計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 課件 第9章 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

打造人工智能共享實(shí)訓(xùn)基地，我校專(zhuān)業(yè)集群協(xié)調(diào)發(fā)展

信系第9章無(wú)線網(wǎng)絡(luò)第9章、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)給人們生活帶來(lái)的影響是無(wú)可爭(zhēng)議的，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到今天，把網(wǎng)絡(luò)拓展到生活的每一個(gè)角落。越來(lái)越多的人開(kāi)始使用無(wú)線技術(shù)，享受無(wú)線新生活。為了完成用戶(hù)提出的需求，需要了解以下知識(shí)：了解常用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)概念；熟悉無(wú)線網(wǎng)絡(luò)搭建的環(huán)境；了解無(wú)線局域網(wǎng)的設(shè)備如無(wú)線網(wǎng)卡、無(wú)線AP等，并能正確安裝與配置；掌握無(wú)線局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)?！緝?nèi)容巡航】第9章、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)9.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)9.2無(wú)線局域網(wǎng)9.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)9.1.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的基本概念9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)9.1.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的基本概念

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（WirelessNetwork）是采用無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)既包括允許用戶(hù)建立遠(yuǎn)距離無(wú)線連接的全球語(yǔ)音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，又包括對(duì)近距離無(wú)線連接進(jìn)行優(yōu)化的紅外線技術(shù)及射頻技術(shù)。

目前，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在機(jī)場(chǎng)及地鐵等公共交通、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、教育園區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、商城等公共區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了大多城市的全覆蓋，下一階段將實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)級(jí)別的公共區(qū)域全覆蓋。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)應(yīng)用的角度無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)可穿戴式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)線體域網(wǎng)絡(luò)9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)覆蓋的范圍無(wú)線個(gè)域網(wǎng)無(wú)線局域網(wǎng)無(wú)線城域網(wǎng)無(wú)線廣域網(wǎng)9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)

應(yīng)用于個(gè)人或家庭等較小應(yīng)用范圍內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)被稱(chēng)為無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN），簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)。1.無(wú)線個(gè)域網(wǎng)9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)低速高速超高速

為近距離網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而設(shè)計(jì)，采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率2.4GHz，傳輸速率0.25Mb/s，傳輸距離10m，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)、辦公和家庭自動(dòng)化及農(nóng)作物檢測(cè)等9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)低速高速超高速

適合大量多媒體文件、短時(shí)的視頻和音頻流的傳輸，能實(shí)現(xiàn)各種電子設(shè)備間的多媒體通信，工作頻率2.4GHz，傳輸速率55Mb/s，傳輸距離10m；9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)低速高速超高速

包括支持IP語(yǔ)音、高清電視、家庭影院、數(shù)字成像和位置感知等信息的高速傳輸，工作頻率3.1GHz10.6GHz，傳輸速率110/200/480Mb/s，傳輸距離10m/4m/4m以下。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的技術(shù)藍(lán)牙ZigBee超頻波段使用得最廣泛IrDAHomeRF9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的技術(shù)藍(lán)牙ZigBee超頻波段是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無(wú)線電技術(shù)，能在包括移動(dòng)電話、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換（使用2.4—2.485GHz的ISM波段和UHF無(wú)線電波）。IrDAHomeRF9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)

包含一塊小小的藍(lán)牙模塊以及支持連接的藍(lán)牙無(wú)線電和軟件。當(dāng)兩臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備想要相互交流時(shí)，它們需要進(jìn)行配對(duì)。（1）藍(lán)牙

藍(lán)牙設(shè)備之間的通信在短程（被稱(chēng)為微微網(wǎng)，指設(shè)備使用藍(lán)牙技術(shù)連接而成的網(wǎng)絡(luò)）的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行。是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無(wú)線電技術(shù)，能在包括移動(dòng)電話、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換（使用2.4—2.485GHz的ISM波段和UHF無(wú)線電波）。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)藍(lán)牙藍(lán)牙BR/EDR（即基本速率/增強(qiáng)數(shù)據(jù)率）低功耗藍(lán)牙(BluetoothLowEnergy)

主要應(yīng)用在藍(lán)牙2.0/2.1版，一般用于揚(yáng)聲器和耳機(jī)等產(chǎn)品；

主要應(yīng)用在藍(lán)牙4.0/4.1/4.2版，主要用于市面上的最新產(chǎn)品中，例如手環(huán)、智能家居設(shè)備、汽車(chē)電子、醫(yī)療設(shè)備、Beacon感應(yīng)器等。

藍(lán)牙5.0相比藍(lán)牙4.2版本，能夠帶來(lái)兩倍的數(shù)據(jù)傳輸速度，可以播發(fā)255Byte的數(shù)據(jù)包，室內(nèi)外的定位也做了加強(qiáng)，能夠把多得多的信息傳遞到其他兼容的設(shè)備上，不需要建立實(shí)際連接。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)（2）ZigBee也稱(chēng)紫蜂，是基于蜜蜂相互間聯(lián)系的方式而研發(fā)生成的一項(xiàng)應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)上協(xié)議，底層是采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的媒體訪問(wèn)層與物理層，主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)上拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度、快速、可靠、安全。是一種介于無(wú)線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)2.無(wú)線局域網(wǎng)

無(wú)線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是指以無(wú)線信道作為傳輸介質(zhì)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。

無(wú)線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)是802.11系列，使用802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)又稱(chēng)為Wi-Fi。

802.11系列標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE802.11b、802.11a、802.11g、802.11n（Wi-Fi4）、802.11ac（Wi-Fi5）、802.11ax（Wi-Fi6）等9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)3.無(wú)線城域網(wǎng)

無(wú)線城域網(wǎng)是指覆蓋主要城市區(qū)域的多個(gè)場(chǎng)所之間的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)通過(guò)城市公共網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。

以IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)，覆蓋范圍達(dá)幾十公里，傳輸速率高，并提供靈活、經(jīng)濟(jì)、高效的組網(wǎng)方式。目前使用的主要技術(shù)包括多路多點(diǎn)分布服務(wù)（MMDS）和本地多點(diǎn)分布服務(wù)（LMDS）。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)4.無(wú)線廣域網(wǎng)

無(wú)線廣域網(wǎng)（WirelessWideAreaNetwork，WWAN），是指能夠覆蓋很大面積范圍的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它能提供更大范圍內(nèi)的無(wú)線接入。

典型的WWAN的例子如GSM移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、3G/4G/5G等系統(tǒng)，目前，正在由4G向5G技術(shù)演進(jìn)。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)4.無(wú)線廣域網(wǎng)

（1）衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信簡(jiǎn)單地說(shuō)就是地球上（包括地面和低層大氣中）的無(wú)線電通信站間利用衛(wèi)星作為中繼而進(jìn)行的通信北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主創(chuàng)新研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)，是繼美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS之后的又一套成熟且被世界認(rèn)可的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2020年7月31日，習(xí)近平總書(shū)記在人民大會(huì)堂莊嚴(yán)宣布：北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開(kāi)通，這標(biāo)志著北斗事業(yè)進(jìn)入到全球服務(wù)新時(shí)代。該系統(tǒng)開(kāi)通以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，持續(xù)為全球用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，開(kāi)啟全球化、產(chǎn)業(yè)化新征程。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)4.無(wú)線廣域網(wǎng)從國(guó)家安全層面看，北斗定位系統(tǒng)已經(jīng)為國(guó)防、公共安全、能源、電力和金融等重要領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用；在服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方面，該系統(tǒng)為交通、海洋、水文、氣象、森林防火、通信、電力調(diào)度、防災(zāi)減災(zāi)等重要領(lǐng)域提供了相應(yīng)的導(dǎo)航、定位、授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)4.無(wú)線廣域網(wǎng)在3G、4G的時(shí)代，美國(guó)高通定義了世界的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，一年就能從中國(guó)賺取了幾百億的專(zhuān)利費(fèi)。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)4.無(wú)線廣域網(wǎng)（3）5G，即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，也是即4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系統(tǒng)之后的延伸。5G網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)，在這種網(wǎng)絡(luò)中，供應(yīng)商覆蓋的服務(wù)區(qū)域被劃分為許多被稱(chēng)為蜂窩的小地理區(qū)域。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)4.無(wú)線廣域網(wǎng)

5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，最高可達(dá)10Gbit/s，比先前的4GLTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍。5G網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)延遲（更快的響應(yīng)時(shí)間）低于1毫秒，而4G為30-70毫秒。2019年10月31日，三大運(yùn)營(yíng)商公布5G商用套餐，并于11月1日正式上線5G商用套餐。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)4.無(wú)線廣域網(wǎng)華為技術(shù)有限公司在5G移動(dòng)通信技術(shù)上引領(lǐng)世界，但是，由于華為5G技術(shù)的領(lǐng)先，遭到美國(guó)政府的無(wú)理打壓，對(duì)華為公司的發(fā)展制造了重重阻力，但仍然阻擋不了華為的發(fā)展步伐。2021年3月16日，華為正式宣布將開(kāi)始收取5G標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)利許可費(fèi)用，每臺(tái)手機(jī)許可費(fèi)最高上限2.5美元。9.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)10Gbit/s

1Gbit/s

100Mbit/s

10Mbit/s

1Mbit/s

100kbit/s

10kbit/s802.15.4ZigBee802.15.1藍(lán)牙技術(shù)802.15.3超寬頻802.11b802.11a802.11a/g802.11n802.11ac802.11ax802.16eWiMAX5G移動(dòng)通信4G移動(dòng)通信3G移動(dòng)通信2G移動(dòng)通信Wi-Fi用戶(hù)數(shù)據(jù)率覆蓋范圍PANLANMANWAN9.2無(wú)線局域網(wǎng)9.2.1無(wú)線局域網(wǎng)概念9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)9.2.3無(wú)線電頻譜與AP天線9.2.4常見(jiàn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備9.2.5WLAN組網(wǎng)結(jié)構(gòu)9.2.6兩種不同的無(wú)線上網(wǎng)9.2.1無(wú)線局域網(wǎng)概念

無(wú)線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是目前常見(jiàn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之一，它以無(wú)線信道作為傳輸介質(zhì)，如無(wú)線電波、激光和紅外等，無(wú)需布線，而且可以隨需要移動(dòng)或變化。

無(wú)線信號(hào)是能夠在空氣中進(jìn)行傳播的電磁波，不需要任何物理介質(zhì)，它在真空環(huán)境中也能夠傳輸。無(wú)線電波不僅能夠穿越墻體，還能夠覆蓋比較大的范圍。無(wú)線電頻譜資源是人類(lèi)共享的自然資源，在一定的時(shí)間、空間、地點(diǎn)都是有限的，我國(guó)由無(wú)線電管理局負(fù)責(zé)無(wú)線電管理。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)1、802.11系列標(biāo)準(zhǔn)

IEEE802.11現(xiàn)今無(wú)線局域網(wǎng)通用的標(biāo)準(zhǔn)，在十幾年的發(fā)展過(guò)程中，形成了多個(gè)子協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，常見(jiàn)的子協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE802.11b、802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac、802.11ax等。802.11系列標(biāo)準(zhǔn)802.11b802.11a802.11g802.11n802.11ac802.11ax發(fā)布時(shí)間1999年1999年2003年2009年2013年2019年無(wú)線協(xié)議Wi-Fi4Wi-Fi5Wi-Fi6兼容性802.11b兼容兼容802.11b/a/g兼容802.11a/n兼容802.11b/a/g/n/ac頻帶（GHz）2.4GHz5GHz2.4GHz2.4GHz或5GHz5GHz2.4GHz或5GHz最大理論數(shù)據(jù)速率（Mb/s）11Mb/s54Mb/s54Mb/s150Mb/s（40MHz1SS）

600Mb/s（40MHz4SS)433Mb/s（80MHz1SS）6.93Gb/s(160MHz8SS)600Mb/s（80MHz1SS）9.61Gb/s(160MHz8SS)9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)2、802.11的物理層

物理層由物理匯聚子層和物理介質(zhì)相關(guān)子層構(gòu)成。物理匯聚子層主要進(jìn)行載波偵聽(tīng)和對(duì)不同物理層形成不同格式的分組；物理介質(zhì)相關(guān)子層識(shí)別介質(zhì)傳輸信號(hào)使用的調(diào)制與編碼技術(shù)；物理層管理為不同的物理層選擇信道。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)邏輯鏈路子層（LLC）介質(zhì)訪問(wèn)控制子層（MAC）物理匯聚子層（PLCP）物理介質(zhì)相關(guān)子層（PLCP）介質(zhì)訪問(wèn)控制層管理（MACManagement）物理層管理（PHYManagement）站點(diǎn)管理層（StationManagement）圖9.2IEEE802.11的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)2、802.11的物理層

（1）802.11物理層關(guān)鍵技術(shù)。802.11無(wú)線局域網(wǎng)物理層的關(guān)鍵技術(shù)主要涉及傳輸介質(zhì)、頻率選擇和調(diào)制技術(shù)。

新一代的802.11無(wú)線局域網(wǎng)采用了正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）和多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)2、802.11的物理層

（2）動(dòng)態(tài)速率切換。在WLAN的實(shí)際部署過(guò)程中，可以使用不同技術(shù)達(dá)到更高的數(shù)據(jù)速率。但是，一旦無(wú)線終端遠(yuǎn)離無(wú)線AP，無(wú)線終端獲得的數(shù)據(jù)速率就很低。現(xiàn)在的無(wú)線終端都能夠支持一種被稱(chēng)為動(dòng)態(tài)速率切換（DRS）的功能，支持多個(gè)客戶(hù)端以多種速率運(yùn)行。在802.11b網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線終端離無(wú)線AP越近，信號(hào)越強(qiáng)，速率越高，距離越遠(yuǎn)，信號(hào)變?nèi)酰俾式档?。這種速率切換無(wú)需斷開(kāi)連接。動(dòng)態(tài)速率切換過(guò)程同樣適用于IEEE802.11a/g/n/ac/ax。4.2.2內(nèi)存的分類(lèi)9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)3、802.11數(shù)據(jù)鏈路層（1）MAC子層的主要功能。它通過(guò)協(xié)調(diào)功能來(lái)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。MAC子層的功能是通過(guò)MAC幀交換協(xié)議來(lái)保障無(wú)線介質(zhì)上的可靠數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)兩種訪問(wèn)控制機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)公平訪問(wèn)共享介質(zhì)：分布協(xié)調(diào)功能DCF，在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)使用CSMA機(jī)制的分布式算法，讓每個(gè)無(wú)線終端通過(guò)爭(zhēng)用信道來(lái)獲取發(fā)送權(quán)，向上提供爭(zhēng)用服務(wù)；點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF，使用集中控制的接入算法，用類(lèi)似于探詢(xún)的方法把發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個(gè)無(wú)線終端，從而避免了碰撞的產(chǎn)生。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)3、802.11數(shù)據(jù)鏈路層（2）802.11MAC接入?yún)f(xié)議無(wú)線局域網(wǎng)中，無(wú)線電波傳輸距離受限，不是所有的節(jié)點(diǎn)都能監(jiān)聽(tīng)到信號(hào)，且無(wú)線網(wǎng)卡工作在半雙工模式，一旦發(fā)生碰撞，重新發(fā)送數(shù)據(jù)會(huì)降低吞吐量。因此，IEEE802.11對(duì)CSMA/CD進(jìn)行了一些修改，采用了CSMA/CA來(lái)避免沖突的發(fā)送，CA表示CollisionAvoidance，是碰撞避免的意思，或者說(shuō)，協(xié)議的設(shè)計(jì)是要盡量減少碰撞發(fā)生的概率。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)SIFS：即短幀間間隔，長(zhǎng)度為28ms。SIFS是最短的幀間間隔用來(lái)分隔開(kāi)屬于一次對(duì)話的各幀。在這段時(shí)間內(nèi)，一個(gè)站應(yīng)當(dāng)能夠從發(fā)送方式切換到接收方式。使用SIFS的幀類(lèi)型有CTS幀、ACK幀、由過(guò)長(zhǎng)的MAC幀分片后的數(shù)據(jù)幀以及所有回答AP探詢(xún)的幀和在PCF方式中AP發(fā)送出的任何幀。DIFS：即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔，它比SIFS的幀間間隔要長(zhǎng)得多，長(zhǎng)度為128ms，在DCF方式中，DIFS用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)CSMA/CA的工作原理為①若結(jié)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(cè)到信道空閑，在等待DIFS時(shí)間后，就發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)幀。在等待DIFS的時(shí)間內(nèi)，如果其他的結(jié)點(diǎn)有高優(yōu)先級(jí)的幀要發(fā)送，就要讓高優(yōu)先級(jí)幀先發(fā)送。②否則（即檢測(cè)到信道忙），結(jié)點(diǎn)就要等檢測(cè)到信道空閑并經(jīng)過(guò)時(shí)間DIFS后，執(zhí)行CSMA/CA協(xié)議的退避算法，啟動(dòng)退避計(jì)時(shí)器，當(dāng)退避計(jì)時(shí)器減少到零之前，一旦檢測(cè)到信道忙，就凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器；一旦信道空閑，退避計(jì)時(shí)器就進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)CSMA/CA的工作原理為①若結(jié)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(cè)到信道空閑，在等待DIFS時(shí)間后，就發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)幀。在等待DIFS的時(shí)間內(nèi)，如果其他的結(jié)點(diǎn)有高優(yōu)先級(jí)的幀要發(fā)送，就要讓高優(yōu)先級(jí)幀先發(fā)送。②否則（即檢測(cè)到信道忙），結(jié)點(diǎn)就要等檢測(cè)到信道空閑并經(jīng)過(guò)時(shí)間DIFS后，執(zhí)行CSMA/CA協(xié)議的退避算法，啟動(dòng)退避計(jì)時(shí)器，當(dāng)退避計(jì)時(shí)器減少到零之前，一旦檢測(cè)到信道忙，就凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器；一旦信道空閑，退避計(jì)時(shí)器就進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)CSMA/CA的工作原理為③當(dāng)退避計(jì)時(shí)器減少到零時(shí)（這時(shí)信道只可能是空閑的），結(jié)點(diǎn)就發(fā)送整個(gè)的幀并等待確認(rèn)。④發(fā)送結(jié)點(diǎn)若收到確認(rèn)，就知道已發(fā)送的幀被目的節(jié)點(diǎn)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(kāi)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。若源結(jié)點(diǎn)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到ACK幀（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(zhēng)用接入信道），直到收到確認(rèn)為止，或經(jīng)過(guò)若干次重傳失敗后放棄發(fā)送。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)3、802.11數(shù)據(jù)鏈路層（2）802.11MAC接入?yún)f(xié)議無(wú)線局域網(wǎng)中，無(wú)線電波傳輸距離受限，不是所有的節(jié)點(diǎn)都能監(jiān)聽(tīng)到信號(hào)，且無(wú)線網(wǎng)卡工作在半雙工模式，一旦發(fā)生碰撞，重新發(fā)送數(shù)據(jù)會(huì)降低吞吐量。因此，IEEE802.11對(duì)CSMA/CD進(jìn)行了一些修改，采用了CSMA/CA來(lái)避免沖突的發(fā)送，CA表示CollisionAvoidance，是碰撞避免的意思，或者說(shuō)，協(xié)議的設(shè)計(jì)是要盡量減少碰撞發(fā)生的概率。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)3、802.11數(shù)據(jù)鏈路層（2）802.11MAC接入?yún)f(xié)議無(wú)線局域網(wǎng)中，無(wú)線電波傳輸距離受限，不是所有的節(jié)點(diǎn)都能監(jiān)聽(tīng)到信號(hào)，且無(wú)線網(wǎng)卡工作在半雙工模式，一旦發(fā)生碰撞，重新發(fā)送數(shù)據(jù)會(huì)降低吞吐量。因此，IEEE802.11對(duì)CSMA/CD進(jìn)行了一些修改，采用了CSMA/CA來(lái)避免沖突的發(fā)送，CA表示CollisionAvoidance，是碰撞避免的意思，或者說(shuō)，協(xié)議的設(shè)計(jì)是要盡量減少碰撞發(fā)生的概率。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)3、802.11數(shù)據(jù)鏈路層（3）IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的幀結(jié)構(gòu)無(wú)線局域網(wǎng)由無(wú)線終端(STA)、無(wú)線AP等組成。IEEE802.11MAC層負(fù)責(zé)客戶(hù)端與AP之間的通信，包括掃描、認(rèn)證、接入、加密、漫游等。針對(duì)幀的不同功能，可將IEEE802.11中的MAC幀細(xì)分為以下3類(lèi)?？刂茙河糜诟?jìng)爭(zhēng)期間的握手通信和正向確認(rèn)、結(jié)束非競(jìng)爭(zhēng)期等。管理幀：主要用于無(wú)線終端與無(wú)線AP之間的協(xié)商、關(guān)系的控制，如關(guān)聯(lián)、認(rèn)證、同步等。數(shù)據(jù)幀：用于在競(jìng)爭(zhēng)期和非競(jìng)爭(zhēng)期傳輸數(shù)據(jù)。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（4）MAC管理子層在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)站點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，MAC管理子層負(fù)責(zé)客戶(hù)端與無(wú)線接入點(diǎn)之間的通信，主要功能包括：掃描、認(rèn)證、接入、加密、漫游和同步。無(wú)線終端首先通過(guò)主動(dòng)/被動(dòng)掃描進(jìn)行接入，在通過(guò)認(rèn)證和關(guān)聯(lián)兩個(gè)過(guò)程后才能和AP建立連接。無(wú)線的連接就是無(wú)線終端（STA）與無(wú)線AP的無(wú)線握手過(guò)程，包括如下幾個(gè)階段：9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（4）MAC管理子層

①無(wú)線終端（STA）通過(guò)廣播Beacon（無(wú)線信標(biāo)）幀，在網(wǎng)絡(luò)中尋找無(wú)線AP。

②當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的AP收到無(wú)線終端（STA）發(fā)出的廣播Beacon（無(wú)線信標(biāo)）幀之后，無(wú)線AP也發(fā)送廣播Beacon（無(wú)線信標(biāo)）幀用來(lái)回應(yīng)無(wú)線終端（STA）。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（4）MAC管理子層

③當(dāng)無(wú)線終端（STA）收到AP的回應(yīng)之后，無(wú)線終端（STA）向目標(biāo)AP發(fā)起REQUESTBEACON（請(qǐng)求）幀。

④無(wú)線AP響應(yīng)無(wú)線終端（STA）發(fā)出的請(qǐng)求，如果符合無(wú)線終端（STA）連接的條件，給予應(yīng)答，即向無(wú)線AP發(fā)出應(yīng)答幀，否則將不予理睬。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)4．802.11優(yōu)化技術(shù)

（1）物理層優(yōu)化。同時(shí)支持2.4GHz和5GHz頻段的路由器，稱(chēng)為雙頻；同時(shí)支持802.11吧、802.11a兩種模式稱(chēng)為雙模，同時(shí)支持802.11b/a/g三種模式稱(chēng)為三模。

（2）MIMO，MIMO的應(yīng)用始于802.11n。MIMO就是AP到無(wú)線終端可以同時(shí)建立多條獨(dú)立的空間數(shù)據(jù)流，同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，2x2MIMO就是兩條數(shù)據(jù)流，4x4MIMO就是4條空間流。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

（3）MU-MIMO（Multi-UserMultiple-InputMultiple-Output，多用戶(hù)多入多出技術(shù)），如果沒(méi)有MU-MIMO，在同一時(shí)間AP只能與一個(gè)無(wú)線終端通信，而MU-MIMO則可以讓不同的空間流與不同的無(wú)線終端通信，如果路由器支持4x4MIMO，無(wú)線終端支持2x2MIMO，則路由器就可以同時(shí)與兩個(gè)2x2無(wú)線終端進(jìn)行通信，或者4個(gè)1x1無(wú)線終端同時(shí)通信。

802.11ac（Wi-Fi5）標(biāo)準(zhǔn)下的AP一次只能和一個(gè)終端通訊。Wi-Fi6的MU-MIMO技術(shù)讓AP實(shí)現(xiàn)了同時(shí)段內(nèi)與多個(gè)終端設(shè)備溝通，允許同一時(shí)間多臺(tái)設(shè)備共享信道，一起上網(wǎng).9.2.3無(wú)線電頻譜與AP天線

無(wú)線信號(hào)是能夠在空氣中進(jìn)行傳播的電磁波，無(wú)線信號(hào)不需要任何物理介質(zhì)，它在真空環(huán)境中也能夠傳輸。無(wú)線電波不僅能夠穿透墻體，還能夠覆蓋比較大的范圍，所以無(wú)線技術(shù)成為一種組建網(wǎng)絡(luò)的通用方法。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

中國(guó)無(wú)線電電管局是我國(guó)的專(zhuān)業(yè)無(wú)線電管理部門(mén)，負(fù)責(zé)無(wú)線電管理，具體包括頻率的使用和管理、固定臺(tái)的布局規(guī)劃、臺(tái)站設(shè)置認(rèn)可、頻率分配、電臺(tái)執(zhí)照管理、公用移動(dòng)通信基站的共建共享、監(jiān)督無(wú)線電發(fā)射設(shè)備的研制與銷(xiāo)售、無(wú)線電波輻射和電磁環(huán)境檢測(cè)等。1、無(wú)線電管理部門(mén)9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)2、無(wú)線電頻譜的劃分9.2.3無(wú)線電頻譜與AP天線

（1）許可付費(fèi)使用頻段。例如移動(dòng)電話和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的固定無(wú)線通信通過(guò)競(jìng)標(biāo)的方式獲得頻段使用許可證。

（2）ISM免費(fèi)使用頻段。ISM頻段是工業(yè)（Industrial）、科研（Scientific）和醫(yī)療（Medical）的發(fā)射設(shè)備使用的頻段。該頻段使用它無(wú)需許可證授權(quán)，屬于免費(fèi)使用。只要遵守一定的發(fā)射功率（一般小于1W）。并且不對(duì)其他頻段造成干擾即可。9.2.3無(wú)線電頻譜與AP天線

（1）許可付費(fèi)使用頻段。例如移動(dòng)電話和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的固定無(wú)線通信通過(guò)競(jìng)標(biāo)的方式獲得頻段使用許可證。

（2）ISM免費(fèi)使用頻段。ISM頻段是工業(yè)（Industrial）、科研（Scientific）和醫(yī)療（Medical）的發(fā)射設(shè)備使用的頻段。該頻段使用它無(wú)需許可證授權(quán)，屬于免費(fèi)使用。只要遵守一定的發(fā)射功率（一般小于1W）。并且不對(duì)其他頻段造成干擾即可。9.2.3無(wú)線電頻譜與AP天線

無(wú)線局域網(wǎng)選擇的是ISM頻段。ISM在各國(guó)的規(guī)定不統(tǒng)一。在我使用2.4GHz和5GHz，其中2.4GHz使用2.4GHz~2.4835GHz，5GHz頻段使用5.725~5.850GHz。

IEEE802.11b/g在2.4GHz頻段劃分了14個(gè)信道（我國(guó)使用該頻段的信道數(shù)量為13，），每個(gè)信道的頻寬為22MHz。兩個(gè)相鄰信道中心頻率的間隔是5MHz（信道13和信道14除外）。信道1的中心頻率是2.412MHz，信道2中心頻率是2.417MHz，以此類(lèi)推至中心頻率為2.472MHz的信道13。信道14是特別針對(duì)日本定義的，其中心頻率為2.484MHz，與信道13的中心頻率間隔12MHz。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

信道1在頻譜上和信道2、3、4、5都有交疊，這就意味著，如果某處有兩個(gè)無(wú)線設(shè)備在同時(shí)工作，且兩個(gè)信道分別是1～5中的任意兩個(gè)，那么這兩個(gè)無(wú)線設(shè)備發(fā)出來(lái)的信號(hào)會(huì)互相干擾。9.2.3無(wú)線電頻譜與AP天線

為了最大限度地利用頻譜資源，在2.4GHz頻段可以含三個(gè)互不重疊的信道組和兩個(gè)補(bǔ)盲信道組。

三個(gè)互不重疊的信道組是信道組1：1、6、11；信道組2：2、7、12；信道組3：3、8、13。

補(bǔ)盲信道組1：1、4、9，補(bǔ)盲信道組2：2、5、10。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

無(wú)許可證國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施是第二個(gè)無(wú)許可證頻段，主要用于無(wú)線聯(lián)網(wǎng)。UNII分配在5.15GHz~5.825GHz頻段，我國(guó)使用5.725GHz~5.850GHz頻段（也稱(chēng)5.8GHz頻段），可用帶寬為125MHz，在此頻率范圍內(nèi)有劃分出5個(gè)信道。每個(gè)信道帶寬為20MHz。（3）UNII免費(fèi)頻段許可9.2.3無(wú)線電頻譜與AP天線

這5個(gè)信道編號(hào)分別是149（5.745）、153（5.765）、157（5.785）、161（5.805）和165（5.825），這5個(gè)信道是不相互重疊的。9.2.2IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

強(qiáng)度就是射頻的強(qiáng)弱。在WLAN中無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度使用單位是dBm，而不是dB。dB是輸出和輸入功率的比例值，而dBm確是一個(gè)絕對(duì)值。3.無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度

dBm是一個(gè)表示功率絕對(duì)值的單位，他的計(jì)算公式為10lg（功率值/1mw）。例如如果接收到的功率為1mw，按照dBm單位進(jìn)行折算后的值應(yīng)該為10lg1mw/1mw=0dBm。9.2.4常見(jiàn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

無(wú)線終端（STA）是配置支持802.11協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)卡的終端。1.無(wú)線終端和無(wú)線網(wǎng)卡

無(wú)線網(wǎng)卡能收發(fā)無(wú)線信號(hào)，作為工作站的接口實(shí)現(xiàn)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的連接，作用相當(dāng)于有線網(wǎng)絡(luò)中的以太網(wǎng)卡。9.2.4常見(jiàn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

無(wú)線AP（AccessPoint，AP），也稱(chēng)無(wú)線網(wǎng)橋，無(wú)線接入點(diǎn)，是WLAN的重要組成部分，其工作機(jī)制類(lèi)似于有線網(wǎng)絡(luò)中的集線器。無(wú)線終端可以通過(guò)AP進(jìn)行終端之間的數(shù)據(jù)傳輸，也可以通過(guò)AP的“WAN”口與有線網(wǎng)絡(luò)互通。2.無(wú)線AP

無(wú)線AP從功能上可分為“胖”AP（FatAP）和“瘦”AP（FitAP）兩種。9.2.4常見(jiàn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

擁有獨(dú)立的操作系統(tǒng)，可以進(jìn)行單獨(dú)配置和管理，可以自主完成無(wú)線接入、安全加密、設(shè)備配置等，適用于構(gòu)建中、小型規(guī)模的無(wú)線局域網(wǎng)。（1）“胖”AP

目前，被廣泛使用和熟知的產(chǎn)品是無(wú)線路由器，絕大多數(shù)無(wú)線路由器都擁有4個(gè)以太網(wǎng)交換口（RJ-45接口）。9.2.4常見(jiàn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

又稱(chēng)輕型無(wú)線AP，無(wú)法單獨(dú)進(jìn)行配置和管理操作，必須借助無(wú)線接入控制器進(jìn)行統(tǒng)一的配置和管理。（2）“瘦”AP

采用無(wú)線接入控制器+“瘦”AP的架構(gòu)，可以將密集型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和安全處理功能從無(wú)線AP轉(zhuǎn)移到無(wú)線接入控制器中統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)，無(wú)線AP只作為無(wú)線數(shù)據(jù)的收發(fā)設(shè)備，大大簡(jiǎn)化了AP的管理和配置功能，甚至可以做到“零”配置。如圖9.13所示為一款TP-Link“瘦”AP。9.2.4常見(jiàn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

無(wú)線接入控制器是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用來(lái)集中化控制無(wú)線AP，是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)管理無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的所有無(wú)線AP。對(duì)AP的管理包括下發(fā)配置、修改相關(guān)配置參數(shù)，射頻智能管理、接入安全控制等。如圖9.14所示是一款華為無(wú)線接入控制器。從外形上看，無(wú)線接入控制器類(lèi)似于交換機(jī)，具有交換機(jī)的功能的一樣的接口。3.無(wú)線接入控制器9.2.5WLAN組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

該組網(wǎng)結(jié)構(gòu)一般是由幾個(gè)無(wú)線終端組成的暫時(shí)性的網(wǎng)絡(luò)，一般用來(lái)實(shí)現(xiàn)臨時(shí)性的通信，特點(diǎn)是組網(wǎng)方便快捷，成本較低。例如幾臺(tái)筆記本電腦就可以組建該種類(lèi)型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在該網(wǎng)絡(luò)中，所有無(wú)線終端的地位是平等的，無(wú)需任何中央控制節(jié)點(diǎn)的參與。1.自組網(wǎng)絡(luò)（Ad-Hoc）模式9.2.5WLAN組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

在自組網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)成員是對(duì)等的，這些成員的無(wú)線網(wǎng)卡信號(hào)覆蓋的范圍形成一個(gè)區(qū)域，稱(chēng)為獨(dú)立基本服務(wù)集（IndependentBasicServiceSet，IBSS）。每個(gè)IBSS也需制定一個(gè)唯一的識(shí)別碼，稱(chēng)為服務(wù)集識(shí)別碼（ServiceSetIdentification，SSI。）。SSID是配置在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中一種無(wú)線標(biāo)識(shí)，它允許具有相同的SSID無(wú)線用戶(hù)端設(shè)備之間才能進(jìn)行通信。因此，SSID的泄密與否，也是保證無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備安全的一種重要標(biāo)志。