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无线网知识
第12章无线局域网
12.1无线局域网基础
12.1.1无线局域网综述
随着计算机网络的发展,计算机用户的需求也发生了变化,一些用户要求可以随时随地地访问网络,不受地理位置和时间的限制;一些用户需要移动办公,不受办公地点的限制;一些用户不需要在办公的时候临时插一根网线,连接网络设备;还有一些用户在网络布线已经完成的情况下进行网络扩展又不想重新布线,即接入网络不想受已有网络的限制。
因此诞生了无线网络。
无线网络目前使用的传输媒介主要有无线电波、激光和红外线。
无线电波传输距离可远可近,传输速率可高可低,传输方向为全向,保密性差,是目前使用最多的传输媒介;激光传输距离远,传输速率高,传输方向固定,保密性好,但容易受天气等因素影响;红外线传输距离近,传输速率低,传输方向固定,适合近距离、低速率的室内传输。
无线传输系统按覆盖范围可以分为:
无线个人网、无线局域网和无线广域网。
无线个人网(WPAN)是指一种小范围内无线通信的手段,使用的技术标准主要有蓝牙和ZigBee两种。
无线局域网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(LocalAreaNetwork,LAN)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,有替换目前的局域网的趋势。
无线广域网(WWAN)是指在大的区域内提供互联网接入,无线广域网的服务区有一些小的蜂窝状方格组成,合在一起成为覆盖整个城市或地理区域的全国性网络。
它使用的技术主要有IEEE802.20移动宽带无线接入(MBWA)和3G技术。
无线局域网时一个使用无线多址信道的分组交换网络,它的特点是在某个局域网范围内,采用无线信道传输数据和采用分组交换技术的信息交换。
无线信道传输技术由多址访问协议描述,分组交换技术主要由IEEE802.11协议描述。
无线局域网与有线局域网的作用基本相同,就是在网络的各设备之间传送分组信息。
不同的是,无线局域网中所用的是便携设备,其中的分组传输包括移动站之间和移动站与固定站之间的传输。
电路、电子器件和分组交换技术的发展和用户对便携计算机通信的秀气是无线局域网得以迅速发展的主要因素。
另外,有线网络成本高、施工周期长、维护不方便,尤其是缺乏灵活性,采用无线或无线与有线相结合的方法可以克服这些缺点。
在设计和实现WLAN时,需要认真考虑宽带为题。
最初的IEEE802.11标准允许的最大比特率为2Mb/s,而当前的IEEE802.11b标准(Wi-Fi,无线保真度标准)支持的最大速率为11Mb/s.随着IEEE802.11a和IEEE802.11g标准被逐渐采用,它们的速率最高达到54Mb/s,包括移动商务在内的移动应用将开始发展起来。
12.1.2无线局域网的特点及适用场所
1.无线局域网的特点
●灵活性和移动性:
在有线网络中,网络设备的安放位置受网络位置的限制,而无线局域网在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。
无线局域网另一个最大的优点在于其移动性,连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。
●安装便捷:
无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量,一般只要安装一个或多个接入点设备,就可建立覆盖整个区域的局域网络。
●易于进行网络规划和调整:
对于有线网络来说,办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。
重新布线是一个昂贵、费时、浪费和琐碎的过程,无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。
●故障定位容易:
有线网络一旦出现物理故障,尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断,往往很难查明,而且检修线路需要付出很大的代价。
无线网络则很容易定位故障,只需更换故障设备即可恢复网络连接。
●易于扩展:
无线局域网有多种配置方式,可以很快从几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络,并且能够提供节点间“漫游”等有线网络无法实现的特性。
2.无线局域网的缺点
无线局域网在能够给网络用户带来便捷和适用的同时,也存在着一些缺陷。
无线局域网的不足之处体现在以下几个方面:
·性能:
无线局域网是依靠无线电波进行传输的。
这些电波通过无线发射装置进行发射,而建筑物、车辆、树木和其他障碍物都可能阻碍电磁波的传输,所以会影响网络的性能。
·速率:
无线信道的传输速率与有线信道的传输速率相比要低得多。
目前,无线局域网的最大传输速率为54Mb/s,只适合于个人终端和小规模网络应用。
·安全性:
本质上无线电波不要求建立物理的连接通道,无线信号是发散的。
从理论上讲,很容易监听到无线电波广播范围内的任何信号,造成通信信息泄露。
3.无线局域网适用的领域
无线局域网和适用领域非常广泛,包括:
大楼之间:
大楼之间建构网络的连接,取代专线,简单又便宜。
餐饮及零售:
餐饮服务业可适用无线局域网络产品,使客人直接从餐桌即可输入点菜内容至厨房、柜台。
零售商促销时,可使用无线局域网络产品设置临时收银柜台。
医疗:
使用附无线局域网络产品的手提式计算机取得实时信息,医护人员可藉此避免对伤患救治的延迟、不必要的纸上作业、单据循环的延迟及误诊等,而提高对伤患照顾的效率。
企业:
当企业内的员工使用无线局域网络产品时,不管他们在办公室的任何一个角落,有无线局域网络产品,就能随意地发电子邮件、分享文件及上网浏览。
仓储管理:
一般仓储人员的盘点事宜,应用无线网络的,能立即将最新的资料输入计算机仓储系统。
货柜集散场:
一般货柜集散场的桥式起重车,可于调动货柜时,将实时信息传回办公方的影像传回主控站。
展示会场:
诸如一般的电子展、计算机展,由于网络需求极高,而且布线又会让会场显得凌乱,因此若能使用无线网络,则是再好不过的选择。
12.1.3无线局域网络通信传输媒介
目前,计算机无线通信传输的媒介有两种:
无线电波,即短波或超短波、微波;光波,
即激光和红外线。
微波无线电工作在超高频(UHF)到极高频(EHF)波段,覆盖的频率范围在300MHz~300GHz之间。
一般来说,在这种情景下我们想到的是点对点微波。
这类系统利用特定形状的发射器和接收器,能够机密聚焦无线电光束,从而在比较远的距离(最远可以超过48Km)上获得最大效率的传输。
光束聚焦极为重要,因为信号在远距离传输时往往会扩散,这样的话,高频信号就会受到发射和接收天线之间的实际物体(如雨、雾、烟雾和薄雾)的严重阻碍。
视线内有无遮挡也很重要,如果有密集的物体(如树木和高山)遮挡则完全不能接受。
工作在微波频谱上的还有几种无线本地环路(WLL)系统,如本地多点分配业务(LMDS)和多点多信道分配业务(MMDS)系统。
这些系统利用了扩散光束而不是紧密聚焦光束,但一般限于5~8Km左右的短程应用。
一些无线局域网利用微波范围的射频,而另一些则工作在900MHz以上。
红外线及其他自由空间光学系统用于短程应用,在可以获得直接视线的场合最有效。
一些WLAN利用红外线,不过大多数基于射频。
基于红外线的WLL系统运行速率可达622Mb/s,不过当前这类系统不是很常见。
红外线主要用于无法快速或经济地获得有线连接这类情形下的LAN桥接。
激光通信,信息以激光束为载波,沿大气传播。
它不需要敷设线路,设备较轻,便于机动,保密性好,传输信息量大,可传播声音、数据、图像等信息。
大气激光通信易受气候和外界环境的影响,一般用作河湖山沙漠地区及海岛间的视距通信。
12.1.4无线局域网常用的术语
接入点(AccessPoint):
在一个典型的无线局域网环境中,有一些进行数据发送和接受的设备,称为接入点(AP)。
独立无线局域网:
这是指整个网络都使用无线通信的情形。
在这种方式下可以使用接入点,也可以不使用接入点。
在不使用接入点时,各个用户之间通过无线直接互联。
但缺点是各用户之间的通信距离较近,且当用户数量较多时,性能较差。
非独立无线局域网:
在大多数情况下,无线通信是作为有线通信的一种补充和扩展。
我们把这种情况称为非独立的无线局域网。
在这种配置下,多个接入点通过线缆连接在有线网络上,使无线用户能访问网络的各个部分。
微单元:
无线电波在传播过程中会不断衰减,导致接入点的通信范围被限定在一定的范围内,这个范围被称为微单顶元。
无线漫游:
当网络环境存在多个接入点,且它们的微单元互相有一定范围的重合时无线用户可以在整个无线局域网覆盖内驱动,无线网卡能够自动发现附近信号强度最大的接入点,并通过这个接入点收发数据,保持不间断的网络连接,这就称为无线漫游。
扩频:
大多数的无线局域网产品都使用了扩频技术。
扩频技术原先是军事通信领域中使用的宽带无线通信技术。
使用扩频技术,能够使数据在无线传输中完整可靠,并且确保同时在不同频段传输的数据不会互相干扰。
直序扩频:
直接序列扩频简称直序扩频,是使用具有高码率的扩频序列,在发射端扩展信号的频谱,而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩,把展开的扩频信号还原成原来的信号。
跳频扩频:
跳频技术在直序扩频技术完全不同,是另外一种扩频技术。
跳频的载频受一个伪随机的控制,在其工作带宽范围内,其频率随即改变。
接收端的频率也按随机规律变化,并保持与发射端的变化规律一致。
跳频的高低直接反映跳频系统的性能,跳频越高,抗干扰的性能越好,军用的跳频系统可以达到每秒上万跳。
实际上移动通信GSM也是跳频系统。
出于成本的考虑,商用跳频系统跳速都较慢,一般在每秒50跳以下。
由于慢跳跳频系统实现简单,低速无线局域网常常采用这种技术。
12.2无线局域网标准
12.2.1IEEE802.11标准
1997年,IEEE(美国电子及电子工程师协会)制定了802.11标准,作为对原有802
协议集的扩充,主要在数据链路层的MAC子层加入了新的标准。
从网络体系结构的角度来看,IEEE802.11主要的标准范畴分为媒体访问控制层(M
AC)与物理层(PHY),802.11协议在数据链路的LLC子层保留原有的802.2标准,
在MAC子层采用了新的媒体访问控制方法,CSMA/CA(载波侦听、多路访问、冲突
避免)。
这是一种和以太网的CSMA/CD兼容的媒体访问控制方法。
在有线网络中,共享介质传输的冲突检测是很容易实现的,而在无线网络中,由于信号的覆盖范围有限,冲突的检测难以实现,于是采用了有别于以太网的冲突避免机制。
在物理层上,根据不同的信号频段、调制方式、传输速率,IEEE又制定了802.11a、802.11b、802.11g等一系列标准。
在物理层使用的技术有窄频微波技术、展频技术及红外线技术。
当前的无线局域网产品所使用的技术主要是展频技术中的DSSS无线技术来实现的。
IEEE制定的802.11系列标准有802.11a、802.11b、802.11g、和802.11n,其中前三个标准时当前正在广泛使用的,分别使用的是5.2GHz、2.4GHz、和2.4GHz的频段,传输速度为54Mb/s、11Mb/s、和54Mb/s。
因为这两个频段没有所谓的使用授权,所以无线局域网使用这两个频段。
802.11n这个标准正在制定中,计划于2007年完成,目的是通过同时使用多个信道实现100Mb/s的最大吞吐率,具体使用哪个频段还没有最后确定。
12.2.2IEEE802.11a标准
IEEE802.11a采用正交频分技术(OFDM)调制数据,使用5.2GHz的频带。
OFDM技术将无线信道分成以低数据速率并行传输的分频率,然后再将这些频率一起放回接收端,可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口,以及TDD/TDMA的空中接口。
在很大程度上可提高传输速率,改进信号质量,克服干扰。
物理层速率可达54Mb/s,传输层速率可达25Mb/s,能满足室内及室外的应用。
12.2.3IEEE802.11b标准
IEEE802.11b也被称为Wi-Fi技术,采用补码键控(CCK)调制技术,使用2.4GHz频带,其对无线局域网通信的最大贡献是可以支持两种速率(5.5MMb/s和11Mb/s)。
多速率机制的介质访问控制可确保当工作站之间距离过长或干扰太大、信噪比低于某个门限值时,传输速率能够从11Mb/s自动降到5.5Mb/s,或根据直序扩频技术调整到2Mb/s和1Mb/s。
在不违反FCC规定的前提下,采用跳频技术无法支持更高的速率,因此需要选择DSSS作为该标准的惟一物理技术。
12.2.4IEEE802.11g标准
2001年11月,在IEEE802.11会议上形成了802.11g标准草案,目的地是在2.4GHz频实现802.11a的速率要求。
该标准于2003年初获得批准。
802.11g采用PBCC或CKK/OFDM调制方式,使用2.4GHz频段,对现有的802.11b系统向下兼容。
它既能适应传统的802.11b标准,也符合802.11a标准。
用户还可以配置与802.11a、802.11b以及802.11g均相互兼容的多方式无线局域网,有利于促进无线网络市场的发展。
12.2.5IEEE802.111n标准
IEEE802.11n计划将WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mb/s增加至108Mb/s以上,最高速率可达320Mb/s,成为802.11a、8002.11b、802.11g之后的另一场重头戏。
和以往的802.11标准不同,802.11n协议为双频工作模式。
这样802.11n保障了与以往的802.11a、802.11b和802.11g标准的兼容。
一些4G及3.5G的关键技术,如OFDM技术、MIMO技术、智能天线和软件无线电等,开始应用到无线局域网中,提升WLAN的信能。
如802.11a和802.11g采用OFDM调制技术,提高了传输速率,增加了网络吞吐量。
802.11n计划采用MIMO与OFDM相结合,使传输速率成倍提高。
另外,天线技术及传输速率,使得无线局域网的传输距离大大增加,可以达到几千米(并且能够保障100Mb/s的传输速率)。
IEEE802.11n标准全面改进了802.11标准,不仅涉及物理层标准,同时也采用心的高性能无线传输技术提升MAC层的性能,优化数据帧结构,提高网络的吞吐量性能。
12.2.6欧洲标准HiperLAN1和HiperLAN2
HiperLAN1标准发布于1996年,它工作于5.2GHz频带,采用的研制方式为高斯滤波最小频移键控(GMSK);HiperLAN1提高的数据速率最高可达25Mb/s。
整体上HiperLAN1标准与IEEE802.11b标准是相当的。
2002年2月,ETI的宽带无线接入网络小组公布了HiperLAN2标准。
HiperLAN2标准由全球论坛(H2GF)开发并制定,在5.2GHz的频段上运行,并采用OFDM调制方式,物理层最高速率可达54Mb/s,是一种高性能的局域网标准。
HyperLAN2标准定义了动态频率选择、无线小区切换、链路适配、多波束天线和功率控制等多种信令和测量方法,用来支持无线网络的功能。
基于HyperRF标准的网络有其特定的应用,可以用于企业局域网的最后一部分网段,支持用户在子网之间的IP移动性。
在热点地区,为商业人士提供远端高速接入因特网的服务以及作为W-CDMA系统的补充,用于3G的接入技术,使用户可以在两种网络之间移动或进行业务的自动切换而不影响通信。
HiperLAN2标准是HiperLAN1标准的第二代版本。
12.2.7HomeRF标准
在美国联邦通信委员会(FCC)正式批准HomeRF标准之前,HomeRF工作组于1998年为在家庭范围内实现语音和数据的无线通信制订出一个规范,即共享无线访问协议(SWAP)。
该协议主要针对家庭无线局域网,其数据通信采用简化的IEEE802.11协议标准。
之后,HomeRF工作组又制定了HomeRF标准,用于实现PC机和用户电子设备之间的无线数字通信,是IEEE802.11与泛欧数字无绳电话标准(DECT)相结合的一种开放标准。
HomeRF标准采用扩频技术,工作在2.4GHz频带,可同步支持4条高质量语音信道并且具有低功耗的优点,适合用于笔记本电脑。
12.2.8蓝牙规范(GRPS)
蓝牙规范是由SIG制定的一个公共的、无需许可证的规范,其目的是实现短距离无线语音和数据通信。
蓝牙技术工作于2.4GHz的ISM频段,基带部分的数据速率为1Mb/s,有效无线通信距离为10~100m,采用时分双工传输方案实现全双工传输。
蓝牙技术采用自动寻道技术和快速调频技术保证传输的可靠性,具有全向传输能力,但不需对连接设备进行定向。
蓝牙技术是一种改进的无线局域网技术,但其设备尺寸更小,成本更低。
在任意期间,只要蓝牙技术产品进入彼此有效范围之内,它们就会立即传输地址信息并组建成网,这一切工作都是设备自动完成的,无需用户参与。
12.2.9红外协议
作为无线局域网的传输方式,红外线方式的最大优点是不受无线电干扰,且它的使用不受国家无线管理委员会的限制。
但是,红外线对非透明物体的透过性较差,导致传输距离受限制。
红外线是波长在750nm~1mm的电磁波,它的频率高于微波而低于可见光,是一种人眼看不到的光线。
红外通信一般采用红外波段内的近红外线,波长在0.75~25μm之间。
红外数据协会成立后,为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果,红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850~900nm。
IRDA标准包括三个基本的规范和协议:
物理层规范、链接建立协议和链接管理协议。
物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求,IrLAP和IrLMP为两个软件层,负责对链接进行设置、管理和维护。
在IrLAP和IrLMP基础上,针对一些特定的红外通信应用领域,IRDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议,如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P和IrBus等。
12.4无限局域网产品
12.4.1无线局域网产品选购常识
需要组建一个无线网络,无线设备是必不可少的,主要的无线网络设备有无线网卡,无线AP、无线路由器、无线网桥等。
无线路由器俗称AP,是AccessPoint的简写;我们可以将无线路由器理解为具备宽带接入端口、具有路由功能,采用无限连接客户端口的普通路由器;无限网卡在职能上与传统网卡如出一辙,只不过采用无限方式进行数据传输;无限网络和传统网络最基本的区别就是传输方式上不需要麻烦的网络线,只需要靠无线信号就可以了。
12.4.2无线网卡产品实例
无线网卡按照接口类型可以分为;PCMCIA、PCI、和USB三种借口类型。
1.PCMCIA接口的无线网卡
以TP-LINK公司的TL-WN310G产品为例,其外关如图12.11所示。
此网卡兼容IEEE802,11g、IEE802.11b标准,无线传输速率高达54Mb/s,是普通IEEE802.11b产品的5倍;支持64/128/152位WEP数据加密,同时支持WPA、IEEE802.1X、TKIP、AES等加密与安全机制。
TL-WN310G内置全向智能天线,可适应不同的工作环境,使台式机或笔记本电脑用户方便地接入无线网络,同时支持无缝漫游功能。
另外还可以方便地与其他的IEEE802.11b和IEEE802.11g无线设备连接。
●此网卡的特性参数描述如下;
●符合IEEE802。
1.1g、IEEE802.11b标准。
●提供32位CardBus接口。
●提供两种工作模式;集中控制式(Infrastucture)和对外等式(Ad-Hoc)。
●提供简便的配置、监控程序。
●支持无线漫游(Roaning)技术,保证高效的无线连接。
●支持Windows98SE/ME/2000/XP操作系统。
●传输距离;室外最远100m;室外最远300m(环境因素对距离有影响)。
2.PCI接口的无线网卡
以TP-LINK公司的TL-WN350G54M无线PCI网卡为例,产品外观如图12-12所示。
此网卡兼容IEEE802.11g、IEEE802.11b标准,无线传输速率高达54MB/s,是普通IEEETKIP、AES等加密与安全机制。
TL-WN350G内置全向智能天线,可适应不同的工作环境,使台式机或笔记本电脑用户方便地接入无线网络,同时支持无缝漫游功能。
另外还可以方便地与其他的IEEE802,11b和IEEE802.11g无线设备连接。
此网卡的特性参数描述如下
●符合IEEE802.11g、IEEE802.11g标准。
●提供32位PCI接口。
●提供两种工作环境模式;集中控制式(Infrastucture)和对等式(Ad-Hoc)。
●提供简便的配置、监控程序。
●支持无线漫游(Roaming)技术,保证高效的无线连接。
●支持Windows98SE/ME/2000/XPC操作系统。
3USB接口的无线网卡
以TP-LINK公司的TL-WN322G+54M无线USB网卡为例,产品外观如图12-13所示。
此网卡兼容IEEE802.11g、IEEE802.11b标准,无线传输速率高达54MB/s,是普通IEEE802.11b产品的5倍;支持64/128/256位WEP数据加密,同时支持WPA/WPA-PSK、WPA2/WPA2-PSK安全机制。
TL-WN322G+内置全向智能天线,可适应不同的工作环境,使台式机和便基本电脑用户方便地接入无线网络,同时支持无线漫游功能。
另外还可以方便与其他的IEEE802.11b和IEEE802.11g无线设备连接。
此网卡的特性参加描述如下;
●符合IEEE802.11b、IEEE802.11g标准。
●提供A型USB接口。
●提供两种工作环境;集中控制式(Infrastructure)和对等式(Ad-Hoc)。
●提供简便的配置、监控程序。
●支持无线漫游(Roming)技术,保证高效的无线连接。
●支持Windows98/EM/2000/XP/64/2003操作系统。
●具有模拟AP功能,支持PSP连接模式。
●传输距离;室外最远100m;室外最远300m(环境因素对距离有影响)。
12.4.3无线AP产品实例
本节以TP-Link公司的TL-WA501G+54M无线接入器为例,产品外观如图12-14所示。
1.产品概述
TL-WA501G+54M无线接入器(AP)支持IEEE802.11g/b标准,最高传输速率达54Mb/s,支持54/48/36/24/18/12/9/6M或11/5/5/2/1M无线速率自适应,能够帮助快速设立一个新的无线局域网或扩展现有的有线局域网,避免了传统以太网布线的时间消耗和成本开销。
支持TP-LINK域展TM传输技术,传输距离是普通IEEE802.11b、IEEE802.11g产品的2-3倍,传输范围扩展到4-9倍。
TL-WA501G+提供AP、APClient、Multi-bridge、Repeater、AP+Bride等工作模式,可以方便地搭建集中控制式网络(AP模式);可以用无线方式连接两个有线局域网(Bridge);可延长无线局域网的传输距离(Repeater),扩展无线局域网的网络覆盖范围。
提供可以拆卸,无线传输范围更广阔。
2。
产品特
●兼容IEEE802.11g及IEEE802.11.b无线标准。
●符合IEEE802.3以以太网标准及IEEE802.3u快速以太网标准。
●拥有1个10/100M自适应RJ45端口(支持自动翻转).
●支持64/128/152位WEP加密以及WPA-PSK/WPA2-PSK、WPA/WPA2安全机制。
●内置DHCPClient.
●提供全中文Web管理,支持软件在线升级
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