课程设计校园无线局域网的组建

1、信息科学与工程学院课程设计任务书 题目： 校园无线局域网的组建 学 号： 姓 名： 专 业： 网络工程 课 程： 无线与移动网技术 指导教师： 职称： 完成时间： 2014年 9 月-2015 年 1月信息科学与工程学院制2014年12月10日课程设计任务书及成绩评定课程设计的任务和具体要求在学院原有的有线网络上，进行无线网络扩充。要求成全方位立体式无线覆盖，让师生可以在这些区域随时随地、无拘束的连接网络，教职工可以依托无线完成各项教学办公事务，外来来宾可以顺畅的访问校内和校外网络资源。指导教师签字： 日期： 指导教师评语成绩： 指导教师签字： 日期： 课程设计所需软件、硬件等Cisco Pa

2、cket Tracer(思科交换机模拟器) 课程设计进度计划起至日期工作内容备注2014年 9 月-2015 年 1月使用WLAN 技术创建无线网参考文献、资料索引序号文献、资料名称编著者出版单位1网络工程实用教程汪新明，耿红琴著北京大学出版社2网络工程师教程雷震甲著清华大学出版社3网络工程斯桃枝，杨宴春，俞利君著人民邮电出版社4计算机网络实验指导崔鑫，吕昌泰著清华大学出版社5计算机网络谢希仁著电子工业出版社16目录第1章 系统设计背景41.1引 言41.2无线局域网概述和发展史51.3 WLAN目前的国内外发展现状51.4 本课程设计研究的意义及目的61.5 无线局域网分析61.5.1 无线

3、局域网的理论基础61.5.2 无线局域网的优点61.5.3无线局域网的不足之处61.5.4相关协议简介6第2章 系统设计方案62.1网络设计原则62.2网络设计目标62.3整体的网络拓扑图6第3章 性能测试6第4章 结论6 第1章 系统设计背景WLAN 技术可以使用户在本地创建无线连接（例如，在公司或校园的大楼里，或在某个公共场所，如机场）。WLAN 可用于临时办公室或其他无法大范围布线的场所，或者用于增强现有的 LAN，使用户可以在不同时间、在办公楼的不同地方工作。无线网络推动了数据通信进入了新的里程碑，让办公、工作、学习不再受“线”制。方便实现了移动办公，组建临时工作组，召开紧急会议等不再

4、需要复杂的布线拆线，无线覆盖区域直接可以通过无线进行通信。校园环境内，可以让师生在不同场所，如操场、草坪、宿舍、教学楼、图书馆等地任意位置连接上Internet。随着无线网络在各个领域的成功案例及人们对它的关注程度，无线网络定是未来通信的发展方向，也定能在各个领域中得到美好的应用。为满足无线网络的容量需求，校园无线网络在网络规划时首先需要考虑AP（无线接入点），因为AP接入简单且传输速度相对于AD_HOC高。由无线网络的特点决定，用户对带宽的需求越高，要求信号质量越好，就要计算提供足够的覆盖所需要的AP数量。同时兼顾考虑网络扩容，也要为今后网络扩容做好预留。若是仅对于学生寝室和老师办公室进行简

5、单的组建也可以用AD-HOC结构。此次网络建设是在学院原有的有线网络上，进行无线网络扩充。要求成全方位立体式无线覆盖，让师生可以在这些区域随时随地、无拘束的连接网络，教职工可以依托无线完成各项教学办公事务，外来来宾可以顺畅的访问校内和校外网络资源。1.1引 言随着无线通信技术的广泛应用，传统局域网络已经越来越不能满足人们的需求，于是无线局域网（Wireless Local Area Network，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络，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络应用中发挥日益重要的作用。 无线局域网是无线通信技术

6、与网络技术相结合的产物。从专业角度讲，无线局域网就是通过无线信道来实现网络设备之间的通信，并实现通信的移动化、个性化和宽带化。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网络也正在证实这一点。随着802.11a网络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。 1.2无线局域网概述和发展史 （1）4050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

7、封包式技术的无线电通讯网络。这被称作ALOHNET的网络，可以算是相当早期的无线局域网络 (WLAN)。 它包括了7台计算机，它们采用双向星型拓扑横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛上。从这时开始，无线网络可说是正式诞生了。（2）1990年，IEEE正式启用了802.11项目，无线网络技术逐渐走向成熟， IEEE802.11(WIFI)标准诞生以来，先后有802.11a和802.11b，802.11g，802.11e，802.11f，802.11h，802.11i，802.11j等标准制定或者酝酿，现在，为实现高宽度、高质量的WLAN服务，802.11n也即将横空出世。 （3）2003

8、年以来，无线网络市场热度迅速飙升，已经成为IT市场中新的增长亮点。由于人们对网络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，构建无线网络所需要的成本下降了，一时间，无线网络已经成为我们生活的主流。1.3 WLAN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，今年年底这数字将变成2000；在日本，随处可见年轻人拿彩色屏幕的3G手机下载信息，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网络银行，可以查询他们的个人银行账

9、户、支付账单、买卖信贷或者预定宾馆。 在我国，信息产业部最近发出通知，今后，无线局域网、无线宽带、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”无线宽带业务，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网络正式投入商业运营，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CDMA 1X网络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。1.4 本课程设计研究的意义及目

10、的从国外的经验可以看出，在一代人中培养“网络文化意识”，是建设“住处高速公路”最重要的思想准备的技术准备，是在“住处时代”仍然可以处于领导地位的重要战略措施。21世纪的国力竞争说到底就是人才的竞争，而人才的能否大量涌现主要看学校的教育质量，本世纪是计算机和通讯的时代，如何利用计算机组建一个无线网；激发学生自主学习，已经是一个很实用的问题。在组建一个无线网时，要达到以下目的：(1) 增强学生的网络文化意识，激发学生的学习兴趣。(2)带动大家的动手实践能力，达到学以致用的目的。(3)支持教育教学改革，提高教育技术的现代水平和教育信息化程度(4) 在校园内部实现资源高度共享，使同学之间的交流更加方便

11、。(5) 及时、准备、可靠地收集、处理、存储、传输学校的教育教学信息完成与因特网的通讯和资源共享，实现社会教育、学校教育、，为学家庭教育的有机整合。(6) 实现课堂多媒体电化教学，具备适用于双向课堂语音教学及语音室功能学习。总之，促进教师和学生尽快提高应用信息技术的水平生提供了一个实践的环境，为教师和同学提供了一种先进的辅助教学工具、提供了丰富的资源库。从长远来看，无线网络的建设，其主要意义是有利于学校教学、科研的快速发展，它能使广大教师和学生利用计算机网络环境进行教学，开展科研活动，进而提高学校的教学质量和科研水平，为回忆培养面向世界，面向未来的高素质人才提供有力的保障。1.5 无线局域网分

12、析1.5.1 无线局域网的理论基础 目前，无线局域网采用的传输媒体主要有两种，即红外线和无线电波。按照不同的调制方式，采用无线电波作为传输媒体的无线局域网又可分为扩频方式与窄带调制方式。（1）红外线（Infrared Rays，IR）局域网 采用红外线通信方式与无线电波方式相比，可以提供极高的数据速率，有较高的安全性，且设备相对便宜而且简单。但由于红外线对障碍物的透射和绕射能力很差，使得传输距离和覆盖范围都受到很大限制，通常IR局域网的覆盖范围只限制在一间房屋内。（2）扩频（Spread Spectrum，SS）局域网 如果使用扩频技术，网络可以在ISM（工业、科学和医疗）频段内运行。其理论依

13、据是，通过扩频方式以宽带传输信息来换取信噪比的提高。扩频通信具有抗干扰能力和隐蔽性强、保密性好、多址通信能力强的特点。扩频技术主要分为跳频技术（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）两种方式。 所谓直接序列扩频，就是用高速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。而跳频技术与直序扩频技术不同，跳频的载频受一个伪随机码的控制，其频率按随机规律不断改变。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，抗干扰性能越好，军用的跳频系统可达到每秒上万跳。（3）窄带微波局域网 这种局域网

14、使用微波无线电频带来传输数据，其带宽刚好能容纳信号。但这种网络产品通常需要申请无线电频谱执照，其它方式则可使用无需执照的ISM频带。1.5.2 无线局域网的优点 （1）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。（2）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。（3）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

15、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。（4）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。（5）易于扩展。无线局域网有多种配置方式，可以很快从只有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。由于无线局域网有以上诸多优点，因此其发展十分迅速。最近几年，无线局域网已经在企业、医院、商店、工厂和学校等场合得到了广泛的应用。 1.

16、5.3无线局域网的不足之处 无线局域网在能够给网络用户带来便捷和实用的同时，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： （1）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、树木和其它障碍物都可能阻碍电磁波的传输，所以会影响网络的性能。（2）速率。无线信道的传输速率与有线信道相比要低得多。目前，无线局域网的最大传输速率为54Mbit/s，只适合于个人终端和小规模网络应用。 （3）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，造成通信信息泄漏。1.5.4相关协议简

17、介无线局域网（Wireless Local Area Network，缩写为“WLAN”）是高速发展的现代无线通信技术在计算机网络中的应用，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。不像传统以太网那样，基于802.11标准的无线网络在空气中传播射频信号，在信号范围内的无线客户端都可以接受到数据，为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了实现的手段。无线局域网（Wireless LAN）技术可以非常便捷地以无线方式连接网络设备，人们可随时、随地、随意地访问网络资源。在推动网络技术发展的同时，无线局域网也在改变着人们的生活方式。无线局域网是指以无线电波、激光、红外线等无线媒介来代替有线局域网中的部分或

18、全部传输媒介而构成的网络。它不仅可以作为有线数据通信的补充和延伸，而且还可以与有线网络环境互为备份。 802.11协议、蓝牙标准和HomeRF工业标准是无线局域网所有标准中最主要的竞争对手。它们各有优劣，各有自己擅长的应用领域，有的适合于办公环境，有的适合于个人应用，有的则一直被家庭用户所推崇。下面就介绍一下三种标准的具体情况： (1)802.11协议 802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE（电气和电子工程师协会）随

19、后又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准，2001年11月，第三个新的标准802.11g业已面世。尽管目前802.11a和802.11g倍受业界关注，但从实际的应用上来讲，802.11b已成为无线局域网（WLAN）的主流标准，被多数厂商所采用，并且已经有成熟的无线产品推向市场。这些产品包括：集成支持802.11b无线功能的PC、支持网络接入的802.11b无线网络适配器以及相对应的网络桥接器等。生产这些产品的厂商大致可以分为两类，一类是著名的网络集成商，如：3Com、Cisco等，他们的产品主要集中在适配器和桥接器领域；另外，很多PC厂商借助网络终端的先天优势，提供全面的无线局域

20、网设备，IBM、HP、Toshiba为代表厂商，其中，IBM凭借其在笔记本电脑上的绝对优势和参与制定无线标准的领导地位，提供最全面的无线解决方案，并已经在全球范围内大规模地推出了相应的产品。目前，802.11b无线局域网技术已经在美国得到了广泛的应用，它已经进入了写字间、饭店、咖啡厅和候机室等场所。没有集成无线网卡的笔记本电脑用户只需插进一张PCMCIA卡或USB卡，便可通过无线局域网连到因特网。在国内，支持802.11b无线局域网协议的产品不仅全面上市，而且像IBM，还特别为用户和专业人士搭建了“体验中心”，让用户和媒体可以亲身体验无线局域网的便利和高效。 标 准 名 称 内 容 物 理 层

21、 802.11b 工作在2.4GHz，数据传输速率最高达11Mbit/s ；1999年9月定義,主導廠家 3COM,Intersil, Lucent,Nokia, Symbol Technologies认定标记为 Wi-Fi802.11g 工作在2.4GHz，数据速率最高达54Mbit/s，适应传统的 802.11b 及 802.11a 标准,解决 Bluetooth,(蓝牙）技术之间的干扰问题802.11d 定义了一些物理层方面的要求（如信道化、跳频模式等），以针对802.11设备在一些国家运用时满足该国无线电管制要求 802.11a 工作在5GHz，使用更为先进的OFDM调制方式，数据传输

22、速率达54Mbit/s ；802.11b 无线联网标准的后续标准,认定标记为 Wi-Fi5802.11h 主要是针对欧洲特殊环境，在802.11a的基础上可以动态调整频率和RF发射来减少与其他系统的干扰 802.11n 使用OFDM技术使802.11的数据传输速率超过100Mbit/s 802.11j 802.11a用于日本的频段（4.9GHz5GHz） MAC层 802.11e 增加QoS特性，支持多媒体业务 802.11f 确定接入点如何交互运作，为解决漫游问题而制定的AP之间的协议（IAPP） 802.11i WLAN的安全规范，也称为高级加密标准，是WEP的替代标准 802.11k 为

23、WLAN应如何进行信道选择、漫游服务和传输功率控制提供标准 802.11r 控制漫游移动终端与候选接入点的通信方式，建立安全联系，并预留QoS资源 802.11m 维护，此工作组将对先前的规范条款进行修正 802.11s 关于网状网在802.11中的应用 其他 802.11u 研究WLAN与其他网络之间（蜂窝网络、Wimax等）互联问题 802.11o VoWLAN 802.11q VLAN的支持机制 802.11p 车载环境下的无线通信 802.11v 无线网络管理 WLAN标准体系 (2)蓝牙标准 蓝牙这个颇为奇怪的名字来源于十世纪丹麦国王哈洛德(Harold)的外号。据说，这位丹麦国王靠

24、出色的沟通和说服能力统一了当时的丹麦和挪威。因为他非常爱吃蓝梅，牙齿经常被染蓝，所以得了蓝牙这个外号。1998年5月，爱立信、诺基亚、IBM、东芝和英特尔公司五家著名IT厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。1999年下半年，著名的业界巨头微软、摩托罗拉、3Com、朗讯与蓝牙特别小组BluetoothSIG等5家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从那时起，全球变开始掀起了蓝牙热潮。蓝牙技术是一种用于替代便携或固定电子设备上使用的电缆或连线的短距离无线连接技术。其设备使用全球通行的、无需申请许可的2.45GHz频段，可实

25、时进行数据和语音传输，其传输速率可达到10Mbps，在支持3个话音频道的同时还支持高达723.2Kbps的数据传输速率。也就是说，在办公室、家庭和旅途中，无需在任何电子设备间布设专用线缆和连接器，通过蓝牙遥控装置可以形成一点到多点的连接，即在该装置周围组成一个“微网”，网内任何蓝牙收发器都可与该装置互通信号。而且，这种连接无需复杂的软件支持。蓝牙收发器的一般有效通信范围为10米，强的可以达到100米左右。由于蓝牙在无线传输距离上的限定，它和个人网络通讯用品有着不解之缘。因此，生产蓝牙产品的厂除了网络集成厂商和传统PC厂商以外，还包括很多移动电话厂商。近一年，随着全球无线市场的不断扩大，蓝牙手机

26、成为移动电话用户的新宠。实际上，依据目前的无线技术水平，一台蓝牙笔记本加上一部蓝牙手机就可以实现无线登录互联网。但是，在市场中能够同时支持802.11b和蓝牙的笔记本电脑确实不多，只有少数厂商拥有这样的技术与解决方案，IBMThinkPadXTRA各系列笔记本电脑的大多数产品和TOSHIBA部分笔记本电脑可以提供这样的支持。 (3)HomeRF工业标准 HomeRF是由HomeRF工作组开发的，适合家庭区域范围内，在PC和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准。作为无线技术方案，它代替了需要铺设昂贵传输线的有线家庭网络，为网络中的设备，如笔记本电脑和Internet应用提供了漫游功能

27、。在美国联邦通信委员会（FCC）正式批准HomeRF标准之前，HomeRF工作组已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，这就是共享无线访问协议（SWAP）。 SWAP规范问世以后，除了扩展高性能、多波段无绳电话技术以外，还极大地促进了低成本无线数据网络技术的发展。但是，HomeRF占据了与802.11b和Bluetooth相同的2.4G频率段，并且在功能上过于局限家庭应用，再考虑到802.11b在办公领域已取得的地位，恐怕在今后难以有较大的作为。调查显示，该标准在2000年的普及率高达45%，但到了2001年已降至30%，且逐渐丧失市场优势。特别是很多PC厂商并没有在自己的PC

28、产品中对该项标准加以支持，也造成了其扩展上的障碍。看来，HomeRF这项工业标准注定不会冲出“Home”。第2章 系统设计方案 2.1网络设计原则 采用无线交换架构组建无线网络子系统； 利用现有的有线网络资源，架设智能无线网络，保持已有的有线网络配置和环境部更改； AP的IP网络设置从DHCP获取，AP的无线网络设置由交换机集中推送。· 全校园网络采用统一的专门硬件定位服务系统及硬件网络管理平台。2.2网络设计目标侧重实际应用，覆盖校园内部分区域，为教学和学习生活提供切实可用的无线网络环境；采取通行的网络协议标准：目前无线局域网普遍采用802.11系列标准，因此校园无线局域网将主要支

29、持802.11标准以提供可供实际应用的相对稳定的网络通讯服务，同时兼顾多种类型应用需要同时支持其他支持，如可使用双频三模模式可支持三种不同标准的WLAN网卡接入网络，实现很好的网络扩容和预留。1、提供教学无线网络通过无线校园网络覆盖教学楼及些校内公共课教学环境，如1#、2#教学楼、阶梯教室、电教楼、食堂等。为广大师生提供了一个更为有效地网络互动平台，加强了学习生活的交流，同时为学生在教室内的自习提供一个方便的查询资料的网络环境。2、提供图书馆无线网络通过无线校园网络覆盖整个图书馆内所有的区域，教师和学生可以方便地利用无线网络使用图书馆提供的各种数字化服务，能够了解查阅资料网络环境。3、提供行政

30、办公网络通过无线校园网络覆盖学校的各系、院办公楼和行政办公区，通过对办公区域提供无线网络，提高了各职能部门的效率，满足了教职工的在线查询能力，大大提高了各职能部门的服务质量。4、提供教工、学生宿舍网络在部分的教工宿舍和大部分的校内宿舍提供了无线局域网无限覆盖，满足了教工和学生临时上网的要求。2.3整体的网络拓扑图下图是组建无线局域网粗略的整体校园规划图，由于不能具体的去实施，所以这只是一个样本图供参考用。我们这次的重点在简单AP结构、AD-HOC结构无线网的实现。AD-HOC结构无线网的整体图如下：AP结构无线网的整体图如下：第3章 性能测试网络建设完成后，在各种环境中进行测试，以确定无线网络

31、的流量、稳定性、不同区域的带宽、桥接性能等要素，对项目进行评估、检测。对无线局域网的校园应用主要从以下三大方面考虑： 1.提供基本的网络数据传输，达到资源共享的目的 可以将室外的教学楼、图书馆、学生宿舍等建筑物通过无线网桥（ bridge ）加以桥接，并且对室内的内的体育场、会议室、草坪等应用场合使用无线局域网方式（ WLAN ）加以无线覆盖。无线信号覆盖到校园的任何角落，整个校园变成了一个巨大的教学空间。     2.通过无线网络建立校园内的安全监控网络 现在很多学校都在安防上投入巨资，但往往效果不尽人意。维护和管理要花大量时间和人力。安全监控网络要求网络稳定性高、视频信号传输清晰、网络安全性好。利用无线传输的优势可以完全避免有线方式带来的种种限制，隐蔽性好、见效快，而且监控点的位置可以根据需要随时做出调整，设备可以重复使用。为师生提供良好的工作、研究和学习的环境。    3.利用无线网络进行远程教育的开展可利用网络的共享特性，在网络中心建立相关的资源网站，开展课程远程点播和实时教学