7 无线网络和移动网络
7.1 概述
- 无线网络中的元素
- 无线主机
- 基站: 向与之关联的无线主机发送数据和从主机接收数据 (有线网中无)
- 无线链路
- 切换handoff: 一台移动主机的移动超出一个基站的覆盖范围而到达另一个基站的覆盖范围后, 它将改变其接入到更大网络的连接点, 这一过程称为切换.
7.2 无线链路和网络特征
- 无线链路特点:
- 递减的信号强度
- 来自其他源的干扰:
- 多径传播
- 不安全
- 信噪比SNR vs. 比特差错率BER
- SNR: signal-to-noise ratio 信噪比, 单位 分贝db
- BER: bit error rate 比特差错率(误码率)
- 对于给定的调制方案, 能量越高, SNR越高, BER越低
- 码分复用
- Ad-hoc Networking: 无基站, 节点将自己安排成网络
7.3 WiFi: 802.11无线LAN
- 频段: 2.4GHz, 5GHz
- 媒体访问协议: CSMA/CA
7.3.1 802.11体系结构
基本构建模块: 基本服务集 BSS, 包含一个或多个无线站点和一个称为接入点(AP)的中央基站
- 控制模块/基站/无线hub/接入点都是同一个东西
- 用户模块: 无线网卡
- 每个802.11无线站点都有一个6字节的MAC地址, 存在该站适配器(网卡)中
- 每个接入点(AP)的无线接口也有一个MAC地址
- 配置AP的无线LAn称为基础无线LAN
- ESS: 多个BSS通过分布式系统(DS)互联, DS为交换机, 有线网或者无线网
- 结构:
- 单蜂窝配置
- 多蜂窝配置
- 可能的通信方式:
- 直接通信
- 一个基站转接
- 经过2个基站, 涉及4个地址
- 局域网通信
- 关联:
- 进入WiFi丛林时, 主机需要加入其中一个子网并与其中一个AP相关联, 即在这一无线站点在自身和该AP之间创建一个虚拟线路.
- 仅有关联的AP才向你的无线站点发送数据帧, 你的无线站点也仅仅通过该关联AP向因特网发送数据帧
- 每个AP周期性地发送信标帧, 包含该AP的SSID和MAC地址
- 扫描信道和监听信标帧的过程称为被动扫描
- 无线主机也可以执行主动扫描, 通过向位于无线主机范围内的所有AP广播探测帧完成.
- AP用一个探测响应帧应答探测请求帧
7.3.2 802.11MAC协议: CSMA/CA(考试不作要求)
- 802.11无线网无法使用碰撞检测
- 有链路层确认ACK, 因为无线LAN中节点发送帧有可能不能无损到达目的站点
- IFS帧间间隔(实现了优先级)
过程:
如果最初监听到信道空闲, 它将在一个分布式帧间间隔DIFS后发送该帧
否则该站点选取一个随机返回值, 并且在侦听信道空闲时递减该值. 侦听到信道忙时不变
- 计数值为0时, 该站点发送整个数据帧并等待确认
- 收到确认则知道帧已经正确接收. 如果想要再发送一个帧, 从第二步开始.
- 如果没有收到确认, 发送站点重新进入第二步中的回退阶段, 并从更大的范围中选取随机值
倒计时(backoff)时即使监听到信道空闲也抑制传输的原因: 尽量避免碰撞.
IEEE 802.11 Medium Access Control Logic
- 3个级别的IFS:
- SIFS: 短IFS—高优先级
- PTFS
- DIFS
4帧交换
- 用RTS和CTS处理隐藏终端
- RTS: 短请求发送控制帧; CTS: 短允许发送控制帧
- 发送方要发data帧时:
- (延迟DIFS后)先向AP发一个RTS帧, 指示传输data和确认帧的总时间
- AP收到RTS帧后, (延迟SIFS后)广播一个CTS帧作为回应, 目的为
- 给发送方发送许可
- 指示其他站点在预约期内不要发送
- 发送方收到RTS(延迟SIFS)后发送data帧
- 目的地收到data(延迟SIFS)后发送ACK