WLAN及WiMAX介绍打印稿戴浩

1、,WLAN基础知识及WLAN组网介绍,无线局域网（WLAN）,无线局域网基本概念 802.11系列协议 无线局域网安全 无线局域网部署和基本设备 无线局域网故障维护 无线局域网组网案例,无线局域网协议标准,无线局域网WLAN (Wireless Local Area Network) 以无线电波为传输媒介的局域网技术 无线电波按照工作的频率的不同被划分为信道，每个信道对应着一个频率范围，WLAN的传输介质是建立在无线信道的基础上的 WLAN标准 802.11系列标准：IEEE802.11工作组制定 Hiper LAN系列标准 ：ETSI的BRAN小组制定,从目前的WLAN市场来看，IEEE 8

2、02.11系列标准占了绝对的上风。下面讨论的WLAN如果没有特别说明的话都是基于IEEE 802.11系列协议的,Wi-Fi,Wi-Fi 最初是Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）的注册商标，用来描述基于802.11系列协议的无线局域网技术 现在也被用来描述WLAN中移动设备的无线接口 Wi-Fi联盟 由工业界发起成立的一个全球性的非盈利组织，负责测试和认证兼容IEEE 802.11系列协议的设备，并且对于通过测试和认证的设备打上Wi-Fi认证标志,无线局域网的特点,优势 快速部署（deployment）：不需要进行繁琐的布线工作 支持移动漫游（roaming） ：在无线信号覆盖范围

3、内，用户可以随意的移动漫游 易于扩展（scalability） ：根据应用的需求来配置相应的网络拓扑结构 问题 传输带宽相比有线网络低 干扰问题 安全性问题,网络组成,无线站点STA（wireless STAtion） 配置支持802.11协议的无线网卡的终端 STA通过MAC层机制来共享同一个无线信道，最简单的WLAN仅仅由STA组成 ，它们之间直接通信 无线接入点AP（wireless Access Point），有时也被称为基站BS（Base Station） 数据链路层设备 AP为STA之间的通信提供帧转发功能,网络拓扑类型Ad Hoc网络,Ad Hoc网络，也称为自组织网络 仅由ST

4、A之间通过无线传输媒介组成的网络，这些STA在彼此无线信号覆盖范围内，因此之间能够互相通信 Ad Hoc网络也被称为IBSS BSS是一个不包含AP的STA集合，或者是一个与一个AP相关联的STA组，IBSS特指前一种情况,BSS：Basic Service Set，基本服务集 IBSS：Independent BSS，独立基本服务集,网络拓扑类型基础设施网络,基础设施（Infrastructure ）网络 最简单的基础设施网络包括一个AP以及一些和AP关联的STA，组成一个以AP为中心的BSS 更大的基础设施网络可能由多个以AP为中心的BSS通过分布式系统DS互连组成，也称为扩展服务集ESS

5、 DS可以是一个交换机，一个有线网络或者一个无线网络 在基础设施网络中，STA之间不能直接通信，所有的通信都必须经过AP STA可以在ESS内移动漫游,ESS：Extended Service Set DS：Distribution System,BSSID和SSID,BSSID是一个48位的标识，用来指示一个特定区域内的BSS Ad Hoc网络，BSSID是随机产生 基础设施网络，BSSID是AP的无线网络接口的MAC地址 SSID是一个最大长度为32个字符的标识符，它有时也被称为网络名，可以用来对STA接入BSS进行控制 每个BSS都配置有一个SSID，STA要加入必须配置相同的SSID

6、ESSID是SSID的一种扩展形式，它被特定地用于ESS ，同一个ESS内的所有STA和AP都必须配置相同的ESSID,站点连接,站点连接（Connectivity ），包括三个过程 探测过程 认证过程 关联过程,站点连接探测过程,探测过程（Probe） 选择建立通信所需的AP 具体过程 1）站点转换到某个无线信道广播一个802.11探测请求帧 2）如果该信道上有AP，则应答一个探测响应帧，站点纪录这些AP的信号强度等信息 3）站点转到下一个信道，执行步骤1，直到遍历它所支持的所有信道 4）站点根据SSID是否匹配、信号强度等信息从这些AP中选择一个AP来建立通信,站点连接探测过程实例,A S

7、SID=Marketing,A将选择AP2来建立通信，这是因为AP2的SSID与其设置的SSID相同，并且具有最高的信号强度,站点连接认证过程,认证过程（Authentication） 对用户身份进行认证，防止没有授权的用户与AP建立通信 两种认证模式 开放认证（Open Authentication） 使用空的认证算法，因此开放认证过程总是会成功，它使得站点能够快速访问网络 共享密钥认证（Shared-key Authentication） 在站点和AP之间共享一个密钥,站点连接认证实例,A SSID=Marketing,站点连接关联过程,关联过程（Association） AP通过关联过程

8、将一个逻辑端口或者关联标识符映射到站点，就像将一台主机连接到以太网集线器或者交换机的一个物理端口上一样 具体过程 站点发送一个关联请求帧，开始关联过程 AP应答一个关联响应帧，结束关联过程，该帧中包含了状态码、分配的关联标识符、AP支持速率等信息,完成关联过程以后，STA和AP之间就可以开始进行通信了，有时也说STA与AP建立了连接，或者说STA关联到AP上,站点漫游,站点漫游（Roaming ） 站点移出一个AP的信号覆盖范围外，进入另一个AP的信号覆盖范围内，这时它需要关联到一个新的AP上。这个过程也被称为漫游，有时也被称为切换（Handoff） Break before make STA

9、先与原来的AP分离（Disassocation），然后关联到新的AP 漫游域（Roaming Domain） 在漫游域内，所有AP属于同一个广播域，并且配置了相同的SSID 多个BSS如果属于同一个广播域，那么它们通过DS连接组成的ESS也被称为漫游域,站点漫游步骤,首先，站点决定何时开始漫游过程 信号强度减弱 帧重传 基础设施网络中无法接收到AP周期性广播的信标帧 其次，站点决定漫游到何处 通过扫描机制得到所有AP的信息 主动扫描(Active Scanning)：在每个信道上发送探测请求帧，然后等待来自工作在该信道上的AP的探测响应帧，从而得到所有信道上的所有AP信息 被动扫描(Passi

10、ve Scanning): 在每个信道上侦听来自AP的信标帧，从而得到所有信道上的所有AP信息 根据SSID是否匹配、信号强度等信息选择一个新的AP 最后，站点将和选择的新的AP建立关联。建立关联之前STA还要和新的AP进行认证过程，然后开始关联过程 在这里站点发送的是重新关联帧（Reassociation ）而不是关联帧,主动扫描速度快,但是开销大,目前大多数802.11产品都采用主动扫描,站点漫游图示,AP2,802.11协议,发展历程,1997年IEEE发布第一个802.11标准，工作在2.4GHz的ISM频段，支持速率为1M或者2M，室内约25米，室外约75米,1999年IEEE发布8

11、02.11a，工作在5GHz的ISM频段，支持最大速率为54M，室内约30米，室外约100米,注意：如果没有特别说明，一般用“802.11”来表示“802.11系列协议”,802.11 history,1999年IEEE发布802.11b，工作在2.4GHz的ISM频段，支持最大速率为11M，室内约35米，室外约110米,2003年IEEE发布802.11g，工作在2.4GHz的ISM频段，支持最大速率为54M，室内约35米，室外约110米,2007年IEEE发布802.11n draft2.0，工作在2.4GHz的ISM频段，支持最大速率为248M，室内约70米，室外约160米,传输频段,W

12、LAN的传输频段ISM的900M、2.4G和5.8G ISM：工业（Industrial）、科学（Scientific）与医疗（Medical） ISM频段,2.4G频段信道分配,WLAN技术标准,IEEE 802.11 1990年IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11WLAN标准工作组。IEEE 802.11（别名：Wi-Fi (Wireless Fidelity) 无线保真）是在1997年6月由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准， 该标准定义物理层和媒体访问控制(MAC)规范。物理层定义了数据传输的信号特征和调制，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法，RF传输标准是

13、跳频扩频和直接序列扩频，工作在2.40002.4835GHz频段。 IEEE 802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据访问，速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，所以IEEE 802.11标准被IEEE 802.11b所取代了。,IEEE802.11b 频段：2.4GHz 2.4835GHz 采用DSSS(直接序列扩频技术) 传输速率： Barker 序列 + BPSK -1Mbps Barker 序列 + QPSK -2Mbps CCK（补码键控）+ BPSK - 5.

14、5Mbps CCK + QPSK - 11Mbps 技术特点： 用伪随机码调制载波，使难于被解码 将83.5MHz带宽划分为13个宽22MHz的子信道，常用的是1、6、11这三个相互不重叠的信道。,IEEE802.11a 1999年制定完成 工作频段在5.155.825 GHz 数据传输速率达到54Mbps/ 72Mbps(Turbo) 传输距离控制在10-100米。 采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术。 IEEE 802.11a标准是IEEE 802.11b的后续标准，其设计初衷是取代802.11b标准，然而，工作于2.4GHz频带是不需要执照的，该频段属于工业、教育、医疗等专用频段

15、，是公开的，工作于5.155.825 GHz频带需要执照的。一些公司更加看好当时最新混合标准802.11g。,IEEE802.11g 802.11a与802.11b两个标准都存在着缺陷，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。 目前最流行的IEEE 802.11g认证标准,该标准拥有IEEE 802.11a的传输速率，安全性较IEEE 802.11b好，采用2种调制方式，含802.11a中采用的OFDM与IEEE802.11b中采用的CCK，能达到802.11a的传输速率并向下兼容802

16、.11b。,IEEE802.11g 使用频带为2.4 2.4835 GHz 使用OFDM(正交频分复用)调变技术 802.11g其实是一种混合标准，它既能适应传统的802.11b标准，在2.4GHz频率下提供每秒11Mbps数据传输率，也符合802.11a数据传输率标准在2.4GHz频率下提供54Mbps数据传输率 可兼容802.11, 802.11b 将83.5MHz带宽划分为13个宽22MHz的子信道，常用的是1、6、11这三个相互不重叠的信道。,WLAN技术标准,主要的IEEE802.11无线局域网标准对比,技术标准的发展,其它802.11系列标准,IEEE 802.11n 在传输速率方

17、面，802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps提高到108Mbps，甚至高达500Mbps。这得益于将MIMO(多入多出)与OFDM(正交频分复用)技术相结合而应用的MIMO OFDM技术，这个技术不但提高了无线传输质量，也使传输速率得到极大提升。 在覆盖范围方面，802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰。因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里，使WLAN移动性极大提高。 802.11n支持语音、数据、图像和传真等多种业务，并能根据业务流量，信道

18、质量等情况，自动选择合适的传输信道。 801.11n draft 2.0 在07年3月通过; 正式标准在2008年正式发布；,802.11e 无线网络的QoS标准 802.11h 802.11a的补充，确保其符合关于5GHz无线局域网的欧洲标准。 802.11i WLAN安全标准，实际上是把IEEE 802.1x安全标准引入了WLAN。 802.11f 解决漫游问题而制订的接入点之间的协议,站点连接,站点连接（Connectivity ），包括三个过程 探测过程 认证过程 关联过程,站点连接探测过程,探测过程（Probe） 选择建立通信所需的AP 具体过程 1）站点转换到某个无线信道广播一个8

19、02.11探测请求帧 2）如果该信道上有AP，则应答一个探测响应帧，站点纪录这些AP的信号强度等信息 3）站点转到下一个信道，执行步骤1，直到遍历它所支持的所有信道 4）站点根据SSID是否匹配、信号强度等信息从这些AP中选择一个AP来建立通信,站点连接探测过程实例,A SSID=Marketing,A将选择AP2来建立通信，这是因为AP2的SSID与其设置的SSID相同，并且具有最高的信号强度,站点连接认证过程,认证过程（Authentication） 对用户身份进行认证，防止没有授权的用户与AP建立通信 两种认证模式 开放认证（Open Authentication） 使用空的认证算法，因

20、此开放认证过程总是会成功，它使得站点能够快速访问网络 共享密钥认证（Shared-key Authentication） 在站点和AP之间共享一个密钥,站点连接认证实例,A SSID=Marketing,站点连接关联过程,关联过程（Association） AP通过关联过程将一个逻辑端口或者关联标识符映射到站点，就像将一台主机连接到以太网集线器或者交换机的一个物理端口上一样 具体过程 站点发送一个关联请求帧，开始关联过程 AP应答一个关联响应帧，结束关联过程，该帧中包含了状态码、分配的关联标识符、AP支持速率等信息,完成关联过程以后，STA和AP之间就可以开始进行通信了，有时也说STA与AP建

21、立了连接，或者说STA关联到AP上,站点漫游,站点漫游（Roaming ） 站点移出一个AP的信号覆盖范围外，进入另一个AP的信号覆盖范围内，这时它需要关联到一个新的AP上。这个过程也被称为漫游，有时也被称为切换（Handoff） Break before make STA先与原来的AP分离（Disassocation），然后关联到新的AP 漫游域（Roaming Domain） 在漫游域内，所有AP属于同一个广播域，并且配置了相同的SSID 多个BSS如果属于同一个广播域，那么它们通过DS连接组成的ESS也被称为漫游域,站点漫游步骤,首先，站点决定何时开始漫游过程 信号强度减弱 帧重传 基础

22、设施网络中无法接收到AP周期性广播的信标帧 其次，站点决定漫游到何处 通过扫描机制得到所有AP的信息 主动扫描(Active Scanning)：在每个信道上发送探测请求帧，然后等待来自工作在该信道上的AP的探测响应帧，从而得到所有信道上的所有AP信息 被动扫描(Passive Scanning): 在每个信道上侦听来自AP的信标帧，从而得到所有信道上的所有AP信息 根据SSID是否匹配、信号强度等信息选择一个新的AP 最后，站点将和选择的新的AP建立关联。建立关联之前STA还要和新的AP进行认证过程，然后开始关联过程 在这里站点发送的是重新关联帧（Reassociation ）而不是关联帧,

23、主动扫描速度快,但是开销大,目前大多数802.11产品都采用主动扫描,站点漫游图示,AP2,无线局域网部署-信道的概念,对于802.11b整个2.4G频段被划分为14个信道,每个信道的带宽为22MHz,在802.11中,每个站点或者AP使用某个信道作为传输媒介,也被称为工作信道,WLAN安全技术,用户隔离 MAC过滤 隐藏SSID WEB加解密协议 802.11i （包括WPA 和WPA2 ) 802.1X 认证协议 WAPI,用户隔离 相对来说，这是较简单的一种。它类似于有线网络的VLAN，将所有的无线客户端设备完全隔离，使之只能访问AP连接的固定网络，相当于无线中的局域网MAC过滤,MAC

24、过滤 这种方式就是通过对AP的设定，将指定的无线网卡物理地址输入到AP中。而AP对收到的每个数据包都会做出判断，只有符合设定标准的才能被转发，否则将会被丢弃。这种方法尽管简单，可信度却并不高。,隐藏SSID SSID通常由AP或无线路由器广播出来，通过终端系统自带的扫描功能可以相看当前区域内的SSID。出于安全考虑可以不广播SSID，此时用户就要手工设置SSID才能进入相应的网络。简单说，SSID就是一个WLAN的名称，只有设置为名称相同SSID的值的电脑才能互相通信。 SSID参数在设备缺省设定中是被AP无线接入点广播出去的，客户端只有收到这个参数或者手动设定与AP相同的SSID才能连接到无

25、线网络。如果把这个广播禁止，一般的漫游用户在无法找到SSID的情况下是无法连接到网络的。,WEP加解密协议 WEP(WiredEquivqlentPrivacy)是IEEE 802.11标准中的一部分，提供与有线网络同等的保密水平。 WEP采用RC4算法，40位或104位流密码加密数据流，32位CRC完整性校验。 WEP加密封装过程（下页图）：24比特的初始向量与40比特(或104比特)的静态共享密钥WEP密钥连接起来组成64比特(或128比特)的密钥种子(Seed)，输入到RC4伪随机数据产生器中以产生密码流(Key Stream)。同时，MPDU明文数据(Plaintext)经由CRC-32算法计算出完整性校验值，附在MPDU明文数据之后，与RC4 PRNG产生的密码流作异或(Exclusive)操作得到密文(Ciphertext)，最后将初始向量、加密的数据和ICV值的格式封装好等待发送,802.11i IEEE 802.11i规定使用802.