網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)課件12 WLAN課件

第12章無線局域網(wǎng)（WLAN）本章內(nèi)容無線技術(shù)基礎(chǔ)理論WLAN的應(yīng)用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)WLAN傳輸技術(shù)WLAN組件WLAN拓?fù)鋀LAN安全性課程議題無線技術(shù)基礎(chǔ)理論WLAN的發(fā)展歷程發(fā)展歷程20世紀(jì)80年代

1991年聯(lián)合成立了WECA（WirelessEthernetcompatibilityalliance,無線以太網(wǎng)兼容性聯(lián)盟），后來更名為Wi-Fi聯(lián)盟1997年，IEEE發(fā)布了無線局域網(wǎng)的802.11系列標(biāo)準(zhǔn)

1999年IEEE批準(zhǔn)了IEEE802.11a（頻段5GHz，速度54Mbit/s）標(biāo)準(zhǔn)和IEEE802.11b（頻段2.4GHz，速度11Mbit/s）標(biāo)準(zhǔn)

2003年6月，又批準(zhǔn)了IEEE802.11g(頻段2.4G，速度54Mbit/s)標(biāo)準(zhǔn)目前IEEE802.11系列的標(biāo)準(zhǔn)仍在補充當(dāng)中，WLAN技術(shù)的速率也從1Mbit/s提高到54Mbit/s

2009年9月11日，802.11n標(biāo)準(zhǔn)出臺，速率達到300Mbps~600MbpsWLAN技術(shù)分類無線通信技術(shù)分類GSMGPRSEDGETD-SCDMAWCDMACDMA2000CDMA1XIS-95HSDPALTEAIE802.11b802.11a/g802.11n802.16d802.16e802.15RFIDBluetoothPANLANMANWANUWB10kbps100kbps1Mbps10Mbps100Mbps1Gbps2G2.5G3GB3GOFDM,MIMO,智能天線IEEE3GPP/2802.20802.11TD-LTEHSDPAEVDO-RevA數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)分類WPANWLANWMAN

2.4GHzISM免費頻段低功耗、低成本短距離通信(10米)低速傳輸(723Kbps)點到點及點到多點組網(wǎng)連接便攜及固定設(shè)備2.4/5.8GHzISM免費頻段高傳輸速率（600Mbps）中近距離通信（100-300米）動態(tài)速率調(diào)整支持MESH組網(wǎng)支持慢速移動2－66G頻段

2-11GHz應(yīng)用于非視距傳輸

10-66GHz應(yīng)用于視距傳輸較高傳輸速率

802.16-2009最大速率144Mbps802.16e最大下載速率6Mbps遠(yuǎn)距離通信

802.16-2009傳輸距離50km802.16e傳輸距離3-5km支持車速移動(802.16e)WLAN相關(guān)組織IEEE

只定義OSI兩層以下的協(xié)議3GPPWLAN與3G結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及信令交互WLAN的主要技術(shù)紅外

低成本紅外數(shù)據(jù)互連，通信距離最長3米，接收角度30度。藍(lán)牙

通信距離遠(yuǎn)、無角度限制，數(shù)據(jù)速率低，成本高，誤碼率高，保密性差。一般1Mbps。HomeRF

速率達到100Mbps，與802.11b不兼容，多使用于家庭網(wǎng)絡(luò)。IEEE802.11

最新版本的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。WLAN的傳輸介質(zhì)無線信號是能夠空氣進行傳播的電磁波，無線信號不需要任何物理介質(zhì)，它在真空環(huán)境中也能夠傳輸電磁波的區(qū)別僅僅在于頻率不同。功率波、無線電波、微波、紅外光波、可見光波、紫外光波、X射線、伽馬射線等具有以下共同的重要特征WLAN的技術(shù)優(yōu)勢安裝便捷覆蓋范圍廣經(jīng)濟節(jié)約易于擴展傳輸速率高WLAN的應(yīng)用計算機無線網(wǎng)技術(shù)適用范圍：在不能使用傳統(tǒng)走線方式的地方、傳統(tǒng)布線方式困難、布線破壞性很大或因歷時等原因不能布線的地方；有水域或不易跨過的區(qū)域阻隔的地方；重復(fù)地臨時建立設(shè)置和安排通訊的地方；無權(quán)鋪設(shè)線路或線路鋪設(shè)環(huán)境可能導(dǎo)致線路損壞；時間緊急，需要迅速建立通訊，而使用有線不便、成本高或耗時長；局域網(wǎng)的用戶需要更大范圍進行移動計算的地方；行業(yè)應(yīng)用：包括企業(yè)應(yīng)用、交通運輸、零售行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、教育行業(yè)等課程議題IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11簡介IEEE802.11是第一代無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一。該標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和媒體訪問控制(MAC)協(xié)議的規(guī)范，允許無線局域網(wǎng)及無線設(shè)備制造商在一定范圍內(nèi)建立互操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。802.11——初期的規(guī)格采直接序列展頻技術(shù)或跳頻展頻技術(shù)，制定了在RF射頻頻段2.4GHz上的運用，并且提供了1Mbps、2Mbps和許多基礎(chǔ)訊號傳輸方式與服務(wù)的傳輸速率規(guī)格。802.11a——802.11的衍生版，于5.8GHz頻段提供了最高54Mbps的速率規(guī)格。802.11b——(即所謂的高速無線網(wǎng)路或Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn))802.11e——定義了無線局域網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量（quality-of-service），例如支持語音ip；802.11g——在2.4GHz頻段上提供高于20Mbps的速率規(guī)格。802.11n——2006年所采用的建議規(guī)范，此規(guī)范使得802.11a/g無線局域網(wǎng)的傳輸速率提升一倍；無線標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對比表無線技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)802.11802.11a802.11b802.11g802.11n藍(lán)牙推出時間1997年1999年1999年2002年2006年1994年工作頻段2.4GHz5GHz2.4GHz2.4GHz2.4GHz和5GHz2.4GHz最高傳輸速率2Mbps54Mbps11Mbps54Mbps108Mbps以上2Mbps實際傳輸速率低于2Mbps31Mbps6Mbps20Mbps大于30Mbps低于1Mbps傳輸距離100M80M100M150M以上100M以上10~30M主要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)圖像、語音數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、圖像、語音數(shù)據(jù)、語音、高清圖像語音、數(shù)據(jù)成本高低低低低低IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)1999年制定完成。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無線局域網(wǎng)工作頻段在5.15~5.825GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達到54Mbps/72Mbps（Turbo），傳輸距離控制在10~100米。802.11a采用正交頻分復(fù)用（OFDM）的獨特擴頻技術(shù)，可提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps的以太網(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)接口；以及TDD/TDMA的空中接口；支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)；一個扇區(qū)可接入多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端。高速WLAN協(xié)議，使用5G赫茲頻段。

最高速率54Mbps，實際使用速率約為22-26Mbps

與802.11b不兼容，是其最大的缺點。也許會因此而被802.11g淘汰。IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)1999年9月被正式批準(zhǔn)，又稱Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無線局域網(wǎng)工作頻段在2.4GHz~2.4835GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達到11Mbps。該標(biāo)準(zhǔn)是對IEEE802.11的一個補充，采用點對點模式和基本模式兩種運作模式，在數(shù)據(jù)傳輸速率方面可以根據(jù)實際情況在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率間自動切換，而且在2Mbps、1Mbps速率時與802.11兼容。802.11b使用直接序列（DirectSequence）DSSS作為協(xié)議。802.11b和工作在5GHz頻率上的802.11a標(biāo)準(zhǔn)不兼容。由于價格低廉，802.11b產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛地投入市場，并在許多實際工作場所運行。目前最流行的WLAN協(xié)議，使用2.4G赫茲頻段。最高速率11Mbps，實際使用速率根據(jù)距離和信號強度可變（150米內(nèi)1-2Mbps，50米內(nèi)可達到11Mbps）802.11b的較低速率使得無線數(shù)據(jù)網(wǎng)的使用成本能夠被大眾接受（目前接入節(jié)點的成本僅為10-30美元）。CSMA/CA與CSMA/CDCSMA/CD工作過程用戶需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)電纜上是否具有數(shù)據(jù)，即載波傳送。如果網(wǎng)絡(luò)空閑，即沒有載波傳送，則將數(shù)據(jù)裝幀，經(jīng)物理層發(fā)送出去。如果網(wǎng)絡(luò)繁忙，則監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)直到網(wǎng)絡(luò)空閑，再將數(shù)據(jù)裝幀發(fā)送。CSMA/CA工作過程當(dāng)發(fā)射端希望發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先檢測介質(zhì)是否空閑，若是介質(zhì)為空閑時，送出RTS（RequestToSend請求發(fā)送），RTS信號包括發(fā)射端的地址、接收端的地址、下一筆數(shù)據(jù)將持續(xù)發(fā)送的時間等信息，接收端收到RTS信號后，將響應(yīng)短信號CTS（ClearToSend），CTS信號上也有RTS內(nèi)記錄的持續(xù)發(fā)送的時間，當(dāng)發(fā)射端收到CTS包后，隨即開始發(fā)送數(shù)據(jù)包。接收端收到數(shù)據(jù)包后，將以包內(nèi)的CRC（循環(huán)冗余校驗）的數(shù)值來檢驗包數(shù)據(jù)是否正確，若是檢驗結(jié)果正確時，接收端將響應(yīng)ACK包，告知發(fā)射端數(shù)據(jù)己經(jīng)被成功地接收。當(dāng)發(fā)射端沒有收到接收端的ACK包時，將認(rèn)為包在傳輸過程中丟失，而一直重新發(fā)送包。IEEE802.11e/f/h標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11e標(biāo)準(zhǔn)對無線局域網(wǎng)MAC層協(xié)議提出改進，以支持多媒體傳輸，以支持所有無線局域網(wǎng)無線廣播接口的服務(wù)質(zhì)量保證QoS機制。IEEE802.11f，定義訪問節(jié)點之間的通信，支持IEEE802.11的接入點互操作協(xié)議（IAPP）。IEEE802.11h用于802.11a的頻道管理技術(shù)。802.11e基于WLAN的QoS協(xié)議，通過該協(xié)802.11a,b,g能夠進行VoIP。也就是說,802.11e是通過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)語音通話功能的協(xié)議。該協(xié)議將是無線數(shù)據(jù)網(wǎng)與傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)進行競爭的強有力武器。IEEE802.11g2001年11月批準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)可以視作對流行的802.11b標(biāo)準(zhǔn)的提速（速度從802.11b的11Mb/s提高到54Mb/s，仍然工作在2.4G頻段）。802.11g接入點支持802.11b和802.11g客戶設(shè)備。同樣，采用802.11g網(wǎng)卡的筆記本電腦也能訪問現(xiàn)有的802.11b接入點和新的802.11g接入點。802.11g是802.11b在同一頻段上的擴展。支持達到54Mbps的最高速率。兼容802.11b。該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)戰(zhàn)勝了802.11a成為下一步無線數(shù)據(jù)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11h802.11h是802.11a的擴展，目的是兼容其他5G赫茲頻段的標(biāo)準(zhǔn)，如歐盟使用的HyperLAN2。IEEE802.11iIEEE802.11i標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)合IEEE802.1x中的用戶端口身份驗證和設(shè)備驗證，對無線局域網(wǎng)MAC層進行修改與整合，定義了嚴(yán)格的加密格式和鑒權(quán)機制，以改善無線局域網(wǎng)的安全性。IEEE802.11i新修訂標(biāo)準(zhǔn)主要包括兩項內(nèi)容：“Wi-Fi保護訪問”（WPA）技術(shù)和“強健安全網(wǎng)絡(luò)”。Wi-Fi聯(lián)盟計劃采用802.11i標(biāo)準(zhǔn)作為WPA的第二個版本，并于2004年初開始實行。802.11i是新的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)安全協(xié)議，已經(jīng)普及的WEP協(xié)議中的漏洞，將成為無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的一個安全隱患。802.11i提出了新的TKIP協(xié)議解決該安全問題。IEEE802.11與OSI802.11標(biāo)準(zhǔn)主要對WLAN的物理層和MAC層做了規(guī)定，保證各廠商的產(chǎn)品在同一物理層上可以互操作，邏輯鏈路控制層是一致的，MAC層以下對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是透明的。課程議題WLAN組件WLAN組件在WLAN中最常見的組件如下：筆記本電腦和工作站無線網(wǎng)卡無線網(wǎng)橋天線無線路由器無線網(wǎng)卡無線網(wǎng)卡根據(jù)接口類型的不同，主要分為三種類型，即PCMCIA無線網(wǎng)卡PCI無線網(wǎng)卡USB無線網(wǎng)卡。什么是AP無線AP（AccessPoint）：即無線接入點，它是用于無線網(wǎng)絡(luò)的無線交換機，也是無線網(wǎng)絡(luò)的核心。無線AP是移動計算機用戶進入有線網(wǎng)絡(luò)的接入點，主要用于寬帶家庭、大樓內(nèi)部以及園區(qū)內(nèi)部，典型距離覆蓋幾十米至上百米，目前主要技術(shù)為802.11系列。大多數(shù)無線AP還帶有接入點客戶端模式（APclient），可以和其它AP進行無線連接，延展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。AP工作模式

AP可支持以下六種組網(wǎng)方式。AP模式，又被稱為基礎(chǔ)架構(gòu)模式，點對點橋接模式。點對多點橋接模式。AP客戶端模式。無線中繼模式。無線混合模式。胖AP與瘦AP

區(qū)別胖AP瘦AP安全性單點安全，無整網(wǎng)統(tǒng)一安全能力統(tǒng)一的安全防護體系，AP與無線控制器間通過數(shù)字證書進行認(rèn)證，支持2層、3層安全機制，具有IPSecVPN終結(jié)能力配置管理每個AP需要單獨配置，管理復(fù)雜AP零配置管理，統(tǒng)一由無線控制器集中配置自動RF調(diào)節(jié)沒有RF自動調(diào)節(jié)能力通過自動的RRM能力，自動調(diào)整包括信道、功率等無線參數(shù)，實現(xiàn)自動優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)配置網(wǎng)絡(luò)康復(fù)網(wǎng)絡(luò)無法自恢復(fù)，AP故障會造成無線覆蓋漏洞無需人工干擾，網(wǎng)絡(luò)具有自康復(fù)能力，自動彌補無線漏洞，自動進行無線控制器切換容量容量小，每個AP獨自工作可支持最大24個無線控制器堆疊，最大支持3600個AP無縫漫游漫游能力僅支持2層漫游功能，3層無縫漫游必須通過其他技術(shù)，如MobileIP技術(shù)實現(xiàn)，實現(xiàn)復(fù)雜，客戶端需要安裝相應(yīng)軟件支持2層、3層快速安全漫游，3層漫游通過基于瘦AP體系架構(gòu)里的LWAPP隧道技術(shù)實現(xiàn)可擴展性無擴展能力方便擴展，對于新增AP無需任何配置管理一體化網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)、室外AP產(chǎn)品需要分別單獨部署，無統(tǒng)一配置管理能力統(tǒng)一無線控制器、無線網(wǎng)管支持基于集中式無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的室內(nèi)、室外AP、MESH產(chǎn)品高級功能對于基于WiFi的高級功能，如安全、語音等支持能力很差。專門針對無線增值系統(tǒng)設(shè)計，支持豐富的無線高級功能，如安全、語音、位置業(yè)務(wù)、個性化頁面推送、基于用戶的業(yè)務(wù)/完全/服務(wù)質(zhì)量控制等等網(wǎng)絡(luò)管理能力管理能力較弱，需要固定硬件支持可視化的網(wǎng)管系統(tǒng)，可以實時監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)RF狀態(tài)，支持在網(wǎng)絡(luò)部署之前模擬真實情況進行無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的工具。銳捷無線AP產(chǎn)品RG-WG54P室內(nèi)型無線接入點

RG-P-720室內(nèi)型無線接入點

RG-P-780室外型無線接入點

RG-WGP500室外無線接入點

天線無線天線有許多種類型，常見的有兩種一種是室內(nèi)天線一種是室外天線室外天線的類型比較多一種是鍋狀的定向天線一種則是棒狀的全向天線銳捷天線產(chǎn)品

課程議題WLAN拓?fù)鋀LAN拓?fù)漕愋驮跓o線局域網(wǎng)WLAN中，主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只有兩類：一種就是類似于對等網(wǎng)的Ad-Hoc結(jié)構(gòu)；另一種則是類似于有線局域網(wǎng)中星型結(jié)構(gòu)的Infrastructure結(jié)構(gòu)。點對點Ad-Hoc結(jié)構(gòu)點對點Ad-Hoc對等結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于有線網(wǎng)絡(luò)中的多機（一般最多是3臺機）直接通過網(wǎng)卡互聯(lián)，信號是直接在兩個通信端點對點傳輸?shù)?。Infrastructure結(jié)構(gòu)與有線網(wǎng)絡(luò)中的星型交換模式差不多，也屬于集中式結(jié)構(gòu)類型，其中的無線AP相當(dāng)于有線網(wǎng)絡(luò)中的交換機，起著集中連接和數(shù)據(jù)交換的作用。特點主要表現(xiàn)在：網(wǎng)絡(luò)易于擴展便于集中管理能提供用戶身份驗證等優(yōu)勢數(shù)據(jù)傳輸性能也明顯高于Ad-Hoc對等結(jié)構(gòu)?；贏P的Infrastructure結(jié)構(gòu)（續(xù)）AP和無線網(wǎng)卡還可針對具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境調(diào)整網(wǎng)絡(luò)連接速率，以發(fā)揮相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的最佳連接性能。理論上一個IEEE802.11b的AP最大可連接72個無線節(jié)點，實際應(yīng)用中考慮到更高的連接需求，我們建議為10個節(jié)點以內(nèi)。BSS(BasicServiceSet)基本服務(wù)集BSS(BasicServiceSet)基本服務(wù)集，是一個AP提供的覆蓋范圍，也稱為微單元，同一臺AP及數(shù)臺工作站所組成的局域網(wǎng)。擴展服務(wù)集（ESS）一個或多個以上的BSS即可被定義成一個ExtendedServiceSet(ESS)，用戶可在ESS上漫游及存取BSS系統(tǒng)中的任何資料，其中AccessPoints必須設(shè)定相同的ESSID才能允許漫游。WLAN安全性服務(wù)集標(biāo)識符(SSID)對資源訪問的權(quán)限進行區(qū)別限制?？梢哉J(rèn)為SSID是一個簡單的口令，從而提供一定的安全。物理地址過濾(MAC)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。可擴展性差;是較低級別的授權(quán)認(rèn)證。物理地址過濾屬于硬件認(rèn)證，而不是用戶認(rèn)證。連線對等保密(WEP)在鏈路層采用RC4對稱加密技術(shù)WEP提供了40位(有時也稱為64位)和128位長度的密鑰機制鑰匙是靜態(tài)的，要手工維護，擴展能力差WLAN安全性（續(xù)）Wi-Fi保護接入(WPA)WPA(Wi-FiProtectedAccess)是繼承了WEP基本原理而又解決了WEP缺點的一種新技術(shù)。WPA不僅是一種比WEP更為強大的加密方法，而且有更為豐富的內(nèi)涵。作為802.11i標(biāo)準(zhǔn)的子集，WPA包含了認(rèn)證、加密和數(shù)據(jù)完整性校驗三個組成部分，是一個完整的安全性方案。國家標(biāo)準(zhǔn)(WAPI)WAPI(WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure)，即無線局域網(wǎng)鑒別與保密基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。用戶只