我們知道，無線電波能夠向所有的方向傳播，且其傳播距離受限

19、。當(dāng)電磁波在傳播過程中遇到障礙物時(shí)，其傳播距離就會(huì)受到限制。如圖9-4所示的例子表示了無線局域網(wǎng)的特殊問題。圖中給出兩個(gè)無線移動(dòng)站A和B,以及接入點(diǎn)AP。我們假定無線電信號(hào)傳播的范圍是以發(fā)送站為圓心的一個(gè)圓形面積。錯(cuò)誤！圖3無線局域網(wǎng)中的特殊問題圖3(a)表示站點(diǎn)A和C都想和B通信。但A和C相距較遠(yuǎn)，彼此都聽不見對(duì)方。當(dāng)A和C檢測到信道空閑時(shí)，就都向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生了碰撞。G6BK-1114P-US-5V這種未能檢測出信道上其他站點(diǎn)信號(hào)的問題叫做隱蔽站問題(hiddenstationproblem)。圖3(b)給出了另一種情況。站點(diǎn)B向A發(fā)送數(shù)據(jù)。而C叉想和D通信。但C檢測到信道忙，于是就

20、不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)，其實(shí)B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D發(fā)送數(shù)據(jù)(如果這時(shí)不是B向A發(fā)送數(shù)據(jù)而是A向B發(fā)送數(shù)據(jù)，則當(dāng)C向D發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就會(huì)干擾B接收A發(fā)來的數(shù)據(jù))。這就是暴露站問題(exposedstationproblem)。在無線局域網(wǎng)中，在不發(fā)生干擾的情況下，可允許同時(shí)多個(gè)移動(dòng)站進(jìn)行通信。這點(diǎn)與有線局域網(wǎng)有很大的差別。由此可見，無線局域網(wǎng)可能出現(xiàn)檢測錯(cuò)誤的情況：檢測到信道空閑，其實(shí)并不空閑；而檢測到信道忙，其實(shí)并不忙。我們知道，CSMA/CD有兩個(gè)要點(diǎn)，一是發(fā)送前先檢測信道，信道空閑就立即發(fā)送，信道忙就隨機(jī)推遲發(fā)送；二是邊發(fā)送邊檢測信道，一發(fā)現(xiàn)碰撞就立即停止發(fā)送。因此，偶爾發(fā)生的碰撞并不會(huì)使局域

21、網(wǎng)的運(yùn)行效率降低很多。但無線局域網(wǎng)不能使用碰撞檢測，只要開始發(fā)送數(shù)據(jù)，就一定把整個(gè)幀發(fā)送完畢。由此可見，如果在無線局域網(wǎng)的發(fā)送過程中，一旦發(fā)生了碰撞，那么整個(gè)信道資源在這段時(shí)間就白白浪費(fèi)了。因此，無線局域網(wǎng)應(yīng)當(dāng)盡量減少碰撞的發(fā)生。802.11局域網(wǎng)就使用CSMA/CA協(xié)議。CA表示CollisionAvoidance，是碰撞避免的意思，或者說，協(xié)議的設(shè)計(jì)是要盡量減少碰撞發(fā)生的概率。802.11局域網(wǎng)在使用CSMA/CA的同時(shí)，還使用停止等待協(xié)議。這是因?yàn)闊o線信道的通信質(zhì)量遠(yuǎn)不如有線信道的，因此無線站點(diǎn)每通過無線局域網(wǎng)發(fā)送完一幀后，要等到收到對(duì)方的確認(rèn)幀后才能繼續(xù)發(fā)送下一幀。這叫做鏈路層確認(rèn)。8

22、02.11標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了獨(dú)特的MAC層(圖4)。它通過協(xié)調(diào)功能CCoordinationFunction)來確定在基本服務(wù)集BSS中的移動(dòng)站，在什么時(shí)間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。802.11的MAC層在物理層的上面，它包括兩個(gè)子層。HjfdiiuitHJOJ:kincti4)n!分布我HI助俺DCFtill7rlhnii<*dZe出Fimvsinm)illMACA)圖4802.11的MAC層(1)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction。DCF不采用任何中心控制，而是在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)使用CSNIA機(jī)制的分布式接入算法，讓各個(gè)站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。因此D

23、CF向上提供爭用服務(wù)。802.11協(xié)議規(guī)定，所有的實(shí)現(xiàn)都必須有DCF功能。(2)點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)。PCF是選項(xiàng)，是用接入點(diǎn)AP集中控制整個(gè)BSS內(nèi)的活動(dòng)，囚此自組網(wǎng)絡(luò)就沒有PCF子層。PCF使用集中控制的接入算法，類似于探詢的方法把發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個(gè)站，避免了碰撞的產(chǎn)生。對(duì)于時(shí)間敏感的業(yè)務(wù)，如分組話音，就應(yīng)使用提供無爭用服務(wù)的點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF。為了盡量避免碰撞，802.11規(guī)定，所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時(shí)問(繼續(xù)監(jiān)聽)才能發(fā)送下一幀。這段時(shí)間通稱為幀間間隔IFS(InterFramespace)。幀間間隔的長短取決于該

24、站要發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級(jí)幀需要等待的時(shí)間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，但低優(yōu)先級(jí)幀就必須等待較長的時(shí)間。至于各種幀間間隔的具體長度，則取決于所使用的物理層特性。下面解釋最常用的兩種幀間間隔的作用(參考圖5):DIFS時(shí)間源站有幀要發(fā)送目的站DIFS爭用窗|口SIFS發(fā)送下一幀NAV(媒體忙)等待重試時(shí)間發(fā)送第1幀CK時(shí)間有幀要發(fā)送推遲接入媒體空閑圖5CSMA/CA協(xié)議的工作原理(1) SIFS,即短(short)幀間間隔，長度為28Ns。SIFS是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對(duì)話的各幀。(2) DIFS,即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔，它比SIFS的幀間間隔要長得多，長度為128I%。在DCF

25、方式中，DIFS用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。CSMA/CA協(xié)議的工作原理可用圖5來說明。要發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測信道。在802.11通過收到的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度是否標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了在物理層的空中接口進(jìn)行物理層的載波監(jiān)聽。超過一定的門限數(shù)值，就可判斷是否有其他的移動(dòng)站在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)源站發(fā)送它的第一個(gè)MAC幀時(shí)，若檢測到信道空閑，則在等待一段時(shí)間DIFS后就可發(fā)送。802.11標(biāo)準(zhǔn)還采用了一種叫彳虛擬載波監(jiān)聽（VirtualCarrierSense）的機(jī)制，這就是讓源站把它要占用信道的時(shí)間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時(shí)間）及時(shí)通知給所有其他站，以便使其他所有站在這一段時(shí)間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣就大大減少了碰撞

26、的機(jī)會(huì)。“虛擬載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒有監(jiān)聽信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。所謂“源站的通知”就是源站在其MAC幀首部中的第二個(gè)字段“持續(xù)時(shí)間”中，填入了在本幀結(jié)束后還將要占用信道多少時(shí)間（以微秒為單位），包括目的站發(fā)送確認(rèn)幀所需的時(shí)間。當(dāng)一個(gè)站檢測到正在信逍中傳送的MAC幀首部的“持續(xù)時(shí)間”字段時(shí)，就調(diào)整自己的網(wǎng)絡(luò)分配向量NAV（NetworkAllocationVector）。NAV指出了必須經(jīng)過多少時(shí)間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài).因此，某個(gè)站認(rèn)為信道處于忙態(tài)就有兩種可能，一種可能是由于其物理層的載波監(jiān)聽檢測

27、到信道忙，另一種可能就是由于V1AC層的虛擬載波監(jiān)聽機(jī)制指出了信道忙。一圖5指出，當(dāng)信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時(shí)，任何一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，只要不是要發(fā)送的第一個(gè)幀，不僅都必須等待一個(gè)DIFS的間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，并計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)間，以便再次重新試圖接入到信道。請(qǐng)讀者注意，在以太網(wǎng)的CSMA/CD協(xié)議中，要發(fā)送數(shù)據(jù)的站，在監(jiān)聽到信道變?yōu)榭臻e就立即發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行碰撞檢測。如果發(fā)生了碰撞，就執(zhí)行退避算法。但在8n.11標(biāo)準(zhǔn)的C啞£A協(xié)議中，因?yàn)闆]有像以太網(wǎng)那樣的碰撞檢測機(jī)制，所以，在信道從忙態(tài)轉(zhuǎn)為空閑時(shí)，各站就要執(zhí)行退避算法。這樣做就減少了發(fā)生碰撞的概率。802.11標(biāo)準(zhǔn)也是使用二進(jìn)

28、制指數(shù)退避算法，1具體做法稍有不同。這就是：第次退避就在'+7個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)地選擇一個(gè)。這就是說，第1次退避是在8個(gè)時(shí)隙（而不是2個(gè)）中隨機(jī)選擇一個(gè)，而第2次退避是在16個(gè)時(shí)隙（而不是4個(gè)）中隨機(jī)選擇一個(gè)。當(dāng)某個(gè)要發(fā)送數(shù)據(jù)的站，使用退避算法選擇了爭用窗口中的某個(gè)時(shí)隙后，就根據(jù)該時(shí)隙的位置設(shè)置一個(gè)退避計(jì)時(shí)器（backofftimer）。當(dāng)退避計(jì)時(shí)器的時(shí)間減小到零時(shí)，就開始發(fā)送數(shù)據(jù)。也可能當(dāng)退避計(jì)時(shí)器的時(shí)間還未減小到零時(shí)而信道又轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)，這時(shí)就凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器的數(shù)值，重新等待信道變?yōu)榭臻e，再經(jīng)過時(shí)間DIFS后，繼續(xù)啟動(dòng)退避計(jì)時(shí)器（從剩下的時(shí)間開始）。這種規(guī)定有利于繼續(xù)啟動(dòng)退避計(jì)時(shí)器的站更早地

29、接入到信道中。口膝gniFS叫$-i,帶川川d.4伍啊門閾勒寸心t段圖圖6802.11的退避機(jī)制圖6表示當(dāng)A正在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，B,C和D都有數(shù)據(jù)要發(fā)送（用向上的箭頭表示）。由于這三個(gè)站都檢測到信道忙，因此都要執(zhí)行退避算法，各自隨機(jī)退避一段時(shí)間再發(fā)送數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，退避時(shí)間必須是整數(shù)倍的時(shí)隙時(shí)間。這里決定退避時(shí)間的變量i稱為退避變量。退避時(shí)間選定后，就相當(dāng)于設(shè)置了一個(gè)退避計(jì)時(shí)器(backofftimer)。站點(diǎn)每經(jīng)歷一個(gè)時(shí)隙的時(shí)間就檢測一次信道。這可能發(fā)生兩種情況:若檢測到信道空閑，退避計(jì)時(shí)器就繼續(xù)倒計(jì)時(shí);若檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器的剩余時(shí)間，重新等待信道變?yōu)榭臻e并再經(jīng)過時(shí)間DIFS后，從剩

30、余時(shí)間開始繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。如果退避計(jì)時(shí)器的時(shí)間減小到零時(shí)，就開始發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)幀。從圖9-7可以看出，C的退避計(jì)時(shí)器最先減到零，于是C立即把整個(gè)數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。請(qǐng)注意，A發(fā)送完數(shù)據(jù)后信道就變?yōu)榭臻e。C的退避計(jì)時(shí)器一直在倒計(jì)時(shí)。當(dāng)C在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，B和D檢測到信道忙，就凍結(jié)各自的退避計(jì)時(shí)器的數(shù)值，重新期待信道變?yōu)榭臻e。正在這時(shí)E也想發(fā)送數(shù)據(jù)。由于E檢測到信道，卜t,因此E就執(zhí)行退避算法和設(shè)置退避計(jì)時(shí)器。凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器剩余時(shí)間的做法是為了使協(xié)議對(duì)所有站點(diǎn)更加公平。CSMA/CA算法歸納如下：(1)若站點(diǎn)最初有數(shù)據(jù)要發(fā)送(而不是發(fā)送不成功再進(jìn)行重傳)，且檢測到信道空閑，在等待時(shí)間DIFS后，就發(fā)送整個(gè)

31、數(shù)據(jù)幀。(2)否則，站點(diǎn)執(zhí)行CSMA/CA協(xié)議的退避算法。一旦檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器。只要信道空閑，退避計(jì)時(shí)器就進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。(3)當(dāng)退避計(jì)時(shí)器時(shí)間減少到零時(shí)(這時(shí)信道只可能是空閑的)，站點(diǎn)就發(fā)送整個(gè)的幀并等待確認(rèn)。(4)發(fā)送站若收到確認(rèn)，就知道已發(fā)送的幀被目的站正確收到了。這時(shí)如果要發(fā)送第二幀，就要從上面的步驟(2)開始，執(zhí)行CSMA/CA協(xié)議的退避算法，隨機(jī)選定一段退避時(shí)間。若源站在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有收到確認(rèn)幀ACK(由重傳計(jì)時(shí)器控制這段時(shí)間)，就必須重傳此幀(再次使用CSMA/CA協(xié)議爭用接入信道)，直到收到確認(rèn)為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)

32、，僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測到信道是空閑的，并且這個(gè)數(shù)據(jù)幀是它想發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)幀。除此以外的所有情況，都必須使用退避算法。具體來說，以下幾種情況都必須使用退避算法：(1)在發(fā)送第一個(gè)幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。(2)每一次的重傳。(3)每一次的成功發(fā)送后再要發(fā)送下一幀。為了更好地解決隱蔽站帶來的碰撞問題，802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對(duì)信道進(jìn)行預(yù)約。具體的做法是這樣的。如圖7所示，源站在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個(gè)短的控制幀，叫做請(qǐng)求發(fā)送RTS(RequestTosend),它包括源地址、目的地址和這次通信(包括相應(yīng)的確認(rèn)幀)所需的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)然，源站在發(fā)送RTS幀之前，必須先監(jiān)聽信道

33、。若信道空閑，則等待一段時(shí)間DIFS后，就能夠發(fā)送RTS幀了。若目的站正確收到源站發(fā)來的RTS幀，且媒體空閑，等待一段時(shí)間SIFS后，就發(fā)送一個(gè)響應(yīng)控制幀，叫做允許發(fā)送CTS(ClearToSend),它也包括這次通信所需的持續(xù)時(shí)間(從RTS幀中將此持續(xù)時(shí)間復(fù)制到CTS幀中)。源站收到CTS幀后，再等待一段時(shí)間&FSB,就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。若目的站正確收到了源站發(fā)來的數(shù)據(jù)幀，在等待時(shí)間SIFS后，就向源站發(fā)送確認(rèn)幀ACK。錯(cuò)誤！UFB快*心L*hEH氣堵RTtWlRCTS/11際-It發(fā)送RTS幀和CTS幀以避免碰撞使用RTS幀和CTS幀會(huì)使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信效率有所下降。但由于這兩種控制幀

34、都很短，其長度分別為20字節(jié)和14字節(jié)，與數(shù)據(jù)幀（最長可達(dá)23弱字節(jié)）相比開銷不算大。相反，若不使用這種控制幀，則一旦發(fā)生碰撞而導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀重發(fā)，則浪費(fèi)的時(shí)間就更多。協(xié)議設(shè)有三種情況供用戶選擇：（1）使用RTS幀和CTS幀；（勾只有當(dāng)數(shù)據(jù)幀的長度超過某一數(shù)值時(shí)，才使用RTS幀和CTS幀（顯然，當(dāng)數(shù)據(jù)幀本身就很短時(shí)，再使用RTS幀和CTS幀只能增加開銷）；（3）不使用RTS幀和CTS幀。雖然協(xié)議經(jīng)過了精心設(shè)計(jì)，但碰撞仍然會(huì)發(fā)生。例如，F(xiàn)H12-50S-0.5SV有兩個(gè)站同時(shí)向同一個(gè)目的站發(fā)送RTS幀。這兩個(gè)RTS幀發(fā)生碰撞后，使得目的站收不到正確的RTS幀,因而目的站就不會(huì)發(fā)送后續(xù)的CTS幀。這時(shí)

35、，原先發(fā)送RTS幀的兩個(gè)站就各自隨機(jī)地推遲一段時(shí)間后重新發(fā)送其RTS幀。推遲時(shí)間的算法也是使用二進(jìn)制指數(shù)退避。在圖9-8中，在除源站和目的站以外的其他各站中，在收到CTS幀（或數(shù)據(jù)幀）后就設(shè)置其網(wǎng)絡(luò)分配向量NAV,以便推遲接入到無線局域網(wǎng)中。這樣就保證了源站和目的站之間的通信不會(huì)受到其他站的干擾。:為了更好地理解CSMA/CA協(xié)議，圖8給出了CSMA/CA協(xié)議的基本流程圖，它能幫助我們抓住這個(gè)協(xié)議的重點(diǎn)。我們可以看出，在這個(gè)流程圖中沒有考慮許多較為復(fù)雜的情況（如尋他一歸曬時(shí)M鼾此-IiiijaL_a-Iapm-?'1I即HE曲nralk圖9刀中的凍結(jié)剩余的退避時(shí)間等問題）。圖8CSMA/CA的基本流程圖802.11局域網(wǎng)的MAC幀的結(jié)構(gòu)。802.11幀共有三種類型，即控制幀、數(shù)據(jù)幀和管802.11理幀。通過下面圖9所介紹的802.11局域網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的主要字段，可以進(jìn)一步了解局域網(wǎng)的MAC幀的特點(diǎn)。MACr-a6d260-J312*同用時(shí)午”1副世邦11itthr1112：hti；l4帕t”二句心*3411itjii，TriIJ交I,.fI1廿APMj-j此叫膏周|航赤L1P圖9802.11局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀從圖9可以看出，802.11數(shù)據(jù)幀由以下三大部分組成：（1）WIAC首部，共30字節(jié)。幀的復(fù)雜性都在幀的MAC首部。（2）幀主體，也就是