无线校园网WLAN毕业设计.docx

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无线校园网WLAN毕业设计

无线网络在校园网中的应用

摘要

校园网已经成为校园生活的重要组成部分，是教职员工和学生获取资源和信息的主要途径。

它将校园里的院系、学生与从事社交、学术、业务活动的行政人员紧密地联系在一起，在教育系统中具有重要的作用。

目前，越来越多的学生拥有笔记本电脑，在教室、实验室、图书馆、大型会议室、体育馆、室外广场等场合如何突破网络节点限制、实现多人同时上网的问题在应用中不可避免。

无线网络解决方案能有效缓解校园网建设中存在的传统有线网络无法解决的难题，无线网络技术具有无缝三维覆盖、可移动通讯等优点，弥补了有线网络的不足。

如果校园网中采用无线接人，这一切都会发生很大的变化。

由于无线局域网技术和无线产品的成熟，无线网络已经被越来越多的用户接受，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。

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及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。

关键字：

无线网络、校园网、网络协议、无线路由、无线AP、WLAN

引言

学生们一边坐在草地上，惬意的喝着饮料，一边通过无线网络与专家、老师进行网上讨论，访问图书馆电子资源；课堂上老师和学生可以通过手持无线设备进行自由沟通；奥运会比赛的时候，全校所有师生可实时在学校内任何地方观看赛事直播……这样一个美好校园网的实现，当然离不开无线网络在校园网中的应用。

无线局域网络不仅可以覆盖课堂、教室、宿舍、阅览室等经常使用网络的场所，除此之外，校园的草坪、树林更是无线网络发挥功效的场所。

由于以往室外环境无法提供上网条件，因此许多教学活动受到限制，而无线校园网络的建设恰巧弥补了这些环节的不足，把课堂延伸到易于激发学习热情的广阔空间上。

无线网络技术可以实现终端设备移动漫游的功能，因此，在整个校园内，同一个设备可以在任何时候、任何地方与校园网络连接，不间断地访问校园网络资源。

无线网络的特征是以一个固定的信息点为基础，形成一个网络覆盖面，将校园网络的覆盖面渗透到校园的任何地方，因而使网络无所不在。

对于终端用户而言，直接能够感受到的是无线网络带来的便捷性。

一无线网络技术介绍

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。

2无线网络的协议标准

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及802.11g等标准），蓝牙（Bluetooth）标准以及HomeRF（家庭网络）标准等。

HomeRF

HomeRF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。

它推出HomeRF的标准集成了语音和数据传送技术，工作频段为10GHz，数据传输速率达到100Mbit/s，在WLAN的安全性方面主要考虑访问控制和加密技术。

HomeRF是对现有无线通信标准的综合和改进：

当进行数据通信时，采用IEEE802.11规范中的TCP/IP传输协议；当进行语音通信时，则采用数字增强型无绳通信标准。

但是，该标准与802.11b不兼容，并占据了与802.11b和Bluetooth相同的2.4GHz频率段，所以在应用范围上会有很大的局限性，更多的是在家庭网络中使用。

蓝牙

Bluetooth（蓝牙）是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，传统的电线在这里就毫无用武之地了。

透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十米的距离内彼此相通，传输速度可以达到10M/s。

以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以免除了。

不过Bluetooth产品致命的缺陷是任何蓝牙产品都离不开Bluetooth芯片、Bluetooth模块较难生产，Bluetooth难于全面测试。

这三点是蓝牙产品发展的瓶颈。

802.11协议族

IEEE802.11a

802.11a是802.11原始标准的一个修订标准，于1999年获得批准。

802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议，工作频率为5GHz，使用52个正交频分多路复用副载波，最大原始数据传输率为54Mb/s，这达到了现实网络中等吞吐量（20Mb/s）的要求。

如果需要的话，数据率可降为48，36，24，18，12，9或者6Mb/s。

802.11a拥有12条不相互重叠的频道，8条用于室内，4条用于点对点传输。

它不能与802.11b进行互操作，除非使用了对两种标准都采用的设备。

由于2.4GHz频带已经被到处使用，采用5GHz的频带让802.11a具有更少冲突的优点。

然而，高载波频率也带来了负面效果。

802.11a几乎被限制在直线范围内使用，这导致必须使用更多的接入点；同样还意味着802.11a不能传播得像802.11b那么远，因为它更容易被吸收。

IEEE802.11b

IEEE802.11b是无线局域网的一个标准。

其载波的频率为2.4GHz，传送速度为11Mbit/s。

IEEE802.11b是所有无线局域网标准中最著名，也是普及最广的标准。

它有时也被错误地标为Wi-Fi。

实际上Wi-Fi是无线局域网联盟（WLANA）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。

在2.4-GHz-ISM频段共有14个频宽为22MHz的频道可供使用。

IEEE802.11b的后继标准是IEEE802.11g，其传送速度为54Mbit/s。

IEEE802.11g

为了解决IEEE802．11a与802．11b的产品因为频段与物理层调制方式不同而无法互通的问题，IEEE又在2001年11月批准了新的802．11g标准。

802．11g既适应传统的802．11b标准，在2．4GHz频率下提供每秒11Mbps的传输速率；也符合802．11a标准，在5GHz频率下提供54Mbps的传输速率。

802．11g中规定的调制方式包括802．11a中采用的OFDM与802．11b中采用的CCK。

通过规定两种调制方式，既达到了用2．4GHz频段实现802．11a54Mbps的数据传送速度，也确保了与802．11b产品的兼容。

IEEE802.11n

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。

二无线网络的应用

1无线网络的特点与优势

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。

WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质。

与有线网络相比，WLAN具有以下优点：

1）.安装便捷：

无线局域网的安装工作简单，它无需施工许可证，不需要布线或开挖沟槽。

它的安装时间只是安装有线网络时间的零头。

2）.覆盖范围广：

在有线网络中，网络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，不受环境条件的限制，网络的传输范围大大拓宽，最大传输范围可达到几十公里。

3）.经济节约：

由于有线网络缺少灵活性，这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，所以往往导致预设大量利用率较低的信息点。

而一旦网络的发展超出了设计规划，又要花费较多费用进行网络改造。

WLAN不受布线接点位置的限制，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。

4）.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。

5）.传输速率高：

WLAN的数据传输速率现在已经能够达到11Mbit/s，传输距离可远至20km以上。

应用到正交频分复用（OFDM）技术的WLAN，甚至可以达到54Mbit/s。

此外，无线局域网的抗干扰性强、网络保密性好。

对于有线局域网中的诸多安全问题，在无线局域网中基本上可以避免。

而且相对于有线网络，无线局域网的组建、配置和维护较为容易，一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。

2无线局域网拓扑结构

1）点对点模式Ad-hoc（Peer-to-Peer）

由无线工作站组成，用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯，该网络无法接入到有线网络中，只能独立使用。

无需AP，安全由各个客户端自行维护。

2）基础架构模式Infrastructure

由无线访问点（AP）、无线工作站（STA）以及分布式系统（DSS）构成，覆盖的区域称基本服务区（BSS）。

无线访问点也称无线hub，用于在无线STA和有线网络之间接收、缓存和转发数据，所有的无线通讯都经过AP完成。

无线访问点通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上百米。

AP可以连接到有线网络，实现无线网络和有线网络的互联。

3）多AP模式

是指由多个AP以及连接它们的分布式系统（DS）组成的基础架构模式网络，也称为扩展服务区（ESS）。

扩展服务区内的每个AP都是一个独立的无线网络基本服务区（BSS），所有AP共享同一个扩展服务区标示符（ESSID）。

分布式系统（DS）在802.11标准中并没有定义，但是目前大都是指以太网。

相同ESSID的无线网络间可以进行漫游，不同ESSID的无线网络形成逻辑子网

。

4）无线网桥模式

利用一对AP连接两个有线或者无线局域网网段。

5）无线中继器模式

    无线中继器用来在通讯路径的中间转发数据，从而延伸系统的覆盖范围。

3无线网络通信安全

由于无线局域网采用公共的电磁波作为载体，更容易受到非法用户入侵和数据窃听。

无线局域网必须考虑的安全因素有三个：

信息保密、身份验证和访问控制。

为了保障无线局域网的安全，主要有以下几种技术：

（1） 物理地址（MAC）过滤

每个无线工作站的无线网卡都有唯一的物理地址，类似以太网物理地址。

可以在AP中建立允许访问的MAC地址列表，如果AP数量太多，还可以实现所有AP统一的无线网卡MAC地址列表，现在的AP也支持无线网卡MAC地址的集中Radius认证。

这种方法要求MAC地址列表必需随时更新，可扩展性差。

（2） 服务集标识符（SSID）匹配

对AP设置不同的SSID，无线工作站必须出示正确的SSID才能访问AP，这样就可以允许不同的用户群组接入，并区别限制对资源的访问。

（3） 有线等效保密（WEP）

有线等效保密协议是由802.11标准定义的，用于在无线局域网中保护链路层数据。

WEP使用40位钥匙，采用RSA开发的RC4对称加密算法，在链路层加密数据。

WEP加密采用静态的保密密钥，各无线工作站使用相同的密钥访问无线网络。

WEP也提供认证功能，当加密机制功能启用，客户端要尝试连接上AP时，AP会发出一个ChallengePacket给客户端，客户端再利用共享密钥将此值加密后送回存取点以进行认证比对，如果正确无误，才能获准存取网络的资源。

40位WEP具有很好的互操作性，所有通过Wi-Fi组织认证的产品都可以实现WEP互操作。

现在的WEP也一般支持128位的钥匙，能够提供更高等级的安全加密。

（4） 虚拟专用网络（VPN）

VPN（virtualprivatenetworking）是指在一个公共的IP网络平台上通过隧道以及加密技术保证专用数据的网络安全性，它主要采用DES、3DES以及AES等技术来保障数据传输的安全。

（5） Wi-Fi保护访问（WPA）

WPA（wi-fiprotectedaccess）技术是在2003年正式提出并推行的的一项无线局域网安全技术，将成为代替WEP的无线。

WPA是IEEE802.11i的一个子集，其核心就是IEEE802.1x和TKIP（temporalkeyintegrityprotocol）。

新一代的加密技术TKIP与WEP一样基于RC4加密算法，且对现有的WEP进行了改进，在现有的WEP加密引擎中增加了密钥细分（每发一个包重新生成一个新的密钥）、消息完整性检查（MIC）、具有序列功能的初始向量、密钥生成和定期更新功能等4种算法，极大地提高了加密安全强度。

另外WPA增加了为无线客户端和无线AP提供认证的IEEE802.1x的RADIUS机制。

4无线网络的应用场合

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，以及野外勘测、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，以及需要方便快捷地安装小型网络的用户。

三无线网络设备

1无线网卡

无线网卡的作用类似于以太网中的网卡,作为无线网络的接口,实现与无线网络的连接.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式无线接入.

PCI接口无线网卡适用于普通的台式计算机使用.其实PCI接口的无线网卡只是在PC转接卡上插入一块普通的PC卡.

USB接口无线网卡适用于笔记本电脑和台式机,支持热插拨.不过,由于USB网卡对笔记本而言是个累赘,因此,USB网卡通常被用于台式机.

2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。

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即可以通过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无线局域网防火墙。

3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猫等用户以及带路由的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。

4无线网桥

无线网桥是为使用无线（微波）进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。

它是一种在链路层实现lan互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达20km）、高速（可达11mbps）无线组网。

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高以及是否加用双向放大器。

   从作用上来理解无线网桥，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。

所以说它可以广泛应用在不同建筑物间的互联。

同时，根据协议不同，无线网桥又可以分为2.4GHz频段的802.11b或802.11以及采用5.8GHz频段的802.11a无线网桥。

   在无高大障碍（山峰或建筑）的条件下，一对速组网和野外作业的临时组网。

其作用距离取决于环境和天线，现7km的点对点微波互连。

一对27dbi的定向天线可以实现10km的点对点微波互连。

12dbi的定向天线可以实现2km的点对点微波互连；一对只实现到链路层功能的无线网桥是透明网桥，而具有路由等网络层功能、在网络24dbi的定向天线可以实层实现异种网络互联的设备叫无线路由器，也可作为第三层网桥使用。

   无线网桥通常是用于室外，主要用于连接两个网络，使用无线网桥不可能只使用一个，必需两个以上，而AP可以单独使用。

无线网桥功率大，传输距离远（最大可达约50km），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。

5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。

这里面要涉及到两个概念

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。

   一室内无线天线

   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。

   二室外无线天线

   1、 全向天线