计算机网络第8版课件-第9章-无线网络和移动pptx

时间：2025-12-12 22:45:46 来源：竞博job在线登录

  无 线 网 络 和 移 动 网 络;;;;便携站和移动站表示的意思并不一样。 便携站：便于移动，但在工作时，其位置是固定不变的。 移动站：不仅仅可以移动，还可以在移动的过程中进行通信。;可分为两大类： 有固定基础设施的 WLAN 无固定基础设施的 WLAN 所谓“固定基础设施”是指预先建立起来的、能够覆盖一定地理范围 的一批固定基站。;IEEE 802.11 是一个有固定基础设施的无线局域网的国际标准。 使用星形拓扑，中心叫做接入点 AP (Access Point)。 AP 是无线局域网的基础设施，也是一个链路层的设备。 AP 也叫做无线接入点 WAP (Wireless Access Point)。 无线局域网中的站点对网内或网外的通信都一定要通过 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 。;;;;;;;;;;;;;;;;;;;服务范围通常是受限的，一般不和外界的其他网络相连接。 移动自组网络也就是移动分组无线网络。 优点： 方便灵活。 生存性非常好。;;;;;;;802.11 的物理层有以下几种实现方法： 扩频 多入多出 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 正交频分复用 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 跳频扩频 FHSS （已很少用） 红外线 IR （已很少用） ;一定要解决共享信道上的碰撞问题;无线局域网不能简单地搬用 CSMA/CD 协议。因为： 碰撞检测（CD）要求：一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道，但接收到的信号强度往往会远远小于发送信号的强度，在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。 即使可以在一定程度上完成碰撞检测的功能，并且在发送数据时检测到信道是空闲的时候，在接收端仍然有可能发生碰撞。 ;;;;;;;;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 (InterFrame Space)。 两种常用的帧间间隔： 分布协调功能帧间间隔 DIFS。 短 (Short) 帧间间隔 SIFS。;;;;;;;;;;;;;;假设：B 站正好在 A 占用信道时要发送数据。B 检测到信道忙，于是推迟到争用信道时与 A 一起争用信道。但正巧 A 和 B 又生成了同样大小的随机退避时隙数。结果就发生了碰撞，A 和 B 都必须再重传。 为进一步减少碰撞，还需要再采用一些措施：信道预约。;;;;;使用 RTS 帧和 CTS 帧会使整个网络的通信效率会降低，多浪费信道的时间 [RTS + SIFS + CTS + SIFS]。 但与数据帧相比，开销不算大。这两种控制帧都很短，其长度分别为 20 字节和 14 字节。而数据帧最长可达 2346 字节。 若不用这种控制帧，若发生碰撞而导致数据帧重发，浪费的时间就更多。;即使使用了 RTS 和 CTS 对信道进行预约，但碰撞也有可能发生。 例如：有的站可能在时间 t1 或 t2 就发送了数据（这些站可能是没有收到 RTS 帧或 CTS 帧或 NAV），结果必定与 RTS 帧或 CTS 帧发生碰撞。 A 站若收不到 CTS 帧，就不能发送数据帧，而必须重传 RTS 帧。 A 站只有正确收到 CTS 帧后才能发送数据帧。 ;信道预约不是强制性规定。各站能自己决定使用或不使用信道预约。 只有当数据帧的长度超过某一数值时，使用 RTS 帧和 CTS 帧才较为贴切。 因为无线信道的误码率比有线信道的高得多，所以，无线局域网的 MAC 帧长一般应当短些，以便在出错重传时减小开销。;;;MAC 首部：共 30 字节。复杂。 帧主体：数据部分，不超过 2312 字节。802.11 帧的长度通常都小于 1500 字节。 帧检验序列 FCS：尾部，共 4 字节 。;数据帧有四个地址字段。;;;数据报流向;序号控制：占 16 位，其中序号子字段占 12 位，分片子字段占 4 位。 持续期：占 16 位。 帧控制：共分为 11 个子字段： 协议版本：现在是 0。 类型和子类型：用来区分帧的功能。 更多分片：置为 1 时表明这个帧属于一个帧的多个分片之一。 功率管理：占 1 位，用来指示移动站的功率管理模式。 WEP：占 1 位。若 WEP = 1，表明对帧主体字段采用了加密算法。;;无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network) ：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自组网络，不需要用接入点 AP。 整个网络的范围大约在 10 m 左右。 WPAN 可以是一个人使用，也可以是若干人共同使用。 与个人区域网 PAN (Personal Area Network) 并不完全等同，因为 PAN 不一定都是使用无线连接的。 ;;;最早使用的 WPAN。 1994 年，由爱立信公司推出，其标准是 IEEE 802.15.1 。 第 1 代蓝牙：数据率 = 720 kbit/s，通信范围 = 10 米左右。 蓝牙 4.0： 低耗能蓝牙 BLE (Bluetooth Low Energy)： 适用于数据量很小的节点，电池可以持续工作 4 ~ 5 年； 距离增大到 30 m，数据率可达 1 Mbit/s。 传统蓝牙 (classic Bluetooth)： 数据率提高到 3 Mbit/s，传输距离可达 100 m。 蓝牙 5.0：数据率上限达 24 Mbit/s，传输距离最高可达 300 m。;蓝牙使用 TDM 方式和扩频跳频 FHSS 技术组成不用接入点 AP 的皮可网 (piconet)。 每一个皮可网有一个主设备 (Master) 和最多 7 个工作的从设备 (Slave)。 通过共享主设备或从设备，可以把多个皮可网链接起来，形成一个范围更大的扩散网 (scatternet)。 ;;大多数都用在工业监控组网、办公自动化与控制等领域 速率是 2 ~ 250 kbit/s。 标准是 IEEE 802.15.4。新修订的标准是 IEEE 802.15.4-2006。 低速 WPAN 中最重要的就是 ZigBee。 ZigBee 技术大多数都用在各种电子设备（固定的、便携的或移动的）之间的无线通信。;;;;;;用于在便携式多媒体装置之间传送数据，支持11 ~ 55 Mbit/s 的数据率，标准是 802.15.3。 IEEE 802.15.3a 工作组还提出了更高数据率的物理层标准的超高速 WPAN，使用超宽带 UWB 技术： 工作在 3.1 ~ 10.6 GHz 微波频段，有非常高的信道带宽。 信号的带宽应超过信号中心频率的 25% 以上，或信号的绝对带宽超过 500 MHz。 使用了瞬间高速脉冲，可支持 100 ~ 400 Mbit/s 的数据率，可用于小范围内高速传送图像或 DVD 质量的多媒体视频文件。 ;;;第一代 (1G) 蜂窝移动通信系统 1978 年底问世。 使用模拟技术和传统的电路交换及频分多址 FDMA 提供电话服务。 移动通信系统的手机相当笨重（俗称大哥大）。;第二代 (2G) 蜂窝移动通信系统 1990 年后开始。 基于数字技术。 代表：欧洲提出的 GSM 系统等。;;;;;;为满足移动数据通信需求，引入了： 通用分组无线服务 GPRS (General Packet Radio Service)（俗称 2.5G）； 增强型数据速率 GSM 演进 EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution) 系统（俗称 2.75G）。 空口调制方式：由高斯最小频移键控 GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) 提高到 8PSK； 网元：引入了分组控制单元 PCU (Packet Control Unit)。 PCU 通常和 BSC 集成在一起，负责处理有关数据通信的业务。;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;释放： UE 和 eNB 之间的空口链路； eNB 和 S-GW 之间的 GTP-U 隧道。 UE 空口进入空闲状态。 保持： S-GW 与 P-GW 之间的 GTP-U 隧道； UE 的 IP 地址。只要 UE 移动时不超过 P-GW 的覆盖范围，P-GW 分配给 UE 的 IP 地址就不改变。;UE 向所在小区的基站 eNB 发送连接请求。 eNB 收到连接请求后，就要建立空口链路和 eNB → S-GW 之间的GTP-U 隧道。 然后， UE 发送 IP 分组，从 IP 层先传送到下面的第 2 层（现在L2具有三个子层）。;;? UE 发送的 IP分组： 目的地址 IPD = BD （BD 表示 ）。 源地址 IPS = UE （UE 表示 UE 的 IP 地址）。 ? 在 eNB → S-GW 隧道中传输 IP 分组 基站 eNB 的 PDCP 把收到的数据解封后，用协议 GTP-U 进行封装，并把一个 GTP 隧道端点标识符 TEID (Tunnel Endpoint Identifier) TEID1 写入到 GTP 首部中。 在 eNB → S-GW 隧道中传送的 IP 分组： 目的地址 IPD = S-GW。 源地址IPS = eNB。;? 在 S-GW → P-GW 隧道中传输 IP 分组 S-GW 收到 IP 分组后，用同样的方法解封，并再次用协议 GTP-U 进行封装，把一个该 GTP 隧道端点标识符 TEID2 写入到 GTP 首部中。 在 S-GW → P-GW 隧道中传送的 IP 分组： 目的地址 IPD = P-GW。 源地址 IPS = S-GW。 最后，P-GW 把从 GTP-U 隧道收到的 IP 分组解封，得到 UE 发送的 IP 分组，转发到互联网的百度网站。;在 UE 漫游时，所关联的基站 eNB 会经常改变。使得 P-GW/GGSN 和 S-GW/SGSN 无法根据 UE 的 IP 地址，用传统的路由选择协议，把 IP 分组转发到 UE。 但所有的 eNB、S-GW 和 P-GW 的地理位置都是固定不变的，因而可以让核心网 EPC 只负责核心网内部的路由选择。 采用 GTP 隧道方式，核心网将 UE 发送到互联网的 IP 分组封装为新的 IP 分组，在隧道中传送到 P-GW。以后再由 P-GW 转发给互联网中的其他路由器。同理，从互联网发送给 UE 的 IP 分组，一律先转发到 P-GW，由 P-GW 负责确定从哪个隧道转发到 S-GW 和 eNB，最后再从 eNB 转发到目的 UE。;百度服务器并不知道 UE 的空口状态，而只知道 UE 的 IP 地址。 正常 IP 分组转发 百度服务器以 UE 的 IP 地址为目的地址，构成 IP 分组发送出去。 互联网中的路由器根据 IP 分组的目的地址，能找到 UE 所驻留的 P-GW。 在隧道中转发给 S-GW P-GW 通过 UE 的 IP 地址就能通过对应的 GTP-U 隧道，把 IP 分组封装为 GTP-U 分组，在隧道中转发给 S-GW。 ;S-GW 通过 eNB 向 UE 转发。有两种情况： S-GW 和 eNB 之间的 GTP-U隧道存在。 S-GW 把 GTP-U 分组通过隧道发送给 eNB。 eNB 把 GTP-U 分组解封，在空口链路上采用 PDCP/RLC/MAC/PHY 层封装，把数据发送给 UE。 S-GW 和 eNB 之间的 GTP-U 隧道不存在。 此时，UE 处于空口空闲状态。 因为 LTE 中的所有基站 eNB 都不知道 UE 在啥地方，S-GW 只好先把收到的 IP 分组暂时缓存，并触发移动性管理实体 MME 寻呼 UE（有时称为唤醒 UE）。;跟踪区 TA (Tracking Area) 整个覆盖范围划分为很多跟踪区 TA，由唯一的跟踪区标识 TAI (Tracking Area Identity) 标识。 TA 是 LTE 系统中位置更新和寻呼的基本单位。 一个跟踪区 TA 可以覆盖多个小区。 处于待机状态的 UE 必须收听邻近 eNB 的广播，以便清楚自己位于哪个 TA 中。 UE 必须周期性向核心网的 MME 报告自己的 TAI，以便 MME 能够寻呼到自己。;跟踪区列表 TAL (Tracking Area List) 为了尽最大可能避免 UE 在 TA 区域间经常性更换时造成核心网信令负荷过重，MME 把一组（1 ~ 16 个）TA 写入一个跟踪区列表 TAL。 当 UE 在 TAL 范围内跨 TA 漫游时，不必向 MME 发送 TA 更新报文。 如果这时 MME 需要寻呼UE，只需在一个 TAL 的小范围内进行寻呼。 ;;;;MME 对 UE 进行寻呼时，不必在整个 LTE 网络范围内广播，而只需向 UE 所在的跟踪区列表 TAL 内数量不太多的基站 eNB 发送寻呼报文。 当某个基站 eNB 寻呼到 UE 后，UE 就在小区响应寻呼，触发 eNB 建立与 S-GW 之间的 GTP-U 隧道。 之后，S-GW 把刚才缓存的 IP 分组转发给 eNB，再转发给 UE。 由于分组交换流量的突发性，同时为了节约无线空口资源，UE 经常会处于空闲状态，因此可能会发生频繁的寻呼。;UE 在漫游中不断测量小区导频信号强度，并将测量结果上报给基站 eNB。 若 eNB 发现有更合适的小区，会触发 UE 进行切换，并在新小区建立空口链路，释放旧小区的空口链路，同时也把 eNB 和 S-GW 之间的 GTP-U隧道从旧小区切换到新小区。 由于 S-GW 覆盖范围很大，通常 S-GW 和 P-GW 之间的 GTP-U 隧道并不会重新建立。 在切换过程中，数据通信不会中断。;显而易见，从一个 UE 发送到百度服务器的往返 IP 分组共通过 4 段隧道，一共要在 GTP 首部中使用 4 个不同的 GTP 隧道端点标识符 TEID： 两个上行隧道。 两个下行隧道。;IEEE 802.16 标准：全球微波接入的互操作性 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) 标准， 2011 年，3GPP R10：LTE-Advanced，简称为LTE-A，达到了ITU-R 制订的 4G 标准。 2015 年，3GPP R13：LTE-A Pro，吞吐量超过了 3 Gbit/s，俗称4.5G，表示已超越 4G 的水平了。 从 2017 年第 4 季度开始，3GPP 又陆续发布 R15/16 等第 5 代蜂窝移动通信系统 5G 标准的版本。;;;;;1，转交地址是供移动站、归属代理以及外地代理使用的，各种应用程序都不用这种转交地址。 2，转交地址在互联网中并不唯一。外地代理可以给好几个移动站指派同样的转交地址，甚至把自己的 IP 地址指派为移动站的转交地址。这样并不可能会引起混乱，因为当外地代理要向连接在被访网络上的移动站发送数据报时，直接用这个移动站的 MAC 地址（当移动站首次和外地代理通信时，外地代理就记录下这个移动站的 MAC 地址）。 有时，移动站本身也可以充当外地代理，即移动站和外地代理是同一个设备。这时的转交地址叫做同址转交地址(co-located care-of address)。;;;;;移动站到外地代理的协议。 外地代理到归属代理的登记协议。 归属代理数据报封装协议。 外地代理拆封协议。;间接路由选择：把数据报发往移动站的归属网络，由归属代理完成以后的寻址工作，进而完成数据报转发的方式。 问题：可能会引起数据报转发的低效，即三角形路由选择问题(triangle routing problem)。;;如何使通信者代理向移动站的归属代理查询到移动站的转交地址？ 当移动站再移动到其他网络时，怎样得到移动站的位置信息？;;;;;;;;;本地恢复。差错出现在啥地方，就在啥地方改正。例如，在无线局域网中使用的自动请求重传 ARQ 协议就属于本地恢复措施。 让 TCP 发送方了解什么地方使用了无线链路。仅在有线网络部分发生了拥塞，TCP 才采用拥塞控制的策略。但要区分是在有线网段还是无线网段出现报文段丢失，则还需要一些特殊的技术。 把含有移动用户的端到端 TCP 连接拆成两个互相串接的 TCP 连接。从移动用户到无线接入点是一个 TCP 连接（无线信道），而剩下的使用有线网段连接的部分则是另一个 TCP 连接。

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