課程內(nèi)容概述2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)（第1章）無線局域網(wǎng)安全技術(shù)（第1章）無線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)（第3章）無線個(gè)域網(wǎng)安全技術(shù)（第3章）無線廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)（第2章）無線廣域網(wǎng)安全技術(shù)（第2章）無線網(wǎng)絡(luò)概述（第0章）

無線局域網(wǎng)與安全

無線個(gè)域網(wǎng)與安全無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)（第2章）無線城域網(wǎng)安全技術(shù)（第2章）

無線城域網(wǎng)與安全

無線廣域網(wǎng)與安全無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN安全技術(shù)（第4章）課程內(nèi)容概述2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN安全技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)概述（第0章）AdHoc網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動(dòng)IP（第4章）基于應(yīng)用的無線網(wǎng)絡(luò)課件郵箱2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3用戶名：wsecurity163密碼：wsecurity1主要內(nèi)容無線網(wǎng)絡(luò)概述2023/7/224計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史無線網(wǎng)絡(luò)分類無線網(wǎng)絡(luò)安全概述無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無線網(wǎng)絡(luò)概述5W：任何人（Whoever）任何時(shí)候（Whenever）任何地方（Wherever）與任何人（Whomever）能以任何形式（Whatever）通信的移動(dòng)計(jì)算技術(shù)實(shí)例：短消息（SMS）多媒體消息（MMS）移動(dòng)郵件服務(wù)（MMMS）移動(dòng)即時(shí)通信服務(wù)（MIM）移動(dòng)定位服務(wù)（LBS）

2023/7/225計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院6A：任何人(Anyone)任何時(shí)候(Anytime)任何地點(diǎn)(Anywhere)采用任何方式(Anymeans)與其他任何人(Anyother)進(jìn)行任何通信(Anything)

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)5W/6A夢想、移動(dòng)計(jì)算、普適計(jì)算(UbiquitousComputing)的核心技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀：新技術(shù)層出不窮、新名詞應(yīng)接不暇從無線局域網(wǎng)(WLAN)、無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)、無線體域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)(WMAN)到無線廣域網(wǎng)(WWAN)從移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)從Wi-Fi到WiMedia、WiMAX從IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16到IEEE802.20從固定寬帶無線接入到移動(dòng)寬帶無線接入從藍(lán)牙到紅外、HomeRF，從UWB到ZigBee從GSM、GPRS、CDMA到3G、超3G、4G......2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院6無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史無線通信技術(shù)是在沒有物理連接的情況下多個(gè)設(shè)備之間能夠互相通信的技術(shù)1901年-意大利物理學(xué)家G.Marconi（馬可尼）演示了跨越大西洋的3200公里的無線電波的試驗(yàn)----MorseCode(莫爾斯碼)2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院71921年，移動(dòng)無線電開始使用2MHz頻段但沒有和有線電話系統(tǒng)集成在一起（當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為移動(dòng)無線電不是一種可以在公共領(lǐng)域使用的技術(shù)，主要是為了滿足警察和緊急服務(wù)人員的需要）1924年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了具備雙向通話能力的基于語音的無線電話系統(tǒng)。但仍沒有和有線系統(tǒng)相連體積龐大—占據(jù)一個(gè)皮箱的體積成本—相當(dāng)于一輛汽車2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院81935年，首次采用調(diào)頻技術(shù)（FM），提高了整體的傳輸質(zhì)量，減小了體積時(shí)機(jī)恰到好處：二戰(zhàn)剛剛開始，軍方迅速采用了FM來提供雙向的移動(dòng)無線電通信摩托羅拉和AT&T等公司設(shè)計(jì)了體積大幅縮小的設(shè)備2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院91947年，西南貝爾和AT&T第一次推出了商業(yè)性的移動(dòng)電話服務(wù)美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）限制了可用頻率的數(shù)量，使一個(gè)服務(wù)區(qū)最多只能同時(shí)進(jìn)行23個(gè)電話交談相鄰信道干擾也使通話質(zhì)量非常糟糕AT&T公司只能把部分申請人暫時(shí)放在等候名單上1976年，紐約市只有不到600名移動(dòng)電話用戶，申請者超過了3500人整個(gè)美國有45000名用戶，但仍有20000個(gè)申請者在等待，其中最長的已經(jīng)等了10年之久2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院10蜂窩技術(shù)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展之路：早期使用800MHz頻率來傳遞模擬信號(hào)隨后出現(xiàn)的個(gè)人通信服務(wù)（PCS）使用1850MHz的頻率Sprint公司是PCS服務(wù)的主要提供商一些移動(dòng)運(yùn)營商也開始使用數(shù)字技術(shù):TDMA—時(shí)分多址CDMA—碼分多址GSM—全球移動(dòng)通信系統(tǒng)3G—(WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA)4G？！……2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院111971年，夏威夷大學(xué)的研究員創(chuàng)造了第一個(gè)基于封包式技術(shù)的無線通信網(wǎng)絡(luò)—Alohanet（一種早期的以太網(wǎng)版本；局域網(wǎng)技術(shù))7臺(tái)計(jì)算機(jī)；雙向星形拓?fù)淇缭?座夏威夷的島嶼無線網(wǎng)絡(luò)可以說是正式誕生了現(xiàn)代的數(shù)字無線系統(tǒng)的性能更好了，但基本思想并沒有變化WPAN、WLAN、WMAN、WWAN2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院12ALOHA示意圖無線網(wǎng)絡(luò)分類2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院13無線網(wǎng)絡(luò)無線個(gè)域網(wǎng)（WirelessPersonalAreaNetwork,WPAN）無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork,WLAN

）無線城域網(wǎng)（WirelessMetropolitanAreaNetwork,WMAN）無線廣域網(wǎng)（WirelessWideAreaNetwork,WWAN）傳輸距離：10m左右典型技術(shù)：IEEE802.15(WPAN)Bluetooth（藍(lán)牙）ZigBee傳輸速率：10Mbit/s傳輸距離：

幾十米~幾千米典型技術(shù)：IEEE802.11（a,b,g,i,n）傳輸速率：11~300Mbit/s傳輸距離：城市大部分地區(qū)典型技術(shù)：IEEE802.16（WiMAX）*:有的分類也將其作為3G標(biāo)準(zhǔn)之一

主要是通過移動(dòng)通信衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)典型技術(shù)：IEEE802.20（MBWA，移動(dòng)寬帶無線接入系統(tǒng)）3G（未來的4G）傳輸速率：2Mbit/sIEEE關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)：2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院14IEEE標(biāo)準(zhǔn)定義802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11a54Mbps無線聯(lián)網(wǎng)802.11b11Mbps無線聯(lián)網(wǎng)802.11g54Mbps無線聯(lián)網(wǎng)802.11n100Mbps無線聯(lián)網(wǎng)802.11r紅外無線聯(lián)網(wǎng)802.15無線個(gè)域網(wǎng)（PAN）802.16無線城域網(wǎng)（WMAN）802.20固定無線寬帶幾種無線網(wǎng)絡(luò)的比較：2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院15覆蓋范圍用戶數(shù)據(jù)率WPANWLANWMANWWAN802.15.4ZigBee802.15.1藍(lán)牙802.15.3超寬帶802.11g,a802.11b802.162G移動(dòng)通信3G移動(dòng)通信4G移動(dòng)通信WiMAXWi-Fi1Gb/s100Mb/s10Mb/s1Mb/s100kb/s10kb/s802.11n其他分類：從應(yīng)用的角度看，還可劃分出Adhoc網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetworks，WSN）無線Mesh網(wǎng)絡(luò)無線穿戴網(wǎng)絡(luò)無線體域網(wǎng)……這些網(wǎng)絡(luò)一般是基于已有的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，針對具體的應(yīng)用而構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院16無線設(shè)備個(gè)人移動(dòng)設(shè)備：PDA（個(gè)人數(shù)字助理）、手機(jī)無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)適配器、接入點(diǎn)（AP）、WLAN交換機(jī)、無線路由器、無線網(wǎng)橋、無線中繼器、天線無線IP電話（VoIP）射頻標(biāo)簽（RFID）工業(yè)或商業(yè)無線應(yīng)用：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院172023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院18PDA無線網(wǎng)卡無線訪問點(diǎn)無線路由器IP電話RFIDETC:電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)無線網(wǎng)卡無線網(wǎng)卡的選擇：接入類型（內(nèi)置、USB、PCI等）無線標(biāo)準(zhǔn)（802.11a、802.11b、802.11g、藍(lán)牙等）天線類型（可分離的、不可分離的）功率輸出（40mW、50mW、200mW）IEEE802.11b和802.11g標(biāo)準(zhǔn)基本兼容，但是802.11a與802.11b或者802.11g都不兼容；藍(lán)牙與任何一個(gè)802.11標(biāo)準(zhǔn)都不兼容2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院19常見無線網(wǎng)卡比較網(wǎng)卡類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)PC卡（PCMCIA）無需開盒安裝支持熱插拔于大多數(shù)臺(tái)式PC不兼容，功率需求相對較高，天線方向性差PCI和miniPCI卡安裝一勞永逸開盒安裝天線方向性差USB無需開盒安裝，拆卸方便USB2.0可達(dá)480Mbps速率可用于臺(tái)式或便攜式PC802.11a/802.11g需要USB2.0較高的CPU占用率較容易被盜2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院20PCMCIA：個(gè)人計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)卡國際協(xié)會(huì)無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)接入點(diǎn)AP（AccessPoint）包括：無線電收發(fā)機(jī)（用于使用射頻信號(hào)與無線NIC通信）一個(gè)有線802.3接口橋接電路或者橋接軟件安裝（多少）接入點(diǎn)取決于：覆蓋范圍放置：屋內(nèi)放在較高的位置網(wǎng)絡(luò)模式：Adhoc或者基礎(chǔ)模式精簡型接入點(diǎn)（thinAP）或者多功能智慧型接入點(diǎn)（fatAP，標(biāo)準(zhǔn)的無線接入）2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院21多功能智慧型接入點(diǎn)（fatAP）：是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，能提供WLAN所需的所有功能，包括認(rèn)證、無線加密和WLAN管理2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院22精簡型接入點(diǎn)（thinAP）：智能中央控制器（通過有線或者無線的方式）處理所有其他智能功能，并能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求逐個(gè)配置和控制每個(gè)接入點(diǎn)2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院23精簡型AP精簡型AP無線接入控制器多頻段接入點(diǎn)多頻段接入點(diǎn)：可以同時(shí)支持兩個(gè)或者多個(gè)不同的WLAN標(biāo)準(zhǔn)2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院24Nfiniti是一款集雙頻無線路由與訪問接入點(diǎn)與一體的新型產(chǎn)品。本品基于新一代高速無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)802.11n制造，能夠同時(shí)工作在802.11n、802.11g/b和802.11a標(biāo)準(zhǔn)中的任兩個(gè)頻段橋接接入點(diǎn)用無線接入點(diǎn)的橋接功能連接兩個(gè)或者多個(gè)局域網(wǎng)，允許他們之間通信和交換信息可以配置為點(diǎn)到點(diǎn)或者點(diǎn)到多點(diǎn)2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院25APAP橋接接入點(diǎn)點(diǎn)到點(diǎn)橋接2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院26APAP橋接接入點(diǎn)點(diǎn)到多點(diǎn)橋接無線中繼器中繼器的作用：接收信號(hào)，恢復(fù)信號(hào)的原始強(qiáng)度并轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)；并且在大多數(shù)情況下，可以去除大部分的噪音2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院27無線網(wǎng)橋功能同有線網(wǎng)橋，即在使用相同聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的兩個(gè)局域網(wǎng)和網(wǎng)段之間建立一個(gè)交叉點(diǎn)通常用于在一個(gè)校園網(wǎng)的兩棟建筑物中的WLAN之間提供連接點(diǎn)2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院28天線天線是用來輻射電流所產(chǎn)生的電磁場電線：試圖控制或減少電磁場天線：自由發(fā)射電磁場所有RF天線都具有如下五個(gè)特征：頻率：2.4GHz（802.11b/g）、5GHz（802.11a）增益：提高信號(hào)功率的能力功率：輻射方向圖：天線產(chǎn)生的無線電波傳播的形狀和寬帶極化：電磁信號(hào)的電通量的方向（水平或垂直極化）2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院29天線可分為（NIC卡、接入點(diǎn)等設(shè)備中內(nèi)置的）偶極天線和（用于建筑物之間的）外部天線根據(jù)輻射方向圖可分為：定向天線：將信號(hào)發(fā)射到一個(gè)方向或者從一個(gè)方向接收信號(hào)拋物面天線平板天線扇形天線八木天線陣全向天線：在天線周圍以基本圓形的方向圖發(fā)射信號(hào)2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院302023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院31拋物面天線平板天線扇形天線八木天線全向天線輻射模式

一個(gè)天線輻射出去的功率是全方位的，然而并非在所有方向上輻射出的功率都是相等的描述天線性能特性的常用方法是輻射模式，它是作為空間協(xié)同函數(shù)的天線輻射屬性的圖形化表示理想的輻射模式簡單（偶級）天線最簡單和最基本的兩類天線是半波偶極天線（赫茲天線）和1/4波垂直天線（馬可尼天線）汽車無線電拋物線反射天線天線增益

天線增益(antennagain)是天線定向性的度量。天線增益定義為在一特定方向上的功率輸出天線增益與有效面積的關(guān)系：

天線增益有效面積載波波長光速載波頻率傳播方式由天線輻射出去的信號(hào)以三種方式傳播：地波(groundwave)：地波傳播或多或少要沿著地球的輪廓前行，且可傳播相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，較好地跨越可視的地平線天波(skywave)：天波信號(hào)可以通過多個(gè)跳躍，在電離層和地球表面之間前后反彈地穿行直線LOS(lineofsight)：當(dāng)要傳播的信號(hào)頻率在30MHz以上時(shí)，天波與地波的傳播方式均無法工作，通信必須用直線方式無線傳播類型其他無線設(shè)備WLAN交換機(jī)與有線LAN交換機(jī)有相同的功能無線路由器可以通過射頻傳輸與無線接入點(diǎn)和NIC通信，通常連接到有線網(wǎng)絡(luò)或者ISP的核心網(wǎng)上大部分WLAN路由器具有網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）、基于端口的訪問控制、防火墻功能無線網(wǎng)關(guān)通常用于描述連接連個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，又稱為無線路由器和無線基站2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院38射頻波傳播的一般規(guī)律是平方反比定律：電磁波的強(qiáng)大與它傳播的距離的平方成反比，即

其中，x代表到波源的距離例如：電磁波傳播了3英里，那么電磁波強(qiáng)度為1/9；傳播5英里，則強(qiáng)度為原來的1/25但從地面發(fā)射的無線電波不完全符合該公式，還與其他因素有關(guān)大尺度效應(yīng)（大尺度衰落或者慢衰落）2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院39無線傳輸媒體傳輸媒體是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中發(fā)送器和接收器之間的物理路徑2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院40電信用的電磁波頻譜感興趣的3個(gè)頻段微波：1GHz~100GHz，可實(shí)現(xiàn)高方向性的波束，非常適用于點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸，也可用于衛(wèi)星通信無線電廣播頻段：30MHz～1GHz，適用于全向應(yīng)用紅外線頻譜段：3×1011Hz～2×1014Hz，適于本地應(yīng)用，在有限的區(qū)域(如一個(gè)房間)內(nèi)對于局部的點(diǎn)對點(diǎn)及多點(diǎn)應(yīng)用非常有用2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院41廣播無線電波廣播無線電波是全向性的，不要求使用拋物形天線，天線也無須嚴(yán)格地安裝到一個(gè)精確地校準(zhǔn)位置上廣播無線電波(broadcastradio)包括VHF頻段和部分的UHF頻段：30MHz～1GHz無線電波(Radio)頻率范圍為3KHz~300GHz廣播無線電波損傷的一個(gè)主要來源是多徑干擾2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院42多徑（Multipath）傳播在發(fā)射臺(tái)和接收機(jī)之間，信號(hào)出現(xiàn)了二個(gè)或更多個(gè)的傳播途徑的情況一些信號(hào)會(huì)有延時(shí)，并可能產(chǎn)生符號(hào)間干擾最糟糕情況：兩個(gè)信號(hào)相差半個(gè)波長2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院43直達(dá)信號(hào)反射信號(hào)反射信號(hào)多徑干擾無線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議模型不同類型的無線網(wǎng)絡(luò)所重點(diǎn)關(guān)注的協(xié)議層次是不一樣的無線局域網(wǎng)、無線個(gè)域網(wǎng)一般不存在路由問題，所以它們沒有制定網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，主要采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議無線網(wǎng)絡(luò)存在共享訪問介質(zhì)的問題，MAC協(xié)議是所有無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的重點(diǎn)無線頻譜管理復(fù)雜，導(dǎo)致物理層協(xié)議也是一個(gè)重點(diǎn)2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院44物理層和MAC層是無線網(wǎng)絡(luò)討論的主要內(nèi)容無線廣域網(wǎng)、移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)、WSN和無線Mesh網(wǎng)絡(luò):總存在路由問題，所以對這些網(wǎng)絡(luò)，除物理層和MAC層外，網(wǎng)絡(luò)層也是協(xié)議制定的重要組成部分應(yīng)用層協(xié)議并不是無線網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)，只要支持傳統(tǒng)的應(yīng)用層協(xié)議即可，當(dāng)然對于一些特殊的網(wǎng)絡(luò)和特殊應(yīng)用，也要對其進(jìn)行一定的規(guī)范化，藍(lán)牙協(xié)議就是一個(gè)較為完備的五層協(xié)議模型2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院45傳輸層協(xié)議：雖然大多數(shù)TCP都已經(jīng)小心地作了優(yōu)化，而優(yōu)化的基礎(chǔ)是一些對有線網(wǎng)絡(luò)成立，但對無線網(wǎng)絡(luò)并不成立的假設(shè)條件擁塞控制問題：幾乎所有的TCP實(shí)現(xiàn)都假設(shè)超時(shí)由擁塞引起，因此減慢速度，減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，以緩解擁塞無線鏈路是高度不可靠的（總在丟失分組），解決辦法是再次發(fā)送分組，而且要盡可能快速的重發(fā)如果20%的分組丟失的話，每秒傳輸100分組，吞吐量為80；如果減慢速度到50分組/秒，則吞吐量就為40所以對于無線網(wǎng)絡(luò)，必須對傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議進(jìn)行必要的改進(jìn)2023/7/22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院46!?無線網(wǎng)絡(luò)安全？!缺乏安全性是許多公司和用戶不愿安裝無線網(wǎng)絡(luò)的重要原因之一有線網(wǎng)絡(luò):數(shù)