2023學年完整公開課版H3CIEEE801

第三章IEEE802.11ISSUE3.5日期：杭州華三通信技術(shù)有限公司版權(quán)所有，未經(jīng)授權(quán)不得使用與傳播WLAN已經(jīng)成為寬帶接入的有效手段之一，使用WLAN的區(qū)域及其承載的業(yè)務愈來愈多。為了更好地構(gòu)建理想中的無線網(wǎng)絡，我們需要了解無線網(wǎng)絡的技術(shù)體系、熟悉構(gòu)建無線網(wǎng)絡的設備的功能。引入掌握802.11b/a/g的主要技術(shù)指標掌握802.11n的關鍵技術(shù)原理掌握802.11的MAC層工作原理掌握802.11其他協(xié)議相關標準課程目標學習完本課程，您應該能夠：目錄802.11協(xié)議族成員與協(xié)議標準802.11n技術(shù)802.11網(wǎng)絡基本元素802.11MAC層工作原理802.11網(wǎng)絡安全與漫游802.11網(wǎng)絡的介質(zhì)訪問控制協(xié)議與QoSIEEE802.11協(xié)議族成員PHY802.11(1/2Mbps)802.11b(5.5/11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(54Mbps)802.11n(300Mbps)MAC802.11/11a/11b/11gMAC802.11e—

QoS802.11i—安全增強802.11f—漫游和切換802.11h—動態(tài)調(diào)整802.11s—mesh802.11協(xié)議標準802.11802.11b802.11a802.11g標準發(fā)布時間July1997Sept1999Sept1999June2003合法頻寬83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz頻率范圍2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz非重疊信道33123調(diào)制傳輸技術(shù)BPSK/QPSKFHSSCCKDSSS64QAMOFDMCCK/64QAMOFDM物理發(fā)送速率1,21,2,5.5,116,9,12,18,

24,36,48,546,9,12,18,

24,36,48,54理論上的最大UDP吞吐量

(1500Byte)1.7Mbps7.1Mbps30.9Mbps30.9Mbps理論上的TCP/IP吞吐量

(1500Byte)1.6Mbps5.9Mbps24.2Mbps24.2Mbps兼容性N/A與11g產(chǎn)品可互通與11b/g不能互通與11b產(chǎn)品可互通無需授權(quán)使用的無線頻率（ISM）902MHz26MHzBWCrowdedWorldwidelimited2.4GHz83.5MHzBWAvailableworldwideIEEE802.11WLANs5.1GHz300MHz

BW

discontinuousDeveloping902928North&SouthAmerica902MHz2400250024802440Americas,mostofEurope,ChinaFranceSpainJapan2.4GHz*FrequencyAllocationsarependingU-NII:UnlicensedNationalInformationInfrastructure510052005300540055005600570058005900U-NIIEuropeHiperLAN1U-NIIEuropeHiperLAN2*Japan*5.1GHz各國授權(quán)使用的頻段ChannelFreq(GHz)US/CanEuropeJapan12.412√√√22.417√√√32.422√√√42.427√√√52.432√√√62.437√√√72.442√√√82.447√√√92.452√√√102.457√√√112.462√√√122.467√√132.472√√142.484√802.11b/g工作頻段劃分圖2.4122.4172.4222.4322.4422.4522.4622.4722.4842.4272.4372.4472.4572.4672345178910611121314頻率/GHzWLAN設備的實際吞吐量

802.11g標準描述的速率為54Mbps，此為物理層傳輸速率，而實際可獲得的吞吐量為20-24Mbps其他用于協(xié)議封裝或沖突避免開銷干擾實際吞吐率的因素不穩(wěn)定是無線通訊的本性無線環(huán)境不停的保持變化物理建筑的構(gòu)成AP的位置共享介質(zhì)：用戶數(shù)數(shù)據(jù)量802.11b802.11g802.11a

最大物理發(fā)送速率11M54M54M

理論最大吞吐量（1500Byte報文）5M24M24M512Byte報文吞吐量3.5M14M14M88Byte報文吞吐量1.6M3.2M3.2M

綜合實際應用速率2.77M9.73M9.73M

按照80%干擾計算應用速率2.21M7.78M7.78M注：“綜合實際應用速率”以58％88Byte、17％512Byte、25％1500Byte報文進行計算WLAN設備的實際覆蓋距離輸出功率為100mW的802.11b/g產(chǎn)品覆蓋距離理論值為100m實際覆蓋距離更依賴于現(xiàn)實環(huán)境影響覆蓋范圍的因素建筑結(jié)構(gòu)電磁干擾在一般辦公室大樓內(nèi)，覆蓋距離為15m～30m目錄802.11協(xié)議族成員與協(xié)議標準802.11n技術(shù)802.11網(wǎng)絡基本元素802.11MAC層工作原理802.11網(wǎng)絡安全與漫游802.11網(wǎng)絡的介質(zhì)訪問控制協(xié)議與QoS802.11n的關鍵技術(shù)802.11n是IEEE802.11協(xié)議中繼802.11b/a/g后又一個無線傳輸標準協(xié)議，802.11n將802.11a/g的54Mbps最高發(fā)送速率提高到了300Mbps，其中的關鍵技術(shù)為：

MIMO-OFDM40MHz頻寬模式幀聚合

ShortGIMIMO-OFDMMIMO-OFDM是OFDM和MIMO相結(jié)合的技術(shù)，由于支持更多的子載波，可以實現(xiàn)20MHz下單個流達到65Mbps?；贛IMO技術(shù)，實現(xiàn)了在多條路徑上并發(fā)通信，稱之為SpatialMultiplexing。40MHz頻寬模式802.11n同時定義了2.4GHz頻段和5GHz頻段的WLAN標準，與11a/b/g每信道只用20MHz頻寬不同的是11n定義了兩種頻帶寬度：20MHz頻寬40MHz頻寬2車道變4車道40MHz頻寬將兩個20MHz頻寬的信道進行捆綁，以獲取高于2倍的20MHz頻寬的吞吐量幀聚合802.11MAC層協(xié)議耗費了相當?shù)男视米麈溌返木S護，從而大大降低了系統(tǒng)的吞吐量。802.11n引入幀聚合技術(shù)，提高MAC層效率，報文幀聚合技術(shù)包括：MSDU聚合MPDU聚合ApplicationsMSDU（MACServiceDataUnit）MACprocessingMPDU（MACProtocolDataUnit）PHYLayerP1P3MACheaderMACprocessingP2MACheaderMACheaderMACheaderMACprocessingMSDU聚合MPDU聚合P1P3P2P1P3P2P1P3P2P1P3P2ShortGIShortGuardInterval(ShortGI)

802.11a/b/g標準要求在發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須要保證在數(shù)據(jù)之間存在800ns的時間間隔，這個間隔被稱為GuardInterval(GI)。11n仍然缺省使用800ns。當多徑效應不嚴重時，可以將該間隔配置為400ns，可以將吞吐提高近10%，此技術(shù)稱為ShortGI。數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2時間時間合適的GI時長GI時長過短干擾GI時長合適的情況GI時長過短的情況數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2目錄802.11協(xié)議族成員與協(xié)議標準802.11n技術(shù)802.11網(wǎng)絡基本元素802.11MAC層工作原理802.11網(wǎng)絡安全與漫游802.11網(wǎng)絡的介質(zhì)訪問控制協(xié)議與QoSSSIDAPSSID＝“marketing”SSID＝“office”SSID：ServiceSetID服務集識別碼STASTASTABSSSTA（Station）：任何的無線終端設備。AP（AccessPoint）：一種特殊的STABSS（BasicServiceSet）：基本服務集BSS1BSS2STA1STA2STA3STA5STA6STA4APAPDSDS（DistributionSystem）：分布式系統(tǒng)BSS2APBSS1APDSESSESS（ExtendedServiceSet）：擴展服務集，采用相同的SSID的多個BSS形成的更大規(guī)模的虛擬BSS。ESSBSS2AP2Servicesetidentify(SSID1)BSS1AP1Servicesetidentify(SSID1)屬于同一VLAN的客戶端DSAdHocSTASTASTASTASTAAdHoc構(gòu)成一種特殊的無線網(wǎng)絡應用模式，STA間可直接互相連接，資源共享，而無需通過AP。

目錄802.11協(xié)議族成員與協(xié)議標準802.11n技術(shù)802.11網(wǎng)絡基本元素802.11MAC層工作原理802.11網(wǎng)絡安全與漫游802.11網(wǎng)絡的介質(zhì)訪問控制協(xié)議與QoS802.11MAC層工作原理—概述802.11MAC層負責客戶端與AP之間的通訊主要功能包括：掃描、認證、接入、加密、漫游等

802.11MAC層報文類型數(shù)據(jù)幀控制幀管理幀802.11MAC層用戶接入管理過程STAAP步驟1：

Scanning步驟2：Authentication

步驟3：Association

步驟4：數(shù)據(jù)收發(fā)

ScanningSTA通過Scanning功能來完成Discovery尋找一個無線網(wǎng)絡當STA漫游時尋找一個新的APScanning功能的兩種方式PassiveScanningActiveScanningPassiveScanningSTA通過偵聽AP定期發(fā)送的Beacon幀來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡STAAP1BeaconBeaconBeaconBeacon……AP2ActiveScanningSTA在每個信道上發(fā)送Proberequest報文，從AP回應的Proberesponse中獲取SSID信息STAProberequestProberequestProberequestProberequestProberesponseAP辦公大樓APSwitch訪客公司員工SSID：Office（隱藏）SSID：VisitorActiveScanning的應用隱藏SSID為最簡單方便的保證無線網(wǎng)絡安全的手段之一AuthenticationSTAAPAuthenticationrequestAuthenticationResponseSTAAPAuthenticationrequestPlaintextchallengeCiphertextchallengeAuthenticationResponse預置Key用Key加密明文密文解密和明文比較預置KeyOpen-systemAuthenticationShared-KeyAuthentication121234

（success）(success)802.11

WEP加密原理發(fā)送側(cè)-STA接收側(cè)-AP加密報文＋IV值接收的加密報文IV-InitializationVender初始向量WEP-WiredEquivalentPrivacy

有線對等私有協(xié)議XOR靜態(tài)KeyIVKey生成器Key流發(fā)送的加密報文用戶數(shù)據(jù)明文靜態(tài)KeyIVKey生成器Key流用戶數(shù)據(jù)明文XORWEP加密特點與注意事項WEP加密密鑰長度固定40bit（WEP40）104bit（WEP104）WEP加密的兩種密鑰格式ASCII碼HEX十六進制WEP加密的密鑰索引Key-idAssociationSTAAPAssociationrequestAssociationresponse數(shù)據(jù)Association過程12目錄802.11協(xié)議族成員與協(xié)議標準802.11n技術(shù)802.11網(wǎng)絡基本元素802.11MAC層工作原理802.11網(wǎng)絡安全與漫游802.11網(wǎng)絡的介質(zhì)訪問控制協(xié)議與QoS從加密到安全WEP加密整個網(wǎng)絡共用一個共享密鑰，一旦丟失，整個網(wǎng)絡都很危險IV向量太短，大量監(jiān)聽用戶數(shù)據(jù)報文后，WEP加密很容易被破解RC4加密算法過于簡單解決辦法增加一種密鑰管理機制采用更強壯的加密算法增強了STA和AP的認證機制

WPA企業(yè)級（WPA）：支持802.1x認證方式

WPA個人級（WPA-PSK）：支持Pre-sharedkey認證方式增加了Key的生成、管理以及傳遞的機制每用戶使用獨立的Key

通過安全的傳遞方法傳遞用戶數(shù)據(jù)加密使用的Key增加了兩類對稱加密算法，加密強度大大增強

TKIP（臨時密鑰完整性協(xié)議）：核心仍然是RC4算法

CCMP（計數(shù)器模式CBC-MAC協(xié)議）：核心為AES算法802.11i協(xié)議－WPA/WPA2安全模式無線漫游STA可以在屬于同一個ESS的AP接入點接入；STA可以在Wireless網(wǎng)絡中任意移動；保證已有的業(yè)務不中斷，用戶的標識（IP地址）不改變。STAAPAP移動ESSInternet漫游的分類二層漫游：STA在同一子網(wǎng)內(nèi)的AP間漫游三層漫游：STA在不同子網(wǎng)間的AP間漫游IP:1.0.0.1VLAN1APAPVLAN1L2網(wǎng)絡STA移動二層漫游IP:1.0.0.1VLAN1APAPVLAN2L3網(wǎng)絡STA移動三層漫游L3網(wǎng)絡IP:1.0.0.1IP:1.0.0.1無線客戶端的漫游當無線客戶端同時搜索到多個相同SSID的AP信號時，客戶端對所要連接信號的判斷選擇方式。目錄802.11協(xié)議族成員與協(xié)議標準802.11n技術(shù)802.11網(wǎng)絡基本元素802.11MAC層工作原理802.11網(wǎng)絡安全與漫游802.11網(wǎng)絡的介質(zhì)訪問控制協(xié)議與QoSCSMA/CA（載波偵聽多點接入／避讓機制）FrameExchange

DIFSDIFSDIFSSTA1STA2STA3STA4退避窗口退避窗口退避窗口分布式幀間隔（DCFinterframespace，簡稱DIFS）109357610254810FrameExchangeFrameExchangeFrameExchange時間空閑空閑

空閑空閑空閑空閑802.11技術(shù)