建工校園局部無線網(wǎng)絡設計與分析

1、摘要在北京建筑工程學院，校園網(wǎng)已經(jīng)成為校園生活的重要組成部分，是教職員工和學生獲取資源和信息的主要途徑。目前，越來越多的學生擁有筆記本電腦，在教室、實驗室、圖書館、大型會議室、體育館、室外廣場等場合如何突破有線網(wǎng)絡節(jié)點的限制，解決多人同時上網(wǎng)的問題在應用中不可避免。無線網(wǎng)絡的技術已經(jīng)成熟，足以支撐起種類繁多的應用，隨時隨地為用戶提供穩(wěn)定高速的接入服務。無線網(wǎng)絡解決方案很多，實際部署中要考慮到現(xiàn)實的條件和實際的需求，以及最終期望的結果。本文通過北京建筑工程學院無線網(wǎng)絡建設項目，全面呈現(xiàn)了網(wǎng)絡分析、選型、設計、實現(xiàn)的全過程，主要研究基于IEEE802.11n標準協(xié)議的無線局域網(wǎng)在校園網(wǎng)建設中的設計

2、與實現(xiàn)，并結合無線局域網(wǎng)組網(wǎng)特點，詳細分析研究無線校園網(wǎng)的設計規(guī)劃原則、方法和步驟，給出了一個可行的802.11n無線校園網(wǎng)設計方案。 論文首先介紹了WLAN技術的現(xiàn)狀，無線局域網(wǎng)的發(fā)展及應用情況，以及課題的研究背景，指出了傳統(tǒng)校園網(wǎng)的不足，對無線校園網(wǎng)在校園網(wǎng)建設中的設計與實現(xiàn)作了可行的探討。針對校園無線接入網(wǎng)技術實現(xiàn)情況，討論了校園無線接入總體設計方案，并從網(wǎng)絡的安全和網(wǎng)絡的管理出發(fā)，給出了校園網(wǎng)的基本網(wǎng)絡拓撲結構。分析了校園無線網(wǎng)絡系統(tǒng)設計必須遵循的原則，設備選型的依據(jù)，網(wǎng)絡組織的基本要求，以及權限建立、設置、劃分的方法等，對校園無線接入網(wǎng)技術的實現(xiàn)進行了研究。最后結合具體應用實際，設計

3、了無線校園網(wǎng)組網(wǎng)模式，無線校園網(wǎng)AP的分配方法及實施步驟，并給出了網(wǎng)絡性能的綜合測評，以及未來的發(fā)展方向。關鍵詞：無線局域網(wǎng)，拓撲結構， 網(wǎng)絡安全，無線接入，綜合測評 AbstractIn Beijing University of Civil Engineering and Architecture, the campus network has become an important component of campus life, it is the main channels for staff and students accessing to resources and info

4、rmation. At present, more and more students to buy their own laptop computers，in the classroom, laboratory, library, large conference room, gymnasium, outdoor plaza and so on how to limit the cable network nodes to solve the problem of people at the same time in the application of the Internet inevi

5、table. Wireless network technology has been mature enough to support the wide variety of applications, at any time to provide users with access to high-speed stability. A lot of wireless network solutions, the actual deployment should take into account the reality of actual conditions and needs, and

6、 ultimately the desired results.By combining the key building campus network technology, principally based on the IEEE802.1ln WLAN standard agreements in the construction of the campus network design and implementation and network wireless LAN features detailed analysis of wireless campus network de

7、sign and planning principles, methods and steps. Finally, a viable 802.1ln wireless campus network design.WLAN technology first introduced the thesis that the current situation in the development and application of wireless LAN, as well as projects in the background, pointing out the inadequacies of

8、 the traditional campus network, wireless campus network in the Campus Network Design and Implementation of the study was feasible. In view of the campus wireless access network technology, the design of the campus wireless access, and from the network security and network management, network topolo

9、gy gives the basic structure of the campus networkAnalysis of the campus wireless network system design must adhere to the principle of the selection of equipment based on the basic network, as well as authority to create and set up，and separating methods，and so on the campus wireless access network

10、 technology for the realization of the study. The effective application integration, wireless campus network in a given mode, wireless campus network AP distribution, and implementing steps, a comprehensive evaluation of network performance and the future direction of development.Keywords：Wireless L

11、AN Topology, Network Security, Wireless Access, Comprehensive Evaluation目錄摘要IAbstractII目錄III1 緒論11.1 課題背景11.2 課題研究目的和意義11.3 國內(nèi)外概括2我國無線網(wǎng)絡現(xiàn)狀2國外無線網(wǎng)絡現(xiàn)狀31.4本論文的研究內(nèi)容和章節(jié)安排32 有線無線綜合網(wǎng)絡組建的相關理論52.1 有線無線綜合網(wǎng)絡組建的可行性分析52.2 有線無線綜合網(wǎng)絡組建的總體思路5利用有線網(wǎng)絡建設校園骨干網(wǎng)5利用無線網(wǎng)絡對現(xiàn)有網(wǎng)絡進行擴容改造52.3 無線網(wǎng)絡綜合組建步驟6確定網(wǎng)絡設計目標6網(wǎng)絡需求分析和可行性分析6無線通信網(wǎng)絡的

12、規(guī)劃與設計原則6無線局域網(wǎng)設計的步驟7無線通信網(wǎng)絡的技術特征8幾種IEEE802.11標準的性能及特點8無線組網(wǎng)方式102.4 無線網(wǎng)絡的安全問題11無線網(wǎng)絡面臨的威脅11安全保障123 北京建筑工程學院部分無線網(wǎng)絡建設需求分析133.1 需求分析133.2 建設目標133.4 建工學院實際平面圖及無線網(wǎng)規(guī)劃143.5 無線網(wǎng)絡總體設計拓撲圖153.6 用戶流量及數(shù)量的分析164 基于802.11的無線校園網(wǎng)設計與實現(xiàn)174.1 無線網(wǎng)絡技術選型174.2 無線協(xié)議的選取184.3 基于IEEE802.11n的無線AP產(chǎn)品性能評比20測試設備20性能評估204.4 無線AP數(shù)量統(tǒng)計表234.5

13、 設備選取244.6 AP布點覆蓋原則及建工校園布放位置245 建工校園無線網(wǎng)絡安全配置265.1無線網(wǎng)絡安全配置要求265.2 RADIUS服務器27計費系統(tǒng)的原理27服務器認證在建工學院的應用276網(wǎng)絡性能測試與分析296.1網(wǎng)絡性能綜合評測29網(wǎng)絡測試設備的選擇29校園網(wǎng)基本測試方法30測試內(nèi)容和具體操作327 總結與展望34致謝35參考文獻36附錄 英文縮寫詞371 緒論1.1 課題背景目前，建工學院整個校園網(wǎng)規(guī)模完整、應用服務齊全，有線信息點樓宇覆蓋率達到100%，具有較好的先進性、典型性和示范性，給建工學院的教學工作和師生們帶來了極大的便利。隨著無線通信技術的廣泛應用，英特爾公司為

14、筆記本電腦推出迅馳芯片后，配備Wi-Fi無線網(wǎng)卡的筆記本電腦在中國市場逐漸流行而且呈現(xiàn)出強勁的增長趨勢。近幾年筆記本在市場中的價格不斷下降，使得校園中筆記本的持有量持續(xù)增加。隨著高校校園網(wǎng)絡應用的深入，以及筆記本電腦的逐漸普及，人們越來越要求盡可能方便、快捷、移動式的使用校園網(wǎng)絡。這樣傳統(tǒng)局域網(wǎng)絡已經(jīng)越來越不能滿足人們的需求，于是無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network，WLAN）應運而生，且發(fā)展迅速。在這種情況下，建設校園無線網(wǎng)絡已是迫在眉睫。1.2 課題研究目的和意義校園網(wǎng)已經(jīng)成為校園生活的重要組成部分，是教職員工和學生獲取資源和信息的主要途徑。它將校園里的院系、

15、學生與從事社交、學術、業(yè)務活動的行政人員緊密地聯(lián)系在一起，在教育系統(tǒng)中具有重要的作用。目前，越來越多的學生擁有筆記本電腦，在教室、實驗室、圖書館、大型會議室、體育館、室外廣場等場合如何突破有線網(wǎng)絡節(jié)點的限制，解決多人同時上網(wǎng)的問題在應用中不可避免。無線網(wǎng)絡解決方案能有效解決校園網(wǎng)建設中存在的傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡無法解決的難題，無線網(wǎng)絡技術具有無縫三維覆蓋、可移動通信等優(yōu)點，彌補了有線網(wǎng)絡的不足。如果校園網(wǎng)中采用了無線接入，教學區(qū)、科研區(qū)的學生和老師就可通過帶無線終端的設備輕松聯(lián)入校園網(wǎng)絡，可滿足師生在線遠程教育、瀏覽信息、文件傳輸和多媒體等服務；課后、周末的時候，學生在草坪、操場等休閑場所隨時隨地進行

16、網(wǎng)絡音樂、視頻的點播；圖書管理員的工作也會變得井然有序，學生可以使用自己隨身攜帶的筆記本電腦聯(lián)入學校圖書管理系統(tǒng)，快速查找自己所需的資料，隨時檢查自己所借的圖書是否已到了歸還期這一切讓校園生活變得輕松而時尚，提高了學校的教學質量和競爭力。1.3 國內(nèi)外概括 我國無線網(wǎng)絡現(xiàn)狀隨著上世紀九十年代CERNET項目的啟動和應用，大學校園網(wǎng)的應用發(fā)展已經(jīng)歷了十個春秋，它給大學的教學、科研、管理及師生的學習生活帶來了革命性的改變，給大學的教育注入了巨大的活力，展現(xiàn)出一幅欣欣向榮的前景。據(jù)統(tǒng)計我國99以上的高校建設了校園網(wǎng)，其中65的高校校園網(wǎng)接入速率超過1000M，平均每所高校用于教學、科研、管理的計算機

17、數(shù)量為3293臺；平均每所高校提供學生使用的計算機數(shù)量為3665臺。其中綜合類重點大學接入的計算機則超過了7280臺。全國高校接入個人用戶高達1800萬，多數(shù)高校的教室也提供了校園網(wǎng)接入環(huán)境，在學生宿舍聯(lián)網(wǎng)方面，總體上已有74的高校將學生宿舍接入校園網(wǎng)。同時我國的無線校園網(wǎng)絡建設步伐也緊跟著技術的進步取得了長足的發(fā)展，2002年2月，國內(nèi)第一個覆蓋整體校園的無線校園網(wǎng)絡在上海中學校園內(nèi)建成，其覆蓋面涉及教學辦公樓、教學樓、會議室、報告廳、電子閱覽室、體育館、學生宿舍以及校園草坪。2002年5月，北京大學著手構建整體校園的大型無線網(wǎng)絡環(huán)境，在有線網(wǎng)絡基礎上，北大在2002年7月份率先實現(xiàn)了校園無

18、線網(wǎng)，提供11M的帶寬，支持近5000個用戶，改善了北大信息網(wǎng)絡基礎設施的環(huán)境，也為數(shù)字校園建設提供了更為堅實的基礎，成為建設無線校園網(wǎng)絡又一項具有代表意義的典范。繼北大之后，北京師范大學、北京郵電大學、對外經(jīng)貿(mào)大學、中國礦業(yè)大學、上海同濟大學、西安交通大學、武漢大學等高校都相繼采用了無線方式搭建或者補充校園網(wǎng)，建立了自己的無線校園環(huán)境。據(jù)教育部一項調(diào)查表明， 到2005年，我國已經(jīng)有15.1的高校建有無線校園網(wǎng)，同時有36.2的高校計劃建設無線校園網(wǎng)，兩項合計達到了51.3。 隨著無線技術的進步，教育需求和資源的變化、發(fā)展，無線系統(tǒng)正逐漸成為不少發(fā)達國家教育機構、院?；虿块T的重要組成部分。特

19、別是在美國、加拿大、澳大利亞、日本等國，無線校園已經(jīng)成為提升教學環(huán)境品質，提高教育資源利用率，增加教育靈活性和交流性的重要方式。如新加坡南洋科技大學(NTU)的無線校園網(wǎng)規(guī)模相當可觀，覆蓋了整個200公頃的校園，該網(wǎng)絡采用IEEE802.11b標準，整個無線校園網(wǎng)絡可以供21000名學生和3000名職員使用。一些研究顯示，國外的無線校園在改善校園的教育質量、擴大教育影響力、促進學術研究等方面有著明顯的正面作用，甚至在部分院校中已經(jīng)成為某些學科主要的教學平臺。而另一些研究則顯示，國外教育院校對無線校園網(wǎng)的依賴程度正逐漸提高。歐洲多所知名大學提出利用無線網(wǎng)絡實現(xiàn)校內(nèi)授課項目，加拿大北阿爾博特技術學

20、院(NAIT)和多倫多Seneca學院目前已成功將無線技術應用于會計專業(yè)學生的日常學習中。 最近一項調(diào)查表明，美國未來兩年內(nèi)將近有四分之三的高校有擴大無線網(wǎng)絡的建設計劃。這是一個關鍵的調(diào)查結果，由通信信息技術專業(yè)委員會ACUTA()新進成員于2008年秋季在波士頓舉行的高等教育通信研討會上進行調(diào)查所得出的結果。調(diào)查顯示，60的受訪者提到將部署無線網(wǎng)絡，13的要求安裝光纖電纜；還有13的希望重新升級布線技術。三分之二的受訪者提到，“任何地方都有連接”這將會是需求，也是其網(wǎng)絡改變的關鍵。1.4本論文的研究內(nèi)容和章節(jié)安排在本次論文過程中，主要深入研究分析了無線局域網(wǎng)在建工學

21、院部署的優(yōu)勢以及無線局域網(wǎng)相關安全技術措施，探索了安全無線局域網(wǎng)在無線校園網(wǎng)絡中基本應用，結合建工學院無線校園網(wǎng)建設的需求，提出了一個安全無線校園網(wǎng)的解決方案。全文共分七章，各章的安排如下：第一章介紹了本課題的研究背景、研究的意義、無線局域網(wǎng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。第二章介紹了有線無線綜合網(wǎng)絡組建的相關理論，包括組網(wǎng)技術、組網(wǎng)總體思路、無線網(wǎng)絡設計步驟等。第三章確定北京建筑工程學院部分無線網(wǎng)絡建設需求分析及無線網(wǎng)絡建設目標。第四章詳細介紹北建工基于802.11n的無線網(wǎng)絡的設計，包括方案的設計、設備的選取、設備數(shù)量的統(tǒng)計。第五章介紹分析了RA DI US認證協(xié)議基本原理， 并提出在無線校園網(wǎng)中應用方

22、案。第六章介紹了無線網(wǎng)絡的性能與測試的理論與方法。 2 有線無線綜合網(wǎng)絡組建的相關理論2.1 有線無線綜合網(wǎng)絡組建的可行性分析首先，這兩種標準都是有IEEE組織認證的，因此，從標準制定方面兩者的結合是具有先天優(yōu)勢的。此外，WLAN技術是采用CSMA/CA共享方式，載播偵聽、多路訪問，沖突避免協(xié)議等與有線網(wǎng)絡采用的CSMA/CD相類似。所有這些都從技術角度為WLAN和現(xiàn)有有線網(wǎng)絡的無縫連接提供了廣泛的可能。其次，我國經(jīng)過多年的教育信息化建設，有線網(wǎng)絡在高校中已經(jīng)得到了比較廣泛的布設和深入的應用，雖然存在信息點固定，不便移動接入，建設費用較高等客觀問題，但在穩(wěn)定性、帶寬、速率等方面有著不可替代的優(yōu)

23、勢，因此不可能棄置不用，最佳解決方案就是進行有線網(wǎng)絡的升級和改造，從而建成一個高速、 便捷、覆蓋廣泛的網(wǎng)絡系統(tǒng)。對于大多數(shù)校園來說，實用性、先進性、成熟性、標準性、經(jīng)濟性、安全性、 可靠性、開放性、可擴充性是校園網(wǎng)絡的基本準則，在此準則下，單純的有線網(wǎng)絡和單純的無線網(wǎng)絡都無法實現(xiàn)這個目標，而且校園內(nèi)空間較大、需求也不盡相 同，因此利用兩種網(wǎng)絡組建技術綜合網(wǎng)絡進行優(yōu)勢互補可以達到上述要求。 2.2 有線無線綜合網(wǎng)絡組建的總體思路 利用有線網(wǎng)絡建設校園骨干網(wǎng)由于校園用戶較多，教師、學生是網(wǎng)絡需求的主體人群，因此對網(wǎng)絡的流量要求較高，另外的由于有些辦公室等資料屬保密資料，對網(wǎng)絡安全性和網(wǎng)絡流量的穩(wěn)定

24、性要求都較高，而這些是無線網(wǎng)絡所無法做到的。故在校園的骨干網(wǎng)絡中 采用有線網(wǎng)絡是最合適的選擇。 利用無線網(wǎng)絡對現(xiàn)有網(wǎng)絡進行擴容改造無線網(wǎng)絡的優(yōu)勢在于移動性，校園網(wǎng)絡原有網(wǎng)絡已經(jīng)形成后。由于線纜布設受建筑物的限制，經(jīng)常存在網(wǎng)絡的盲點或者無法布線的區(qū)域，另外隨著筆記本的普及，校園內(nèi)的學術研討和會議越來越要求移動網(wǎng)絡信息點。此時無線網(wǎng)絡的優(yōu)越性能得到足夠的發(fā)揮，在這些區(qū)域采用無線網(wǎng)絡建設WLAN將能夠解決這些問題。2.3 無線網(wǎng)絡綜合組建步驟 確定網(wǎng)絡設計目標在進行網(wǎng)絡設計時有許多因素需要進行考慮。應先考慮網(wǎng)絡需要達到的性能，如網(wǎng)絡系統(tǒng)的管理內(nèi)容和規(guī)模，系統(tǒng)的正常運轉要求，應達到的速度和處理的數(shù)據(jù)量

25、等。網(wǎng)絡設計的目標，要滿足一定的需求，在網(wǎng)絡的功能、性能、造價等方面都需要加以考慮。選擇實施網(wǎng)絡方案通常要考慮如何以較低的運作及建成本構建一個在整體性能、擴展性、安全性、可靠性等方面都具有良好表現(xiàn)、易于操作和使用、具有較好的維護性的網(wǎng)絡等關鍵決策因素。 網(wǎng)絡需求分析和可行性分析包括環(huán)境分析、用戶需求分析、管理需求分析、安全需求分析。（1）環(huán)境分析 對于綜合網(wǎng)絡建設過程中，先考察校園環(huán)境是必須的，需要根據(jù)具體建筑物的分布來決定綜合布線或者是使用無線網(wǎng)絡的方式。 （2）用戶需求分析 在校園網(wǎng)絡中，必須對網(wǎng)絡的用戶需求有明確的認識，把校園中存在的用戶需求點羅列出來，并了解清楚各個區(qū)域用戶的接入數(shù)量以

26、及要求達到的網(wǎng)絡要 （3）管理需求分析作為一個成熟的校園網(wǎng)絡，對網(wǎng)絡的管理也是必須了解清楚，不同的區(qū)域有不同的管理方式，如學生宿舍上網(wǎng)和圖書館網(wǎng)絡就有不同的管理方式。（4）安全需求分析校園網(wǎng)的安全一直是網(wǎng)絡中非常重要的組成部分，了解不同部門不同區(qū)域對安全和保密性的等級做出計劃是需求分析中非常重要的一環(huán)。 無線通信網(wǎng)絡的規(guī)劃與設計原則 （1）遵循面向應用，注重實效，急用先上，逐步完善的原則；充分保護已有投資，不設計成華而不實的網(wǎng)絡，也不設計成利用率低下的網(wǎng)絡，要以實用性的原則為依據(jù)，建設具有最低TCO（擁有的總成本最低） 、最高性價比的WLAN。（2）采用先進成熟的網(wǎng)絡概念、技術、方法與設備，既

27、反映當今先進水平，又給未來的發(fā)展留有余地。（3）系統(tǒng)必須可靠運行， 主要的、 關鍵的設備應有冗余， 一旦系統(tǒng)某些部分出現(xiàn)故障， 應能很快恢復工作，并且不能造成任何損失。（4）系統(tǒng)是一個逐步發(fā)展的應用環(huán)境，在系統(tǒng)結構、產(chǎn)品系統(tǒng)、系統(tǒng)容量與處理能力等方面必須具有升級換代的可能， 這種擴充不僅能充分保護原有資源， 而且具有較高的性能價格比。（5）系統(tǒng)具有良好的網(wǎng)絡管理、網(wǎng)絡監(jiān)控、故障分析和處理能力，使系統(tǒng)具有極高的可維護性。（6）必須具有高度的保密機制，靈活方便的權限設定和控制機制，以使系統(tǒng)具有多種手段來防備各種形式的非法侵入和機密信息的泄露。 無線局域網(wǎng)設計的步驟（1） 進行初步調(diào)查 初步調(diào)查是整

28、個網(wǎng)絡設計過程中的重要環(huán)節(jié)。網(wǎng)絡設計時要通過各種手段和方法來解決五個問題，即：誰在用網(wǎng)絡？用戶用什么設備訪問網(wǎng)絡？用戶什么時候用網(wǎng)絡？用戶在哪里使用網(wǎng)絡？用戶為什么要使用網(wǎng)絡？（2） 對現(xiàn)有環(huán)境進行分析 主要任務就是要充分理解現(xiàn)有網(wǎng)絡、系統(tǒng)、用戶（即應用）之間的相互關系（即相互作用），努力發(fā)現(xiàn)它們之間的問題，并找到切實可行的解決方案。 （3） 制定初步設計方案 這一階段，需要正式將解決方案書面化：初步設計文檔、網(wǎng)絡拓撲結構圖、數(shù)據(jù)流圖等。（4） 確定詳細設計 在詳細設計階段，所有在初步設計評審中提到的變化都要考慮，并將它們結合到詳細設計中來；應確保任何在初步設計評審中所制定的功能改變都不會影響

29、設計的整體方案。（5） 執(zhí)行和實習階段 設計過程這一階段的關鍵是使設計的實施對現(xiàn)有的網(wǎng)絡以及網(wǎng)絡用戶所產(chǎn)生的負面影響降到最低，使新網(wǎng)絡設計所要求的有效安裝最大化。 （6） 整理文檔主要目的就是收集所有相關的網(wǎng)絡和系統(tǒng)信息以作為將來維持網(wǎng)絡的使用壽命與各項功能的參考。 無線通信網(wǎng)絡的技術特征在MAC層以下，802.11規(guī)定了三種發(fā)送及接收技術：擴頻(Spread Spectrum)技術：擴展頻譜通信（Spread Spectrum Communication）簡稱擴頻通信，其特點是傳輸信息所用的帶寬遠大于信息本身帶寬。擴頻通信技術在發(fā)端以擴頻編碼進行擴頻調(diào)制，在收端以相關解調(diào)技術收信，這一過程使

30、其具有諸多優(yōu)良特性。紅外(Infrared)技術：實際上其波段是指其波長約在0.75微米到1000微米的電磁波。窄帶(Narrow Band)技術：用于2.5GHz/5.7GHz的MMDS系統(tǒng)。它采用先進的VOFDM技術實現(xiàn)無線通信，在大樓林立的城市里利用“多徑”，實現(xiàn)單載波6MHz帶寬下傳輸速率高達22Mbit/s的數(shù)據(jù)接入，頻譜效率較高，在2.5GHz頻段可達到90%的通信概率，在5.7GHz頻段可達到80%以上的通信概率。 幾種IEEE802.11標準的性能及特點迄今為止，電子電器工程師協(xié)會(IEEE)已經(jīng)開發(fā)并制定了4種正式的 IEEE802.11無線局域網(wǎng)規(guī)范：IEEE802.11、

31、IEEE802.11b、IEEE802.11a、 IEEE802.11g，后三個標準是IEEE802.11的升級。早期的IEEE802.1l標準數(shù)據(jù)傳輸率為2Mbps，后經(jīng)過改進，傳輸速率達11Mbps的IEEE802.11b也緊跟著出臺。但隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，特別是IP語音、視頻數(shù)據(jù)流等高帶寬網(wǎng)絡應用的頻繁，IEEE802.11b規(guī)范11Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率有些力不從心。于是，傳輸速率高達54Mbps的IEEE802.1la和IEEE802.11g隨即誕生。下面就從性能及特點上入手，分別介紹這幾種當今主流的IEEE802.1l無線網(wǎng)絡規(guī)范。 IEEE802.11b1999年9月正式通過的IEEE

32、80211b標準是IEEE8021l協(xié)議標準的擴展。它可以支持最高11Mbps的數(shù)據(jù)速率，運行在2.4GHz的ISM頻段上，采用的調(diào)制技術是CCK。但是隨著用戶不斷增長的對數(shù)據(jù)速率的要求，CCK調(diào)制方式就不再是一種合適的方法了。因為對于直接序列擴頻技術來說，為了取得較高的數(shù)據(jù)速率，并達到擴頻的目的，選取的碼片的速率就要更高，這對于現(xiàn)有的碼片來說比較困難；對于接收端的RAKE接收機來說，在高速數(shù)據(jù)速率的情況下，為了達到良好的時間分集效果，要求RAKE接收機有更復雜的結構，在硬件上不易實現(xiàn)。(2)IEEE802.11aIEEE802.11a工作5GHz頻段上，使用OFDM調(diào)制技術可支持54Mbps

33、的傳輸速率。802.11a與802.11b兩個標準都存在著各自的優(yōu)缺點，802.11b的優(yōu)勢在于價格低廉，但速率較低(最高11Mbps)；而802.11a優(yōu)勢在于傳輸速率快(最高54Mbps)且受干擾少，但價格相對較高。另外，11a與11b工作在不同的頻段上，不能工作在同一AP的網(wǎng)絡里，因此11a與11b互不兼容。(3)IEEE802.11g該草案與以前的802.11協(xié)議標準相比有以下兩個特點：其在2.4G頻段使用OFDM調(diào)制技術，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到20Mbps以上；IEEE802.1lg標準能夠與802.11b的WIFI系統(tǒng)互相連通，共存在同一AP的網(wǎng)絡里，保障了后向兼容性。IEEE802

34、.11g的數(shù)據(jù)鏈路層包括邏輯鏈路控制LLC子層和媒體接入控制MAC子層。IEEE802.1lg物理幀包括引導信號(Preamble)、信頭(Header)和負載 (Payload)。 目前應用于無線局域網(wǎng)的關鍵技術大致有三種：直序列擴頻調(diào)制技術DSSS及補碼鍵控技術CCK：包二進制卷積技術PBCC：正交頻分復用技術OFDM。目前，擴頻調(diào)制技術正成為主流，而OFDM技術由于其優(yōu)越的傳輸性能成為人們關注的 新焦點啪1。 OFDM技術是一種無線環(huán)境下的高速多載波傳輸技術。OFDM技術的主要思想是：在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，從而有

35、效抑制無線信道的時間彌散所帶來的符號間干擾ISI。這樣就降低了接收機內(nèi)均衡的復雜度，有時甚至可以不采用均衡器，僅通過插入循環(huán)前綴的方式消除ISI的不利影響。(4) IEEE802.11n前幾代標準存在的問題，促使IEEE開始著手研究新一代的無線網(wǎng)絡標準一一IEEE802.11n，目標是將無線局域網(wǎng)傳輸速率提升至600Mbps并且增大傳輸范圍，以取代現(xiàn)行的IEEE802.1lg和802.1lg+標準。2009年1月，以英特爾為主的EWC(Enhanced Wireless Consortium)聯(lián)盟提出的草案獲得IEEE承認，正式成為IEEE802.1ln的標準。 IEEE802.11n將WLA

36、N的傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mbps 增加至108Mbps以上，最高速率可達320Mbps，成為802.11b、802.11a、802.11g之后的另一場重頭戲。和以往的802.11標準不同，802.1ln協(xié)議為雙頻工作模式(包含2.4GHz和5GHz兩個工作頻段)。這樣11n保障了與以往的802.11a、 b、g標準兼容。 IEEE802.1ln采用MIMO與OFDM相結合，使傳輸速率成倍提高。另外，天線技術及傳輸技術，使得無線局域網(wǎng)的傳輸距離大大增加，可以達到幾公里(并且能夠保障100Mbps的傳輸速率)。IEEE802.11n標準全面改進了802.1l標準，不僅涉及

37、物理層標準，同時也采用新的高性能無線傳輸技術提升 MAC層的性能，優(yōu)化數(shù)據(jù)幀結構，提高網(wǎng)絡的吞吐量性能。 無線組網(wǎng)方式（1）無線組網(wǎng) 組網(wǎng)要求：在局域網(wǎng)內(nèi)用無 線的方式組網(wǎng)，實現(xiàn)各設備間的資源共享。 組網(wǎng)方式：在局域網(wǎng)中心放置無線接入點，上網(wǎng)設備上加裝無線網(wǎng)卡。 （2）點到點連接 單機與計算機網(wǎng)絡的無線連接組網(wǎng)要求：實現(xiàn)遠端計算機與計算機網(wǎng)絡中心的無線連接 組網(wǎng)方式：在計算機網(wǎng)絡中心加裝無線接入點外接定向天線，在單機上加裝無線網(wǎng)卡外接定向天線與網(wǎng)絡中心相對。計算機網(wǎng)絡間的無線連接組網(wǎng)要求：實現(xiàn)遠端計算機網(wǎng)絡與計算機網(wǎng)絡中心的無線連接 組網(wǎng)方式：在計算機網(wǎng)絡中心加裝無線接入點外接定向天線，在遠端

38、計算機網(wǎng)絡加裝無線接入點外接定向天線與網(wǎng)絡中心相對。（3） 點到多點的連接 異頻多點連接 組網(wǎng)要求：有 A 、 B 、 C 三個有線網(wǎng)絡， A 為中心網(wǎng)絡，要實現(xiàn) A 網(wǎng)分別與 B 網(wǎng)和 C 網(wǎng)的無線連接。 組網(wǎng)方式：在 A 網(wǎng)加裝無線網(wǎng)橋外接定向天線，在 B 網(wǎng)加裝無線網(wǎng)橋外接定向天線和 A 網(wǎng)相對；在 A 網(wǎng)加裝另一無線網(wǎng)橋外接定向天線，在 C 網(wǎng)加裝無線網(wǎng)橋外接定向天線 和 A 網(wǎng)的第二個定向天線相對。 同頻多點連接 組網(wǎng)要求：有 A 、 B 、 C 、 D 四個有線網(wǎng)絡， A 為中心網(wǎng)絡，要實現(xiàn) A 網(wǎng)分別與 B 網(wǎng)、 C 網(wǎng)、 D 網(wǎng)的無線連接。 組網(wǎng)方式：在 A 網(wǎng)加裝無線網(wǎng)橋外接

39、全向天線，在 B 網(wǎng)、 C 網(wǎng)、 D 網(wǎng)各加裝無線網(wǎng)橋外接定向天線和 A 網(wǎng)相對， A 網(wǎng)與 B 、 C 、 D 三網(wǎng)以相同的頻率建立連接。 （4） 面向區(qū)域的移動上網(wǎng)服務 組網(wǎng)要求：在較大的范圍內(nèi)為在此區(qū)域內(nèi)的移動設備提供移動上網(wǎng)服務。 組網(wǎng)方式：在區(qū)域內(nèi)進行基站選點，在每個基站放置無線接入點外接全向天線，形成多個互相交疊的蜂窩來覆蓋要聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域。移動設備上加裝無線網(wǎng)卡，即可享受在此范圍內(nèi)的移動聯(lián)網(wǎng)服務。（5）中繼連接 跨越障礙物的連接 組網(wǎng)要求：兩個網(wǎng)絡間要實現(xiàn)無線組網(wǎng)，但兩個網(wǎng)絡的地理位置間有障礙物，不存在微波傳輸所要求的可視路徑。 組網(wǎng)方式：采用建立中繼中心的方式，尋找一個能同時看到兩

40、個網(wǎng)絡的位置設置中繼點，使兩個網(wǎng)絡能夠通過中繼建立連接。 長距離連接 組網(wǎng)要求：兩個網(wǎng)絡間要實現(xiàn)無線組網(wǎng)，但兩個網(wǎng)絡的距離超過了點對點連接能達到的最大通信距離。 組網(wǎng)方式：在兩個網(wǎng)絡間建立一個中繼點，使兩個網(wǎng)絡能夠通過中繼建立連接。（6）網(wǎng)狀網(wǎng)連接 無線網(wǎng)狀網(wǎng)是純無線網(wǎng)絡的系統(tǒng)，網(wǎng)絡內(nèi)的各個 AP 之間可以通過無線通道直接相互連接。 相互間無線連接的 AP 數(shù)量可以不受限制。通常一個城市里面可以有上萬臺 AP 同時在網(wǎng)絡上協(xié)調(diào)工作。無線網(wǎng)狀網(wǎng)整體網(wǎng)絡中的任何位置的 AP 都擁有相同的帶寬，不會因多級連接而降低帶寬。無線網(wǎng)狀網(wǎng)可以構成覆蓋城市范圍的寬帶無線通訊網(wǎng)，可以提供無線的 VOIP 和移動

41、寬帶多媒體通信服務，也可以為某些特定行業(yè)用戶，提供城域寬帶無線移動接入服務。2.4 無線網(wǎng)絡的安全問題隨著無線局域網(wǎng)的推廣使用，WLAN網(wǎng)絡信息系統(tǒng)所面臨的安全問題也發(fā)生了很大的變化。任何人可以從任何地方、于任何時間、向任何一個目標發(fā)起攻擊，系統(tǒng)要面臨來自外部、內(nèi)部、自然等多方面的威脅。對WLAN來說，其安全性主要體現(xiàn)在訪問控制和數(shù)據(jù)加密兩個方面。可以說，所有有線網(wǎng)絡存在的安全威脅和隱患在無線網(wǎng)絡中也都同樣存在。同時，任何不可信的無線設備可以在信號覆蓋范圍內(nèi)進行網(wǎng)絡接入的嘗試也一定程度上暴露了網(wǎng)絡的存在。同時，外部人員可以通過無線網(wǎng)絡繞過防火墻，對學校內(nèi)部數(shù)據(jù)非法存取；內(nèi)部教師和學生可以私自設

42、置無線網(wǎng)卡，使用例如P2P等方式與外界通信，大量占據(jù)可用帶寬。為了保護無線網(wǎng)絡免于攻擊入侵的威脅，用戶應該提高使用的安全性，IEEE802.11系列標準從多個層次定義了安全性控制手段。(1)SSID訪問控制業(yè)務組標識符(SSID)：無線客戶端必須出示正確的SSID才能訪問無線接入點AP。利用SSID，可以很好地進行用戶群體分組，避免任意漫游帶來的安全和訪問性能的問題，從而為無線局域網(wǎng)提供一定的安全性。然而無線接入點AP周期向外廣播其SSID，使安全程度下降。另外，一般情況下，用戶自己配置客戶端系統(tǒng)，所以很多人都知道該SSID，很容易共享給非法用戶。況且有的廠家支持any方式，只要無線客戶端處在

43、AP范圍內(nèi)，那么它都會自動連接到AP，這將繞過SSID的安全功能。(2)MAC地址過濾物理地址(MAC)過濾：每個無線客戶端網(wǎng)卡都由惟一的物理地址標識，因此可以在AP中手工維護一組允許訪問的MAC地址列表，實現(xiàn)物理地址過濾。物理地址過濾屬于硬件認證，而不是用戶認證。這種方式要求AP中的MAC地址列表必須隨時更新，目前都是手工操作；如果用戶增加，則擴展能力很差，因此只適合于小型網(wǎng)絡規(guī)模。另外，非法用戶利用網(wǎng)絡偵聽手段很容易竊取合法的MAC地址，而且MAC地址并不難修改，因此非法用戶完全可以盜用合法的MAC地址進行非法接入。(3)802.1l的認證服務802.11站點(AP或工作站)在與另一個站點

44、通信之前都必須進行認證服務，兩個站點能否通過認證是能否相互通信的根據(jù)。802.11標準定義了兩種認證服務：開放系統(tǒng)認證和共享密鑰認證。3 北京建筑工程學院部分無線網(wǎng)絡建設需求分析3.1 需求分析隨著校園網(wǎng)絡信息化的普及，校園內(nèi)越來越要求盡可能方便、快速、移動式的使用網(wǎng)絡，同時，隨著筆記本電腦的普及，越來越多網(wǎng)絡訪問將走出有線網(wǎng)絡的場合，如室外廣場、大型教室、禮堂、會議室、圖書館體育場館等場所，這對于校園網(wǎng)的管理者和建設者來說，是急需思考與解決的問題。面對新時期的挑戰(zhàn)，在經(jīng)過仔細的可行性論證與探索之后，北京建筑工程學院啟動全校無線網(wǎng)絡建設項目，旨在建成高速率、廣覆蓋、易管理的安全可信校園無線網(wǎng)絡

45、，以滿足校園網(wǎng)的可持續(xù)性發(fā)展要求，進一步提升學校的綜合競爭實力，向世界一流大學邁進。 北京建筑工程學院在校學生現(xiàn)有一萬人，目前筆記本電腦的擁有量高達3500臺左右，在同類型高校中，筆記本電腦的普及率非常高。針對大量的移動終端來講，靈活的接入網(wǎng)絡呼聲很強烈。通過無線網(wǎng)絡利用教育科研信息網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)上的各種信息，實現(xiàn)資源共享，能夠為移動終端提供高效率的連接方式。 此次無線網(wǎng)絡的建設是在北京建筑工程學院原有的有線網(wǎng)絡上，進行無線網(wǎng)絡擴充。在包含主教學樓在內(nèi)的所有教學樓階梯教室、會議廳、辦公室、廣場綠地，進行全方位立體式無線覆蓋，讓師生們可以隨時隨地、無拘束的連接到網(wǎng)絡。該校具有完善的有線網(wǎng)絡結構，新的

46、無線網(wǎng)絡建設要求在網(wǎng)絡互聯(lián)、安全防御等方面與有線網(wǎng)絡進行良好的兼容和互補，并在無線網(wǎng)絡認證計費方面無縫融合。 在整體無線網(wǎng)絡的規(guī)劃中，始終以高效、穩(wěn)定、安全為總體設計目標，同時保證易于使用、用戶界面統(tǒng)一、標準，表現(xiàn)力強；易于安裝和維護，網(wǎng)絡運行質量高；開放性好，便于移植、擴展和推廣；具備較好的性能價格比，并在幾年內(nèi)保持解決方案與技術上的領先，為用戶提供一個靈活的移動教學和辦公的“平臺”，對用戶和無線網(wǎng)絡進行有效的管理，構建了一個穩(wěn)定的、可拓展的無線校園網(wǎng)環(huán)境。 3.2 建設目標教育機構的信息網(wǎng)絡建設越來越受到重視，近些年來各個高校信息化建設及教育資源信息化都在飛速的發(fā)展。從網(wǎng)絡結構和形式上看，

47、大部分網(wǎng)絡都是逐步從UTP雙絞線擴展到光纖樓宇等方式的互聯(lián)。網(wǎng)絡速率從10M發(fā)展成為1000M主干網(wǎng)絡。從中可見信息網(wǎng)絡建設是隨著技術大發(fā)展不斷更新?lián)Q代的，那么建設現(xiàn)代化的信息網(wǎng)絡需要使用更先進、更快速、更方便的信息網(wǎng)絡通信技術。目的和意義總結如下：(1)解決有線網(wǎng)絡不能完全覆蓋校園問題(2)解決信息網(wǎng)絡接入方式單一，網(wǎng)絡承載壓力大的問題(3)解決學生及教職工上網(wǎng)管理的問題(4)完善教學環(huán)境及實驗環(huán)境的互動性(5)提升校園整體形象，建設“數(shù)字化校園”(6)提高教學質量，豐富學生業(yè)余生活無線覆蓋范圍：建工學院教1、教2、教3、教4、教5、食堂、籃球場、大活（一層）、實驗5號、體育場、實驗2號（第

48、5層）、實驗1號3.4 建工學院實際平面圖及無線網(wǎng)規(guī)劃圖3.1展示了北京建筑工程學院本校校園平面圖，根據(jù)此圖對無線網(wǎng)進行規(guī)劃。圖3.1 北京建筑工程學院本校校園平面圖根據(jù)圖 3.1 設計建工無線局域網(wǎng)主干網(wǎng)絡，設計如下圖3.2圖3.2 建工校園主干無線網(wǎng)絡設計3.5 無線網(wǎng)絡總體設計拓撲圖圖 3.3 無線網(wǎng)絡總體設計拓撲圖3.6 用戶流量及數(shù)量的分析 針對建工學院教1、教2、教3、教4、教5、食堂、籃球場、大活、實驗5號、體育場、實驗2號、實驗1號的實際情況，初步預估上網(wǎng)者數(shù)量。表 3.1 用戶數(shù)量分析位置人數(shù)教1400教2320教3160教4240教5160食堂80籃球場80大活80實驗5號

49、80體育場80實驗2號80實驗1號804 基于802.11的無線校園網(wǎng)設計與實現(xiàn)4.1 無線網(wǎng)絡技術選型校園的網(wǎng)絡化、信息化進程正深刻地改變著學校的教職工和學生的生活方式和工作方式。Internet技術應用以及電子校園的飛速增長，給學校生活工作的各個層面帶來了深刻的影響?；仡橧nternet發(fā)展的全過程，大致可分為4個階段：面向終端的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，以及多處理機為中心的計算機互聯(lián)網(wǎng)，計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)體系結構的標準化。以及現(xiàn)代混合型的Internet網(wǎng)絡；同時無線局域網(wǎng)技術經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已經(jīng)歷了三代技術及產(chǎn)品的發(fā)展。第一代無線局域網(wǎng)主要是采用FatAP（即“胖”AP），每一臺AP都要單獨進行配

50、置，費時、費力、費成本；第二代無線局域網(wǎng)融入了無線網(wǎng)關功能但還是不能集中進行管理和配置，其管理性和安全性以及對有線網(wǎng)絡的依賴成為了第一代和第二代WLAN產(chǎn)品發(fā)展的瓶頸，由于這一代技術的AP存儲了大量的網(wǎng)絡和安全的配置，包括加密的鑰匙，Radius client的安全密碼（secret）等，而AP又是分散在建筑物中的各個位置，一旦AP的配置被盜取讀出并修改，其無線網(wǎng)絡系統(tǒng)就失去了安全性。另外由于AC或無線網(wǎng)關的硬件多數(shù)是基于Pentium架構的，所以當用戶接入數(shù)量（IP sessions）增多時，無線網(wǎng)的性能會急劇下載，時常會發(fā)生掉線或死機情況。在這樣的環(huán)境下，基于無線交換機技術的第三代WLAN

51、產(chǎn)品應運而生。第三代無線局域網(wǎng)采用無線交換機和FIT AP（即“廋”AP）的架構，對傳統(tǒng)WLAN設備功能做了重新劃分，將密集型的無線網(wǎng)絡和安全處理功能轉移到集中的WLAN交換機中實現(xiàn)，同時加入了許多重要新功能，諸如無線管理、AP間自適應、無線安管、RF監(jiān)測、無縫漫游以及Qos，使得無線局域網(wǎng)性能、網(wǎng)絡管理和安全管理能力得以大幅提高。表 4.1 FAT AP方案與FIT AP方案對比FAT AP方案FIT AP方案技術模式傳統(tǒng)主流新生產(chǎn)方式安全性傳統(tǒng)加密、認證方式，普通安全性增加射頻環(huán)境監(jiān)控，基于用戶位置安全策略，高安全性網(wǎng)絡管理對AP下發(fā)配置文件無線控制器上配置好文件，AP本身零配置，自動下載

52、配置文件用戶管理類似有線，根據(jù)AP接入的有線端口區(qū)分權限虛擬專用組方式，根據(jù)用戶名區(qū)分權限WLAN組網(wǎng)規(guī)模L2漫游，適合小規(guī)模組網(wǎng)L2、L3漫游，拓撲無關性，適合大規(guī)模組網(wǎng)增值業(yè)務能力實現(xiàn)簡單數(shù)據(jù)接入可擴展語音等豐富業(yè)務在北京建筑工程學院無線網(wǎng)絡的室內(nèi)無線覆蓋將使用大量無線接入點（AP）提供無線接入服務，必須有效實現(xiàn)多個AP的統(tǒng)一策略部署和可靠的安全認證機制，因此，采用FIT AP的解決方案，即采用無線控制器結合瘦AP與無線網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的架構。對于室外無線覆蓋，由于無線AP需安裝在室外，為適應較惡劣的環(huán)境，要配置適合室外的AP設備，并配套有設備側和天線側的防雷設備，以確保整個系統(tǒng)的正常運行。4

53、.2 無線協(xié)議的選取無線接入技術區(qū)別于有線接入的特點之一是標準不統(tǒng)一，但由于學校對網(wǎng)絡的穩(wěn)定性有較高的要求，因此選擇一個合適、成熟的網(wǎng)絡協(xié)議是設計無線網(wǎng)絡最基本的原則。目前比較流行的有IEEE802.1l、藍牙以及HomeRF(家庭網(wǎng)絡)標準等。其中又以802.11協(xié)議標準用得最為廣泛和成熟，在組建圖書館網(wǎng)絡中優(yōu)先考慮使用802.1l協(xié)議。無線網(wǎng)絡現(xiàn)行的802.11技術方案主要有802.11a、802.11b、802.11g、802.11n。其中802.1lb協(xié)議最早出臺，可是它可支持的帶寬僅11M，根本跟不上現(xiàn)行局域網(wǎng)的1000M速度，也根本不可能滿足學校用戶的需求，故不予采用。802.11

54、g與802.1la一樣擁有54Mbps的傳輸速率。其中802.11a工作在5GHz頻段，擁有12條非重疊信道。而802.11g只有11條，并且只有3條是非重疊信道(信道1、信道6、信道11)。因此802.11g在協(xié)調(diào)鄰近接入點的特性上不如802.11a。由于802.1la的12條非重疊信道能給接入點提供更多的選擇，因此它能有效降低各信道之間的“沖突"問題；此外，802.1la獨特的5GHz工作頻段 也在抗干擾性上優(yōu)于802.11b/g。 盡管5GHz工作頻段具有2.4GHz無法比擬的抗干擾優(yōu)勢，但由于頻段較高，使得802.11a的傳輸距離大打折扣，僅有30米左右。5GHz頻段的電磁波

55、在遭遇 墻壁、地板、家具等障礙物時的反射與衍射效果均不如2.4GHz頻段的電磁波好，因而造成802.1la存在覆蓋范圍偏小的缺陷；其次，由于設計復雜，基于802.11a 標準的無線產(chǎn)品的成本較高；最后就是802.11a的兼容性問題，其獨特的5GHz 頻段無法與802.1lb兼容，目前全球有幾千萬個采用802.11b標準的無線局域網(wǎng)， 如果從現(xiàn)有的802.11b網(wǎng)絡過渡到802.11a，光是更換無線AP的費用就十分可觀，更不用提數(shù)量更為龐大的無線網(wǎng)卡了。和802.11a相比，802.1lg在提供了同樣54Mbps的高速下，采用了與80211b 相同的2.4GHz頻段，能廣泛兼容802.11b協(xié)議

56、，因而解決了升級后的兼容性問題。但是802.11n將WLAN的傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mbps 增加至108Mbps以上，最高速率可達320Mbps，成為802.11b、802.11a、802.11g之后的另一場重頭戲。和以往的802.11標準不同，802.1ln協(xié)議為雙頻工作模式(包含2.4GHz和5GHz兩個工作頻段)。這樣11n保障了與以往的802.11a、 b、g標準兼容。未來的無線網(wǎng)絡更傾向于在2.4GHz/5GHz范圍內(nèi)無障礙漫游，考慮安全和產(chǎn)品選擇的成熟度，故選擇802.1ln協(xié)議的技術方案作為對建工學院網(wǎng)絡的無線建設 。表4.2 幾種IEEE802.11無線標準對比4.3 基于IEEE802.11n的無線AP產(chǎn)品性能評比 測試設備對Cisco、Aruba Network，Motoroal，和Hewlett Packard的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)進行了測試。測試設備如下：Cisco 5508無線局域網(wǎng)控制器Cisco Aironet 1252 802.11n無線接入點Aruba 6000 控制器和M3 模塊Aruba AP-7131 802.11n無線接入點HP ProCurve MSM750多服務控制器HP ProCurve MSM422 802.11n 無線接入點每個供應商的無線控制器均連接到思科Catalys