《计算机网络：自顶向下方法》Chapter6(下：无线网)：无线网络和移动网络

摘要：这一章主要也介绍局域网内无线网的链路层，包括一些无线网相关的协议以及报文格式，以及非常重要同时也比较复杂的多路访问控制协议和移动IP。
关键词：WiFi；802.11帧；MAC协议；蜂窝因特网；移动IP
目录：
  1. 无线网概述
  2. WiFi
    2.1 802.11 MAC协议
    2.2 802.11 帧
  3. 蜂窝因特网
    3.1蜂窝网体系结构
    3.2移动IP

1. 无线网概述

目前，我们所处的时代被称为移动互动联网时代，无线网相比于以太网使用更加广泛，现在随着新农村的建设，基本上家家户户都都已经光纤入户了，每个家庭中都有WiFi，无线网狭义上是说WiFi，其实他像蓝牙和蜂窝网都是属于无线网，他们可以简单的以有无基础设施来分类，比如蓝牙就不需要基础设置提供支持，而WiFi和蜂窝网则需要，本章中，主要讨论WiFi和蜂窝移动网，他们分别代表了无线网络的两个特性即无线性和移动性。

2. WiFi

对于WiFi其实一个无线标准，叫做IEEE 802.11 无线LAN ，其中有分为802.11b、802.11a、802.11g。他们之间的差距主要表现在七频率范围和数据率不一样。其中目前以802.11g使用最广泛，他的频率范围位于2.4GHz~2.485GHz之间，传输速率可到54Mpbs。

在这个频率范围内，会被划分成多个部分重叠的信道。在某个物理位置上，你往往能够搜索到好多个WiFi接入点，此时每个接入点会周期性的发送信标帧，然后你的设备也会周期性的扫描各个信道中的信标帧，来探测接入点。然后选择合适的接入点进行关联。关联之后你的设备只能接收到来自该关联接入点的数据，同样的只有关联的接入点才会转发你的数据。

2.1 802.11 MAC协议

当你的设备接入了某个接入点之后，同时还会有其他的设备也接入了该接入点。与交换以太网不同的是，交换以太网他每个接入点有一个根独立的网线接入交换机内部，不同的接入点之间的数据传播互不干扰，而无线网不同，他们都在空气中传播，难免几个设备之间发送的数据发生干涉，这样就带来了多路访问的控制问题，交换机以太网不需要多路访问控制。

说实话，多路访问控制协议对于一个新手来将有太多的困惑，尤其书上的这种介绍方式，我非常不赞同，直接讲原理，至于为什么这样做，他是基于什么问题，这些都没有讲明白，使得我们读者(至少我是这样感觉的)就会有很多困惑，因为很多细节也没有交代，我对多路访问控制也不太明白，我们一起带着问题来学习多路访问控制。

多路访问控制有三类：信道划分、随机访问和轮流。
信道划分：信道划分允许多个站点同时发送数据，其中CDMA码分多址是在蜂窝因特网中应用十分广泛一中信道划分类型的多路访问控制协议，他为每个发送端选择一种合适的编码，然后接收端进行解码，解码之后就可以只得到一个发送端的数据，而分离其他发送端的数据了。

随机访问：这种方式他只允许一次有一个发送端发送，每个发送端都回监听信道是否空闲，如果空闲，则会随机的等待一个时间之后，确保此时信道仍然是空闲的，然后发送他的数据。你需要理解为什么随机等待一个时间而不是立马发送。

轮流：轮流的概念是自解释的。

对于多路访问而言，为什么WiFi选择随机访问中的CSMA/CA而蜂窝网选择CDMA？选择CDMA时，你的设备在收数据的时候，接入点的信号和其他设备的信号混在一起，你的设备是怎么区分的？甚至于有中国联通中国移动和中国电信三种接入点信号混和在一起。同一个物理位置肯定移动联通和电信的信号是都可以到达的，他们之间是怎么避免混合的，或者说混合之后你的设备是怎么区分的？选择CSMA/CA时候，同样的道理，发送时大家不回同时发送，如果接入点正在给你发数据的时候，其他某个设备正在向接入点传输数据，这两个数据不会干扰吗？每个设备包括接入点，都将受到来及其他设备的信号，比如有两个接入点在同时收信号或着发信号。对于所有可能的数据干扰，具体是怎么做到避免干扰的？

总而言之，多路访问的核心问题就是为了解决数据之间的干扰，但是从书中介绍的这些内容来看，还不足以彻底的回答这个问题，还有更多的细节和知识需要补充，来解答所有的疑惑。

2.2 802.11 帧

802.11 的帧与以太网的帧结构是类似的，只是多了接入点的MAC地址，以及序号字段，因为在无线网中，可能会由于数据之间的干扰，需要重传，这种重传发生在链路层而不是传输层。

3. 蜂窝因特网

之所叫做蜂窝，是因为物理区域被划分为一个个小区域，每个区域内有基站即接入点，如同蜂窝一样。蜂窝网络经历了2G、3G、4G，现在5G也出来了。

蜂窝网络

3.1蜂窝网体系结构

蜂窝局域网他即接入到了公共电话网，也接入到了公共因特网。他们都在同一个信道上传输数据，所以你打电话的时候往往无法使用蜂窝数据。

3G体系结构

3.2移动IP

对于蜂窝网而言，无线特性是必须的，也就是肯定要做多路访问控制，但初次之外还需要移动特性，WiFi对移动特性的要求没那么高，为什么呢，现在WiFi主要是以家庭和组织中使用为主，移动性不强，而移动蜂窝覆盖率很广，几乎哪个角落都可以收到信号，很有可能你会保持TCP连接从一个区域进入另一个区域，这也就是需要保持你的ip地址不改变。也就是你的ip是可移动的。

移动ip首先要解决的是，当你的设备进入另一个子网的时候，如果你要保持ip不变，怎么才能让和你通信的那个设备找到你的设备。这就涉及到了直接路由和间接路由。间接路由意味着你的路由信息没有改变，还是先路由到你的子网上的路由器，但是你的路由器知道你已经去另一个子网了，他会转发你的数据到你现在的子网。直接路由则是也不改变你的路由信息，但是你归属的子网会告诉和你通信的那个人，说你已经不再我这个子网了，你去某某子网去找他把，然后和你通信的设备之后就直接找你现在所在的那个路由器和你通信了。

目前移动ip使用的间接路由。其主要包括代理发现、向归属代理注册、数据报的间接路由选择。

我们间接路由的策略有点儿像打隧道的感觉。其实打隧道还不够形象，不知道大家有没有做火车去过海南，做火车去海南的时候，过海的时候需要把火车装到船里面，通过船把火车运过去，然后到达之后再把火车卸下来继续开。这和ipv4和ipv6混合通信一个道理，同时这里也是一样。

Q&A

1. 同一个AP下的站点需要多路访问协议来避免碰撞，那么不同AP下的站点之间是否也会相互影响呢？因为我们知道802.11虽然有11个信道但只有3个不重叠，一个区域经常有多个AP，因此肯定回有AP使用相同的行道传输，那么不同AP下的站点之间是否也会发生碰撞？

2. 前面提到的码分多址和CSMA/CA都是多路访问控制协议中的一种，介绍码分多址的时候说时在无线LAN和蜂窝技术中有重要应用。在介绍无线LAN时候，又说时采用的CSMA/CA，那这个无线LAN到底有没有用码分多址呢？码分多址和CSMA/CA在无线LAN中到底分别起到了什么作用呢？

3. 由于无线LAN使用了多路访问协议，他是否能保证各个站点传输数据公平性？

4. 由于无线传输的MAC协议，那么意味着各个站点不能同时传输数据，这是不是意味着，如果所有单个站点的传输速度都比路由器的输出速率小，那么路由器将永远没有排队可言，因此也没有所谓的流量区分服务，因为大家都不要排队，资源竞争已经被MAC协议给控制了。但事实是路由器仍然又流量区分服务功能，而且效果很好。