计算机网络 第九章:无线网络和移动网络

1.无线局域网 WLAN

1.1 无线局域网的组成

无线局域网可分为两大类。第一类是有固定基础设施的,第二类是无固定基础设施的。所谓“固定基础设施”是指预先建立起来的、能够覆盖一定地理范围的一批固定基站。

1.1.1 IEEE 802.11

对于有固定基础设施的无线局域网,1997 年 IEEE 制定出无线局域网的协议标准 802.11 [W-IEEE802.11] 系列标准。

802.11 是个相当复杂的标准,但简单地说,802.11 就是无线以太网的标准,它使用星形拓扑,其中心叫做接入点 AP(Access Point),在 MAC 层使用 CSMA/CA 协议凡使用 802.11 系列协议的局域网又称为 Wi-Fi(Wireless-Fidelity,意思是“无线保真度”)。

💡 请注意,现在 Wi-Fi 实际上已经成为了无线局域网 WLAN 的代名词,但无线局域网和“保真度”实在没有什么关系。

802.11 标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集 BSS(Basic Service Set)。一个基本服务集 BSS 包括一个基站若干个移动站所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信但在和本 BSS 以外的站通信时都必须通过本 BSS的基站。在 802.11 的术语中,上面提到的接入点 AP 就是基本服务集内的基站(base station)。当网络管理员安装 AP 时,必须为该 AP 分配一个不超过 32 字节的服务集标识符 SSID(Service Set IDentifier)和一个通信信道。SSID 其实就是指使用该 AP 的无线局域网的名字。

一个基本服务集 BSS 所覆盖的地理范围叫做一个基本服务区 BSA(Basic Service Area)。基本服务区 BSA 和无线移动通信的蜂窝小区相似。无线局域网的基本服务区 BSA 的范围直径一般不超过100米。

一个基本服务集可以是孤立的,也可通过接入点 AP 连接到一个分配系统 DS(Distribution System),然后再连接到另一个基本服务集,这样就构成了一个扩展的服务集 ESS(Extended Service Set)。

1.1.2 移动自组网络

另一类无线局域网是无固定基础设施的无线局域网,它又叫做自组网络(ad hocnetwork)。这种自组网络没有上述基本服务集中的接入点 AP,而是由一些处于平等状态的移动站相互通信组成的临时网络。

近年来,移动自组网络中的一个子集——无线传感器网络 WSN(Wireless Sensor Network)引起了人们广泛的关注。无线传感器网络是由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网络。无线传感器网络的应用就是进行各种数据的采集、处理和传输,一般并不需要很高的带宽,但是在大部分时间必须保持低功耗,以节省电池的消耗。由于无线传感结点的存储容量受限,因此对协议栈的大小有严格的限制。此外,无线传感器网络还对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面有一定的要求。

无线传感器网络主要的应用领域就是组成各种物联网 IoT(Internet of Things)。下面是物联网的一些举例:

  1. 环境监测与保护(如洪水预报、动物栖息的监控)
  2. 战争中对敌情的侦查和对兵力、装备、物资等的监控
  3. 医疗中对病房的监测和对患者的护理;
  4. 在危险的工业环境(如矿井、核电站等)中的安全监测
  5. 城市交通管理、建筑内的温度/照明/安全控制等

顺便指出,移动自组网络移动 IP 并不相同。移动 IP 技术使漫游的主机可以用多种方式连接到互联网。漫游的主机可以直接连接到或通过无线链路连接到固定网络上的另一个子网。

最后需要弄清在文献中经常要遇到的、与接入有关的几个名词:

  • 固定接入(fixed access):在作为网络用户期间,用户设置的地理位置保持不变。
  • 移动接入(mobility access):用户设备能够以车辆速度(一般取为每小时120公里)移动时进行网络通信。当发生切换(即用户移动到不同蜂窝小区)时,通信仍然是连续的。
  • 便携接入(portable access):在受限的网络覆盖面积中,用户设备能够在以步行速度移动时进行网络通信,提供有限的切换能力。
  • 游牧接入(nomadic access):用户设备的地理位置至少在进行网络通信时保持不变。如果用户设备移动了位置(改变了蜂窝小区),那么再次进行通信时可能还要寻找最佳的基站。

1.2 802.11 局域网的物理层

802.11 标准中物理层相当复杂,不展开讨论。根据物理层的不同(如工作频段、数据率、调制方法等),对应的标准也不同。最早流行的无线局域网是 802.11b,802.11a 和 802.11g。2009 年颁布了标准 802.11n。

对于最常用的 802.11b 无线局域网,所工作的 2.4~2.485 GHz 频率范围中有 85 MHz 的带宽可用。802.11b 定义了 11 个部分重叠的信道集,但仅当两个信道由四个或更多信道隔开时它们才无重叠。其中,信道 1, 6 和 11 的集合是唯一的三个非重叠信道的集合。因此在同一个位置上可以设置三个 AP,并分别给它们分配信道 1, 6 和 11,然后用一个交换机把这三个 AP 连接起来,这样就可以构成一个最大传输速率为 33 Mbit/s 的无线局域网。

1.3 802.11 局域网的 MAC 层协议

1.3.1 CSMA/CA 协议

虽然 CSMA/CD 协议已成功地应用于使用有线连接的局域网,但无线局域网只能使用前一部分 CSMA 协议,“碰撞检测” CD 协议在无线环境下却不能使用。因为:

  1. “碰撞检测”要求一个站点在发送本站数据的同时,还必须不间断地检测信道。如要在无线局域网的适配器上实现碰撞检测,在硬件上的花费就会过大。
  2. 更重要的是,即使我们能够在硬件上实现无线局域网的碰撞检测功能,也仍然无法避免碰撞的发生。这就表明,无线局域网不需要进行碰撞检测。
    1. 隐蔽站问题:A 和 C 同时发送给 B 发生碰撞。
    2. 暴露站问题:B 给 A 发,C 给 D 发,会相互干扰接收数据。

为此,802.11 局域网使用 CSMA/CA 协议(不是 CSMA/CD)。CA 表示 Collision Avoidance,是碰撞避免的意思,或者说,协议的设计是要尽量减少碰撞发生的概率。

1.3.2 802.11 的 MAC 层

802.11 标准设计了独特的 MAC 层。它通过协调功能(Coordination Function)来确定在基本服务集 BSS 中的移动站,在什么时间能发送数据或接收数据。202.11 的 MAC 层在物理层的上面,它包括两个子层:

  1. 分布协调功能 DCF(Distributed Coordination Function):DCF 不采用任何中心控制,而是在每一个结点使用 CSMA 机制的分布式接入算法,让各个站通过争用信道来获取发送权。因此 DCF 向上提供争用服务。802.11 协议规定,所有的实现都必须有 DCF 功能。
  2. 点协调功能 PCF(Point Coordination Function):PCF 是选项,是用接入点 AP 集中控制整个 BSS 内的活动,因此自组网络就没有 PCF 子层。PCF 使用集中控制的接入算法,用类似于探询的方法把发送数据权轮流交给各个站,从而避免了碰撞的产生。

为了尽量避免碰撞,802.11 规定,所有的站在完成发送后,必须等待一段很短的时间继续监听)才能发送下一帧。这段时间通称为帧间间隔 IFS(InterFrame Space)。帧间间隔的长短取决于该站要发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短,因此可优先获得发送权,但低优先级帧就必须等待较长的时间。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,低优先级帧只能再推迟发送,这样就减少了发生碰撞的机会。至于各种帧间间隔的具体长度,则取决于所使用的物理层特性。

下面解释最常用的两种帧间间隔的作用:

  1. SIFS,即短(Short)帧间间隔,长度为 28 μs。SIFS 是最短的帧间间隔,用来分隔开属于一次对话的各帧。在这段时间内,一个站应当能够从发送方式切换到接收方式。使用 SIFS 的帧类型有:ACK 帧、CTS 帧、由过长的 MAC 帧分片后的数据帧,以及所有回答 AP 探询的帧和在 PCF 方式中接入点 AP 发送出的任何帧。
  2. DIFS,即分布协调功能帧间间隔,它比 SIFS 的帧间间隔要长得多,长度为 128 μs。在 DCF 方式中,DIFS 用来发送数据帧和管理帧。

要发送数据的站先检测信道。在 802.11 标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判断是否有其他的移动站在信道上发送数据。当源站发送它的第一个 MAC 帧时,若检测到信道空闲,则在等待一段时间 DIFS 后就可发送。由此可见,802.11无线局域网采用的停止等待协议,是一种可靠传输协议。

802.11 标准还采用了一种叫做虚拟载波监听(Virtual Carrier Sense)的机制,这就是让源站把它要占用信道的时间(包括目的站发回确认帧所需的时间)及时通知给所有其他站,以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据,这样就大大减少了碰撞的机会。

但在无线局域网 802.11 标准的 CSMA/CA 协议中,因为没有像以太网那样的碰撞检测机制,所以,在信道从忙态转为空闲时,为了避免几个站同时发送数据(一旦发送就要把一帧发送完,不能中途停止),所有想发送数据的站就都要执行退避算法。这样做不仅大大减小了发生碰撞的概率,而且也避免了一个站连续发送长帧,垄断了整个的无线信道。

1.3.3 退避算法

当某个要发送数据的站,使用退避算法选择了争用窗口中的某个时隙后,就根据该时隙的位置设置一个退避计时器(backoff timer)当退避计时器的时间减小到零时,就开始发送数据。也可能当退避计时器的时间还未减小到零时而信道又转变为忙态,这时就冻结退避计时器的数值,重新等待信道变为空闲,再经过时间 DIFS 后,继续启动退避计时器(从剩下的时间开始)。这种规定有利于继续启动退避计时器的站更早地接入到信道中。

冻结退避计时器剩余时间的做法是为了使协议对所有站点更加公平。根据以上讨论的情况,可把 CSMA/CA 算法归纳如下:

  1. 若站点最初有数据要发送(而不是发送不成功再进行重传),且检测到信道空闲在等待时间 DIFS 后,就发送整个数据帧
  2. 否则,站点执行 CSMA/CA 协议的退避算法。一旦检测到信道忙,就冻结退避计时器。只要信道空闲,退避计时器就进行倒计时。
  3. 退避计时器时间减少到零时(这时信道只可能是空闲的),站点就发送整个的帧并等待确认。

若源站在规定时间内没有收到确认帧 ACK(由重传计时器控制这段时间),就必须重传此帧(再次使用 CSMA/CA 协议争用接入信道),直到收到确认为止,或者经过若干次的重传失败后放弃发送。

应当指出,当一个站要发送数据帧时,仅在下面的情况下才“不使用”退避算法:检测到信道是空闲的,并且这个数据帧是它想发送的第一个数据帧。

除此以外的所有情况,都必须使用退避算法

  1. 在发送第一个帧之前检测到信道处于忙态。
  2. 每一次的重传。
  3. 每一次的成功发送后再要发送下一帧。

1.3.4 对信道进行预约

为了更好地解决隐蔽站带来的碰撞问题,802.11 允许要发送数据的站对信道进行预约。

A 发送 B 之前,先发送一个短的控制帧,叫请求发送 RTS,包括源地址、目的地址和本帧的持续时间。虽然协议经过了精心设计,但碰撞仍然会发生。有两个站同时向同一个目的站发送 RTS 帧。这两个 RTS 帧发生碰撞后,使得目的站收不到正确的 RTS 帧,因而目的站就不会发送后续的 CTS 帧。这时,原先发送 RTS 帧的两个站就各自随机地推迟一段时间后再重新发送其 RTS 帧。推迟时间的算法也是使用二进制指数退避。

1.4 802.11 局域网的 MAC 帧

802.11 帧共有三种类型,即控制帧数据帧管理帧。802.11 数据帧由以下三大部分组成:

  1. MAC首部:共 30 字节。帧的复杂性都在帧的 MAC 首部。
  2. 帧主体:也就是帧的数据部分,不超过 2312 字节。这个数值比以太网的最大长度长很多。不过 802.11 帧的长度通常都小于 1500 字节。
  3. 帧检验序列 FCS:MAC 尾部,共 4 字节。

1.4.1 关于 802.11 数据帧的地址

802.11 数据帧最特殊的地方就是有四个地址字段。地址 4 用于自组网络。前三种地址的内容取决于帧控制字段中的“去往 AP”(发送到接入点)和“来自 AP”(从接入点发出)这两个子字段的数值。

1.4.2 序号控制字段、持续期字段和帧控制字段

下面有选择地介绍 802.11 数据帧中的其他一些字段:

  1. 序号控制字段:占 16 位,其中序号子字段占 12 位(从 0 开始,每发送一个新帧就加1 ,到 4095 后再回到 0),分片子字段占 4 位(不分片则保持为0。如分片,则帧的序号子字段保持不变,而分片子字段从 0 开始,每个分片加 1,最多到 15)。重传的帧的序号和分片子字段的值都不变。序号控制的作用是使接收方能够区分开是新传送的帧还是因出现差错而重传的帧。
  2. 持续期字段:占 16 位。CSMA/CA 协议允许发送数据的站点预约信道一段时间并把这个时间写入到持续期字段中。
  3. 帧控制字段:共分为 11 个子字段。下面介绍其中较为重要的几个。
    1. 更多分片字段:置为 1 时表明这个帧属于一个帧的多个分片之一。
    2. 有线等效保密字段 WEP(Wired Equivalent Privacy):占 1 位。若 WEP =1,就表明采用了 WEP 加密算法。

2.无线个人区域网 WPAN

无线个人区域网 WPAN(Wireless Personal Area Network)就是在个人工作地方把属于个人使用的电子设备(如便携式电脑、平板电脑、便携式打印机以及蜂窝电话等)用无线技术连接起来自组网络,不需要使用接入点 AP,整个网络的范围约为10 m。

WPAN 和无线局域网 WLAN 并不一样。WPAN 是以个人为中心来使用的无线个人区域网,它实际上就是一个低功率小范围低速率低价格的电缆替代技术。但 WLAN 却是同时为许多用户服务的无线局域网,它是一个大功率中等范围高速率的局域网。

2.1 蓝牙系统

最早使用的 WPAN 是 1994 年爱立信公司推出的蓝牙(Bluetooth)系统,其标准是IEEE802.15.1 [W-BLUE]。蓝牙的数据率为 720 kbit/s,通信范围在 10 米左右。

蓝牙使用 TDM 方式和跳频扩频 FHSS 技术组成不用基站的皮可网(piconet)。Piconet直译就是“微微网”,因为前缀 pico- 本来是微微的意思,表示这种无线网络的覆盖面积非常小。每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多 7 个工作的从设备(Slave)。通过共享主设备或从设备,可以把多个皮可网链接起来,形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。

2.2 低速 WPAN

低速 WPAN 主要用于工业监控组网、办公自动化与控制等领域,其速率是 2~250kbit/s。低速 WPAN 的标准是 IEEE 802.15.4。在低速 WPAN 中最重要的就是 ZigBee。ZigBee 名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式。

ZigBee 的特点是:

  1. 功耗非常低。
  2. 网络容量大:一个 ZigBee 的网络最多包括有255个结点。
  3. 通信距离短:10~80 米。
  4. 传输数据率低。
  5. 成本低廉。

ZigBee 标准是在 IEEE 802.15.4 标准基础上发展而来的。因此,所有 ZigBee 产品也是 802.15.4 产品。

在 MAC 层,主要沿用 802.11 无线局域网标准的 CSMA/CA 协议。在网络层,ZigBee 可采用星形网状拓扑,或两者的组合。

2.2 高速 WPAN

高速 WPAN 的标准是 IEEE 802.15.3,是专为在便携式多媒体装置之间传送数据而制定的。这个标准支持 11 ~55 Mbit/s 的数据率。这在个人使用的数码设备日益增多的情况下特别方便,可以不用连接线就能把计算机和在同一间屋子里的打印机、扫描仪、外接硬盘,以及各种消费电子设备连接起来。

3.无线城域网 WMAN

WiMAX 论坛则是 802.16 技术的推动者。两个标准:

  • 802.16d(2004 年 6 月)
  • 802.16e(2005 年 12 月)

4.蜂窝移动通信网

4.1 蜂窝无线通信技术简介

移动通信的种类很多,如蜂窝移动通信、卫星移动通信、集群移动通信、无绳电话通信等,但目前使用最多的是蜂窝移动通信,它又称为小区制移动通信。这种通信的特点是把整个的网络服务区划分成许多小区(cell,也就是“蜂窝”),每个小区设置一个基站,负责本小区各个移动站的联络与控制。移动站的发送或接收都必须经过基站完成。

  1. 第一代蜂窝移动通信(1G,这里的 G 是 Generation 的缩写)是为话音通信设计的模拟 FDM 系统。1G 的蜂窝无线网络早己淘汰了。
  2. 第二代蜂窝移动通信(2G)的代表性体制就是最流行的 GSM 系统。这个系统使用的带宽只有 200 kHz,因此除了基本的话音通信,它只能提供低速数字通信(短信服务)。为了能够提供接入到互联网的服务,2G 蜂窝移动通信系统增加了如 GPRS和 EDGER 等技术。也有人称 GPRS 为 2.5G,而 EDGE 为2.75G,表明它们还属于2G,但比 2G 要强些,并且是从 2G 向第三代(3G)过渡的衔接性技术。
  3. 第三代蜂窝移动通信(3G)使用的带宽增大到 5 MHz,并且使用 IP 的体系结构和混合的交换机制(电路交换和分组交换),能够提供移动宽带多媒体业务(话音、数据、视频等,可收发电子邮件,浏览网页,进行视频会议等)。3G 现有三个无线接口国际标准,即美国提出的 CDMA2000 (中国电信使用),欧洲提出的 WCDMA(中国联通使用)和中国提出的 TD-SCDMA(中国移动使用)。
  4. 第四代蜂窝移动通信(4G)的目标峰值数据率是:固定的和低速移动通信时应达到 1Gbit/s,在高速移动通信时(如在火车。汽车上)应达到100 Mbit/s。由此可见,目前全世界所有声称是 4G 的蜂窝无线网络,其实都远未达到真正的 4G 标准。
  5. 第五代蜂窝移动通信(5G)

4.2 移动 IP

移动 IP(Mobile IP)又称为移动 IP 协议 [RFC 5944,建议标准],是由 IETF 开发的一种技术,这种技术允许计算机移动到外地时,仍然保留其原来的IP地址。移动IP对现在流行的在移动中上网有着重要的意义。

移动 IP 要解决的问题,就是要使用户的移动性对上层的网络应用是透明的。或者更加具体些说,就是若一个移动站在漫游时仍保持其 IP 地址不变,就要想办法使已建立的 TCP 连接与移动用户的漫游无关。此外,还要想办法让互联网中的其他主机能够找到这个移动站。

显然这必须使用一些特殊的方法。下面就简单介绍一下移动 IP 的要点:

移动 IP 使用了一种方法。首先,一个移动站 A 必须有一个原始地址(相当于家庭地址),即永久地址,或归属地址(home address)。移动站原始连接到的网络叫做归属网络(home network)。永久地址和归属网络的关联是不会改变的。

为了让地址的改变对互联网的其余部分是透明的,移动 IP 使用了代理。归属代理(homeagent)通常就是连接在归属网络上的路由器,然而它作为代理的特定功能则是在应用层完成的。因此,归属代理既是路由器,也是主机。

当移动站 A 移动到另一个地点,它所接入的网络称为被访网络(visited network)或外地网络(foreign network)。被访网络中使用的代理叫做外地代理(foreign agent),它通常就是连接在被访网络上的路由器(当然也充当主机)。

请注意两点:第一,转交地址是供移动站、归属代理以及外地代理使用的,各种应用程序都不使用这种转交地址;第二,转交地址在互联网中并不具有唯一性。这就是说,外地代理可以给好几个移动站指派同样的转交地址,甚至把自己的 IP 地址指派为移动站的转交地址。这样做并不会引起混乱。这是因为当外地代理要向连接在被访网络上的移动站发送数据报时,并不会像通常那样使用地址解析协议 ARP,而是直接使用这个移动站的 MAC 地址

为了支持移动性,在网络层应当增加以下的一些新功能:

  1. 移动站到外地代理的协议:当移动站接入到被访网络时,必须向外地代理进行登记,以获得一个临时的转交地址。同样地,当移动站离开该被访网络时,它要向这个被访网络注销其原来的登记。
  2. 外地代理到归属代理的登记协议:外地代理要向移动站的归属代理登记移动站的转交地址。当移动站离开被访网络时,外地代理并不需要注销其在归属代理登记的转交地址。这是因为当移动站接入到另一个网络时,这个新的被访网络的外地代理就会到移动站的归属代理登记该移动站现在的转交地址,这样就取代了原来旧的转交地址。
  3. 归属代理数据报封装协议:归属代理收到发送给移动站的数据报后,将其再封装为一个新的数据报,其目的地址为移动站的转交地址,然后转发。
  4. 外地代理拆封协议:外地代理收到归属代理封装好的数据报后,取出原始数据报,并将此数据报发送给移动站。

如图 9-18 所示的这种间接路由选择,可能会引起数据报转发的低效,文献中称之为三角形路由选择问题(triangle routing problem),意思是,本来在 B 和 A 之间可能有一条更有效的路由,但现在要走另外两条路:先要把数据报从 B 发送到 A 的归属代理,然后再转发给漫游到被访网络的 A,既浪费了时间,也增加了网上不必要的通信量。解决这个问题的一种方法是使用直接路由选择,但这是以增加复杂性为代价的。

方法就是让通信者 B 创建一个通信者代理(correspondent agent),让这个通信者代理向归属代理询问到移动站在被访网络的转交地址,然后由通信者代理(而不是由归属代理)把数据报用隧道技术发送到被访网络的外地代理,最后再由这个外地代理拆封,把数据报转发给移动站。使用这种方法时必须解决以下两个问题:

  1. 增加一个协议,即移动用户定位协议(mobile-user location protocol),用来使通信者代理向移动站的归属代理查询移动站的转交地址。
  2. 当移动站再移动到其他网络时,怎样得到移动站的位置信息?

  1. B 的通信者代理从移动站 A 的归属代理得到 A 所漫游到的被访网络 N1 的外地代理。我们把移动站首次漫游到的被访网络的外地代理称为锚外地代理(anchorforeign agent)。
  2. 通信者代理把 B 发给 A 的数据报再封装后,发送到 A 的锚外地代理。
  3. 锚外地代理把拆封后的数据报发送给 A。
  4. A移动到另一个被访网络 N2。
  5. A 向被访网络 N2 的新外地代理登记。
  6. 新外地代理把 A 的新转交地址告诉锚外地代理。
  7. 当锚外地代理收到发给 A 的封装数据报后,就用A的新转交地址对数据报进行再封装,然后发送给被访网络 N2 上的新外地代理。在拆封后转发给移动站 A。

同理,如果移动站再漫游到另一个网络,则这个网络的外地代理将仍然要和锚外地代理联系,以便让锚外地代理以后把发给 A 的数据报转发过来。

4.3 蜂窝移动通信网中对移动用户的路由选择

移动交换中心 MSC 是蜂窝移动通信网中的核心构件。其实 MSC 还要维护两个非常重要的数据库,即归属位置寄存器 HLR(Home Location Register)和来访用户位置寄存器VLR(Visitor Location Register)。

  • HLR:存档签约用户的所有数据信息。
  • VLR:临时存档着当前漫游到这个 MSC 控制区的用户位置信息。

呼叫过程中的三个重要步骤:

  1. 找到移动用户的归属网络。通信者(固定电话用户)首先拨移动用户的电话号码。从这个电话号码很容易找到了移动用户电话的归属网络。
  2. 归属 MSC 向其 HLR 查询现在被叫移动用户的位置。
  3. 归属 MSC 按照所得到的漫游号码 MSRN 进行呼叫的第二段,把通信者发起的呼叫从归属 MSC 传送到被访网络的 MSC,再传送到该移动用户所漫游到的小区的基站。于是,整个的呼叫就完成了。

可以看出,数据库 HLR 和 VLR 都必须具有很高的可靠性和可用性,并且查询响应时间必须非常短,否则就不能使电话的接通时间让用户满意。

4.4 GSM 中的切换

移动用户在进行通信时总是处在某一个基站的服务小区内。当移动用户进入到地理上相邻的另一个小区时,他就与该小区的基站相关联。所谓切换(handover)就是移动用户与相关联的基站发生了改变。

切换使得呼叫的传输路由发生变化。切换发生的原因是:

  1. 当前的基站和移动用户之间的信号减弱,有使呼叫中断的可能;
  2. 一个蜂窝小区内的呼叫太多,基站不堪重负。

移动站的切换可能仍处在同一个 MSC 的控制下,只是相关联的基站发生了变化。但在许多情况下,移动站的切换是相关联的 MSC 都改变了。在这种情况下,向移动站的呼叫路由会有很大的变化。

GSM 使用了锚 MSC 的概念。锚 MSC 是在呼叫移动用户首次访问过的 MSC,它在整个呼叫持续过程中保持不变。在整个呼叫持续期间,不管到移动用户相关联的基站怎样变化,整个呼叫路由的前面一段,即从归属 MSC 到锚 MSC 这一段,是始终不改变的。

4.5 无线网络对高层协议的影响

  1. 在移动用户的情况下,TCP 报文段的丢失,即可能是由于移动用户切换引起的,也可能是网络发生了拥塞
  2. 由于移动用户更新相关关联的基站需要一定的时间,这就可能造成 TCP 报文段的丢失,但 TCP 并不知道出现在出现的分组丢失的确切原因。只要出现 TCP 频繁丢失,TCP 的拥塞控制就会采取措施,减小其拥塞窗口,从而使 TCP 发送方的报文段发送速率大大降低。

可以使用三种方法来处理这个问题:

  1. 本地恢复:这是指差错在什么地方出现,就在什么地方改正。例如,在无线局域网中使用的自动请求重传 ARQ 协议就属于本地恢复措施。
  2. 让 TCP 发送方知道什么地方使用了无线链路:只有当 TCP 能够确知,是有线网络部分发生了拥塞时,TCP 才采用拥塞控制的策略。然而要能够区分是在有线网段还是无线网段出现报文段丢失,则还需要一些特殊的技术。
  3. 把含有移动用户的端到端 TCP 连接拆成两个互相串接的 TCP 连接。从移动用户到无线接入点是一个 TCP 连接(这部分使用无线信道),而剩下的使用有线网段连接的部分则是另一个 TCP 连接(我们假定 TCP 连接的另一端是有线主机)。

5.两种不同的无线上网

有两种不同的无线上网:

  1. 蜂窝移动网路(运营商 ISP 收费)
  2. 宽带加入一个无线路由器

公共场所热点免费 Wi-Fi 的安全性并不好。有不少酒店提供的 Wi-Fi 是收费的,且价格不菲。

回顾已经介绍过的各种无线网络,可以看出,这些网络各有优缺点,也都有各自最适宜的使用环境。


计算机网络 第九章:无线网络和移动网络
https://pudding.nousbuild.com/computer-network-9/
作者
Haoning Wu
发布于
2022年7月3日
更新于
2024年4月7日
许可协议