WLAN原理简介(AP)弘浩明传

弘浩明传科技（北京）有限公司WLAN原理简介(AP)弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07WLAN原理（802.11）简介WLAN发展及原理802.11a/b/g/n协议802.11a/b/g/n相关技术弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07无线网络及有线网络区别无线局域网（WirelessLocalAreaNetworks，简称WLAN）WLAN是利用无线射频技术实现快速接入以太网的技术。是一种相当便利的数据传输系统，它利用射频(RadioFrequency；RF)的技术，取代传统的双绞铜线所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构，让用户通过它达到信息随身化的理想境界。无线局域网是固定局域网的一种延伸。没有线缆限制的网络连接。对用户来说是完全透明的，与有线局域网一样。弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-071990年IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11WLAN标准工作组。IEEE802.11（别名：WirelessFidelity，Wi-Fi，无线保真）是在1997年6月由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准，该标准定义物理层和媒体访问控制(MAC)规范。物理层定义了数据传输的信号特征和调制，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法。目前常见的协议：IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11a。未来发展，IEEE802.11n。无线网络发展约有20年历程。WLAN原理介绍弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07IEEE802.11a1999年，IEEE802.11a标准制定完成，该标准规定WLAN工作频段在5.725-5.850GHz，数据传输速率达到54Mbps/72Mbps(Turbo),传输距离控制在10-100米。该标准也是IEEE802.11的一个补充，扩充了标准的物理层，采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术。IEEE802.11a标准是IEEE802.11b的后续标准，其设计初衷是取代802.11b标准，然而，工作于2.4GHz频带是不需要执照的，该频段属于工业、教育、医疗等专用频段，是公开的；而工作于5.725-5.850GHz频带需要执照的。而且IEEE802.11a卡片价格昂贵也大大的限制了该技术的发展一些公司更加看好当时最新混合标准――IEEE802.11g。WLAN各协议标准简介弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07IEEE802.11b1999年9月IEEE802.11b被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2.4-2.4835GHz，数据传输速率达到11Mbps,传输距离控制在50-150英尺。该标准是对IEEE802.11的一个补充，采用补偿编码键控调制方式，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等不同速率间自动切换，它改变了WLAN设计状况，扩大了WLAN的应用领域。IEEE802.11b已成为主流的WLAN标准，被多数厂商所采用，所推出的产品广泛应用于办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合，但是由于许多WLAN新标准的出现，IEEE802.11a和IEEE802.11g更是倍受业界关注。WLAN各协议标准简介弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07IEEE802.11g802.11a与802.11b两个标准都存在着缺陷，802.11b的优势在于价格低廉,但速率较低（最高11Mbps）；而802.11a优势在于传输速率快（最高54Mbps）且受干扰少，但价格相对较高。目前最流行的IEEE802.11g认证标准,该标准提出拥有IEEE802.11a的传输速率，安全性较IEEE802.11b好，采用2种调制方式，含802.11a中采用的OFDM与IEEE802.11b中采用的CCK，做到与802.11a和802.11b兼容。IEEE802.11g标准的诞生到流行，无论对用户还是对整个业界都是一个推动，它将把无线局域网的性能提升到一个新的高度，同时降低构建网络的成本。WLAN各协议标准简介弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07IEEE802.11n为了实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线局域网达到以太网的性能水平，802.11n应运而生。在传输速率方面，802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps提高到108Mbps，甚至高达500Mbps。这得益于将MIMO(多入多出)与OFDM(正交频分复用)技术相结合而应用的MIMOOFDM技术，这个技术不但提高了无线传输质量，也使传输速率得到极大提升。在覆盖范围方面，802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰。因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里，使WLAN移动性极大提高。WLAN各协议标准简介弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07标准802.11b802.11g802.11a网络拓扑adhoc,InfrastructureLLC协议802.2LLCMAC协议802.11MAC：CSMA/CA(DCF和PCF(可选)，RTS/CTS)安全机制IEEE802.11WEP协议、WPA、WPA2工作频段2.4GHz，ISM频段(83.5MHz)5GHz，UNII频段(300MHz)抗干扰通信机制DSSS/FHSS/IRDSSS(CCK)，OFDMOFDM信道带宽FHSSDSSS14个信道，每个20MHz20MHz,16.6MHz(-3dB)75个信道，每个1MHz14个信道，每个22MHz调制方式GFSKBPSK/QPSKBPSK,QPSK,16-QAM,64-QAMBPSK,QPSK,16-QAM,64-QAM数据速率1,2,5,11Mbps1,2,5,11Mbps1,2,5,11Mbps/6,9,12,18,24,36,48和54Mbps6,9,12,18,24,36,48和54Mbps编码CCITTCRC-1/6卷积码，码率1/2，2/3，3/4K=7卷积码，码率1/2，2/3，3/4发射功率20±2dBm18±2dBm覆盖范围室内：150m；室外：300m室内：50m室外：150mWLAN各协议标准比较弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07各协议之间的参数对比标准号IEEE802.11bIEEE802.11aIEEE802.11gIEEE802.11n标准发布时间1999年9月1999年9月2003年6月2009年9月工作频率范围2.4－2.4835GHz5.150－5.350GHz5.475－5.725GHz5.725－5.850GHz2.4－2.4835GHz2.4－2.4835GHz5.150－5.850GHz非重叠信道数324315最高速率（Mbps）115454300-600实际吞吐量（Mbps）62424①100以上受干扰机率高低高低环境适应性差较好好很好调制方式CCK/DSSSOFDMCCK/OFDMMIMO/OFDM兼容性802.11b802.11a802.11b/g802.11a/b/g/n覆盖范围室内：150m室外：300m室内：50m室外：150m室内：150m室外：300m室内：150m室外：300m弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-072.4GHz频段中，1、6、11为三个互不干扰的信道5.8GHz频段中，有五个互不干扰的信道IEEE802.11a/b/g的信道划分-1弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07信道标号中心频率信道低端/高端频率12412MHz2401/2423MHz22417MHz2406/2428MHz32422MHz2411/2433MHz42427MHz2416/2438MHz52432MHz2421/2443MHz62437MHz2426/2448MHz72442MHz2431/2453MHz82447MHz2436/2458MHz92452MHz2441/2463MHz102457MHz2446/2468MHz112462MHz2451/2473MHz122467MHz2456/2478MHz132472MHz2461/2483MHzIEEE802.11a/b/g的信道划分-2弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07802.11a的工作频段在5.8GHz(5.725GHz-5.850GHz)可用带宽为125MHz，划分为5个信道，每个信道带宽为20MHz5.8GHz频段WLAN信道配置频率表信道中心频率(MHz)信道低端/高端频率157455735/5755257655755/5775357855775/5795458055795/5815558255815/5835IEEE802.11a/b/g的信道划分-3弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07WLAN业务部署特点1WLAN使用开放授权的2.4G和5.8G频段2.4122.4172.4222.4272.4322.4372.4422.4472.4522.4572.4622.4672.4722.484每个信道宽度为22MHz相邻信道的中心频点间隔5MHz相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频率重叠)整个频段内只有3个（1、6、11）互不干扰信道弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07WLAN业务部署特点2在5GHz频段以5M为步进划分信道，信道编号n=(信道中心频率GHz－5GHz)*1000/5。在中国802.11a工作在5.725－5.850GHz频段的5个信道，操作信道号分别为：149、153、157、161、165弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07Ch12Ch8Ch13Ch3Ch7Ch7Ch1Ch6Ch11Ch13Ch8Ch2Ch7Ch3Ch13Ch2Ch12Ch3Ch8Ch2Ch12合理频道规划提供全面覆盖多个AP能共存于同一区域IEEE802.11a/b/g信道频谱划分弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07WLAN系统可用的安全及加密技术OPEN开放系统WEP加密WPA/WPA2加密WAPI加密802.11i认证802.1x认证802.11i及WAPI混合加密IEEE802.11a/b/g的部分安全策略弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07载波监测多路访问/冲突防止CSMA/CA802.11WLAN系统主要通道共享机制是载波监测多路访问/冲突防止(CSMA/CA)。实际上，CSMA/CA是一种“先听后讲”方案，由一个接入点和所有相关客户端组成的基本业务组(BSS)中的每个节点都先侦听，如果通道空闲，则每个客户机开始对一个内部倒计时定时器进行计时，当定时器到零时，节点就可以发送信号。还有一些其它特性可以保证倒计时定时器的设置是随机的，这样可以减少(但不可能消除)产生冲突的可能性。多种调制解调方式IEEE802.11ｇ规定了采用OFDM/OFDM必选的调制方式，为了保障与IEEE802.11b兼容也可采用CCK/OFDM的可选调制方式。弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07从网络逻辑结构上来看，IEEE802．11只定义了物理层及MAC子层。MAC层提供对共享无线介质的竞争使用和无竞争使用，具有无线介质访问、网络连接、数据验证和保密等功能。物理层为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输，所传数据单位为比特。物理层定义了通信设备与接口硬件的机械、电气功能和过程的特性，用以建立、维持和释放物理连接。物理层由三部分组成：物理层管理层、物理层会聚协议（PLCP）和物理介质依赖子层（PMD）。802.11g技术帧结构及技术细节弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07802.1X认证原理弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07802.1X认证过程申请者发起认证请求给APAP发出请求帧给申请者要求用户名申请者将用户名通过数据帧给AP,AP封包处理后转给认证服务器认证服务器找到用户名对应的口号信息，用随即生成的加密字对其加密，同时将加密字通过AP传给申请者客户端用加密字对口号进行加密，通过AP转给认证服务器认证服务器对证书进行对比，准许用户登陆服务器弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07802.11i认证过程首先要在认证服务器上安装客户端认证证书，根证书及客户证书在STA上安装根证书及客户端证书，发起EAP认证申请者将用户名通过数据帧给AP,AP封包处理后转给认证服务器认证服务器找到用户名对应的口号信息，用随即生成的加密字对其加密，同时将加密字通过AP传给申请者11客户端用加密字对口号进行加密，通过AP转给认证服务器认证服务器对两个加密后的口令信息进行对比，如果相同就认为是合法用户，反馈认证通过的信息，并向AP发出打开端口的指令，允许申请者通过端口访问网络漫游弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07漫游指的是从一个AP将关联切换到另外一个AP关联，让无线连接在客户端移动时保持的过程。漫游过程完全是由无线客户端驱动程序（而不是AP）驱动的，漫游的临界点，目前没有统一标准，均是由各网卡厂家自行定义。被动扫描——只侦听来自可用AP的802.11信标；主动扫描——主动发送802.11探针请求帧来查询可用AP传统意义上的漫游，并不支持第3层漫游。WLAN的热点词汇弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-073G+WFITAP融合WAPIIPv6管理11nWLAN发展历程弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07FITAP+无线控制器FATAP+无线网关FATAP无线专网FAT与FITAP组网对比弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07FITAP的工作原理弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07FITAP被设计为无需接触他就能对其进行配置，他工作的必要条件是必须找到一个无线控制器（AC）并获得所有的配置参数。FITAP启动的过程：1）FITAP从DHCP服务器获取一个ip地址；2）FITAP获悉所有可用的AC地址；3）FITAP向其AC地址列表中的第一个AC发送加入请求信息。如果该AC没有应答，将尝试下一个AC。AC接受FITAP时，将向FITAP发回加入应答信息；FITAP的工作原理（续）弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-074）AC将FITAP上报的信息（所属厂商、设备型号、硬件版本，这3个信息是必要信息）进行比较，如果不同，则向FITAP发回不允许加入AC的应答；如果相同，则向FITAP发回允许加入AC的应答信息（主要包括AP版本等信息）；5）FITAP根据AC的应答信息，判断是否需要升级版本，如果不需要，则进入AC配置FITAP状态；如果需要，则进入FITAP版本升级状态。6）FITAP与AC建立一条不加密的CAPWAP隧道和一条加密的CAPWAP隧道，前者是用于传输管理数据流，后者用于传输无线客户端的数据。思考：FITAP加入AC的几个必要条件？故障定位的手段。FITAP发现AC的方式弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07从上页的第2步中，FITAP可以使用下面任何一种方式来得到AC的ip地址1）广播发现——FITAP使用ip子网广播地址广播一条加入请求信息，当且仅当瘦AP和AC在同一个二层子网中，这种方式才管用。2）DHCPoption发现——在DHCPserver上配置option60或者43选项，添加AC的ip地址列表。3）DNS发现——在DHCPserver上配置域名选项，DNSserver上配置域名与ip地址对应关系，FITAP以获取的域名向DNS解析，通过DNS解析得到AC的ip地址。AP发现AC的各种方式的优先级弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07AP在DHCP过程中，最优选择带有option60的dhcpoffer报文，option43次之，最后是任意offer。从上述AP获取ip地址的优先级，可以得出发现AC的优先级顺序。Option60方式是为了应付网络中可能存在多个DHCPserver的实际环境，在开局中优先使用。思考：为什么option43不能应付多个DHCPserver环境？Option43是业界通用的方式，下发一个AC地址（如10.1.1.1）的格式是16进制：80040A010101，下发两个AC地址（10.1.1.111.1.1.1）的格式是80080A0101010B010101后续：故障定位的手段FITAP的数据流模式（1）弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07（1）本地数据转发AC只对FITAP进行管理和控制，并不发起和FITAP的隧道连接，所有的用户数据通过本地网络转发。此种方式下，本地用户数据交换无需通过AC进行集中交换，减少了网络流量迂回。此模式适用于FITAP到AC是二层网络环境或者流量大的环境。FITAP的数据流模式（2）弘浩明传科技（北京）有限公司2009-10-07（2）集中数据转发FITAP和AC间通过专用的数据隧道进行数据转发，