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  第62题      
  知识点:   IEEE 802.11 WLAN的体系结构
  章/节:   局域网       

 
由IEEE制定的最早的STP标准是()。
 
 
  A.  IEEE802.1D
 
  B.  IEEE802.1Q
 
  C.  IEEE802.1W
 
  D.  IEEE802.1S
 
 
 

 
  第65题    2011年下半年  
   23%
以下属于万兆以太网物理层标准的是(65)。
  第65题    2011年上半年  
   25%
在IEEE 802.11标准中使用了扩频通信技术,下面选项中有关扩频通信的说法中正确的是(65)。
  第50题    2019年下半年  
   29%
无线局域网中采用不同帧间间隔划定优先级,通过冲突避免机制来实现介质访问控制。其中RTS/CTS帧( )。
   知识点讲解    
   · IEEE 802.11 WLAN的体系结构
 
       IEEE 802.11 WLAN的体系结构
        IEEE 802.11 WLAN的协议体系结构如下图所示。其中LLC子层与以太网一样都是IEEE 802.2。
        
        WLAN体系结构
        MAC层分为MAC子层和MAC管理子层。MAC子层负责访问和分组拆装,MAC管理子层负责ESS漫游、电源管理和登记过程中的关联管理。物理层分为物理层汇聚协议(Physical Layer Convergence Protocol, PLCP)、物理介质相关(Physical Medium Dependent, PMD)子层和PHY管理子层。PLCP子层主要进行载波监听和物理层分组的建立,PMD子层用于传输信号的调制和编码,而PHY管理子层负责选择物理信道和调谐。
               物理层
               IEEE 802.11定义了3种PLCP帧格式来对应3种不同的PMD子层通信技术。
               1)FHSS
               对应于FHSS通信的PLCP帧格式如下图所示。
               
               用于FHSS方式的PLCP帧
               SYNC是0和1的序列,共80比特作为同步信号。SFD的比特模式为0000110010111101,用作帧的起始符。PLW代表帧的长度,共12位,所以帧最大长度可以达到4096字节。PSF是分组信令字段,用来标识不同的数据速率。起始数据速率为1Mb/s,以0.5的步长递增。PSF=0000时,代表数据速率为1Mb/s;PSF为其他数值时,则在起始速率的基础上增加一定倍数的步长,例如PSF=0010,则1Mb/s+0.5Mb/s×2=2Mb/s。16位的CRC是为了保护PLCP头部所加的,它能纠正2比特错。MPDU代表MAC协议数据单元。
               2)DSSS
               下图所示为采用DSSS通信时的帧格式。
               
               用于DSSS方式的PLCP帧
               与前一种不同的字段解释如下:SFD字段的比特模式为1111001110100000。Signal字段表示数据速率,步长为100kb/s,比FHSS精确5倍。Service字段保留未用。Length字段指MPDU的长度。
               3)DFIR
               下图所示为采用漫反射红外线时的PLCP帧格式。
               
               用于DFIR方式的PLCP帧
               DFIR的SYNC比FHSS和DSSS的都短,因为采用光敏二极管检测信号不需要复杂的同步过程。Data rate字段=000,表示1Mb/s;Data rate字段=001,表示2Mb/s。DCLA是直流电平调节字段,通过发送32个时隙的脉冲序列来确定接收信号的电平。MPDU的长度不超过2500字节。
               802.11 MAC子层
               802.11标准为MAC子层定义了3种访问控制机制:一是通过CSMA/CA方式进行分布式协调功能(DCF),用于支持争用服务;二是通过点协调功能(PCF)来支持无争用服务;三是通过RST/CST来支持信道预约。下图所示是DCF和PCF之间的关系。
               
               802.11的MAC层
               1)CSMA/CA协议
               CSMA/CA协议的工作原理如下图所示。
               
               CSMA/CA协议的工作原理
               为了尽量避免碰撞,所有的站在完成发送后,必须再等待一段很短的时间(继续监听)才能发送下一帧。这段时间的通称是帧间间隔(IFS)。有3种帧间间隔。
               .SIFS:短(Short)帧间间隔,长度为28μs,是最短的帧间间隔,用来分隔开属于一次对话的各帧。
               .PIFS:点协调功能帧间间隔(比SIFS长),是为了在开始使用PCF方式时(在PCF方式下使用,没有争用)优先获得接入到媒体中。PIFS的长度是SIFS加一个时隙(slot)长度(其长度为50μs),即78μs。
               .DIFS:分布协调功能帧间间隔(最长的IFS),在DCF方式中用来发送数据帧和管理帧。DIFS的长度比PIFS再增加一个时隙长度,因此DIFS的长度为128μs。
               2)分布式协调功能(DCF)
               802.11 MAC层定义的分布式协调功能(Distributed Coordination Fuction, DCF)利用了CSMA/CA协议,在此基础上又定义了点协调功能(Point Coordination Fuction, PCF)。DCF是数据传输的基本方式,作用于信道竞争期。PCF工作于非竞争期。两者总是交替出现,先由DCF竞争介质使用权,然后进入非竞争期,由PCF控制数据传输。
               3)点协调功能(PCF)
               PCF是在DCF之上实现的一个可选功能,在Ad-hoc网络中没有PCF。它由AP集中轮询所有移动站,将发送数据权轮流交给各个站,从而可避免碰撞的产生,为它们提供无争用服务。这种机制适用于对时间敏感的业务,如分组话音等。轮询过程中使用PIFS作为帧间隔时间。由于PIFS比DIFS小,因此点协调能够优先CSMA/CA获得信道,并把所有的异步帧都推后传送。
               MAC管理子层
               WLAN是开放系统,各站点共享传输介质,而且通信站具有移动性,因此,必须解决信息的同步问题、漫游问题、保密问题和节能问题。
               1)同步问题
               信标是一种管理帧,由AP定期发送,用于进行时间同步。同步方式有主动扫描和被动扫描两种。
               所谓主动扫描,就是终端在预定的各个频道上连续扫描,发射探试请求帧,并等待各个AP回答的响应帧;收到各AP的响应帧后,工作站将对各个帧中的相关部分进行比较以确定最佳AP。
               终端获得同步的另一种方法是被动扫描。如果终端已在BSS区域,那么它可以收到各个AP周期性发射的信标帧,因为帧中含有同步信息,所以工作站对各帧进行比较后,可确定最佳AP。
               2)移动方式
               IEEE 802.11定义了3种移动方式:无转移方式、BSS转移和ESS转移。
               .无转移方式是指终端是固定的,或者仅在BSA内部移动。
               .BSS转移是指终端在同一ESS内部的多个BSS之间移动。
               .ESS转移是指从一个ESS移动到另一个ESS。
               3)安全管理
               为了达到与有线网络同等的安全性能,IEEE 802.11采取了认证和加密措施。
               IEEE 802.11提供的加密方式采用有线等价协议(Wired Equivalency Protocol, WEP)。WEP是一种对称性的加密技术,即加密和解密都使用同样的算法和密钥,其加密算法是RC4流加密协议,密钥长度最初为40位(5个字符),后来增加到128位(16个字符)。使用静态WEP加密,可以设置4个WEP Key;使用动态WEP加密时,WEP Key会随时间变化而变化。
               2004年6月公布的IEEE 802.11i标准是对WEP协议的改进。802.11i定义了新的密钥交换协议(Temporal Key Integrity Protocol, TKIP)和高级加密标准(Advanced Encryption Standard, AES)。TKIP提供了报文完整性检查,每个数据包使用不同的混合密钥(per-packet key mixing),每次建立连接时生成一个新的基本密钥(re-keying),这些手段的使用使得诸如密钥共享、碰撞攻击和重放攻击等无能为力,从而消除了WEP协议的安全隐患。
               4)电源管理
               IEEE 802.11允许空闲站处于睡眠态,在同步时钟的控制下周期性地唤醒处于睡眠态的空闲站,由AP发送的信标帧中的TIM(业务指示表)指示是否有数据暂存于AP,若有,则向AP发探询帧,从AP接收数据,然后进入睡眠态;若无,则立即进入睡眠态。
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第62题    在手机中做本题