網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第25講

第十一章無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)岳池中學(xué):王淮E-mail:wanghuai527@163.com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(jìn)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無線局域網(wǎng)的概念無線局域網(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(kuò)展。過去，無線LAN僅限于工廠和倉庫使用，現(xiàn)在已進(jìn)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(jī)局域網(wǎng)(WirelessLocalAreaNetwork，WLAN)。它是無線通信、計算機(jī)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(bǔ)充和延伸，并逐漸成為計算機(jī)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(dá)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(kuò)頻方式傳輸信號。這種擴(kuò)頻通信最早始于軍事通信，由于擴(kuò)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(kuò)頻通信迅速地在民用、商用通信領(lǐng)域普及開來。在國內(nèi)，近年來擴(kuò)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1.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(yuǎn)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(jìn)行物理傳輸介質(zhì)布線的領(lǐng)域。

2.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(jìn)行擴(kuò)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，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(kuò)容。11.1.2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(kuò)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。4.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(kuò)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(dá)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(jìn)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5.易維護(hù)

有線局域網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)需沿線路進(jìn)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(jìn)行維護(hù)，出現(xiàn)故障時則能快速找出原因，恢復(fù)線路正常運(yùn)行。綜上所述，無線局域網(wǎng)技術(shù)在安全性、可靠性、易維護(hù)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(jìn)行網(wǎng)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

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。⑴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(bǔ)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⑵室外應(yīng)用在難于布線的室外環(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(dá)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

無線局域網(wǎng)與有線主干網(wǎng)構(gòu)成移動計算機(jī)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(jī)接入Internet將同用手機(jī)通話一樣方便。11.2無線網(wǎng)協(xié)議無線通信的發(fā)展日新月異，從“藍(lán)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.IEEE802.11b

由IEEE802.11TaskGroupb于1999年底制定，以直序擴(kuò)頻(又稱DSSS；DirectSequenceSpreadSpectrum)作為調(diào)變技術(shù)，所謂直序擴(kuò)頻是將原來1位的信號，利用10個以上的位來表示，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(dá)到11Mbps，頻段則采用2.4GHz免執(zhí)照頻段。IEEE802.11b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2.IEEE802.11a

IEEE802.11a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(dá)54Mbps。由于IEEE802.11b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IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，選擇2.4GHz頻段，使用OFDM技術(shù)，與802.11a兼容。目前IEEE802.11g主要有兩家公司在競爭標(biāo)準(zhǔn)：一家為Intersil，以O(shè)FDM為通訊技術(shù)、傳輸速率可達(dá)36Mbps；另一家為TI，以PBCC為通訊技術(shù)、傳輸速率達(dá)22Mbps。目前IEEE802.11g工作小組對Intersil的解決方案有較大的興趣，Intersil勝出的機(jī)率相形之下也大了許多。11.2無線網(wǎng)協(xié)議所有的無線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(fèi)帶寬。如果差錯率達(dá)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。在無線通信標(biāo)準(zhǔn)中，除了IEEE802.11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802.11b1161002.4無2000年802.11a5431805無2001年802.11g54121505無2002年homerf2106502.4有2002年Hiperlan25431805有2003年5-up10872805有2003年表11-1現(xiàn)有和未來的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)11.2無線網(wǎng)協(xié)議除此之外，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(jìn)802.11的切換機(jī)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802.11a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(jìn)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)的基礎(chǔ)還是傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)，是有線局域網(wǎng)的擴(kuò)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)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(kuò)頻通信機(jī)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(jī)與物理層之間的連接。擴(kuò)頻通信機(jī)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(jī)要接收信息時，擴(kuò)頻通信機(jī)與物理層通過網(wǎng)絡(luò)天線接收信息，并且對該信息進(jìn)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(kuò)頻通信機(jī)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(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)時，主機(jī)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