業(yè)務(wù)支撐網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)Lesson11無線局域網(wǎng)WLAN.ppt

第十章無線局域網(wǎng) WLAN 10 1無線局域網(wǎng)的概述10 2無線網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)10 3無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)10 4WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)10 5無線安全協(xié)議的特性及性能10 6影響WLAN信號的因素 10 1無線局域網(wǎng)的概述 無線局域網(wǎng)WirelessLAN WLAN 以無線電波radiofrequencies RFs 紅外線為傳輸媒介無線數(shù)據(jù)通信不僅可以作為有線數(shù)據(jù)通信的補充及延伸 而且還可以與有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境互為備份 或者替代有線網(wǎng)絡(luò)WLAN看起來就像一個基于HUB連接的以太網(wǎng)絡(luò) 它們都通過兩次握手完成 用相同的頻率發(fā)送和接收數(shù)據(jù) 10 1 1無線局域網(wǎng)的特點 移動性 不受時間 空間的限制 用戶可在網(wǎng)絡(luò)中漫游靈活性 不受線纜的限制 可以隨意增加和配置工作站低成本 不需要大量的工程布線 同時節(jié)省了線路維護的費用易安裝 組建 配置和維護更為容易 10 1 2標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織FCC美國聯(lián)邦通信委員會IEEE電器和電子工程師協(xié)會WECA無線以太網(wǎng)兼容聯(lián)盟ETSI歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 10 1 3無線頻譜 因為WLAN局域網(wǎng)通過無線電波進行傳輸 所以它們被一些相關(guān)的法規(guī)管制 FCC負責(zé)管制對無線產(chǎn)品的使用 IEEE在從FCC為公共使用開放的頻段上制定標(biāo)準(zhǔn) FCC開放了三個無須許可的頻段為公共使用 900MHz 工業(yè) 2 4GHz 科學(xué) and5 7 醫(yī)學(xué) GHz在使用除以上三個無須許可的公共頻段時 需要從FCC得到一個特定的License 無線頻譜 AM廣播 FM廣播 紅外線 可見光 X光 ISM頻段 U NII頻段 10 2無線網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu) 無線網(wǎng)絡(luò) WirelessWAN WirelessLAN 終端用戶B 終端用戶A 10 2 1WLAN物理層選擇方案 在目前的眾多協(xié)議中 WLAN物理層的選擇方案概括起來有5種 這五種物理層選擇方案是分別基于紅外線 IR 傳輸和基于微波傳輸?shù)?基于IR的物理層具有更好的安全性和更高的數(shù)據(jù)傳輸速率 但是 目前存在的基于IR的產(chǎn)品并不多 基于微波傳輸?shù)倪x擇方案包括跳頻擴頻調(diào)制 直接序列擴頻調(diào)制 窄帶調(diào)制和正交頻分復(fù)用 OFDM 擴頻和OFDM技術(shù)在克服衰落 衰落是無線傳輸中占主導(dǎo)地位的傳播特性 方面提供了出眾的性能 擴頻技術(shù)的這種優(yōu)越性是以犧牲帶寬為代價的 它只能提供中等的數(shù)據(jù)傳輸速率 而另一方面 窄帶調(diào)制則能夠提供比擴頻調(diào)制更高的數(shù)據(jù)傳輸速率 但是它會受到衰落的影響 而引起性能惡化 1 紅外 IR 傳輸 紅外無線局域網(wǎng)由于采用低于可見光的部分頻譜作為傳輸介質(zhì) 它的使用不受無線電管理部門的限制 如今使用IR傳輸技術(shù)的WLAN產(chǎn)品運行在波長為850nm的附近 IR信號可以由半導(dǎo)體激光器二極管產(chǎn)生 也可以由LED產(chǎn)生 物理層采用紅外傳輸方案的優(yōu)勢在于 可以提供比其它的物理實現(xiàn)方案更高的數(shù)據(jù)傳輸能力 在這一波段發(fā)送機和接收機的硬件實現(xiàn)更便宜 大氣所帶來的信號衰減更少 紅外信號要求視距傳輸 檢測和竊聽困難 對鄰近區(qū)域的類似系統(tǒng)也不會產(chǎn)生干擾 2 微波傳輸 電磁頻譜的微波無線部分跨越了107 1011MHz的范圍 如今大部分WLAN產(chǎn)品運行在ISM Industrial Scientific andMedical 工業(yè) 科學(xué)和醫(yī)藥設(shè)備 波段 902 928MHz 2400 2483 6MHz以及5725 5850MHz 這些波段的特性大不相同 最明顯的特點在于波段的頻率越高 范圍越寬 則通常能夠提供更多的帶寬 因此具有更高潛力提供高的數(shù)據(jù)傳輸速率 但是 波段的頻率越高 用于通信的設(shè)備的實現(xiàn)越具有挑戰(zhàn)性 價格也越昂貴 在傳輸所能達到的范圍方面 波段的頻率越低 它所能到達的范圍越廣 3 擴頻技術(shù) 目前很流行的WLAN使用RF擴頻技術(shù) 擴頻技術(shù)最初是為軍事應(yīng)用開發(fā)的 它的基本思想是將發(fā)送的信息擴展在更廣的帶寬上 這會使信息的攔截和人為干擾更加困難 擴頻技術(shù)在克服衰落的影響方面非常成功 由于衰落具有頻率選擇性 擴頻信號的頻率范圍很廣 因此 衰落僅會對一小部分的信號造成影響 跳頻擴頻技術(shù) FHSS FrequencyHoppingSpreadSpectrum 使用這項技術(shù)時 信號在看似隨機的一套頻率信道上廣播 并且在連續(xù)的時間間隔內(nèi)不斷地從一個頻率跳到另一個頻率 接收機處理相同的調(diào)頻序列 同時保持著與發(fā)送機的同步 這樣就可以接收到發(fā)送的數(shù)據(jù)了 由于FHSSWLAN所采用的信道方式 它們對窄帶具有很好的抗干擾能力 直接序列擴頻技術(shù) DSSS DirectSequenceSpreadSpectrum 在使用直接序列擴頻調(diào)制的情況下 原始信號中每一個比特由擴頻信號中的多個比特來表示 這項技術(shù)將信號在頻段上擴展 擴展的寬度與擴頻因子 碼片速率和數(shù)據(jù)速率之間的比值被稱作擴頻因子 在現(xiàn)代的商用系統(tǒng)中 擴頻因子通常的取值位于10 100之間 是成比例的 盡管DSSS技術(shù)看起來有點浪費帶寬 但是它具有極其強大的能力將信號從窄帶干擾和噪聲中抽取出來 這就可減少重傳 從而提高了吞吐量 窄帶微波技術(shù) 擴展頻譜的另一種方案是窄帶調(diào)制 直到最近 所有的窄帶WLAN產(chǎn)品只能使用無線頻譜中授予許可的部分 但是 如今的產(chǎn)品既可以使用頻譜新釋放的部分 也可以使用ISM波段而不需要執(zhí)行頻譜的擴展 窄帶WLAN更容易受到衰落的影響 但是 在授予了許可的波段中運行WLAN的情況下 干擾并不是很常見 正交頻分復(fù)用 OFDM OFDM是多載波傳輸?shù)囊环N形式 它將可用頻譜分成了許多載波 每個載波都使用PSK調(diào)制技術(shù)以較低速率的數(shù)據(jù)流調(diào)制 OFDM與FDMA相比 OFDM的信道間隔更近 獲得了更高的頻譜利用率 這是通過將所有的載波與其它的載波相互正交 載波正交是為了避免緊密相鄰的兩個載波之間的干擾 實現(xiàn)的 因此OFDM可以有效地克服符號間干擾 10 2 2WLANMAC層的選擇方案 MAC協(xié)議大致可以分成三種 固定分配協(xié)議 例如TDMA FDMA 隨機接入?yún)f(xié)議 例如ALOHA CSMA CD CSMA CA 和需求分配協(xié)議 例如輪詢 令牌環(huán) PRMA 在WLAN的兩種主要標(biāo)準(zhǔn) IEEE802 11和HIPERLAN中均采用了CSMA CA機制 這會減少發(fā)生沖突的概率 10 3無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn) Wi Fi WirelessFidelity 無線保真技術(shù) 聯(lián)盟致力于解決無線局域網(wǎng)互操作性 廠家的產(chǎn)品只有完全滿足Wi Fi標(biāo)準(zhǔn) 并通過Wi Fi認(rèn)證 才可以在其產(chǎn)品上打Wi Fi標(biāo)簽 Wi Fi標(biāo)簽是WECA 無線以太網(wǎng)兼容性聯(lián)盟 注冊的商標(biāo) 只有通過WECA的授權(quán) 廠家才可以使用該商標(biāo) 因此 用戶只需認(rèn)準(zhǔn)Wi Fi標(biāo)簽 便可保證他們所購買的無線基站 PC卡 手持設(shè)備 Internet電話以及其他任何無線局域網(wǎng)產(chǎn)品都能很好地協(xié)同工作 Wi Fi聯(lián)盟通過了不同廠商的IEEE802 11產(chǎn)品互操作性的認(rèn)證 10 3 1IEEE802 11標(biāo)準(zhǔn)族 IEEE802 11IEEE802 11bIEEE802 11aIEEE802 11gIEEE802 16a wiMAX IEEE802 20 IEEE802 11dIEEE802 11eIEEE802 11fIEEE802 11hIEEE802 11i 1IEEE802 11標(biāo)準(zhǔn) 使用2 4 2 4835GHz頻帶速率最高為2Mbps定義有FHSS和DSSS兩種擴頻方式 802 11是IEEE最早制訂的WLAN標(biāo)準(zhǔn) 在1997年提出 它使用2 4 2 4835GHz頻帶 提供1Mbps和2Mbps兩個速率 它定義了有FHSS和DSSS兩種擴頻方式 但大部分使用FHSS擴頻方式 使用FSK FrequencyShiftKeying頻移鍵控 做為調(diào)制方式 2IEEE802 11b標(biāo)準(zhǔn) 使用2 4GHz的頻帶采用DSSS 直接序列擴頻技術(shù) 擴頻方式傳輸速率可以在11Mbps 5 5Mbps 2Mbps 1Mbps之間自動的調(diào)整 3IEEE802 11b 標(biāo)準(zhǔn) 使用2 4GHz的頻帶兼容IEEE802 11b標(biāo)準(zhǔn)采用PBCC調(diào)制技術(shù)傳輸速率可以在22Mbps 11Mbps 5 5Mbps 2Mbps 1Mbps之間自動的調(diào)整 IEEE802 11b 標(biāo)準(zhǔn)由TI TexasInstruments 公司提出 采用2 4 2 4835GHz頻帶和DSSS擴頻技術(shù) 該標(biāo)準(zhǔn)使用了PBCC PacketBinaryConvolutionalCode分組二進制卷積碼 調(diào)制技術(shù) 因此可提供22Mbps的數(shù)據(jù)速率 同時增加了3dB編碼增益 擴大了其覆蓋范圍 4IEEE802 11a標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定該層使用5GHz的頻帶采用正交頻分復(fù)用 OFDM 調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為6Mbps 54Mbps 802 11a標(biāo)準(zhǔn)擴充了標(biāo)準(zhǔn)的物理層 工作在5GHzU NII unlicensednationalinformationinfrastructure 頻帶 采用正交頻分復(fù)用 OFDM 的調(diào)制技術(shù) 傳輸速率為6Mbps 54Mbps 物理層速率可達54Mb s 傳輸層可達25Mbps 支持速率為6 9 12 18 24 36 48 54Mbps 傳輸距離較802 11b短 與802 11b 802 11不兼容 2 4GHz頻帶是較早開放的一個頻帶 除了802 11b無線局域網(wǎng)設(shè)備外 有些家用電器 如無繩電話 微波爐都使用這個頻帶 因此在這個頻帶上比較容易產(chǎn)生干擾 802 11a標(biāo)準(zhǔn)解決了這個問題 但是802 11a標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有的802 11b標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備不兼容 因此并沒有得到比較廣泛的應(yīng)用 5IEEE802 11g標(biāo)準(zhǔn) 使用頻帶為2 4 2 4835GHz使用OFDM調(diào)制技術(shù)提供54Mbps的傳輸速率兼容802 11b 802 11g標(biāo)準(zhǔn)使用了與802 11a標(biāo)準(zhǔn)相同的調(diào)制技術(shù)OFDM 因此能達到54Mbps的傳輸速率 802 11g標(biāo)準(zhǔn)也使用2 4GHz頻帶 可以兼容現(xiàn)有的802 11b標(biāo)準(zhǔn) 6IEEE802 16a標(biāo)準(zhǔn) 中文名稱 定點寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口研發(fā)初衷 工作于10GHz到66GHz頻段的最后一英里無線寬帶接入技術(shù)2003年1月 IEEE通過了工作于2GHz至11GHz頻段下的802 16a標(biāo)準(zhǔn)最遠傳輸距離 48公里最大傳輸速率 75Mbps 傳輸距離3 5公里 兼容802 11b 7IEEE802 20標(biāo)準(zhǔn) 中文名稱 移動寬帶無線接入 MBWA 研發(fā)初衷 2002年11月成立相關(guān)工作組 致力于為移動用戶開發(fā)一個標(biāo)準(zhǔn)為以250km h速度移動的移動用戶提供高達1Mbit s的高帶寬數(shù)據(jù)傳輸最大傳輸速率 3Mbps兼容802 11b 無線技術(shù)比較 10 3 2其他無線標(biāo)準(zhǔn) HomeRF是專門為家庭用戶設(shè)計的 HomeRF利用跳頻擴譜方式 通過家庭中的一臺主機在移動數(shù)據(jù)和語音設(shè)備之間實現(xiàn)通信 既可以通過時分復(fù)用支持語音通信 又能通過載波監(jiān)聽多重訪問 沖突避免協(xié)議提供數(shù)據(jù)通信服務(wù) 同時 HomeRF提供了與TCP IP良好的集成 支持廣播 多播和48位IP地址 BlueTooth 藍牙技術(shù) 具有一整套全新的協(xié)議 可以應(yīng)用于更多的場合 藍牙技術(shù)中的跳頻更快 因而更加穩(wěn)定 同時它還具有低功耗 低代價和比較靈活等特點 總的來講 802 11比較適于辦公室中的企業(yè)無線網(wǎng)絡(luò) HomeRF可應(yīng)用于家庭中的移動數(shù)據(jù)和語音設(shè)備與主機之間的通信 而藍牙技術(shù)則可以應(yīng)用于任何可以用無線方式替代線纜的場合 目前這些技術(shù)還處于并存狀態(tài) 但是有可能引起干擾等問題 從長遠看 隨著產(chǎn)品與市場的不斷發(fā)展 它們將走向融合 而其中最有競爭力的就是藍牙技術(shù) 10 4WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 無中心網(wǎng)絡(luò)有中心網(wǎng)絡(luò) 10 4 1無中心網(wǎng)絡(luò) 無中心網(wǎng)絡(luò) 無AP網(wǎng)絡(luò) 也稱對等網(wǎng)絡(luò)或Ad hoc網(wǎng)絡(luò) 它覆蓋的服務(wù)區(qū)稱IBSS 對等網(wǎng)絡(luò)用于一臺無線工作站 STA Station 和另一臺或多臺其他無線工作站的直接通訊 該網(wǎng)絡(luò)無法接入有線網(wǎng)絡(luò)中 只能獨立使用 這是最簡單的無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu) 一個對等網(wǎng)絡(luò)由一組有無線接口的計算機組成 這些計算機要有相同的工作組名 ESSID和密碼 對等網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活 任何時間 只要兩個或更多的無線接口互相都在彼此的范圍之內(nèi) 它們就可以建立一個獨立的網(wǎng)絡(luò) 這些根據(jù)要求建立起來的典型網(wǎng)絡(luò)在管理和預(yù)先調(diào)協(xié)方面沒有任何要求 對等網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點必需能同時 看 到網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點 否則就認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)中斷 因此對等網(wǎng)絡(luò)只能用于少數(shù)用戶的組網(wǎng)環(huán)境 比如4至8個用戶 并且他們離得足夠近 無中心網(wǎng)絡(luò) 10 4 2有中心網(wǎng)絡(luò) 有中心網(wǎng)絡(luò)也稱Infrastructure網(wǎng)絡(luò) 它由無線AP 無線工作站 STA 以及DSS構(gòu)成 覆蓋的區(qū)域分BSS和ESS 無線訪問點也稱無線AP或無線Hub 用于在無線STA和有線網(wǎng)絡(luò)之間接收 緩存和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 無線AP通常能夠覆蓋幾十至幾百用戶 覆蓋半徑達上百米 BSS 基本服務(wù)區(qū) BSS由一個無線訪問點以及與其關(guān)聯(lián) associate 的無線工作站構(gòu)成 在任何時候 任何無線工作站都與該無線訪問點關(guān)聯(lián) 換句話說 一個無線訪問點所覆蓋的微蜂窩區(qū)域就是基本服務(wù)區(qū) 無線工作站與無線訪問點關(guān)聯(lián)采用AP的BSSID 在802 11中 BSSID是AP的MAC地址 ESS 擴展服務(wù)區(qū) 擴展服務(wù)區(qū)ESS是指由多個AP以及連接它們的分布式系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò) 所有AP必需共享同一個ESSID 也可以說擴展服務(wù)區(qū)ESS中包含多個BSS 分布式系統(tǒng)在IEEE802 11標(biāo)準(zhǔn)中并沒有定義 但是目前大都是指以太網(wǎng) 擴展服務(wù)區(qū)只包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不包含網(wǎng)絡(luò)層及其以上各層 因此 對于高層協(xié)議比如IP來說 一個ESS就是一個IP子網(wǎng) 有中心網(wǎng)絡(luò) 無線接入點 AccessPoint 無線接入點負責(zé)樓層無線客戶端的無線接入 將其所關(guān)聯(lián)的無線客戶端的流量匯聚到樓層中心交換機 就目前來看 工作在2 4GHz的支持IEEE802 11g的企業(yè)級無線接入點是目前企業(yè)級無線局域網(wǎng)的主要選擇 當(dāng)然從整體網(wǎng)絡(luò)性能出發(fā) 最好選用同時也支持SuperG108Mbps的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品 SSID ServiceSetIdentifier SSID ServiceSetIdentifier 也可以寫為ESSID 用來區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò) 最多可以有32個字符 無線網(wǎng)卡設(shè)置了不同的SSID就可以進入不同網(wǎng)絡(luò) SSID通常由AP廣播出來 通過系統(tǒng)自帶的掃描功能可以相看當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的SSID 出于安全考慮可以不廣播SSID 此時用戶就要手工設(shè)置SSID才能進入相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò) 簡單說 SSID就是一個局域網(wǎng)的名稱 只有設(shè)置為名稱相同SSID的值的電腦才能互相通信 10 5無線安全 默認(rèn)情況下 無線在AP和客戶端上是沒有安全可言的 10 5 1OpenAccess 所有的WiFi認(rèn)證的WLAN產(chǎn)品都是工作在OpenAccess模式下 OpenAccess模式可以工作在一些公共場所中 在企業(yè)環(huán)境中部署WLAN時 Security 安全 需要被打開 10 5 2SSID認(rèn)證 SSID是一個在WLAN中設(shè)備的公共網(wǎng)絡(luò)名稱 SSID將阻止一個沒有相同SSID的客戶端進入WLAN 默認(rèn)時 SSID通常由AP廣播出來 通過系統(tǒng)自帶的掃描功能可以相看當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的SSID 即使關(guān)閉SSID的廣播 但還是可能當(dāng)一個客戶端發(fā)起請求回應(yīng)時被發(fā)現(xiàn) 10 5 3WEP WEP是WiredEquivalentPrivacy的簡稱 802 11b標(biāo)準(zhǔn)里定義的一個用于無線局域網(wǎng) WLAN 的安全性協(xié)議 WEP的安全性和SSID認(rèn)證差不多 但是WEP就應(yīng)用得更廣泛 采用共享密鑰認(rèn)證 所有AP和無線客戶端都用相同的密鑰 入侵者仍然可以偵聽到一個明文傳輸?shù)拿荑€ WEP的KEY由40或128位組成 由管理員靜態(tài)地在WLAN設(shè)備中指定 工作量大 10 5 4客戶端MACAddress認(rèn)證 將客戶端的MAC地址靜態(tài)的增加到AP中 任何在地址過濾表中不存在的MAC地址都將被拒絕訪問 但是MAC地址欺騙 spoof 可能導(dǎo)致無法過濾 10 5 5WPA Wi FiProtectedAccess WPA加密特性決定了它比WEP更難以入侵 所以如果對數(shù)據(jù)安全性有很高要求 那就必須選用WPA加密方式了