第14章_无线局域网

ComputerNetworks第十四章无线局域网P.281Chapter14WirelessLANs本章讲什么What’saboutThisChapter？本章介绍无线局域网的有关知识和技术。本章研究：什么是无线局域网无线局域网主要技术无线局域网常用网络设备典型的无线局域网系统14.1无线局域网概述WLANOverview无线局域网系统WirelessLAN(WLAN)使用无线传输媒介进行数据传输的局域网系统。由于造价高、数据率低、职业安全性的考虑和要求申请使用许可，过去使用的不多。这些问题已经逐步解决了。今天，无线局域网已迅速流行起来，无线网络发展和应用似乎逐渐成为“后互联网”时代的一个发展趋势。无线局域网的优缺点WirelessLAN:ProsandCons优点移动性（anywhere/anytime）安装的快速性和简单性（无需穿墙、布线）安装的灵活性（遍及有线不能到达处）减少投资（硬件投入高，但减少布线）扩展能力强缺点（目前已有重大改进）带宽小（传输速率低）保密性差（易被截听）14.2无线局域网技术WLANTechniques无线频谱WirelessFrequenceSpectrum“无线频谱”是一种有限的自然资源，属国家所有。我国《无线电管理条例》从行政法规的高度确立起无线电频谱资源有偿使用（体现为频率占用费）的基本原则，国家对无线电频谱要实行有偿使用。新浪科技讯北京时间2007年7月21日消息，据国外媒体报道，谷歌（Google)本周五宣布，如果条件成熟，该公司将斥资至少46亿美元竞购美国政府拍卖的无线频谱。新浪科技讯北京时间2008年3月21日消息，据国外媒体报道，美国联邦通信委员会(FCC)周四称，由该委员会主持进行的700MHz无线频段拍卖创下了195.9亿美元的记录新高，Verizon和AT&T成最大赢家，谷歌则出局。免费的无线频谱ISM八十年代后期，美国联邦通信委员会（FCC）对使用无线电的计算机通信开放了无须申请就可以使用的ISM(工业、科学和医学设备)频段。日本于1993年公布了无线局域网使用的ISM频段。此后世界各国均保留了一些无线频段，以用于工业、科学研究、和微波医疗方面的应用。应用这些频段无需许可证，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W)，并且不要对其它频段造成干扰即可。对于ISM波段的通信设备来说，只要功率谱及带外辐射满足要求，使用者无须向无线电管理部门申请使用许可证。ISM频段Industrial,Scientific,andMedicalBands美国ISM频段：915MHz波段(902～928MHz)无绳电话、业余无线电等工作的波段，易给无线通信带来干扰。2.4GHz波段(2.4～2.4835GHz)主要是微波炉的干扰。但目前已呈满载趋势。5.8GHz波段(5.725～5.875GHz)很少被占用，而且波段频率越高，潜在的带宽也越大，但设备成本越高。在欧洲和日本，开放2.4GHz作为ISM频段。在中国，也先后开放2.4GHz和5.8GHz作为ISM频段。ISM频段Industrial,scientific,andmedical(ISM)bandP288图14.14无线局域网传输技术OverviewofWLANTechnologies无线局域网可分为光束（如红外）、高频无线电波两大类技术。光束型：以光为传输媒介的无线网络，两个端点必须在可以互相看得到的一直线上，即所谓“LOS”（LineofSight）。鉴于光束难以穿透大多数障碍物，应用受限。高频无线电波型：又可分为Narrowbandmicrowave（窄带微波）Spreadspectrum（扩频）源自军事应用，高可靠性，高保密性，不易受到干扰，现已蔚为主流。无线局域网技术WLANTechnologies红外线(IR)通信：利用红外线传送数据高速简单,不受管制红外线无法穿墙而行，易受阳光或强光影响窄带微波通信：使用微波无线电频带（RF）传送数据一般使用需要申请许可证的微波频段，95年开始出现ISM频段内的产品（低功率短距离）。扩展频谱通信：将数据信号散布到更宽频段上传送大多运行在无需许可的ISM(工业科学医学)频段抗干扰性好，安全保密性好，多址通信能力强两种技术频率跳动扩频(FHSS)直接序列扩频(DSSS)14.3无线局域网的组网WLANConfigurations无线网络的基本配置BasicWLANSystems普通无线局域网可以提供11Mbps的网络连接速度。近年来高性能无线局域网中传输速率最高已可达108Mbps甚至更高。一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源。如果只是几台电脑的对等网，也可不要AP。只需要每台电脑配备无线网卡实现peer-to-peer即“点对点”的传输模式（Ad-hoc模式）。AP为AccessPoint简称，一般翻译为“访问点”或“无线接入器”，主要扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。其作用就像一般有线网络的Hub一般。无线局域网组网示例（1）ExampleofWLAN无线传输PC卡，插在笔记本电脑中公司级无线局域网的组网方式Example:WLANinCompanies公司级目前常用方案是：在每栋楼的每单元或每层放置若干AP。如某公司设计在走廊中每隔20米安装一个AP，一层共安装4个AP，并安装室内吸顶式天线，即可复盖两侧的各办公室。广州金利来商务港共三层楼，部署了29个AP，复盖了全部商务港。此方案成本比有线高，因为用户端要插无线网卡，其价比有线网卡贵十几倍。金利来商务港全部采用Intel无线局域网卡。Benq(明基)AWL500AP无线局域网组网示例（2）ExampleofWLAN无线局域网组网示例（3）ExampleofWLAN家庭WLAN的组建ConfigurationforFamilyWLANIntelPRO/2011无线接入点WLANProduct:IntelPRO/2011AP设备类型：无线接入点网络标准：IEEE802.11b传输速率（Mbps）：11,5.5,2,1最大覆盖范围（M）：460IntelPRO/2011无线PCMCIA卡WLANProduct:IntelPRO/2011PCMCIA设备类型：无线网卡网络标准：IEEE802.11b传输速率（Mbps）：11,5.5,2,1最大覆盖范围（M）：460无线上网组网设备ComponentsofWLANs无线接入点，作为小型无线网络的基站使用PCMCIA无线网卡，供笔记本电脑无线上网使用适合于台式电脑的PCI无线网卡WLANNICforDesktopPCsUSB接口的无线网卡WLANNICwithUSBInterface台式机/笔记本电脑通用D-Link108MAirPlusXtremeG系列USB无线网卡–技术规格无线标准-802.11g-802.11b速度-802.11g:最大108Mbps(6,9,12,18,24,36,48,54,108MMbps)-802.11b:最大11Mbps(1/2/5.5/11Mbps)展频技术：DSSS频率：2.4to2.4835GHz信道：1~13数据调制方式DQPSK,DBPSK,DSSS,andCCK天线：内置价格:约300元无线APAboutAP基于802.11b/g的无线AP是组建小型无线局域网最常用的设备，它在介质访问控制子层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁，最大连接距离可达数百米。有了无线AP，就如一般有线网络的HUB一般，无线工作站可以快速且轻易地与现有有线网络连结。目前大多数的无线AP都支持多用户（30-70人）接入，数据加密，多速率发送等功能，一些优秀的产品更提供了完善的无线网络管理功能，在家庭、办公室这样的小范围内，一个无线AP可实现所有机器的无线接入。目前市场上的AP基本上分为两大类：单纯型AP和扩展型AP。扩展型AP除了基本的AP功能之外，还可能带有若干以太网交换口、路由、NAT、DHCP、打印服务器等功能。单纯型AP扩展型AP适合于尚无有线网络的用户，其网络设备可以将多种设备合而为一。比较适合于初次建网的用户，其集成化的功能可以使用户只用一个设备而满足所有的网络需求。根据用户所使用的网络线路是ADSL宽带还是以太网宽带，选择WAN接口不同的网络设备。无线路由器是中小型WLAN中整合度最高，功能最强大的无线网络产品，它可以完成有线交换机，无线AP，有线＋无线路由管理，防火墙，甚至网络打印服务等强大的网络功能。它可以使整个小型网络变得高效快捷，管理起来也十分方便，因此是家庭和中小型办公室组建WLAN的首选设备。扩展型AP产品实例“瘦AP”与无线局域网FitAP&WLANs传统的无线网络没有集中管理的控制器设备，所有的AP都通过交换机连接起来，每个AP单独工作，因此需要对每一个AP进行独立配置，难以实现全局的统一管理和集中的RF(射频)、接入和安全策略设置。基于无线控制器的新型解决方案中，所有的AP都减肥了（FitAP），每个AP只单独负责射频和通讯的工作，其作用就是一个简单的、基于硬件的传感设备，所有FitAP接收到的RF信号，经过编码后，随即通过加密隧道协议穿过以太网络并传送到无线控制器，进而由无线控制器集中对编码流进行加密、验证、安全控制等更高层次的工作。基于FitAP和无线控制器的无线网络解决方案，具有统一管理的特性，并能够出色地完成自动RF规划、接入和安全控制策略等工作。传统无线局域网解决方案TraditionalSolutionforWLANs瘦AP+无线控制器解决方案FitAP+WirelessControllerSolution两种无线网络解决方案的功能比较方案传统无线方案方案基于无线控制器方案技术模式传统主流新生方式，增强型管理安全性传统加密、认证方式，普通安全性增加射频环境监控，基于用户位置安全策略，高安全性网络管理对每AP下发配置文件无线交换机上配置好文件，AP本身零配置用户管理类似有线，根据AP接入的有线端口区分权限无线专门虚拟专用组方式，根据用户名区分权限WLAN组网规模二层漫游，适合小规模组网，成本较低二层、三层漫游，拓扑无关性，适合大规模组网，成本较高增值业务能力仅实现简单数据接入可扩展语音等丰富业务常用无线局域网标准WLANProtocols①IEEE802.11②蓝牙技术③HomeRF（家用无线）④红外技术14.5主流无线局域网IEEE802.11Standards参见教材第14章IEEE802.11：体系结构Architecture定义了两种类型的服务基本服务集（BSS）扩展服务集（ESS）基本服务集（BSS）无线局域网的积木块Adhoc网（特别网络或自组网络-无AP的对等无线网）Infrastructure网（基础网络-使用AP组网）扩展服务集（ESS）两个或更多ESS互连，使用者可于ESS上“漫游”（roaming）并存取多个其他S中的有关资料。IEEE802.11：基本服务集Basicservicesets(BSSs)P281图14.1IEEE802.11：扩展服务集Extendedservicesets(ESSs)P282图14.2IEEE802.11：MAC子层MACSublayersIEEE802.11定义了两个MAC子层DCF(分布式协调功能)子层采用“争用”访问控制方式CSMA/CA(无冲突的载波侦听多路访问)技术PCF（点协调功能）子层采用无竞争的轮询访问控制方式（须使用中央轮询控制器，即“点协调器”）。此功能为可选（不适用于Adhoc网）两个子层的使用允许一个网内有实时性要求的站点采用PCF，其他站点采用DCF（PCF优先于DCF）IEEE802.11：MAC子层MACSublayersP282图14.3IEEE802.11：物理层Physical