哈工大计算机网络第七章——无线网络与移动网络复习
目录
1. 概述
2. 无线链路与网络特征
3. IEEE 802.11 体系结构（Wifi）
4. 蜂窝互联网接入
5. 移动管理：原理
6. 移动IP
7. 管理蜂窝网中的移动性
8. 无线与移动性：对高层协议的影响
9. 总结
1. 概述
无线主机（wireless hosts）：主机是运行应用成宿的端系统设备。无线主机可以是便携机、掌上机、智能收集或者桌面计算机。主机本身可移动或可能不移动。（无线并不总是意味着移动性）
基站（base station）：基站通常连接到有线网络。基站是无线网络基础设施的关键部分，但在有线网络中没有明确的对应设备。基站起中继功能，负责在其区域内的有线网络和无线主机之间发送数据包
无线链路（wireless link）：通常用于将移动设备连接到基站或另一台无线主机。也用作主干链路。支持多址协议协调链路访问。不用的链路有各种不同的数据速率、传输距离。
基础设施模式
基础设施模式（nfrastructure mode）：与基站关联的主机被称为以基础设施模式运行。基站将手机连接到有线网络。
切换（handoff）：当一台移动主机的移动超出了一个基站的覆盖范围而到达另一个基站的覆盖范围后，需要改变其接入到更大网络的连接点（即改变与之关联的基站）。
自组织网络
自组织网络（ad hoc mode）：没有基站，节点只能传输到链路覆盖范围内的其他节点。节点将自己组织成一个网络，用它们之间的路由进行数据传输
无线网络分类
分类标准：
1. 无线网络中的分组是否跨越了一个无线跳还是多个无线跳
2. 网络中是否有如基站这样的基础设施
| 单跳 | 多跳 | |
|
基础设施（例如APs） |
主机连接到连接到更大互联网的基站（WiFi、WiMAX、蜂窝） | 主机可能必须通过多个无线节点中继才能连接到更大的互联网：网状网络 |
| 没有基础设施 | 没有基站，没有连接到更大的互联网（蓝牙、特设网络） | 没有基站，没有连接到更大的互联网。可能必须中继才能到达其他给定的无线节点MANET、VANET |
2. 无线链路与网络特征
有线链路与无线链路之间的区别
1. 递减的信号强度：无线电信号通过物质传播时衰减（路径损耗）
2. 来自其他源的干扰：在同一个频段发送信号的电波源将相互干扰。其他设备（如电话）共享的标准化无线网络频率（如2.4 GHz）；设备（电机）也会产生干扰。
3. 多径传播：当电磁波的一部分受到物体或地面反射，在发送方和接受方之间走了不同长度的路径，会出现多径传播。这会使得接收方收到的信号变得模糊。
信噪比
信噪比是所收到的信号与噪声强度的相对测量。更大的信噪比意味着更容易从噪声中提取信号（一件“好事”）。
信噪比与误码率（比特差错率BER）的权衡
▪ 给定物理层：增加功率->增加信噪比->降低误码率
▪ 给定信噪比：选择满足误码率要求的物理层，提供最高的吞吐量。SNR可能随移动性而变化：动态适应物理层（调制技术、速率）
无线网络特征：多个无线发送器和接收器会产生其他问题（除了多址访问之外）：
隐藏终端问题
B、 A相互倾听，且B、 C彼此倾听。但A、 C听不到对方，意思是A，C不知道他们对B的干扰
信号衰减
B、 A相互倾听，B、 C彼此倾听。但A、 C听不到对方对B处的干扰
3. IEEE 802.11 体系结构（Wifi）
详情见链路层的第7部分
其他补充
计算时延（忽略传播时延、处理时延和传输时延）：
一个主机从期望发送数据开始，到确认数据被接收方正确接收：DIFS+3SIFS
实现具体细节：
（下面内容来自我们N2专业课——移动互联网的PPT）
所有站在完成发送后，必须再等待一能再推迟发送了。这样就减少了发生碰撞的机会。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) 。帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权。若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态因而低优先级帧就只
三种帧间间隔： 1. SIFS（短帧间间隔） 2. PIFS（点协调控制帧间间隔），比SIFS长 3. DIFS（分布协调功能帧间间隔），是最长的IFS、
802.15 个人区域网
是直径小于10米，包括鼠标、键盘、耳机等设备。是自组织网络，即没有基础设施。拥有主从关系。从属请求发送（到主服务器）的权限，主机需要同意请求。802.15从蓝牙规范演变而来。使用2.4-2.5 GHz无线电频段，速率高达721kbps。
4. 蜂窝互联网接入
小区（cell）：涵盖一定的地理区域。每个小区拥有一个类似于802.11 AP的基站（BS）。移动用户通过基站连接到网络。拥有空中接口，即移动设备和基站之间的物理和链路层协议。
移动交换中心（MSC）：将小区连接到有线电话网，管理呼叫设置并处理移动性。在用户鉴别、账号管理和呼叫的建立切换中起决定性的作用。
蜂窝网络第一代
两种共享移动到基站无线电频谱的技术
❖ 组合FDMA/TDMA：在频率通道中划分频谱，将每个通道划分为时隙
❖ CDMA：码分多址
2G蜂窝网体系结构——voice
3G蜂窝网体系结构——voice+data
关键思想：新的蜂窝数据网络与现有蜂窝语音网络并行运行（edge除外）。其中核心语音网络不变，数据网络并行运行
4G——LTE（考这部分，敢考敢寄！）
❖ 所有IP核心：从基站到网关的IP数据包隧道（通过核心IP网络）
❖ 语音和数据之间没有分离–所有流量都通过IP核心传送到网关
5G技术
5. 移动管理：原理
移动性：
1. 无移动性：用户仅在相同的无线网中移动
2. 中移动性：用户在接入网之间移动，当在网间移动时关闭连接
3. 高移动性：用户在接入网之间移动，同时保持进行中的连接
归属网络：网络环境中，一个移动节点的永久居所
归属代理：在归属网络中代表移动节点执行移动管理功能的实体
外部网络（被访网络）：移动节点所在的当前网络
外部代理：在外部网络中帮助移动节点做移动管理功能的实体，作用之一是为移动节点创建一个转交地址（COA）。一个节点可与两个地址相关联，即其永久地址和COA（有时也成为外部地址）。第二个作用就是告诉归属代理，该移动节点在网络中且有COA。
通信者：希望与该移动节点通信的实体
寻址
❖ 让路由来处理：路由器通过通常的路由表交换来公布常驻移动节点的永久地址。路由表指示每个移动设备的位置。终端系统无变化。这种方法对以百万计的移动设备不可取。
❖ 让终端系统来处理它：（一般都考这个）
间接路由：从通信者到移动设备的通信通过归属，然后转发到远程
通信者不知道移动节点的位置，只是将数据报寻址到固定地址，并发送到网络中。
1. 数据报首先导向移动节点的归属网络。
2. 归属代理除了与外部带来交互以跟踪移动节点的COA之外，还可以监视到达的数据报。当数据报寻址的归属网络为所在网络时，代理截获次数据报，通过使用移动节点的COA设置数据报地址，转发给外部代理。
3. 外部代理转发给移动节点。
4. 最后移动节点向通信节点发送响应数据报
mobile使用两个地址：
▪ 永久地址：由通信者使用（因此移动位置对通信者是透明的）
▪ 转交地址：归属代理用于将数据报转发到移动设备
❖ 外部代理功能可以由移动本身完成
❖ 三角路由选择问题：对应的家庭网络移动：通讯员、手机在同一网络中时效率低下
直接路由：通信者获取手机的转交地址，直接发送到手机
假设移动用户移动到另一个网络。向新的外部代理中有记录，同时外部代理与归属代理有联系，归属代理更新手机的转交地址，数据包继续转发到移动设备（但使用新的转交地址）。此时移动性、不断变化的外部网络透明，可以保持持续的连接！
1. 通信者所在的网络中的通信者代理向归属代理询问得到移动节点的COA（需要移动用户定位协议）
2. 通信代理然后将数据报直接通过隧道技术发给移动节点的COA
直接路由解决了三角路由选择问题，但对通信者不透明，通信者必须从归属代理处获得地址，不支持移动设备改变了访问网络。
解决改变访问网络的问题——锚外部代理
6. 移动IP
（差不多得了，隔着看这么长时间这个不如回去多看看网络层，那边要出就是几道大题，这里至多也就几道选择）
移动IP标准包括三个部分：
1. 代理发现
2. 向归属代理注册
3. 数据报之间的间接路由选择
间接路由
代理发现
使用代理通告，外部代理或归属代理使用现有路由器发现协议的拓展协议。该代理周期性地在所有连接地链路上广播一个字段为9（路由器发现）的ICMP报文。
向归属代理注册
7. 管理蜂窝网中的移动性
❖ 归属网络：订阅的手机提供商的网络（例如Sprint PC、Verizon）
▪ 家庭位置寄存器（HLR）：家庭网络中的数据库，包含永久手机#、配置文件信息（服务、首选项、账单）、当前位置信息（可能在另一个网络中）
❖ 被访网络：移动设备当前所在的网络
▪ 访客位置寄存器（VLR）：数据库，包含当前网络中每个用户的条目
▪ 可能是归属网络
8. 无线与移动性：对高层协议的影响
❖ 从逻辑上讲，影响应该是最小的
▪ 尽力而为的服务模式保持不变
▪ TCP和UDP可以（或确实）在无线移动网络上运行
❖就性能而言：
▪ 由于比特错误（丢弃的数据包、链路层重传的延迟）和切换而导致的数据包丢失/延迟
▪ TCP将丢失解释为拥塞，不一定会减少拥塞窗口
▪ 实时流量的延迟损害
▪ 无线链路的有限带宽
9. 总结
（真的得了啊，就考一两分看到现在。不过为这一两分写这个的我怕不是个大闲人）
无线网络：
❖ 无线链接：
▪ 容量、距离
▪ 通道损伤
▪ 码分多址
❖ IEEE 802.11（“Wi-Fi”）
▪ CSMA/CA反映了无线信道特性
❖ 蜂窝接入
▪ 结构
▪ 标准（如GSM、3G、4G LTE）
移动网络：
❖ 移动管理：原理
向移动用户发送路由
▪ 归属和被访网络
▪ 直接、间接路由
▪ 转交地址
❖ 案例研究
▪ 移动IP
▪ GSM中的移动性
❖ 对高层协议的影响
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