无线技术体系与理论

第一章无线技术体系与理论ISSUE2.0日期：无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频（RF）技术，取代旧式的双绞线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能。无线网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里，并且可以随需移动或变化。WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一，使用WLAN的区域及其承载的业务愈来愈多。为了更好地构建理想中的无线网络，我们需要了解无线网络的技术体系、熟悉构建无线网络的设备的功能。引入了解WLAN基础知识了解802.11协议族标准了解主流WLAN设备及天线了解WLAN典型部署课程目标学习完本课程，您应该能够：WLAN基础知识802.11协议简析WLAN设备WLAN典型部署目录为什么要使用WLAN网络什么是WLANWLAN技术的发展进程WLAN基础知识凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。办公大楼候机大厅渡假山庄商务酒店无线让网络使用更自由无线让网络建设更经济，通信更便利终端与交换设备之间省去布线，有效降低布线成本。适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路。终端与设备之间不方便通过线缆连接地理环境不适合布设有线网络无线让工作更高效不受限于时间和地点的无线网络，满足各行各业对于网络应用的需求。体育场馆新闻中心展馆与证券大厅制造车间物流运输802.11802.11b802.11a802.11g主流的WLAN技术物理发送速率1,21,2,5.5,116,9,12,18,24,36,48,546,9,12,18,24,36,48,54无线覆盖范围N/A100M50M100M理论上的最大UDP吞吐量(1500byte)1.7Mbps7.1Mbps30.9Mbps30.9Mbps理论上的TCP/IP吞吐量(1500byte)1.6Mbps5.9Mbps24.4Mbps24.4Mbps兼容性N/A与11g产品可互通与11b/g不能互通与11b产品可互通(GHz)US/CanEuropeJapan12.412xx22.417xx32.422xx42.427xx52.432xx62.437xx72.442xx82.447xx92.452xx102.457xx112.462xxx122.467x132.472x142.484工作频段划分图2.4122.4172.4222.4322.4422.4522.4622.4722.4842.4272.4372.4472.4572.4672345178910611121314蜂窝式无线覆盖任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如：1、6、11频道；适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰；蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用。产品对人体的电磁辐射是安全的很多的研究已经证明，WLAN产品可以在家庭及商业中使用，对人体来说是安全。典型的WLAN产品，如AP（AccessPoint，接入点），输出功率为100mw，对于网卡来说，通常只有10mw至50mw。相比较来说，手机的发射功率在通话时可以超过1W，而无线对讲机甚至可以达到5W。政府有相关的法令对发射功率进行严格的限制，因此通过政府相关部门认证过的无线设备对人体是无害的。WLAN基础知识802.11协议简析WLAN设备WLAN的典型部署目录802.11协议族成员WLAN网络基本概念WLAN网络接入访问机制WLAN网络接入漫游802.11协议族(1/2Mbps)802.11b(5.5/11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(54Mbps)MAC802.11/11a/11b/11gMAC802.11e—QoS802.11i—安全增强802.11n(300Mbps)802.11f—漫游和切换802.11h—动态调整802.11s—mesh802.11的协议主要定义了二层（PHY层与MAC层），同时协议越来越完善，针对企业用户的应用已经能满足相关的业务需求802.11e：该协议将QoS功能加入到802.11网络上，它用TDMA方式取代类似Ethernet的MAC层，为重要的数据增加额外的纠错功能802.11f：IAPP(Inter-AccessPointProtocol)，接入点内部协议，该协议是为了改善802.11中的切换机制而制定的，以使用户能够在两个不同的交换分区(无线信道)之间，或在加到2个不同的网络上的接入点之间漫游的同时保持连接功能802.11h：是对802.11a的补充，增加了动态频率选择（DFS）和发射功率控制（TPC），降低对采用同样频段的雷达或其它宽频通信系统的干扰，使之符合5Ghz频段无线局域网的欧洲规范。802.11系列标准系列标准802.11i：加强了安全性。它采用了802.1x的认证协议、改进的密钥分布架构以及AES(AdvancedEncryptionStandard)加密。802.11i已在2004年6月24的IEEE标准会议上正式获得批准802.11j：实际上是日本的802.11a标准，由于802.11a所定义的5GHz频段在日本无法使用，802.11j定义了新的4.9～5GHz的工作频段。802.11n：下一个无线新标准，对PHY层和MAC层进行了优化，同时支持2.4GHz和5GHz频段，并采用了MIMO技术，使吞吐量大大增加，该标准定义的WLAN的传输速率至少将达到100Mbps（MAC层速度），使通过WLAN的多媒体和家庭娱乐应用成为可能，势必成为802.11b、802.11a、802.11g之后WLAN领域的另一场重头戏。802.11n标准的第一个草案（Draft）在2006年1月发布，预计在2006年底或2007年初标准将正式通过。网络的基本元素——SSIDAP1SSID＝“marketing”SSID：ServiceSetID服务集识别码STASTASTA网络的基本元素——BSSStations(STA)：任何的无线终端设备。AP（AccessPoint）：一种特殊的STABSS：BasicServiceSetBSS1BSS2STA1STA2STA3STA5STA6STA4APAP组网模式——AdhocSTASTASTASTASTA组网模式——多个BSS以太网APAPSTASTASTASTA层工作原理——概述802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯。主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。802.11MAC报文分类：数据帧用户的数据报文控制帧协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS、ACK等管理帧负责STA和AP之间的能力级的交互，认证、关联等管理工作例如：Beacon、Probe、Association及Authentication等层工作原理——用户接入管理过程STAAPDiscovery选择AP(采用侦听Beacon帧或发送Probe帧)AuthenticationAssociation和建立Association关系的AP收发数据1234层工作原理——Scanning802.11MAC使用Scanning功能来完成Discovery寻找和加入一个网络当STA漫游时寻找一个新的APPassiveScanning通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络。ActiveScanning在每个信道上发送Proberequest报文，从Proberesponse中获取BSS的基本信息。什么是漫游STA可以在属于同一个SSID的AP接入点接入；STA可以在Wireless网络中任意移动；保证已有的业务不中断，用户的标识（IP地址）不改变。STAAPAP移动ESS无线客户端的漫游客户端的漫游更多的是取决于客户端驱动程序算法，RSSI、SNR、上一次接入终端等因素都会带来影响，当然，最主要的因素还是从一台AP到另一台AP的信号强度变化。网卡的漫游主动性WLAN基础知识802.11协议简析WLAN设备WLAN的典型部署目录什么是FAT（胖）AP什么是无线网桥什么是无线交换机和FIT（瘦）AP天线工作原理及参数介绍WLAN设备设备功能802.11a/b/g网管、二层漫游,安全802.1x认证,802.11eQoS天线加密设备的典型组网企业网络的组网模式：……AP1APnSTAs家庭或soho网络的组网模式：APADSLModemWAN以太交换机PCSTAs企业核心网无线网桥无线网桥是一种采用无线技术进行网络互连的特殊功能的AP。无线网桥根据传输距离的不同可分为工作组网桥和长距专业网桥。为了防止信号大幅度衰减，网桥组网时两个网桥之间通常不能有障碍物的阻挡。以室外作为主要应用环境的无线网桥一般在设计时都会考虑适应一些恶劣的应用环境。无线网桥——视距问题视距问题点对点无线网传输必须保证两点可视。造成不可视的原因包括地球曲率、地理特征如山脉、建筑物和树木等。远距离通信时，还必须考虑地球曲率的影响，当两人相距9km时，将不能相视，无线信号也无法传输无线网桥——Fresnel效应Fresnel效应Fresnel区是指在视距的路径中形成的一个椭圆区域。它随着可视距离和信号频率的改变而改变。在Fresnel区中的任何障碍物都有可能影响网络的通信，最好给予清除，60%的Fresnel区被视为有效的。一般可以根据经验值确定Fresnel区的范围。解决视距问题和Fresnel区问题可以通过以下办法：（1）选择高性能天线，可以解决“部分不可视”问题；（2）提升天线的高度；（3）清除Fresnel区内的障碍物，如砍掉树木；（4）选择一台良好的中继设备。组网的局限性FATAP组网更适合在家庭和中小型网络中使用，无法满足大型的无线企业网络的需求，这是由于FATAP自身的特点所决定的。当需要组建大型无线网络或需要更多的增值服务时：无线交换机和FITAP因此应运而生