《计算机网络》课件 第7、8章 无线网络、计算机网络安全

第七章无线网络学完本课程后，您应该能够：了解WLAN的基础知识了解802.11协议族标准熟悉主流WLAN设备及天线掌握几种WLAN典型部署学习目标WLAN基础知识802.11协议族WLAN设备WLAN典型部署提纲无线网络人人爱，大家都喜欢WPANWLANWMANWWANCDMA1x,EVDO(2.5G,3G)GSM/GPRS,EDGE,LTEWiMAX---802.16DWiMAX---802.16E802.11b/g/a/nUWBBluetooth无线小区覆盖范围小区切换WLANMesh无线网络接入技术概览覆盖范围越来越大几种无线网络的比较802.11n覆盖范围1Gbit/s100Mbit/s10Mbit/s1Mbit/s100kbit/s10kbit/s用户数据率PANLANMAN

WAN802.15.4ZigBee802.15.1蓝牙802.15.3超宽带802.11g,a802.11b802.162G移动通信3G移动通信4G移动通信Wi-FiWiMAX5G移动通信各种无线网络，可以看出，这些网络各有优缺点，也都有各自最适宜的使用环境。PANWLANWMANWWANStandardsBluetoothWi-FiWi-FiWiMAX16.eGSM,GPRS,CDMA,1xRTT,3G/HSDPASpeed<1Mbps802.11a/b/g:11to54Mbps802.11n:300Mbp11to54MbpsWiMAX16.e:15Mbps10Kbps--2MbpsHSDPA:14MbpsRangeShort100m100m-5KmVeryLongApplicationsPeer-to-PeerDevice-to-DeviceEnterprisenetworksBroadbandaccessMobilePhones,cellulardata7.1.1无线局域网的组成无线局域网WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)可分为两大类：有固定基础设施的WLAN无固定基础设施的WLAN所谓“固定基础设施”是指预先建立起来的、能够覆盖一定地理范围的一批固定基站。1.IEEE802.11IEEE802.11是一个有固定基础设施的无线局域网的国际标准。IEEE802.11是个相当复杂的标准。但简单地说，802.11就是无线以太网的标准：它使用星形拓扑，其中心叫做接入点

AP(AccessPoint)在MAC层使用

CSMA/CA协议凡使用802.11系列协议的局域网又称为

Wi-Fi

(Wireless-Fidelity，意思是“无线保真度”。1.IEEE802.11基本服务集

BSS扩展的服务集ESSAB漫游接入点AP1接入点AP2互联网分配系统DSA'基本服务集

BSS门户至其他802.x局域网IEEE802.11的基本服务集BSS和扩展服务集ESS一个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站，一个站无论要和本BSS的站进行通信，还是要和其他BSS的站进行通信，都必须通过本BSS的基站。

基本服务集

BSS扩展的服务集ESSAB漫游接入点AP1接入点AP2互联网分配系统DSA'基本服务集

BSS门户至其他802.x局域网基本服务集内的基站叫做接入点AP(AccessPoint)其作用和网桥相似。当网络管理员安装AP时，必须为该AP分配一个不超过32字节的服务集标识符SSID和一个信道。基本服务集

BSS扩展的服务集ESSAB漫游互联网分配系统DSA'基本服务集

BSS门户至其他802.x局域网接入点AP1接入点AP2一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS(DistributionSystem)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS(ExtendedServiceSet)。基本服务集

BSS扩展的服务集ESSAB漫游接入点AP1接入点AP2互联网分配系统DSA'基本服务集

BSS门户至其他802.x局域网ESS还可通过叫做门户(portal)为无线用户提供到非802.11无线局域网（例如，到有线连接的互联网）的接入。门户的作用就相当于一个网桥。

基本服务集

BSS扩展的服务集ESSAB漫游接入点AP1接入点AP2互联网分配系统DSA'基本服务集

BSS门户至其他802.x局域网移动站A从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集（到A

的位置），仍可保持与另一个移动站B进行通信。基本服务集

BSS扩展的服务集ESSAB漫游接入点AP1接入点AP2互联网分配系统DSA'基本服务集

BSS门户至其他802.x局域网课件制作人：谢希仁建立关联(association)一个移动站若要加入到一个基本服务集BSS，就必须先选择一个接入点AP，并与此接入点建立关联(association)。建立关联就表示这个移动站加入了选定的AP所属的子网，并和这个AP之间创建了一个虚拟线路。只有关联的AP才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的AP才能向其他站点发送数据帧。移动站与AP建立关联的方法被动扫描移动站等待接收接入站周期性发出的信标帧(beaconframe)。信标帧中包含有若干系统参数（如服务集标识符SSID以及支持的速率等）。主动扫描移动站主动发出探测请求帧(proberequestframe)，然后等待从AP发回的探测响应帧(proberesponseframe)。热点(hotspot)现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入Wi-Fi的服务。这样的地点就叫做热点。由许多热点和AP连接起来的区域叫做热区(hotzone)。热点也就是公众无线入网点。现在也出现了无线互联网服务提供者

WISP(WirelessInternetServiceProvider)这一名词。用户可以通过无线信道接入到WISP，然后再经过无线信道接入到互联网。2.移动自组网络移动自组网络又称为自组网络(adhocnetwork)。自组网络是没有固定基础设施（即没有AP）的无线局域网。这种网络是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。自组网络的服务范围通常是受限的，而且一般也不和外界的其他网络相连接。移动自组网络也就是移动分组无线网络。2.移动自组网络自组网络AEDCBF转发结点转发结点转发结点源结点目的结点三个主要问题：路由选择协议，多播，安全。移动自组网络的应用前景在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信。这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往很有效的，无线传感器网络WSN无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetwork)是由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网络。无线传感器网络的应用是进行各种数据的采集、处理和传输，一般并不需要很高的带宽，但是在大部分时间必须保持低功耗，以节省电池的消耗。由于无线传感结点的存储容量受限，因此对协议栈的大小有严格的限制。无线传感器网络还对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面有一定的要求。传感器结点的形状和组成存储器CPU传感器硬件电池无线收发器(a)形状(b)组成无线传感器网络主要的应用领域无线传感器网络主要的应用领域就是组成各种的物联网IoT(InternetofThings)，例如：环境监测与保护（如洪水预报、动物栖息的监控）；战争中对敌情的侦查和对兵力、装备、物资等的监控；医疗中对病房的监测和对患者的护理；在危险的工业环境（如矿井、核电站等）中的安全监测；城市交通管理、建筑内的温度/照明/安全控制等。移动自组网络不同于移动IP移动IP

技术使漫游的主机可以用多种方式连接到互联网。移动IP的核心网络功能仍然是基于在固定互联网中一直在使用的各种路由选择协议。移动自组网络是将移动性扩展到无线领域中的自治系统，它具有自己特定的路由选择协议，并且可以不和互联网相连。几种不同的接入固定接入(fixedaccess)——在作为网络用户期间，用户设置的地理位置保持不变。移动接入(mobilityaccess)——用户设置能够以车辆速度移动时进行网络通信。当发生切换时，通信仍然是连续的。便携接入(portableaccess)——在受限的网络覆盖面积中，用户设备能够在以步行速度移动时进行网络通信，提供有限的切换能力。游牧接入(nomadicaccess)——用户设备的地理位置至少在进行网络通信时保持不变。如用户设备移动了位置，则再次进行通信时可能还要寻找最佳的基站

802.11局域网的物理层802.11标准中物理层相当复杂。根据物理层的不同（如工作频段、数据率、调制方法等），对应的标准也不同。最早流行的无线局域网是802.11b，802.11a和802.11g。2009年颁布了标准802.11n802.11的物理层有以下几种实现方法：直接序列扩频DSSS正交频分复用OFDM

跳频扩频FHSS（已很少用）红外线

IR（已很少用）

几种常用的802.11无线局域网标准频段数据速率物理层优缺点802.11b(1999年)2.4GHz最高11Mbit/s扩频最高数据率较低，价格最低，信号传播距离最远，且不易受阻碍。802.11a(1999年)5GHz最高54Mbit/sOFDM最高数据率较高，支持更多用户同时上网，价格最高，信号传播距离较短，且易受阻碍。802.11g(2003年)2.4GHz最高54Mbit/sOFDM最高数据率较高，支持更多用户同时上网，信号传播距离最远，且不易受阻碍，价格比802.11b贵。802.11n(2009年)2.4/5

GHz

最高600

Mbit/sMIMOOFDM使用多个发射和接收天线达到更高的数据传输率。当使用双倍带宽(40MHz)时速率可达600Mbit/s。802.11局域网的MAC层协议1.CSMA/CA协议无线局域网不能简单地搬用CSMA/CD协议。这里主要有两个原因：“碰撞检测”要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道，但接收到的信号强度往往会远远小于发送信号的强度，在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。即使能够实现碰撞检测的功能，并且在发送数据时检测到信道是空闲的时候，在接收端仍然有可能发生碰撞。无线局域网的特殊问题当A和C检测不到无线信号时，都以为B是空闲的，因而都向B发送数据，结果发生碰撞。这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hiddenstationproblem)C的作用范围CDA的作用范围AB无线局域网的特殊问题B向A发送数据，而C又想和D通信。C检测到媒体上有信号，于是就不敢向D发送数据。其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据这就是暴露站问题(exposedstationproblem)C的作用范围ADCB？B的作用范围CSMA/CA协议无线局域网不能使用CSMA/CD，而只能使用改进的CSMA协议。改进的办法是把CSMA增加一个碰撞避免CA(CollisionAvoidance)功能。802.11就使用CSMA/CA协议。而在使用CSMA/CA的同时，还增加使用停止等待协议。下面先介绍802.11的MAC层。Version1.0无线局域网(二)无线局域网传输方式与硬件设备无线局域网传输方式传输方式无线局域网微波红外线窄带调制方式展频方式跳频展频

直序展频

常见的无线局域网设备在组建无线局域网时需要用到的无线局域网设备有：无线客户适配器（无线网卡）、无线接入点（无线AP）、无线天线和无线路由器。常见的无线局域网设备目前符合IEEE802.11标准的无线网卡大致有USB无线网卡、PCMCIA无线网卡和PCI无线网卡这三类。

⒈USB无线网卡

USB接口无线网卡适用于笔记本电脑和台式机，支持热插拔。USB无线网卡的体形一般比较细小，便于携带和安装。为了便于收发信号，USB无线网卡一般带有一支可折叠的小天线。USB无线网卡的特点是使用和安装很方便。常见的无线局域网设备

⒉PCMCIA无线网卡这类网卡主要是针对笔记本计算机用户，支持热插拔，可以非常方便地实现移动式无线接入。PCMCIA无线网卡也属于即插即用的，当搜索连接到可用的无线网络时，卡上的line信号灯就会亮起来。TP-LINK的PCMCIA无线网卡常见的无线局域网设备⒊PCI无线网卡台式计算机一般没有PCMCIA接口，只有USB或PCI接口。除了使用USB无线网卡外，还可以使用PCI无线网卡。它与常见的声卡，显卡的外形很相似，只需占据机箱的一个PCI插槽，就可以让台式计算机接入无线局域网。NETWARE公司PCI无线网卡MA311PCI无线转接卡常见的无线局域网设备2．无线接入点

无线接入点（WirelessAccessPoint，简称AP）就相当于传统网络中的集线器（HUB）。AP相当于一个连接有线网络和无线网的桥梁，其主要作用是将各无线网络客户端连接到一起，然后将无线网络接入以太网。AP的室内覆盖范围一般是30～100m。华为公司的无线接入器常见的无线局域网设备3．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，或者传输速率会明显下降，或者根本无法实现与AP或其他计算机之间通信，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。无线天线有许多种类型，常见的有两种，一种是室内天线；一种是室外天线。室外天线的类型比较多，一种是锅状的定向天线，一种则是棒状的全向天线。NETGEAR公司的室外天线室内天线常见的无线局域网设备4．无线宽带路由器

无线宽带路由器集成了有线宽带路由器和无线AP的功能，合二为一（即有线路由器

AP），既能实现宽带接入共享，又能轻松拥有无线局域网的功能。通过与各种无线网卡配合，无线宽带路由器就可以以无线方式连接成不同的拓扑结构的局域网，从而共享网络资源，形式灵活方便。NETGEAR公司生产的无线宽带路由器无线局域网拓扑结构

根据无线接入点AP的功能不同，WLAN可以实现不同的组网方式。目前有基础架构模式、点对点模式和无线网桥模式等三种组网方式。1．点对点模式（Peer-to-Peer）点对点模式由无线工作站组成，用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站的直接通信，该网络无法接入到有线网络中，只能独立使用，无需AP，安全由各个客户端自行维护。

无线局域网拓扑结构2．基础构架模式（Infrastructure）基础构架模式由无线接入点（AP）、无线工作站（STA）以及分布式系统（DSS）构成，覆盖的区域称基本服务区（BSS）。无线接入点也称无线HUB，用于在无线STA和有线网络之间接收、缓存和转发数据，所有的无线通信都经过无线AP完成。无线访问点通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上百米。无线AP可以连接到有线网络，实现无线网络和有线网络的互联。无线局域网拓扑结构3．无线网桥模式无线网桥模式的组网示意图利用一对AP连接两个有线或者无线局域网网段。8.2无线个人区域网WPAN无线个人区域网WPAN(WirelessPersonalAreaNetwork)就是在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来自组网络，不需要使用接入点AP。整个网络的范围大约在10m左右。WPAN可以是一个人使用，也可以是若干人共同使用。无线个人区域网

WPAN和个人区域网

PAN(PersonalAreaNetwork)并不完全等同，因为PAN不一定都是使用无线连接的。WPAN和WLAN并不一样WPAN是以个人为中心来使用的无线人个区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速率和低价格的电缆替代技术。

WLAN却是同时为许多用户服务的无线局域网，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。WPAN标准WPAN的IEEE标准由IEEE的802.15工作组制定，这个标准也是包括MAC层和物理层这两层的标准。WPAN都工作在2.4GHz的ISM频段。顺便指出，欧洲的ETSI标准则把无线个人区域网取名为HiperPAN。1.蓝牙系统(Bluetooth)最早使用的WPAN是1994年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是IEEE802.15.1。蓝牙的数据率为720kbit/s，通信范围在10米左右。蓝牙使用TDM方式和扩频跳频FHSS技术组成不用基站的皮可网(piconet)。皮可网(piconet)Piconet直译就是“微微网”，表示这种无线网络的覆盖面积非常小。每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多7个工作的从设备(Slave)。通过共享主设备或从设备，可以把多个皮可网链接起来，形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。这种主从工作方式的个人区域网实现起来价格就会比较便宜。蓝牙系统中的皮可网和扩散网MMSSPSSSSSP皮可网2扩散网皮可网1M——主设备S——从设备P——搁置的设备2.低速WPAN低速WPAN主要用于工业监控组网、办公自动化与控制等领域，其速率是2~250kbit/s。低速WPAN的标准是IEEE802.15.4。最近新修订的标准是IEEE802.15.4-2006。低速WPAN中最重要的就是ZigBee。ZigBee技术主要用于各种电子设备（固定的、便携的或移动的）之间的无线通信，其主要特点是通信距离短（10~80m），传输数据速率低，并且成本低廉。ZigBee的特点功耗非常低在工作时，信号的收发时间很短；而在非工作时，ZigBee结点处于休眠状态，非常省电。对于某些工作时间和总时间之比小于1%的情况，电池的寿命甚至可以超过10年。网络容量大一个ZigBee的网络最多包括有255个结点，其中一个是主设备，其余则是从设备。若是通过网络协调器，整个网络最多可以支持超过64000个结点。ZigBee的标准在IEEE802.15.4标准基础上发展而来的。所有ZigBee产品也是802.15.4产品。IEEE802.15.4只是定义了ZigBee协议栈的最低的两层（物理层和MAC层），而上面的两层（网络层和应用层）则是由ZigBee联盟定义的。ZigBee的协议栈物理层MAC层网络层应用层IEEE802.15.4定义ZigBee联盟定义ZigBee协议栈ZigBee的协议栈IEEE802.15.4物理层使用的三个频段在MAC层，主要沿用802.11无线局域网标准的CSMA/CA协议。在网络层，ZigBee可采用星形和网状拓扑，或两者的组合。频段数据率信道数2.4GHz（全球）250kbit/s16915MHz（美国）40kbit/s10868MHz（欧洲）20kbit/s1ZigBee的组网方式一个ZigBee网络最多可以有255个结点。ZigBee的结点按功能的强弱可划分为两大类：全功能设备FFD(Full-FunctionDevice)

具备控制器（Controller）的功能，能够提供数据交换。是ZigBee网络中的路由器。精简功能设备RFD(Reduced-FunctionDevice)是ZigBee网络中数量最多的端设备。电路简单，存储容量较小，因而成本较低。RFD结点只能与处在该星形网中心的FFD结点交换数据。ZigBee的组网方式在一个ZigBee网络中有一个FFD充当该网络的协调器(coordinator)。协调器负责维护整个ZigBee网络的结点信息，同时还可以与其他ZigBee网络的协调器交换数据。通过各网络协调器的相互通信，可以得到覆盖更大范围、超过65000个结点的ZigBee网络。ZigBee的组网方式FFDFFDFFDFFDFFDRFD端设备路由器FFDFFD协调器有一个全功能设备FFD充当网络的协调器。ZigBee网络中数量最多的端设备是精简功能设备RFD结点。3.高速WPAN高速WPAN用于在便携式多媒体装置之间传送数据，支持11~55Mbit/s的数据率，标准是802.15.3。IEEE802.15.3a工作组还提出了更高数据率的物理层标准的超高速WPAN，它使用超宽带UWB技术。UWB技术工作在3.1~10.6GHz微波频段，有非常高的信道带宽。超宽带信号的带宽应超过信号中心频率的25%以上，或信号的绝对带宽超过500MHz。超宽带技术使用了瞬间高速脉冲，可支持100~400Mbit/s的数据率，可用于小范围内高速传送图像或DVD质量的多媒体视频文件。无线城域网WMAN2002年4月通过了IEEE802.16无线城域网(WirelessMetropolitanAreaNetwork)的标准（又称为IEEE无线城域网空中接口标准）。欧洲的ETSI也制订类似的无线城域网标准HiperMAN。WMAN可提供“最后一英里”的宽带无线接入（固定的、移动的和便携的）。在许多情况下，无线城域网可用来代替现有的有线宽带接入，因此它有时又称为无线本地环路。WiMAXWiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)常用来表示无线城域网WMAN，这与Wi-Fi常用来表示无线局域网WLAN相似。IEEE的802.16工作组是无线城域网标准的制订者，而WiMAX论坛则是802.16技术的推动者。WMAN有两个正式标准：802.16d(它的正式名字是802.16-2004)：固定宽带无线接入空中接口标准（2~66GHz频段）。802.16e(802.16的增强版本)：支持移动性的宽带无线接入空中接口标准（2~6GHz频段），向下兼容802.16-2004。

802.16无线城域网服务范围的示意图ISP802.11WLAN802.11热点802.11WLAN802.16802.16802.16基站802.16互联网802.16基站802.16802.16电信网8.4.1蜂窝无线通信技术简介蜂窝移动网络的发展非常迅速，到目前为止，世界上先后已有超过了30种不同的标准。第一代（1G）蜂窝无线通信是为话音通信设计的模拟FDM

系统。第二代（2G）蜂窝无线通信提供低速数字通信（短信服务），其代表性体制就是最流行的GSM

系统。2.5G技术是从2G向第三代（3G）过渡的衔接性技术，如GPRS和EDGE等。

蜂窝无线通信技术简介第三代（3G）

移动通信和计算机网络的关系非常密切，它使用IP的体系结构和混合的交换机制（电路交换和分组交换），能够提供移动宽带多媒体业务（话音、数据、视频等，可收发电子邮件，浏览网页，进行视频会议等），如CDMA2000，WCDMA和TD-SCDMA。从3G开始以后的各代蜂窝移动通信都是以传输数据业务为主的通信系统，而且必须兼容2G的功能（即能够通电话和发送短信），这就是所谓的向后兼容。

蜂窝无线通信技术简介第四代（4G）正式名称是IMT-Advanced(InternationalMobileTelecommunications-Advanced)，意思是高级国际移动通信。4G的一个重要技术指标就是要实现更高的数据率。目标峰值数据率是：固定的和低速移动通信时应达到1Gbit/s，在高速移动通信时（如在火车。汽车上）应达到100Mbit/s。

蜂窝无线通信技术简介4G现有两个国际标准：LTE(Long-TermEvolution)：又分为时分双工TD-LTE和频分双工FDD-LTE两种。把带宽增加到20MHz，采用了高阶调制64QAM和MIMO技术。LTE-A

(LTE-Advanced)：LTE的升级版，俗称为3.9G。带宽高达100MHz。GSM蜂窝通信系统的重要组成构件RNC基站系统基站移动站数据蜂窝小区公用电话网GMSC互联网无线接口无线接入网络GPRS核心网络互联网无线网络控制器移动交换中心网关移动交换中心GPRS服务支持结点网关GPRS支持结点MSCSGSNGGSN话音用一个个相互拼接的六角形的小区就可以组成很大的蜂窝状的无线通信系统。每个基站的发射功率既要能够覆盖本小区，也不能太大以致干扰了邻近小区的通信。移动IP移动IP(MobileIP)又称为移动IP协议，是由IETF开发的一种技术。移动IP对现在流行的在移动中上网有着重要的意义。这种技术允许计算机移动到外地时，仍然保留其原来的IP地址。移动IP要解决的问题：使用户的移动性对上层的网络应用是透明的。WLAN最新技术-802.11n技术特点新无线高带宽广覆盖易兼容高稳定易穿透密接入OFDM+MIMO2.4GHz频段信道分配表信道中心频率(MHz)信道低端/高端频率(MHz)124122401/2423224172406/2428324222411/2433424272416/2438524322421/2443624372426/2448724422431/2453824472426/2448924522441/24631024572446/24681124622451/24731224672456/24781324722461/24832.4GHz频段信道分配表2.4GHz频段中，同一个信号覆盖范围内最多容纳3个互不重叠的信（1、6、11），以此类推！每信道占用22MHz的频带；

11b采用DSSS扩频和CCK的调制方式最高提供11Mbps的速率，11g采用OFDM的扩频方式，可提供54Mbps的速率；2.4GHz频段划分图2.4G蜂窝式无线覆盖

任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如：1、6、11频道。适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰。蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用。5.8GHz频段WLAN信道配置表信道中心频率(MHz)信道低端/高端频率(MHz575515357655755/577515757855775/579516158055795/581516558255815/58355.8GHz频段信道分配表

5.8GHz中国频段中，可提供五个互不干扰的信道每信道占用20MHz频带带宽;

提供6/9/12/18/24/36/48/54Mbps数据传输速率;

采用OFDM调制方式;5.8GHz频段划分图234423151

任意相邻区域使用无频率交叉的频道适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰

蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用5.8G蜂窝式无线覆盖802.11基本协议802.11网络的基本元素——SSIDAP1SSID＝“marketing”SSID：ServiceSetID服务集识别码STASTASTA802.11网络的基本元素——BSSStations(STA)：任何的无线终端设备。AP（AccessPoint）：一种特殊的STABSS：BasicServiceSetBSS1BSS2STA1STA2STA3STA5STA6STA4APAP802.11网络的基本元素——DSDS（DistributionSystem）：分布式系统BSS2APBSS1APDS802.11网络的基本元素——ESSESS（ExtendedServiceSet）是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。ESSBSS2AP2Servicesetidentify(SSID1)BSS1AP1Servicesetidentify(SSID1)属于同一VLAN的客户端DS802.11组网模式——AdhocSTASTASTASTASTA802.11组网模式——单一BSS以太网APSTASTASTA802.11组网模式——

多个BSS以太网APSTASTASTASTA802.11MAC层工作原理概述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

用户的数据报文

---控制帧协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS，ACK等

---管理帧负责STA和AP之间的能力级的交互，认证、关联等管理工作，例如：Beacon，Probe，Association，Authentication等802.11MAC层工作原理——

用户接入管理过程STAAPDiscovery选择AP(采用侦听Beacon帧或发送Probe帧)AuthenticationAssociation和建立Association关系的AP收发数据1234扫描802.11MAC使用Scanning功能来完成Discovery---寻找和加入一个网络

---当STA漫游时寻找一个新的APPassiveScanning通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络，Beacon帧中包含该AP所

属的BSS的基本信息以及AP的基本能力级，包括：BSSID

(AP的MAC地

址)、SSID、支持的速率、支持的认证方式，加密算法、Beacons帧发送间隔，使用的信道等。当未发现包含期望的SSID的BSS时，STA可以工作于IBSS状态ActiveScanningActiveScanning在每个信道上发送Proberequest报文，从ProbeResponse中获取BSS的

基本信息，ProbeResponse包含的信息和Beacon帧类似认证802.11支持两种基本的认证方式：---OpenSystemAuthentication等同于不需要认证，没有任何安全防护能力。通过其他方式来保证用户接入网络的

安全性，例如Addressfilter、用户报文中

的SSID。---Shared

KeyAuthentication采用WEP加密算法Attacker可以通过监听AP发送的明文Challengetext和STA回复的

密文Challengetext计算出WEPKEY。STA和AP均可通过Deauthentication来终结

认证关系预置关联AssociationSTA通过Association和一个AP建立关联，后续的数据报文的收发只能和建立Association关系的AP进行。ReassociationSTA在从一个老的AP移动到新AP时通过Reassociation和新AP建立关联。Reassociation前必须经历Authentication过程。DeassociationSTA和AP均可通过Deassociation和AP解除关联关系。网络B网络A(点对点）（点对多点）网络C网络A网络B（中继连接）无线网桥的典型应用无线网桥的定义无线网桥是为使用无线进行远距离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、高速无线组网。无线网桥有三种工作方式：点对点，点对多点，中继连接。无线网桥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频段和5.8GHz频段的无线网桥。什么是漫游STA可以在属于同一个ESS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。STAAPAP移动ESS漫游的分类二层漫游在同一个子网内的AP间漫游三层漫游在不同子网内的AP间漫游VLAN1IP:VLAN1APAPVLAN1L2网络STA移动二层漫游VLAN1IP:VLAN1APAPVLAN2L3网络STA移动三层漫游WLAN基础知识802.11协议族WLAN设备WLAN典型部署提纲什么是FAT（胖）AP什么是无线交换机和FIT（瘦）AP天线工作原理及参数介绍WLAN设备FATAP设备功能

802.11a/b/g网管、二层漫游,安全802.1x认证,802.11eQoS天线加密FATAP设备的典型组网

企业网络的组网模式：……AP1APnSTAs

家庭或soho网络的组网模式：APADSLModemWAN以太交换机PCSTAs企业核心网FATAP组网的局限性FATAP组网更适合在家庭和中小型网络中使用，无法满足大型的无线企业网络的需求，这是由于FATAP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：

无线交换机和FITAP因此应运而生802.11a/b/g天线加密网管、三层漫游,安全802.1x认证,802.11eQOSAP点监测用户防火墙网络自愈RF管理无线欺骗防护802.11a/b/g网管、二层漫游,安全802.1x认证,802.11eQOS天线加密FATAPFITAP无线交换机和FITAP的功能更易管理的无线解决方案无线交换机和FITAP的典型连接AP无线交换机无线交换机无线交换机L2网络L3网络APAPAPAPAP“胖、瘦”AP性能比较FATAP方案FITAP方案技术模式传统主流新生方式，增强管理安全性传统加密、认证方式，普通安全性增加射频环境监控，基于用户位置安全策略，高安全性网络管理对每AP下发配置文件无线交换机上配置好文件，AP本身零配置，维护简单用户管理类似有线，根据AP接入的有线端口区分权限无线专门虚拟专用组方式，根据用户名区分权限，使用灵活WLAN组网规模L2漫游，适合小规模组网L2、L3漫游，拓扑无关性，适合大规模组网增值业务能力实现简单数据接入可扩展语音等丰富业务无线交换机+FITAP的典型组网WX5002接入交换机汇聚交换机核心交换机WA2110DHCPServer无线客户端无线客户端GOWLAN网络典型部署什么是接入网WLAN是众多接入网技术中的一种！所谓接入网(AccessNetwork)是指交换局到用户终端之间的所有机线设备(接入网的物理位置)，又称为用户环路。其中主干系统为传统的电缆和光缆，一般长数公里；配线系统可以是有线也可以使用无线替代。接入网主要完成使用户主机或局域网接入到核心广域网的任务。所谓ADSL就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。几种有线接入网-ADSL信号分离器

信号分离器

Internet

ATM主干远端用户PSTN电话外线程控

交换机ADSL

Modem中央交换局ADSLModemDSLAM下行8Mbps上行640Kbps几种有线接入网-FTTx光纤接入用户终端区域网络区域汇接LSR小区网络楼宇网络ZAN1ZAN2BAN1BAN2BAN3局域网部分以千兆以太网技术为基础，主干系统采用光纤技术并采用分层汇接式的网络结构。

有线向无线的变迁无线地飞翔有线的束缚无线通信将迎接移动互联网挑战！任何时间，任何地点，任何设备始终连接有线局域网与无线局域网

有线局域网

传输的载体：双绞线、同轴电缆、光纤等。

无线局域网

传输的载体：无线电磁波，红外线等。PAN无线个人网BluetoothLAN无线局域网MAN无线城域网WAN无线广域网802.11GSMWiMAX3GLTE802.11CDMA无线接入网分类WLAN热点覆盖热点区域1热点区域2热点区域3接入层交换机汇聚层交换机接入层交换机接入层交换机APAPAP远距离网络互联总部分部1分部2无线网桥无线网桥无线网桥点对多点的网桥互联无线网桥无线网桥桥接+覆盖远距离网络互联AP布放模式布放模式室内放装室内分布室外覆盖室内+室外室内放装式电梯间活动室餐厅学生公寓学生公寓学生公寓学生公寓学生公寓特点：放装式可以根据实际情况进行灵活放置，适合用户容量较大的场所，例如学校。室内分布式IndoorAP功分器合路器GSM信号源3G信号源耦合器耦合器耦合器耦合器特点：利用现有的室分系统做WLAN覆盖，能有效地节约投资，便于工程实施。适用于写字楼和酒店。对室外区域进行无线覆盖通过室外AP对室内用户进行覆盖室外覆盖式特点：适合从室外对室内进行覆盖，或对广场类的区域进行覆盖。室内加室外覆盖式特点：根据覆盖场所的实际情况考虑采用室内加室外相结合的方式增强覆盖效果

FATAPPCWifiphoneserverPoeswitchOutdoorAPIndoorAPClient11nAPPoeswitchONUSplitterONUWirelessvideoservercameraOLTPortalServerRadiusServerFirewallInternetSnmp

ManagerBRASAccesslayerEpon/SdhCorelayerConvergencylayer

Multi-SwitchFreeDataStreamChargebyRadiusAP零配置FATAP架构中，SNMP服务器可以通过MIB节点采集AP数据信息802.1X认证WEB认证FATAP－数据演示SwitchAPPortalServerRadiusServerInternetBRAS数据报文认证计费报文瘦AP+AC架构

在无线交换机解决方案中，无线网络系统包含两个部分：瘦AP和无线交换机。无线交换机替代了原来二层交换机的位置，瘦AP(FITAP）取代了原有的胖AP的位置。瘦AP和无线交换机间既可直接连接，也可以通过二层或者三层的以太网交换机、路由器等网络设备连接。瘦AP启动后，它会自动和无线交换机建立GRE隧道：数据隧道和管理隧道。数据隧道，顾名思义就是用于无线终端上网的数据传输，当然包括上行数据和下行数据；而管理隧道则是用于无线交换机管理AP的专门通道。瘦AP不再储存无线网络的配置信息，瘦AP一般只完成原来胖AP中的部分功能。传统胖AP的大部分功能被转移到无线交换机上完成，瘦AP只有网络地址的配置信息。

PCWifiphoneserverPoeswitchOutdoorAPIndoorAPClient11nAPPoeswitchONUSplitterONUWirelessvideoservercameraOLTPortalServerRadiusServerFirewallInternetSnmp

ManagerBRASAccesslayerEpon/SdhCorelayerConvergencylayer

APControllerFreeDataStreamChargebyRadiusMulti-SwitchAC基本功能：管理AP下发配置不对用户数据做处理AP与AC依靠隧道通信AP零配置802.1X认证WEB认证SNMP服务器可以通过MIB节点采集AC和AP数据信息FITAP-本地转发FITAP-本地转发－数据演示数据报文认证计费报文APControllerPortalServerRadiusServerSwitchAPInternetBRAS隧道连接报文隧道

PCWifiphoneserverPoeswitchOutdoorAPIndoorAPClient11nAPPoeswitchONUSplitterONUWirelessvideoservercameraOLTPortalServerRadiusServerFirewallInternetSnmp

ManagerBRASAccesslayerEpon/SdhCorelayerConvergencylayer

APControllerFreeDataStreamChargebyRadiusMulti-SwitchAC基本功能：管理AP及下发配置处理用户数据对接认证计费系统AP与AC依靠隧道通信AP零配置802.1X认证WEB认证SNMP服务器可以通过MIB节点采集AC和AP数据信息FITAP-集中转发FITAP-集中转发－数据演示数据报文认证计费报文APControllerPortalServerRadiusServerSwitchAPInternetBRAS隧道连接报文隧道什么是天线无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同要求等不同场合下使用。对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类：可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类：可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类：可分为全向天线、定向天线等；按外形分类：可分为线状天线、面状天线等；天线原理

导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如图1.1a所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图1.1b所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。必须指出，当导线的长度L远小于波长λ时，辐射很微弱；导线的长度L增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。图1.1a图1.1b全向天线定向天线天线类型发射天线的基本功能之一是把从AP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。图c水平面方向图b垂直面方向图图a天线能量辐射形状图水平面上各向能量辐射相等的天线称为全向天线。天线方向性

水平面上各向能量辐射不等的天线称为定向天线。全向阵（垂直阵列不带平面反射板）扇形区覆盖（垂直阵列带平面反射板）平面反射板天线方向性天线的极化垂直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。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：水平极化增益

在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比即增益。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。理想点源（无耗均匀辐射器）2.15dBdBi：表示天线在最大辐射方向场强相对于全向辐射器的参考值。增益三种单位dBdBmdBidB

首先dB是一个纯计数单位:dB=10logX.dB

的意义其实再简单不过了,就是把一个很大(后面跟一长串0的)或者很小(前面有一长串0的)的数比较简短地表示出来.如:

X=1000000000000000(多少个了?)=10logX=150dB

X=0.000000000000001=10logX=-150dB

dB也是一个表征相对值的值,当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时,

按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率)

当甲功率比乙功率大一倍，则10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB，也就是说，甲的功率比乙的功率大3dB。

如果甲的功率为46dBm,乙的功率为40dBm,则可以说,甲比乙大6dB.

如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2dB。

dBm

dBm

定义的是miliwatt(毫瓦).

0dBm=10log1mw

dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw,是说P的单位为毫瓦).

[例1]

如果发射功率P为1mw,按dBm单位进行折算后的值应为:

10lg1mW/1mW=0dBm,折算为dBm后为0dBm.

[例2]

对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:

10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm.

三种单位dBdBmdBidBi

和dBd

dBi和dBd是考征增益的值(功率增益),两者都是一个相对值,但参考基准不一样.dBi的参考基准为全方向性天线,dBd的参考基准为偶极子,所以两者略有不同.一般认为,表示同一个增益,用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15.

[例3]

对于一面增益为16dBd的天线,其增益折算成单位为dBi时,则为18.15dBi

(一般忽略小数位,为18dBi).

[例4]0dBd=2.15dBi.

[例5]GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为15dBd(17dBi).

dBi与dBdWLAN产品对人体的电磁辐射是安全的！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。典型的WLAN产品，如AP（AccessPoint，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5W。政府有相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设备的安全性天线在无线系统中的使用典型无线系统发射器空间介质接收器发射天线接收天线电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场电磁波功率计算单位:dB,dBm,dBwdB是用来测量被测量功率与某一基准功率的比值。它的数值等于被测量功率与基准功率的比值取以10为底的对数，再乘以10。当基准功率取为1mw时，此dB值以dBm表示。当基准功率取为1w时，此dB值以dBw表示。公式：测量功率(dB)=10*lg(测量功率/参考功率)主要无线技术指标无线电频率(Hz)发射功率(dBm)接收功率(dBm)

接收灵敏度发射天线增益(dBi)天线极化方向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。

发射天线的基本功能之一是把从AP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。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——

全向天线

水平面上各向能量辐射不等的天线称为定向天线。全向阵（垂直阵列不带平面反射板）扇形区覆盖（垂直阵列带平面反射板）平面反射板天线的方向性——

定向天线天线增益10dBm20dBm13dBm一个各向同性的天线在所有方向具有相同的辐射能量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一个3dBi增益的天线，辐射能量的范围在50%的空间点状天线垂直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。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化——是最常用的；水平极化——也是要被用到的。水平极化EE天线的极化波束宽度

60°峰值-3dB点-3dB点3dB波束宽度15°峰值-3dB点-3dB点旁瓣主瓣无线传输的干扰因素——多径干扰DirectSignalReflectedSignalsPCCardAccessPoint(AP)无线传输的干扰因素——

障碍物功率在穿过障碍物后衰减墙，门，等等。信号穿透损耗估测障碍物衰减程度举例开阔地无自助餐厅、庭院木制品少内墙、办公室隔断、门、地板石膏少内墙（新的石膏比老的石膏对无线信号的影响大）合成材料少办公室隔断煤渣砖块少内墙、外墙石棉少天花板玻璃少没有色彩的窗户玻璃中的金属网中等门、隔断金属色彩的玻璃少带有色彩的窗户人的身体中等大群的人水中等潮湿的木头、玻璃缸、有机体砖块中等内墙、外墙、地面大理石中等内墙、外墙、地面陶瓷制品高陶瓷瓦片、天花板、地面纸高一卷或者一堆纸混凝土高地面、外墙、承重梁防弹玻璃高安全棚镀银非常高镜子金属非常高办公桌、办公隔断、混凝土、电梯、文件柜、通风设备无线传输的干扰因素——电磁干扰2.4GHz为ISM频段，不许授权即可使用。同一区域内AP之间的互相干扰。其他工业设备的干扰

微波炉双向寻呼系统等等…WLAN设备的实际工作性能——吞吐率802.11g标准描述的速率为54Mbps，此为物理层传输速率。实际可获得的速率为一半(20-24Mbpsmax)

其他用于协议封装或冲突避免开销干扰实际吞吐率的因素不稳定是无线通讯的本性无线环境不停的保持变化物理建筑的构成AP的位置共享介质：用户数

数据量

WLAN设备的实际工作性能——

覆盖距离输出功率为100mW的802.11b/g产品覆盖距离理论值:100m而在实际中，覆盖距离更依赖于实际环境。影响覆盖范围的因素建筑结构

电磁设备在一般办公室大楼内，覆盖距离为15-30m。WLAN基础知识802.11协议族WLAN设备WLAN典型部署提纲WLAN的典型部署热点覆盖承载Wi-Fi语音和移动数据业务办公地点无线互连核心机房会议厅餐厅、茶座大厅、服务台S2900S5750客户端热点覆盖客户端客户端S2900S2900无线交换机增值业务电子病历服务器群S5750S2900S2900S2900FITAP核心机房手持PDA住院楼1住院楼2住院楼3WiFi电话WiFi电话无线交换机网管Radius语音网关语音服务器计算机网络安全1.网络安全问题概述计算机网络面临的安全性威胁计算机网络安全的内容一般的数据加密模型2.两类密码体制对称密钥密码体制公钥密码体制3.数字签名4.鉴别报文鉴别实体鉴别5.密钥分配对称密钥的分配公钥的分配6.因特网使用的安全协议网络层安全协议运输层安全协议应用层的安全协议破7.系统安全：防火墙与入侵检测防火墙入侵检测系统8.1网络安全问题概述

计算机网络面临的安全性威胁计算机网络上的通信面临以下两大类威胁：一、被动攻击。主要是截获，即从网络上窃听他人的通信内容。二、主动攻击，主要有：

(1)篡改——故意篡改网络上传送的报文。

(2)恶意程序——包括计算机病毒、计算机蠕虫、特洛伊木马和逻辑炸弹等。

(3)拒绝服务——包括分布式拒绝服务。什么是网络安全

网络安全是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不因偶然的或者恶意的原因而遭受到破坏、更改、泄露，系统连续可靠正常地运行，网络服务不中断。8.1.1网络安全基本属性1618.1.1网络安全基本属性安全属性保密性完整性不可抵赖性可认证性可用性可控性对信息的传播及内容具有控制能力，产品和服务安全可控性防止用户抵赖曾经的行为和操作能对伪造来源的信息或伪造身份予以鉴别保证合法用户对信息和资源的正常使用保证数据的一致性，防止数据被非法用户篡改保证机密信息不被窃取，或窃听者不能了解信息的真实含义8.1.2网络安全基本原则1628.1.2网络安全基本原则特权分离原则最小公度原则开放设计原则可接受性原则最小授权原则完备检查原则默认不安全性原则安全机制经济性原则8.1.3网络攻击基本原则攻击者对网络及系统的认知情况对攻击目标大量的信息收集、分析、测试、开发等准备工作攻击者为实现目标需要解决一系列安全策略和挑战用多种技术、方法和手段破坏数据机密性、完整性和系统的可用性、可认证性、不可抵赖性和可控性木桶原理、投入产出比、站在“巨人”肩膀上伴生攻击：新型网络及计算形态引发的新型攻击大型组织甚至国家层面如APT攻击、网络战等新型攻击战略1638.1.3网络攻击基本原则图片引自：/s/blog_719384940101grg5.html8.1.4网络安全威胁基本解决方案根据攻击者的攻击行为考虑如下安全防护基本策略和方案监视全网络态势解决与系统相关的数据保密问题使用对称和公钥加密，重视密钥管理使用数字签名和安全认证技术重视网络及系统的通信安全解决电子邮件安全和Web安全及时了解社会安全问题1648.1.4网络安全威胁基本解决方案某企业中国城市网络安全态势感知平台网络安全的基本特征v

相对性§

只有相对的安全，没有绝对的安全v

时效性§

新的漏洞与攻击方法不断发现v

相关性§

新配置、新系统组件可能会引入新的安全问题v

不确定性§

攻击时间、攻击者、攻击目标和攻击发起的地点都具有不确定性v

复杂性§

网络安全是一项系统工程，需要技术的和非技术的手段v

重要性§

网络安全关乎国家、政府、企业、个人的安全网络安全领域的著名拟人模型场景:

Alice、Bob、Trudyv

Bob与Alice是期望进行安全通信的情侣v

Trudy是企图破坏Bob和Alice通信的入侵者

(intruder)，试图拦截、删除或添加信息网络中的Bob、Alice？Bob、Ali