无线局域网（wlan）论.doc

摘要 本文论述了近年来发展迅速的无线局域网技术原理、设备应用，并通过实际工程案例，介绍了相关的知识。全文共分为四个部分第一部分为无线局域网的概念部分，主要介绍了无线局域网的概念，历史以及无线局域网的技术特点。第二部分为无线局域网的技术标准，主要介绍了无线局域网的技术的制定机构IEEE和IEEE802.11标准以及IEEE802.11发展简史。第三部分为无线局域网的设备介绍，介绍了无线局域网应用的AP无线网卡等基础设备。第四部分为无线局域网的应用范围、连接结构以及经典结构的应用实例。关键词：IEEE802.11 无线局域网 网络技术 网络架设AbstractThis article elaborated the recent years to develop the rapid wireless local area network technology principle, the equipment application, and through the actual project case, introduced the related knowledge. the full text altogether divides into four part the first part for the wireless local area networks concept part, mainly introduced the wireless local area networks concept, historical as well as the wireless local area networks technical characteristic. the second part for the wireless local area networks technical standard, mainly introduced wireless local area networks technology formulation organization Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) and the IEEE802.11 standard as well as the IEEE802.11 development brief history. the third part introduced for the wireless local area networks equipment that introduced wireless local area network application foundation equipment and so on AP（Access Point） wireless network card. the fourth part for wireless local area networks application scope, connection structure as well as classical structure application example.Key words：IEEE802.11 wireless local area network networking network erects目录引言-31、无线局域网的概念-31.1 无线局域网的简介-31.2无线局域网的历史-31.3 无线局域网的技术特点与优点-42、无线局域网的技术相关标准-52.1 IEEE 802.11标准概述-52.2 无线局域网的连接结构-63、无线局域网设备简介-83.1 无线网卡基本介绍-83.2 无线路由器/AP基本介绍-104、无线局域网的应用-11 4.1 无线局域网的应用领域-11 4.2 无线局域网的类型-12 4.3 无线局域网的架设-135、结论-156、参考文献-157、致谢引 言 在这个网络飞速发展的时代，伴随着我国有线网络的广泛应用，传统的局域网、城域网技术渐渐的已经不能满足使用的需要，一种计算机网络与无线通信技术相结合的产物靠着具有快捷高效、组网灵活等特点已经在我国飞速的发展起来,这就是无线局域网（Wireless Local-Area Network，WLAN）技术。从专业角度来讲，无线局域网利用2.4GHZ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。通俗的讲，无线局域网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。通常计算机组网的传输媒介主要依赖铜缆或光缆，构成有线网络。但有线网络在某些场合要受到种种限制。如布线和改线的工程量大、线路容易损坏、网中的各节点不可移动等。特别是当要把距离较远的节点连接起来时，铺设专用通信线路的布线施工难度大、成本高，对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞。在这种情况下，无线局域网技术应运而生。1、 无线局域网的概念1.1无线局域网的简介无线局域网(Wireless LAN，WLAN)，顾名思义，是一种利用无线方式，提供无线对等(如PC对PC、PC对集线器或打印机对集线器)和点到点(如LAN到LAN)连接性的数据通信系统。随着以太网的广泛应用，因特网的日益普及，以及移动终端的不断增加，人们对移动设备接入网络的需求迅速增长。无线局域网WLAN(Wireless Local Area Network )作为有线以太网的延伸，一定程度上满足了这种需求。 1.2无线局域网的历史无线网络的运用其实最早可以追溯到二战时期军事运用上，它真正跨入民用领域那已经是七十年代的事情了。当然，无线网络的出现的必要条件是以太网络的全面普及，企业化，以及家庭化最早的有线网络标准IEEE 802.3（IEEE=Institute of Electrical and Electronics Engineers）于1983年面向公众正式发布。1990年无线局域网产品在市场出现，但是价格昂贵，标准混乱。于是国际电气电子工程师学会（IEEE）开始着手制定行业标准，直至1997年才有了第一个无线网络标准IEEE802.11标准问世。不过这一标准传输速率只有2Mbps，与当时的有线网络的10Mbps主流相比没有任何优势，而且价格不菲，所以市场冷淡。经过两年的改良，1999年，802.11b无线网络标准才的确立才开始了真正意义上的无线推广阶段。它比最初的无线网络标准更可靠、更快捷，同时其成本不高。所以它开始被运用于家庭与企业局域网的架设中，那个时候不少的P3高端笔记本会配备无线网卡，或者一些超便携的机器也是如此，比如SONY境外机器C1系列机器。此时的无线网络能够提供11Mbps的最高传输速率。为了将无线网络速度作进一步提升，部分商家自行推出802.11b+的无线设备，不过这类产品并未获得成功。不久802.11a无线网络标准问世，但是它并不向下兼容，导致市场接纳程度有限而无法铺开。为了很好的解决这一困境，802.11g标准跟随着发布。在提供高速无线连接的同时，还向下兼容802.11b标准。 随着INTEL公司迅驰系统的出台以及WI-FI组织的成立促进了无线局域网产品的兼容化、标准化以及市场化。伴随着INTEL第四代迅驰技术的推出无线局域网技术WLAN又达到了一个新的高度。平台迅驰一代Centrino平台(2003-2004)迅驰二代SONOMA平台(2004-2005)迅驰三代Napa平台(2005-2007)迅驰四代Santa Rosa平台(2007-)无线模块IntelPRO/Wireless2100/2100AIntelPRO/Wireless 2200BGIntelPRO/Wireless3945ABGIntelPRO/Wireless4965AGN1.3无线局域网的技术特点与优点1.3.1无线局域网的技术特点无线局域网利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。无线局域网的数据传输速率现在已经能够达到108Mbps，传输距离可远至20km以上。它是对有线联网方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移动性，能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络联通问题。 无线局域网与有线网络相比，有很多优势：直接采用电缆会受到物理条件的限制，且安装成本较高，如果距离过长通常需要当地政府批准，在部署完成以后，改动不够灵活。若采用电话线连接，每月服务费用高，而且安装成本和设备成本都很高。若采用微波连接，一般需要申请许可证，不便安装，使用价格和设备价格也很昂贵。而无线连接通过空气传输数据，避免了道路使用权问题。而且，WLAN的网络扩容性很好，不易受到地理位置的限制。例如，单位搬了，局域网移动了，只要重新安装一下网络接入设备以及天线的位置，便可恢复网络的畅通连接。由于无线传输提供的仅仅是一个完全透明的链路（符合IEEE802.11），所以符合并支持所有的网络协议(如TCP/IP)，兼容各种网络接口标准，满足了各种操作系统的需要。利用WLAN，企业对网络具有完全的控制权，组建和安装硬件的初期投资很快会通过节约服务费用补偿回来。1.3.2无线局域网的优点与有线网络相比，无线局域网具有以下优点： 架设便捷一般在网络架设中，布线的工期最长、而且对周边环境影响也是最大的，这恰好就是无线局域网设计的一个初衷，就是免去施工过程中，往往需要进行的破墙掘地、穿线架管等一系列工作。而无线局域网优势就是只要安装一个或多个接入点AP(Access Point)设备，就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。接入灵活 在传统局域网中，网络设备的接入受网络接入点位置的限制。一旦网络布线完成，很难不在增加成本的情况下大范围的移动接入点。而一旦无线局域网建成后，在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。 经济节约 上一节讲到了由于有线网络的接入缺少灵活性，这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，尽可能的再成本允许的情况下增多网络接入点的覆盖范围。这就往往导致预设大量利用率较低的接入点。一方面增加了不必要的开支，另一方面如果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,而无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。抛开节点数量不谈，如果要完成一栋五层高的信息化办公楼的基础网络扑拓，其花费的线缆也将会是一笔不小的开支。2、无线局域网的技术相关标准2.1 IEEE简介Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ：美国电气和电子工程师协会：美国电气和电子工程师协会(IEEE)是一个国际性的电子技术与信息科学工程师的协会，是世界上最大的专业技术组织之一（成员人数），拥有来自175个国家的36万会员(到2005年)。1963年1月1日由美国无线电工程师协会(IRE, 创立于1912年)和美国电气工程师协会(AIEE,创建于1884年)合并而成，它有一个区域和技术互为补充的组织结构，以地理位置或者技术中心作为组织单位(例如IEEE 费城分会和IEEE计算机协会)。它管理着推荐规则和执行计划的分散组织(例如IEEE-USA 明确服务于 美国的成员，专业人士和公众）。 总部在美国纽约市。 IEEE在150多个国家中它拥有300多个地方分会。透过多元化的会员，该组织在太空、计算机、电信、生物医学、电力及消费性电子产品等领域中都是主要的权威。专业上它有35个专业学会和两个联合会。IEEE发表多种杂志，学报，书籍和每年组织300多次专业会议。IEEE定义的标准在工业界有极大的影响。IEEE (读做eye-triple-ee，I-3E)。 学会成立的目的在于为电气电子方面的科学家、工程师、制造商提供国际联络交流的场合，为他们交流信息。并提供专业教育和提高专业能力的服务。 2.2 IEEE802委员会下设分支机构802委员会目前有12个分委员会，他们研究的内容如下：802.1 局域网概述，体系结构，网络管理和性能测量等；802.1d (生成树协议Spanning Tree) 802.1p (General Registration Protocol) 802.1q (虚拟局域网Virtual LANs：VLan) 802.1x (基于端口的访问控制Port Based Network Access Control) 802.2逻辑链路控制LLC ；802.3总线网介质访问控制协议CSMA/CD 及物理层技术规范；802.3u (快速以太网Fast Ethernet) 802.3z (千兆以太网Gigabit Ethernet) 802.4令牌环总线Token-Passing Bus (单一/多信道速率 1, 5, 10 MBit/s)网介质访问控制协议及其物理层技术规范； 802.5令牌环Token-Passing Ring （基带速率 1, 4, 16 MBit/s) 网介质访问控制协议及其物理层技术规范；802.6城域网（Metropolitan Area Networks)MAN 介质访问控制协议DQDB及其物理层技术规范；802.7宽带技术咨询组，为其他分委员会提供宽带网络技术的建议；802.8光纤技术咨询组，为其他分委员会提供光纤网络技术的建议；802.9综合话音/数据的局域网（IVD LAN）介质访问控制协议及其物理层技术规范；802.9a (IsoENET (proposed) 802.10 局域网安全技术标准；802.11 无限局域网的介质访问控制协议CSMA/CA及其物理层技术规范；802.11b 11Mbps802.11g 54Mbps 802.11n 108Mbps802.12 100Mb/s高速以太网按需优先的介质访问控制协议100VG-AnyLAN(Voice Grade - Sprache geeignet)802.14 (有线电视 (CATV) 802.15 (无线PAN (Personal Area Network) 802.17 (弹性分组环 (Resilient Packet Ring) IEEE 802 委员会最先出台的标准是802.1802.6，这6个标准已被ISO采纳为国际标准，包含在ISO 8802-18802-6等文件中。美国国家标准协会（ANSI）把IEEE 802标准作为美国国家标准。2.3 IEEE802.11发展史1997年IEEE802.11标准的制定是无线局域网发展的里程碑，它是由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。IEEE802.11标准定义了单一的MAC层和多样的物理层，其物理层标准主要有IEEE802.11b,a和g。1999年9月正式通过的IEEE802.11b标准是IEEE802.11协议标准的扩展。它可以支持最高11Mbps的数据速率，运行在2.4GHz的ISM频段上，采用的调制技术是CCK。但是随着用户不断增长的对数据速率的要求，CCK调制方式就不再是一种合适的方法了。因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较高的数据速率，并达到扩频的目的，选取的码片的速率就要更高，这对于现有的码片来说比较困难;对于接收端的RAKE接收机来说，在高速数据速率的情况下，为了达到良好的时间分集效果，要求RAKE接收机有更复杂的结构，在硬件上不易实现。IEEE802.11a工作5GHz频段上，使用OFDM调制技术可支持54Mbps的传输速率。802.11a与802.11b两个标准都存在着各自的优缺点，802.11b的优势在于价格低廉,但速率较低(最高11Mbps);而802.11a优势在于传输速率快(最高54Mbps)且受干扰少，但价格相对较高。另外，11a与11b工作在不同的频段上,不能工作在同一AP的网络里，因此11a与11b互不兼容。为了解决上述问题，为了进一步推动无线局域网的发展，2003年7月802.11工作组批准了802.11g标准，新的标准终于浮出水面成为人们对无线局域网关注的焦点。IEEE802.11工作组开始定义新的物理层标准IEEE802.11g。该草案与以前的802.11协议标准相比有以下两个特点:其在2.4G频段使用OFDM调制技术，使数据传输速率提高到20Mbps以上;IEEE802.11g标准能够与802.11b的WIFI系统互相连通，共存在同一AP的网络里，保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑的向高速无线局域网过渡，延长了IEEE802.11b产品的使用寿命，降低用户的投资。IEEE已经成立802.11n工作小组，以制定一项新的高速无线局域网标准802.11n。802.11n工作小组是由高吞吐量研究小组发展而来的，由802.11g工作小组主席Matthew B. Shoemaker担任主席一职。该工作小组计划在2003年9月召开首次会议。IEEE802.11n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802.11a b, g标准兼容。3、常用无线局域网设备简介3.1 无线网卡基本介绍无线网卡标准上区分无线网卡按无线标准可定为IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n。在频段频段上来说802.11a标准为5.8GHz频段，802.11b、802.11g标准为2.4GHz频段。从传输速率上来说802.11b使用了DSSS（直接序列扩频）或CCK（补码键控调制），传输速率为11Mbps，而802.11g和802.11a使用相同的OFDM（正交频分复用调制）技术，使其传输速率是b的5倍，也就是54Mbps。兼容上来说802.11a不兼容802.11b，但是可以兼容802.11g，而802.11g和802.11b两种标准可以相互兼容使用，但在使用时仍需注意，802.11g的设备在802.11b的网络环境下使用只能使用802.11b标准，其数据数率只能达到11Mbps。无线网卡接口上区分 无线网卡按照接口的不同可以分为多种。 一种是台式机专用的PCI接口无线网卡。图1为D-link DWL-G520 PCI接口无线网卡 一种是笔记本电脑专用的PCMICA接口网卡。图2为贝尔金公司F6D3010型PCMICA接口网卡一种是USB无线网卡，这种网卡不管是台式机用户还是笔记本用户，只要安装了驱动程序，都可以使用。在选择时要注意的一点就是，只有采用USB2.0接口的无线网卡才能满足802.11g或802.11g+的需求。图3为思科LINKSYS WUSB54GSCUSB无线网卡除此而外，还有笔记本电脑中应用比较广泛的MINI-PCI无线网卡。MINI-PCI为内置型无线网卡，迅驰机型和非迅驰的无线网卡标配机型均使用这种无线网卡。其优点是无需占用PC卡或USB插槽，并且免去了随时身携一张PC卡或USB卡的麻烦。图4为因特尔公司的2100 MINI-PCI无线网卡3.2 无线路由器/AP基本介绍无线AP（Access Point）: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（AP client），可以和其它AP进行无线连接，延展网络的覆盖范围。图5为思科LINKSYS WRT54G 无线路由器无线AP（AP，Access Point，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ADSL MODEM或CABLE MODEM（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IEEE 802.11b和IEEE 802.11g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（Access Point），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3.3 无线局域网周边设备介绍全向增益天线图6为TP-link公司的 TL-ANT2405C 全向增益天线 采用BNC铜缆接口定向增益天线图7为2.4GHz定向增益天线增益天线用功率放大器图8为 2.4G无线天线功率放大器4、无线局域网的应用4.1无线局域网的应用领域；基于无线局域网具有的诸多优点，它可广泛应用于下列领域：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。 4.2无线局域网的连接结构根据不同局域网的应用环境与需求的不同，无线局域网可采取不同的网络结构来实现互联。本文主要的具体介绍了2种有代表性的连接结构： 1、定向点对点结构该类型常用于固定的要联网的两个位置之间，是无线联网的常用方式之一，使用这种联网方式建成的网络，优点是传输距离远，传输速率高，受外界环境影响较小。 图9为定向点对点网络架设示意图2、网卡直连结构：在一些特定的时候需要在少数机器上临时构建无线局域网，来进行数据交换，网络传输等。这时候就需要用到网卡直连