无线网络技术

网络基础知识

计算机网络的发展

电分AI光泛

出现之前:电话网络

诞生阶段:分时系统

形成阶段:ARPANET,接口信息处理器(Interface Message Processor,IMP)的出现代表着ARPANET被视为现代计算机网络诞生的标志

互联互通阶段:Internet,TCP/IP的标准化标志着Internet的正式诞生

高速网络阶段:光纤网络等

无线网络和物联网阶段:泛在网络(Ubiquitous/Pervasive)

无线网络分类

  • 无线个域网:蓝牙,zigbee,无线超宽带
  • 无线局域网(802.11):wifi(需要基础设施的)
  • 无线城域网(802.16):wimax
  • 无线广域网:蜂窝网络(需要基础设施),卫星网络

蜂窝网络结构分类

几种结构在同一网络可以并存,大宏微微

大蜂窝:以卫星为基站,单个基站覆盖距离可为上千米;

宏蜂窝:基站放置在高大建筑上,单个基站覆盖距离为1-10km;

微蜂窝:基站放置在几米到几十米高度上,覆盖范围为几百米至1km

微微蜂窝:基站往往布置在室内,用于改善室内移动信号覆盖较弱的问题

名词解释

  • ITU:国际电信联盟,International Telecommunication Union
  • ISO:国际标准化组织,International Organization for Standardization
  • IEC:国际电工委员会,International Electrical Commission
  • IEEE:电气和电子工程师协会,Institute of Electrical and Electronics Engineers
  • IAB:Internet体系结构委员会,Internet Architecture Board
  • MIMO:多输入多输出系统,Multi-input Multi-output

通信基础知识

传输媒体

发送器和接收器之间的物理路径

  • 导向型:电磁波被引导沿某一固定媒体前进。信号传输质量受制于传输媒体

  • 非导向型:提供传播电磁波信号的介质,但不引导电磁波传播的方向。信号传输质量受制于信号带宽

    高频信号损耗正比于距离,反比于波长

天线

作用

将电磁波辐射到空间中或收集电磁波

分类

用工方外,通电雷短超微,定全线面

  • 用途:通信天线,电视天线,雷达天线
  • 工作频段:短波天线,超短波天线,微波天线
  • 方向性:全向天线,定向天线
  • 外形:线状天线,面状天线

半波偶极天线计算

长度是波长的一半

c = λ ∗ f c = λ * f c=λf

电磁波传播速度 c = 3 e 8   m / s c = 3e8 \ m/s c=3e8 m/s

λ = c   m / s f H z = m λ = \frac{c \ m/s}{f Hz} = m λ=fHzc m/s=m

半波天线长度$ = \frac{λ}{2}$

天线参数

方效增辐高

  • 方向性系数
  • 天线效率
  • 增益系数
    1. 有效面积成正比,与波长成反比
    2. 天线不能放大输入功率(更改天线不能改变设备的发射功率),增加某个方向功率则会降低某个方向功率,只是为了获得定向性
  • 辐射电阻
  • 天线有效高度

信号传播方式

  1. 地波(ground wave)
  2. 天波(sky wave)
  3. 直线波(line of sight):信号频率 ≥ 30 M H z \ge 30MHz 30MHz时,必须直线波

信号成功接收的3个条件

  1. 信号强度足够大
  2. 信噪比(SINR Signal to Interference Noise Ratio)足够大
  3. 信号不失真

多普勒效应

波源移向观察者时频率变高,远离观察者时频率变低

多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波,包括光波、电磁波

补偿衰退导致的差错失真3种手段

  1. 前向纠错
    1. 差错检测码:奇偶校验;循环冗余校验
    2. 差错纠错码(前向纠错码):海明码
  2. 自适应均衡
  3. 分集技术:MIMO是分集技术的应用实例

奈氏定理和香农定理

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海明码的计算

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扩频

扩频(扩展频谱通信):将携带信息的信号扩展到较宽的带宽中,以加大干扰和窃听的难度

两种扩频方式:

  1. 跳频(frequency-hopping spread spectrum,fhss)

  2. 直接序列扩频(Direct-sequence spread spectrum,dsss)

    码分多址(CDMA)是基于DSSS的具有扩频功能的多路技术

编码技术

p67的表很重要

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VOIP:IP语音输入

数字数据变模拟信号的3种基本方式

  1. 幅移键控(ASK)
  2. 频移键控(FSK)
  3. 相移键控(PSK)

模拟数据转换为数字信号的方式

PCM:脉码调制

PAM:脉幅调制

采样定理

采样频率 ≥ \ge 信号最高频率的2倍时,数字信号可完整保留原始信号

  1. 采样
  2. 量化
  3. 编码

模拟数据到模拟信号

  1. 调频
  2. 调幅
  3. 调相

复用和多址

  • 复用:多个信号使用同一信道互不干扰的同时传输
  • 多址:多点间进行多边通信

分类:

  • 频分复用(多址)
  • 时分
  • 码分
  • 空间

多址必复用,复用不一定多址

多个人势必涉及到多个信号在同一信道传输,即多址必复用

但是一个人也可以在同一信道上发送多个信号,此时无需多址区分不同用户,但是涉及到信道复用

  • 复用是对资源来说的,复用分时分、频分、码分等,复用是把资源分割供用户使用的方式
  • 多址的对象是用户,是区分用户和用户的方式,每个用户使用不同的‘址’来区分

无线局域网

p8,WLAN问题

  1. 流氓AP:未经授权或许可随意接入有线骨干网络的AP
  2. 隐蔽终端:节点间处于彼此通信半径外,无法监听对方消息发送,同时发送消息,在接收端产生冲突,造成信号冲突
  3. 暴露终端:节点间处于彼此通信半径内,可以监听对方消息发送,使得原本可以进行的数据传输被取消,造成信道资源浪费

p18, 增益和mw的转化方式

dBm:增益,是功率单位

dBi/dBd:是功率增益单位。dBi参考全向天线;dBd参考偶极天线

d B m = 10 l o g 10 ( m w ) dBm = 10log_{10}(mw) dBm=10log10(mw)

1 m w = 0 d B m , 10 l o g 10 ( 1 ) = 0 1mw = 0dBm, 10log_{10}(1) = 0 1mw=0dBm,10log10(1)=0

1000 m w = 30 d B m , 10 l o g 10 ( 1000 ) = 30 1000mw = 30dBm, 10log_{10}(1000) = 30 1000mw=30dBm,10log10(1000)=30

p19,ISM

Industrial Scientific Medical Band)

工业的(Industrial)、科学的(Scientific)和医学的(Medical)频段

P20、26,MIMO,SIMO

  • MIMO:Multiple In Multiple Out

    1. 采用空间复用技术,增加天线数量,在不增加系统带宽和发送功率情况下,提高传输速率,减少信号覆盖盲点。使用MIMO不能改变信号覆盖范围,与能够“穿墙”无关
    2. 多入多出要求有多根天线,同频天线不能超过4根
  • SISO:Single In Single Out

  • MU-MIMO:多用户-多输入多输出

    老标准中,AP一次只能和一个客户端通信,MU-MIMO可以一次和多个客户端通讯

  • MU-SISO:多用户-多输入多输出

无线局域网传输媒介

  • 红外线
  • 无线电波(应用最多的)

p29,无线局域网组成,有4部分组成

站无基分

  1. 站(Station,STA)

    主机(Host)或终端(Terminal)

  2. 无线介质(Wireless Media,WM)

  3. 基站(Base Station,BS)或接入点(Access Point,AP)

  4. 分布式系统(Distribution System,DS)

p31,无线局域网逻辑结构

  • 基本服务集BSS(Basic Service Set)

    无线局域网的最小构件

    组成:1个基站+若干无线终端 / 只有若干无线终端

    BSS覆盖区域成为基本服务区域(Basic Service Area,BSA)

    同一个BSS中,站点间无法直接通信,需要借助AP中转实现站点间通信

  • 扩展服务集ESS(Extended Service Set)

    多个BSS通过有线、无线的方式组成多区网(更大的服务集)

    所有AP必须共享同一个扩展服务区标识符(ESSID)

p33,无线局域网对等式拓扑3个特点

独立基本服务集(Independent Basic Service Set,IBSS)应该算是BSS的子集吧,站点间可以相互通信,无需第3方转发

  1. 无AP存在
  2. 站与站直接连接
  3. 无法接入分布式系统DS

37,无线局域网的2种服务,,主要运行在哪里,主要用途(认证。。。那些)[可能简答题]

两种服务均由MAC层使用

  • STA服务(站服务)

    运行在:站,AP

    用途:认证/解除认证/保密/数据传输(认解保输)

  • DSS(Distributed System Service)分布式系统服务

    运行在:AP

    用途:联接/重新联接/解除联接/分布(AP间无线互联)/集成(AP与有线局域网(LAN)互联)(3联接分集)

p39,表格中哪几个信道可以。。。,没有重叠

p40,AP隔离的作用

AP隔离开启后同一无线网络内的电脑间不能互相访问

AP相关配置信息

  1. SSID:(Service Set Identity)无线网络名称,无线网络的唯一标识
  2. 信道:AP工作的频率,如2.4GHz,5GHz
  3. 工作模式:AP运行支持的802.11版本
  4. 频段带宽:即信道带宽,802.11支持22MHz和40MHz,信道带宽增大可提高传输速率
  5. WDS功能:Wireless Distribution System,分布式系统,实现两台AP无线连接

P45,胖AP和瘦AP

  • 胖AP
    1. 所有配置操作均在AP上完成
    2. 单个AP可独立工作,故胖AP模式被称为自治模式
    3. 消费级AP采用的是胖AP模式(消费级就是家里用的)
  • 瘦AP
    1. AP上零配置,配置均在无线控制器AC上完成
    2. AP只有射频和通信功能,无法独立工作
    3. 企业级AP采用瘦AP模式

p54,3种认证模式,wep,wpa2,wpa2

  • wep(Wired Equivalent Privacy),有线等效加密技术

    802.11b中最基本的加密技术,多用于小型的、对安全性要求不高的场合

  • wpa(Wi-Fi Protected Access),Wi-Fi保护接入

p61,wep缺陷,采用了RC4

4加密,1校验,1认证

  1. 对称加密RC4算法存在漏洞
  2. 24位IV(Initial Vector)以明文形式传输
  3. 密钥长度为64,128,256位,长度较短
  4. 设置的4个密钥无法自动轮换,只有1个生效
  5. 完整性校验码采用CRC生成,没有采用密码学方法,易遭受到arp重放攻击
  6. 认证类型分为开放系统认证和共享密钥认证,开放系统认证存在风险

p63,wpa算法,psk和ask模式的区别,psk不同用户用同一密码,ask有各自的账号和密码;psk模式中的ptk是由客户端和站进行协调,ask模式是由认证服务器,客户端和ap共同形成;

  • 预共享密钥(Pre-shared Key,PSK)模式

    认证过程参与方:站STA 和 接入点AP

    特点:不同用户同一个密码,家里那种形式

    认证过程中涉及到的几个关键值:

    1. PSK(PMK):网络连接密码+ssid->每次生成的psk是相同的
    2. PTK:由psk和一大堆数据计算得到,用于STA和AP间通信数据的加密和完整性校验
    3. MIC:消息完整性验证(Message Integrity Check),由ptk和一个数据计算得到
    4. GTK:AP生成的临时密钥,用于AP向已认证客户端加密组播或广播
  • 认证服务器(Authentication Server,AS)模式

    认证过程参与方:站STA,接入点AP 和 Radius认证服务器AS

    特点:不同用户有各自的账号和密码,校园网这种认证类型

    涉及到的几个关键值:

    AS模式与PSK相比,只是修改了最初PSK(PMK)的生成数据,其余数据计算方法相同

    1. MK:主密钥,取代了网络连接密码,用于生成PSK(PMK)。STA通过用户名和密码向AS表明身份,认证通过后由AS生成MK。MK是动态生成,因此不同STA每次连接的MK均不同,即PSK不同

wpa对于wep的改进是什么,密钥长度提高,使用了临时密钥,完成性校验不再使用CRC而是采用密码学方法(MIC)

密支使完避

  1. 密钥长度增加
  2. 支持认证服务器模式
  3. 使用了动态加密密钥和临时密钥
  4. 完整性校验不再使用CRC,采用密码学方法生成的MIC
  5. 避免了碰撞攻击,降低了重放攻击的可能性

wpa和wpa2区别

  1. 加密算法:wpa采用RC4,TKIP模式;wpa2采用AES,CCMP模式
  2. 密钥生成:wpa的PTK为512bits,wpa2取消了数据完整性验证密钥,为384bits
  3. 完整性校验方法:wpa采用MIC+ICV,wpa2仅采用MIC

TKIP(Temporary Key Integrity Protocol,临时密钥完整性)

CCMP(Counter mode-CBC MAC Protocol)

MIC(Message Integrity Check)

ICV(Integrity Check Value)

P77, QSS,是一种配置方式,不是协议

QSS:Quick Secure Setup

是一种安全无线连接的配置方式

并不涉及复杂的密钥生成、协商过程

通过PIN码来验证设备合法性,若合法则建立WPA2-PSK级别的安全连接

p79, PIN码

8位数字,7位 + 前7位检验和(1位)

前7位划分为前4位和后3位

破解仅需要尝试 1 0 4 + 1 0 3 = 11000 10^4 + 10^3 = 11000 104+103=11000

QSS的安全等级和WPA2一致【对】

QSS需要软件支持【对】

p90,802.11媒体访问子层的3大任务(可靠数据传输,接入控制一般采用RTS,CTS,DCF进行结合另外2种也要了解,安全通过安全协议wep,wpa,wpa2)

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MAC层功能:

  1. 可靠的数据传输
  2. 访问控制
  3. 安全

可靠的数据传输

  1. 要求:顺序不变/内容正确/成功接收(顺内成,顺你一程)
  2. 机制:接收确认(ACK)与重传/帧编号/校验码

接入控制

  1. 常用:

    • RTS(请求发送)控制帧/ CTS(准许发送)

      站A在发送数据帧之前发送控制帧,请求发送RTS

      目的站空闲则发送响应控制帧CTS

      A收到CTS后开始发送

      RTS/CTS可以解决隐蔽终端,无法解决暴露终端

    • DCF(分布式协调)

      将CSMA/CA技术和确认(ACK)技术相结合。采用二进制指数回退策略来避免冲撞

      • 有线局域网802.3:CSMA/CD(载波侦听多路访问,冲突检测,边发送边检测)
      • 无线局域网802.11:CSMA/CA(载波侦听多路访问,冲突避免,利用RTS和CTS)
  2. 不常用:

    PCF(点协调):要求网络中存在一个中心节点AP,由中心节点决定哪个终端可以进行数据发送,AP轮询终端是否有数据发送需求

    PCF机制中的P就是指无线路由器【错】,AP!=Router,接入点和路由器是两个概念

    HCF(混合协调):主要应用在需要QoS机制的场合

二进制退避机制,简单题要搞清楚

  1. 确定基本退避时间t,以太网是51.2μs
  2. 定义重传次数k,k=min(重传次数,10)
  3. [ 0 , 2 k − 1 ] [0, 2^k- 1] [0,2k1]中选取随机数r,退避时间=rt
  4. k到达16时,丢弃该帧,传输失败

监听模式和混杂模式区别

监听模式下能够接收局域网内目的地址不是本机的数据包【错】

混杂模式下能够不连接任何无线网络即可获取无线数据包【错】

区别在于底层,上层是一样的,因为可能802.11就只是对物理层和链路层进行了新得规定,其余层和OSI是一样得

无线城域网和广域网

802.16中的qos机制,它的网络结构(用户站,基站,骨干网)

  • 802.16网络组成

    用户设备,用户站,基站,核心网

  • 802.16拓扑结构

    集中式网络拓扑(点到多点)(PMP),网格(Mesh)结构

  • 802.16的qos

    Quality of Service:质量服务,用于解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术

    模式:主动授予服务(带宽固定,VoIP)、实时查询服务(带宽可变,视频流)、非实时查询服务(带宽可变但有最低速率要求,FTP)、尽力而为(无质量保证,网络浏览,电子邮件)

wifi和wimax区别了解

  • 功率区别:wifi(1~100mW),WiMax(100kW)
  • 覆盖范围:wifi(几十到几千米),WiMax(Los:6~10km,频率66GHz;NLos:50km,频率2 ~11GHz)
  • 信道带宽:wifi(20/40MHz),WiMax(1.5MHz~20MHz)

IP网络和移动通信网是不同的概念

书p224,图10-10,蜂窝网用户通话过程

监听请求寻呼通话切换

  1. 首先,用户设备会监听周边基站的信号强度,并从中选择信号强度最强的基站接入
  2. 其次,用户设备通过基站发出连接请求,请求将会发送到移动电话交换局(Mobile Telecommunication Switching Office)MTSO
  3. 随后,MTSO会向辖区内基站发出寻呼请求,被呼叫用户将通过所在基站进行应答
  4. 然后,双方借助各自所在基站,以MTSO作为连接中介,建立连接并进行通话
  5. 若用户移动进入另外基站,移出基站将向移入基站转移用户通信

个域网

蓝牙配对的4种模式

  1. 数字对比Numeric Comparison:配对设备都支持输出
  2. 密码接入Passkey Entry:配对设备一个支持输入,一个支持输出
  3. 仅工作Just Works:配对设备,其中一个既不支持输出,也不支持输入
  4. 带外Out of Band:配对设备通过其它通道来传递密钥

蓝牙网络结构,跳频,超宽带,ns级脉冲

  • 网络结构:散布式网络和微微网

    微微网:

    (基本联网单元)(皮克网,1主7从)

    从设备仅可与主设备通信

    仅能在主设备授权时间片内通信

  • 总宽带79MHz,分为79个1MHz的信道跳频

  • 跳频序列由主设备决定

zigbee的网络节点,拓扑结构,路由协议(按需路由)

zigbee是一种不依赖于基础设施的无线网络

  • 网络节点

    • 中心节点(网络协调器)
    • 路由或中继(全功能设备)
    • 终端节点(精简功能设备)
  • 拓扑结构

    • 网状拓扑(Mesh)
    • 星形拓扑
    • 树形拓扑
  • 路由协议

    网络层定义的2种路由协议:树形路由,ZigBee距离矢量路由协议

    响应式路由,按需路由

    混合式路由:区域外按需,区域内采用表驱动方式

无线USB采用的是超宽带无线技术UWB

甚小孔径

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