802.11无线局域网简介

1 IEEE 802.11无线局域网

• 802.11b
  
  • 2.4-2.5GHz免费频段(unlicensed spectrum)
  • 最高速率： 11 Mbps
  • 物理层采用直接序列扩频(DSSS)技术，所有主机使用相同的码片序列

• 802.11a

  • 5-6 GHz频段
  • 最高速率： 54 Mbps

• 802.11g

  • 2.4-2.5 GHz频段
  • 最高速率： 54 Mbps

• 802.11n: 多天线(MIMO)

  • 2.4-2.5 GHz频段
  • 最高速率： 600 Mbps

均使用CSMA/CA多路访问控制协议，均有基础设施(基站)网络模式和特定网(自组网)网络模式。

2 IEEE 802.11体系结构

• 无线主机与基站通信
  
  • 基站(base station) = 访问点(access point-AP)
• 基本服务集BSS(Basic Service Set) ，也称为单元(cell)
  
  • 基础设施网络模式：无线主机、AP:（基站）
  • 自组网(ad hoc)模式：只有主机

3 802.11：信道与AP关联

• 802.11b: 2.4GHz-2.485GHz频谱划分为11个不同频率的信道
  
  • 每个AP选择一个频率(信道)
  • 存在干扰可能: 相邻的AP可能选择相同的信道！
• 主机: 必须与某个AP关联(associate)
  
  • 扫描信道，监听包含AP名称(服务集标识符-SSID )和MAC地址的信标(beacon)帧
  • 选择一个AP进行关联
  • 可能需要进行身份认证
  • 典型情形：运行DHCP获取IP地址等信息

802.11AP关联：被动扫描与主动扫描

• 被动扫描(scanning):

  • 各AP发送信标帧
  • 主机(H1)向选择的AP发送关联请求帧
  • AP向主机(H1)发送关联响应帧

• 主动扫描:

  • 主机(H1)主动广播探测请求帧(Probe Request Frame)
  • AP发送探测响应帧(Probe Response Frame)
  • 主机(H1)向选择的AP发送关联请求帧
  • AP向主机(H1)发送关联响应帧

4 802.11：多路访问控制

• 避免冲突: 2+结点同时传输
• 802.11: CSMA – 发送数据前监听信道
  
  • 避免与正在进行传输的其他结点冲突
• 802.11: 不能像CSMA/CD那样，边发送、边检测冲突！
  
  • 无线信道很难实现
  • 无法侦听到所有可能的冲突：隐藏站、信号衰落
  • 目标: 避免冲突(avoid collisions)-CSMA/C(ollision)A(voidance)

5 IEEE 802.11 MAC协议: CSMA/CA

802.11 sender

1 if 监听到信道空闲了DIFS时间 then
　　发送整个帧(无同时检测冲突，即CD)

2 if 监听到信道忙 then
　　开始随机退避计时
　　当信道空闲时，计时器倒计时
　　当计时器超时时，发送帧

　if 没有收到ACK then
　　增加随机退避间隔时间
　　重复第2步

802.11 receiver
if 正确接收帧
延迟SIFS时间后，向发送端发送ACK(由于存在隐藏站问题)

基本思想： 允许发送端“预约” (reserve)信道，而不是随机发送数据帧，从而避免长数据帧的冲突

• 发送端首先利用CSMA向BS发送一个很短的RTS(request-to-send)帧
  
  • RTS帧仍然可能彼此冲突 (但RTS帧很短)
• BS广播一个CTS(clear-to-send)帧作为对RTS的响应
• CTS帧可以被所有结点接收
  
  • 消除隐藏站影响
  • 发送端可以发送数据帧
  • 其他结点推迟发送

利用很小的预约帧彻底避免了数据帧冲突！

冲突避免(CA): RTS-CTS交换

6 IEEE 802.11 MAC帧

IEEE 802.11数据帧地址

• 802.11数据帧有4个地址字段
• 地址 4 用于自组网络
• 地址1~地址3：