无线网在校园网中的应用.doc

21计算机网络课程设计摘要 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。 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。本文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 WLAN目录摘要11.课程设计的目的及意义32.无线校园网概述33.校园网应用需求分析34.无线网络的协议标准54.1.HomeRF54.2.蓝牙55.无线网络设备65.1.无线网卡65.2.无线AP65.3.无线网桥85.4.无线天线96.无线校园网方案产品选择107.无线校园网关键技术107.1.微蜂窝覆盖及漫游107.2.无线中继点117.3.无线网桥128.无线校园网可行性分析138.1技术可行性138.2经济可行性138.3操作可行性139.无线校园网网络拓扑图1310.无线校园网实施方案1410.1.室内方案1410.2.室外方案1611.无线校园网安全方案18心得体会19参考文献201、课程设计的目的及意义通过本课程设计，学生可以了解计算机网络工程设计的一般任务，明确计算机网络设计与建设的基本原则，熟悉计算机网络需求分析的目标、任务与方法，掌握计算机网络设计的通用方法，并能学会撰写规范的相关设计报告2、无线校园网概述无线校园网，就是通过无线局域网（Wireless Local Area Network，简称WLAN）技术，在校园中建立的无缝无线通讯网络，使校园的每个角落都处在网络中，形成真正意义上的校园网。 目前绝大多数学校已拥有的有线网络，只能提供固定而有限的网络信息点，无法满足学校师生随时随地共享教育网络资源的需要。无线校园网正是顺应了教育信息化建设的前进步伐，蓬勃发展起来的。 无线校园网最大的特点是具有的高度的空间自由性和灵活性；可以避免大规模铺设网线和固定设备投入，有效地削减了网络建设费用，极大地缩短了建设周期；无线局域网带宽很宽，适合进行大量双向和多向的多媒体信息传输。 目前教育网用户非常期待实现的许多需求，如网络信息点流动的需求、难以布线区域网络建设的需要、利用网络提高教学效率的需要、以及信息化建设中降低成本和保护投资的要求等，通过无线校园网的建设，都可以找到解决的基础和途径。3、校园网应用需求分析校园内部铺设网络的工程涉及面很广，无论是在室内还是在室外，均会对现有的校园环境产生不少影响，这一点在发展历史较长、校内新老建筑并举的校园内表现的尤为明显。从投资、施工周期、网络维护、升级等多个方面着眼，学校需要一整套能够多快好省建设校园网络的方案。现在大部分学校都已建有有线局域网，但是随着学校的发展，对现有的校园网提出了更多更高的要求:1. 现代化教学需求。现在学校大量开展网络化教学活动，很多课程或课件都要通过访问页面来获取。学生希望在任意时间在学校的任何地点访问课程主页和课件资源，并进行提交作业等活动。同时，师生希望能有更便利的条件访问校园网上提供的其他资源(如学校的vod 点播系统)。2. 端口数量的限制。一般来说，有线局域网中在如教室、图书馆、会议室等地方不可能布设太多信息点，随着以后学生中笔记本电脑的普及和现代化教学的普及，这些地方往往在同一时刻有大量的电脑，而目前的有线校园网没有办法使学生们在这些区域上网。而采用无线方式，在端口上连接无线接入点，不需布线就可以轻松从个端口扩展到成百上千个端口的应用。3. 分校间的连接。对于地理位置分布较远的多个校区之间的校园联网，采用无线局域网技术是最佳选择。它可以将学校内所有校区的局域网联网，实现资源共享。还有有些布线不方便的校园建筑物之间也可通过无线局域网技术实现连接。4. 移动办公。随着教职员工的移动办公设备越来越多，并且对移动办公的要求也比较高，如会议、校长办公等都适合使用无线局域网。5 .临时性活动。随着学校的办学层次的提高，学校的学术氛围也日益浓厚，对外交流日趋频繁，各种学术活动越来越多地在学校举行。除此之外，学校每年也都会举办一些其他的活动，如运动会、人才交流活动等。由于这些应用的特殊性和灵活性，有线局域网将不能满足校园网的需求。所以很有必要使用无线局域网技术对原有的有线网络进一步扩充，使校园的每个角落都处在网络中，形成真正意义上的校园网。4、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，The Institute of Electrical and Electronics Engineers）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。4.1、HomeRFHomeRF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。4.2、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。5、无线网络设备5.1、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.5.2、无线AP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。 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无线局域网防火墙。5.3、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（Wireless Router）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ADSL MODEM或CABLE MODEM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。5.4、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。5.5、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。6、无线校园网方案产品选择产品品牌/型号类型神州数码 DCWL-3000AP无线AP神州数码 DCWL-4000AP无线AP可立达 Orinda ON2000b无线网桥可立达 Orinda NB2405S功率放大器Axelwave XA-208全向天线Axelwave XA114定向天线7、 无线校园网关键技术7.1、微蜂窝覆盖及漫游 对于教学楼、会议培训、宿舍等场所，无线微蜂窝覆盖是最有效简洁的无线网络铺设方案。由于每个AP 的发射功率均有严格控制，同时，安装在室内的AP 会受建筑物本身的影响，因此单个AP 所覆盖的面积可能无法满足无线覆盖的规划，例如需要覆盖整个教学楼。由于IEEE802.11b 标准规定了AP 的多频道工作模式，因此可以采用多个AP 进行合理分布和配置，将单个覆盖区域扩大成较大的覆盖区域。在整个覆盖区域中，无线终端设备将自动检测信号的强度，建立最高质量的无线链路。微蜂窝覆盖及漫游无线中继7.2、无线中继点 由于微蜂窝覆盖技术中，每个AP 需要与有线网络相连，在学校的有些环境中例如大礼堂、阶梯教室、室内体育场等，面积较大，存在着有线无法达到的范围，这时就需要采用无线中继的方式，也就是通过无线中继点来进行网络接力，进一步扩大无线网络的覆盖范围。中继点的构建，只需要将两个AP 互联，接收前一AP 的无线信号，并形成新的覆盖区域，从而达到无线信号覆盖全场的目的。有了无线覆盖技术，网络就不仅仅局限于室内狭小的空间，更广阔的学习空间被利用起来，草坪、操场、树阴下不再是网络的终点站，连接了放大器和天线的AP 完全可以将无线信号覆盖到校园的任何角落，每一寸土地都被利用起来，整个校园变成了一个巨大的教学空间。无线网络覆盖开阔区域7.3、无线网桥 无线网络除了覆盖应用以外，无线桥接是另一项重要的应用。利用无线桥接设备，可以为两个或者多个独立的局域网络建立带宽高达11Mbps 的空中连接。对于无线链路具有很强大的管理功能，不仅具有链路质量检测、数据安全加密、带宽控制等功能，而且无线桥接网桥具有非常成功的应用经验，桥接距离从几百米到几十公里均有不同的全套方案以及配套设备。无线网桥的构成包括：IEEE802.11b 无线桥接器、2.4GHzWLAN 专用天线、信号放大器以及其他一些附件设备，例如2.4GHz 信号分配器和避雷器。从网桥的拓扑形式分类，无线网桥支持点对点方式以及单点对多点的方式。构建无线网桥8、无线校园网可行性分析8.1.技术可行性无线传输速率从最初的12Mbit/s,到11Mbit/s直至今天的54Mbit/s。新制订的802.11n标准，其传输速率提高到108Mbit/s，甚至高达500Mbit/s。8.2.经济可行性随着网络产品价格的不断下调和性能的日益提高，使其性价比逐步提高。相对于有线网络，无线投入远低于有线，其一次性投入比为1：5，甚至1：7。8.3.操作可行性组网速度快，工程周期短 ；实施极为便利，免去布线的困难 ；网络可扩展能力强，应变性好，使用灵活。 9、无线校园网网络拓扑图无线校园网拓扑图10、无线校园网实施方案10.1、室内方案室内无线局域网主要针对不方便进行大规模布线或不宜布设太多信息点的建筑，如：图书馆、办公大楼、网络教室、会议室和报告大厅等，无线校园网络整体解决方案如图。无线校园网整体方案10.1.1、大型建筑无线网络解决方案该方案针对难以进行全面布线的礼堂、图书馆、会议室等，用户可以利用已经存在的有线网络接口，轻松解决无线局域网的安装布设。可以方便、快捷地扩展信息接入点密度，实现移动办公。在大型建筑内，由于室内空间比较大，没有墙壁阻挡，在这里布置的无线AP不用像在大楼中那样用多个无线AP来实现无线网络信号的覆盖。大型建筑组建无线局域网有一个特点，在大型建筑周围一般都有有线网络的接入点，可使用网线实现接入点与无线AP的连接，然后将无线AP置于室内，就可将信号覆盖到整个室内。在这里要考虑一件事情，一个大型会议室或者礼堂内如果召开会议，其笔记本数量肯定不会少，而无线AP在通常情况下能够连接20多台无线接入终端，如果无线接入终端数量过多，将严重影响网络性能，为了不影响网络性能实现更多的无线接入终端接入无线局域网中，可在这里多增加无线AP。多个无线AP在同一个地方使用，信号覆盖一定会重叠，造成对网络性能的影响。要解决这一问题，就必需将无线AP上的频段进行设置，无线AP一般都提供了11个频道，我们只要将会议室内的无线AP设置为各自不同的频道，就不会造成信号覆盖重叠。大型建筑解决犯案10.1.2、普通建筑无线网络的解决方案校园中大多数场合如普通教室、宿舍、办公室、实验室等，可以直接将神州数码的普通型AP接入校园网的以太网端口，作为有线网络的补充，如下图所示：普通建筑解决犯案不同楼层网络的布设情况如下图所示，采用多个无线接入点（AP），每个AP 可带30 个左右的用户，AP 间距可以根据各楼层的实际结构和无线节点的数量和分布情况而定。在楼道或房间中布置若干个AP，以实现上网区域都可以被无线信号完全覆盖为标准，这样可以承受较多用户同时上网的要求时，而不至于使网络堵塞或者瘫痪。AP 的放置与无线客户端尽可能视线以内为原则，可以放在天花板、墙壁等地方，这样可以尽可能地覆盖其中所有无线用户区域。每个AP 通过普通的五类双绞线与交换机相连，再将校园骨干网与楼内已经布好的交换机接口相连，就可以与校园网连通。每个AP 都应该有一个固定的IP 地址，只做网管使用，与无线用户端IP 无关。不同楼层布设方案10.2、室外方案覆盖室外环境也是大学无线网络较多的一个应用。例如覆盖广场、操场、花园、以及室外大型活动等应急的室外网络接入需求，利用神州数码的企业级无线接入产品，通过配合不同种类的天线，可以实现室外广阔范围的无线网络覆盖。10.2.1.楼宇间的连接校园内的两幢建筑物或者分校之间不方便布线，则可采用室外无线桥接方式。所谓“无线桥接”是指通过无线的方式，点对点，或点对多点的连接两个建筑物的网络，主要有以下两种应用：1.通过一个已经布设有线网络的建筑和一个还未布设有线网络的建筑物之间的无线桥接，实现后者接入校园网络。如：某栋楼距离学校主体区域较远，如果通过布光纤的方式连接，成本太大，则可以选择无线桥接的方式，成本抵，容易操作。2. 在两个都已经拥有无线网络的建筑物之间做无线桥接，以使这两个建筑物之间拥有第二条备份链路，以提高重点建筑物的网络可靠性。10.2.2.开阔区域的覆盖无线AP通过连接放大器和天线完全可以将无线信号覆盖到校园的任何角落。选用室外无线AP，通过天线或者放大器聚集无线信号，使无线覆盖范围更大、更远，穿透能力更强。开阔区域的覆盖11、无线校园网安全方案当一个无线局域网组建成功后，最应该关心的还是无线局域网的安全问题。这里所说的安全不是指互联网中黑客带来的威胁，而是无线局域网内数据传输的安全，用户接入访问无线局域网的安全。无线局域网内数据是通过无线链路进行数据传输，有一些非法用户通过截获无线链路中的数据给无线局域网用户带来损失，要解决这一问题，就必需使用到无线AP中的WEP加密功能，这项功能能够对传输的数据进行加密，即使非法用户获得这些数据，也无法破译，所以我们组建无线局域网成功后必需将这项功能开启。用户接入访问安全是指一个无线局域网组建成功后，它的信号覆盖面积大，有些非法用户在信号覆盖范围内通过无线网卡连接到无线局域网中。要解决这个问题，必需使用到无线AP中的三项功能，MAC地址绑定，DHCP服务和认证功能。采用MAC地址绑定功能主要是因为每一块网卡只有全球唯一的一个MAC地址，通过设置MAC地址绑定功能后，其他没绑定MAC地址的终端就不能接入无线局域网;DHCP主要是为网内用户自动分配IP地址，所有有些用户就通过获取IP地址进入无线局域网中，只要将DHCP功能关闭就能杜绝这类事件的发生;目前，网络中最常用的认证方式就是802.1x端口认证技术，通过这项功能限制非法用户访问无线局域网。在大部分的无线AP中，提供了一种SSID功能，这项功能主要是用来区分不同的网络，实际上这就是无线局域网的