西区4号楼无线局域网设计.docx
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西区4号楼无线局域网设计.docx
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西区4号楼无线局域网设计
2017届课程设计
“西区四号楼无线局域网设计”
课程设计报告
学生姓名:
库尔班江,阿杂提江
阿布力米提,艾比班木
学号:
50112125245011112120
50111121315011112121
所属学院:
信息工程学院
专业:
计算机科学与技术
班级:
计算机(民)17-1
指导教师:
刘付勇
教师职称:
讲师
指导教师刘付勇老师
塔里木大学教务
摘要
近年来,随着无线局域网技术的不断成熟和普及,高校信息化不断提升,数字化校园网络逐渐成为现代校园的重要教学设备,成为广大师生教学活动、获取资源的主要途径。
并且,无线网络应用范围日益扩大,无线网络应用技术也越来越成熟,应用的标准也日新月异,虽然解决无线网络接入方案有很多,但只有选择的方法和技术来改造学校网络,从实际需求和运用环境出发,不盲目追求新的技术方法,才能达到好的实际效果。
为了实现学校2号楼的基于瘦AP的无线网设计,从无线网的传输技术、网络构架等性能方面比较了胖AP与瘦AP两种组网模式,选择了更为优秀的瘦AP模式作为无线网络的架构工作模式。
关键字:
无线局域网;无线控制器;瘦AP
目录
摘要2
目录3
第一章无线局域网4
1.1无线局域网的发展史4
1.2现状分析无线局域网目前的国内外发展现状4
1.3系统的开发意义无线局域网在校园研究的意义5
1.4传统技术及存在的局限和不足6
第二章无线接入点技术6
2.1瘦AP技术7
2.2胖AP技术8
2.3胖AP与瘦AP区别8
2.3.1架构不同8
2.3.2组网方式不同11
2.3.3设备类型不同13
第三章设计方案14
3.1设备选择14
3.2二号楼布线方案15
3.3AP布点覆盖原则17
3.4AP容量规划18
3.5覆盖效果理论计算18
3.6覆盖方案19
参考文献20
致谢21
第1章无线局域网
随着无线通信技术的广泛应用,传统区域网路已经越来越不能满足人们的需求,于是无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)应运而生,且发展迅速。
尽管目前无线局域网还不能完全独立于有线网路,但近年来无线局域网的产品逐渐走向成熟,正以它优越的灵活性和便捷性在网路应用中发挥日益重要的作用。
无线局域网是无线通信技术与网路技术相结合的产物。
从专业角度讲,无线局域网就是通过无线通道来实现网路设备之间的通信,并实现通信的移动化、个性化和宽频化。
通俗地讲,无线局域网就是在不采用网线的情况下,提供以太网互联功能。
广阔的应用前景、广泛的市场需求以及技术上的可实现性,促进了无线局域网技术的完善和产业化,已经商用化的802.11b网路也正在证实这一点。
随着网路的商用和其他无线局域网技术的不断发展,无线局域网将迎来发展的黄金时期。
1.1无线局域网的发展史
40-50年代扩频技术是扩展频谱技术的简称,对该技术的研究是50年代中期从美国军方开始的。
在1971年时,夏威夷大学的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络。
这被称作ALOHNET的网路,可以算是相当早期的无线区域网路(WLAN)。
它包括了7台电脑,它们采用双向星型拓扑横跨四座夏威夷的岛屿,中心电脑放置在瓦胡岛上。
从这时开始,无线网路可说是正式诞生了。
1990年,IEEE正式启用了802.11项目,无线网路技术逐渐走向成熟,IEE802.11(WIFI)标准诞生以来,先后有802.11a和802.1b,802.11g,802.11e,802.11f,802.11h,802.11i,802.11j等标准制定或者酝酿,现在为高度实现高宽度、高品质的WLAN服务,802.11n也横空出世。
2003年以来,无线网路市场热度迅速飙升,已经成为IT市场中新的增长亮点。
由于人们对网路速度及方便使用性的期望越来越大,于是与电脑以及移动设备结合紧密的WiFi、CDMA/GPRS、蓝牙等技术越来越受到人们的吹捧.于此同时,在相应配套产品大量面世之后,构建无线网路所需要的成本下降了,一时间,无线网路已经成为我们生活的主流。
1.2现状分析无线局域网目前的国内外发展现状
在美国,300多家星巴克咖啡连锁店已经为客人提供无线接入服务,今年年底这数位将变成2000;在日本,随处可见年轻人拿彩色萤幕的3G手机下载资讯,拨打可视电话;在新加坡,用户通过手机、PDA或者笔记本电脑连接到UOB网路银行,可以查询他们的个人银行帐户、支付帐单、买卖信贷或者预定宾馆。
在我国,资讯产业部最近发出通知,今后,无线局域网、无线宽频、蓝牙设备和交通无线电台等将共同使用5.8GHz的频段。
在清除了无线上网政策上的屏障之后,相关投资者都开始相继出手--5月中旬,中国网通集团首先在上海推出“天翼通”无线宽频业务,随后福建、广东等地也都陆续推出这项新业务,并大加推广;5月17日世界电信日,中国移动也宣布其GPRS网路正式投入商业运营,覆盖全国138个城市,中国移动甚至宣称,他们将从第四季度开始建设无线局域网;而中国联通大规模建设CDMA1X网路的工作也已全面展开。
一切表明,我国无线已越来越近,触手可及。
1.3系统的开发意义无线局域网在校园研究的意义
1.提升大学校园网络环境,推动大学校园信息化建设。
鉴于无线网络的优势,以及下一代网络的发展趋势,国内外很多大学和研究机构都建设了自己的无线局域网,且进行了应用与研究。
北京大学于2002年9月打造了我国第一个校园无线局域网,实现无线网络覆盖整个北大校园,国内很多大学也都有建设校园无线局域网的计划。
大学校园一直走在高校信息化建设的前列,随着“211”工程创建国内一流大学项目的实施和深入,学术氛围日益浓厚,对外交流日趋频繁,各种学术活动越来越多地在学校举行,网上教学与交流活动日益丰富,同时广大师生对校园网“随时随地获取信息”的要求也在不断提高。
因此,从当前网络和信息化建设的发展趋势看,在大学校园建设校园无线局域网,实现一定范围的无线覆盖迫在眉睫。
2.为大型科研活动提供无线的实验环境,进一步拓展研究空间。
由于无线网络是下一代网络发展所必然支持的一个重要部分,许多科研项目都可以扩展到无线网络上,校园无线网络的建设将为一些科研项目提供应用和实验的环境,如无线网络支持其他智能业务的扩展,支持精准的无线物理定位、无线视频等。
3.为无线网络技术研究提供必要的实验床。
与无线网络相关的研究领域正成为当前的一个研究热点,例如MobileIP、高性能的IPv6应用接入、一体化的IP电话解决方案、无线用户在校园网内快速、安全、无缝漫游等,它们同样需要一个大范围的无线网络来进行实验和研究。
有了校园无线局域网,就可以为高校的科研活动提供一个有实际应用价值的试验环境和更广阔的研究空间。
1.4传统技术及存在的局限和不足
传统技术采用基于胖AP的组网方式,是类似原有网络中的集线器,无线终端可以通过AP进行终端之间的数据传输,也可以通过AP的“WAN”口与原有网络互通。
这种技术普遍应用于家庭网络或小型无线局域网,原有网络入户后,可以部署AP进行室内覆盖,室内无线终端可以通过胖AP访问INTERNET。
但胖AP的应用场合仅限于小型无线网络,小规模无线部署时胖AP是不错的选择,但是对于大规模无线部署,如高校无线应用,胖AP则无法支撑如此规模部署。
我组主要采取基于瘦AP组网方式,此无线设备的传输机制相当于原有网络中的集线器,在无线局域网中不停地接受和传送数据;在校园网中任何一台电脑、移动终端均可以通过与瘦AP互联来分享数字化校园和广域网络的资源。
理论上,当网络中增加一个无线AP之后,即可成倍地网络覆盖范围;还可以是网络中的容纳更多网络设备。
每个无线AP基本上都拥有一个以太网接口,用于实现无线与有线的连接,所以说瘦AP解决了胖AP产品无法集中管理和集中部署安全策略的重大缺陷。
第2章无线接入点技术
无线接入点即无线AP(AccessPoint)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。
无线AP(AP,AccessPoint,无线访问节点、会话点或存取桥接器)是一个包含很广的名称,它不仅包含单纯性无线接入点(无线AP),也同样是无线路由器(含无线网关、无线网桥)等类设备的统称。
各种文章或厂家在面对无线AP时的称呼目前比较混乱,但随着无线路由器的普及,目前的情况下如没有特别的说明,我们一般还是只将所称呼的无线AP理解为单纯性无线AP,以示和无线路由器加以区分。
它主要是提供无线工作站对有线局域网和从有线局域网对无线工作站的访问,在访问接入点覆盖范围内的无线工作站可以通过它进行相互通信。
单纯性无线AP就是一个无线的交换机,仅仅是提供一个无线信号发射的功能。
单纯性无线AP的工作原理是将网络信号通过双绞线传送过来,经过AP产品的编译,将电信号转换成为无线电讯号发送出来,形成无线网的覆盖。
根据不同的功率,其可以实现不同程度、不同范围的网络覆盖,一般无线AP的最大覆盖距离可达300米。
多数单纯性无线AP本身不具备路由功能,包括DNS、DHCP、Firewall在内的服务器功能都必须有独立的路由或是计算机来完成。
目前大多数的无线AP都支持多用户(30-100台电脑)接入,数据加密,多速率发送等功能,在家庭、办公室内,一个无线AP便可实现所有电脑的无线接入。
单纯性无线AP亦可对装有无线网卡的电脑做必要的控制和管理。
单纯性无线AP即可以用10BASE-T(WAN)端口与内置路由功能的ADSLMODEM或CABLEMODEM(CM)直接相连,也可以在使用时通过交换机/集线器、宽带路由器再接入有线网络。
无线AP跟无线路由器类似,按照协议标准本身来说IEEE802.11b和IEEE802.11g的覆盖范围是室内100米、室外300米。
这个数值仅是理论值,在实际应用中,会碰到各种障碍物,其中以玻璃、木板、石膏墙对无线信号的影响最小,而混凝土墙壁和铁对无线信号的屏蔽最大。
所以通常实际使用范围是:
室内30米、室外100米(没有障碍物)。
因此,作为无线网络中重要的环节无线接入点、无线网关也就是无线AP(AccessPoint),它的作用其实就类似于我们常用的有线网络中的集线器。
在那些需要大量AP来进行大面积覆盖的公司使用得比较多,所有AP通过以太网连接起来并连到独立的。
2.1瘦AP技术
2.1.1管理信息系统简介
无线接入点(AP,AccessPoint)也称无线网桥、无线网关,也就是所谓的“瘦”AP。
此无线设备的传输机制相当于有线网络中的集线器,在无线局域网中不停地接收和传送数据;任何一台装有无线网卡的PC均可通过AP来分享有线局域网络甚至广域网络的资源。
理论上,当网络中增加一个无线AP之后,即可成倍地扩展网络覆盖直径;还可使网络中容纳更多的网络设备。
每个无线AP基本上都拥有一个以太网接口,用于实现无线与有线的连接。
2.2胖AP技术
业界所谓的“胖”AP,其学名应该称之为无线路由器。
无线路由器与纯AP不同,除无线接入功能外,一般具备WAN、LAN两个接口,多支持DHCP服务器、DNS和MAC地址克隆,以及VPN接入、防火墙等安全功能。
具备了:
1独立工作,单台配置。
不受无线控制器对其自身的管理。
2胖AP用做覆盖是一般可有两种工作模式分别是网桥和路由器。
3一般依托上层有线网络资源实现无线覆盖。
4可运营网络,胖AP一般不采用路由器模式工作。
5胖AP作为纯二层接入设备使用。
2.3胖AP技术
2.3.1架构不同
传统的无线局域网(WLAN)架构基本上都是采用了智能型接入点(胖AP)的分布式结构。
它面临很多问题,如:
不具备漫游功能,无线终端从一个AP的覆盖区与移动到另一个AP的覆盖区域时,需要断线重新连接;对AP必须逐一管理、单个进行;不能在整个系统内查看到网络可能受到的攻击与干扰,从而影响了网络的整体性能;很难发现某个接入点出现故障或被破认为损坏,安全将得不到保证。
图1:
胖AP架构
而以无线控制器为核心+接入点(瘦AP)的集中式管理架构,将成为未来的发展方向。
该架构通过集中管理模式简化了AP配置并具备AP间的漫游功能。
在这种构架中,无线控制器可替代原有的二层交换机,应用于小型企业中也可放置于核心位置,“瘦”AP取代了原有的“胖”AP。
这种方式,可以提高整个无线网络的安全性、移动性。
简化了网络结构,节省了大量配置时间。
图2:
瘦AP架构
对比胖AP、“无线控制器+瘦AP”解决方案的不同点是明显的,主要体现在以下方面:
1:
全局的统一管理
胖AP的管理只存在于自身,没有全局的统一管理,更没有对无线链路和无线用户的监测与管理,;
“无线控制器+瘦AP”解决方案的管理权全部集中在无线控制器上,并通过网管平台,可以直观地对全网设备进行统一的、批量的发现、升级、配置,甚至包括对无线链路的监测、对无线用户的管理;
2:
全局的统一安全
胖AP的安全策略只有很少的一部分,而且只能存在于自身,对于大规模无线网络,安全策略是要经常性批量配置和下发的,胖AP的这种现状无法支撑全局的统一安全;
“无线控制器+瘦AP”解决方案的所有用户和瘦AP的安全策略,全部存在于无线控制器上,安全策略的部署非常容易;
3:
全局的统一认证
胖AP的认证只能部署在AP本身,认证策略无法经常性的更新,同时,仅仅能认证,其他基于认证后的策略无法部署;
“无线控制器+瘦AP”解决方案的认证体是无线控制器,配合后台的Radius系统,可以灵活的定义、部署、更改认证策略;
4:
设备自身的安全性
胖AP本身拥有全部的配置,一旦被盗窃,很容易经过串口或网络口登录配置,获取无线网络入侵的信息,是大规模部署无线网络的巨大隐患;“无线交换机控制器+瘦AP”解决方案的瘦AP产品本身并不保存配置,即“零配置产品”,全部配置都存在于无线控制器上,因此,从逻辑上说,无线用户访问瘦AP,其实是在访问无线控制器,因此,即便是部署于用户现场的瘦AP被盗,非法者也无法得到任何配置,杜绝了入侵的可能.
5:
全网漫游
胖AP由于所有管理与配置在自身,其下联用户的IP地址也要归属于胖AP直连的以太网交换机的端口VLAN和网段的地址规划,如果大规模部署,将会打乱原有有线网络的IP规划和VLAN规划,并且,在无线用户跨越胖AP时,一旦进入了不同的网段,必然涉及到IP地址重新请求和重新认证的过程,网络访问必然中断,因此胖AP产品不支持跨网段全网漫游;
“无线控制器+瘦AP”解决方案中,无线用户的IP地址、认证、加密全部都来自于无线交换机/控制器,因此不论无线用户出于无线网络的任何位置,从哪一个瘦AP进入,其实都是在访问同一个(或同一组)无线交换机/控制器,还会保持其原有的连接信息、IP地址、认证信息、加密信息,因此跨网段漫游不会中断。
2.3.2组网方式不同
组网方式区别
胖AP
瘦AP
技术模式
传统主流
新生方式,增强管理
安全性
传统加密、认证方式,普通安全性
增加射频环境监控,基于用户安全策略,高安全性
网络管理
对每个AP配置文件
无线控制器上配置好文件,AP本身零配置,自动下载配置
用户管理
类似有线,根据AP接入的有线端口区分权限
虚拟专用组方式,根据用户区分权限
WLAN组网规模
L2漫游,适合小规模组网
L2、L3漫游,拓扑无关性适合大规模组网
增值业务能力
实现简单数据接入
可扩展语音等丰富业务
胖AP组网方式的不足之处:
1.缺乏智能的RF管理策略,在环境复杂的应用场景里难以部署。
2.AP独立工作,缺乏统一的管理手段。
漫游支持不足。
3.缺乏有效的接入和安全控制策略。
瘦AP(FitAP)组网优势:
1.集中控制与管
无线控制器+瘦AP架构具有简单而强大的无线局域网集中式管理功能,AP本身并不存放任何的配置文件,AP的配置是从无线控制器上获取的,通过无线控制器管理模式可以统一管理整个无线网络的AP。
2.即插即用的网络部署
无线控制器可被部署于数据中心,全网的AP设备可跨越二层或三层网络与无线交换机连接。
当一个新的AP设备被连接入网络时,将立即被无线控制器发现并配置,用户无须在现场进行任何配置,即可随时开通,实现即插即用的网络部署。
3.网络自愈功能
无线控制器能实时侦测出线上AP是否存在失效,当发现有AP出现故障时,无线控制器交换机会自动检测这个故障,并指示附近的接入点调整功率和信道设置来弥补发生故障的接入点留下的空缺。
若有新的接入点加入,其他接入点应能降低功率发射,以避免产生冲突。
4.无线接入的负载均衡
为了更合理地分配带宽,在无线控制器交换机里有全部分布AP的列表和负载状况,无线控制器会根据一定的算法,指示一些连接用户数量较多的AP把其覆盖范围内的无线用户或终端分散连接到邻近的AP上,从而分担AP的负担,达到最佳的使用效果,充分利用网络资源。
5.安全性
瘦AP架构的无线系统的安全管理是将访问控制、安全认证、防病毒、无线入侵监测以及RF电磁波管理等多项安全功能汇聚到无线交换机上来完成,通过集中式安全管理增强了无线安全性。
此外,当用户漫游时,在无线控制器交换机之间共享用户特定的安全策略将能够在整个无线网络范围内统一控制用户属性和组属性。
6.QoS
无线控制器支持基于分类的流量队列,以确保无线语音(VoWLAN)或其他时延敏感的应用能获得所需的服务等级和服务质量;同时支持带宽限制,可针对重要的数据传输应用,提供优先的带宽保证。
支持802.1p/Diffserv等,可在无线和有线网络上有效区分数据流。
7.数据流分离
无线控制器可灵活配置无线接入点的数据转发模式,根据数据的分类决定是否需要经过无线交换机转发,或直接进入有线网络进行数据交换。
对于延迟敏感、传输要求实时性高的数据分类,可以不经过无线控制器而直接接入上层网络,更好地适应未来无线网络更高流量传输的要求,诸如VoWLAN、802.11n传输等。
2.3.3设备类型不同
图3:
胖AP路由设备
特点:
1.胖AP将WLAN中的物理层、用户数据加密、用户认证、QoS、网络管理、漫游技术、SSID以及其他应用层的功能集于一身。
2.胖AP无线网络解决方案可由胖AP直接在有线网的基础上构成.胖AP可以直接通过设置组成无线局域网。
3.胖AP设备结构复杂,且难于集中管理。
图4:
瘦AP路由设备
特点:
1.瘦AP是相对胖AP来讲的,瘦AP只有一个射频功能,收发无线信号,功能单一,不能独立工作。
2.瘦AP可以实现“零配置”功能,所有配置:
用户数据加密、用户认证、QoS、网络管理、漫游技术、SSID以及其他应用层的功能都集中到AP控制器。
3.AP由AP控制器控制,便于集中管理。
第3章设计方案
根据考察,我们准备采用原有网络为基础实现对2号楼的无线网设计,结合无线网络和原有网络承载无线网络方式,可以降低网络基础建设成本,减化骨干网络建设,通过有线网配线就可以达到AP铺设点,相对比较灵活,接入点集中,信息质量和接入人数都会显著提高。
3.1设备选择
1.无线控制器
图5:
京信无线控制器-AC2400
2.无线控制器
图6:
无线接入点-京信AP2600-I
3.终端信号接收器
终端信号接收器是无线信号终端的收发设备,可简称为无线网卡它安装与用户计算机,实现用户计算机的无线连接,并连接到无线接入点,它只是一个信号
收发的设备,只在找到上互联网的出口时才能实现与互联网的连接,所有无线网卡只能局限在已布有无线局域网的范围内,采用无线信号进行连接。
3.2二号楼布线方案
图7:
二号楼1L
图8:
二号楼2L
图9:
二号楼3L
图10:
二号楼4L
图11:
二号楼5L
图12:
二号楼垂直布线图
3.3AP布点覆盖原则
使用室内直放AP布点覆盖,需考虑及遵循以下几个问题和原则:
1.需要有入户线缆资源(双绞线或五类线);
2.保持信号穿过墙壁和天花板的数量最小,wifi信号能够穿透墙壁和天花板,然而,每一面墙壁和天花板都将使AP信号的覆盖范围减少1到30米。
应放置AP与终端于合适的位置,使墙壁和天花板阻碍信号的路径最短,损耗最小;
3.考虑AP和覆盖区域之间直线连接。
注意AP的放置位置,要尽量使信号能够垂直的穿过(90度角)墙壁或天花板;
4.不同的建筑材料产生不同的传输效果。
由金属的框架或门构成的建筑物会使WLAN无线信号的传输距离变小。
放置AP的位置应使信号通过干燥的墙壁或敞开的门,避免放置在使信号必须通过金属材料的位置;
5.AP天线方向可调,安装AP的位置应确保天线主波束方向正对覆盖目标区域,保证良好的覆盖效果;
6.AP安装位置需远离电子设备(起码1~2米),例如微波炉、监视器、电机等。
3.4AP容量规划
从目前实现的DCF方式来看,没有一个最大用户数的限制,但业界各个厂商进行实现时都基于一定理解的前提下进行默认限制,AP2400-I目前每个AP最大的用户默认限制为64个用户,并可以根据实际情况更改每个AP限制接入的用户数。
从网络规划的角度出发,按照每个AP覆盖25~30用户进行部署,可以保证用户的接入质量和正常需求下的网络吞吐量。
3.5覆盖效果理论计算
信号强度和传输距离的换算公式
AP加卡的信号总强度公式:
Gt-Gr+AP天线增益+终端天线增益=L信号总强度(dB)
Gt(AP或终端功率,单位dB),Gr(终端或AP灵敏度,单位dB)
距离产生的信号衰减公式:
40+20lgd=L1(dB)d(距离,单位m)
实际中最大传输距离以45m计算,所以L1=72dB
(工程中实际的障碍物的最大衰减是临窗墙的衰减3dB加上房间墙的衰减12dB等于15dB。
)
3.6覆盖方案
图1213:
信号辐射范围图
方案:
走廊直放覆盖
对于二号楼,由于建筑系统结构简单,人员密度,计划采用由走廊内独立AP+吸顶天线布点进行覆盖。
两侧楼道各布置三台无线AP与吸顶天线。
1L,2L,3L,4L布设方案相同.
5L由于面积较小,人员不密集,故布置三台无线AP与吸顶天线。
参考文献
[1]王宝智连顺国编著.局域网设计与组网实用教程.北京:
清华大学出版社,20012.8
[2]赵江董欣张丽华编著.局域网应用精讲.北京:
人民邮电出版社,2007.3
[3]吴成树汤胜浩编著.局域网组建精讲.北京:
人民邮电出版社,2007.3
[4]lvanPepelnjak,CCIENo.1354JimGuichardCCIENo.2069编著.MPLS和VPN体系结构第二卷.北京:
人民邮电出版社,2004.3
致谢
本研究并设计作品是导师刘付勇老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。
他严谨的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,不断感染和激励着我。
在此诚挚的感激老师对我们的支持和指导,正是因为他的支持指导我才能克服重重困难和疑惑,才能完成设计。
从开始进入课题到设计及论文的顺利成功完成,有很多可敬的师长、朋友、同学们给予我无言帮助,很感谢他们的支持。
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