WLAN基础讲解

1、WLAN基础讲解网络技术部网络技术部 王振雷王振雷n 无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频（RF）技术，取代旧式的双绞线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能。无线网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里，并且可以随需移动或变化。引入引入n WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一，使用WLAN的区域及其承载的业务愈来愈多。为了更好地构建理想中的无线网络，我们需要了解无线网络的技术体系、熟悉构建无线网络的设备的功能。n了解了解WLAN基础知识基础知识课程目标课程目标学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：n了解了解802.11X802.11X协议族标准

2、协议族标准n了解主流了解主流WLAN设备及天线设备及天线n了解了解WLAN典型部署典型部署n WLAN基础知识基础知识n 802.11802.11协议简析协议简析n WLAN设备设备n WLAN典型部署典型部署目录目录n为什么要使用为什么要使用WLAN网络网络n什么是什么是WLANnWLAN技术的发展进程技术的发展进程WLAN基础知识基础知识凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。无线让网络使用更自由办公大楼候机大厅渡假山庄商务酒店l 终端与交换设备之间省去布线，有效降低布线成本。l 适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路。无线让网络建设更经济，通信更便利地理环境

3、不适合布设有线网络终端与设备之间不方便通过线缆连接不受限于时间和地点的无线网络，满足各行各业对于网络应用的需求。无线让工作更高效体育场馆新闻中心展馆与证券大厅制造车间物流运输802.11802.11b802.11a802.11g802.11n主流的WLAN技术802.11协议的发展进程802.11802.11b802.11a802.11g标准发布时间标准发布时间July 1997Sept 1999Sept 1999June 2003合法频宽合法频宽83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz频率范围频率范围 2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.35

4、0GHz 5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz非重叠信道非重叠信道 33123调制技术调制技术FHSS/DSSSCCK/ DSSSOFDMCCK/OFDM物理发送速率物理发送速率1, 21,2,5.5, 116, 9, 12, 18,24, 36, 48, 546, 9, 12, 18,24, 36, 48, 54无线覆盖范围无线覆盖范围N/A100M50M100M理论上的最大理论上的最大UDP吞吐吞吐量量 (1500 byte)1.7 Mbps7.1 Mbps30.9 Mbps30.9 Mbps理论上的理论上的TCP/IP吞吐量吞吐量 (1500 byte)1.6 Mbp

5、s5.9 Mbps24.4 Mbps24.4 Mbps兼容性兼容性N/A与11g产品可互通与11b/g不能互通与11b产品可互通各个国家授权使用的频段Channel Freq (GHz) US/Can Europe Japan 1 2.412xx2 2.417xx3 2.422xx4 2.427xx5 2.432xx6 2.437xx7 2.442xx8 2.447xx9 2.452xx10 2.457xx11 2.462xxx12 2.467x13 2.472x14 2.484xxxxxxxxxxxxx中国采用欧洲标准。802.11b/g工作频段划分图2.4122.4172.4222.432

6、2.4422.4522.4622.4722.4842.4272.4372.4472.4572.4672345178910611121314l 任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如：1、6、11频道 ；l 适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰；l 蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用。蜂窝式无线覆盖l 很多的研究已经证明，WLAN产品可以在家庭及商业中使用，对人体来说是安全。l 典型的WLAN产品，如AP（Access Point，接入点），输出功率为100mw，对于网卡来说，通常只有10mw至50mw。相比较来说，手机的发射功率在通话时可以超过1W，而无线对讲机甚至可以达到5 W。l 政府有相

7、关的法令对发射功率进行严格的限制，因此通过政府相关部门认证过的无线设备对人体是无害的。WLAN产品对人体的电磁辐射是安全产品对人体的电磁辐射是安全的的n WLAN基础知识基础知识n 802.11802.11协议简析协议简析n WLAN设备设备n WLAN的典型部署的典型部署目录目录n802.11802.11协议族成员协议族成员nWLAN网络基本概念网络基本概念nWLAN网络接入访问机制网络接入访问机制nWLAN网络接入漫游网络接入漫游802.11802.11协议族协议族IEEE 802.11无线局域网工作组 PHY（物理层）（物理层）802.11(1/2 Mbps)802.11b(5.5/11

8、 Mbps)802.11g(54 Mbps)802.11a(54 Mbps)MAC 802.11/11a/11b/11g MAC802.11e QoS802.11i 安全增强安全增强802.11n(300 Mbps)802.11f 漫游和切换漫游和切换802.11h 动态调整动态调整802.11s mesh802.11网络的基本元素 SSIDAP1SSID“marketing”SSID：Service Set ID 服务集识别码。SSID技术可以将一个无线局域网分为几个需要不同身份验证的子网络，每一个子网络都需要独立的身份验证，只有通过身份验证的用户才可以进入相应的子网络，防止未被授权的用户进

9、入本网络. STASTASTASTA:WLAN网络客户端，装有无线网卡的计算机，有WiFi模块的智能手机等802.11网络的基本元素 BSSStations (STA)：任何的无线终端设备。 AP（Access Point）：无线访问接入点。AP是目前组建小型无线局域网时最常用的设备。AP相当于一个连接有线网和无线网的桥梁，其主要作用是将各个无线网络客户端连接到一起，然后将无线网络接入以太网。BSS（Basic Service Set）：一种特殊的点对点网络模式的应用，一群计算机设定相同的BSS名称，即可自成一个组，而此BSS名称，即所谓BSSID。 BSS1BSS2STA1STA2STA3S

10、TA5STA6STA4APAP802.11 组网模式 Ad hoc模式STASTASTASTASTAAd hocAd-Hoc（点对点）模式：ad-hoc模式就和以前的直连双绞线概念一样，是P2P的连接。一般无线终端设备用的都是ad-hoc模式。 802.11组网模式 多个BSS以太网APAPSTASTASTASTA 802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯。 主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。 802.11MAC 报文分类： 数据帧数据帧 用户的数据报文 控制帧控制帧 协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS、ACK等 管理帧管理帧 负责STA和AP之间的能力级的交

11、互，认证、关联等管理工作 例如：Beacon、Probe、Association及Authentication等802.11MAC层工作原理 概述802.11MAC层工作原理 用户接入管理过程STAAP 搜索选择AP(采用侦听Beacon帧或发送Probe帧)确认证实建立连接和建立连接关系的AP收发数据1234 802.11MAC 使用扫描功能来完成搜索-寻找和加入一个网络-当STA漫游时寻找一个新的AP 通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络。 在每个信道上发送Probe request报文，从Probe response中获取BSS的基本信息。802.11MAC层工作原理 扫描 S

12、TA可以在属于同一个SSID的AP接入点接入； STA可以在Wireless网络中任意移动； 保证已有的业务不中断，用户的标识（IP地址）不改变。什么是漫游什么是漫游STAAPAP移动ESS无线客户端的漫游客户端的漫游更多的是取决于客户端驱动程序算法，RSSI、SNR、上一次接入终端等因素都会带来影响，当然，最主要的因素还是从一台AP到另一台AP的信号强度变化。Intel网卡的漫游主动性目录目录n WLAN基础知识基础知识n 802.11协议简析协议简析n WLAN设备设备n WLAN的典型部署的典型部署WLAN设备设备n 什么是什么是FAT（胖）（胖） APn 什么是无线网桥什么是无线网桥n

13、 什么是无线交换机和什么是无线交换机和FIT（瘦）（瘦） APn 天线工作原理及参数介绍天线工作原理及参数介绍FAT AP设备功能802.11a/b/g网管、二层漫游, 安全802.1x认证,802.11e QoS天线加密FAT AP设备的典型组网l 企业网络的组网模式：AP1APnSTAsl 家庭或soho网络的组网模式：APADSL ModemWAN以太交换机以太交换机PCSTAs企业核心网企业核心网802.11无线网桥无线网桥是一种采用无线技术进行网络互连的特殊功能的AP。无线网桥根据传输距离的不同可分为工作组网桥和长距专业网桥。为了防止信号大幅度衰减，网桥组网时两个网桥之间通常不能有障

14、碍物的阻挡。以室外作为主要应用环境的无线网桥一般在设计时都会考虑适应一些恶劣的应用环境。802.11无线网桥视距问题视距问题 点对点无线网传输必须保证两点可视。造成不可视的原因包括地球曲率、地理特征如山脉、建筑物和树木等。远距离通信时，还必须考虑地球曲率的影响，当两人相距9km时，将不能相视，无线信号也无法传输802.11无线网桥的典型组网有线网络A有线网络B有线网络互连有线网络互连无线网络互连无线网络互连有线网络网络A多网络互连多网络互连1208E网络B网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥FAT AP组网的局限性FAT AP组网更适合在家庭和中小型网络中使用，无法满足大型

15、的无线企业网络的需求，这是由于FAT AP自身的特点所决定的。当需要组建大型无线网络或需要更多的增值服务时：802.11 a/b/g天线加密网管、三层漫游, 安全802.1x认证,802.11e QOSAP点监测点监测用户防火墙用户防火墙网络自愈网络自愈RF 管理管理无线欺骗防护无线欺骗防护802.11a/b/g网管、二层漫游, 安全802.1x认证,802.11e QOS天线加密FAT APFIT AP无线交换机和FIT AP的功能更易管理的无线解决方案 无线交换机+Fit AP系统构成特点主要由无线交换机和Fit AP在有线网的基础上构成的。AP零配置，硬件主要由CPU内存RF构成，配置和

16、软件都要从无线交换机上下载。所有AP和无线客户端的管理都在无线交换机上完成。AP和无线交换机之间的流量被私有协议加密；无线客户端的MAC只出现在无线交换机端口，而不会出现在AP的端口。可以在任何现有的二层或三层 LAN 拓扑上部署通用无线解决方案，而无需重新配置主干或硬件。无线交换机以及管理型接入点AP可以位于网络中的任何位置。在复杂的网络中，在复杂的网络中，Fit AP如何得知无线交换机的位置？如何得知无线交换机的位置？无线交换机和FIT AP的典型连接AP无线交换机无线交换机无线交换机无线交换机无线交换机无线交换机L2网络网络L3网络网络APAPAPAPAPAP直连或通过二层网络连接时的注

17、册流程4.AP从无线交换机下载最新软件版本、配置5.AP开始正常工作和无线交换机交换用户数据报文APDHCP Server1、获取IP地址2、发送二层广播发现请求4、版本、配置下载3、无线交换机发现响应5、用户数据传递1. AP通过DHCP server获取IP地址2. AP发出二层广播的发现请求报文试图联系一个无线交换机3. 接收到发现请求报文的无线交换机会检查该AP是否有接入本机的权限，如果有则回应发现响应APAP与与无线交换机直连或通过二层网络连接：无线交换机直连或通过二层网络连接：AP通过三层网络连接时的注册流程_option 43方式APDHCPServer无线交换机无线交换机1、获

18、取IP地址、option 43属性4、版本、配置下载5、用户数据传递2. AP会从option 43属性中获取无线交换机的IP地址，然后向无线控制器发送单播发现请求。2、无线交换机发现请求3、无线交换机发现响应1. AP通过DHCP server获取IP地址、option 43属性(携带无线交换机的IP地址信息)3. 接收到发现请求报文的无线交换机会检查该AP是否有接入本机的权限，如果有则回应发现响应。4. AP从无线交换机下载最新软件版本、配置AP与无线交换机通过三层网络连接：与无线交换机通过三层网络连接：5. AP开始正常工作和无线交换机交换用户数据报文主要技术指标l 天线的工作频率l 天

19、线的方向性 l 天线增益l 天线的极化l 波束宽度l 天线方向图天线的工作频率 天线的工作频率范围： 无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小。天线的方向性 全向天线 发射天线的基本功能之一是把从APAP取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 水平面上各向能量辐射相等的天线称为全向天线。水平面上各向能量辐射相等的天线称为全向天线。图 c 水平面方向图图b 垂直面方向图各向同性点状天线能量辐射形状全向天线能量辐射形状图a 天线能量辐射形状图天线的方向性 定向

20、天线 水平面上各向能量辐射不等的天线称为定向天线。水平面上各向能量辐射不等的天线称为定向天线。全向阵全向阵 （垂直阵列（垂直阵列 不带平面反射板）不带平面反射板）扇形区覆盖扇形区覆盖 （垂直阵列（垂直阵列 带平面反射板）带平面反射板）平面反射板平面反射板天线增益10dBm20dBm13dBm一个各向同性的天线在所有方向一个各向同性的天线在所有方向具有相同的辐射能量具有相同的辐射能量一个具有一定增益的天线只在一个具有一定增益的天线只在某个特定方向才具有辐射能量某个特定方向才具有辐射能量一个一个3dBi增益的天线，辐射增益的天线，辐射能量的范围在能量的范围在50% 的空间的空间点状天线天线的极化 天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规