华中科技大学计算机网络课件-第6章-无线网络和移动网络

计算机网络第6章无线网络和移动网络第六章无线网络和移动网络2020年4月7日2目录概述无线链路和网络特征Wi-Fi:802.11无线LAN移动管理:原理移动IP无线和移动性:对高层协议的影响第六章无线网络和移动网络2020年4月7日36.1概述背景知识无线(移动)电话的用户数现在已超过了有线电话的用户数!计算机网络:便携机,掌上型电脑,PDAs,IP电话允许随时、无缝地接入因特网。两个重要的挑战:无线特性：基于无线链路的通信；移动特性：移动用户的网络接入点是变化的。第六章无线网络和移动网络2020年4月7日46.1概述无线网络的元素无线主机可以是便携机,PDA,IP电话；能运行程序；本身既可能是固定，也可能是移动的.网络基础设施第六章无线网络和移动网络2020年4月7日56.1概述无线网络的元素网络基础设施无线链路典型的作用是用于连接无线主机和基站;也可以用于骨干链路；与链路访问相匹配的多址访问协议；多种数据传输速率和传输距离第六章无线网络和移动网络2020年4月7日66.1概述几种无线网络标准的链路特性384Kbps56Kbps54Mbps5-11Mbps1Mbps802.15802.11b802.11{a,g}IS-95CDMA,GSMUMTS/WCDMA,CDMA2000.11p-to-plink2G3G室内10–30m室外50–200m室外中距200m–4Km室外长距离5Km–20Km第六章无线网络和移动网络2020年4月7日76.1概述无线网络的元素网络基础设施基站典型的作用是用于连接无线网络;负责向其覆盖范围内的主机发送和接收分组，在无线网络和无线主机之间起链路层中继作用。如：蜂窝塔、802.11接入点第六章无线网络和移动网络2020年4月7日86.1概述无线网络的元素网络基础设施基础设施模式无线局域网可分为两大类:有固定基础设施和自组网络(adhoc网络)。基础设施模式是指预先建立起来的、能够覆盖一定地理范围的一批固定基站。移动主机通过基站接入有线网络;切换:移动主机的移动可能会改变与之相关联的基站。第六章无线网络和移动网络2020年4月7日96.1概述Adhoc网络无基站;节点(移动主机)仅仅能够在其覆盖范围内向其他节点传送数据;节点之间相互通信组成的临时网络:在它们内部进行选路和地址分配.第六章无线网络和移动网络2020年4月7日106.1概述几个概念关联无线主机位于某个基站的无线通信覆盖范围内该主机使用该基站中继它与更大网络之间的数据切换当一台移动主机移动范围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，它将改变其接入更大网络的连接点第六章无线网络和移动网络2020年4月7日116.2无线链路和网络特征无线链路的特征递减的信号强度来自其他源的干扰多径传播第六章无线网络和移动网络2020年4月7日126.2无线链路和网络特征隐藏终端问题ABC1、存在障碍物B,C能互相“听见”A,C两个站点不能互相“听见”即A,C不知道他们对B的干扰。ABCA’ssignalstrengthspaceC’ssignalstrength2、信号衰减B,A能互相“听见”；B,C也能互相“听见”；A,C因为他们信号强度的衰减不能互相“听见”。第六章无线网络和移动网络2020年4月7日136.2无线链路和网络特征码分多址访问（CDMA）CDMA(CodeDivisionMutipleAccess):就是每个用户可以在同样的时间内用相同的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰。这种通信信号具有很高的抗干扰能力。每个用户被指派一个惟一的mbit码片序列。所有用户共享相同的频道,但每个用户用自己的“码片”序列对数据编码当站点发送比特“1”时，就发送指定给该站点的mbit码片序列；发送比特“0”时，发送此mbit码片序列的二进制反码习惯上，将码片序列中的“0”写成“-1”，“1”写成“+1”允许多个用户共存和发送信号,且相互的干扰极小第六章无线网络和移动网络2020年4月7日146.2无线链路和网络特征CDMA码片序列的特点：每一个站的码片序列各不相同，互相正交。即任何两个站点（如S和T站点）的码片向量的规格化内积为0。任何码片向量和自己的规格化内积为1。任何码片向量和其反码的规格化内积为－1。01iitsmTS11iissmSS1)(1)(iissmSS第六章无线网络和移动网络2020年4月7日156.2无线链路和网络特征数据码元比特tttttttS站的码片序列SS站发送的信号SxT站发送的信号Tx总的发送的信号Sx＋Tx规格化内积S＊Sx规格化内积S＊Tx发送端接收端110S站的码片序列是（-1-1-1+1+1-1+1+1），发送的数据是110T站的码片序列是（-1-1+1-1+1+1+1-1），发送的数据是110设有S站和T站均以相同频率发送数据，且接收站希望收到S站的数据，如下图所示。第六章无线网络和移动网络2020年4月7日166.3Wi-Fi:802.11无线LAN802.11协议簇概述802.11b工作在不需要许可证的2.4~2.485GHz的无线频谱上;最高数据速率11Mbps在物理层上采用直接序列扩频(DSSS):所有主机使用相同的码片序列广泛采用,使用基站。802.11a频率范围:5.1~5.8GHz最高数据速率:54Mbps802.11g2.4~2.485GHz范围最高数据速率54Mbps都是使用CSMA/CA协议实现多路访问；都可以用于有固定基础设施模式和自组网络模式。第六章无线网络和移动网络2020年4月7日176.3Wi-Fi:802.11无线LAN802.11体系结构基本构件模块——基本服务集（BSS）一个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站。所有的站在本BSS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时都必须通过本BSS的基站。一个基本服务集BSS所覆盖的地理范围叫作一个基本服务区BSA。基本服务区BSA和无线移动通信的蜂窝小区相似。在无线局域网中，一个基本服务区BSA的范围可以有几十米的直径。基本服务集里面的基站叫做接入点AP，其作用和交换机相似。一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS，然后再接入到另一个基本服务集，这样就构成了一个扩展服务集ESS。第六章无线网络和移动网络2020年4月7日186.3Wi-Fi:802.11无线LAN有固定基础设施的无线局域网基本服务集BSS扩展的服务集ESS基本服务集BSSAB漫游接入点AP接入点AP分配系统DS门桥门桥802.x局域网因特网第六章无线网络和移动网络2020年4月7日19有固定基础设施的无线局域网基本服务集BSS扩展的服务集ESS基本服务集BSSAB接入点AP接入点AP分配系统DS门桥门桥802.x局域网因特网一个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本BSS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时都要通过本BSS的基站。第六章无线网络和移动网络2020年4月7日20有固定基础设施的无线局域网基本服务集BSS扩展的服务集ESS基本服务集BSSAB接入点AP接入点AP分配系统DS门桥门桥802.x局域网因特网基本服务集中的基站叫做接入点AP(AccessPoint)第六章无线网络和移动网络2020年4月7日21扩展的服务集ESS基本服务集BSS基本服务集BSSAB接入点AP接入点AP分配系统DS门桥门桥802.x局域网因特网一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS(DistributionSystem)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS(ExtendedServiceSet)。第六章无线网络和移动网络2020年4月7日22扩展的服务集ESS基本服务集BSS基本服务集BSSAB接入点AP接入点AP分配系统DS门桥门桥802.x局域网因特网ESS还可通过叫做门桥(portal)为无线用户提供到非802.11无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。门桥的作用就相当于一个网桥。第六章无线网络和移动网络2020年4月7日23扩展的服务集ESS基本服务集BSS基本服务集BSSAB接入点AP接入点AP分配系统DS门桥门桥802.x局域网因特网移动站A从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集，而仍然可保持与另一个移动站B进行通信。第六章无线网络和移动网络2020年4月7日24无固定基础设施的无线局域网自组网络(adhocnetwork)自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点自组网络没有上述基本服务集中的接入点AP而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。第六章无线网络和移动网络2020年4月7日256.3Wi-Fi:802.11无线LAN802.11b的信道划分2.4GHz—2.485GHz，共85MHz划分为11个部分重叠的信道集两个信道仅当中间相隔4个及以上的信道时，无重叠1、6、11三个信道不重叠，可同时工作802.11b中主机关联AP的过程每个AP周期性发送信标帧，包括AP的SSID和MAC主机对11个信道进行扫描，获取所有可用的AP的信标帧主机选择其中一个AP进行关联，加入其所属子网主机向关联AP发送DHCP发现报文，获取IP地址可能需要身份鉴别第六章无线网络和移动网络2020年4月7日266.3Wi-Fi:802.11无线LAN802.11的MAC协议——CSMA/CA802.11不采用冲突检测的原因检测碰撞的能力要求站点具有同时发送和接收的能力。而802.11适配器上，接收信号的强度可能远远小于发送信号的强度，从而被淹没，无法检测到，如果一定要实现，则硬件代价会非常大即使站点具备同时发送和监听的能力，也会由于隐蔽终端和衰减的问题无法检测到所有的碰撞第六章无线网络和移动网络2020年4月7日276.3Wi-Fi:802.11无线LAN802.3和802.11链路层MAC协议的区别802.11采取碰撞避免而非碰撞检测由于无线信道相对较高的比特差错率，802.11使用链路层确认/重传（ARQ）机制第六章无线网络和移动网络2020年4月7日286.3Wi-Fi:802.11无线LAN发送方的工作流程如果侦听到信道闲置了DISF秒，则传输整个帧(无冲突检测)如果侦听到信道忙，则选择一个随机避退值作为定时器的定时时间，并在侦听信道闲置时递减该值。定时时间一到且信道空闲就发送数据如果收到确认，且站点要继续发送数据，则执行第2步如果没有收到确认（ACK）,则在更大范围内选取随机值,重复第2步接收方如果帧收到则OK，等待SIFS秒后返回ACK(ACK是必须的因为隐蔽站问题)发送方接收方DIFS数据SIFSACK第六章无线网络和移动网络2020年4月7日296.3Wi-Fi:802.11无线LAN冲突避免思路:允许发送方“预约”信道而非随机访问:避免长的数据帧冲突发送方在发送数据帧之前首先使用CSMA协议发送一个短的请求发送RTS(request-to-send)帧给AP：RTS也可能仍会相互冲突(但时间很短)AP广播一个允许发送CTS（clear-to-send）帧响应RTSRTS被所有节点侦听到发送方发送数据帧其他站点推迟发送使用短的预约帧可以完全避免数据帧发生冲突!第六章无线网络和移动网络2020年4月7日306.3Wi-Fi:802.11无线LAN冲突避免第六章无线网络和移动网络2020年4月7日316.3Wi-Fi:802.11无线LANAPABtime数据(A)reservationcollisiondefer第六章无线网络和移动网络2020年4月7日326.3Wi-Fi:802.11无线LAN