计算机网络原理(七)：无线网络和移动网络
- 概述及无线链路和网络特征
- WiFi：802.11无线LAN
- 4G-5G通信
- 移动性管理：原理
- 移动性管理：实践
- 无线和移动性：对高层协议的影响
通过无线方式连接到因特网的设备有：便携机、智能手机、平板电脑、游戏机、恒温调节器、家庭安全系统、家用家具、手表、眼睛、汽车、流量控制系统等。
移动用户、无线链路和网络与有线网络络之间的关系和差别：一个是在网络中由通信链路的无线特性所带来的挑战，另一个是由这些无线链路使能的移动性。在无线和移动性之间做重要区分，使我们能更好地区分、标识和掌握每个领域中的重要概念。
首先考虑在无线通信和移动环境下，即无线(并可能移动)用户通过位于网络边缘的无线链路连接进更大的网络基础设施的网络。这种无线链路将包括一对码分多址接入(Code Division Multiple Access，CDMA)。CDMA是一个在无线网络中经常使用的共享媒体接入协议。
然后深入分析IEEE802.11(WiFi)无线LAN标准的链路级方面相关的内容，然后还将对蓝牙和其他无线个人域网络做简单介绍。以及3G、4G蜂窝技术提供语音和高速因特网接入。
最后将关注移动性，即移动用户的定位问题、对移动用户的路由选择以及切换等问题。还有企业802.11网络和LTE蜂窝网络中移动IP标准实现这些移动服务，以及无线链路和移动性对运输层协议和网络应用程序的影响。
注：这一篇博客是《计算机网络自顶向下方法》第七章的笔记，内容主要涉及相关理论，下一篇基于《TCP/IP详解卷一》的第三章会有相关无线局域网协议解析的内容，然后关于无线局域网后期有“无线局域网工程师”具体的工程实现方面的系列博客，不过可能需要等一段较长的时间。
一、概述及无线链路和网络特征
1.1概述无线网络的要素
无线主机：如同在有线网络中一样，主机是运行应用程序的端系统设备。无线主机可以是便捷机、智能手机、桌面计算机，主机本身可能是移动的，也可能不是移动的。
无线链路：主机通过无线通信链路连接到一个基站或另一台无线主机。不同的无线链路技术具有不同的传输速率和能传输不同的距离，这也体现了无线链路标准的两个主要特性：覆盖区域和链路速率。
基站：是无线网络基础设施的一个关键部分，与无线主机和无线链路不同，基站在有线网络中没有明确的对应设备。它负责向与之关联的无线主机发送数据和从主机那里接收数据(例如分组)。基站通常负责协调与之相关联的多个无线主机的传输。当我们说一台无线主机与某基站“相关联”时是指：①该主机位于该基站的无线通信覆盖范围内；②该主机使用该基站中继它(该主机)和更大网络之间的数据。蜂窝网络中的蜂窝塔(cell tower)和802.11无线LAN中的接入点(access point)都是基站的例子。
基站与更大网络相连(如因特网、公司或家庭网、电话网)，因此这种连接在无线主机和与之通信的其他部分之间起着链路层中继的作用。与基站关联的主机通常被称为以基础设施模式(infrastructure mode)运行，因为所有传统的网络服务(如地址分配和路由选择)都由网络向通过基站相连的主机提供。在自组织网络(ad hoc network)中，无线主机没有这样的基础设施与之相连。在没有这样的基础设施的情况下，主机本身必须提供诸如路由选择、地址分配、类似于DNS的名字转换等服务。
切换：当一台移动主机的移动超出一个基站的覆盖范围而到达另一个基站的覆盖范围后，它将改变其接入到更大网络的连接点(即改变与之相关联的基站)，这一过程称作切换(handoff)。
由切换这种移动性引发了许多具有挑战性的问题，具体包括：
1.如果一台主机可以移动，那么如何找到它在网络中的当前位置，从而使得数据可以向该移动主机转发？
2.如果一台主机可以位于许多可能位置中的一个，那么如何进行编址？
3.如果主机在一个TCP连接或者电话呼叫期间移动，数据如何路由选择而使连接保持不中断？
网络基础设施：这是无线主机希望与之进行通信的更大网络。
通过对上面的无线网络的构件的了解，可以注意到这些构件能够以多种不同方式组合以形成不同类型的无线网络，在高层次可以根据两个准则来对无线网络分类：①在该无线网络中的分组是否跨越了一个无线跳或多个无线跳；②网络中是否有诸如基站这样的基础设施。
基于基础设施的单跳：这些网络具有与较大的有线网络(如因特网)连接的基站，此外，该基站与无线主机之间的所有通信都经过一个无线跳。在学校、咖啡厅、读书馆基于802.11的网络以及4G LTE数据网络都属于这种类型。
无基础设施的单跳：在这些网络中，不存在与无线网络相连的基站。在这种单跳网络中的一个节点可以协调其他节点的传输。蓝牙(该网络连接诸如键盘、扬声器、耳机等小型无线设备)和自组织模式的802.11网络是单跳、无基础设施的网络。
基于基础设施的多跳：在这些网络中，一个基站表现为以有线方式与较大网络相连。然而，某种无线节点为了经该基站通信，可能不得不通过其他无线节点中继它门的通信。某些无线传感器和所谓无线网状网络就属于这种类型。
无基础设施的多跳：在这种网络中没有基站，并且节点为了达到目的地可能必须在几个其他无线节点之间中继报文。节点也可能是移动的，在多个节点中改变连接关系，一类网络被称为移动自组织网络(mobile ad hoc network，MANET)。如果该移动节点是车载的，该网络是车载自组织网络(vehicular ad hoc network，VANET)。
1.2无线链路和网络特征
如果用无线802.11网络代替该有线以太网，用无线网络接口代替主机的有线以太网接口，用接入点代替以太网交换机，但实际上在网络层以及其以上层次中不需要有任何变化。这里就要重点关注有线和无线网络链路层的区别，主要有以下需要关注的点：
递减的信号强度：电磁波在穿过物体时强度将兼容。即使在自由空间中，信号仍将扩散，这使得信号强度随着发送方和接收方距离得增加而减弱(有时也称其为路径损耗path loss)。
来自其他源得干扰：在同一个频段发送信号得电波源将相互干扰。例如2.4GHz无线电话和802.11b无线电话通信，将会导致网络和电话都不会工作得特别好，除了来自源的干扰，环境中的电磁噪音(如电动机、微波)也能形成干扰。
多径传播：当电磁波的一部分受物体和地面反射，在发送和接收方之间走了不同长度的路径，则会出现多径传播(multipath propagation)。这使得接收方收到的信号变得模糊。位于发送方和接收方之间的物体可导致多径传播随时间而改变。
对于无线信道特征、模型和测量的详细讨论可以参考[Anderson 1995]。通过上述的讨论，无线链路中的比特差错将比有线链路中更为常见，因此无线链路协议(802.11协议)不仅采用有效的CRC错误检测码，还采用了链路层ARQ协议来重传受损的帧。
考虑在无线信道上可能出现的损伤后，无线信号接收主机是发送方传输的初始信号的退化形式和环境中的背景噪声的结合，其中信号退化是由于衰减和前面讨论过的多径传播以及其他一些因素所引起的。
噪音比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)：是指所收到的信号和噪声强度的相对测量。SNR的度量单位通常是分贝(dB)，以dB度量的SNR是下列比值的20倍，即接收到的信号的振幅与噪音的振幅的以10为底的对数的比值。就我们讨论的目的而言，我们仅需要知道较大的SNR使接收方更容易从背景噪声中提取传输的信号。
SNR与BER的权衡：借助下面三种不同调制技术的比特差错率(BER)与SNR之比来讨论：
BER是指接收方收到的有错传输比特的概率，这些调制技术用于对信息进行编码以在理想信道上传输，调制和编码理论以及信号提取和BER都超出了我们要讨论的范围，但在图中几种物理层的特征对于理解高层无线通信协议很重要，大概有以下几个方面：
1.对于给定的调制方案，SNR越高，BER越低。即增加信号强度，就可以增加SNR从而实现降低BER。但需要注意的是当该功率超过某个阈值时，如BER从10-12降低到10-13，可证明几乎不会有实际增益。增加传输功率也会伴随着一些缺点：发送方必须消耗更多的能量(对于电池供电的移动用户，这一点非常重要)，并且发送方的传输更可能干扰另一个发送方的传输。
2.对于更定的SNR，具有较高比特传输率的调制技术(无论差错与否)将具有较高的BER。
3.物理层调制技术的动态选择能用于适配对信道条件的调制技术。SNR可能因移动性或由于环境中的改变而变化，在蜂窝数据系统中以及在802.11WiFi和4G蜂窝数据网络中使用了自适应调制和编码。
隐藏终端问题(hidden terminal problem)：是指当两个站点向同一个站点发送无线数据时，两者发送的数据在同一个接收端发生干扰，但两个发送端可能因为物理阻挡导致无法听到对方的传输。
衰减(fading)：当无线电信号衰减时，也可能导致接收方无法检测到碰撞，即两个发送方在同时向同一个接收方发送无线数据时，由于信道衰减两个发送方无法检测到对方的传输。
隐藏终端问题和衰减使得多路访问在无线网络中的复杂性远高于有线网络中的情况。
1.3CDMA
码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)属于信道划分协议族。在CDMA协议中，要发送的每个比特都通过乘以一个信号(编码)的比特进行编码，这个信号的变化速率(通常称为码片速率，chipping rate)比初始数据比特序列的变化速率快得多。
基于CDMA的所有站点在同样的频段上同时进行传输，采用编码原理加以区分，可以实现完全无冲突。假定信号同步很好，线性叠加。可以用以下的比喻来区分码分多址(CDMA)、时分复用(TDM)、频分多路复用(FDM)：
TDM：不同的人在不同的时刻讲话；
FDM：不同的组在不同的房间里通信；
CDMA：不同的人使用不同的语言讲话；
CDMA的实现方式：
所有站点时钟同步；一个比特时间，被分成m个时间片，芯片(chip)64位或128位。每个站点被分配一个m位的代码，芯片序列(chip sequence)站点标识；双极性表示(1-1:0--1)：有0的数据表示为-1。
S表示站点的芯片序列，S表示芯片的反码，所有芯片序列都是两两正交的：S·T=0。
CDMA的工作原理：
站点发送1：站点将自己的芯片序列发送出去(1个比特时)；
站点发送0：站点将自己的芯片序列反码发送出去(1个比特时)；
多个站点同时发送，信号叠加。多个站点同时传输(同步)，信号线性叠加在一起，形成芯片序列。
根据收到芯片序列S(站点信号叠加而成)，发送站点的芯片序列C，计算出内积：S·C，可以还原出C原来发送的比特流。
CDMA编码和解码：假设初始数据比特到达CDMA编码器的速率定义了时间单元，每个要发送的初始数据比特需要1比特时隙时间，设di为第一个比特时隙中的数据比特值，每个比特时隙有进一步细分为M个微时隙。
在上面示例图中，M=8，实际中M的值要大得多，发送发使用的CDMA编码由M个值得一个序列cm组成，m=1，...，M，每个取值为+1或-1。在示例中使用得M比特得CDMA码是(1,1,1,-1,1,-1,-1,-1)。(详细参考《计算机网络自顶向下方法》P345，或中科大高级计算机网络相关课程)
二、WiFi：802.11无线LAN
在IEEE802.11("WiFi")协议族中有几套有关无线LAN的802.11标准，不同的802.11标准都具有某些共同的特征：
在共享无线信道中使用CSMA/CA介质访问控制方式；
都有基站模式和自组织模式；
它们的链路层帧结构都相同；
都具有减少传输速率的能力以伸展到更远的距离；
其形成的产品都具有向后兼容的能力，这意味着支持新旧版本的技术设备可能相互交互。
802.11不同的标准之间的差异主要在于它们的带宽、频率、范围、物理编码技术。
2.1802.11体系结构
802.11体系结构的基本构建模块是基本服务集(Basic Service Set，BSS)，一个BSS包含一个或多个无线站点和一个在802.11术语中称为接入点(Access Point，AP)的中央基站(base station)。
上面是由两个BSS中的AP，它们连接到一个互联网设备上(交换机或路由器)，互联网设备在连接到互联网。
与以太网类似，每个802.11无线站点都具有一个6字节的MAC地址，该地址存储在该适配器(即802.11网络接口卡)的固件中。每个AP的无线接口也具有一个MAC地址，这些MAC地址由IEEE管理，理论上是全球唯一的。
基础设施无线LAN(infrastructure wireless LAN)：是指由“基础设施”，即基于AP和与AP互联的路由器的有线网络，实现给无线站点提供网络服务的无线局域网。即无基础设施无线LAN由三部分组成：无线主机、接入点(AP)、基本服务集(BSS)。
无线自组织网络(Ad Hoc)：是指没有“基础设施”的无线局域网，即没有AP和路由器，而是由无线终端构成的无线网络，比如无人机群就是基于无线自组织网络。即组成无线自组织网络只需要无线终端设备。
注：接下来的内容只关注基础设施无线LAN。
2.2信道与关联
在802.11中，每个无线站点在能够发送或接收网络层数据之前，必须与一个AP相关联。尽管所有802.11标准都使用了关联，但专门讨论关联的内容有具体的标准协议：IEEE802.11b/g。
服务集标识符(Service Set Identifier，SSID)：当网络管理员安装一个AP时，管理员为该接入点分配一个单字或双字的服务集标识符(例如，当使用手机选择连接WiFi时，将显示范围内每个AP的SSID)，管理员还必须为该AP分配一个信道。信道就是频段范围，比如802.11运行在2.4~2.4835GHz频段中，在这个85MHz的频段内，802.11定义了11个部分重叠的信道。当且仅当两个信道由4个或更多信道隔离开时它们才无重叠。特别是信道1、6、11的集合是唯一3个非重叠信道集合，这意味着管理员可以在同一个网络中安装3个802.11b AP，为这些AP分配信道1、6、11，然后每个AP都连接到一台交换机上。
WiFi丛林(WiFi jungle)：即在任意物理位置，无线站点能从两个或多个AP中受到很强的信号。
关联(associate)：为了获得因特网接入，无线站点需要与一个AP相关联，基于该AP的网络接入到因特网。关联实际上就是一个无线站点在自身与AP之间创建一个虚拟线路。
信标帧(beacon frame)：802.11标准要求每个AP周期性地发送信标帧(beacon frame)，每个信标帧包括该AP的SSID和MAC地址。无线站点为了得知正在发送信标帧的AP，扫描11个信道，找出来自可能位于该区域的AP所发出的信标帧(其中一些AP可能在相同的信道中传输)。通过信标帧了解到可用的AP后，选择一个AP用于关联。802.11标准没有指定选择哪个可用的AP进行关联的算法，该算法留给了802.11固件和无线主机的软件设计者。通常情况下主机选择具有最高信号强度的信标帧，虽然高信号强度好，但信号强度不是唯一决定主机接收性能的AP特性。特别是，所选择的AP有强信号，但可能被其他附属主机所过载，而未过载的AP由于信号弱而没有被选择。
被动扫描(passice scanning)：主机扫描信道和监听信号帧的过程称作被动扫描，即自AP发送信标帧，主机选择一个AP向其发送关联请求帧，被选择的AP向主机发送关联的响应帧。
主动扫描(active scanning)：无线主机向位于无线主机范围内的所有AP广播探测帧被称为主动扫描，即主机广播探测请求帧，在主机范围内的AP收到主机的广播探测帧以后向主机发送探测响应，主机根据各个AP的探测响应选择一个AP发送关联请求帧，被选择的AP向主机发送关联的响应帧。
无线主机与一个AP关联以后，该主机希望加入该AP所属的子网中，该主机通常通过关联的AP向该子网发送一个DHCP发现报文，以获取在该子网中的一个IP地址(即执行DHCP获得IP地址和AP所在的子网前缀)。一旦获得地址，网络的其他部分将直接视该主机为该子网中的另一台主机。
为了与特定的AP创建一个关联，无线站点可能要向该AP鉴别它自身，802.11无线LAN提供了几种不同的鉴别和接入方法：其一是基于无线站点的MAC地址允许其接入一个无线网络；其二是通过用户名和口令来接入。在这两种情况下，AP通常与一个鉴别服务器进行通信，使用一种诸如RADIUS[RFC 2865]或DIAMETER[RFC 3588]的协议，AP在无线终端和鉴别服务之间中继信息。分离鉴别服务器和AP，使得一个鉴别服务器可以服务于多个AP，将鉴别和接入决定集中到单一服务器中，使AP费用和复杂性较低，802.11协议族中安全性的新IEEE802.11i协议就是采用这种方法。
2.3802.11MAC协议
一旦某个无线站点与一个AP相关联，它就可以经该接入点开始发送和接收数据帧。因为许多无线设备或AP自身可能希望同时经过相同信道传输数据帧，因此需要一个多路访问协议来协调传输。在链路从相关内容中介绍过三类多路访问协议：信道划分(包括CDMA)、随机访问、轮流，802.11无线LAN选择了一种随机访问协议来实现。
带碰撞避免的CSMA(CSMA/CA)：下面将无线设备或AP称为站，它们共享多个接入信道，受以太网及其随机访问协议成功的影响，802.11的设计者为802.11无线LAN选择了一种随机访问协议，这个随机访问协议被称作带碰撞避免的CSMA(CSMA with collision acoidance)，简称CSMA/CA。与以太网的CSMA/CD相似，CSMA/CA中的“CSMA”代表“载波侦听多路访问”，意味者每个站点在传输前侦听信道，并且一旦侦听到该信道忙则抑制传输。
尽管以太网和802.11都使用载波侦听随机接入，但这两种MAC协议有重要的区别：
802.11使用碰撞避免而非碰撞检测；
由于无线信道相对较高的误比特率，802.11使用链路层确认/重传(ARQ)方案。
以太网的碰撞检测算法在发送过程中监听信道，如果在发送过程中检测到另一个节点也在发送，则放弃自己的发送，并且在等待一个小的随机事件后再发送。802.11以太网协议不同，802.11MAC协议并未实现碰撞检测，这其中的原因主要有：
检测碰撞的能力要求站点具有同时发送(站点自己的信号)和接收(检测其他站点是否也在发送)的能力，因为802.11适配器上，接收信号的强度通常远远小于发送信号的强度，制造具有检测碰撞能力的硬件代价较大。
即使适配器可以同时发送和监听信号(并且假设它一旦侦听到信道忙就放弃发送)，适配器也会由于隐藏终端问题和衰减问题无法检测到所有碰撞。
由于802.11无线局域网不使用碰撞检测，一旦站点开始发送一个帧，它就完全地发送该帧。一旦站点开始发送，就不会返回。碰撞存在时仍发送整个数据帧，这将严重降低多路访问的性能。为了降低碰撞的可能性，802.11采用几种碰撞避免技术。在介绍碰撞避免技术之前，现需要了解802.11的链路层确认方案。
802.11链路层确认机制：当无线LAN中某个站点发送一个帧时，该帧会由于多种原因不能无损的到达目的站点，为了处理这种不能忽视的情况，802.11MAC使用链路层确认。目的站点收到一个通过CRC校验的帧后，它等待一个短帧间间隔(Short Inter-Frame Spacing，SIFS)的一小段时间，然后发回一个确认帧。如果发送站点在给定的时间内未收到确认帧，它假定出现了错误并重传该帧，使用CS-MA/CA协议访问信道。如果在若干固定次重传后仍未收到确认，发送站点放弃发送并丢弃该帧。
CSMA/CA协议的工作机制：了解了802.11的链路层确认机制后，下面通过上图来详细的理解CSMA/CA协议的工作机制：
1.如果站点侦测到信道空闲持续DIFS的短时间段后(DIFS，Distributed Inter-Frame Space，分布式帧间间隔)，则传输整个帧。
2.如果侦测到信道忙碌，那么选择一个随机回退值，并在信道空闲时按照节拍递减该值。当计数值减为0时(这只发生在信道被侦听为空闲时)，该站点发送整个数据帧并等待确认(ACK)。
3.如果接收方收到正确的帧，则在SIFS后发送确认(ACK)。并且发送站点接收到确认帧知道它的帧被正确收到以后，如果站点要发送另一个帧，它将重新从第2步开始。
在正常情况下，通过侦测信道来确定信道空闲然后传输数据没有什么问题，但这是非常理想的情况，现实情况是在前面提到过的隐藏终端问题，当两个无线站点因为信号衰减和物理阻隔导致它们无法侦听到彼此；还有就是由于两个无线站点选择了非常接近的随机值，彼此的信号还没有被侦听到它们就开始执行数据帧传输操作了。
CSMA/CA隐藏终端问题的解决方案：RTS和CTS
为了避免隐藏终端导致的碰撞，IEEE802.11协议允许站点使用一个短请求发送(Request to Send，RTS)控制帧和一个短允许发送(Clear to Send，CTS)控制帧来预约对信道的访问。当发送方要发送一个数据帧时，它首先向AP发送一个RTS帧，指示传输数据帧和确认(ACK)帧需要的总时间。当AP收到RTS帧后，它广播一个CTS帧作为相应，该CTS帧有两个目的：给发送方明确发送许可，也指示其他站点在预约期内不要发送。
RTS和CTS帧使用能够在两个重要方面提高性能：
隐藏终端问题被缓解了，因为数据帧只有在信道预约后才被传输；
因为RTS和CTS帧较短，涉及RTS和CTS帧的碰撞只会持续很短的时间，一旦RTS和CTS被正确传输，后续的数据帧和ACK帧应当能无碰撞地发送。
2.4IEEE802.11帧
尽管802.11帧与以太网帧有许多共同特点，但它也包括了许多特定用于无线链路的字段，参考下面的帧结构示意图来解析：
有效载荷与CRC字段：帧的核心是有效载荷，它通常由一个IP数据包或ARP分组组成，尽管这一字段允许最大长度为2312字节，但它通常小于1500字节。如果以太网帧一样，802.11帧包括一个循环冗余校验(CRC)，从而接收方可以检测到帧中的比特错误，比特错误在无线局域网中比有线局域网更加普遍，因此CRC在这里更加有用。
地址字段：在802.11帧中包含4个地址字段，它们分别表示：
地址1：表示接收该帧的站点的MAC地址，如果一个无线站点传输该帧，地址1包含了该目的AP的MAC地址；相反如果是一个AP传输该帧，地址1包含的就是该帧目的无线站点的MAC。
地址2：表示传输该帧的站点的地址，如果一个无线站点传输该帧，地址2就是该无线站点的MAC地址，相反如果是一个AP传输该帧，地址2就是该AP的MAC地址。
地址3：AP连接的路由器接口(DHCP获得)MAC地址，即子网出口路由器。
地址4：只在自组织模式中使用
关于地址3字段的详细解析：
当一个数据报从路由器向其所属子网内的一个无线站点传输时，路由器基于无线站点的IP地址使用ARP确定其MAC地址，这与普通以太网LAN中相同。获取无线站点的MAC地址后，路由器通过一个端口将数据报封装在一个以太网帧内，该帧的源地址就是该路由器的发送端口MAC地址，目的地址就是无线站点的MAC地址。
当以太网帧到达路由器与无线站点之间的AP后，该AP将其传输到无线信道前，先将802.3以太网帧换为一个802.11帧。AP将地址1和地址2分别填上无线站点的MAC和其自身的MAC地址，并且将从路由器的MAC地址填入地址3。
反过来，当AP从无线站点接收到802.11帧后，将其转换成以太网帧。该帧的源地址字段是无线站点的MAC地址，目的地是路由器端口的MAC地址，因此地址3允许AP在构建以太网帧时能够确定目的MAC地址。
序号控制字段：在前的内容中讲过在802.11网络中，无论何时一个站点正确地收到一个来自其他站点的帧，它就会回发一个确认。因为确认可能丢失，发送站点可能会发送一个给定帧的多个副本，使用序号可以使接收方区分新传输的帧和以前帧的重传。
持续期字段：前面讲过802.11协议允许传输节点预约信道一段时间，包括传输其数据帧的时间和传输确认的时间，这个持续时间值被包括在该帧的持续期字段中(在数据帧、TRS、CTS帧中均存在)。
帧控制字段包括多个子字段，这里介绍一些比较重要的子字段：
类型和子类型用于区分关联、RTS、CTS、ACK、数据帧；
到(to)AP和从(from)从AP字段用于定义不同地址字段的含义，这些含义随着使用自组织模式或基础设施模式而改变，而且在使用基础设施模式时，也随着是无线站点还是AP在发送帧变化；
WEP字段指示了是否使用加密。
2.5在相同的IP子网中的移动性
为了增加无线LAN的物理范围，经常会在同一个IP子网中部署多个BSS，这自然就引出了在多个BSS之间的移动性问题，即无线站点如何在维持进行中的TCP会话的情况下，无缝地从一个BSS移动到另一个BSS。
实际上这种移动就是无线站点在逐渐远离同一子网下的一个BSS的AP时，也在接近另一个BSS的AP，当它远离的AP信号逐渐变弱就可以扫描信号更强的AP并向其发送信标帧申请进行连接，因为在同一子网下无线站点可以保持自己的IP，并且在WLAN下与LAN的链路层都是采用自学习的方式实现自身的链路转发表(生成树协议)，所以交换机依然可以将该无线站点的数据帧通过新建立的转发表发送给它。(在同一子网下的移动是比较容易实现的，如果需要在不同子网之间移动就会比较复杂，参考下文相关内容)。
2.6速率适应
在前面的1.2中提到过信噪比SNR和比特差错率BER，不同的调制技术适合不同的SNR情况，比如一个802.11用于远离基站20米远，这里信噪比较高。在高信噪比的情况下，同时维持低BER，当用户开始移动，向离开基站的方向走去，随着和基站的的距离增加，SNR一直在下降。如果在这时用户和基站之间运行的802.11协议所使用的调制技术没有改变的话，随着SNR减少，BER将高的不可接受，最终传输帧将不能正确接收。
为了解决这种不同比特差错的环境，802.11实现具有一种速率自适应能力，该能力自适应地根据当前和近期信道特点来选择不同的物理层调制技术。具体操作是：当连续两个帧没有确认，降低速率；当连续10帧得到确认，提高速率。
2.7功率管理
功率是移动设备的宝贵资源，因此802.11标准提供了功率管理能力，以使802.11节点侦听、传输、接收以及其他需要“打开”电路的时间量最小化。功率管理的目标除了时间最小化，还包括节能、待机时长管理。802.11功率管理的运行方式：
节点(AP)：“我会休眠到下一个信标的到来”，功率标志位置为1。此时AP知道不要向该节点进行传输帧，缓存到它的帧；通过定时器，节点在下一个信标到来时醒来，耗时250us；
信标帧：包含一个移动节点的列表，AP需要想这些移动节点发送刚刚缓存的帧，每100ms。如果有到达某个节点的帧，节点活跃状态，向AP发送探寻报文明确地请求缓存帧；如果没有，该节点返回睡眠状态，知道下一个信标帧到来。
2.8个人网络域：蓝牙和ZigBee(仅了解)
IEEE802.11WiFi标志主要针对相距多达100m的设备间的通信(当使用802.11具有定向天线的点对对配置除外)。两个其他802无线协议是蓝牙和ZigBee(定义在IEEE802.15.1和802.15.4标准中)。
蓝牙：
IEEE802.15.1网络以低功率和低成本在小范围内运行，它本质上是一个低功率、小范围、低速率的“电缆替代”技术，用于计算机与其他无线键盘、鼠标或其他外部设备如蜂窝电话、扬声器、头戴式耳机及其他设备的互联，而802.11是一个较高功率、中等范围、较高速率的“接入”技术。为此802.15.1网络有时被称为无线个人域网络(Wireless Personal Area Network，WPAN)。802.15.1链路层和物理层基于早期用于个人域网络的无许可证的2.4GHz无线电波段，同时从时隙长度为625us。在每个时隙内，发送方利用79个信道中的一个进行传输，同时从时隙到时隙以一个已知的伪随机方式变更信道。这种被称作跳频扩展频谱(Frequency-Hopping Spread Spectrum，FHSS)的信道跳动的形式将传输及时扩展到整个频谱。802.15.1能够提供高达4Mbps的数据率。
802.15.1网络是自组织网络：不需要网络基础设施来互连802.15.1设备，802.15.1设备必须自己进行组织，802.15.1设备首先组织成一个多大8个活动设备的皮可网(piconet)，这些设备之一被指定为主设备，其余充当从设备。主节点真正控制皮可网，即它的时钟确定了皮可网中的时间，它可以在每个奇数时隙中发送，而从设备仅当主设备在前一时隙域其通信后才可以发送，并且只能发送给主设备。除了从设备，网络中还可以有多达255个寄放(parked)设备。这些设备仅当状态被主节点从寄放转换为活动之后才可以进行通信。
ZigBee：
IEEE标准化的第二个个人域网络是802.14.5，它被称为ZigBee，虽然蓝牙网络提供了一种“电缆替代”的超过每秒兆比特的数据率，但ZigBee较之蓝牙其服务目标是低功率、低数据率、低工作周期应用。尽管我们可能倾向“更大和更快就更好”，但是并非所有的网络应用都需要高带宽和随之而来的高成本。例如家庭温度和光纤传感器、安全设备和墙上安装的开关都是非常简单、低功率、低工作设备。ZigBee定义了20kbps、40kbps、200kbps、250kbps的信道速率，这取决于信道的频率。
ZigBee网络中的节点具有两个特色，多个所谓“简化功能设备”在单个“全功能设备部”控制下作为从设备，与蓝牙非常类似。一个全功能设备能够作为一个主设备运行，并且多个全功能设备还能配置为一个网状网络，其中全功能设备在它们之间发送帧。ZigBee可以共享许多已经在其他链路层协议中遇到的协议机制：信标帧、链路层确认、二进制回退的载波侦听随机访问协议，以及时隙的固定、确保的分配。
三、4G-5G通信
（后面的内容待网络层相关内容写完以后再来补充，这里先发布主要是为了写TCP/IP协议系列链路层802.11协议相关内容做铺垫）
