18、无线局域网（介质访问控制子层）

1、802.11体系结构和协议栈

• 无线局域网的主要标准是802.11，802.11网络使用模式有两种。最普遍使用的是把客户端连接到另一个网络（内网或者Internet），如图a，在有架构模式下，每个客户端与一个接入点（AP）关联，该接入点又与其他网络连接，几个接入点可通过一个称为分布式系统的有线网络连接在一起，形成一个扩展的802.11网络，客户端可以通过它们的接入点向其他客户端发送帧。另一种模式，如图b，是一种自组织网络，一组相关联的计算机组成一个网络，互相之间可以发送帧。
  
• 图中给出了802.11协议栈的组成部分，客户端和AP的协议栈相同。物理层对应于OSI的物理层，但所有802协议的数据链路层分为两个或多个子层。在802.11中，介质访问控制子层（MAC）子层决定如何分配信道，也就是谁可以发送信息。逻辑链路控制子层的工作是隐藏802系列协议之间的差异，使它们在网络层看来并无差别。自802.11在1997年首次出现后，在物理层已经添加了几种传输技术：最初采用的两种技术是电视遥控器方式的红外和2.4GHz频段的跳频方式，现在都已经消失。第三个技术：在2.4GHz频段的1或2Mbps直接序列扩频被扩展为运行速率高达11Mbps，并且很快一炮走红，它们就是所谓的802.11b。
• 基于正交频分复用编码方案的新传输技术分别在1999年和2003年被引入进来。首先是802.11a，它使用了5GHz这个不同的频段；而802.11g坚守在2.4GHz，并保持兼容性。两者都提供高达54Mbps的数据率。802.11n标准有4根天线和更宽的信道，速率达600Mbps。

2、802.11物理层

• 所有的802.11技术都使用短程无线电传输信号，通常在2.4GHz或5GHz频段，这两个频段属于ISM，这些频段的最大优点是无需许可证，任何人只要愿意遵守一些限定都可以免费使用，这些限定包括发射器的辐射功率不超过1瓦（对于无线局域网来说50毫瓦已经很高了）。不幸的是，这一事实也被车库门制造商、无绳电话、微波炉以及其他无数设备制造商获知，所有这些设备都与笔记本电脑竞争相同的频谱。相比5GHz频带，2.4GHz频段已经非常拥挤，因此对某些程序而言5GHz频段更好，即使由于它由于较高的频率而传输范围很小。
• 所有的传输方法都定义了多个速率，设计多速率的主要想法是根据当前的条件采用不同的速度。如果无线信号弱就使用较低速率，否则使用较高速率，这种调速方法就是速率自适应。由于速率变化范围可多达10倍，甚至更多，因此一个优秀的速率自适应算法对网络的良好性能至关重要；当然，因为它不需要网络节点之间的互操作，因此标准没有规定如何自适应调整速率。
• 802.11b传输方法是一种扩展频谱的方法，支持1、2、5.5和11Mbps速率，但实际上运行速率几乎总是在11Mbps。它类似于CDMA系统，但只有一个扩频码被所有用户共享。扩展频谱是为了满足FCC（美国联邦通信委员会）的要求，即把信号能量扩展到ISM频谱。802.11b使用的扩展序列时一个巴克序列，除非序列完全一致，否则自相关性很低，这个属性允许接收器锁定一个传输的开始。若以1Mbps的速度发送，则使用巴克序列和BPSK（二进制相移键控）调制技术每11个码片发送1个比特，码片传输速率为11M码片每秒；若要以2Mbps的速率发送，则使用巴克序列和QPSK（正交相移键控）调制技术，每11个码片发送2个比特。再高速率就不同了，这些速率使用一种称为补码键控（CCK）技术来编码，而不是巴克序列。5.5Mbps速率每8个码片发送4个比特，11Mbps速率每8个码片发送8个比特。
• 802.11a在5GHz的ISM频段支持的速率可高达54Mbps。虽然802.11a小组先成立，但802.11b标准先获得批准，并且其产品投放市场的时机也远远领先于802.11a产品，这里的部分原因在于5GHz频段操作上的困难。因为OFDM（正交频分复用）使用频谱更有效率，并且能抵抗多径等无线信号的衰减，因此802.11a方案基于OFDM。比特在52个并行的子载波上发送，48个子载波携带数据和4个子载波用于同步控制。每个符号持续4微秒，可发送1、2、4或6个比特。比特