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5.1成员个人特长17
5.2小组成员对本课题的理解17
6参考文献18
1背景知识与概述
1.1无线局域网定义
无线局域网(WirelessLocal-AreaNetwork,WLAN)是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网络,是计算机网络与无线通信技术相结合的产物,它以无线多址信道作为传输媒介,提供传统有线局域网的功能,能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。
1.2需求分析
WLAN业务在国际上越来越广泛应用,随着这一使用热潮的兴起,中国也同样在发起“网络无处不在”的活动,采用WLAN技术加以配合,提供更加灵活的高速因特网接入服务。
在机场、会议室、展览中心、酒吧、咖啡馆、茶馆等热点地区,Internet接入需求不同于传统办公场所采用有线方式,人们不会为电缆的束缚而固守于固定的位置。
市场需要一种能够提供给用户较高的接入带宽、用户又可以在一定的范围内自由移动,并且造价比较低廉,简言之,就是一种廉价的高质量可移动的宽带接入业务。
WLAN无线宽带接入业务正是迎合了市场的这种需求。
随着WLAN技术的成熟,WLAN能够使得运营商或者其他服务提供者能够提供一种可靠的、稳定的、宽带的、无线的Internet接入业务。
在学校等人员密集、移动性较强且网络需求较多的地区,单纯利用有线网尽心覆盖将使得布线和接口难以实现,无法提供满意的服务。
而采用WLAN覆盖,则是一种经济而便捷的方式。
在诸如以上热点地区,现实中的网络覆盖较多地采用了WLAN方式,两年前的北京奥运会就大量采用了无线网络覆盖的相关解决方案;
而随着3G的发展,目前许多城市的采用3G+WLAN的方式覆盖无线网络,成为一大发展趋势。
1.3WLAN的优势
WLAN技术使网上的计算机具有可移动性,能快速、方便地解决有线方式不易实现的网络信道的连通问题。
与有线网络相比,WLAN具有以下优点:
●安装便捷:
无线局域网的安装简单,无需施工许可证、布线,省时省力。
●覆盖范围广:
有线网络中设备的安放位置受网络信息点位置的限制。
而无线局域网的通信范围,受环境条件的限制较小,网络的覆盖范围大大拓宽。
●经济节约:
有线网络缺少灵活性,网络规划很难满足未来发展的需要,往往导致设备利用率低或者承载能力不足,资源浪费和网络被动扩展都是不经济的。
WLAN具有传统局域网无法比拟的灵活性,可以避免或减少以上情况的发生。
●易于扩展:
WLAN有多种配置方式,能够根据需要灵活选择。
这样,WLAN就能胜任从只有几个用户的小型网络到上千用户的大型网络,并且能够提供像“漫游”(Roaming)等有线网络无法提供的特性。
●传输速率高:
WLAN的数据传输速率已从传统的11Mbps发展到常用的54Mbps,甚至是108Mbps,已经能满足大多数应用需求。
1.4技术要求
由于无线局域网需要支持高速、突发的数据业务,在室内使用还需要解决多径衰落以及各子网间串扰等问题。
具体来说,无线局域网必须实现以下技术要求:
●可靠性:
无线局域网的系统分组丢失率应该低于
,误码率应该低于
。
●兼容性:
应尽可能使其跟现有的有线局域网在网络操作系统和网络软件上相互兼容。
●数据速率:
为满足业务量的需要,无线局域网的数据传输速率应该在1Mbps以上。
●通信保密:
数据通过无线介质传播,必须采取有效的措施以提高通信保密和数据安全。
●移动性:
支持全移动网络或半移动网络。
●节能管理:
当无数据收发时使站点机处于休眠状态,从而达到节省电力消耗的目的。
●小型化、低价格:
这是无线局域网得以普及的关键。
●电磁环境:
无线局域网应考虑电磁对人体和周边环境的影响问题。
1.5实现结构与方式
无线局域网一般采取以下的几种网络结构来实现互联,以适应不同的需要。
●基站接入型:
当采用移动蜂窝通信网接入方式组建WLAN时,各站点之间的通信是通过基站接入、数据交换方式来实现互联的。
各移动站不仅可以通过交换中心自行组网,还可以通过广域网与远地站点组建自己的工作网络。
如图1所示。
图2网桥连接型
图1基站接入型
●网桥连接型:
局域网之间互联如不便采取有线方式,则可用无线网桥的方式实现点对点连接,比如距离比较远的建筑物之间的互通。
无线网桥不仅提供物理与数据链路层的连接,还为用户提供较高层的路由与协议转换。
如图2所示。
●Infrastructure接入型:
计算机通过无线网卡与AP或桥接器进行通讯,AP或桥接器起HUB的作用。
可组建星型结构的WLAN,所有传输的数据均需通过AP或桥接器。
桥接器进行网络控制管理。
不同桥接器可串联形成更大规模的网络。
如图3所示。
图4Ad-hoc结构
图3Infrastructure接入型
●无中心结构(Ad-hoc):
即不通过AP,各计算机通过无线网卡自行进行通讯。
网络管理分散到各个计算机中。
是一种点对点的应用方式。
要求网中任意两个站点均可直接通信。
此结构的无线局域网一般使用公用广播信道,MAC层采用CSMA类型的多址接入协议。
如图4所示。
1.6常用设备
●无线路由
无线路由器(WirelessRouter)是带无线覆盖功能的路由器。
市场上流行的产品一般都支持专线、XDSL/CABLE、动态XDSL、PPTP四种接入方式,还具有其它一些网络管理的功能,如DHCP服务、NAT、MAC地址过滤等。
可实现家庭无线网络中的Internet连接共享、ADSL和小区宽带的无线共享接入。
如图5所示。
图6无线网桥
图5无线路由器
●无线AP
AP(AccessPoint)访问接入点,也是目前组建小型无线局域网时最常用的设备。
AP相当于一个连接有线网和无线网的桥梁,其主要作用是将各个无线网络客户端连接到一起,然后将无线网络接入以太网。
目前大多数的无线AP都支持多用户接入、数据加密、多速率发送等功能,一些产品更提供了完善的无线网络管理功能。
AP的室内覆盖范围一般是30m~100m,目前不少厂商的AP产品可以互联,以增加WLAN覆盖面积,无线局域网客户端也可以在AP之间漫游。
●无线网桥
无线网桥通常是用于室外,主要用于连接两个网络。
如图6所示。
必需两个以上一同使用,而AP可以单独使用。
无线网桥功率大,传输距离远,抗干扰能力强等,不自带天线,一般配备抛物面天线实现长距离的点对点连接。
无线网桥有三种工作方式,点对点,点对多点,中继连接。
特别适用于城市中的远距离通讯。
它有2种接入方式,IP接口接入,IP+E1双接口接入。
2WLAN相关技术介绍
2.1技术概述
近些年来,随着局域网的应用领域不断拓宽和现代通信方式的不断变化,尤其是移动和便携式通信的发展,无线局域网(WLAN)便应运而生。
无线局域网是一种能支持较高数据速率(2~11Mbit/s)、采用微蜂窝、微微蜂窝结构的、自主管理的计算机局部网络。
它可采用无线电或红外线作为传输媒质,采用扩展频谱技术,移动的终端可通过无线接入点来实现对Internet的访问。
WLAN利用常规的局域网(如10/100/1000Mbit/s以太网)及其互连设备(路由器)构成骨干支撑网,利用无线接入点(AP)和无线接入控制器(AC)来支持移动终端(MT)的移动和漫游。
无线接入服务器的作用是提供无线终端的接入管理和移动性管理。
在无线接入服务器管辖的范围内(称为服务区)可支持多个小区。
无线接入点的作用是完成WLAN和LAN之间的桥接,实现无线空中接口协议到LAN协议的转换,并实现小区的移动用户管理。
在无线接入服务器中运行移动IP服务器软件,在移动终端上运行移动IP客户机便可支持移动IP功能。
作为全球公认的局域网权威,IEEE802工作组建立的标准在过去二十年内在局域网领域内独领风骚。
这些协议包括了802.3Ethernet协议、802.5TokenRing协议、802.3z100BASE-T快速以太网协议。
在1997年,经过了7年的工作以后,IEEE发布了802.11协议,这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。
在1999年9月,他们又提出了802.11b"
HighRate"
协议,用来对802.11协议进行补充,802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps速率下又增加了5.5Mbps和11Mbps两个新的网络吞吐速率。
利用802.11b,移动用户能够获得同Ethernet一样的性能、网络吞吐率、可用性。
这个基于标准的技术使得管理员可以根据环境选择合适的局域网技术来构造自己的网络,满足他们的商业用户和其他用户的需求。
802.11协议主要工作在ISO协议的最低两层上,并在物理层上进行了一些改动,加入了高速数字传输的特性和连接的稳定性。
2.2IEEE802.11族介绍
802.11定义了两种类型的设备:
一种是无线站,通常是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的;
另一个称为无线接入点,它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。
一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口(802.3接口)构成,桥接软件符合802.1d桥接协议。
接入点就像是无线网络的一个无线基站,将多个无线的接入站聚合到有线网络上。
无线的终端可以是802.11PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口的,或者是在非计算机终端上的嵌入式设备,例如802.11手机。
●802.11物理层
在802.11最初定义的三个物理层包括了两个扩散频谱技术和一个红外传播规范,无线传输的频道定义在2.4GHz的ISM波段内,这个频段,在各个国际无线管理机构中,例如美国的USA,欧洲的ETSI和日本的MKK都是非注册使用频段。
这样,使用802.11的客户端设备就不需要任何无线许可。
扩散频谱技术保证了802.11的设备在这个频段上的可用性和可靠的吞吐量,这项技术还可以保证同其他使用同一频段的设备不互相影响。
●802.11数字链路层
802.11的MAC和802.3的MAC非常相似,都是在一个共享媒体之上支持多个用户共享资源,由发送者在发送数据前先进行网络的可用性。
在802.3协议中,是由一种称为CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)的协议来完成调节,而在802.11无线局域网协议中,冲突的检测存在一定的问题,这个问题称为"
Near/Far"
现象,这是由于要检测冲突,设备必须能够一边接受数据信号一边传送数据信号,而这在无线系统中是无法办到的。
鉴于这个差异,在802.11中对CSMA/CD进行了一些调整,采用了新的协议CSMA/CA(CA:
CollisionAvoidance)或者DCF(DistributedCoordinationFunction)。
CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突,也就是说,只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据已经正确到达目的。
CSMA/CA通过这种方式来提供无线的共享访问,这种显式的ACK机制在处理无线问题时非常有效。
然而不管是对于802.11还是802.3来说,这种方式都增加了额外的负担,所以802.11网络和类似的Ethernet网比较总是在性能上稍逊一筹。
●联合结构、蜂窝结构和漫游
802.11的MAC子层负责解决客户端工作站和访问接入点之间的连接。
当一个802.11客户端进入一个或者多个接入点的覆盖范围时,它会根据信号的强弱以及包错误率来自动选择一个接入点来进行连接,一旦被一个接入点接受,客户端就会将发送接受信号的频道切换为接入点的频段。
这种重新协商通常发生在无线工作站移出了它原连接的接入点的服务范围,信号衰减后。
其他的情况还发生在建筑物造成的信号的变化或者仅仅由于原有接入点中的拥塞。
在拥塞的情况下,这种重新协商实现负载平衡的功能,它将能够使得整个无线网络的利用率达到最高。
802.11协议族发展历史和主要参数定义如图7。
WLAN实际组网中最常用协议介绍如下。
图7802.11协议族历史
●IEEE802.11a
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
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。
另外,通过统一的认证机构认证所有厂商的产品,802.11b设备之间的兼容性得到了保证。
兼容性促进了竞争和用户接收程度。
●IEEE802.11g
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。
2.3WLAN业务介绍
WLAN支持的业务应当能够实现各种用户业务接入的需要,并符合IP网络的业务功能要求。
根据业务对实时性要求的不同及提供方式的不同将业务分为如下几类。
1.实时业务
该类业务包括双向、双方和多方业务。
在进行通信时要求具有实时响应,要求提供业务的网络能依据标准严格控制延时和抖动。
2.非实时业务
该类业务通常为信息传输业务对网络没有严格的延时和抖动要求,例如传统的IP业务(E-mail、文件传送协议FTP、Web等)。
3.VPN业务
在包括WLAN在内的公用网络平台上构筑不受地域限制而受企业统一策略控制和管理的企业网络,为企业用户提供远端接入服务。
各类业务的典型业务用如表1所示:
业务
具体应用
非实时业务
E-mail、FTP、Web(Internet接入)、VOD点播、网络传真等
实时业务
IP电话、会议电视、网上直播等
VPN业务
企业内部用户的远端接入等
表1WLAN典型业务
3WLAN的一般应用
3.1简单的家庭WLAN
家庭无线局域网是最通用和最便宜的例子。
一台设备作为防火墙,路由器,交换机和无线接入点。
这些无线路由器可以提供广泛的功能,例如:
保护家庭网络远离外界的入侵。
允许共享一个ISP(Internet服务提供商)的单一IP地址。
可为4台计算机提供有线以太网服务,但是也可以和另一个以太网交换机或集线器进行扩展。
为多个无线计算机作一个无线接入点。
3.2中型无线局域网
中等规模的企业传统上使用一个简单的设计,他们简单地向所有需要无线覆盖的设施提供多个接入点。
这个特殊的方法可能是最通用的,因为它入口成本低,尽管一旦接入点的数量超过一定限度它就变得难以管理。
大多数这类无线局域网允许你在接入点之间漫游,因为它们配置在相同的以太子网和SSID中。
从管理的角度看,每个接入点以及连接到它的接口都被分开管理。
从安全的角度来看,每个接入点必须被配置为能够处理其自己的接入控制和认证,RADIUS服务器将这项任务变得更轻松。
3.3大型可交换无线局域网
交换无线局域网是无线连网最新的进展,简化的接入点通过几个中心化的无线控制器进行控制。
数据通过Cisco,ArubaNetworks,Symbol和TrapezeNetworks这样的制造商的中心化无线控制器进行传输和管理。
这种情况下的接入点具有更简单的设计,用来简化复杂的操作系统,而且更复杂的逻辑被嵌入在无线控制器中。
接入点通常没有物理连接到无线控制器,但是它们逻辑上通过无线控制器交换和路由。
从管理的角度来看,管理员只需要管理可以轮流控制数百接入点的无线局域网控制器。
安全管理也被加固了,因为所有访问控制和认证在中心化控制器进行处理,而不是在每个接入点。
只有中心化无线控制器需要连接到RADIUS服务器。
4初步组网方案
4.1课设基本说明
项目
说明
设计目标
在**校园搭建中等规模校园WLAN,提供基本的网络服务功能
应用对象
主要针对学校热点区域进行实验。
A.教学楼:
选取教二和主楼进行实验
B.教室:
选取主楼的两层或更多进行实验
C.喷泉广场:
代表户外开阔环境
服务应用
基本服务:
A.所有实验地点实现Internet接入、提供DHCP服务
B.所有实验地点统一规划IP地址、实现加密等安全控制
C.教学楼和教室提供FTP服务
扩展服务:
(如果实验室条件允许且时间充裕)
A.在教学楼不同楼层,支持漫游;
支持慢速移动、AP切换
B.在教学楼搭建Samba服务器、DNS服务等
所需设备
A.以太网交换机或路由器:
1台
B.无线AP(最好是无线路由):
4台
C.服务器:
1台(可用PC代替)
D.笔记本1台(自备)、手机1部(自备)
选题原因
1.具有代表性的区域搭建“微缩版”的**校园无线网,比较符合实际,具有现实的环境和硬件的支持,易于具体实验。
2.选取的实验地点较好地体现了无线网关键技术的应用:
教学楼之间的无线通信代表了热点互联和远距离AP通讯;
不同层教室间的移动,可实验较为高级的漫游和切换技术;
喷泉广场模拟室外开阔环境的无线覆盖技术。
3.在搭建基本无线网络的基础上,选择了典型的网络服务与应用进行实现,可加深对网络基本层次结构和服务的理解。
可在基本服务的前提下实现更多的服务,增强实用性。
4.拥有现实的范例可供研究,可参考现行的**无线网络进行组网,同时可参考北大的无线网络进行设计。
备注信息
1.后期十分有必要根据实验室的设备情况和老师的指导意见对组网方案进行调整和修改。
2.具体组网、基本服务和扩展服务的实现需要学习大量的文档和资料,将对成员进行合理的分工。
4.2网络拓扑
**校园WLAN组网地理位置示意图如图8所示。
图8组网地理位置图示
具体的网络拓扑图如图9所示。
图9网络拓扑图
4.3具体组网方案
网络拓扑结构具体叙述如下。
1.实验中以教二网络实验室为中心,使用高速交换机接入学校主干有线网,提供Internet接入功能。
同时在教二分布无线AP,覆盖教二实验室。
2.从教二实验室到主楼考虑使用原有校园有线网连接,再从主楼的主接入点通过有线连接到不同楼层M和N的AP,实现不同楼层的无线网接入与互联。
3.喷泉广场的无线覆盖采用网桥中继的方式,从主楼无线AP接中继AP再接终端AP,提供广场的无线接入。
4.如果实验室硬件条件不允许或由于其他原因不能实地组建网络,我们将采用在实验室模拟的方式进行组网。
具体实现时可以选择教二的不同实验室和不同楼层分别模拟实际中的教二、主楼和喷泉广场。
这种模拟对于学习和理解网络结构和层次也是有益的。
4.4提供服务的说明
在教二的主交换机接入服务器,在Linux或Windows平台上部署FTP服务端、DHCP服务端、Samba服务端等,以提供支持各种基本网络服务。
同时实验安全加密网络。
如果有硬件条件且有余力可以尝试搭建更高级的网络服务。
初步定义的接入支持终端主要是带有无线网卡的台式机、笔记本电脑、手机和支持无线连接的PDA设备。
组网主要采用IEEE802.11b协议,最大连接速率11Mbps,可在室内实验IEEE802.11g网络,提升网络吞吐能力。
为了方便学校师生和来访人员使用网络,室外网络的AP采用不加密方式,在室内实验时采用64bit或者128bit数据加密。
IP地址分配使用DHCP动态地址分配,开放192.168.0.0内网段。
4.5可能遇到的困难
可能遇到的困难主要有以下几点。
1.设计方案需要的设备和实验室能提供的设备存在出入。
2.无线设备和学校原有的各种无线网络设备产生干扰,这是不允许出现的情况。
3.使用学校原有的有线网组建主干网络的时候,由于不能操作学校的路由器,可能导致部分功能无法实现。
4.AP中继连接可能由于各种环境干扰而出现问题,实现喷泉广场覆盖可能难度较大。
5.手机和PDA设备的协议与AP支持的协议不吻合,或者安全级别不能支持,导致接入失败。
4.6具体组网流程
1.确定网络结构
实验前阅读和学习WLAN组网的技术文档和相关的资料,熟悉组网技术和操作。
实验时,根据实验室的硬件设备和老师的指导意见,对图9中的网络拓扑结构和组网方式进行改进和优化,提高实用性和可行性,以期达到最好的实验效果。
2.部署网络设备
仔细阅读设备的使用说明书,了解注意事项,然后根据既定的网络拓扑结构,分布交换机和无线路由等设备。
确保设备安全。
注意墙壁等环境因素对无线信号的干扰和阻隔,选择尽可能好的地点安放设备。
设备安放完成后,对设备通电,如果有有线设备,需要进行合理的布线。
根据无线设备的说明书配置无线路由等设备。
主要配置参数有以下几项:
∙IP地址:
设置路由的IP地址。
∙WLAN名称:
在”SSID”中可以配置无线局域网的名称。
∙DHCP配置:
可决定是否启用DHCP服务,并对地址池、租借时长、网关、DNS等进行设置。
根据子网划分进行设置。
∙静态IP分配:
根据子网划分进行相应设置和分配,可绑定MAC地址等。
∙安全设置:
可选择是否使用加密,使用WEP、WAP或者其他加密方式。
∙其它设置:
诸如动态DNS、转发规则等等,根据需要进行设置即可。
3.测试连通性
对IP和子网进行设置之后,接入简单的设备,然后使用ping、ipconfig/ifconfig、net、tracert、nslookup等常用网络命令对网络的连通性进行测试,并确保子网划分正确且IP分配正确。
4.配置用户终端
这里主要是不同客户端环境下的配置可能存在差异,总体来讲,较为陈旧的设备和操作系统需要更多设置,如Windows98等配置较为麻烦,而新型的设备,如iPhone等设备和Windows7、Ubuntu10.04等操作系统的设置比较简单,在采用DHCP方式时几乎是“即插即用”。
不论何种设备,只要是支持802.11协议,具体的配置就不应该成为难以实现的问题。
5.搭建网络服务
在确保网络连通性的前提下,在Linux服务器或者是WindowsServer服务器上搭建简单的FTP服务,并测试。
如果条件和时间允许,可进一步尝试搭建DNS、DHCP、Samba服务器等。
6.测试与展示
对网络的连通性和提供的网络服务进行全面的测试,并测试不同终端下的服务情况,修补错误和不足。
完成对网络带宽、吞吐量、丢包率等的简单测试。
最终形成成果进行展示和验收。
5组队情况
5.1
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