无线网络在校园网中的应用.docx
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无线网络在校园网中的应用.docx
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无线网络在校园网中的应用
摘 要:
随着无线局域网技术和无线产品的成熟,教育需求和资源的变化、发展,无线系统正逐渐成为不少发达国家教育机构、院校或部门的重要组成部分。
无线校园已经成为提升教学环境品质,提高教育资源利用率,增加教育灵活性和交流性的重要方式。
在教育培训领域,越来越多的计算机网络系统设计师将无线网络吸纳成为一个必不可少的环节,无论是校园内部信息点的分布设计、校园内建筑物的网络连接,还是学校本部和分部的联网,无线网络产品均有惊人的用武之地。
此外,无线网络环境的引入,为崭新的无线多媒体提供了应用平台,从而将教育信息化建设带入一个崭新的天地。
利用无线网络和各种具备无线接收的数码设备,学生可以不受时间和空间的限制,随意分组,从而大大提高了协作学习的效率。
同时通过教室外的无线环境,学生可以随时随地进入学校图书馆数据库查询所需资料,使校园网核心信息资源的复用和共享提高到了一个摆脱教育基础设施空间局限的“无限”的层次上。
本毕业设计课题将主要以校园无线网的建设来展开论证,从中可能用到各种技术资料和实施方案为设计导向,为校园无线网的建设提供理论依据和实践指导。
关键词:
无线网络校园网局域网无线路由
英文摘要([原文]
Englishsummary):
AswirelessLANtechnologyandwirelessproductsmature,changesineducationalneedsandresources,development,andwirelesssystemsisbecomingalotofdevelopedcountries,educationalinstitutions,collegesordepartmentsoftheimportantpart.Wirelesscampushasbecomeateachingandlearningenvironmenttoenhancethequalityofeducationalresourcestoimproveefficiency,increasetheflexibilityofeducationandcommunicationofimportantways.
Inthefieldofeducationandtraining,moreandmorecomputernetworksystemdesignerstowirelessnetworksasanessentialcomponenttoabsorb,whetherthedistributionofinformationpointswithinthecampusdesign,campusbuildingnetworkconnection,ortheschoolheadquartersandsub-Departmentofnetworking,wirelessnetworkingproductsareamazingarena.Inaddition,theintroductionofthewirelessnetworkenvironmentfornewwirelessmultimediaapplicationplatformprovidedtotheeducationinformationtechnologyintoanewworld.
Useofwirelessnetworksanddigitaldeviceswithwirelessreceiver,studentscanbeexemptedfromtherestrictionsoftimeandspace,freegroup,thusgreatlyimprovingtheefficiencyofcollaborativelearning.Atthesametimethroughthewirelessenvironmentoutsidetheclassroom,studentscanentertheschoollibrarydatabasequeriesatanytimetheinformationrequiredtomakethecoreofcampusinformationresourcestoimprovethereuseandsharingtoafreeeducation,infrastructure,spacelimited"unlimited"level.
Thegraduationprojectwillbemainlyintheconstructionofthecampuswirelessnetworktoexpandthedemonstration,fromavarietyoftechnicalinformationmaybeusedforthedesignandimplementationofprogramsorientedtotheconstructionofthecampuswirelessnetworktoprovideatheoreticalbasisandpracticalguidance.
英文关键词(Englishandkeywords):
Campuslocalareanetworkwirelessnetworkwirelessrouter
目前局域网中互联的传输介质往往是有线介质,这些有线介质在某些特定的场合均存在一定的问题。
例如拨号线的传输速率较低,租用专线的租金较高,双绞线、同轴电缆等则存在铺设费用高、施工周期长、移动困难等问题。
与此相对应,无线网络技术已相当成熟,现在已经广泛应用于医疗、教育、军事领域。
现在,高速无线网络的传输速率已达到11M或者22M,完全能满足一般的网络传输要求,包括传输文字、声音、图像等,甚至可以进行声音和图像并发的传输。
无线网络的最大传输距离也达到几十公里,甚至更远。
而且随着无线网络的应用领域越来越广,其的价格也是一般单位所能接受的,只需一次性投资,省去了许多后顾之忧。
可以说现在的无线网络在性能、距离、价格上完全可以和有线网相媲美,甚至在某些方面超过有线网络。
1.1无线网络技术基本概念
WLAN是WirelessLocalAreaNetwork的缩写,指应用无线通信技术将计算机设备互联起来,构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。
无线局域网本质的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来,而是通过无线的方式连接,从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。
无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。
从专业角度讲,无线局域网利用了无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信,并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。
通俗地说,无线局域网(Wirelesslocal-areanetwork,WLAN)就是在不采用传统缆线的同时,提供以太网或者令牌网络的功能。
但是,仅仅从缆线这个角度来看待无线局域网是不够的——无线局域网已经重新定义了局域网。
联接不仅仅是连接,“本地”的计量单位也从米延伸到了公里。
基础设施不需要再埋在地下或隐藏在墙里,它已经能够随着公司的发展而移动或变化。
1.2无线网络的分类
无线网络主要有无线个人网、无线区域网、无线城域网组成。
1.2.1无线个人网
无线个人网(WPAN)是在小范围内相互连接数个装置所形成的无线网络,通常是个人可和的范围内。
例如蓝牙连接耳机和膝上电脑,蓝牙是一个开放性的、短距离无线通信技术标准。
蓝牙技术并不是理想的WLAN技术,因为它面向的是移动设备间的小范围连接,因而本质上说它是一种代替线缆的技术。
它可以用来在较短距离内取代目前多种线缆连接方案,穿透墙壁等障碍,通过统一的短距离无线链路,在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。
蓝牙力图做到:
必须像线缆一样安全;降到和线缆一样的成本;可以同时连接移动用户的众多设备,形成微微网(piconet);支持不同微微网间的互连,形成scatternet;支持高速率;支持不同的数据类型;满足低功耗、致密性的要求,以便嵌入小型移动设备;最后,该技术必须具备全球通用性,以方便用户徜徉于世界的各个角落。
1.2.2无线区域网
无线区域网(WirelessRegionalAreaNetwork,简称WRAN)基于认知无线电技术,IEEE802.22定义了适用于WRAN系统的空中接口。
WRAN系统工作在47MHz~910MHz高频段/超高频段的电视频带内的,由于已经有用户(如电视用户)占用了这个频段,因此802.22设备必须要探测出使用相同频率的系统以避免干扰。
1.2.3无线城域网
无线城域网是连接数个无线局域网的无线网络型式。
它推出是为了满足日益增长的宽带无线接入(BWA)市场需求。
虽然多年来802.11x技术一直与许多其他专有技术一起被用于BWA,并获得很大成功,但是WLAN的总体设计和其提供的特点并不能很好地适用于室外的BWA应用。
当其用于室外时,在带宽和用户数方面将受到限制,同时还存在着通信距离等其他一些问题。
1.3无线传输技术协议种类和其标准
目前常用的无线网络标准主要有美国IEEE(电机电子工程师协会,TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers)所制定的802.11标准(包括802.11a、802.11b和802.11g等标准)。
1.3.1IEEE802.11a
802.11a是应用于无线局域网的802.11规范族中的一个规范,主要用在接入式集线器中,为无线ATM系统提供规范。
使用802.11a规范的网络运行于无线频率在5.725GHz到5.850GHz之间的环境下。
这个规范使用正交频分复用技术,这种技术尤其适合应用于办公室局域网。
在802.11a规范中,数据速率可以达到54Mb/s,在干扰方面,它要优于802.11b规范,这是因为802.11a提供更多的可用信道,并且802.11b的使用频率和各种各样的家用器具和医疗设备的使用频率是共享的。
1.3.2IEEE802.11b
802.11b采用2.4GHz直接序列扩频,最大数据传输速率为11Mb/s,无须直线传播。
动态速率转换当射频情况变差时,可将数据传输速率降低为5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s。
使用范围支持的范围是在室外为300米,在办公环境中最长为100米。
802.11b使用与以太网类似的连接协议和数据包确认,来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。
1.3.3EEE802.11g
随着无线IEEE802.11标准开始深入人心,各IC制造商开始寻求为以太网平台提供更为快速的协议和配置。
而蓝牙产品和无线局域网(802.11b)产品的逐步应用,解决两种技术之间的干扰问题显得日益重要。
为此,IEEE成立了无线LAN任务工作组,专门从事无线局域网802.11g标准的制定,力图解决这一问题。
802.11g其实是一种混合标准,它既能适应传统的802.11b标准,在2.4GHz频率下提供每秒11Mbit/s数据传输率,也符合802.11a标准在5GHz频率下提供54Mbit/s数据传输率。
1.3.4IEEE802.11n
802.11n计划将WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上,最高速率可达320Mbps,成为802.11b、802.11a、802.11g之后的另一场重头戏。
和以往地802.11标准不同,802.11n协议为双频工作模式(包含2.4GHz和5GHz两个工作频段)。
这样11n保障了与以往的802.11ab,g标准兼容。
目前IEEE802.11b最常用,但IEEE802.11g更具下一代标准的实力,802.11n也在快速发展中。
1.4适合搭建无线网络的环境
无线局域网络绝不是用来取代有线局域网络,而是用来弥补有线局域网络之不足,以达到网络延伸之目的,现在有线局域网技术已经发展得比较完善,但是什么情形需要使用无线局域网呢?
因为无线局域网无线的特性具有常规网络无可比拟的优点。
下面就是无线局域网大显身手的几种场合。
1.接入网络信息系统:
电子邮件、文件传输和终端仿真。
2.难以布线的环境:
老建筑、布线困难或昂贵的露天区域、城市建筑群、校园和工厂。
3.频繁变化的环境:
频繁更换工作地点和改变位置的零售商、生产商,以和野外勘测、试验、军事、公安和银行等。
4.使用便携式计算机等可移动设备进行快速网络连接。
5.用于远距离信息的传输:
如在林区进行火灾、病虫害等信息的传输;公安交通管理部门进行交通管理等。
6.专门工程或高峰时间所需的暂时局域网:
学校、商业展览、建设地点等人员流动较强的地方;利用无线局域网进行信息的交流;零售商、空运和航运公司高峰时间所需的额外工作站等。
7.流动工作者可得到信息的区域:
需要在医院、零售商店或办公室区域流动时得到信息的医生、护士、零售商、白领工作者。
8.办公室和家庭办公室(SOHO)用户,以和需要方便快捷地安装小型网络的用户。
第2章无线网络设备
组成无线局域网络的设备有无线网卡(WirelessLANCard)、无线接入点(AP)、无线网桥、接入控制器(AC)、认证服务器(AS)。
此外还包括天线、POE供电设备、适配器等等。
其中常见的设备有无线网卡、无线网桥、无线天线等。
2.1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。
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无线网卡和USB无线网卡。
PCMCIA无线网卡仅适用于笔记本电脑,支持热插拔,可以非常方便地实现移动无线接入。
PCI无线网卡适用于普通的台式计算机使用。
其实PCI无线网卡只是在PCI转接卡上插入一块普通的PCMCIA卡。
USB接口无线网卡适用于笔记本和台式机,支持热插拔,如果网卡外置有无线天线,那么,USB接口就是一个比较好的选择。
2.2接入点(AP)
AP充当无线网络用户的中心通信点,它可以连接有线和无线网络。
在有多个AP的情况下,多个AP可以被配置成允许无线用户在AP之间漫游而不会被中断。
AP还可以充当一个无线转发器,或者是无线网络的一个扩展点。
网络管理员可以通过命令行和WEB界面来控制和配置AP。
也可以使用诸如简单网络管理协议(SNMP)的传统协议进行管理。
根据天线的安装方式而定,选用各种类型的天线可以不同程度地增加覆盖范围和速率。
AP可以是单频的,例如Cisco1100AP;也可能是双频的,如Cisco1200AP。
AP的重要特性包括如下:
集成的网络管理——使用现有的网络管理来支持接口级的SNMP和系统日志是一个基本要求。
此外,Web或命令行管理也是必需的。
根据网络管理架构的不同,Cisco发现协议(CDP)可能会提供一些附加的管理信息。
系统安全——可能需要限制一些用户访问AP管理系统。
因此,必须支持加密和有线等效加密(WEP)或动态WEP。
此外,还需要支持802.1x以提供认证。
过滤——需要协议过滤器来防止或允许通过AP使用特定的协议。
此外,还需要对单播和组播包的转发与过滤进行控制。
固件——固件应该是可以升级的,并且应该支持复制和恢复配置。
备用——该特性允许AP作为另一个AP的备份,以提供不中断的连接。
用于国际游客的World模式——全世界不同地区的频率管制略有不同。
这个功能允许来自日本的游客在一个客户端设备上使用World模式,以便关联到美国的一个AP,并自动切换到正确的区域设置。
负载平衡——这个特性根据用户数、比特误差率、可用无线带宽和信号强度等因素,将客户端设备自动定向到能够提供最佳网络连接的AP。
2.3无线网桥
无线网桥的设计目的是连接两个或者多个网络(通常位于不同的建筑物中),它可以为数据密集型视距内应用提供很高的数据传输速率和出色的吞吐率。
可以连接各种难以布线的场所、不相邻的楼层、分支机构、校园或者企业园区网络、临时性网络和仓库。
它们可以针对点对点或者点对多点应用进行设置,从而让多个场所可以共享单一、高速的互联网连接。
为了提供灵活的功能,网桥还可以设置为一个接入点。
无线网桥之间的高速连接能够提供比E1/T1线路高几倍的吞吐量,而成本只是后者的一小部分--从而使得用户无须使用价格昂贵的专线或者难以安装的光纤电缆。
因为网桥不会带来重复性费用,所以用户可以通过节约专线费用,迅速地收回前期的硬件投资。
这款无线网桥可以将分散的建筑物连接到一个单一的LAN中,即使它们之间被高速公路、铁路、河流等障碍物隔开,无法铺设铜缆或者光纤电缆也是如此。
图1点对点无线网桥解决方案
图1点对点
图2点对多点无线网桥解决方案
图2点对多
2.4无线局域网接入控制器(AC)
无线局域网接入控制器(AC)是为用户实现安全、易管理、高可靠性的无线局域网必不可少的核心设备。
与现有的交换机、防火墙、认证服务器以和其他网络架构无缝集成,主要用于对域内的多个AP进行统一安全管理,全面的无线网络控制器,可以解决无线数据传输、认证、系统隔离等无线网络中的安全问题。
无线接入控制器需要能够提供完善的认证方式,除提供标准的802.1x认证外还应提供Web认证,通过DHCP+WEB方式,在用户打开网页的时候自动弹出认证页面。
同时,与认证服务器配合,提供灵活多样的计费和用户管理,支持多种计费方式,如包月制、预付费、按时长计费、按流量计费等。
提供多种营运模式,可以和现有的移动网络以和固定网络计费系统整合,最大限度的保护用户现有投资。
2.5认证服务器(AS)
提供与WLAN无线接入区域之间的IP认证和计费信息接口。
AS、AC、AP之间使用标准的RADIUS协议传送认证、鉴权和计费信息。
AS能支持多个AC和AP,即能够同时满足大范围的WLAN接入需求。
2.6无线天线
当计算机与无线AP或其他计算机相距较远时,随着信号的减弱,或者传输速率明显下降,或者根本无法实现与AP或其他计算机之间通讯,此时,就必须借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益(放大)。
无线设备本身的天线都有一定距离的限制,当超出这个限制的距离,就要通过这些外接天线来增强无线信号,达到延伸传输距离的目的。
这里面要涉和到两个概念
1.频率范围
它是指天线工作的频段。
这个参数决定了它适用于哪个无线标准的无线设备。
比如802.11a标准的无线设备就需要频率范围在5GHz的天线来匹配,所以在购买天线时一定要认准这个参数对应相应的产品。
2.增益值
此参数表示天线功率放大倍数,数值越大表示信号的放大倍数就越大,也就是说当增益数值越大,信号越强,传输质量就越好。
无线天线有多种类型,不过常见的有两种,一种是室内天线,优点是方便灵活,缺点是增益小,传输距离短;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,一种是棒状的全向天线,室外天线的优点是传输距离远,比较适合远距离传输。
2.6.1室内无线天线
1、全向天线
室内全向天线适合于无线路由、AP这样的需要广泛覆盖信号的设备上,他可以将信号均匀分布在中心点周围360度全方位区域,适用于链接点距离较近,分布角度范围大,且数量较多的情况。
2、定向天线
室内定向天线适用于室内,它因为能量聚集能力最强,信号的方向指向性也极好。
在使用的时候应该使得它的指向方向与接收设备的角度方位相当集中。
2.6.2室外无线天线
1、全向天线
室外的全向天线也会将将信号均匀分布在中心点周围360度全方位区域,要架在较高的地方,适用于链接点距离较近,分布角度范围大,且数量较多的情况。
2、定向天线
室外的定向天线的能量聚集能力最强,信号的方向指向性极好。
同样因为是在室外,所以也应架在较高的地方。
当远程链接点数量较少,或者角度方位相当集中时,采用定向天线是最为有效的方案。
3、扇面天线
扇面天线具有能量定向聚集功能,可以有效地进行水平180度、120度、90度范围内的覆盖,因此如果远程链接点在某一角度范围内比较集中时,可以采用扇面天线。
4、组合天线
上述三种天线各具一定的特性,因此在实际项目中,经常会出现组合使用的情况,例如利用多幅扇面天线,或者扇面天线和定向天线相结合使用。
无线天线相当于一信号放大器,主要用来解决无线网络传输中因传输距离、环境影响等造成的信号衰减。
2.7无线路由
无线路由器:
就是带有无线覆盖功能的路由器,它主要应用于用户上网和无线覆盖。
市场上流行的无线路由器一般都支持专线xdsl/cable,动态xdsl,pptp四种接入方式,它还具有其它一些网络管理的功能,如dhcp服务、nat防火墙、mac地址过滤等等功能。
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,它不仅具备单纯性无线AP所有功能如支持DHCP客户端、支持VPN、防火墙、支持WEP加密等等,而且还包括了网络地址转换(NAT)功能,可支持局域网用户的网络连接共享。
可实现家庭无线网络中的Internet连接共享,实现ADSL和小区宽带的无线共享接入。
无线路由器可以与所有以太网接的ADSLMODEM或CABLEMODEM直接相连,也可以在使用时通过交换机/集线器、宽带路由器等局域网方式再接入。
其内置有简单的虚拟拨号软件,可以存储用户名和密码拨号上网,可以实现为拨号接入Internet的ADSL、CM等提供自动拨号功能,而无需手动拨号或占用一台电脑做服务器使用。
此外,无线路由器一般还具备相对更完善的安全防护功能。
此外,大多数无线路由器还包括一个4个端口的交换机,可以连接n台使用有线网卡的电脑,从而实现有线和无线网络的顺利过渡。
在接入速度上,目前符合11Mbps、54Mbps、108Mbps的无线路由器产品皆有。
无线路由器适合于不带路由的ADSL、CM猫等用户以和带路由的ADSL、CM猫。
无线路由器将多种设备合而为一,亦比较适合于初次建网的用户,其集成化的功能可以使用户只用一个设备而满足所有的有线和无线网络需求。
第3章校园网中的无线网络
3.1无线校园网概述
无线校园网,就是通过无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork,简称WLAN)技术,在校园中建立的无缝无线通讯网络,使校园的每个角落都处在网络中,形成真正意义上的校园网。
目前绝大多数学校已拥有的有线网络,只能提供固定而有限的网络信息点,无法满足学校师生随时随地共享教育网络资源的需要。
无线校园网正是顺应了教育信息化建设的前进步伐,蓬勃发展起来的。
无线校园网最大的特点是具有的高度的空间自由性和灵活性;可以避免大规模铺设网线和固定设备投入,有效地削减了网络建设费用,极大地缩短了建设周期;无线局域网带宽很宽,适合进行大量双向和多向的多媒体信息传输。
目前教育网用户非常期待实现的许多需求,如网络信息点流动的需求、难以布线区域网络建设的需要、利用网络提高教学效率的需要、以和信息化建设中降低成本和保护投资的要求等,通过无线校园网的建设,都可以找到解
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