教程图文详解 - 无线通信网（第五章）

一 章节分析

本章作为考点的频率一般，一般出现在上午考选择题中，分值 3 分左右。

无线网通信包括面向语言通信的移动电话系统和面向数据传输的无线局域网和无线广域网。

本章节的主要知识点为无线通信、CSMA/CA、802.11、无线安全等，其中重点为CSMA/CA、802.11。

二 移动通信

截 2022 年止，5代通信技术的发展历程如下：

中国电信运营商移动通信制式：

• CDMA ：码分多址 ；TD：时分复用； FDD：频分复用

本节了解一下即可，通常不作为考点。

三 无线局域网

无线局域网 (Wireless Local Arca Networks, WLAN) 技术分为两大阵营：IEEE 802.11标准体系和欧洲邮电委员会（CEFT）制定的 HIPERLAN (High Performance Radio LAN) 标准体系。

IEEE 802.11 标准是由面向数据通信的计算机局城网发展而来，采用无连接的网络协议，目前市场上的大部分产品都是根据这个标准开发的：与之对抗的 HIPERLAN-2 标准则是基连接的无线局域网，致力于面向语音的蜂窝电话。

3.1 802.11 标准

本小节经常出现在选择题中，需要记住下表中协议的差异。其中802.11n、802.11ac、802.11ac 为重点需要牢记。

3.2 WLAN 网络分类

1. 基础设施网络（infrastructure Networking） 通过无线接入点 AP 接入。
2. 特殊网络（Ad Hoc Networking）。
   

3.3 WLAN 通信技术

无线网主要使用三种通信技术：红外线、扩展频谱、窄带微波技术。

扩展频谱通信是将信号散布到更宽的带宽上以减少发生阻塞和干扰的发生，WLAN 主要使用扩展频谱技术。

其中扩展频谱技术分为两种：频率跳动扩频FHSS、直接序列扩展频谱DSSS。

1. FHSS
   
2. DSSS
   

3.4 本节 历年真题

1. 2011
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( B )。
A. 扩频技术是一种带宽很宽的红外线通信技术。
B. 扩频技术就是用伪随机序列对代表数据的模拟信号进行调制。
C. 扩频通信系统的带宽随着数据速率的提高而不断扩大。
D. 扩频技术扩大了频率许可证的使用范围。

2. 2012 下半年
关于无线网络中使用的扩频技术，下面描述中错误的是 （ A )。
A. 用不同的频率传播信号扩大了通信的范围。
B. 扩频通信减少了干扰并有利于通信保密。
C. 每一个信号比特可以用N个码片比特来传输。
D. 信号散布到更宽的频带上降低了信道阻塞的概率。

解题思路：通信的范围应和功率有关。

3. 2014
IEEE802.11规定了多种WLAN通信标准，其中（A）与其他标准采用的频段不同，因而不能兼容。
A. IEEE802.11a B.IEEE802.11b C. IEEE802.11g D. IEEE802.11n

四 WLAN 频谱介绍

4.1 ISM

ISM频段，此频段主要是开放给工业、科学、医学三个主要机构使用，该频段是依据美国邦通讯委员会(FCC) 所定义出来，并没有所谓使用授权的限制。

4.2 不重叠信道

1. 2.4G 频段 共有13个信道，3 个信道不重叠（1、6、11）。
2. 5.8G 频段 共有12个信道，5 个信道不重叠。（中国地区 149、153、157、161、167）。
   

4.3 WLAN 频段与信道

802.11b/g/n 工作在2.4GHz 的频段中，其中 2.4GHz 频段被划分为14个交叠的、错列的20MHz 无线载波信道，它们的中心频率间隔分别为 5MHZ。

802.11a/n/ac 工作在有更多信道的 5GHz 频段中，在不同的国家的使用会根据该国家法规而有所不同。

1. 在美国，FCC 法规仅允许信道1到11被使用。
2. 在欧洲，允许信道1到13被使用。
3. 在口本，1到14信道被允许使用。
4. 在中国，1到13信道被允许使用。

五 802.11 MAC 层

802.11 标准为 MAC 子层定义了 3 钟访问控制机制，CSMAICA 支持竞争访问，RTS/CTS和点协调功能支持无竞争的访问。

5.1 CSMA/CA

CSMA/CA载波监听多路访问/冲突避免协议，支持竞争访问（类似 802.3 CSMA/CD）。之所以不用 CSMA/CD 是不同于有线通信，无线通信会出现 隐蔽终端 问题。

基本的操作过程如下：

1. 如果一个站有数据要发送并且监听到信道忙，则产生一个随机数设置自己的后退计数器并坚持监听。
2. 听到信道空闲后等待 IFS 时间，然后开始计数。最先计数完的站开始发送。
3. 其他站在听到有新的站开始发送后暂停计数，在新的站发送完成后再等待一个IFS时间继续计数，直到计数完成开始发送。

这个算法对参与竞争的站是公平的，基本上是按先来先服务的顺序获得发送的机会。

5.2 RTS/CTS 信道预约

源终端先发送一个“请求发送”帧 RTS,其中包含源地址、目标地址和准备发送的数据帧的度。

目标终端收到 RTS 后等待一个 STFS时间，然后发送“允许发送” 帧 CTS。源终端收到 CTS后再等待 SIFS 时间，就可以发送数据帧了。

目标终端收到数据帧后也等待 SIFS，发回应答帧。其他终端发现 RTS/CTS 后就设置 个网络分配矢量 (Network Allocation Vector， NAV)信号，该信号的存在说明信道忙，所有终端不得争用信道。

5.3 PCF 点协调功能

由 AP 集中轮询所有终端，将发送权限轮流交个各个终端（类似令牌）。

5.4 802.11 三种帧间隔

1. IFS（分布式协调IFS）：最长的IFS，优先级最低，用于异步帧竞争访问的时延。
2. PIFS（点协调IFS）：中等长度的IFS，优先级居中 ，在PCF 操作中使用。
3. SIFS（短IFS）：最短的IFS，优先级最高，用于需要立即响应的操作。

5.4 本节 历年真题

1. 2011
IEEE802.11采用了 CSMA/CA 协议，下面关于这个协议的描述中错误的是( C )。
A. 各个发送站在两次帧间隔(IFS)之问进行竞争发送。
B. 每一个发送站维持一个后退计数器并监听网络上的通信。
C. 各个发送站按业务的优先级获得不同的发送机会。
D. CSMA/CA协议适用于突发性业务。

**2. 2016 **
IEEE 802.11 MAC子层定义的竞争性访问控制协议是（A）。之所以不采用与IEEE802.3 相同协议的原因是（B）。
A. CSMA/CA B. CSMA/CB C. CSMA/CD D.CSMA/CG

A. IEEE 802.11协议的效率更高。 B.为了解决隐蔽终端问题。
C. IEEE 802.3协议的开销更大。 D. 为了引进多种非竞争业务

**3. 2018 **
在802.11中采用优先级来进行不同业务的区分，优先级最低的是（ C ）。
A. 服务访问点轮询。 B. 服务访问点轮询的应答。
C. 分布式协调功能竞争访问。 D.分布式协调功能竞争访问帧的应答。

六 移动 AD hoc 网络

802.11定义 AD Hoc 网络是由无线移动节点组成的对等网，无需网络基础设施的支持每个节点既是主机，又是路由器，是一种 MANNET(Mobile Ad Hoc Network) 网络。 Ad Hoc 是拉丁语，具有〞即兴，临时”的意思。

6.1 特点

1. 网络拓扑结构动态变化的，不能使用传统路由协议。
2. 无线信道提供的带宽较小，信号衰落和噪声千扰的影响却很大。
3. 无线终端携带的电源能量有限。
4. 容易招致网络窃听、 欺骗、拒绝服务等恶意攻击的威胁。

6.2 本节 历年真题

1. 2015
关于移动Ad Hoc网络MANET，（C）不是MANET的特点。
A. 网络拓扑结构是动态变化的。B. 电源能量限制了无线终端必须以最节能的方式工作。
C. 可以直接应用传统的路由协议支持最佳路由选择。 D.每个结点既是主机又是路由器。

2. 2014*
TEEE802.11定义的AdHoc网络是由无线移动结点组成的对等网，这种网络的特点是（） ，在这种网络中使用的DSDV ( Destination-sequenced Distance Vector ） 路由协议是一（D）。
A.每个结点既是主机，又是交换机。 B.每个结点既是主机，又是路由器。
C.每个结点都必须通过中心结点才能互相通信。 D.每个结点都发送IP广播包来与其他结点通信。

A. 洪泛式路由协议。B. 随机式路由协议。C. 链路状态路由协议. D. 距离矢量路由协议。

七 WLAN 安全

1. SSID访问控制：隐藏 SSID，让不知道的人搜索不到。
2. 物理地址过滤：在无线路由器设置 MAC 地址黑白名单。
3. WEP 认证和加密：PSK预共享密钥认证，RC4加密
4. WPA （ 802.11草案）认证：802.1x 加密：RC4（增强）＋TKIP（临时密钥完整协议，动态改变密钥） 完整性认证和防重放攻击。
5. WPA2 (802.11i ) 针对 WPA 的优化，加密协议：基于AES 的 CCMP。

7.1 本节 历年真题

1. 2011
Wi-F联盟制定的安全认证方案WPA (Wi-Fi Protected Access)是（D）标准的子集。
A. IEEE 802.11。 B. IEEE 802.11a。 C. IEEE 802.11b。 D. IEEE 802.11。

2. 2015
为了弥补WEP协议的安全缺陷，WPA 安全认证方案增加的机制是( B ）。
A. 共享密钥认证。B. 临时密钥完整性协议。C. 较短的初始化向量。D. 采用更强的加盛算法.

3. 2017
无线局域网通常采用的加密方式是 WPA2，其安全加密算法是（A）。
A. AES和TKIP B. DES和TKIP C. AES和RSA D.DES和RSA

4. 2018
EEEE 802.11i 标准制定的无线网络加密协议（ B ）是一个基于( D )算法的加密方案。
A. RC4 B.CCMP C.WEP D.WPA
A. RSA B.DES C.TKIP D.AES

八 章节总结

本章主要围绕 802.11标准描述了以下知识点：

1. 802.11 各种协议特性。
2. 无线局域网扩频技术：FHSS/DSSS。
3. 访问控制机制 CSMA/CA、RTS/CTS、点协调。
4. AD hoc （MANET）网络。
5. 无线安全：WEP、WAP、WAP2、加密AES、TPIK、CCMP。