基于WiFi的无线校园网建设研究--优秀毕业论文.pdf

声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果 尽我所知 在本 学位论文中 除了加以标注和致谢的部分外 不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果 也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料 与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明 研究生签名 勉 矽 口年f 2 月如日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档 可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容 可以向有关部门或机构送交并 授权其保存 借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容 对于保密 论文 按保密的有关规定和程序处理 研究生签名 么亟睦五 口年亿月如日 硕 论文 摘要 当今社会 信息技术高速发展 计算机网络作为信息技术的重要载体 成为人 们获取信息和资源的重要途径 高校中 校园网已成为师生学习 工作和生活必不 可少的工具 由于传统有线网络的局限性及笔记本电脑 智能手机等大量无线终端 设备的普及 如何突破有线网络结点端口的限制 解决校园网接入的移动性 便捷 性 经济性等问题摆在了我们的面前 本文通过研究校园网的组成 应用典型 设计思想以及w i f i 技术等情况 根据 切身的工程实践 经过调研 规划 设计 实施 完成了淮海工学院的w i f i 无线网 络覆盖 通过无线网络与有线网络的结合 很好地解决了校区内无线网络覆盖的问 题 同时有效利用了原有网络 减少了重复建设 降低了成本 8 0 2 1 l n 技术标准 的采用 极大的提升了无线网络的带宽和稳定性 使得淮工的师生们无论是在图书 馆 实验室 教室 宿舍还是运动场 只要在校园内都能够方便快捷的实现网络接 入 通过本文的研究与实践 我们在校园内搭建了一个具有一定规模 可管理 可 运营 有较高安全性的无线校园网络 为学校的现代化建设作出了积极贡献 极大 的便利了师生的学习生活 也为w i f i 技术在其他项目中的具体实施提供了成功的经 验和借鉴 关键词 校园网 w i f i 网络安全 网络拓扑 硕士论文 a b s t r a c t i n t o d a y ss o c i e t y i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y c o m p u t e rn e t w o r k 嬲t h er a p i d d e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y b e c o m ea l li m p o r t a n tc a r r i e ro fi n f o r m a t i o na n d r e s o u r c e so fi m p o r t a n tw a y s c o l l e g e sa n du n i v e r s i t i e s c a m p u sn e t w o r kh a sb e c o m e t e a c h e r sa n ds t u d e n t ss t u d y w o r ka n dl i f ei n d i s p e n s a b l et o o l s d u et ot h el i m i t a t i o no f t r a d i t i o n a lc a b l en e t w o r ka n dn o t e b o o kc o m p u t e r s s m a r t p h o n eh a sal o to ft h ep o p u l a r i t y o fw i r e l e s st e r m i n a l s t ob r e a kt h r o u g ht h ec a b l en e t w o r kn o d ep o r tr e s t r i c t i o n s s o l v et h e c a m p u sn e t w o r ka c c e s sm o b i l i t y c o n v e n i e n c ea n de c o n o m y p r o b l e m si nf r o n to f u s n l i sp a p e r t h r o u g hs t u d y i n gt h ec a m p u sn e t w o r kc o m p o s i t i o n a p p l i c a t i o n d e s i g n t h o u g h t sa n dt y p i c a ls n a z z yw i f it e c h n o l o g y e t c a c c o r d i n gt ot h ei m m e d i a t eo f e n g i n e e r i n gp r a c t i c e t h r o u g hi n v e s t i g a t i o n p l a n n i n g d e s i g n i m p l e m e n t a t i o n c o m p l e t i n g t h eh u a i h a it e c hw i f ic o v e r a g e t h r o u g hw i r e l e s sn e t w o r kw i t hw i r e dn e t w o r k c o m b i n a t i o n s o l v e sc a m p u s e sc o v e r a g ep r o b l e m sa n de f f e c t i v eu s eo ft h ee x i s t i n gn e t w o r k r e d u c et h er e p e t i t i v ec o n s t r u c t i o na n dr e d u c et h ec o s t 8 0 2 11no ft e c h n o l o g ys t a n d a r d s a d o p t e d g r e a t l yp r o m o t e dt h ew i r e l e s sn e t w o r kb a n d w i d t ha n ds t a b i l i t y m a k et e a c h e r sa n d s t u d e n t so fh u a iw o r kb o t hi nt h el i b r a r y l a b o r a t o r y c l a s s r o o ma n dd o r m i t o r yo rs t a d i u m o nc a m p u s a sl o n ga sa l lc a nf a c i l i t a t eq u i c k l yr e a l i z en e t w o r ka c c e s s t h r o u g ht h i sp a p e r t h er e s e a r c ha n dp r a c t i c eo fc a m p u s w eb u i l tac e r t a i ns c a l e m a n a g e a b l ea n do p e r a t i o n a l h a st h eh i g hs e c u r i t yo fc a m p u sn e t w o r k w i r e l e s sf o rt h e s c h o o l sm o d e r n i z a t i o nm a d eap o s i t i v ec o n t r i b u t i o n g r e a tc o n v e n i e n c ea l lt h et e a c h e r sa n d s t u d e n t ss t u d yl i f e b u ta l s of o ro t h e ri t e m si nt h es n a z z yw i f it e c h n o l o g yi nt h ec o n c r e t e i m p l e m e n t a t i o np r o v i d e ss u c c e s s f u le x p e r i e n c ea n dr e f e r e n c e k e y w o r d s c a m p u s w i f i n e t w o r ks e c u r i t y n e t w o r kt o p o l o g y i l 硕士论文 基于w i f i 的无线校园网建设研究 目录 摘要 i a b s t r a c t l 前言 l 1 1 选题背景 1 1 2 现有校园网建设中存在的一些问题 2 1 3 基于w i f i 技术组建校园网的构想 3 1 3 1 室内部分设想 3 1 3 2 室外部分设想 3 1 4 论文主要结构 4 2 校园网 5 2 1 校园网概述 5 2 2 校园网软硬件组成 5 2 3 校园网的典型应用 6 2 4 校园网设计的一些基本原则 6 3w i f i 技术与特点 9 3 1w i f i 的定义 9 3 2w 1 f i 发展现状 9 3 2 18 0 2 1 1 b 标准 10 3 2 28 0 2 1 1 a 标准 一l o 3 2 38 0 2 1 l g 标准 1 1 3 2 48 0 2 1 1 n 标准 l l 3 3w i f i 的优势 1 2 3 4w i f i 安全性的分析 1 3 3 4 1w l a n 的风险 1 3 3 4 2w i f i 的几种防范手段 1 4 4 淮海工学院校区w i f i 组网设计与规划 1 9 4 1 项目实际环境 1 9 4 2 需求分析 2 0 4 2 1 现代化教学的需求 2 0 4 2 2 端口数量的需求 2 0 4 2 3 移动办公的需求 2 0 i i i 目录 硕二 论文 4 2 4 师生学习生活的需求 2 0 4 3 市场调研 2 0 4 3 1d l i n k 公司产品情况 2 1 4 3 2t p l i n k 公司产品情况 2 1 4 3 3 腾达公司产品情况 2 2 4 4 设备选型 2 3 4 4 1 无线a p 2 3 4 4 2 路由器 2 4 4 4 3 交换机 2 4 4 4 4 全向天线 2 5 4 4 5 光纤 2 5 4 5 无线校园网规划 2 6 4 6 方案设计遵循的技术标准 2 7 5 淮海工学院w i f i 校园网设计方案的实现与评价 2 9 5 1 无线网络安全技术选择 2 9 5 2 认证技术的选择 2 9 5 3 无线接入点 a p 配置原则 2 9 5 4 信号干扰处理 3 0 5 5 室外覆盖设计 31 5 6 室内设计实例 3 3 5 6 1 男生1 号宿舍室内覆盖设计 3 3 5 6 2 男生1 号宿舍室内无线网络拓扑结构 3 4 5 6 3 男生l 号宿舍室内频点网络规化 3 5 5 6 4 网络性能测试 3 5 5 7 计费认证系统设计 3 9 5 8 组网后整体效果及评价 4 0 6 设计分析及w i f l 的未来 4 2 6 1 设计优势 4 2 6 2w x f i 的未来 4 2 6 2 1w i f i 成功的关键因素 4 2 6 2 2w i f i 的未来发展趋势 4 3 鸳l 谢 4 4 参考文献 4 5 i v 硕上论文 基于w i f i 的无线校园网建设研究 l 前言 当今世界 各种先进的科学技术飞速发展 给人们的生活带来了深远的影响 它极大的改善了我们的生活方式 以计算机技术为代表的信息科技的发展更是日新 月异 从各个方面影响和改变着我们的生活 而其中的计算机网络技术的发展更为 迅速 已经渗透到了我们生活的各个方面 作为信息技术的重要载体 人们已经离 不开计算机网络 并且随着互联网的迅速普及 给我们的学习与生活带来了更大的 方便 我们与外部世界的联系将更加的紧密和便捷 人们对于信息资源共享以及信息交流的迫切需求 促使网络技术的产生和快速 发展 计算机网络的产生和使用为人类信息文明的发展带来了革命性的变化 自 1 9 9 5 年中国教育教研网 c e r n e t 建成后 校园网的建设已经进入到一个蓬勃发展 的阶段 校园网的建成和使用 对于提高教学和科研的质量 改善教学和科研条 件 加快学校的信息化进程 开展多媒体教学与研究以及使教学多出人才 科研多 出成果有着十分重要而深远的意义 其主要包括各种局域网的技术思想 网络设计 方案 网络拓扑结构 布线系统 i n t r a n e t i n t e r n e t 的应用 网络安全 网络系 统的维护等内容 对于高校而言 建立校园网的作用有以下两个方面 一是外部网 络连接 实现与i n t e r n e t 连接 提供本校的信息服务 融入世界信息潮流 了解外 面世界 加强学术交流与合作 另一个就是建立本校的管理信息系统 实现管理的 科学化 现代化 利用现代化的手段提高教学质量和管理水平 通过网络 使用多 媒体和通讯技术实现远程教学 实现师资力量互补 随着管理信息系统的相对完 善 网络应用的展开 校园网建设的重要性与效益才能充分体现 1 1 选题背景 在我国 高校校园网从1 9 9 2 年1 2 月底清华大学校园网 t u n e t 就建成 并逐步 投入使用 由国家教育委员会主持的 中国教育科研网 c e r n e t 已于1 9 9 4 年正 式启动 各科研部门网络的建立和应用在规模上也越来越大 并随之日益普及起 来 2 0 0 0 年该网 二期工程 完成时 已实现连接1 0 0 0 所大学的目标 校园 网 的建设和使用已成为一种趋势 不少院校正在通过网络技术在整个校园建立起 了功能较为强大的有线和无线网络 把学生 教师以及行政管理人员连接起来 并 且进一步通过网络将校园和外部环境连接起来 使这些学校进入一个更新 更广阔 的领域 而且校园网作为衡量高校办学质量的一个基本条件得到各校领导的重视和 普及 局域网技术 音视频等多媒体技术以及数据库 数据挖掘技术等多种网络应用 1 前言 硕士论文 技术促成了校园网建设的高速发展并构成了其主要应用 局域网技术经过多年的发 展 技术已经成熟 它是一项在1 9 7 0 年代发展起来的计算机互联技术 在世界范围 内得到了广泛的应用 并成为网络技术的重要组成部分 校园网是使用了包括局域 网技术以及其他各种应用技术在内 并结合互联网应用等其它的技术来建设的特殊 网络 以实现信息查寻 教务管理 并与外部网络系统进行交流的现代教学对信息 处理要求为目标 在现代高校建设中为教学管理现代化起到了重要的促进作用 随着信息技术的高速发展 计算机技术和通讯技术已成为信息技术的主体 i n t e r n e t 也得到迅猛发展并日益普及 原有的有线局域网对于对于校园网的发展起 到了重要的技术支撑作用 然而 其自身也有一定的局限性 无线网络作为有线 局域网的必要补充和完善 充分发挥出了其灵活性 移动性等优点 与有线局域网 一起很好的实现了校园网的无缝覆盖 与有线网络相比 无线局域网存在一定的问 题和挑战有待解决 如无线网络传输速度还存在着一些局限 通信环境要受到更多 的限制 同时安全性 可靠性等还有待提高和完善 但随着无线刚络在技术上的成 熟 产品种类的不断增加 网络组建成本 网络架设难度的大幅度下降 无线局域 网正在校园网络建设中发挥愈来愈重要的作用 1 2 现有校园网建设中存在的一些问题 一 设计不到位 重新建设需要较大投入 由于校舍建设时对网络需求的认识不足 无论是网络的接口还是网络的带宽都 存在明显的不足 特别是有些学生宿舍 建设时房间只留一个网络接口 在计算机 普及的今天 特别是拥有较高知识水平的大学生 电脑几乎是人手一台 这样的设 计 导致每个宿舍都需建立内部小局域网 才能实现多名同学的同时上网 这样的 重复投入是一种极大的浪费 同时 纷乱的网线也为同学们所深恶痛绝 如重新铺 设有线网络又将需要较大的投入 二 网络维护困难重重 由于有线网络的网线往往在校舍投入使用前就已经铺设完成 并且为了考虑美 观 安全等因素 都是将网线深埋在地下或墙壁内部 这样做的优点是网线对大家 的日常生活不产生影响 同学们平时生活学习时也不易触碰到网络线 使得网络的 稳定性大大增强 但这样做却引来了维护难题 首先是故障排查难度增加 有线网络的网络拓扑往往非常复杂 造成网络故障 的因素也非常多 特别是如果网络线路出现故障 由于网线的隐蔽性 排查起来难 度很大 其次是故障排除难度大 发现故障后 如果是网线问题 往往需要更换整条网 线 并且由于网线在墙内或是地下 校舍投入使用后 教室 宿舍内将有大量的桌 2 硕士论文 基于w i f i 的无线校园网建设研究 椅 床铺等学习生活用具 故障排除难度大 时间久 并且对同学老师的学习生活 造成很大影响 再次是可扩展性差 由于校园环境的不断发展 特别是一些校舍用途的调整 往往设计时不需大量端口的教室 由于用途改变 需要大量网络接口 这时候如扩 展有线网络难度较大 还将牵涉到布线 装潢等问题 而一些配备了大量端口的教 室 又有可能因故暂时不用而造成资源的浪费p j 1 3 基于w i f i 技术组建校园网的构想 根据当前淮海工学院网络的覆盖范围及应用情况 与现有的有线网络进行充分 的整合 设计了基于w i f i 技术的校园网组建方案 在固有的有线局域网的基础上 架设无线局域网络 实现同学 老师在校园的任何地方都能连接上校园网 实现校 园网络无缝覆盖整个校区 4 m j 对校园网的整体设计分为室内和室外两部分 1 3 1 室内部分设想 就学校而言 室内的设计主要是办公室 图书馆 学生宿舍的网络覆盖 首先 是要确定接入点的数量和位置 以及扩展由一组互连接入点覆盖区域的位置 覆盖 区的阃隙会导致在这些区域内无法连通 因此网络的覆盖需要有一定的冗余度 技 术人员需通过地点调查来确定接入点的位置和数量 同时权衡实际环境和用户需 求 如覆盖频率 信道使用和吞吐量需求等 o j 在w i f i 工作的2 4 g h z 波段下 有3 个信道完全不重叠 利用这三个信道 覆盖区域可以消除所有信道重叠现象和 覆盖区域的间隙 由于语音 视频等网络技术的块数发展 校园网对带宽要求不断 提高 且用户密集 使用大量接人点 可满足高密度用户的需求 用户的接收端如是台式电脑 一般需增配p c i 无线网卡 笔记本电脑往往标配 有无线网卡而无需增加设备 选取适当的位置架设a p 无线接入点 作为无线访问 点 由于a p 提供的是共享的访问带宽 而共享带宽会的网络会因用户的增加 性能 急剧下降 因此需要对无线a p 的密度进行设计 确保每个用户都能达到高性能 并 在布线网络组建完成后进行适当的测试 1 3 2 室外部分设想 室外部分主要是建筑物间无线局域网的设计 设立室外局域网需要考虑的因素 很多 由于无线信号易受干扰的特性 像高大的树木和建筑物以及一些复杂的电磁 环境 如微波炉等设备的电磁干扰 等都会直接影响无线电波的传输 可以根据实 际应用设立中继中转站 对信号进行增益 采用无线网桥还可以无缝地将远程网络 连接在一起 创建一个统一的局域网 由于室外环境比室内恶劣很多 因此为了保证信号的质量和稳定性 在设备选 3 1 前言硕士论文 择上 一般选择电信级的室外防雨无线设备 天线架设位置也一般选择在无遮挡的 房顶等位置为佳 同时 室外的接入用户一般较少 因此a p 数量可根据接入点密度 适当减少 实现需求和投入的最优搭配 1 4 论文主要结构 第一部分为前言 主要介绍了校园网发展情况及校园网建设过程存在的一些主 要问题 基于w i f i 技术组建校园网的一些构想 以及论文的组织结构 第二部分具体介绍了校园网的软硬件组成 校园网的几种典型应用和一些设计 原则 第三部分w i f i 技术的发展情况 及其安全性的研究 第四部分为笔者的校园网设计实践 根据切身的实践调查 对采用采用w i f i 技 术组建淮海工学院的无线局域网做出规划 第五部分为淮海工学院w i f i 校园网设计方案的实现 分析及网络性能测试 第六部分对所作研究进行总结 并展望w i f i 技术未来的发展 4 硕 论文 基于w i f i 的 e 线校园网建设研究 2 校园网 2 1 校园网概述 校园网在一般意义上是一个宽带 具有交互功能和专业性很强的局域网络 以 音视频等多媒体技术 互联网技术 网络存储技术 网络互连技术等多项技术为基 础建立起来的具有较强专业性的计算机网络 作为学校的教学 管理 办公 信息 交流和通信等提供综合的网络应用环境 校园网一方面联结起了学校内部子网和分 散于校园各处的计算机 另一方面成为了沟通校园内外网络的一个桥梁l 叫j 要特 别注意的是 校园网是学校的教学信息化 现代化管理的基础设施 它是教育工作 的劳动工具 是为学校的教学 管理 办公 信息交流和通信等服务的 不能把校 园网简简单单理解为一个物理意义上的由一大堆设备组成的计算机硬件网络 要实 现这点 校园网需要有具备大量先进可用的应用软件 完善的管理机制来提供支 撑 软硬件的相互切合也是是校园网发挥出最大作用的前提l l 2 2 校园网软硬件组成 一般来讲 构建校园网的主要硬件有 传输设备 光纤 双绞线 天线 无线 接收器等 交换机 h u b 以及终端工作站 服务器 u p s 网卡等 另外校园网硬 件设备中还包括服务器 p c 机 大容量存储设备和投影仪 电视墙 摄像机等 u 在建设校园网的过程中应根据学校具体情况 根据学校建设的需求 选择与之 相适应的硬件设备 要做到既能满足学校教学 管理等各方面的要求 又做到不给 学校造成在经济方面的压力 硬件齐全 还得依靠大量先进软件的辅助 只有软硬件双剑合壁 才能起到事 半功倍的效果 网络系统作为网络运行的基础系统 它的选择将会直接影响整个校 园网的使用效率 在整个校园网的应用中 软件也是一个重要部分 在选择校园网 的各种应用软件时要充分考虑软件的实用性 可操作性 质量以及技术支持等因 素 不能只贪图价格上的便宜 更不能采用盗版软件 引起不必要的麻烦 确定软件解决方案 可以采取哪些网络操作系统昵 网络操作系统作为网络中重 要的组成部分 它与网络和网络应用是密切相关的 网络操作系统必须满足客户需 求 网络应用及适应发展的趋势 最常见的有选择u n i x 系统为主服务器 w i n d o w s n t 和n e t w a r en o v e l l 网络操作系统 在三个不同方面的服务 许多方面 表现出了较 大的差异 所以用户可以根据使用的特殊要求来选择 2 校园网 硕士论文 2 3 校园网的典型应用 直观上 校园网应用体系模型如图2 1 所示 概括起来校园网有4 个方面的典 型应用 1 2 1 图2 1 校园网应用体系模型 l 学习活动 校园网是为学生学习活动服务的 是一种学习工具 它不但是学生与他人之间 的交流工具 同时也是学习资源的提供者 有利于学生进行探索学习和协作学习 2 教学科研活动 校园网是为教师的教学和科研活动服务的 如提供教学资源 辅助教师备课 参与课堂教学活动和支持教师再学习活动等 3 教务管理 校园网是为学校教育教学管理服务的 如辅助学校的学生学籍管理 人事管 理 财务管理等 4 信息交流 校园网是沟通学校与外面的窗口 利用它既可以从校外获取各种信息 也可以 向外发布各种信息 2 4 校园网设计的一些基本原则 校园网的设计目标是将各种不同应用的信息资源通过高性能的网络设备相互连 接起来 而在实现这个之前总需要一个总体设计方案 总体设计方案是校园网建 设的总体思路和工程蓝图 是校园网建设的核心任务 基于以上的情况 目前校园网建设应该遵守以下几方面原n 6 硕士论文基于w i f i 的无线校园网建设研究 一 先进性 世界上计算机技术的发展十分迅速 更新换代周期越来越短 所以 选购设备 要充分注意先进性 选择硬件要预测到未来发展方向 选择软件要考虑歼放性 工 具性和软件集成优势 1 4 网络设计要考虑通信发展要求 因此 些关键设备以进 口为主 但国内能满足要求的 尽量采用国产设备 二 实用性 从保护各系统原来的设备和能够完全满足现实需求的角度出发 充分集成现有 的各种计算机和网络设备 使建设的系统实用 安全 可靠且易于管理 维护和扩 展 具有最高的性价比 三 开放性 构造一个开放的网络系统 是当前世界计算机技术发展的潮流 在整个系统的 设计中采用的规范 设备与厂商无关 具有较强的兼容性 便于与外界异种机平滑 互联 四 安全性 安全性包括两个方面 一方面是网络用户级的安全性 另一方面是数据传输级 的安全性 网络用户级的安全性应该在网络的操作系统中予以考虑 而数据传输级 的安全性则必须在网络传输时解决 五 可扩充性 系统规模及档次要易于扩展 可以方便地进行设备扩充和适应工程的变化 以 及灵活地进行软件版本的更新和升级 保护用户的投资 六 灵活性 采用结构化 模块化的设计形式满足系统及用户各种不同的应用要求 适应业 务调整变化 七 规范性 采用的技术标准按照国际标准和国家标准与规范 保证系统的延续性和可靠 性 八 系统性 项目开发必须按照系统工程的管理方法 有计划地实施 九 综合性 7 2 校园网 硕士论文 满足系统目标与功能目标 总体方案设计合理 满足用户的应用要求 便于系 统维护 以及系统二次开发与移植 8 硕上论文 基于w i f i 的无线校园网建设研究 3w i f i 技术与特点 无线接入技术主要包括i e e e 的8 0 2 1 l 8 0 2 1 5 8 0 2 1 6 和8 0 2 2 0 等标准 分 别为无线局域网w l a n 无线个域网w p a n 蓝牙 无线城域网删等 面对无线网 络的建设巨大需求 其中基于8 0 2 1 1 协议的无线局域网接入技术又被称为无线保真 技术w i f i w i r e l e s sf i d e l i t y 随之r 益勃兴 l 在促进校园网无线网建设的途 中起到巨大的革新作用 1 6 j 因此 在我们具体使用w i f i 技术进行校园组网设计之 前 对其进行详细的了解也是必不可少的 3 1w i f i 的定义 w i f i w i r e l e s sf i d e li t y 它的俗称就是无线宽带 又称8 0 2 1 l 标准 是 由名为 无线以太网相容联盟 w i r e l e s se t h e r n e tc o m p a t i b i l i t ya l l i a n c e w e c a 2 0 0 2 年l o 月 正式改名为w i f ia l li a n c e 的组织所发布的业界术语 中文译为 无线相容认证 它的最大优点就是传输速度较高 远高于3 g 传输的速 度 缺点是传输距离较短 而8 0 2 1 1 b 及后来的8 0 2 1l g 8 0 2 1l a 8 0 2 1 l n 都是 由美国电气和电子工程师协会 i e e e 所制定的无线标准 所以说 i e e e8 0 2 1 l 所制定的是技术性标准 w i f i 联盟所制定的是商业化标准 而w i f i 所制定的商 业化标准基本上也都符合i e e e 所制定的技术性标准 w i f i 使用的是开放的2 4g b 频段 不需要申请就可使用 既可作为对有线网络的补充 也可独立组网 随着技 术的发展 以及i e e e8 0 2 1l a 8 0 2 1l g 8 0 2 1 l n 等标准的出现 现在i e e e 8 0 2 1 l 这一系列标准已被统称作w i f i 在我国 2 0 0 1 年信息产业部颁布了信部无 2 0 0 1 6 5 3 号通知 明确了在2 4 0 0 2 4 8 3 5 m h z 这8 3 5 m h z 频段内 室内w l a n 可以无需审批地使用 3 2w i f i 发展现状 自1 9 9 7 年第一个版本发布起 w i f i 便经历了一段漫长 甚至是艰难的起步阶 段 遭遇了成本 安全 带宽 应用等多重困扰 曾经一度陷入低谷u 1 9 9 9 年 通过了两个补充版本 8 0 2 1l a 定义了一个在5 g h zi s m 频段上的数据 传输速率可达5 4 m b i t s 的物理层 8 0 2 1 l b 定义了一个在2 4 g h z 的i s m 频段上但 数据传输速率高达11 m b i t s 的物理层 1 9 9 9 年工业界成立了w i f i 联盟 致力解 决符合8 0 2 1 1 标准的产品的生产和设备兼容性问题 2 4 g h z 的i s m 频段 埔j 为世界 上绝大多数国家通用 因此8 0 2 1 l b g 得到了最为广泛的应用 苹果公司把自己开 发的8 0 2 1 1 标准起名叫a ir p o r t 下面我们来关注一下i e e e 审批通过的8 0 2 1 l 系 列标准的发展历史 9 3 w i f i 技术与特点 硕士论文 3 2 18 0 2 1 1 b 标准 8 0 2 1 1 b 标准于1 9 9 9 年9 月被i e e e 批准 该技术规范也被称为w i f i 它工作 在2 4 5g h z 的无线频率 最大传输速率达1 1m b p s 使用直接序列扩频 d s s s 传 输技术 在数据链路层的m a c 子层 8 0 2 1 l b 使用 载波侦听多点接入 冲突避免 c s m a c a 媒体访问控制 m a c 协议 它有两种运作模式 特殊 a d h o c 模式和基础 i n f r a s t r u c t u r e 模式 在 a d h o c 模式 也称为点对点模式 下 无线客户端直接相互通信 不使用无线接入 点即a p 使用a d h o c 模式通信的两个或多个无线客户端就形成了一个独立基础 服务集 i n d e p e n d e n tb a s i cs e r v i c es e t i b s s a d h o c 模式用于在没有提供 无线a p 时连接无线客户端 该模式可以用于两个设备之间点对点的传输数据 在i n f r a s t r u c t u r e 模式下 至少存在一个无线a p 和一个无线客户端 无线客 户端通过无线a p 访问有线网络或其他无线网络的资源 被访问的网络可以是一个机 构的i n t r a n e t 或i n t e r n e t 具体情况取决于无线a p 的布置 3 2 28 0 2 1 l a 标准 8 0 2 1 l a 标准和8 0 2 1 l b 同年推出 它工作于5 g h z 频带 采用o f d m 正交频 分复用 技术 如图3 1 o f d m 技术核心是将信道分成许多进行窄带调制和传输正交 子信道 并使每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽 用以减少各个载波之 间的相互干扰 同时提高频谱的利用率的技术 o f d m 还通过使用不同数量的予信道 来实现上行和下行的非对称性传输 5 g h z 频带频段远离微波炉 蓝牙和无绳电话所 工作的2 4 g h z 频段 具有所受干扰较小的优点 8 0 2 1 l a 支持的数据速率最高可 达5 4 m b p s 8 0 2 1 1 a 速率虽高 但和8 0 2 1 l b 不兼容 并且成本也比较高 使得其 应用受到一定的限制 l o i 黼嚆玛ib分 摹羼 箨 l 傣i璐2 1 空 蹙时 矮 缝 冯 倍澎窖碍mi 图3 1o f d m 技术 硕士论文 基于w i f i 的无线校园网建设研究 3 2 38 0 2 1 l g 标准 8 0 2 1 9 于2 0 0 3 年推出 同8 0 2 1 l b 一样 8 0 2 1 l g 工作于2 4 g h z 频带 并且 与已经得到广泛使用的8 0 2 1 l b 兼容 这是8 0 2 1 l g 相比于8 0 2 1 l a 的优势所在 8 0 2 1 1 9 是对8 0 2 1 l b 的一种高速物理层扩展 但采用了直接序列扩频d s s s 及补码 键控c c ko f d m 技术 可以实现最高5 4 m b p s 实际用户可用带宽只有一半不到 其 他带宽被分组负载 校验和 帧位 错误恢复数据等其它 系统 信息占用 的数 据速率 引 8 0 2 1 l b 的设备只能接收c c k 格式的数据 而对于o f d m 格式的数据不能 解调 为了解决这个问题 i e e e 8 0 2 1 l g 采用了r t s c t s 术 也就是8 0 2 1 l b 和 8 0 2 1 l g 同在一个a p 服务区中 每一工作节点在发送数据之前 必须先发送一个 r t s r e a d yt os e n d 帧给a p 等到a p 返回一个c t s c l e a rt os e n d 帧后 就开始 传送数据 工作台发送r t s 到a p 节点返回c t s 信号 这样所有的工作台都能收到信 号 从而避免了混合站点间的碰撞 解决了两者的兼容问题 r t s 和c t s 帧都采用 c c k 格式 3 2 48 0 2 1 l n 标准 8 0 2 1 l n 标准于2 0 0 9 年9 月被i e e e 标准委员会审批通过成为正式标准 它可 以工作在双频率 即同时兼容8 0 2 1 1 a 的5 g h z 频带和8 0 2 1 l b g 的2 4 g 频带 采 用将m i m o 多入多出 与o f d m 正交频分复用 技术相结合的m i m oo f d m 技术 如 图3 2 所示 该技术利用多个天线或者天线阵列 构成无线m i m o 系统 将需要传输 的数据先进行多重切割 然后再利用多重天线进行同步传送 无线讯号在传送的过 程当中 会以多种多样的直接 反射或穿透等路径进行传输 这种传输方式会由于 路径不同 而使得到达接收天线的时间不一致 现在的技术充分利用了这种多路径 效应 在接收端也采用多重天线来接收数据 并依靠频谱相位差等方式来解算出正 确的原始数据 目前i e e e8 0 2 1 l n 天线数量可以支持到3 3 天线 不过厂商出于 成本考虑 也会推出一些l 2 或者l l 天线规格的产品 相对简化天线部分设计 架构 并借此来降低产品成本 因此我们会在市场上看到有的8 0 2 1 l n 产品拖有两 条天线 但是有的产品拖有三条天线 但不管哪类产品 都提高了无线传输质量 也使传输速率得到极大提升 其提供的带宽达到惊人的3 0 0 m b p s 一6 0 0 m b p s 3 w i f i 技术与特点 硕士论文 线 图3 2m i m o 技术 8 0 2 1 l n 的出现 将使得高带宽 高质量的无线局域网达到甚至超过过去以太 网的性能水平 2 0 0 9 年夏 工业和信息化部指导 中国电子学会通信分会主办的 2 0 0 9 中国无线局域网论坛以 8 0 2 1 1 n 更便捷的w l a n 为主题 重点研讨 8 0 2 1 1 n 的发展 以及8 0 2 1 1 n 与中国自主标准之间的结合 由于其性能上的优 越 相信8 0 2 1 l n 不久将会成为无线网络的主流技术标准 慢慢取代8 0 2 1 1 b 8 0 2 1l a 8 0 2 1 l g 等技术标准 3 3w i f i 的优势 w i f i 技术即i e e e 8 0 2 1 l 协议 无线接入和高速传输是w i f i 的主要技术优 点 其中i e e e 8 0 2 1 l b 最高速度为11 m b p s i e e e 8 0 2 1 l a 与i e e e 8 0 2 1 l g 的最高 速度为5 4 m b p s 现在多用的i e e e 8 0 2 1 l b 与i e e e 8 0 2 1 l g 设备使用的频段为 2 4 2 4 8 3 5 g h z 的免许可频段 在频率资源上不存在限制 因此使用成本低廉也成 为了w l f i 技术的又一大优势 w l f i 无线网络是由a p a c c e s sp o i n t 和无线网卡 组成的无线网络 组网方式较为简单 我们通常将a p 称为网络桥接器或接入点 将能搜索到w i f i 网络的地方称为热点区域 任何一个装有无线网卡的终端进入 w i f i 覆盖区域均可以通过a p 来无线高速接入互联网 另外i e e e 8 0 2 1l 规定的发 射功率不超过1 0 0 毫瓦 实际发射功率大约为6 0 7 0 毫瓦 而手机的发射功率大约 在2 0 0 毫瓦至l 瓦间 手持式对讲机则高达5 瓦 所以总的来说w l f i 技术是健康 安全的 2 随着w i f i 技术的不断普及 对有线网络形成了不小的冲击 毋庸置疑 人们的 选择仍是w i f i 技术自身优势的有力证明 它与有线网络相较之下 有许多优点 l 无须布线 w i f i 技术最主要的优势在于不需要布线 可以不受布线条件的限制 因此非常 适合移动办公用户的需要 不断进入传统的医疗保健 库存控制和管理服务等特殊 行业 并逐渐转向更多的行业 机场 车站 咖啡店 图书馆等人员较密集的地方 都成了设置 热点 的好去处1 2 射 1 2 硕上论文基于w i f i 的无线校园网建设研究 2 用户移动性 使用有线接入网络 用户只能在具有信息点的位置上网 这样便极大地限制 了终端用户的自由活动范围 与有线接入技术不同 w i f i 建成后 便能够提供漫游 服务 在无线网信号覆盖区域内的任何位置都可以接入网络 使用户真正实现随 时 随地 随意地接入宽带网络 矧 3 建设便捷性 使用w i f i 技术 一般来讲 只需安装一个或多个无线访问节点设备 就可以 解决一个区域的上网问题 从而避免了繁琐而长久的布线安装工程 4 投资经济性 有线网络的固有缺点就是缺乏灵活性 在有线接入网规划中 考虑到未来的发展 大量的超前投资往往会出现线路利用率低的情况 而使用w i f i 技术便会避免那些问 题 在初期根据用户的需要布置少量的点 就可以随着用户的增加而逐步扩展 当 用户数量增加时 只需再增加几个设备 而不需要重新布线 这样做具有较强的经 济性 3 4w i f i 安全性的分析 3 4 1w l a n 的风险 与有线网络相比 1 j l a n 由于其物理上的公开性 经常遇到各方面的威胁 2 4 2 5 1 广播监听 由于h u b 的开放性 如果无线接入点与h u b 相连而不是与交换机相连 那么与h u b 之间收发的全部信息及数据流都会在整个局域网内广播 由于以太网h u b 向所有与之 连接的设备发送广播数据包而不去验证接收对象 这样 通过h u b 连接的网络数据就 有可能被其他网络连接者监听 2 m a c 欺骗 w l a n 的一个安全访问方式是指令a p 仅向已知地址列表中设备传送数据包 但是 在现实当中 很多无线网卡接将m a c 地址标在设备上却并不是保密的 因此想非法访 问w l a n 的人可以轻松得到相关信息来伪造m a c 地址 即使m a c 地址可以被保护 但是 有效的m a c 地址列表还是得在分布在每 个a p 上并保持备份 而且a p 所能够储存的有 效 i h c 地址是有限的 当m a c 地址过多时显然无法满足需求 i e e e 8 0 2 1 l 协议规定 每一帧数据都必须有一个源地址 但是它并不对帧进行 认证 所以无法保证每一帧是否都被发送出去了 比如在传统的以太网中 由于无 法阻止进攻者伪造帧的源地址 攻击者能够利用欺骗帧的手段 通过重新定向通信 流量盗用a p 表 攻击者通过监测手段 定位网络中的某些m a c 地址 并利用这些地址 1 3 3 w i f i 技术与特点 硕士论文 来发送攻击信息 达到盗用 堵塞 篡改等目的 3 a p 伪装 由于任何声称是一个a p 且广播正确服务装置的识别都是网络认证的一部分 并 且i e e e 8 0 2 1 1 协议没有任何功能要求一个a p 证明它确实是一个a p 因此 攻击者可 以通过利用未经认证的a p 伪装到网络中 轻易地假装成一个a p 伪造a p 的方式一般 有以下两种 一种假h a p 的方式是采用伪装的方式 利用专用软件将攻击者指定的 某个终端设备 包括计算机 伪装成a p 另一种是攻击者拿一个真实的a p 非法接 入到被入侵的网络中 而授权的客户端就会无意识地连接到这个a p 上来 4 拒绝服务 d o s 攻击 拒绝服务 d o s 采用的攻击方式是利用非法的数据流覆盖所有的频段 导致服 务器负荷超载 使得合法的业务需求无法被接收或者是正常的数据流不能到达用户 或接入点 因此 如果攻击者有适当的设备和工具的话 能够采用简单的技术对 2 4 6 h z 的频段实施泛洪 f l o o d i n g 攻击 达到破坏信号特性 甚至导致网络完全中 断得作用 另外 微波炉 婴儿监视器 无绳电话等工作在2 4 g h z 频段上的设备都 会干扰在个频率上的无线网络 甚至导致网络瘫痪 3 4 2w i f i 的几种防范手段 从1 9 9 7 年w e p 协议的面世至i j 2 0 0 3 年w p a 的提出 再至i j 2 0 0 4 年w p a 2 的公布 这三种 协议见证了无线网络安全性 保密性的发展历程 2 6 1 这些协议都是w i f i 技术中一般使用的加密方式 用来实现对网络访问的验证和 数据的加密 如图3 3 这些定义的加密方法是可选的 虽然w e p 等协议存在缺陷并 使得它不适合具有高安全需求的行业 但是现今市场上的无线设备 基本上还同时 支持w e p w p a 和w p a 2 这三种协议 并且有些设备 如电信的个人无线宽带业务所配 备的无线路由 甚至推荐个人用户选择w e p 力 i 密方法 究其原因 笔者认为与开放式 的无线网络相比 w e p 力i 密协议的使用使得用户的数据传输安全有了最基础的保障 正如社会上使用的锁具一样 它可以在一定程度上保障私人物品的安全性 但如果 有人用电锯 铁锤等工具暴力破坏锁具 亦或者专业人员可以利用简单的工具就将 锁具打开 对于利用w e p 协议的漏洞 2 对其进行的攻击 破解的行为 需要抓 包 分析 破解等一系列专业过程 对于普通人来说很难掌握 对于个人用户 w e p 加密依然具有一定的市场 2 引 1 4 硕士论文基于w i f i 的无线校园网建设研究 勇捐簟髓 霾霪荔男獠零獗戮您霆霆笼纛阑 s s i d h g 5 2 0 5 广藉s