無線局域網(wǎng)標準

1、無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護 第二章第二章 無線局域網(wǎng)標準無線局域網(wǎng)標準無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護n 802.11協(xié)議族成員協(xié)議族成員n WiMAX 802.11協(xié)議族協(xié)議族無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護 WLAN WLAN已經(jīng)成為寬帶接入的有效手段之一，使用已經(jīng)成為寬帶接入的有效手段之一，使用WLANWLAN的的區(qū)域及其承載的業(yè)務愈來愈多。為了更好的構建理性中的區(qū)域及其承載的業(yè)務愈來愈多。為了更好的構建理性中的無線網(wǎng)絡，我們需要了解無線網(wǎng)絡的技術體系、熟悉構建無線網(wǎng)絡，我們需要了解無線網(wǎng)絡的技術體系、熟悉構建無線網(wǎng)絡設備的功能。無線網(wǎng)絡設備的功能。引引 入

2、入無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護 掌握掌握802.11b/a/g的主要技術指標的主要技術指標1掌握掌握802.11n的關鍵技術原理的關鍵技術原理2掌握掌握802.11的的MAC層工作原理層工作原理3 掌握掌握802.11其他協(xié)議相關標準其他協(xié)議相關標準4無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11 協(xié)議組成員協(xié)議組成員PHYMAC802.11(1/2Mbps)802.11b(5.5/11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(54Mbps)802.11n(300Mbps)802.11/1/11b/1gMAC802.11e-QOS802.11h動態(tài)調整動態(tài)調整8

3、02.11i安全增強安全增強802.11f漫游和切換漫游和切換802.11s-mesh無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11協(xié)議標準協(xié)議標準無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護無需授權使用的無線頻率無需授權使用的無線頻率(ISM)無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11b/g在各國家授權使用的頻段在各國家授權使用的頻段 無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11b/g工作頻段的劃分工作頻段的劃分 無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護WLAN設備的實際吞吐量設備的實際吞吐量v 802.11g802.11g在物理層的理論傳輸速率為在物理層的理論傳輸速率為

4、54Mbps54Mbps，實際吞吐量，實際吞吐量為為20-24Mbps20-24Mbps。 其他用于協(xié)議封裝或避免沖突開銷其他用于協(xié)議封裝或避免沖突開銷v 干擾實際吞吐率的因素干擾實際吞吐率的因素 速率不穩(wěn)定速率不穩(wěn)定 物理環(huán)境的變化物理環(huán)境的變化 放置放置APAP的位置的位置 共享介質共享介質無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護WLAN設備的實際覆蓋距離設備的實際覆蓋距離 v 輸出功率為輸出功率為100mW100mW的的802.11b/g802.11b/g產品覆蓋距離理論值為產品覆蓋距離理論值為100m100m。v 實際覆蓋距離依賴于現(xiàn)實的物理環(huán)境。實際覆蓋距離依賴于現(xiàn)實的物理環(huán)境。v

5、影響覆蓋距離的因素影響覆蓋距離的因素 建筑結構建筑結構 電磁干擾電磁干擾v 在一般的辦公大樓內，覆蓋距離為在一般的辦公大樓內，覆蓋距離為15m-30m15m-30m。無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護WLAN概概述述無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護WLAN概概述述無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護WLAN概概述述無法平滑升級無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11n技術技術 v802.11n802.11n的關鍵技術的關鍵技術nMIMO-OFDMMIMO-OFDMn40MHz40MHz頻寬模式頻寬模式n幀聚合幀聚合nShort GIShort GI無線局域網(wǎng)組建與

6、維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11n技術技術v MIMO-OFDMMIMO-OFDMn可以實現(xiàn)可以實現(xiàn)20MHz20MHz下單個數(shù)據(jù)流達到下單個數(shù)據(jù)流達到65Mbps65Mbps。n可以實現(xiàn)在多條路徑上并發(fā)通信。可以實現(xiàn)在多條路徑上并發(fā)通信。v 40MHz40MHz頻寬模式頻寬模式n將兩個將兩個20MHz20MHz頻寬的信道進行捆綁，以獲取高于頻寬的信道進行捆綁，以獲取高于2 2倍的倍的20MHz20MHz頻寬的吞吐量頻寬的吞吐量。v 幀聚合幀聚合n802.11MAC802.11MAC層協(xié)議耗費大量資源用于鏈路的維護，從而降低系統(tǒng)的吞吐量層協(xié)議耗費大量資源用于鏈路的維護，從而降低系統(tǒng)的吞吐量

7、。n引入幀聚合技術，提高引入幀聚合技術，提高MACMAC子層效率。子層效率。v Short GIShort GIn可以保證數(shù)據(jù)的發(fā)送間隔設置為可以保證數(shù)據(jù)的發(fā)送間隔設置為400ns400ns。無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11網(wǎng)絡基本元素網(wǎng)絡基本元素v SSID(Service Set ID)服務集識別碼服務集識別碼STASTASTAAPAP:接入點接入點STA:無線終端無線終端SSID = “marketing”SSID = “ofice”無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11網(wǎng)絡基本元素網(wǎng)絡基本元素v BSS (Basic Service Set)BSS (

8、Basic Service Set)基本服務集基本服務集AP:接入點接入點STA:無線終端無線終端BSS:基本服務集基本服務集STA1STA3STA2APBSS1STA4STA6STA5APBSS2無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11網(wǎng)絡基本元素網(wǎng)絡基本元素v DS(Distribution System)DS(Distribution System)分布式系統(tǒng)分布式系統(tǒng)BSS2BSS1DSDS:連接多個連接多個BSS網(wǎng)絡以及有線網(wǎng)絡網(wǎng)絡以及有線網(wǎng)絡無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11網(wǎng)絡基本元素網(wǎng)絡基本元素v ESS(Extended Service Set)

9、ESS(Extended Service Set)擴展服務集擴展服務集BSS2BSS1DSESS:采用形同的采用形同的SSID的多個的多個BSS形成更大規(guī)模的虛擬形成更大規(guī)模的虛擬BSSSSID1SSID1BSS3SSID1ESS無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護STA之間可直接互相連接，資源共享，而無需通過之間可直接互相連接，資源共享，而無需通過AP。無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護STA之間必須通過之間必須通過AP互聯(lián)互聯(lián) 無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11 MAC層工作原理層工作原理 v 802.11 MAC802.11 MAC層負責客戶端與層負責客戶端與

10、APAP之間的通信之間的通信n包括：掃描、認證、接入、加密、漫游等包括：掃描、認證、接入、加密、漫游等v 802.11 MAC802.11 MAC層報文類型層報文類型n數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀n控制幀控制幀n管理幀管理幀無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護MAC層工作原理層工作原理-用戶接入管理過程用戶接入管理過程無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護MAC層工作原理層工作原理-Scanning無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護MAC層工作原理層工作原理-Authentication無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護MAC層工作原理層工作原理-Association無線局域網(wǎng)組建與維護無

11、線局域網(wǎng)組建與維護802.11 WEP加密原理加密原理IVKey生成器生成器靜態(tài)靜態(tài)Key 用戶數(shù)據(jù)明文用戶數(shù)據(jù)明文XORKey流流Key流流XOR用戶數(shù)據(jù)明文用戶數(shù)據(jù)明文靜態(tài)靜態(tài)Key Key生成器生成器IVIVKey生成器生成器靜態(tài)靜態(tài)Key 用戶數(shù)據(jù)明文用戶數(shù)據(jù)明文XORKey流流發(fā)送加密報文發(fā)送加密報文接收加密報文接收加密報文加密報文加密報文+IV WEP:Wired Equivalent Privacy 有線對等私有協(xié)議有線對等私有協(xié)議IV:Initialization Vender初始向量初始向量無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11 WEP加密特點與注意事項加密特點

12、與注意事項 v WEPWEP加密密匙長度固定加密密匙長度固定n40bit (WEP40)40bit (WEP40)n104bit(WEP104)104bit(WEP104)v WEPWEP加密的兩種密匙格式加密的兩種密匙格式nASCIIASCII碼碼nHEXHEX十六進制十六進制v WEPWEP加密的密匙索引加密的密匙索引nKey-idKey-id無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11i協(xié)議協(xié)議802.1x認證接入過程認證接入過程無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11 網(wǎng)絡安全網(wǎng)絡安全 v WEPWEP加密整個網(wǎng)絡共用一個密匙加密整個網(wǎng)絡共用一個密匙v IVIV向量

13、太短，向量太短， WEPWEP加密容易破解加密容易破解v RC4RC4加密算法過于簡單加密算法過于簡單v 解決辦法解決辦法n增加密匙管理機制增加密匙管理機制n采用更強的加密算法采用更強的加密算法無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11 網(wǎng)絡漫游網(wǎng)絡漫游 v 無線漫游無線漫游nSTASTA可以在屬于同一個可以在屬于同一個ESSESS的的APAP接入點接入。接入點接入。nSTASTA可以在可以在WLANWLAN中任意移動。中任意移動。n保證已有的業(yè)務不中斷，用保證已有的業(yè)務不中斷，用戶戶IPIP地址不變。地址不變。無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11 網(wǎng)絡漫游網(wǎng)絡漫游

14、漫游的分類漫游的分類n二層漫游：在同一個子網(wǎng)內的二層漫游：在同一個子網(wǎng)內的APAP間漫游間漫游n三層漫游：三層漫游： 在不同的子網(wǎng)內的在不同的子網(wǎng)內的APAP間漫游間漫游無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護網(wǎng)絡的介質訪問機制網(wǎng)絡的介質訪問機制CAMA/CA v CSMA/CACSMA/CA：載波幀聽多點接入：載波幀聽多點接入/ /避讓機制避讓機制n用于無線局域網(wǎng)用于無線局域網(wǎng)802.11a/b/g/n802.11a/b/g/n，帶有沖突避免的載波偵聽多路訪，帶有沖突避免的載波偵聽多路訪問，發(fā)送包的同時不能檢測到信道上有無沖突，只能盡量問，發(fā)送包的同時不能檢測到信道上有無沖突，只能盡量避免避

15、免。nCSMA/CACSMA/CA采用能量檢測采用能量檢測(ED)(ED)、載波檢測、載波檢測(CS)(CS)和能量載波混合檢測三和能量載波混合檢測三種檢測信道空閑的方式。種檢測信道空閑的方式。n本節(jié)點處有沖突并不意味著在接收節(jié)點處就有沖突本節(jié)點處有沖突并不意味著在接收節(jié)點處就有沖突。無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護網(wǎng)絡的介質訪問機制網(wǎng)絡的介質訪問機制CAMA/CA無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11e協(xié)議協(xié)議QoS保證保證 v 支持業(yè)務優(yōu)先級的報文標記支持業(yè)務優(yōu)先級的報文標記v 業(yè)務優(yōu)先級可被映射到業(yè)務優(yōu)先級可被映射到4 4個輸出隊列個輸出隊列v 高優(yōu)先級的報文優(yōu)先獲

16、取無線空口的訪問能力高優(yōu)先級的報文優(yōu)先獲取無線空口的訪問能力無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護SAT To PC的的QoS映射過程映射過程無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護本章總結本章總結本章主要介紹了本章主要介紹了802.11802.11協(xié)議組成員及協(xié)議組成員及802.11b/a/g802.11b/a/g協(xié)協(xié)議的主要技術指標。議的主要技術指標。802.11n802.11n的關鍵技術、的關鍵技術、 802.11802.11協(xié)議的協(xié)議的基本概念及其基本概念及其MACMAC工作原理、工作原理、 802.11802.11的安全、漫游、的安全、漫游、CSMA/CACSMA/CA及及QoSQ

17、oS等相關內容。等相關內容。無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護IEEE 802.11無線局域網(wǎng)工作組無線局域網(wǎng)工作組 PHY802.11(1/2 Mbps)802.11b(5.5/11 Mbps)802.11g(54 Mbps)802.11a(54 Mbps)MAC802.11/11a/11b/11g MAC802.11e QoS802.11i 安全增強安全增強802.11n(300 Mbps)802.11f 漫游和切換漫游和切換802.11h 動態(tài)調整動態(tài)調整802.11s mesh無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護l增強了STA和AP的認證機制 支持802.1x認證方式 支持P

18、re-shared key認證方式l增加了 Key的生成、管理以及傳遞的機制 每用戶使用獨立的Key 通過安全的傳遞方法傳遞用戶數(shù)據(jù)加密使用的Keyl增加了兩類對稱加密算法，加密強度大大增強 TKIP（臨時密鑰完整性協(xié)議）：核心仍然是RC4算法 CCMP（計數(shù)器模式CBC-MAC 協(xié)議）：核心為AES（Advanced Encryption Standard，先進加密標準）算法802.11i協(xié)議協(xié)議 安全認證和加密安全認證和加密無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11技術在技術在QOS方面存在的缺陷方面存在的缺陷v 最初的最初的802.11技術是為滿足用戶的數(shù)據(jù)傳輸而設計的，技術是

19、為滿足用戶的數(shù)據(jù)傳輸而設計的，根本沒有考慮多業(yè)務承載。根本沒有考慮多業(yè)務承載。n802.11采用的DCF（distributed coordination function，分布式協(xié)調功能）調度模式是基于CSMA/CA原理，最終的效果是所有用戶發(fā)送的報文平等地競爭無線資源。n由于沒有區(qū)分業(yè)務優(yōu)先級的機制，造成AP和終端在對外發(fā)送報文時對報文按同等優(yōu)先級對待。當發(fā)生流量擁塞時，需要優(yōu)先處理的報文（例如語音報文）和普通的報文（例如瀏覽網(wǎng)頁的報文）會按相同的概率被丟棄。n和有線網(wǎng)絡相對完善的QOS機制無法很好地銜接。無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.11e 協(xié)議協(xié)議 QOS保證保證v

20、802.11e針對針對DCF模式進行了改進，支持模式進行了改進，支持EDCA（Enhanced Distribution Channel Acess，增強型，增強型分布式協(xié)調訪問機制）的媒體訪問機制分布式協(xié)調訪問機制）的媒體訪問機制n支持8個業(yè)務優(yōu)先級的報文標記（類似于有線網(wǎng)絡中的802.1P） n業(yè)務優(yōu)先級可被映射到4個輸出隊列n高優(yōu)先級的報文優(yōu)先獲取無線空口的訪問能力無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護寬帶無線接入系統(tǒng)位于通信網(wǎng)絡中的接入層，用于“最后一公里”的接入及熱點地區(qū)的覆蓋，在通信網(wǎng)絡中占有重要的地位。無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護 WiMAX = “Worldwid

21、e Interoperability for Microwave Access” WiMAX 是基于是基于 (IEEE 802.16) 技術標準的最后一公里寬帶無線技術標準的最后一公里寬帶無線接入技術接入技術,WiMAX、DSL 、CABLE使最后一公里使最后一公里寬帶無線接入手寬帶無線接入手段豐富多彩段豐富多彩 IEEE 802.16-2004 固定固定游牧游牧便攜便攜 IEEE802.16e簡單移動簡單移動全移動全移動無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護解決手段：OFDM / 智能天線 / MESH解決手段:統(tǒng)一協(xié)議,軟件硬化,互通等IP,電路,QoS保證無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)

22、組建與維護為了促進寬帶無線設備的標準化，推動其市場發(fā)展，由為了促進寬帶無線設備的標準化，推動其市場發(fā)展，由Intel等眾等眾多頂級通信部件、設備公司在多頂級通信部件、設備公司在2003年年4月組成了非營利性機構月組成了非營利性機構WiMAX，致力于推動，致力于推動802.16無線寬帶設備進入市場，加速最后一無線寬帶設備進入市場，加速最后一公里的寬帶部署。公里的寬帶部署。無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護2004.42005.7應用供應商/其它運營商設備商芯片/元器件供應商無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護802.16802.16a802.16d802.16e標準情況2001年12月

23、正式發(fā)布2003年1月正式發(fā)布2004年6月23日獲批預計于2005年底發(fā)布使用頻段1066GHz11GHz1066GHz11GHz6GHz信道條件視距非視距視距非視距非視距固定/移動性固定固定固定+游牧移動漫游調制方式QPSK 、16QAM 和64QAM256OFDM（BPSK/QPSK /16QAM/64QAM）256 OFDM（BPSK/QPSK/ 16QAM/64QAM） 2048 OFDMA256 OFDM（BPSK/QPSK/ 16QAM/64QAM）128/512/1024/2048 OFDMA信道帶寬25/28MHz1.2520MHz1.2520MHz1.2520MHz傳輸速率

24、32134 Mbps （以28MHz 為載波帶寬）在20 MHz信道上提供約75 Mbps的速率在20 MHz信道上提供約75 Mbps的速率在5 MHz 的信道上提供約15 Mbps 的速率額定小區(qū)半徑5km510km515km幾km無線局域網(wǎng)組建與維護無線局域網(wǎng)組建與維護IEEE802.16-2004與與16e技術對技術對比比技術參數(shù)技術參數(shù)802.16-2004802.16e子載波數(shù)256（OFDM）2048（OFDMA）256（OFDM）128、512、1024、2048（OFDMA）帶寬（MHz）1.75MHz20MHz1.25MHz20MHz頻段211GHz6GHz移動性固定或便攜中低車速峰值速率75Mbps（20MHz）15Mbps（5MHz）調制方式QPSK、16QAM、64QAM信道編碼卷積碼、塊Turbo碼、卷積Turbo碼、LDPC碼鏈路自適應AMC、功率控制、HARQ小區(qū)間切換不支持支持增強型技術智