Wireless Local Area Network

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1、VLAN 和WLANMain ContentsnVLANnWLANn體系結(jié)構(gòu)n隱蔽站點和暴露站點nCSMA/CAn虛擬局域網(wǎng) VLAN 是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組。n這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。n每一個 VLAN 的幀都有一個明確的標(biāo)識符，指明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個 VLAN。nVLAN（Virtual Local Area Network）的中文名為）的中文名為“虛虛擬局域網(wǎng)擬局域網(wǎng)”。VLAN是一種將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分成是一種將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分成一個個網(wǎng)段，從而實現(xiàn)虛擬工作組的新興數(shù)據(jù)交換技術(shù)。一個個網(wǎng)段，從而實現(xiàn)虛擬工作組的新興數(shù)據(jù)交換技術(shù)。nVLA

2、N的特點：一個的特點：一個VLAN內(nèi)部的廣播和單播流量都不會轉(zhuǎn)內(nèi)部的廣播和單播流量都不會轉(zhuǎn)發(fā)到其他發(fā)到其他VLAN中，從而有助于控制流量、減少設(shè)備投資、中，從而有助于控制流量、減少設(shè)備投資、簡化網(wǎng)絡(luò)管理、提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。簡化網(wǎng)絡(luò)管理、提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。4.5 虛擬局域網(wǎng)4.5.1 虛擬局域網(wǎng)的概念VLAN技術(shù)技術(shù)交換機(jī)收到廣播幀后，只轉(zhuǎn)發(fā)到屬于同一交換機(jī)收到廣播幀后，只轉(zhuǎn)發(fā)到屬于同一VLAN的其他端口。的其他端口。1203交換機(jī)交換機(jī)廣播幀廣播幀廣播域廣播域廣播幀廣播幀廣播域廣播域。22123以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)

3、交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個虛擬局域網(wǎng) VLAN1,VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個虛擬局域網(wǎng) VLAN1,VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 當(dāng) B1 向 VLAN2 工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)據(jù)時，工作站 B2 和 B3 將會收到廣播的信息。以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個虛擬局域網(wǎng) VLAN1,VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 B1 發(fā)送數(shù)據(jù)時，工作站 A1,A2 和 C1都不會收到 B1 發(fā)

4、出的廣播信息。以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個虛擬局域網(wǎng) VLAN1,VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 虛擬局域網(wǎng)限制了接收廣播信息的工作站數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風(fēng)暴”)而引起性能惡化。n虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個 4 字節(jié)的標(biāo)識符，稱為 VLAN 標(biāo)記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個虛擬局域網(wǎng)。4.5.2 虛擬局域網(wǎng)使用的以太網(wǎng)幀格式 802.3MAC 幀字節(jié)66246 15004MAC 幀目地地址源地址長度/類型數(shù) 據(jù)FCS長度/類型=802.1

5、Q 標(biāo)記類型 標(biāo)記控制信息 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 VID 2 字節(jié)2 字節(jié)插入 4 字節(jié)的 VLAN 標(biāo)記4用戶優(yōu)先級CFIVLAN類型類型n基于端口分類n基于MAC地址分類n基于IP地址分類基于端口的VLAN基于MAC地址的VLAN基于IP地址的VLAN注意nVLAN成員的實質(zhì)含義不是指物理設(shè)備，而是與物理相關(guān)的某種屬性。n物理設(shè)備因為具有了這種屬性才成為VLAN的成員。4.8 無線局域網(wǎng)4.8.1 無線局域網(wǎng)的組成n有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)基本服務(wù)集 BSS擴(kuò)展的服務(wù)集 ESS基本服務(wù)集 BSSAB漫游接入點 AP接入點 AP分配系統(tǒng) DS門橋門

6、橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)n有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)基本服務(wù)集BSS擴(kuò)展的服務(wù)集 ESS基本服務(wù)集BSSAB接入點 AP接入點 AP分配系統(tǒng) DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)一個基本服務(wù)集 BSS 包括一個基站和若干個移動站，所有的站在本 BSS 以內(nèi)都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信時都要通過本 BSS 的基站。n有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)基本服務(wù)集BSS擴(kuò)展的服務(wù)集 ESS基本服務(wù)集BSSAB接入點 AP接入點 AP分配系統(tǒng) DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)基本服務(wù)集中的基站叫做接入點 AP(Access Point)其作用和網(wǎng)橋相似。擴(kuò)展的服務(wù)集 ESS基本服務(wù)集BSS基

7、本服務(wù)集BSSAB接入點 AP接入點 AP分配系統(tǒng) DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)一個基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點 AP連接到一個主干分配系統(tǒng) DS(Distribution System)，然后再接入到另一個基本服務(wù)集，構(gòu)成擴(kuò)展的服務(wù)集ESS(Extended Service Set)。擴(kuò)展的服務(wù)集 ESS基本服務(wù)集BSS基本服務(wù)集BSSAB接入點 AP接入點 AP分配系統(tǒng) DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)ESS 還可通過叫做門橋(portal)為無線用戶提供到非 802.11 無線局域網(wǎng)（例如，到有線連接的因特網(wǎng)）的接入。門橋的作用就相當(dāng)于一個網(wǎng)橋。擴(kuò)展的服務(wù)集 ESS基本

8、服務(wù)集BSS基本服務(wù)集BSSAB接入點 AP接入點 AP分配系統(tǒng) DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)移動站 A 從某一個基本服務(wù)集漫游到另一個基本服務(wù)集，而仍然可保持與另一個移動站 B 進(jìn)行通信。無固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network)自組網(wǎng)絡(luò)AEDCBF源結(jié)點目的結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點n自組網(wǎng)絡(luò)沒有上述基本服務(wù)集中的接入點 AP 而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨時網(wǎng)絡(luò)。移動自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景 n在軍事領(lǐng)域中，攜帶了移動站的戰(zhàn)士可利用臨時建立的移動自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。n這種組網(wǎng)方式也能夠應(yīng)用到作戰(zhàn)的地面車輛群和坦克群，以及海上的艦艇群、空中的機(jī)群

9、。n當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時，在搶險救災(zāi)時利用移動自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時的通信往往很有效的4.8.2 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的物理層n1997 年 IEEE 制訂出無線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的第一部分，802.11。在1999年又制訂了剩下的兩部分，802.11a 和 802.11b。n802.11 的物理層有以下三種實現(xiàn)方法：n跳頻擴(kuò)頻 FHSSn直接序列擴(kuò)頻 DSSSn紅外線 IR 4.8.3 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 層1.CSMA/CA 協(xié)議 n無線局域網(wǎng)卻不能簡單地搬用 CSMA/CD 協(xié)議。這里主要有兩個原因。nCSMA/CD 協(xié)議要求一個站點在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時還必須不間斷地檢測信道，但在無線局

10、域網(wǎng)的設(shè)備中要實現(xiàn)這種功能就花費(fèi)過大。n即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當(dāng)我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。A 的作用范圍無線局域網(wǎng)的特殊問題 C 的作用范圍ABCD當(dāng) A 和 C 檢測不到無線信號時，都以為 B 是空閑的，因而都向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。這種未能檢測出媒體上已存在的信號的問題叫做隱蔽站問題(hidden station problem)B 的作用范圍無線局域網(wǎng)的特殊問題 C 的作用范圍ADCB？B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)，而 C 又想和 D 通信。C 檢測到媒體上有信號，于是就不敢向 D 發(fā)送數(shù)據(jù)。其實 B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響 C 向

11、D 發(fā)送數(shù)據(jù)這就是暴露站問題(exposed station problem)CSMA/CA 協(xié)議 n無線局域網(wǎng)不能使用 CSMA/CD，而只能使用改進(jìn)的 CSMA 協(xié)議。n改進(jìn)的辦法是將 CSMA 增加一個碰撞避免(Collision Avoidance)功能。n802.11 就使用 CSMA/CA 協(xié)議。而在使用 CSMA/CA 的同時還增加使用確認(rèn)機(jī)制。n下面先介紹 802.11 的 MAC 層。802.11 的 MAC 層 MAC 層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能 PCF(Poin

12、t Coordination Function)物理層2.4 GHzFHSS1 Mb/s2 Mb/s2.4 GHzDSSS1 Mb/s2 Mb/sIR1 Mb/s2 Mb/s5 GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54 Mb/s2.4 GHzDSSS5.5 Mb/s11 Mb/s802.11b802.11aIEEE 802.11MAC 層通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務(wù)集 BSS 中的移動站在什么時間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。802.11 的 MAC 層在物理層之上包括兩個子層 MAC 層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能 DCF(Distributed Coordination Func

13、tion)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能 PCF(Point Coordination Function)物理層2.4 GHzFHSS1 Mb/s2 Mb/s2.4 GHzDSSS1 Mb/s2 Mb/sIR1 Mb/s2 Mb/s5 GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54 Mb/s2.4 GHzDSSS5.5 Mb/s11 Mb/s802.11b802.11aIEEE 802.11DCF 子層在每一個結(jié)點使用 CSMA 機(jī)制的分布式接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。因此 DCF 向上提供爭用服務(wù)。MAC 層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能 DCF(Distribute

14、d Coordination Function)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能 PCF(Point Coordination Function)物理層2.4 GHzFHSS1 Mb/s2 Mb/s2.4 GHzDSSS1 Mb/s2 Mb/sIR1 Mb/s2 Mb/s5 GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54 Mb/s2.4 GHzDSSS5.5 Mb/s11 Mb/s802.11b802.11aIEEE 802.11PCF 子層使用集中控制的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站從而避免了碰撞的產(chǎn)生 MAC 層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能 DCF(Distributed Co

15、ordination Function)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能 PCF(Point Coordination Function)物理層2.4 GHzFHSS1 Mb/s2 Mb/s2.4 GHzDSSS1 Mb/s2 Mb/sIR1 Mb/s2 Mb/s5 GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54 Mb/s2.4 GHzDSSS5.5 Mb/s11 Mb/s802.11b802.11aIEEE 802.11幀間間隔 IFS n所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時間的通稱是幀間間隔 IFS(InterFrame Space)。n幀

16、間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要等待的時間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，但低優(yōu)先級幀就必須等待較長的時間。n若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而低優(yōu)先級幀就只能再推遲發(fā)送了。這樣就減少了發(fā)生碰撞的機(jī)會。三種幀間間隔 時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑 發(fā)送第 1 幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一 幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS 其他站有幀要發(fā)送SIFS，即短(Short)幀間間隔，長度為 28 s，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時間內(nèi)從

17、發(fā)送方式切換到接收方式。使用 SIFS 的幀類型有：ACK 幀、CTS 幀、由過長的 MAC 幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答 AP 探詢的幀和在 PCF 方式中接入點 AP 發(fā)送出的任何幀。三種幀間間隔 時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑 發(fā)送第 1 幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一 幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS 其他站有幀要發(fā)送PIFS，即點協(xié)調(diào)功能幀間間隔（比 SIFS 長），是為了在開始使用 PCF 方式時（在 PCF 方式下使用，沒有爭用）優(yōu)先獲得接入到媒體中。PIFS 的長度是 SIFS 加一個時隙(slot)長度（其長

18、度為 50 s），即78 s。時隙的長度是這樣確定的：在一個基本服務(wù)集 BSS 內(nèi)當(dāng)某個站在一個時隙開始時接入到媒體時，那么在下一個時隙開始時，其他站就都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。三種幀間間隔 時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑 發(fā)送第 1 幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一 幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS 其他站有幀要發(fā)送DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔（最長的 IFS），在 DCF 方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS 的長度比 PIFS 再增加一個時隙長度，因此 DIFS 的長度為 128 s。CSMA/CA 協(xié)議的原理 n欲

19、發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測信道。在 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在物理層的空中接口進(jìn)行物理層的載波監(jiān)聽。n通過收到的相對信號強(qiáng)度是否超過一定的門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動站在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。n當(dāng)源站發(fā)送它的第一個 MAC 幀時，若檢測到信道空閑，則在等待一段時間 DIFS 后就可發(fā)送。為什么信道空閑還要再等待 n這是考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級的幀要發(fā)送。n如有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送。假定沒有高優(yōu)先級幀要發(fā)送 n源站發(fā)送了自己的數(shù)據(jù)幀。n目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時間間隔 SIFS 后，向源站發(fā)送確認(rèn)幀 ACK。n若源站在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到確認(rèn)幀 ACK（由重傳計時器控制這段時間），就必須重傳

20、此幀，直到收到確認(rèn)為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。虛擬載波監(jiān)聽 n虛擬載波監(jiān)聽(Virtual Carrier Sense)的機(jī)制是讓源站將它要占用信道的時間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時間）通知給所有其他站，以便使其他所有站在這一段時間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)。n這樣就大大減少了碰撞的機(jī)會。n“虛擬載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒有監(jiān)聽信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。虛擬載波監(jiān)聽的效果 n這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。n所謂“源站的通知”就是源站在其 MAC 幀首部中的第二個字段“持續(xù)時間”中填入了在本幀結(jié)束后還要占用信道多少時間（以微秒為單位），包括目的站發(fā)送確認(rèn)幀所需

21、的時間。A 的作用范圍B 的作用范圍2.對信道進(jìn)行預(yù)約 n802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行預(yù)約。ACBDERTSRTS源站 A 在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個短的控制幀，叫做請求發(fā)送 RTS(Request To Send)，它包括源地址、目的地址和這次通信（包括相應(yīng)的確認(rèn)幀）所需的持續(xù)時間。A 的作用范圍B 的作用范圍2.對信道進(jìn)行預(yù)約 n802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行預(yù)約。CTSACBDECTS若媒體空閑，則目的站 B 就發(fā)送一個響應(yīng)控制幀，叫做允許發(fā)送 CTS(Clear To Send)，它包括這次通信所需的持續(xù)時間（從 RTS 幀中將此持續(xù)時間復(fù)制到 CTS 幀中）。A 收到 CTS 幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。