网络互连技术课件12 WLAN课件

第12章无线局域网（WLAN）本章内容无线技术基础理论WLAN的应用IEEE802.11标准WLAN传输技术WLAN组件WLAN拓扑WLAN安全性课程议题无线技术基础理论WLAN的发展历程发展历程20世纪80年代

1991年联合成立了WECA（WirelessEthernetcompatibilityalliance,无线以太网兼容性联盟），后来更名为Wi-Fi联盟1997年，IEEE发布了无线局域网的802.11系列标准

1999年IEEE批准了IEEE802.11a（频段5GHz，速度54Mbit/s）标准和IEEE802.11b（频段2.4GHz，速度11Mbit/s）标准

2003年6月，又批准了IEEE802.11g(频段2.4G，速度54Mbit/s)标准目前IEEE802.11系列的标准仍在补充当中，WLAN技术的速率也从1Mbit/s提高到54Mbit/s

2009年9月11日，802.11n标准出台，速率达到300Mbps~600MbpsWLAN技术分类无线通信技术分类GSMGPRSEDGETD-SCDMAWCDMACDMA2000CDMA1XIS-95HSDPALTEAIE802.11b802.11a/g802.11n802.16d802.16e802.15RFIDBluetoothPANLANMANWANUWB10kbps100kbps1Mbps10Mbps100Mbps1Gbps2G2.5G3GB3GOFDM,MIMO,智能天线IEEE3GPP/2802.20802.11TD-LTEHSDPAEVDO-RevA数据无线网络分类WPANWLANWMAN

2.4GHzISM免费频段低功耗、低成本短距离通信(10米)低速传输(723Kbps)点到点及点到多点组网连接便携及固定设备2.4/5.8GHzISM免费频段高传输速率（600Mbps）中近距离通信（100-300米）动态速率调整支持MESH组网支持慢速移动2－66G频段

2-11GHz应用于非视距传输

10-66GHz应用于视距传输较高传输速率

802.16-2009最大速率144Mbps802.16e最大下载速率6Mbps远距离通信

802.16-2009传输距离50km802.16e传输距离3-5km支持车速移动(802.16e)WLAN相关组织IEEE

只定义OSI两层以下的协议3GPPWLAN与3G结合的网络结构及信令交互WLAN的主要技术红外

低成本红外数据互连，通信距离最长3米，接收角度30度。蓝牙

通信距离远、无角度限制，数据速率低，成本高，误码率高，保密性差。一般1Mbps。HomeRF

速率达到100Mbps，与802.11b不兼容，多使用于家庭网络。IEEE802.11

最新版本的无线网络标准。WLAN的传输介质无线信号是能够空气进行传播的电磁波，无线信号不需要任何物理介质，它在真空环境中也能够传输电磁波的区别仅仅在于频率不同。功率波、无线电波、微波、红外光波、可见光波、紫外光波、X射线、伽马射线等具有以下共同的重要特征WLAN的技术优势安装便捷覆盖范围广经济节约易于扩展传输速率高WLAN的应用计算机无线网技术适用范围：在不能使用传统走线方式的地方、传统布线方式困难、布线破坏性很大或因历时等原因不能布线的地方；有水域或不易跨过的区域阻隔的地方；重复地临时建立设置和安排通讯的地方；无权铺设线路或线路铺设环境可能导致线路损坏；时间紧急，需要迅速建立通讯，而使用有线不便、成本高或耗时长；局域网的用户需要更大范围进行移动计算的地方；行业应用：包括企业应用、交通运输、零售行业、医疗行业、教育行业等课程议题IEEE802.11标准IEEE802.11简介IEEE802.11是第一代无线局域网标准之一。该标准定义了物理层和媒体访问控制(MAC)协议的规范，允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。802.11——初期的规格采直接序列展频技术或跳频展频技术，制定了在RF射频频段2.4GHz上的运用，并且提供了1Mbps、2Mbps和许多基础讯号传输方式与服务的传输速率规格。802.11a——802.11的衍生版，于5.8GHz频段提供了最高54Mbps的速率规格。802.11b——(即所谓的高速无线网路或Wi-Fi标准)802.11e——定义了无线局域网的服务质量（quality-of-service），例如支持语音ip；802.11g——在2.4GHz频段上提供高于20Mbps的速率规格。802.11n——2006年所采用的建议规范，此规范使得802.11a/g无线局域网的传输速率提升一倍；无线标准参数对比表无线技术与标准802.11802.11a802.11b802.11g802.11n蓝牙推出时间1997年1999年1999年2002年2006年1994年工作频段2.4GHz5GHz2.4GHz2.4GHz2.4GHz和5GHz2.4GHz最高传输速率2Mbps54Mbps11Mbps54Mbps108Mbps以上2Mbps实际传输速率低于2Mbps31Mbps6Mbps20Mbps大于30Mbps低于1Mbps传输距离100M80M100M150M以上100M以上10~30M主要业务数据数据图像、语音数据、图像数据、图像、语音数据、语音、高清图像语音、数据成本高低低低低低IEEE802.11a标准1999年制定完成。该标准规定无线局域网工作频段在5.15~5.825GHz，数据传输速率达到54Mbps/72Mbps（Turbo），传输距离控制在10~100米。802.11a采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术，可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口；以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。高速WLAN协议，使用5G赫兹频段。

最高速率54Mbps，实际使用速率约为22-26Mbps

与802.11b不兼容，是其最大的缺点。也许会因此而被802.11g淘汰。IEEE802.11b标准1999年9月被正式批准，又称Wi-Fi标准。该标准规定无线局域网工作频段在2.4GHz~2.4835GHz，数据传输速率达到11Mbps。该标准是对IEEE802.11的一个补充，采用点对点模式和基本模式两种运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率间自动切换，而且在2Mbps、1Mbps速率时与802.11兼容。802.11b使用直接序列（DirectSequence）DSSS作为协议。802.11b和工作在5GHz频率上的802.11a标准不兼容。由于价格低廉，802.11b产品已经被广泛地投入市场，并在许多实际工作场所运行。目前最流行的WLAN协议，使用2.4G赫兹频段。最高速率11Mbps，实际使用速率根据距离和信号强度可变（150米内1-2Mbps，50米内可达到11Mbps）802.11b的较低速率使得无线数据网的使用成本能够被大众接受（目前接入节点的成本仅为10-30美元）。CSMA/CA与CSMA/CDCSMA/CD工作过程用户需要发送数据时，首先监测网络电缆上是否具有数据，即载波传送。如果网络空闲，即没有载波传送，则将数据装帧，经物理层发送出去。如果网络繁忙，则监测网络直到网络空闲，再将数据装帧发送。CSMA/CA工作过程当发射端希望发送数据时，首先检测介质是否空闲，若是介质为空闲时，送出RTS（RequestToSend请求发送），RTS信号包括发射端的地址、接收端的地址、下一笔数据将持续发送的时间等信息，接收端收到RTS信号后，将响应短信号CTS（ClearToSend），CTS信号上也有RTS内记录的持续发送的时间，当发射端收到CTS包后，随即开始发送数据包。接收端收到数据包后，将以包内的CRC（循环冗余校验）的数值来检验包数据是否正确，若是检验结果正确时，接收端将响应ACK包，告知发射端数据己经被成功地接收。当发射端没有收到接收端的ACK包时，将认为包在传输过程中丢失，而一直重新发送包。IEEE802.11e/f/h标准IEEE802.11e标准对无线局域网MAC层协议提出改进，以支持多媒体传输，以支持所有无线局域网无线广播接口的服务质量保证QoS机制。IEEE802.11f，定义访问节点之间的通信，支持IEEE802.11的接入点互操作协议（IAPP）。IEEE802.11h用于802.11a的频道管理技术。802.11e基于WLAN的QoS协议，通过该协802.11a,b,g能够进行VoIP。也就是说,802.11e是通过无线数据网实现语音通话功能的协议。该协议将是无线数据网与传统移动通信网络进行竞争的强有力武器。IEEE802.11g2001年11月批准，该标准可以视作对流行的802.11b标准的提速（速度从802.11b的11Mb/s提高到54Mb/s，仍然工作在2.4G频段）。802.11g接入点支持802.11b和802.11g客户设备。同样，采用802.11g网卡的笔记本电脑也能访问现有的802.11b接入点和新的802.11g接入点。802.11g是802.11b在同一频段上的扩展。支持达到54Mbps的最高速率。兼容802.11b。该标准已经战胜了802.11a成为下一步无线数据网的标准。IEEE802.11h802.11h是802.11a的扩展，目的是兼容其他5G赫兹频段的标准，如欧盟使用的HyperLAN2。IEEE802.11iIEEE802.11i标准是结合IEEE802.1x中的用户端口身份验证和设备验证，对无线局域网MAC层进行修改与整合，定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善无线局域网的安全性。IEEE802.11i新修订标准主要包括两项内容：“Wi-Fi保护访问”（WPA）技术和“强健安全网络”。Wi-Fi联盟计划采用802.11i标准作为WPA的第二个版本，并于2004年初开始实行。802.11i是新的无线数据网安全协议，已经普及的WEP协议中的漏洞，将成为无线数据网络的一个安全隐患。802.11i提出了新的TKIP协议解决该安全问题。IEEE802.11与OSI802.11标准主要对WLAN的物理层和MAC层做了规定，保证各厂商的产品在同一物理层上可以互操作，逻辑链路控制层是一致的，MAC层以下对网络应用是透明的。课程议题WLAN组件WLAN组件在WLAN中最常见的组件如下：笔记本电脑和工作站无线网卡无线网桥天线无线路由器无线网卡无线网卡根据接口类型的不同，主要分为三种类型，即PCMCIA无线网卡PCI无线网卡USB无线网卡。什么是AP无线AP（AccessPoint）：即无线接入点，它是用于无线网络的无线交换机，也是无线网络的核心。无线AP是移动计算机用户进入有线网络的接入点，主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部，典型距离覆盖几十米至上百米，目前主要技术为802.11系列。大多数无线AP还带有接入点客户端模式（APclient），可以和其它AP进行无线连接，延展网络的覆盖范围。AP工作模式

AP可支持以下六种组网方式。AP模式，又被称为基础架构模式，点对点桥接模式。点对多点桥接模式。AP客户端模式。无线中继模式。无线混合模式。胖AP与瘦AP

区别胖AP瘦AP安全性单点安全，无整网统一安全能力统一的安全防护体系，AP与无线控制器间通过数字证书进行认证，支持2层、3层安全机制，具有IPSecVPN终结能力配置管理每个AP需要单独配置，管理复杂AP零配置管理，统一由无线控制器集中配置自动RF调节没有RF自动调节能力通过自动的RRM能力，自动调整包括信道、功率等无线参数，实现自动优化无线网络配置网络康复网络无法自恢复，AP故障会造成无线覆盖漏洞无需人工干扰，网络具有自康复能力，自动弥补无线漏洞，自动进行无线控制器切换容量容量小，每个AP独自工作可支持最大24个无线控制器堆叠，最大支持3600个AP无缝漫游漫游能力仅支持2层漫游功能，3层无缝漫游必须通过其他技术，如MobileIP技术实现，实现复杂，客户端需要安装相应软件支持2层、3层快速安全漫游，3层漫游通过基于瘦AP体系架构里的LWAPP隧道技术实现可扩展性无扩展能力方便扩展，对于新增AP无需任何配置管理一体化网络室内、室外AP产品需要分别单独部署，无统一配置管理能力统一无线控制器、无线网管支持基于集中式无线网络架构的室内、室外AP、MESH产品高级功能对于基于WiFi的高级功能，如安全、语音等支持能力很差。专门针对无线增值系统设计，支持丰富的无线高级功能，如安全、语音、位置业务、个性化页面推送、基于用户的业务/完全/服务质量控制等等网络管理能力管理能力较弱，需要固定硬件支持可视化的网管系统，可以实时监控无线网络RF状态，支持在网络部署之前模拟真实情况进行无线网络设计的工具。锐捷无线AP产品RG-WG54P室内型无线接入点

RG-P-720室内型无线接入点

RG-P-780室外型无线接入点

RG-WGP500室外无线接入点

天线无线天线有许多种类型，常见的有两种一种是室内天线一种是室外天线室外天线的类型比较多一种是锅状的定向天线一种则是棒状的全向天线锐捷天线产品

课程议题WLAN拓扑WLAN拓扑类型在无线局域网WLAN中，主要网络结构只有两类：一种就是类似于对等网的Ad-Hoc结构；另一种则是类似于有线局域网中星型结构的Infrastructure结构。点对点Ad-Hoc结构点对点Ad-Hoc对等结构就相当于有线网络中的多机（一般最多是3台机）直接通过网卡互联，信号是直接在两个通信端点对点传输的。Infrastructure结构与有线网络中的星型交换模式差不多，也属于集中式结构类型，其中的无线AP相当于有线网络中的交换机，起着集中连接和数据交换的作用。特点主要表现在：网络易于扩展便于集中管理能提供用户身份验证等优势数据传输性能也明显高于Ad-Hoc对等结构。基于AP的Infrastructure结构（续）AP和无线网卡还可针对具体的网络环境调整网络连接速率，以发挥相应网络环境下的最佳连接性能。理论上一个IEEE802.11b的AP最大可连接72个无线节点，实际应用中考虑到更高的连接需求，我们建议为10个节点以内。BSS(BasicServiceSet)基本服务集BSS(BasicServiceSet)基本服务集，是一个AP提供的覆盖范围，也称为微单元，同一台AP及数台工作站所组成的局域网。扩展服务集（ESS）一个或多个以上的BSS即可被定义成一个ExtendedServiceSet(ESS)，用户可在ESS上漫游及存取BSS系统中的任何资料，其中AccessPoints必须设定相同的ESSID才能允许漫游。WLAN安全性服务集标识符(SSID)对资源访问的权限进行区别限制。可以认为SSID是一个简单的口令，从而提供一定的安全。物理地址过滤(MAC)在AP中手工维护一组允许访问的MAC地址列表，实现物理地址过滤。可扩展性差;是较低级别的授权认证。物理地址过滤属于硬件认证，而不是用户认证。连线对等保密(WEP)在链路层采用RC4对称加密技术WEP提供了40位(有时也称为64位)和128位长度的密钥机制钥匙是静态的，要手工维护，扩展能力差WLAN安全性（续）Wi-Fi保护接入(WPA)WPA(Wi-FiProtectedAccess)是继承了WEP基本原理而又解决了WEP缺点的一种新技术。WPA不仅是一种比WEP更为强大的加密方法，而且有更为丰富的内涵。作为802.11i标准的子集，WPA包含了认证、加密和数据完整性校验三个组成部分，是一个完整的安全性方案。国家标准(WAPI)WAPI(WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure)，即无线局域网鉴别与保密基础结构。用户只