第9章 无线局域网技术

第9章无线局域网技术计算机网络技术在公司或在家中，我们的多台设备同时上网的需求，这些设备包括台式机、笔记本电脑、手机、平板等。我们该如何搭建网络才能解决这些设备的上网需求呢？随着Internet的飞速发展，智能化设备的推陈出新，从传统的布线网络发展到无线网络，作为无线网络之一的无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork）WLAN，实现了人们进行移动办公的梦想，创造了一个丰富多彩的“自由天空”。引子【知识目标】1.学习WLAN的概念及其协议标准。2.学习WLAN的网络拓扑结构。3.学习WLAN的常见设备。4.学习WLAN的组建与应用。5.学习WLAN安全与防范。【技能目标】1.掌握规划WLAN的技能。2.具备根据不同应用场景选择WLAN设备的能力。3.掌握WLAN安全防范配置方法。【素养目标】1.培养团队合作精神。2.培养吃苦耐劳的意志品质。3.培养专业务实的作风。学习目标9.1WLAN的概念及其协议标准9.1 概述无线局域网络英文全名：WirelessLocalAreaNetworks；简写为：WLAN。它是相当便利的数据传输系统，它利用射频（RadioFrequency；RF）的技术，使用电磁波，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线（Coaxial）所构成的局域网络，在空中进行通信连接，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。本节主要讲述：1、WLAN的概念2、WLAN的特点3、WLAN的标准9.1.1WLAN的概念WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术结合的产物，它以无线多址信道作为传输介质，提供传统有线局域网的功能，使用户能够真正地实现随时、随地、随意的宽带网络接入。9.1.2WLAN的特点WLAN开始是作为有线局域网的延伸而存在的，各团体、企事业单位广泛地采用了WLAN技术来构建其办公网络，但随着应用的进一步发展，WLAN正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成为“公共无线局域网”，以及国际互联网Internet的宽带接入手段。WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。9.1.3WLAN的标准1．IEEE802.11X标准（1）IEEE802.112.4GHz（2）IEEE802.11b2.4GHz（3）IEEE802.11a5GHz（4）IEEE802.11g2.4GHz（5）IEEE802.11n2.4GHz5GHz（6）IEEE802.11ac2.4GHz5GHz9.1.3WLAN的标准2．其他无线局域网标准（1）蓝牙技术(BluetoothTechnology)蓝牙技术是使用2.4GHz频段传输的一种短距离、低成本的无线接入技术，主要应用于近距离的语言和数据传输业务。蓝牙设备的工作频段选用全世界范围内都可自由使用的2.4GHzISM频段，其数据传输率为1Mbps，蓝牙系统具有足够高的抗干扰能力，设备简单性能优越。根据其发射功率的不同，蓝牙设备之间的有效通讯距离大约为10-100m。9.1.3WLAN的标准2．其他无线局域网标准（2）UWB(Ultra-Wideband)UWB是一种新兴的高速短距离通信技术，在短距离(10m左右)有很大优势，最高传输速度可达1Gbps。UWB技术覆盖的频谱范围很宽，是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术，完全可以满足短距离家庭娱乐应用需求，直接传输宽带视频数码流。9.1.3WLAN的标准2．其他无线局域网标准（3）ZigBee(IEEE802.15.4)ZigBee是一种新兴的短距离、低功率、低速率无线接入技术。工作在2.4GHzISM频段，速率为10M-250Kb/S，传输距离为10-75m，技术和蓝牙接近，ZigBee采用基本的主从结构配合静态的星型网络，因此更适合于使用频率低、传输速率低的设备。由于激活时延短，仅15ms，低功耗等特点，将成为未来自动监控、遥控领域的新技术。9.1.3WLAN的标准2．其他无线局域网标准（4）WiMax技术WiMax(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)，即全球微波互联接入。WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。WiMax是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案，使WiMAX在最近一段时间备受业界关注。9.1.3WLAN的标准2．其他无线局域网标准（5）IrDA(Infrared)红外技术红外通信一般采用红外波段内的近红外线、波长0.75μm～25μm。由于波长短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线的点对点场合。9.1.3WLAN的标准2．其他无线局域网标准（6）HomeRFHomeRF工作组是由美国家用射频委员会领导于1997年成立的，其主要工作任务是为家庭用户建立具有互操作性的话音和数据通信网。作为无线技术方案，它代替了需要铺设昂贵传输线的有线家庭网络，为网络中的设备，如笔记本电脑和Internet应用提供了漫游功能。9.1.3WLAN的标准2．其他无线局域网标准（7）NB-IoTNB-IoT聚焦于低功耗广覆盖（LowPowerWideAera，LPWA）物联网市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。9.1.3WLAN的标准3．中国WLAN规范中华人民共和国工业和信息化部制定了WLAN的行业配套标准，包括《无线局域网工程设计规范》和《无线局域网工程验收规范》等。该标准涉及的技术标准包括IEEE802.11X系列（IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11h、IEEE802.11i）。9.1.4WLAN的关键技术在IEEE802.11中采用了CSMA/CA协议(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，带有冲突避免的载波侦听多路访问)，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量“避免”。CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认发送的数据已经到达正确目的站。9.1.4WLAN的关键技术CSMA/CA协议及其退避算法。CSMA/CA协议规定，站点在进行通信之前，必须先监听信道状态：（1）若检测到信道空闲，则再等待一个DIFS（DistributedInter-frameSpacing，分布式帧间间隙）后，如果这段时间内信道一直是空闲的，就开始发送Data帧，并等待确认。（2）目的站若正确收到此帧，则在等待一个SIFS（Shortinterframespace，短帧间间隔）后，就向源站发送确认帧ACK。当发送站收到ACK帧就表示本次传输过程完成。（3）另外，在站点发送Data帧时，其他所有的站点都已经设置好了NAV（NetworkAllocationVector，网络分配向量），在这整个通信过程完成前其他站点只能执行CSMA/CA的退避算法，并随机选择一个退避时间，推迟发送。9.1.4WLAN的关键技术（4）站点选择好退避时间就等效于设定好了一个退避计时器(BackOffTimer)。于是在计时器减小到0之前，站点会每经历一个时隙时间就检测一次信道状态。若检测到信道忙，则暂停倒计时；若检测到信道空闲，就表示先前的通信过程已完成，这时其他站点设置的NAV时间也就结束了。再经过一个DIFS，争用窗口到来，退避计时器就从暂停处重新开始倒计时，在每个时隙的起始时刻减1，一旦退避计时器的时间减小到0就代表可以进行通信了，开始发送整个数据帧。在争用窗口期间，由于可能不止一个站点要执行退避算法，因此争用信道的情况比较复杂。CSMA/CA协议的退避机制9.2WLAN网络拓扑结构9.2 概述WLAN基本服务集有两种类型：一种是独立模式的基本服务集，由若干个移动台组成，称为Ad-Hoc结构；另一种是基础设施模式的基本服务集，包含一个AP和若干个移动台，称为Infrastructure结构。本节主要讲述：1、点对点Ad-Hoc结构2、基于AP的Infrastructure结构9.2 WLAN网络拓扑结构1．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直接通过无线网卡互联，信号是直接在两个通信端点对点传输，这种网络中节点自主对等工作，对于小型的无线网络来说，是一种方便的连接方式。点对点Ad-Hoc结构9.2 WLAN网络拓扑结构2．基于AP的Infrastructure结构Infrastructure结构与有线网络中的星型交换模式差不多，属于集中式结构类型。此时，需要无线接入点（AP：AccessPoint）的支持，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。AP负责监管一个小区，并作为移动终端和主干网之间的桥接设备。基于AP的Infrastructure结构9.3WLAN的常见设备9.3 概述无线局域网的工作流程是通过计算机的无线网卡→无线天线→无线AP→无线交换机（无线网桥、无线路由器等）→Internet。本节主要讲述：1、无线网卡2、无线天线3、无线AP4、无线网桥5、无线路由器9.3WLAN的常见设备1．无线网卡无线网卡的作用类似于以太网中的网卡，作为无线局域网的接口，实现与无线局域网的连接。

PCMCIA无线网卡USB接口无线网卡PCI无线网卡9.3WLAN的常见设备2．无线天线计算机与无线AP或其他计算机相距较远时，须借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益（放大）。室内吸顶天线室外定向天线室外全向天线9.3WLAN的常见设备3．无线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。4．无线路由器无线路由器（WirelessRouter）好比将单纯性无线AP和宽带路由器合二为一的扩展型产品。H3C无线AP无线路由器9.3WLAN的常见设备5．无线网桥无线网桥，它可以用于连接两个或多个独立的网络段，这些独立的网络段通常位于不同的建筑内，相距几百米到几十公里，它可以广泛应用在不同建筑物间的互联。点到点连接点到多点连接中继连接9.4WLAN的组建与应用9.4 概述无线局域网的组建方式对于我们的日常生活,有着很重要的作用,在工作的环境中,办公室自动化中局域网的使用,能够为人们的工作、学习带来极大的方便。人们可随时、随地、随意地访问网络资源。在推动网络技术发展的同时,无线局域网也在改变着人们的生活方式。本节主要讲述：1、无线设备的选购2、组建办公无线局域网9.4.1无线设备的选购1．无线网卡选购注意事项（1）接口类型（2）传输速率（3）认证标准（4）兼容性（5）传输距离（6）安全性9.4.1无线设备的选购2．无线路由器选购注意事项（1）端口数目、速率（2）网络标准（3）网络接入（4）防火墙（5）高级功能9.4.2组建办公WLAN1．确定网络拓扑结构我们以拥有8台计算机的小型办公网络为例，其中包括3个办公室：经理办公室(2台)、财务室(1台)以及工作室(5台)，Internet接入采用以太网接入(100M)。办公室无线局域网拓扑图9.4.2组建办公WLAN2．安装网络设备3．设置网络环境（1）设置无线路由器通过无线路由器组建的局域网中，除了进行常见的基本设置、DHCP设置，还需要进行WAN连接类型以及访问控制等内容的设置。（2）客户端设置在客户端计算机中，右键点击系统任务栏无线连接图标，选择“查看可用的无线连接”命令，在打开的对话框中点击“高级”按钮，在打开的对话框中点击“无线网络配置”选项卡，点击“高级”按钮，在出现的对话框中选择“仅访问点(结构)网络”或“任何可用的网络(首选访问点)”选项，点击“关闭”按钮即可。9.5WLAN的安全与防范9.5 概述随着WLAN的发展，其安全问题开始慢慢显现出来，任何在网络覆盖范围内的用户都可以获取WLAN的数据，向目标发起攻击，这在一定程度上也影响到WLAN在专业领域的推广和发展。究其原因，这与WLAN先天设计有关，例如IEEE802.11