80211网络概论.docx

1、80211网络概论802.11网络概论 - Part1Overview of 802.11 Networks 当我们开始尝试了解某种技术的时候，总是能从所谓的“光荣之路”中得到很多的启发，一份系统精炼的全面介绍通常会带给我们不少的帮助。毫无置疑，更多地了解802.11的基础工作原理，将带领我们进入一个更高的层次。例如，协议是如何被定义等，之后，可以根据兴趣和需要，从容不迫地深入低层次的协议定义或开发部分。 从基础原理上看，802.11和Ethernet有着近乎相似的工作原理，所以如果你曾有Ethernet的背景，将会觉得比较轻松，但还必须了解802.11的其他附带功能是如何扩展类似Ethern

2、et中的技术，以使得其适应于无线网络。这些附带的功能使得802.11区别于Ethernet等有线网络，其核心在于media access control(MAC)，任何Wireless NIC都拥有一个48-bit MAC地址，看上去和Ethernet NIC一样，唯一的MAC地址将确保其能在一个网络环境中区别于其他设备。 从另一个角度看，这些MAC地址是被厂方固定的，即便是在其他的IEEE802网络，在ARP表中802.11 MAC地址将会紧靠着Ethernet地址被显示（同一厂商的产品使用相同的固定前缀），这使得在一个包含802.11网络的大网络中区分哪些是无线设备哪些是有线设备变得有些混

3、乱。显然802.11设备和Ethernet设备之间是有很多区别的，简单地来说802.11设备是可以移动的，它们可以被轻松地从网络的某个部分移动到另一个部分，你的802.11设备将会很聪敏地觉察到这些变化，并即时地将数据流传送到当前所处的移动区域。绝大多数情况下它是会自动切换，而不需要你手动控制它，虽然你也可以这么做。 IEEE 802 Network Technology Family Tree 802.11是LAN技术协议IEEE 802大家族的一个成员，图-1表示了802家族中的成员关系以及各自在OSI模型中的位置。 因为混合了physical和data link，所以IEEE 802注重

4、于OSI模型中两个位于最低的层。所有802.11网络都由MAC和Physical (PHY) 组成。MAC定义了如何访问媒介和发送数据的规则，但具体的数据发送和接收交由PHY控制。 通过定义802系列的第2个数字来区分各自的不同。比如，802.3使用Collision Detection 定义Carrier Sense Multiple Access 网络 (CSMA/CD) ,也就是Ethernet ; 802.5定义令牌环网 （Token Ring）; 802.2指定一个公共的link layer，也就是Logical Link Control（LLC），它将被适用于任何低层LAN技术中；

5、802网络的管理功能由802.1定义，比如Bridging (802.1D) ,virtual LANs，或VLANs (802.1Q)。 802.11可以被看作是另一个可以使用802.2/LLC封装的连接层。在802.11规格基础中包括802.11 MAC 和两个物理层:：frequency-hopping spread-spectrum (FHSS) 物理层，以及，direct-sequence spread-spectrum (DSSS) 链接层。802.11修正版本中还增加了其他一些物理层，802.11b指定了high-rate direct-sequence layer (HR/DS

6、SS)；802.11a基于OFDM物理层 （orthogonal frequency division multiplexing）；802.11g提供了匹敌与OFDM的高速传送速度，同时向下兼容了802.11b，当然有时这是需要付出一些小小的代价的，如果802.11b和802.11g共存于同一个AP，additional protocol overhead is required, 这将影响到802.11g用户的连接速度。 为了使802.11对应于无线网络应用，相当数量的附加功能被添加到MAC，这使得802.11MAC看上去更像是一个复杂压力感应器 (baroquely complex)，或是

7、IEEE802 MAC定义的试验田。 就像物理层需要一个相关且复杂的PHTY，802.11将PHY分割为两个PM部分： a.）Physical Layer Convergence Procedure (PLCP), 用于将MAC frames 映射到媒介；b.) Physical Medium Dependent (PMD)，用于传送这些frames。 从图-2中可以看到，PLCP作为分界线，跨越MAC和物理层。为了表明这些传送是通过空气媒介传送的，802.11中的PLCP在被传送的frames中添加了一些用于表示的数据区域。上述的许多方面取决于你到底想要掌握些什么，对于任何技术，知道的越多，

8、你就越能感到满足。虽然802.11协议中提供了许多可以订制修改的东西，但由于厂家处于某些原因，隐藏了这些可以订制的功能。无论对于数据流量较小的网络，或是在一个由众多无线客户端组成的环境中，只有在一个相对显得拥挤的环境中，802.11协议中一些标准的功能才可能发挥其作用。所以有时候会觉得日益增大的网络反而对应用造成了某种意义上的限制，但看来我们还是需要这种技术。 802.11 Nomenclature and Design 802.11网络的组成大致可以分为4个部分，图-3表示了4个主要组成部分的结构。各个组成部分为下列4个：Stations 客户机是组成网络的一部分，网络为客户机提供数据的传送

9、。这里所指的客户机通常为配置了无线网络介面的计算机设备，比如由电池驱动的膝上型计算机或各种手持式设备等。无线网络环境中的客户机概念，并非专指各种可移动设备，在很多具体环境下，台式机同样可以接入到无线网络中，而不必铺设新的线路。802.11已经成为当今热门的标准，Apple AirPort Express也同样使用标准802.11；TiVos也能连接到无线网络。更多的厂商正加入802.11WG，并为扩展标准功能作出重大的贡献。Access points 在802.11网络上帧必须被转换为其他的格式后在网络上被传送。Access points设备就提供了这种wireless-to-wired网桥功

10、能。（Access points也提供了其他功能，但网桥功能是其中最重要的。）目前的产品趋势，除了标准的AP，还分为瘦AP和AP控制器。 Wireless medium 为了在客户机之间传送帧，就要经过无线媒介。在结构机制中定义了许多物理层来支持802.11MAC，最初的标准中定义了2个广播频率物理层（RF physical layers）和1个红外线物理层(infrared physical layer)，后继版本中又增加了其他一些附加的物理层。 Distribution system 在由多个AP组成的广域服务区中，它们必须互相连接并提供对各个客户机的跟踪定位。作为802.11的一个逻辑组

11、成部分，分布系统传送帧到它们各自的目的地。802.11并未对分布系统作任何特殊的功能定义。在很多商业产品中，分布系统通常扮演着融合网桥引擎（Bridging engine）和分布系统媒介(distribution system medium)的角色,承担在各个AP间传送帧的任务。其实分布系统可以被看作为骨干网络（backbone network），通常Ethernet常被用于骨干网络技术。 Types of Networks basic service set（BSS）作为802.11网络中最基本的组成部分，是由一组互相连接的客户机所组成，存在于被称作模糊无线媒介环境中，这种区域通常称作bas

12、ic service area。当一个客户机位于服务区中，就能和同在一个BSS中的其他客户机建立连接。图-4中表示了2种BSS。Independent networks 在图-4的左面区域为independent BSS（IBSS）。在IBSS服务区中的所有客户机都必须建立互相的直接连接并处于直接通信的范围内。2台客户机就能够组成一个最简单的IBSS。通常IBSSs可以提供特殊目的或临时目的的服务。比如，我们可以为一个临时的会议建立一个临时的IBSS，待会议结束后撤去。一般，我们称这种生命周期短，规模小且目的明确的IBSS为ad hoc BSSs或是ad hoc networks。Infras

13、tructure networks位于图-4右面区域的为infrastructure BSS（注意：它不能被缩写为IBSS）。Infrastructure networks至少由一个AP构成。APs提供同一个服务区域中所有移动客户机之间的互相通信服务。一个客户机如果需要与另一个客户机通信，必须经过2个跳跃（2 hops）。首先，发送端客户机将帧发送到AP，然后由AP发送到接受端客户机。Infrastructure networks中所有的通信均基于AP如何转发。相对单一直接传送方式，多跳跃传送提供更多的传送容量和优势： 一个Infrastructure BSS取决于到AP之间的距离。所有移动客

14、户机必须位于AP服务范围内，且在移动客户机到AP之间不存在任何约束。允许客户机间建立直接连接能提高传送容量，但同样会加大物理层的复杂性，因为客户机将不得不维护与服务区中其他所有客户机之间的网络关系。 使用AP同时也能节约不必要的某些电力消耗。AP可以在意识到某个客户机现处于省电模式时，将未发送的帧存储到缓存中。所以，对于依靠电池驱动的移动客户机，完全可以暂时关闭无线传送，且只在从缓存中接受或传送数据时将其设置为运作状态。在一个infrastructure network中，客户机必须通过AP获得相应的网络服务。同时这种关联性依赖于哪些客户机将连接到802.11网络，就像通过插入网线连接到Eth

15、ernet一样。但这种进程却是非对称的（Not a symmetric process），也就是说，客户机发起连接请求后，AP将会根据连接基准，决定接受或是拒绝。这种关联性依赖也同样适用于移动客户机本身：某个客户机可以被限制只能访问某个特定的AP。虽然802.11标准并未对一个AP最多能容纳的客户机数目做出规定或限制，但在实际应用中，从生产力的角度，最好还是考虑一下这方面的问题。Extended service areasBSSs虽然可以应用于小型企业或是家庭环境，但却无法提供广域的服务。所以，802.11允许并提供了将BSSs连接起来，形成extended service (ESS)，ESS将众多BSS连接到骨干网络，区域中所有的AP都被赋予相同的SSID（service set identifier）。前面说到802.11并未对骨干网络做出具体的定义，至少模糊地要求其能够提供一系列服务而已。图-5中展示了一个由4个BSS组成的ESS（前提为区域中所有AP均被设置为在同一个ESS），在实际应用中，BSSs之间的交迭区域范围要比图形中要大的多，这里只是做个模型罢了。位于同一个ESS区域的客户机间能够互相建立通信，即便双方位于不同的basic service area或是在不同的basic service