工作单元4 组建小型无线网络

工作单元4组建小型无线网络目前很多计算机上都带有无线网卡，利用无线网卡可以很方便的实现网络连接，而不需要购买任何其他网络设备。本单元的主要目标是了解常用的无线局域网技术和设备；熟悉无线局域网的组网方法；能够利用相关设备组建小型无线网络。本单元主要内容任务4.1认识无线局域网任务4.2组建BSS无线局域网习题4任务4.1认识无线局域网【任务目的】（1）了解常用的无线局域网技术；（2）了解常用的无线局域网的设备。【工作环境与条件】（1）能够接入Internet的PC；（2）典型的无线局域网组网案例。【相关知识】无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。简单的说，无线局域网就是在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能。即无线局域网采用的传输介质不是双绞线或者光纤，而是红外线或者无线电波。无线网络是有线网络的补充，适用于不便于架设线缆的网络环境。4.1.1无线局域网的技术标准最早的无线局域网产品运行在900MHz的频段上，速度大约只有1～2Mb/s。1992年，工作在2.4GHz频段上的产品问世，之后的大多数无线局域网产品也都在此频段上运行。无线局域网常用的技术标准有IEEE802.11系列标准、家用射频工作组提出的HomeRF、欧洲的HiperLAN2协议以及Bluetooth（蓝牙）等，其中IEEE802.11系列标准应用最为广泛，已经成为目前事实上占主导地位的无线局域网标准。1.IEEE802.11bIEEE802.11b标准对IEEE802.11标准进行了修改和补充，规定无线局域网的工作频段为2.4GHz~2.4835GHz，一般采用直接系列扩频（DSSS）和补偿编码键控（CCK）调制技术，在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s的不同速率间自动切换。2.IEEE802.11aIEEE802.11a标准规定无线局域网的工作频段为5.15~5.825GHz，采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术，数据传输速率可达到54Mb/s。IEEE802.11a与工作在2.4GHz频率上的IEEE802.11b标准互不兼容。3.IEEE802.11gIEEE802.11g标准可以视作对IEEE802.11b标准的升级，该标准仍然采用2.4GHz频段，数据传输速率可达到54Mb/s。IEEE802.11g支持2种调制方式，包括IEEE802.11a中采用的OFDM与IEEE802.11b中采用的CCK。IEEE802.11g标准与IEEE802.11b标准完全兼容，遵循这两种标准的无线设备之间可相互访问。4.IEEE802.11nIEEE802.11n标准可以工作在2.4GHz和5GHz两个频段，实现与IEEE802.11b/g以及IEEE802.11a标准的向下兼容。IEEE802.11n标准使用MIMO（multiple-inputmultiple-output，多输入多输出）天线技术和OFDM技术，其数据传输速率可达300Mb/s以上，理论速率最高可达600Mb/s。4.1.2无线局域网的硬件设备1.无线网卡无线网卡在无线局域网中的作用相当于有线网卡在有线局域网中的作用。无线网卡主要包括NIC（网卡）单元、扩频通信机和天线三个功能模块。2.无线访问接入点无线访问接入点（AccessPoint，AP）是在无线局域网环境中进行数据发送和接收的集中设备，相当于有线网络中的集线器。通常，一个AP能够在几十至几百米的范围内连接多个无线用户。AP可以通过标准的以太网电缆与传统的有线网络相连，从而可以作为无线网络和有线网络的连接点。AP还可以执行一些安全功能，可以为无线客户端及通过无线网络传输的数据进行认证和加密。3.无线路由器无线路由器实际上是无线AP与宽带路由器的结合，借助于无线路由器，可实现无线网络中的Internet连接共享，实现ADSL、CableModem和小区宽带的无线共享接入。4.天线天线（Antenna）的功能是将信号源发送的信号传送至远处。天线一般有定向性和全向性之分，前者较适合于长距离使用，而后者则较适合区域性的使用。【任务实施】操作1分析无线局域网使用的技术标准根据具体的条件，找出一项无线局域网应用的具体实例，根据所学的知识，分析该网络所采用的技术标准。操作2认识常用的无线网络设备（1）根据具体的条件，找出一项无线局域网应用的具体实例，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的无线网络设备，列出该网络所使用的无线网络设备的品牌、型号和主要性能指标。（2）访问主流无线网络设备厂商的网站，查看该厂商生产的无线网络设备产品，记录其型号、价格以及相关技术参数。任务4.2组建BSS无线局域网【任务目的】（1）了解无线局域网的组网模式；（2）熟悉单一BSS结构无线局域网的组网方法。【工作环境与条件】（1）AP或无线路由器（本任务以Cisco系列无线产品为例，也可选用其他产品，部分内容也可使用CiscoPacketTracer、BosonNetsim等模拟软件完成）；（2）安装Windows操作系统的PC（带有无线网卡）；（3）组建无线局域网的其他相关设备和部件。【相关知识】4.2.1无线局域网的组网模式将各种无线局域网设备结合在一起使用，就可以组建出多层次、无线与有线并存的计算机网络。在IEEE802.11标准中，一组无线设备被称为服务集（ServiceSet），这些设备的服务集标识（SSID）必须相同。服务集标识是一个文本字符串，包含在发送的数据帧中，如果发送方和接收方的SSID相同，这两台设备将能够通信。1.BSS组网模式基本服务集（BSS）包含一个接入点（AP），负责集中控制一组无线设备的接入。要使用无线网络的无线客户端都必须向AP申请成员资格，客户端必须具备匹配的SSID、兼容的WLAN标准、相应的身份验证凭证等才被允许加入。若AP没有连接有线网络，则可将该BSS称为独立基本服务集（IBSS）；若AP连接到有线网络，则可将其称为基础结构BSS。若不使用AP，安装无线网卡的计算机之间直接进行无线通信，则被称作临时性网络（Ad-hocNetwork）。2.ESS组网模式基础结构BSS虽然可以实现有线和无线网络的连接，但无线客户端的移动性将被限制在其对应AP的信号覆盖范围内。扩展服务集（ExtendedServiceSet，ESS）通过有线网络将多个AP连接起来，不同AP可以使用不同的信道。无线客户端使用同一个SSID在ESS所覆盖的区域内进行实体移动时，将自动切换到干扰最小、连接效果最好的AP。4.2.2无线局域网的用户接入1.扫描（Scanning）（1）被动扫描在AP上设置SSID信息后，AP会定期发送Beacon帧。在被动扫描模式中，无线客户端会在各个信道间不断切换，侦听所收到的Beacon帧并记录其信息，以此来发现周围存在的无线网络服务。（2）主动扫描在主动扫描模式中，无线客户端会在每个信道上发送ProbeRequest帧以请求需要连接的无线接入服务，AP在收到ProbeRequest帧后会回应ProbeResponse帧，其包含的信息和Beacon帧类似，无线客户端可从该帧中获取BSS的基本信息。2.认证（Authentication）（1）认证方式IEEE802.11的MAC子层主要支持两种认证方式：开放系统认证：无线客户端以MAC地址为身份证明，要求网络MAC地址必须是唯一的，这几乎等同于不需要认证，没有任何安全防护能力。在这种认证方式下，通常应采用MAC地址过滤、RADIUS等其他方法来保证用户接入的安全性。共享密钥认证：该方式可在使用WEP（WiredEquivalentPrivacy，有线等效保密）加密时使用，在认证时需校验无线客户端采用的WEP密钥。（2）WEPWEP是IEEE802.11b标准定义的一个用于无线局域网的安全性协议，主要用于无线局域网业务流的加密和节点的认证，提供和有线局域网同级的安全性。WEP在数据链路层采用RC4对称加密技术，提供了40位（有时也称为64位）和128位长度的密钥机制。（3）IEEE802.11i、WPA和WPA2IEEE802.11i定义了无线局域网核心安全标准，提供了强大的加密、认证和密钥管理措施。该标准包括了两个增强型加密协议，用以对WEP中的已知问题进行弥补。WPA（Wi-FiProtectedAccess，Wi-Fi网络安全存取）是Wi-Fi联盟制定的安全解决方案，它能够解决已知的WEP脆弱性问题，并且能够对己知的无线局域网攻击提供防护。WPA使用基于RC4算法的TKIP来进行加密，并且使用预共享密钥（PSK）和IEEE802.1x/EAP来进行认证。PSK认证是通过检查无线客户端和AP是否拥有同一个密码或密码短语来实现的，如果客户端的密码和AP的密码相匹配，客户端就会得到认证。WPA2是获得IEEE802.11标准批准的Wi-Fi联盟交互实施方案。WPA2使用AES-CCMP实现了强大的加密功能，也支持PSK和IEEE802.1x/EAP的认证方式。3.关联（association）无线客户端在通过认证后会发送AssociationRequest帧，AP收到该帧后将对客户端的关联请求进行处理，关联成功后会向客户端发送回应的AssociationResponse帧，该帧中将含有关联标识符（AssociationID，AID）。无线客户端与AP建立关联后，其数据的收发就只能和该AP进行。【任务实施】操作1利用无线路由器组建WLAN操作2组建Ad-hocNetwork