WLAN技術(shù)原理

1、 WLAN 技術(shù)原理技術(shù)原理技術(shù)服務(wù)部：馬彬手 機(jī)E m a i l ：WLAN的基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)知識802.11協(xié)議族標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議族標(biāo)準(zhǔn)WLAN設(shè)備設(shè)備WLAN的典型部署的典型部署WLAN基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 為什么要使用為什么要使用WLAN網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 什么是什么是WLAN WLAN技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程 凡是自由空間均可連接網(wǎng)絡(luò)，不受限于線纜和端口位置。辦公大樓候機(jī)大廳渡假山莊商務(wù)酒店無線讓網(wǎng)絡(luò)使用更自由無線讓網(wǎng)絡(luò)使用更自由無線讓網(wǎng)絡(luò)建設(shè)更經(jīng)濟(jì)，通信更便利無線讓網(wǎng)絡(luò)建設(shè)更經(jīng)濟(jì)，通信更便利終端與設(shè)備之間不方便通過線纜連接地理環(huán)境不適合布設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)l 終端與交換設(shè)備之間省去

2、布線，有效降低布線成本。l 適用于特殊地理環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，如隧道、港口碼頭、高速公路。無線讓工作更高效無線讓工作更高效 不受限于時間和地點的無線網(wǎng)絡(luò)，滿足各行各業(yè)對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求。體育場館新聞中心展館與證券大廳制造車間物流運(yùn)輸 IrDA BlueTooth 802.11 802.11b 802.11a 802.11g幾種主要的幾種主要的WLAN技術(shù)技術(shù)802.11協(xié)議的發(fā)展進(jìn)程協(xié)議的發(fā)展進(jìn)程802.11802.11b802.11a802.11g標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時間標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時間July 1997Sept 1999Sept 1999June 2003合法頻寬合法頻寬83.5MHz83.5MHz325M

3、Hz83.5MHz頻率范圍頻率范圍 2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz非重疊信道非重疊信道 33123調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)FHSS/DSSSCCK/ DSSSOFDMCCK/OFDM物理發(fā)送速率物理發(fā)送速率1, 21,2,5.5, 116, 9, 12, 18,24, 36, 48, 546, 9, 12, 18,24, 36, 48, 54無線覆蓋范圍無線覆蓋范圍N/A100M50M100M理論上的最大理論上的最大UDP吞吐吞吐量量 (1500 byte)1.7 Mbps7.1 Mbps3

4、0.9 Mbps30.9 Mbps理論上的理論上的TCP/IP吞吐量吞吐量 (1500 byte)1.6 Mbps5.9 Mbps24.4 Mbps24.4 Mbps兼容性兼容性N/A與與11g產(chǎn)品可互通產(chǎn)品可互通與與11b/g不能互通不能互通與與11b產(chǎn)品可互通產(chǎn)品可互通各個國家授權(quán)使用的頻段各個國家授權(quán)使用的頻段Channel Freq (GHz) US/Can Europe Japan 1 2.412xx2 2.417xx3 2.422xx4 2.427xx5 2.432xx6 2.437xx7 2.442xx8 2.447xx9 2.452xx10 2.457xx11 2.462xxx

5、12 2.467x13 2.472x14 2.484802.11b/g工作頻段劃分圖工作頻段劃分圖2.4122.4172.4222.4322.4422.4522.4622.4722.4842.4272.4372.4472.4572.4672345178910611121314蜂窩式無線覆蓋蜂窩式無線覆蓋l 任意相鄰區(qū)域使用無頻率交叉的頻道，如：1、6、11頻道 。l 適當(dāng)調(diào)整發(fā)射功率，避免跨區(qū)域同頻干擾。l 蜂窩式無線覆蓋實現(xiàn)無交叉頻率重復(fù)使用。WLAN產(chǎn)品對人體的電磁輻射是安全的產(chǎn)品對人體的電磁輻射是安全的l 很多的研究已經(jīng)證明，WLAN產(chǎn)品可以在家庭及商業(yè)中使用，對人體來說是安全。l 典型

6、的WLAN產(chǎn)品，如AP（Access Point，接入點），輸出功率為100mw，對于網(wǎng)卡來說，通常只有10mw至50mw。相比較來說，手機(jī)的發(fā)射功率在通話時可以超過1W，而無線對講機(jī)甚至可以達(dá)到5 W。l 政府有相關(guān)的法令對發(fā)射功率進(jìn)行嚴(yán)格的限制，因此通過政府相關(guān)部門認(rèn)證過的無線設(shè)備對人體是無害的。WLAN的基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)知識802.11協(xié)議族標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議族標(biāo)準(zhǔn)WLAN設(shè)備設(shè)備WLAN的典型部署的典型部署802.11協(xié)議族成員協(xié)議族成員WLAN網(wǎng)絡(luò)基本概念和組網(wǎng)模式網(wǎng)絡(luò)基本概念和組網(wǎng)模式WLAN網(wǎng)絡(luò)接入訪問機(jī)制網(wǎng)絡(luò)接入訪問機(jī)制WLAN網(wǎng)絡(luò)接入漫游與加密網(wǎng)絡(luò)接入漫游與加密 802.11協(xié)議族協(xié)議族

7、IEEE 802.11無線局域網(wǎng)工作組無線局域網(wǎng)工作組PHY802.11(1/2 Mbps)802.11b(5.5/11 Mbps)802.11g(54 Mbps)802.11a(54 Mbps)MAC802.11/11a/11b/11g MAC802.11f 漫游和切換漫游和切換802.11e QoS802.11i 安全增強(qiáng)安全增強(qiáng)802.11n(600 Mbps)802.11s mesh802.11r快切快切802.11網(wǎng)絡(luò)的基本元素網(wǎng)絡(luò)的基本元素 BSSStations (STA)：任何的無線終端設(shè)備。 AP （Access Point）：一種特殊的STABSS：Basic Servic

8、e Set（基本服務(wù)集）BSS1BSS2STA1STA2STA3STA5STA6STA4APAP802.11網(wǎng)絡(luò)的基本元素網(wǎng)絡(luò)的基本元素 DS DS（Distribution System）：分布式系統(tǒng)BSS2APBSS1APDS802.11網(wǎng)絡(luò)的基本元素網(wǎng)絡(luò)的基本元素 SSIDAP1SSID“marketing”SSID：Service Set ID 服務(wù)集識別碼服務(wù)集識別碼STASTASTA802.11網(wǎng)絡(luò)的基本元素網(wǎng)絡(luò)的基本元素 ESS ESS（Extended Service Set）是采用相同的SSID的多個BSS形成的更大規(guī)模的虛擬BSS。ESSBSS2AP2Service set

9、 identify (SSID1)BSS1AP1Service set identify (SSID1)屬于同一VLAN的客戶端DSCSMA/CA（載波偵聽多點接入避讓機(jī)制）（載波偵聽多點接入避讓機(jī)制）Frame Exchange Frame ExchangeFrameExchangeFrameExchangeDIFSDIFSDIFSSTA 1STA 2STA 3STA 4退避窗口退避窗口退避窗口分布式幀間隔（分布式幀間隔（DCF interframe space ，簡稱，簡稱DIFS）109357610254810802.11MAC層工作原理層工作原理 概述概述802.11MAC層負(fù)責(zé)客戶端

10、與AP之間的通訊。 主要功能包括：掃描、接入、認(rèn)證、加密、漫游和同步。 802.11MAC 報文分類：數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀 用戶的數(shù)據(jù)報文控制幀控制幀 協(xié)助發(fā)送數(shù)據(jù)幀的控制報文，例如：RTS、CTS、ACK等管理幀管理幀 負(fù)責(zé)STA和AP之間的能力級的交互，認(rèn)證、關(guān)聯(lián)等管理工作 例如：Beacon、Probe、Association及Authentication等802.11MAC層工作原理層工作原理 用戶接入管理過程用戶接入管理過程STAAP Discovery選擇AP(采用偵聽Beacon幀或發(fā)送Probe幀)AuthenticationAssociation和建立Association關(guān)系的AP

11、收發(fā)數(shù)據(jù)1234802.11MAC層工作原理層工作原理 Scanning802.11MAC 使用使用Scanning功能來完成功能來完成Discovery尋找和加入一個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)STA漫游時尋找一個新的APPassive Scanning 通過偵聽AP定期發(fā)送的Beacon幀來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。Active Scanning 在每個信道上發(fā)送Probe request報文，從Probe Response中獲取BSS的基本信息。802.11 MAC層工作原理層工作原理 AuthenticationSTAAPAuthentication requestAuthentication Response (succ

12、ess)STAAPAuthentication requestPlain text challengeCipher text challengeAuthentication Response (success)預(yù)置Key用Key加密明文密文解密和明文比較預(yù)置KeyOpen-system Authentication過程Shared-Key Authentication過程121234802.11MAC層工作原理層工作原理 AssociationSTAAPAssociation request (SSID)Association ResponseSTANew AP數(shù)據(jù)Old AP檢測到New A

13、P信號強(qiáng)Reassociation請求(SSID)Reassociation應(yīng)答Association過程Reassociation過程12deassociation什么是漫游什么是漫游lSTA可以在屬于同一個ESS的AP接入點接入；lSTA可以在Wireless網(wǎng)絡(luò)中任意移動；l保證已有的業(yè)務(wù)不中斷，用戶的標(biāo)識（IP地址）不改變。STAAPAP移動ESS漫游的分類漫游的分類l二層漫游 在同一個子網(wǎng)內(nèi)的AP間漫游l三層漫游 在不同子網(wǎng)內(nèi)的AP間漫游VLAN1IP:1.0.0.1VLAN1APAPVLAN1L2網(wǎng)絡(luò)STA移動二層漫游VLAN1IP:1.0.0.1VLAN1APAPVLAN2L3網(wǎng)

14、絡(luò)STA移動三層漫游802.11WEP加密加密STAAP加密報文IV值IV靜態(tài)KeyKey生成器Key流XOR用戶數(shù)據(jù)明文發(fā)送的加密報文IV靜態(tài)KeyKey生成器Key流XOR用戶數(shù)據(jù)明文接收的加密報文IV：initialization Vender 初始向量WEP：Wired Equivalent Privacy 有線對等私有協(xié)議WLAN的基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)知識802.11協(xié)議族標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議族標(biāo)準(zhǔn)WLAN設(shè)備設(shè)備WLAN的典型部署的典型部署n 什么是什么是FAT（胖）（胖） APn 什么是無線網(wǎng)橋什么是無線網(wǎng)橋n 什么是無線交換機(jī)和什么是無線交換機(jī)和FIT（瘦）（瘦） APn 天線工作原理及參數(shù)介紹

15、天線工作原理及參數(shù)介紹 WLAN設(shè)備設(shè)備FAT AP設(shè)備功能設(shè)備功能 802.11a/b/g網(wǎng)管、二層漫游, 安全802.1x認(rèn)證,802.11e QoS天線加密FAT AP設(shè)備的典型組網(wǎng)設(shè)備的典型組網(wǎng)l 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)模式：AP1APnSTAsl 家庭或soho網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)模式：APADSL ModemWAN以太交換機(jī)以太交換機(jī)PCSTAs企業(yè)核心網(wǎng)企業(yè)核心網(wǎng)802.11無線網(wǎng)橋無線網(wǎng)橋 無線網(wǎng)橋是一種采用無線技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連的特殊功能的無線網(wǎng)橋是一種采用無線技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連的特殊功能的AP。 無線網(wǎng)橋根據(jù)傳輸距離的不同可分為工作組網(wǎng)橋和長距專業(yè)無線網(wǎng)橋根據(jù)傳輸距離的不同可分為工作組網(wǎng)橋和長距

16、專業(yè)網(wǎng)橋。網(wǎng)橋。 為了防止信號大幅度衰減，網(wǎng)橋組網(wǎng)時兩個網(wǎng)橋之間通常不為了防止信號大幅度衰減，網(wǎng)橋組網(wǎng)時兩個網(wǎng)橋之間通常不能有障礙物的阻擋。能有障礙物的阻擋。 以室外作為主要應(yīng)用環(huán)境的無線網(wǎng)橋一般在設(shè)計時都會考慮以室外作為主要應(yīng)用環(huán)境的無線網(wǎng)橋一般在設(shè)計時都會考慮適應(yīng)一些惡劣的應(yīng)用環(huán)境。適應(yīng)一些惡劣的應(yīng)用環(huán)境。802.11無線網(wǎng)橋無線網(wǎng)橋的典型組網(wǎng)的典型組網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)A有線網(wǎng)絡(luò)B有線網(wǎng)絡(luò)互連有線網(wǎng)絡(luò)互連無線網(wǎng)絡(luò)互連無線網(wǎng)絡(luò)互連有線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)A多網(wǎng)絡(luò)互連多網(wǎng)絡(luò)互連1208E網(wǎng)絡(luò)B網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋FAT AP組網(wǎng)的局限性組網(wǎng)的局限性 FAT AP組網(wǎng)更適合在家庭

17、和中小型網(wǎng)絡(luò)中使用，無法滿足大型的無線企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的需求，這是由于FAT AP自身的特點所決定的。當(dāng)需要組建大型無線網(wǎng)絡(luò)或需要更多的增值服務(wù)時：802.11 a/b/g天線加密網(wǎng)管、三層漫游, 安全802.1x認(rèn)證,802.11e QOSAP點監(jiān)測點監(jiān)測用戶防火墻用戶防火墻網(wǎng)絡(luò)自愈網(wǎng)絡(luò)自愈RF 管理管理無線欺騙防護(hù)無線欺騙防護(hù)802.11a/b/g網(wǎng)管、二層漫游, 安全802.1x認(rèn)證,802.11e QOS天線加密FAT APFIT AP無線交換機(jī)和無線交換機(jī)和FIT AP的功能的功能更易管理的無線解決方案 天線在無線系統(tǒng)中的使用天線在無線系統(tǒng)中的使用典型無線系統(tǒng)發(fā)射器空間介質(zhì)接收器發(fā)射天線 接

18、收天線 電磁波電磁波電場電場電場電場電場電場振子振子電波傳輸方向電波傳輸方向磁場磁場磁場磁場無線傳輸?shù)母蓴_因素?zé)o線傳輸?shù)母蓴_因素 電磁干擾電磁干擾 2.4GHz為為ISM頻段，不許授權(quán)即可使用。頻段，不許授權(quán)即可使用。 同一區(qū)域內(nèi)同一區(qū)域內(nèi)AP之間的互相干擾。之間的互相干擾。 其他工業(yè)設(shè)備的干擾其他工業(yè)設(shè)備的干擾 微波爐 雙向?qū)ず粝到y(tǒng) 等等WLAN設(shè)備的實際工作性能設(shè)備的實際工作性能 吞吐率吞吐率 802.11g標(biāo)準(zhǔn)描述的速率為54 Mbps，此為物理層傳輸速率。實際可獲得的速率為一半 (20-24Mbps max) 其他用于協(xié)議封裝或沖突避免開銷 干擾實際吞吐率的因素 不穩(wěn)定是無線通訊的本性 無線環(huán)境不停的保持變化 物理建筑的