计算机网络自顶向下方法第四版ppt第6章.ppt

1、第6章 无线网和移动网Wireless and Mobile Networks计算机网络：自顶向下方法(原书第三版)陈鸣译，机械工业出版社，2005年Computer Networking:A Top Down Approach Featuring the Internet,3rd edition.Jim Kurose,Keith RossAddison-Wesley,July 2004.1无线网和移动网第6章 无线网和移动网背景:r无线电话用户的数量超过了有线电话用户的数量!r计算机网络:膝上电脑,掌上电脑,PDA,因特网使能电话希望任何时间连接因特网访问r两个重要的(但不同的)挑战m经无线

2、链路通信m处理移动用户改变与网络连接点2无线网和移动网第6章 概要6.1 概述 无线r6.2 无线链路,特性mCDMAr6.3 IEEE 802.11 无线局域网(“wi-fi”)r6.4 蜂窝因特网接入m体系结构m标准(如 GSM)3无线网和移动网无线网络的要素网络基础设施无线主机无线主机r膝上机,PDA,IP电话r运行应用程序r可以是固定的(非移动的)或移动的m无线并不总意味着移动4无线网和移动网无线网络的要素网络基础设施 基站基站r通常与有线网络连接r中继 负责在它的”区域“的有线网络和无线主机之间发送分组m如信元塔 802.11 接入点 5无线网和移动网无线网络的要素网络基础设施 无线

3、链路无线链路r通常用于连接移动用户到基站r也用作主干链路r多个接入协议协调链路接入r各种数据速率，传输距离6无线网和移动网部分无线链路标准的特性384 Kbps56 Kbps54 Mbps5-11 Mbps1 Mbps2G3G室内10 30m室外50 200m中距离室外200m 4Km长距离室外5Km 20Km7无线网和移动网无线网络的要素网络基础设施基础设施模式r基站连接移动用户到有线网络r切换:移动用户改变与有线网络连接的基站8无线网和移动网无线网络的要素自组织模式自组织模式r无基站r在链路覆盖的范围内节点仅能传输到另外的节点r节点将它们组织成为一个网络：在它们自己中选路9无线网和移动网无

4、线链路的特征不同于有线链路.m衰减的信号强度：当无线电信号传播通过物质时，信号削弱(路径损失)m来自其他源的干扰:标准的无线网络频率(如2.4 GHz)由其他设备共享(如电话);设备(发动机)干扰m多径传播:无线电信号反射离开物体，以稍微不同的时间到达目的地.使得通信跨越(甚至点对点)无线链路 非常“困难”10无线网和移动网无线网络的特性多个无线发送方和接收方产生另外的问题(不同于多路访问):ABC隐终端问题rB,A 彼此听到rB,C彼此听到rA,C彼此不能听到意味着A,C不知道它们在B的干扰ABCAs signalstrengthspaceCs signalstrength信号衰退:rB,A

5、彼此听到rB,C彼此听到rA,C 不能听到在B的干扰11无线网和移动网码分多址(CDMA)r用于几种无线广播信道中(蜂窝,卫星等)标准r独特的”编码“分配给每个用户;即编码集合分割r所有用户共享相同频率，但每个用户具有自己的”码片速率码片速率“序列(即编码)以对数据编码r编码信号=(原始数据)X(码片速率序列)r解码:编码的信号和码片速率序列 的内积r允许多个用户”共存“并以最小的干扰同时传输(如果编码是“正交的”)12无线网和移动网CDMA编码/解码时隙 1时隙 0d1=-11 1 111-1-1-1-Zi,m=di.cmd0=11 1 111-1-1-1-1 1 111-1-1-1-1 1

6、 111-1-1-1-时隙 0信道输出时隙 1信道输出信道输出 Zi,m发送方编码数据比特时隙1时隙0d1=-1d0=11 1 111-1-1-1-1 1 111-1-1-1-1 1 111-1-1-1-1 1 111-1-1-1-时隙 0信道输出时隙 1信道输出接收方编码接收的输入Di=S Zi,m.cmm=1MM13无线网和移动网CDMA:两个发送方的干扰发送方接收方14无线网和移动网第6章 概要6.1 概述 无线r6.2 无线链路特性mCDMAr6.3 IEEE 802.11 无线局域网(“wi-fi”)r6.4 蜂窝因特网接入m体系结构m标准(e.g.,GSM)15无线网和移动网IEE

7、E 802.11 无线 LANr802.11bm2.4-5 GHz无执照无线电频谱m高达11 Mbpsm在物理层的直接序列扩频(DSSS)所有主机使用相同的码片速率序列 m广泛设置，使用基站r802.11a m5-6 GHz范围m高达 54 Mbpsr802.11g m2.4-5 GHz范围m高达54 Mbpsr对多路访问都使用CSMA/CAr都具有基站和自组织版本16无线网和移动网802.11 LAN 体系结构r无线主机使用基站通信m基站=接入点(AP)r基本服务集(BSS)(又称为“单元”)在基础设施模式中包含:m无线主机m接入点(AP):基站m自组织模式:仅有主机BSS 1BSS 2In

8、ternethub,switchor 路由器APAP17无线网和移动网802.11:信道,关联r802.11b:2.4GHz-2.485GHz频谱划分为11个不同的频率 的信道mAP管理为AP选择频率 m可能干扰：信道能够与临近AP选择相同的信道!r主机:必须与AP关联m扫描信道，监听包括该AP的SSID和MAC地址的信标帧m选择AP去关联m可能执行鉴别 第8章m通常运行DHCP以得到在AP子网中的IP地址18无线网和移动网IEEE 802.11:多路访问r避免碰撞:2+节点同时传输r802.11:CSMA 在传输前感知m不与其他节点正在进行的碰撞r802.11:无碰撞检测!m当传输时由于接收

9、的信号变弱(衰退)，难以接收(感知碰撞)m在任何场合不能感知所有碰撞：隐终端，衰退m目标:避免碰撞:CSMA/C(ollision)A(voidance)ABCABCAs signalstrengthspaceCs signalstrength19无线网和移动网IEEE 802.11 MAC协议:CSMA/CA802.11发送方1 如果感知信道空闲则 在DIFS(Distributed Inter-帧 Space)后，传输整个帧(无碰撞检测)2 如果感知信道忙，则启动随机回退时间定时器倒计时直到信道空闲当定时器超时传输如果无ACK,增加随机回退间隔跳转2802.11接收方-如果针接收OK 在S

10、IFS后返回后返回ACK(由于隐终端问题，需要ACK)发送方接收方DIFSdataSIFSACK20无线网和移动网避免碰撞(续)思想:允许发送方“预约”信道，而不是数据帧的随机访问：避免长数据帧的碰撞r发送方首先使用CSMA向BS传输小请求发送(RTS)分组mRTS仍可能与其他碰撞(但它们较短)rBS为响应RTS广播允许发送 CTSrRTS为所有站点听到m发送方传输数据帧m其他站点推迟传输使用小预约分组，避免数据帧完全碰撞!21无线网和移动网碰撞避免:RTS-CTS交换APAB时间RTS(A)RTS(B)RTS(A)CTS(A)CTS(A)DATA(A)ACK(A)ACK(A)预约碰撞推迟22

11、无线网和移动网帧控制持续期地址1地址2地址4地址3有效载荷CRC22666260-23124序号控制802.11帧:编址地址2:无线主机或AP 传输该帧的MAC 地址地址1:无线主机或接收该帧AP的MAC 地址地址3:与AP连接的路由器接口的MAC地址地址4:仅用于自组织模式23无线网和移动网因特网路由器APH1R1AP MAC地址 H1 MAC地址 R1 MAC地址地址1地址2地址3802.11R1 MAC地址 AP MAC地址dest.地址source 地址802.3帧802.11帧:编址24无线网和移动网帧控制持续期地址1地址2地址4地址3有效载荷CRC22666260-23124序号控

12、制类型来自AP子类型到AP更多标识WEP更多数据功率管理重试Rsvd协议版本22411111111802.11帧:其他预约传输时间(RTS/CTS)的长度帧序号(用于可靠的ARQ)帧类型(RTS,CTS,ACK,数据)25无线网和移动网集线器或交换机AP 2AP 1H1BBS 2BBS 1802.11:在相同子网中的移动路由器rH1停留在相同的IP子网中:IP 地址能够维持相同r交换机:哪个AP与H1关联?m自学习(第5章):交换机将看到来自H1的帧并“记住”哪个交换机端口能被用于到达 H126无线网和移动网M覆盖半径SSSPPPPMS主设备从设备停用设备(不活动的)P802.15:个人域网络

13、r小于10 m直径r替代电缆(鼠标,键盘，耳机)r自组织:无基础设施r主/从设备:m从设备(向主设备)请求发送许可m主设备同意请求r802.15:由蓝牙规格参数演化而来m2.4-2.5 GHz 无线电波段m高达 721 kbps27无线网和移动网第6章 概要6.1 概述 无线r6.2 无线链路,特性mCDMAr6.3 IEEE 802.11 无线局域网(“wi-fi”)r6.4 蜂窝因特网接入m体系结构m标准(e.g.,GSM)28无线网和移动网移动用户 交换中心公共电话网和因特网移动用户 交换中心蜂窝网络体系结构的组件q 将cells与广域网相连q 管理呼叫建立(详情见后!)q 处理移动(详

14、情见后!)移动交换中心MSCq 覆盖地理区域q基站(BS)类比802.11 APq 移动用户通过BS与网络相连q 空中接口:在移动用户和BS之间的物理和链路层协议发射区cell有线网络29无线网和移动网蜂窝网:第一跳共享移动用户到BS无线电频谱的两种技术rFDMA/TDMA结合:将频谱划分为频道，再将每个频道划分为时隙rCDMA:码分多址频段时隙30无线网和移动网蜂窝标准:简要概述2G系统:语音信道rIS-136 TDMA:FDMA/TDMA结合(北美)rGSM(移动通信全球系统):FDMA/TDMA结合m广泛部署rIS-95 CDMA:码分多址IS-136GSMIS-95GPRSEDGECD

15、MA-2000UMTSTDMA/FDMA不要淹死在字母汤的碗里：仅使用它们作用参考31无线网和移动网Cellular 标准:简要概述2.5 G系统:语音和数据信道r提供给那些等不及3G服务的人:2G扩展r通用分组无线电服务(GPRS)m从 GSM演化而来m数据在多个信道发送(如果可能的话)rEnhanced Data rates for Global Evolution(EDGE)m也从GSM演化而来,使用增强调制 m数据率高达 384KrCDMA-2000(阶段1)m数据率高达 144Km从 IS-95演化而来32无线网和移动网Cellular 标准:简要概述3G系统:语音/数据r通用移动电

16、信服务(UMTS)mGSM下一步,但使用 CDMArCDMA-2000 .由于更多(并且更为有趣)蜂窝网主题 设计到移动性33无线网和移动网第6章 概要移动r6.5 原则：移动用户的编址与选路r6.6 移动IPr6.7 在蜂窝网中的处理移动r6.8 移动和较高层协议r6.9 小结34无线网和移动网What is 移动?r移动谱,从 网络 的角度:无移动高度移动性移动无线用户，使用相同的接入点移动用户，在维持进行中的连接时通过多个接入点(像移动电话一样移动用户，使用DHCP与网络连接/断连35无线网和移动网移动:词汇归属网络:移动用户的永久的“家”(如 128.119.40/24)永久地址:在归属网络中的地址，总能被用于到达移动用户，如 128.119.40.186归属代理:当移动用户在远地，代表它执行移动功能的实体广域网通信者36无线网和移动网移动:词汇（续）转交地址:在被访网络中的地址.(如 79,129.13.2)广域网被访网络:移动用户当前驻留的网络(如 79.129.13/24)永久地址:保持不变(如128.119.40.186)归属代理:在被访网络 中代表移动用户执行移动功能