【计算机网络笔记】802.11无线局域网

系列文章目录

什么是计算机网络？
什么是网络协议？
计算机网络的结构
数据交换之电路交换
数据交换之报文交换和分组交换
分组交换 vs 电路交换
计算机网络性能（1）——速率、带宽、延迟
计算机网络性能（2）——时延带宽积、丢包率、吞吐量/率
计算机网络体系结构概念
OSI参考模型基本概念
OSI参考模型中非端-端层（物理层、数据链路层、网络层）功能介绍
OSI参考模型中端-端层（传输层、会话层、表示层、应用层）功能介绍
TCP/IP参考模型基本概念，包括五层参考模型
网络应用的体系结构
网络应用进程通信
网络应用对传输服务的需求
Web应用之HTTP协议（涉及HTTP连接类型和HTTP消息格式）
Cookie技术
Web缓存/代理服务器技术
传输层服务概述、传输层 vs. 网络层
传输层——多路复用和多路分用
传输层——UDP简介
传输层——可靠数据传输原理之Rdt协议
传输层——可靠数据传输之流水线机制与滑动窗口协议
传输层——TCP特点与段结构
传输层——TCP的可靠数据传输
TCP连接管理（图解三次握手和四次挥手）
传输层——拥塞控制原理与解决方法
TCP的拥塞控制机制
网络层服务与核心功能
网络层服务模型——虚电路网络
网络层服务模型——数据报网络
Internet网络的网络层——IP协议之IP数据报的结构
IP分片
IP编址与有类IP地址
IP子网划分与子网掩码
CIDR与路由聚合
DHCP协议
网络地址转换(NAT)
ICMP（互联网控制报文协议）
IPv6简介
路由算法之链路状态路由算法
路由算法之距离向量路由算法
路由算法之层次路由
数据链路层概述
数据链路层——差错编码
多路访问控制(MAC)协议——随机访问MAC协议
ARP协议
以太网
交换机
虚拟局域网(VLAN)
PPP协议

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802.11无线局域网版本

• 802.11b
  • 在物理层上使用的频段是免费的， 2.4-2.5GHz
  • 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: 利用了很多先进的无线通信技术，比如多天线(MIMO)技术
  • 2.4-2.5 GHz频段
  • 最高速率：600 Mbp

802.11这些版本都：

• 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

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802.11体系结构

最典型的结构：

• 无线主机与基站通信。基站(base station) = 访问点(access point-AP)
• 基站或者说AP进一步连接到集线器、交换机或者路由器上，再进一步连接到互联网上。基站的覆盖范围通常称为基本服务集BSS(Basic Service Set) ，也称为单元(cell)
  • 在基础设施网络模式中，一个BSS包括基站以及与它相关联的所有无线主机
  • 在自组网(ad hoc)模式中，只有主机

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信道与AP关联

以802.11b为例，

• 它使用2.4GHz-2.485GHz这个频段，然后划分为11个不同频率的信道
• 每个AP选择一个频率(信道)
• 相邻频道之间频率稍稍有所重叠。因此相邻频道之间可能存在干扰
• 作为任何一个主机，必须与某个AP关联。那是怎么关联的呢？主机会扫描信道，监听包含AP名称(服务集标识符-SSID )和 MAC地址的信标(beacon)帧，它可能或扫描到多个AP，因此需要选择一个AP进行关联，然后可能需要进行身份认证。这个过程类比我们平时连接WIFI的情况。

主机在和AP关联的时候，有被动扫描与主动扫描这两种模式。

• 被动扫描：当一个主机位于某几个AP信号所覆盖的范围内的时候，它就可以被动的扫描各个AP发送的信标帧，然后选择一个AP并发送关联请求帧，AP收到后如果同意进行关联就会向主机发送关联响应帧

  

• 主动扫描：主机主动广播探测请求帧，AP接收到之后向主机发送探测响应帧，当主机收到各个AP发出的探测响应帧后，会选择一个AP并发送关联请求帧，AP收到后如果同意进行关联就会向主机发送关联响应帧

  

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多路访问控制

由于802.11采用无线广播链路，因此需要进行多路访问控制。主要目的是在2+结点同时传输时避免冲突。

• 基本工作方式基于CSMA – 发送数据前监听信道。可以有效避免与正在进行传输的其他结点冲突
• 802.11不能像以太网那样按照CSMA/CD协议边发送边检测冲突。因为无线信道很难实现。因此一个重要的目标是避免冲突(avoid collisions)-CSMA/C(ollision)A(voidance)

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CSMA/CA

那么它是如何实现冲突避免的？

基本思想是允许发送端 “ 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。过程是这样的：

• 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
• 由于采用的是广播的方式，所以CTS帧可以被所有结点接收
  • 因此可以消除隐藏站影响
  • 发送端可以发送数据帧，其他结点推迟发送

这样做利用很小的预约帧彻底避免了数据帧冲突。

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MAC帧

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：

  

  举例：

• 开始的时候H1向AP发送数据帧，地址1就是AP的MAC地址，地址2就是H1的MAC地址，地址3是R1的MAC地址
• AP接收到H1的数据帧后，要转换为以太网帧在以太网链路上进行传输