網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第25講

1、第十一章第十一章 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)岳池中學(xué)岳池中學(xué): 王王 淮淮E-mail:o 在網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展的今天，有線網(wǎng)絡(luò)的局限性越來越明顯：一方面，因地理環(huán)境的限制，使得有線網(wǎng)絡(luò)很難實現(xiàn)進一步的延伸；另一方面，隨著移動設(shè)備的日益普及，有線信息點的固定性使筆記本電腦等移動設(shè)備還不能成為真正意義上的移動工具。無線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)很好地解決了此類問題，使得移動設(shè)備擺脫了有線的束縛，更好地發(fā)揮其靈活、移動的特性，作為有線網(wǎng)絡(luò)的延伸，無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來越深入到各行各業(yè)中。目前，各大網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品廠商均提供無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)服務(wù)。本節(jié)將以 TP-Link 的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品為例介紹各主要部件的性能特點。 11.1.1

2、 無線局域網(wǎng)的概念無線局域網(wǎng)的概念o無線局域網(wǎng)是于 1990 年出現(xiàn)在現(xiàn)實生活中的。當(dāng)它出現(xiàn)時，就有人預(yù)言完全取消電纜和線路連接方式的時代即將來臨。目前，隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日趨完善，無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品價格的持續(xù)下調(diào)，無線局域網(wǎng)的應(yīng)用范圍也迅速擴展。過去，無線 LAN 僅限于工廠和倉庫使用，現(xiàn)在已進入辦公室、家庭，乃至其他公共場所。無線局域網(wǎng)是指以無線信道作傳輸媒介的計算機局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network ， WLAN)。它是無線通信、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是有線聯(lián)網(wǎng)方式的重要補充和延伸，并逐漸成為計算機網(wǎng)絡(luò)中一個至關(guān)重要的組成部分。 目前，無線通信一般有兩種傳輸手

3、段，即無線電波和光波。無線電波包括短波、超短波和微波。光波指激光、紅外線。 11.1.1 無線局域網(wǎng)的概念無線局域網(wǎng)的概念o短波、超短波類似電臺或電視臺廣播采用的調(diào)幅、調(diào)頻或調(diào)相的載波，通信距離可達數(shù)十公里。這種通信方式速率慢、保密性差、易受干擾、可靠性差，一般不用于無線局域網(wǎng)。 激光、紅外線由于易受天氣影響，不具備穿透的能力，在無線局域網(wǎng)中一般不用。因此，微波是無線局域網(wǎng)通信傳輸媒介的最佳選擇。目前，使用微波作傳輸介質(zhì)通常以擴頻方式傳輸信號。這種擴頻通信最早始于軍事通信，由于擴頻通信在提高信號接收質(zhì)量、抗干擾、保密性、增加系統(tǒng)容量方面都有突出的優(yōu)點，擴頻通信迅速地在民用、商用通信領(lǐng)域普及開來

4、。在國內(nèi)，近年來擴頻通信技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于室內(nèi)局域網(wǎng)互連和室外城域網(wǎng)互連等領(lǐng)域。 11.1.2 無線局域網(wǎng)的特點無線局域網(wǎng)的特點o1.移動性移動性為實現(xiàn)移動辦公是開發(fā)無線局域網(wǎng)技術(shù)的最基本目的。無線局域網(wǎng)可實現(xiàn)室內(nèi)移動辦公和室外遠距離主干互聯(lián)，有效解決了有線局域網(wǎng)中各信息點不可移動的問題。因而廣泛適用于需要可移動數(shù)據(jù)處理或無法進行物理傳輸介質(zhì)布線的領(lǐng)域。 o 2.靈活性靈活性有線局域網(wǎng)中，室外布線時或挖溝走線或架空走線，受地勢、環(huán)境、政府規(guī)定影響，不能任意布線，而且電纜數(shù)量固定，通信容量有限，不能隨時架設(shè)、隨時增加鏈路進行擴容；而無線局域網(wǎng)采用 2.4GHz 民用通信頻率，無需布線、無需政府許可，

5、且通信覆蓋范圍大，幾乎不受地理環(huán)境限制，網(wǎng)絡(luò)連接靈活，可隨時擴容。11.1.2 無線局域網(wǎng)的特點無線局域網(wǎng)的特點 3.安全性 有線局域網(wǎng)的線纜不但容易遭到破壞，而且容易遭搭線竊聽，而無線局域網(wǎng)采用的無線擴頻通信技術(shù)本身就起源于軍事上的防竊聽技術(shù)，因此安全性高。o4.可靠性有線局域網(wǎng)的電纜線路存在信號衰減的問題，即隨著線路的擴展而信號質(zhì)量急劇下降，而且誤碼率高,而無線局域網(wǎng)通過數(shù)據(jù)放大器和天線系統(tǒng),可有效解決信號此類問題。一般來說,50 公里內(nèi)幾乎沒有影響，可提供最高達 31Mbps 的通信速率，誤碼率低，可靠性高。 建設(shè)有線局域網(wǎng)時一般需要備份，如果均用有線系統(tǒng)，則當(dāng)一條線路中斷時，另外一條很

6、可能同樣由于整個電纜被挖斷或被破壞、配線架損壞、轉(zhuǎn)接局?jǐn)嚯姷仍颍瑫r中斷。如果利用無線網(wǎng)絡(luò)進行備份，當(dāng)有線線路中斷時，則可將通信鏈路切換到無線鏈路上，可保證通信線路的暢通，大大提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性。11.1.2 無線局域網(wǎng)的特點無線局域網(wǎng)的特點o 5.易維護易維護有線局域網(wǎng)絡(luò)的維護需沿線路進行測試檢查，出現(xiàn)故障時，一般很難及時找出故障點，而無線局域網(wǎng)只需對天線、無線接入器和無線網(wǎng)卡進行維護，出現(xiàn)故障時則能快速找出原因，恢復(fù)線路正常運行。 o 綜上所述，無線局域網(wǎng)技術(shù)在安全性、可靠性、易維護等很多方面超出了傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)技術(shù)，尤其在一些特殊的地理環(huán)境下，更是體現(xiàn)出了其優(yōu)越性。當(dāng)然，在進行網(wǎng)

7、絡(luò)設(shè)計時無論是選擇有線還是無線，都應(yīng)根據(jù)具體情況因地制宜，量體裁衣。11.1.3無線局域網(wǎng)的使用范圍無線局域網(wǎng)的使用范圍o 根據(jù)無線局域網(wǎng)的技術(shù)特點，其應(yīng)用情況可分為兩類：一類作為半移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；另一類作為全移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。1.半移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用半移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 在半移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境中，又可分為室內(nèi)應(yīng)用與室外應(yīng)用。 室內(nèi)應(yīng)用 在室內(nèi)應(yīng)用環(huán)境中，無線局域網(wǎng)作為有線局域網(wǎng)的補充，它與有線局域網(wǎng)并存。無線局域網(wǎng)的價格比有線局域網(wǎng)高，所以在以下應(yīng)用情況中方可發(fā)揮無線的特長：大型辦公室、車間；超市、智能倉庫；臨時辦公室、會議室；證券市場等。 11.1.3無線局域網(wǎng)的使用范圍無線局域網(wǎng)的使用范圍o 室外應(yīng)用 在難

8、于布線的室外環(huán)境下，可以充分發(fā)揮無線局域網(wǎng)的高效率、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點。在公共通信網(wǎng)不發(fā)達的狀態(tài)下，無線局域網(wǎng)可作為區(qū)域網(wǎng)（覆蓋范圍幾十公里以內(nèi)）使用。以下是無線局域網(wǎng)的主要應(yīng)用范圍：城市建筑群間的通信，學(xué)校校園網(wǎng)絡(luò)，工礦企業(yè)廠區(qū)自動化控制與管理網(wǎng)絡(luò)，銀行、金融證券城區(qū)網(wǎng)絡(luò)，城市交通信息網(wǎng)絡(luò)，礦山、水利、油田等區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，港口、碼頭、江河湖壩區(qū)網(wǎng)絡(luò)，野外勘測、實驗等流動網(wǎng)絡(luò)，軍事、公安流動網(wǎng)絡(luò)等。2.全移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用全移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 無線局域網(wǎng)與有線主干網(wǎng)構(gòu)成移動計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)傳輸速率高、覆蓋范圍廣、可以傳多媒體信息，這是無線局域網(wǎng)的發(fā)展方向。如果一個城市建設(shè)了這樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，那么計算機接

9、入 Internet 將同用手機通話一樣方便。 11.2 無線網(wǎng)協(xié)議無線網(wǎng)協(xié)議o 無線通信的發(fā)展日新月異，從“藍牙”到第三代移動通信，新技術(shù)層出不窮，尤其是無線局域網(wǎng) (LAN) 技術(shù)以比人們的預(yù)料快得多的速度向前發(fā)展著。正因為如此，目前無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)較多，處于眾多標(biāo)準(zhǔn)共存時期。下面簡單介紹主要的無線互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。1.IEEE 802.11b 由 IEEE 802.11 Task Group b 于 1999 年底制定，以直序擴頻 ( 又稱 DSSS ； Direct Sequence Spread Spectrum) 作為調(diào)變技術(shù)，所謂直序擴頻是將原來 1 位的信號，利用 10 個以上的位來表

10、示，使得原來高功率、窄頻率的訊號，變成低功率、寬頻率。另外一方面， 802.11b 傳輸速率最高可達到 11Mbps ，頻段則采用 2.4GHz 免執(zhí)照頻段。 IEEE 802.11b 的用戶在 2001 年初只是鳳毛麟角，而現(xiàn)在已超過 1500 萬，這個數(shù)字與蜂窩電話和有線以太網(wǎng)相比還顯得太小，但增長速度卻是扶搖直上。 11.2 無線網(wǎng)協(xié)議無線網(wǎng)協(xié)議o2.IEEE802.11a IEEE 802.11a 在 2001 年到 2002 年推出，采用能有效降低多重路徑衰減與有效使用頻率正交頻分復(fù)用（ OFDM ）技術(shù)，并選擇干擾較少的 5GHz 頻段，其數(shù)據(jù)率高達 54Mbps 。由于 IEEE

11、 802.11b 的數(shù)據(jù)率為 11Mbps ，物理層額外開銷使數(shù)據(jù)率下降 40% ，實際數(shù)據(jù)率最多為 6Mbps ，因此 802.11a 被視為下一代高速無線局域網(wǎng)絡(luò)規(guī)格。 3. IEEE802.11g 802.11a 盡管優(yōu)于 802.11b ，但存在兼容性問題，即 802.11a 的產(chǎn)品不能與 802.11b 的互通。為此， IEEE 制定出了 802.11g ，該標(biāo)準(zhǔn)在 IEEE 802.11b 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，選擇 2.4 GHz 頻段，使用 OFDM 技術(shù)，與 802.11a 兼容。目前 IEEE 802.11g 主要有兩家公司在競爭標(biāo)準(zhǔn)：一家為 Intersil ，以 OFDM 為通訊

12、技術(shù)、傳輸速率可達 36Mbps ；另一家為 TI ，以 PBCC 為通訊技術(shù)、傳輸速率達 22Mbps 。目前 IEEE 802.11g 工作小組對 Intersil 的解決方案有較大的興趣， Intersil 勝出的機率相形之下也大了許多。11.2 無線網(wǎng)協(xié)議無線網(wǎng)協(xié)議o 所有的無線 LAN 都使用未注冊頻譜，因此，它們易受干擾，并引起傳輸出錯。當(dāng)傳輸出現(xiàn)差錯時，所傳輸?shù)男畔⒈仨氈匕l(fā)，勢必浪費帶寬。如果差錯率達到 50% ，則會使數(shù)據(jù)率減少三分之二。就 802.11b 而言， 6Mbps 的實際數(shù)據(jù)率減去差錯重發(fā)開銷后只剩下 2Mbps ，在網(wǎng)絡(luò)上只能實現(xiàn)每個節(jié)點共享的半雙工通信。 在無線

13、通信標(biāo)準(zhǔn)中，除了 IEEE 802.11 系列外，還有 homerf2 、 Hiperlan2 和 5-up 標(biāo)準(zhǔn)。各通信協(xié)議比較見表 9-1 。11.2 無線網(wǎng)協(xié)議無線網(wǎng)協(xié)議無線 lan 系統(tǒng)物理層數(shù)據(jù)率 (Mbps)實際數(shù)據(jù)率 (Mbps) 最大傳輸距離 ( 米 ) 頻率(GHz) Qos 推出時間 802.11b 116 1002.4無2000 年802.11a 5431805無2001 年802.11g 54 121505無2002 年homerf2106502.4有2002 年Hiperlan254 31805有2003 年5-up10872805有2003 年表 11-1 現(xiàn)有和未

14、來的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 11.2 無線網(wǎng)協(xié)議無線網(wǎng)協(xié)議o除此之外， IEEE 還將推出以下新的標(biāo)準(zhǔn)系列： 802.11d ，旨在制定在其他頻率上工作的多個 802.11b 版本，使之適合于世界上現(xiàn)在還未使用 2.4ghz 頻段的國家。 802.11e ，該標(biāo)準(zhǔn)將對 802.11 網(wǎng)絡(luò)增加 Qos 能力，它將用時分多址方案取代類似以太網(wǎng)的 MAC 層，并對重要的業(yè)務(wù)增加額外的糾錯功能。 802.11f ，該標(biāo)準(zhǔn)旨在改進 802.11 的切換機制，以使用戶能夠在兩個不同的交換分區(qū) ( 無線信道 ) 之間，或在加到 2 個不同的網(wǎng)絡(luò)上的接入點之間漫游的同時保持連接。 802.11h ，該標(biāo)準(zhǔn)意在對 80

15、2.11a 的傳輸功率和無線信道選擇增加更好的控制功能，它與 802.11e 相結(jié)合，適用于歐洲地區(qū)。 802.11i ，該標(biāo)準(zhǔn)消除 802.11 的最明顯的缺陷：安全問題。它將是基于高級加密標(biāo)準(zhǔn)，即美國政府“官方”加密算法的一個完整的新標(biāo)準(zhǔn)。 802.11j 。這是個新的標(biāo)準(zhǔn)，目前只是一個草案，尚未組成特別工作組進行討論。預(yù)計，該標(biāo)準(zhǔn)將使 802.11a 和 hiperlan2 這兩個標(biāo)準(zhǔn)在同一頻率共存。11.2.2無線局域網(wǎng)的工作原理無線局域網(wǎng)的工作原理o無線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)還是傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)，是有線局域網(wǎng)的擴展和替換。它只是在有線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過無線接入器、無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡等設(shè)備來實現(xiàn)

16、無線通信。 以無線網(wǎng)卡為例，一個無線網(wǎng)卡主要包括 NIC 單元、擴頻通信機和天線三個功能模塊。 NIC 單元屬于數(shù)據(jù)鏈路層，由它負(fù)責(zé)建立主機與物理層之間的連接。擴頻通信機與物理層建立了關(guān)系，實現(xiàn)無線電信號的接收和發(fā)送。當(dāng)計算機要接收信息時，擴頻通信機與物理層通過網(wǎng)絡(luò)天線接收信息，并且對該信息進行處理，判斷是否要發(fā)給 NIC 單元。如果是，則將信息幀交給 NIC 單元，否則丟棄。如果擴頻通信機發(fā)現(xiàn)接收到的信號有錯，則通過天線發(fā)送給對方一個出錯信息，通知發(fā)送方重新發(fā)送。當(dāng)計算機要發(fā)送數(shù)據(jù)時，主機先將待發(fā)送的信息傳給 NIC 單元，由 NIC 單元首先監(jiān)測信息道是否空閑。如果空閑，便立即發(fā)送，否則暫不發(fā)送，并繼續(xù)監(jiān)測。11.2.3 無線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無線局域