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无线复习提纲
第一部分
1,OSI网络模型下各层次用到的协议:
应用层协议:
HTTPFTPSNMPPOP3SMTP
表示层协议:
SSL会话层协议:
ASAPSMB
传输层协议:
TCPUDP
网络层协议:
IPv4IPv6ARP
数据链路层:
Ethernet(802.3)Wi-Fi(802.11)Bluetooth(802.15.1)
物理层协议:
EthernetBluetoothWi-FiWiMAX
2.有线网络的媒体介入控制:
载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)
在以太网的MAC层中,用于控制设备传输的最常用方法是载波监听多路访问/冲突检测(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection,CSMA/CD),当设备采用这种控制方法传输数据帧到网络时,首先检查物理媒体(载波侦听)以确定是否有其他设备正在传输。
如果检测到其他正在传输的设备,就等待直到其传输结束。
一旦载波空闲,则开始传输数据,同时继续监听其他传输。
3.无线网络媒体接入控制:
只有物理层的收发机允许设备在发送期间同时监听媒体,CSMA/CD的冲突检测才可实现。
这在有线网络中是可行的,因为冲突产生的无效电压可以被检测到。
但是对于无线电收发机来说是不可行的,因为在相同的时间里发射的信号会使接收过载。
在无线网络中,如IEEE802.11,冲突检测是不实现的,这时要用到CSMA/CD的一种变形即CSMA/CA,其中的CA(CollisionAvoidance)代表冲突避免。
除了发送设备不能检测冲突外,CSMA/CA与CSMA/CD有一些相似点。
设备在发送前监听媒体,如果媒体忙则等待。
发送帧的持续时间字段(参见表2.6)使等待设备可以预测媒体忙的时间。
一旦媒体被监听到是空闲的,等待设备则计算一个称为竞争周期的随机时间周期,并在竞争周期结束后尝试发送。
这与CSMA/CD中的退避是类似的,不同的是,CSMA/CA中发送站等待其他站发送帧的结束来避免设备间的冲突,而不是检测到冲突后再恢复。
4.无线网络拓扑结构:
(1)点到点连接:
端到端(P2P,Peer-to-Peer)或者ad-hocWi-Fi连接无线MAN回程装置LAN无线网桥蓝牙IrDA
(2)无线网络的星形拓扑结构:
无线网络星形拓扑的中心节点,可以是WiMAX基站、Wi-Fi接入点、蓝牙主设备或者ZigBeePAN协调器,其作用类似于有线网络中的集线器。
(3)无线网状网络结构:
无线网状网络,也称为移动adhoc网络(MANET),是局域网或者城域网的一种,网络中的节点是移动的,而且可以直接与相邻节点通信而不需要中心控制设备。
由于节点可以进入或离开网络,因此无线网状网络的拓扑结构不断变化,数据包从一个节点到另一个节点直至目的地的过程称为“跳”。
5.接入点:
接入点(AP)是无线局域网(WLAN)的中心设备,可以是集线器,用来与网络中的其他站点进行无线通信。
接入点通常也与有线网络相连,作为有线和无线设备之间的网桥。
第一代接入点被称为“胖”接入点,在每个单元内提供了全范围的处理和控制功能,包括:
•安全特性,比如认证和加密支持
•基于列表或者过滤器的访问控制
•简单网络管理协议(SimpleNetworkManagementProtocol,SNMP)配置能力
与第一代“胖”接入点相比,瘦身后的“瘦”接入点仅保留了接入点基本的射频通信功能,而依赖无线LAN交换机的集中式控制功能。
6.轻量级接入点协议(LWAPP):
IETF规范描述下了LWAPP协议的如下目标:
*减少接入点执行的代码数量从而可以有效地利用接入点的计算能力,是通过将接入点的计算能力用在无线通信而不是桥接、转发或者其他功能上实现的。
*采用集中式网络计算机能力执行WLAN的桥接转发认证加密和策略的执行功能。
*提供一个在集线器设备和接入点之间传输帧的通用封装和传输机制,保证多厂商产品的通用性并使得LWAPP可以应用与未来的其他访问协议中。
7.WLAN阵列
单个接入点阵列包含一个WLAN控制器,同时有4、8或者16个接入点。
这些接入点可能同时具有IEEE802.11a及IEEE802.11b/g无线接口。
比较典型的例子是使用4个接入点进行IEEE802.11a/g覆盖,其相邻天线间隔为90o、扇区为180o,或者使用12个接入点进行IEEE802.11a覆盖,其相邻天线间隔为30o、扇区为60o,这种具有16个接入点、工作在IEEE802.11a/g网络的设备,每个接入点的最高数据速率为54Mbps,可提供总的WLAN传输能力为864Mbps。
扇区天线提高了增益,也意味着接入点阵列的工作范围比采用全向天线的单个接入点的工作范围加倍或者增加很多。
8.WLAN天线
(1)传统的固定增益天线
工作在2.4GHzISM频段(IndustrialScientificMedicalBand,工业、科学、医用频段)的IEEE802.11b及802.11g网络的天线有许多种覆盖类型。
在特定应用场合下,选择天线的关键因素是天线增益(用dBi表示)和波束角(用度表示)。
(2)智能天线
使用传统天线类型的无线网络的数据吞吐量是有限的,因为在网络中同一时间只能有一个节点利用传输媒体传输数据包。
智能天线允许多个节点同时传输数据,大大提高了网络的吞吐量,从而克服了这一限制。
有两种类型的智能天线:
交换波束与自适应阵列。
•交换波束天线由一组天线元构成,天线元预先定义成含有一个窄的主瓣和一些小旁瓣的波束图。
波束之间的交换意味着在目标节点方向上选择了一个提供最佳增益的阵列元,或者是选择了一个对干扰源具有最小增益的阵列元。
交换波束天线最简单的形式是分集接收天线对,通常用在WLAN的接入点来降低室内环境中的多径效应。
接收机检测出两个天线中哪个天线的信号更强,切换至该天线。
•自适应的波束或者波束成型天线由一个阵列内的两个或者多个天线元组成,由波束成型算法为每个天线元所发送的或接收的信号分配特定的增益和相位偏移,结果得到一个可调整的方向性图,该图可以用来将波束的主瓣引导到期望的最大增益方向上。
图3.18给出了产生同相波束的两天线间的相移。
自适应波束天线可以将波束图集中于某个特定的节点,也可以在干扰源的方向上放置“空”或者零增益点。
由于每个阵列元的增益和相位偏移都在实时软件控制下,天线可以动态地调整波束图来补偿多径、其他干扰源及噪声的影响。
第二部分
1.扩频传输的概述和分类:
定义:
扩展频谱是一种无线电传输技术,简称扩频。
最初在第二次世界大战的军事应用中提出,目的是使无线传输更加安全,不易截取和阻塞。
在同样的频带内它可以减少甚至消除与窄带传输之间的干扰。
扩展技术的关键是使用了一些与传输信息完全独立的函数,通过这些函数可以把信号扩展到很宽的传输频带上。
主要有一下几种类型:
*直接序列扩频(DSSS)*跳频扩频(FrequencyHoppingSpectrum,FHSS)*跳时扩频(TimeHoppingSpectrum,THSS)*脉冲调频系统
2.无线复用和多址访问技术:
复用技术的目的是在单一媒体上传输多路信号或多路数据流来提高传输效率。
这样增加的容量可以为一个用户提供更高的数据传输速率,也可以使多个用户能够同时无干扰地接入传输媒体。
用户接入媒体可以有这样几种方法:
时分多址(TimeDivisionMultipleAccess,TMDA),频分多址(FrequencyDivisionMultipleAccess,FDMA)或正交频分复用(OFDM),空分多址(SpaceDivisionMultipleAccess,SDMA),以及码分多址(CDMA)。
(1)时分多址:
TMDA通过分配给每个用户特定的时隙,从而允许多个用户无干扰地接入到一个信道TDMA的一种简单形式就是时分双工(TimeDivisionDuplex,TDD),双工通信系统中的上下行链路可以轮流占用传输周期。
(2)与TDMA不同,FDMA提供给每个用户一个连续信道,信道带宽是总带宽的一部分。
将可用带宽划分成多个信道然后分配给每个用户。
频分双工(FrequencyDivisionDuplex,FDD)是FDMA的一种简单形式,它将可用带宽分成两个信道来提供连续的全双工通信。
(3)正交频分复用(OFDM)是频分复用(FrequencyDivisionMultiplexing,FDM)的一种形式,它在一个频带内传输多个离散子载波,选择合适的子载波频率,可使相邻子载波之间的干扰降至最小。
(4)空分多址(SDMA)将空间位置作为参数,控制用户对传输媒体的接入,从而提高无线网络数据吞吐量。
举个简单的例子,如果基站配备成具有30°水平波束宽度的扇形天线,它可以根据用户围绕基站的位置划分12个空间区域或信道,采用这种配置,网络的数据容量与使用全向天线基站的容量相比,可以提高12倍。
(5)CDMA与DSSS密切相关,采用伪随机码将数据信号扩展到很宽的频带上来提高抗干扰能力。
如前文所述,如果两个或多个发射机在DSSS中使用不同的正交伪随机(PN)码,它们就可以在相同物理区域使用同样的频段而互不干扰。
这是由于使用伪随机码的相关器不能检测由另一正交码编码的信号,而正交码的定义决定它们互不相关。
3.数字调制技术
调制是数字信号处理的一个步骤,它将数据流转换并编码到射频或红外发射信号上。
扩频技术和多址技术将比特流转换为码片流,用来调制单个或多个载波频率,或者调制射频信号或红外发射脉冲的位置或形状。
*简单调制技术
归零翻转(RZI)调制是在传输速率为1.152Mbps的红外数据传输中使用的调制技术。
它是不归零(NRZ)调制的一种变换形式,NRZ用在通用异步接收/发送装置的数据传输中,用1表示高电平,用0表示低电平,只有在1后跟着0时,才会从高电平转到低电平。
归零(ReturntoZero,RZ)传输在每个比特期间用低-高-低脉冲表示1,与此相反,RZI用这样的脉冲表示0。
当RZI调制信号被接收时,每个收到的脉冲触发一次从高电平到低电平的跃变,可以恢复出比特流,如图4.22所示。
在每个比特周期结束时刻,解码信号如果是低电平则下个周期被置为高电平,如果是高电平则保持不变,但如果收到了另一个脉冲则要发生电平翻转。
(1)二进制相移键控
BPSK是这类技术中最简单的,载波相位总是如表4.10中所示两种状态中的一种。
0输入符号(比特或者码片)对应载波零相位,1输入符号对应180移相的载波,产生的输出波形如图
(2)四进制相移键控:
与BPSK使用两种相位状态不同,QPSK使用四种不同的载波相位,每种相位用来编码由两个比特或码片组成的一个符号。
(3)差分相移键控:
差分相移键控(DifferentialPhaseShiftKeying,DPSK)是BPSK和QPSK的变换形式,输入符号用来控制相位的差分变化,而不是用来定义载波的绝对相位。
在BPSK中,0对应零相位载波周期,而在DBPSK中,0符号表示载波相位相对于前一个比特周期没有变化
(4)频移键控:
频移键控(FrequencyShiftKeying,FSK)是简单的频率调制方式,数据符号对应不同的载波频率。
(5)正交幅度调制:
正交幅度调制(QAM)是将相位调制和幅度调制相结合的合成调制技术,在BPSK或QPSK中,用恒定的载波幅度和2或4个不同的相位来表示输入数据符号。
QAM定义了16,64或更多点的星座而不是2点或4点,每一个点都有特定的相位和幅度代表4或6比特(或码片)的数据符号。
(6)双载波调制:
双载波调制是用在多载波系统中的技术,如OFDM,可以对抗多径环境中对单载波信号的破坏性干扰或衰落带来的数据损耗。
将数据调制到两个载波而不是一个载波上,尽管增加了带宽,但传输的鲁棒性更高。
4.脉冲调制方法:
*脉冲位置调制:
在脉冲位置调制(PPM)中,每个脉冲都在参考时间帧内传输,脉冲传送的信息是由在一帧内脉冲的具体传输时间决定的。
*脉冲形状调制:
脉冲形状调制(PulseShapeModulation,PSM)将输入数据流编码成发送脉冲的形状。
PSM最简单的形式就是脉冲幅度调制(PAM),具有代表性的是用两个或四个不同的脉冲幅度来对数据符号编码,
5.多径衰落
当反射、散射和衍射的信号经过不同的路径到达接收机时会产生多径衰落,不同到达时间差称为多径延时。
经过不同路径到达的信号会有相位偏移,影响经过直接路径到达的信号.
6.MIMO无线电
发射机与接收机之间射频信号的多径传播,会因为多径衰落而导致射频信号强度的恶化。
多输入多输出(MIMO)无线通信利用RF传播的多径特点,利用发射机到接收机之间的多个路径,传输多个数据流来达到较高的数据容量.
7.近场通信
近场通信(NFC)是一种非常小范围的无线通信技术,广泛应用在RF识别(RFIdentification,RFID)标签和其他智能标签中.
第三部分
1.IEEE802.11WLAN主要特性综述
EEE802.11标准覆盖了无线局域网的物理层和MAC层。
如图6.1所示,数据链路层(OSI第2层)中的上层部分为IEEE802.2标准规范的逻辑链路控制层(LLC),也用于以太网(IEEE802.3)中,LLC为网络层和高层协议提供链路。
2.IEEE802.11网络组成
在IEEE802.11标准中,WLAN基于单元结构,每个单元被称为基本业务区(BSS),在一个接入点的控制下。
当多个基站工作在同一个BSS时,表明这些基站使用相同的RF信道发送和接收、使用共用的BSSID(BSSIdentity)、同样的数据速率、同步于共用的定时器。
这些BSS参数包含在信标帧中,定期由站点或接入点广播。
2.IEEE802.11标准定义了BSS的两种工作模式
(1)Adhoc模式:
当两个或两个以上的IEEE802.11站点不依靠接入点或有线网络而直//////8线功能的计算机之间迅速建立起无线连接用于数据共享
(2)固定结构模式:
当站点与接入点通信而不是站点之间直接通信时,则构成固定结构模式。
家庭WLAN,有一个接入点及多个通过以太网集线器或交换机连接的有线设备,就是一个固定结构模式BSS的例子,如图下图所示。
在BSS内站点间通信通过接入点实现,即使两个站点位于相同的单元中。
3.无线媒体接入:
无线网络中多个发射站点的共享媒体接入的实现比有线网络复杂,这是因为无线网络站点无法检测到自己的发射和其他站点发射的冲突,因为无线电收发信机不能在既发射又接收同时还监听其他站点的发射。
IEEE802.11标准定义了一些MAC层协调功能来调节多个站点的媒体接入。
媒体接入方法可以是基于竞争的,如强制性的IEEE802.11分布式协调功能(DistributedCoordinationFunction,DCF),所有的站点竞争接入媒体;也可以是无竞争的,如可选择的点协调功能(PointCoordinationFunction,PCF),站点可以被分配在特定的时间单独使用媒体。
分布式协调功能使用的媒体接入方法是载波监听/冲突避免(CSMA/CA),在这种方式下,要发送数据的站点监听到信道正在被使用时就等待,直到信道空闲。
一旦媒体空闲,站点就再等待一个设定的时间即分布式帧间间隙(DIFS)。
CSMA/CA是基于竞争的协议,因为所有的站点都要竞争接入。
除了前面提到的SIFS机制,站点没有优先级,因此也没有服务质量的保证。
IEEE802.11标准也规定了一种可选的基于优先级的媒体接入机制,即点协调功能(PCF),可以在时间要求严格的情况下为站点提供无竞争的媒体接入。
它允许站点执行PCF,使用介于SIFS和DIFS中间的帧间隙(PCFIFS,PIFS),可有效地给予这些站点较高的媒体接入优先级。
一旦点协调者具有控制能力,它会通知所有站点竞争空闲期间的时长以避免在该期间内站点试图控制媒体。
协调者顺序地选中站点,给予每个选中的站点发送数据的机会。
4.发现和加入网络
一个新的活跃站点第一步要做的是,判定在覆盖范围内都有哪些站点并可以进行链接。
这可以通过被动或主动扫描实现。
被动扫描时站点在给定的时期内监听每个信道并检测其他站点发送的信标帧。
信标帧带有时间同步码和其他物理层参数(如跳频模式),可用于两个站点通信。
如果新的站点已经被设置了用于链接的首选SSID名称,可以使用主动扫描。
主动扫描的过程是:
新的站点发送包含这个SSID的探测帧,然后等待首选接入点返回探测响应帧。
也可以广播探测帧,要求在接收范围内的所有接入点响应一个探测响应帧。
新站点会得到可用接入点的完整列表。
接下来可以开始认证和链接,链接的对象可以是首选的接入点,也可以是新站点选择的接入点,或者用户从响应列表中选择的接入点。
5.无线网的体系和结构
1)无线局域网的组成结构包括:
站、无线介质、基站或接入点和分布式系统等组成,如下图所示。
2)无线局域网的拓扑结构不同的角度有不同的分类:
(1)从物理拓扑分类看:
单区网SCN和多区网MCN
(2)从逻辑上看:
对等式、基础结构式和线型、星型、环型
(3)从控制方式方面来看:
无中心分布式、有中心集中控制式
(4)从与外网的连接性来看:
独立WLAN和非独立WLAN
6.无线局域网的协议体系
IEEE802.11x无线局域网协议体系
1)IEEE802.11物理层
(1)工作在2.4GHz的ISM波段上的直接序列扩频,数据速率为1Mb/s和2Mb/s。
(2)工作在2.4GHz的ISM波段上的跳频扩频,数据速率为1Mb/s和2Mb/s。
(3)工作在波长介于850nrn~950nm的红外波段上,其数据速率为1Mb/s和2Mb/s。
2)IEEE802.11a
(1)信道结构IEEE802.11a使用通用网络信息基础结构UNII的频带。
UNII-1频段(5.15~5.25GHz)用于室内;UNII-2频段(5.25~5.35GHz)用于室内或者室外;UNII-3频段(5.725~5.825GHz)用于室外。
(2)编码和调制IEEE802.11a使用正交频分多路复用OFDM。
OFDM也称为多载波调制,在不同频率上使用多个载波信号,在每个信道上发送若干位,类似于FDM。
然而,在OFDM中,所有的子信道被指定给单个的数据源。
3)IEEE802.11bIEEE802.11b是IEEE802.11DSSS模式的一个扩充,提供了在ISM频段上5.5Mb/s和11Mb/s的数据速率。
该标准为在相同的分片速度、相同带宽下获得更高的数据速率,使用了一种名为补码键控(complementarycodekeying,CCK)的调制模式。
4)IEEE802.11gIEEE802.11g将802.11b的数据率扩展到20Mb/s以上,达到54Mb/s。
与802.11b相同,802.11g操作在2.4GHz范围内,因而二者是兼容的。
该标准的设计使得802.11b的设备在连接到一个802.11g的AP上时仍能工作,802.11g的设备连接到一个802.11b的AP上时也仍能工作。
7.其他IEEE802.11标准
IEEE802.11c关注的是桥操作
IEEE802.11d是作为管理范畴(regulatorydomain)更新被提及。
IEEE802.11e对MAC层作了一些修正以改进服务质量并解决了一些安全问题。
(服务质量)IEEE802.11f致力于解决在来自多个厂商的接入点(AP)之间的互操作能力问题。
IEEE802.11h处理频谱和功率管理问题。
(5GHz的频谱管理)
IEEE802.11i定义了MAC层的安全和认证机制。
IEEE802.11k定义了无线资源测量(RadioResourceMeasurement),增强了其功能,为较高层提供了无线和网络测量的机制。
(无线电资源测量增强)
IEEE802.11m是一个纠正标准中编辑的和技术问题的工作组正在进行着的活动。
IEEE802.11n正研究对物理层和MAC层的增强范围,以改进信息流通量。
(MIMO和600Mbps数据速率)
8.无线局域网安全威胁
•拒绝服务(Denialofservice,DoS)攻击。
攻击者使用过量的通信流量使网络设备溢出,从而阻止或严重减慢正常的接入。
该方法可以针对多个层次,例如,向Web服务器中大量发送页面请求或者向接入点发送大量的链接或认证请求。
•人为干扰。
是DoS的一种形式,攻击者向RF波段发送大量的干扰,致使WLAN通信停止。
在2.4GHz频段上,蓝牙设备、一些无绳电话或微波炉都可以导致上述干扰。
•插入攻击。
攻击者可以将一个未授权的客户端连接到接入点,这是由于没有进行授权检查或者攻击者伪装成已授权用户。
•重放攻击。
攻击者截取网络通信信息,例如口令,稍后用这些信息可以XX地接入网络。
•广播监测。
在一个配置欠佳的网络中,如果接入点连接到集线器而不是交换机,那么集线器将会广播数据包到那些并不想接收这些数据包的无线站点,它们可能会被攻击者截取。
ARP欺骗(或ARP缓存中毒)。
攻击者通过接入并破坏存有MAC和IP地址映射的ARP的高速缓冲,来欺骗网络使其引导敏感数据到攻击者的无线站点。
•会话劫持(或中间人攻击)。
是ARP欺骗攻击的一种,攻击者伪装成站点并自动解决链接来断开站点和接入点的连接,然后再伪装成接入点使站点和攻击者相连接。
•流氓接入点(或恶魔双子截取)。
攻击者安装XX的带有正确SSID的接入点。
如果该接入点的信号通过放大器或者高增益的天线增强,客户端将会优先和流氓接入点建立连接,敏感数据就会受到威胁。
•密码分析攻击。
攻击者利用理论上的弱点来破译密码系统。
例如,RC4密码的弱点会导致WEP易受攻击
•旁信道攻击。
攻击者利用功率消耗、定时信息或声音和电磁发射等物理信息来获取密码系统的信息。
分析上述信息,攻击者可能会直接得到密钥,或者可以计算出密钥的明文信息。
9.无线局域网安全措施
用户认证:
确认试图接入网络的用户与他们申明的身份一致
用户接入控制:
只允许那些被认证可以接入的用户接入网络
数据保密通过加密:
保证网络上传输的数据不被窃听或未授权接入
密钥管理:
建立、保护以及分配密钥来加密数据和其他消息
消息完整性:
检查消息在传输过程中是否没有被修改
10.有限等效加密
•WEP提供了有限的接入控制和采用密钥的数据加密,一般将密码短语输入到接入点,任何试图与接入点链接的站点都必须知道这个短语。
如果不知道密码短语,站点可以感知数据流量但不能进行链接或解密数据。
•WEP加密将密码短语转变为一个40比特的密钥,加上24比特的初始向量(InitializationVector,IV)生成64比特的加密密钥。
为了临时性增强WEP加密,有些向量将密钥长度增加到128比特(104比特+24比特IV)。
实际上这只是表面的增强,因为不论是使用40比特还是104比特的密钥,窃听者总能通过分析大约400万个发送帧提取出密钥。
11.暂时密匙完整性协议
在WPA中的两个新的MAC层特性解决了WEP加密弱点:
一个是被称为暂时密钥完整性协议(TKIP)的密钥生成和管理协议,另一个是消息完整性校验(MessageIntegrityCheck,MIC)功能。
某站点被认证后,通过认证服务器或是从手动输入产生一个128比特的暂时密钥用于会话。
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