《计算机网络》（第8版）第9章无线网络和移动网络复习笔记

news2024/11/15 6:45:22

第 9 章无线网络和移动网络

一、无线局域网 WLAN

1 无线局域网的组成
无线局域网提供移动接入的功能，可分为两大类：有固定基础设施的和无固定基础设施的。
（1）IEEE 802.11
IEEE 802.11 是无线以太网的标准，是有固定基础设施的，它使用星形拓扑，其中心接入点叫做 AP ，在 MAC 层使用CSMA/CA 协议。凡使用 802.11 系列协议的局域网又称为 Wi-Fi。
IEEE 802. 11 标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集 BSS ，一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点 AP 连接到一个分配系统 DS ，然后再连接到另一个基本服务集，这样就构成了一个扩展的服务集 ESS。
（2）移动自组网络
移动自组网络是无固定基础设施的无线局域网，它又称做自组网络；它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，在军用和民用领域都有很好的应用前景。
【注意】常见名词解释：
①固定接入：在作为网络用户期间，用户设置的地理位置保持不变；
②移动接入：用户设备能够以车辆速度移动时进行网络通信，当发生地理位置切换时，通信仍然是连续的；
③便携接入：在受限的网络覆盖面积中，用户设备能够在以步行速度移动时进行网络通信，提供有限的切换能力；
④游牧接入：用户设备的地理位置至少在进行网络通信时保持不变。

2 802.11 局域网的物理层
根据物理层的不同，对应的标准也不同，如表 9-1 所示是对无线局域网几种标准的简单比较。
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表 9-1 几种常用的 802.11 无线局域网

3 802.11 局域网的 MAC 层协议
（1）CSMA/CA 协议概述
①无线局域网中的特殊问题
a ．隐蔽站问题：因为距离等原因，不能检测出信道上其他站点信号的问题；
b ．暴露站问题：无线局域网中，在不发生干扰的情况下，可允许同时多个移动站进行通信。
②CSMA/CA 协议
802.11 局域网使用 CSMA/CA（载波侦听多路访问/碰撞避免）协议，能够尽量减少碰撞发送的概率。
802. 11 标准还采用虚拟载波监听机制，让源站把它要占用的信道时间（包括目的站发回确认帧所需的时间）及时通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据，这样大大减少了碰撞的机会。
（2）802.11 的 MAC 层
如图 9-1 所示，802.11 的 MAC 层在物理层的上面，它包括两个子层：
①分布协调功能 DCF：不采用任何中心控制，而是在每一个结点使用CSMA 机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权，DCF 向上提供争用服务，所有的实现都必须有 DCF 功能；
②点协调功能 PCF：使用集中控制的接入算法，用类似于探询的方法把发送数据权轮流交给各个站，从而避免碰撞的产生；对于时间敏感的业务，如分组话音，就应使用提供无争用服务的点协调功能 PCF。
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图 9-1 802. 11 的 MAC 层
（3）为了避免碰撞采取的措施
为尽量避免碰撞，802.11 规定所有的站在完成发送后，必须再等待帧间间隔 IFS 后才能发送下一帧，常见两种帧间间隔为：
①SIFS（短帧间间隔）：长度为 28μs ，它是最短的帧间间隔；
②DIFS（分布协调功能帧间间隔）：它的长度为 128μs ，在 DCF 方式中，DIFS 用来发送数据帧和管理帧。
（4）CSMA/CA 算法
CSMA/CA 算法归纳如下：
①若站点最初有数据要发送，且检测到信道空闲，在等待时间DIFS 后，就发送整个数据帧。
②否则，站点执行 CSMA/CA 协议的退避算法。一旦检测到信道忙，就冻结退避计时器；只要信道空闲，退避计时器就进行倒计时。
③当退避计时器时间减少到零时，站点就发送整个帧并等待确认。
④发送站若收到确认，就知道已发送的帧被目的站正确收到了；若还要发送第二帧，就从②开始，执行 CSMA/CA 协议的退避算法，随机选定一段退避时间。
（5）对信道进行预约
为了更好地解决隐蔽站带来的碰撞问题，802.11 允许要发送数据的站对信道进行预约。

4 802.11 局域网的 MAC 帧
802.11 帧共有三种类型，即控制帧、数据帧和管理帧；如图 9-2 所示为 802.11 的几种帧格式。
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图 9-2 802. 11 局域网的帧格式

二、无线个人区域网 WPAN

无线个人区域网 WPAN 是指在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的自组网络，不需要使用接入点 AP ，整个网络的范围大约在 10m 左右；例如日常使用的蓝牙系统。

三、无线城域网 WMAN

无线城域网（WMAN）是指在地域上覆盖城市及其郊区范围的分布节点之间传输信息的本地分配无线网络。

四、蜂窝移动通信网

1 蜂窝无线通信技术简介
蜂窝移动通信又称为小区制移动通信，它把整个的网络服务区划分成许多小区（“蜂
窝”），每个小区设置一个基站，负责本小区各个移动站的联络与控制，移动站的发送或接收都必须经过基站进行收发。

2 移动 IP
（1）相关概念
①移动 IP：又称移动 IP 协议，它允许计算机移动到外地，但仍保留原来的 IP 地址；
②永久地址或归属地址：一个移动站 A 必须有的一个原始地址；
③归属网络：移动站原始连接到的网络称作归属网络，且它是不变的；
④被访网络或外地网络：当移动站 A 移动到另一个地点时所接入的网络称为被访网络或外地网络；
⑤归属代理：通常是连接在归属网络上的路由器；
⑥外地代理：被访网络中使用的代理称作外地代理，它通常就是连接在被访网络上的路由器；
⑦转交地址：外地代理为移动站 A 创建的临时地址；
⑧同址转交地址：移动站和外地代理是同一个设备时，这时的转交地址称作同址转交地址。
（2）移动 IP 通信举例
设通信者 B 要与移动站 A 通信，则进行以下步骤：
①B 发送给 A 的数据报被 A 的归属代理截获；
②归属代理知道 A 的转交地址，因此归属代理把 B 发来的数据报进行再封装，新的数据报的目的地址是 A 现在的转交地址；新封装的数据报发送到被访网络的外地代理；
③被访网络中的外地代理把收到的封装的数据报进行拆封，取出B 发送的原始数据报，然后转发给移动站A；这个数据报的目的地址就是 A 的永久地址，此时 A 收到 B ，还得到了 B 的 IP 地址；
④如果现在 A 要向B 发送数据报，那么A 仍然使用自己的永久地址作为数据报的源地址，用 B 的 IP 地址作为数据报的目的地址即可。
【注意】为了支持移动性，在网络层应当增加以下的一些新功能：
①移动站到外地代理的协议；
②外地代理到归属代理的登记协议；
③归属代理数据报封装协议；
④外地代理拆封协议。
（3）移动 IP 的路由选择
移动 IP 的路由选择有间接路由选择和直接路由选择，后者需要使用通信者代理和锚外地代理。

3 蜂窝移动通信网中对移动用户的路由选择
（1）相关概念
①归属位置寄存器 HLR 和来访用户位置寄存器 VLR
移动交换中心 MSC 是蜂窝移动通信网中的核心构件，它需要维持 HLR 和 VLR 两个重要的数据库，HLR 存放签约用户的所有数据信息，VLR 则临时存放着当前漫游到这个 MSC 控制区的用户位置信息。
②移动站漫游号码 MSRN
当移动用户漫游到新的 MSC 控制区时，VLR 给该移动用户分配一个临时的移动站漫游号码 MSRN 来表示移动用户现在的位置信息。
（2）固定电话用户呼叫移动用户的步骤
如图9-3 所示为固定用户呼叫移动用户的步骤示意图。
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图 9-3 固定电话用户呼叫移动用户（间接路由选择）

4 GSM 中的切换
切换是指移动用户与相关联的基站发生了改变，它使得呼叫的传输路由发生变化。

5 无线网络对高层协议的影响
无线网络在移动站漫游时，会经常更换移动用户到无线网络的连接点（即到移动站相关联的基站），网络的连接就易发生很短时间的中断，此时举例说明对运输层的影响：在 TCP 连接中，只要出现 TCP 报文段频繁丢失，TCP 的拥塞控制就会采取措施，减小其拥塞窗口，从而使 TCP 发送方的报文段发送速率降低。