H3C--WLAN技術(shù)PPT課件

1、 第一章第一章 無線技術(shù)體系與理論無線技術(shù)體系與理論ISSUE 1.0日期：杭州華三通信技術(shù)有限公司 版權(quán)所有，未經(jīng)授權(quán)不得使用與傳播n 無線局域網(wǎng)是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用射頻（RF）技術(shù)，取代舊式的雙絞線構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能。無線網(wǎng)絡(luò)所需的基礎(chǔ)設(shè)施不需再埋在地下或隱藏在墻里，并且可以隨需移動或變化。n WLAN已經(jīng)成為寬帶接入的有效手段之一，使用WLAN的區(qū)域及其承載的業(yè)務(wù)愈來愈多。為了更好地構(gòu)建理想中的無線網(wǎng)絡(luò)，我們需要了解無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)體系、熟悉構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的功能。引入引入n 了解了解WLAN的的基礎(chǔ)知識的的基礎(chǔ)知識n 了解了解802.1

2、1協(xié)議族標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議族標(biāo)準(zhǔn)n 了解主流了解主流WLAN設(shè)備及天線設(shè)備及天線n 了解幾種了解幾種WLAN典型部署典型部署課程目標(biāo)課程目標(biāo)學(xué)習(xí)完本課程，您應(yīng)該能夠：學(xué)習(xí)完本課程，您應(yīng)該能夠：n WLAN基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識n 802.11協(xié)議族協(xié)議族n WLAN設(shè)備設(shè)備n WLAN的典型部署的典型部署目錄目錄5n 為什么要使用為什么要使用WLAN網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)n 什么是什么是WLANn WLAN技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程WLAN基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識6 凡是自由空間均可連接網(wǎng)絡(luò)，不受限于線纜和端口位置。辦公大樓候機大廳渡假山莊商務(wù)酒店無線讓網(wǎng)絡(luò)使用更自由無線讓網(wǎng)絡(luò)使用更自由7無線讓網(wǎng)絡(luò)建設(shè)更經(jīng)濟(jì)，通信更便利無線讓網(wǎng)

3、絡(luò)建設(shè)更經(jīng)濟(jì)，通信更便利l 終端與交換設(shè)備之間省去布線，有效降低布線成本。l 適用于特殊地理環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，如隧道、港口碼頭、高速公路。終端與設(shè)備之間不方便通過線纜連接地理環(huán)境不適合布設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)8無線讓工作更高效無線讓工作更高效 不受限于時間和地點的無線網(wǎng)絡(luò)，滿足各行各業(yè)對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求。體育場館新聞中心展館與證券大廳制造車間物流運輸9l IrDAl BlueToothl 802.11l 802.11bl 802.11al 802.11g幾種主要的幾種主要的WLAN技術(shù)技術(shù)10802.11協(xié)議的發(fā)展進(jìn)程協(xié)議的發(fā)展進(jìn)程802.11802.11b802.11a802.11g標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時間July

4、 1997Sept 1999Sept 1999June 2003合法頻寬83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz頻率范圍 2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz非重疊信道 33123調(diào)制技術(shù)FHSS/DSSSCCK/ DSSSOFDMCCK/OFDM物理發(fā)送速率1, 21,2,5.5, 116, 9, 12, 18,24, 36, 48, 546, 9, 12, 18,24, 36, 48, 54無線覆蓋范圍N/A100M50M100M理論上的最大UDP吞吐量 (1500 by

5、te)1.7 Mbps7.1 Mbps30.9 Mbps30.9 Mbps理論上的TCP/IP吞吐量 (1500 byte)1.6 Mbps5.9 Mbps24.4 Mbps24.4 Mbps兼容性N/A與11g產(chǎn)品可互通與11b/g不能互通與11b產(chǎn)品可互通11各個國家授權(quán)使用的頻段各個國家授權(quán)使用的頻段Channel Freq (GHz) US/Can Europe Japan 1 2.412xx2 2.417xx3 2.422xx4 2.427xx5 2.432xx6 2.437xx7 2.442xx8 2.447xx9 2.452xx10 2.457xx11 2.462xxx12 2.

6、467x13 2.472x14 12802.11b/g工作頻段劃分圖工作頻段劃分圖13蜂窩式無線覆蓋蜂窩式無線覆蓋l 任意相鄰區(qū)域使用無頻率交叉的頻道，如：1、6、11頻道 。l 適當(dāng)調(diào)整發(fā)射功率，避免跨區(qū)域同頻干擾。l 蜂窩式無線覆蓋實現(xiàn)無交叉頻率重復(fù)使用。14WLAN產(chǎn)品對人體的電磁輻射是安全的產(chǎn)品對人體的電磁輻射是安全的l 很多的研究已經(jīng)證明，WLAN產(chǎn)品可以在家庭及商業(yè)中使用，對人體來說是安全。l 典型的WLAN產(chǎn)品，如AP（Access Point，接入點），輸出功率為100mw，對于網(wǎng)卡來說，通常只有10mw至50mw。相比較來說，手機的發(fā)射功率在通話時可以超過1W，而無線對講機甚

7、至可以達(dá)到5 W。l 政府有相關(guān)的法令對發(fā)射功率進(jìn)行嚴(yán)格的限制，因此通過政府相關(guān)部門認(rèn)證過的無線設(shè)備對人體是無害的。n WLAN基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識n 802.11協(xié)議族協(xié)議族n WLAN設(shè)備設(shè)備n WLAN的典型部署的典型部署目錄目錄16n 802.11協(xié)議族成員協(xié)議族成員n WLAN網(wǎng)絡(luò)基本概念和組網(wǎng)模式網(wǎng)絡(luò)基本概念和組網(wǎng)模式n WLAN網(wǎng)絡(luò)接入訪問機制網(wǎng)絡(luò)接入訪問機制n WLAN網(wǎng)絡(luò)接入漫游與加密網(wǎng)絡(luò)接入漫游與加密n WLAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)的QoS功能功能 802.11協(xié)議族協(xié)議族17IEEE 802.11無線局域網(wǎng)工作組無線局域網(wǎng)工作組 PHY802.11(1/2 Mbps)802.11b(5

8、.5/11 Mbps)802.11g(54 Mbps)802.11a(54 Mbps)MAC802.11/11a/11b/11g MAC802.11f 漫游和切換漫游和切換802.11e QoS802.11i 安全增強安全增強802.11n(600 Mbps)802.11s mesh802.11r快切快切18802.11網(wǎng)絡(luò)的基本元素網(wǎng)絡(luò)的基本元素 BSSlStations (STA)：任何的無線終端設(shè)備。：任何的無線終端設(shè)備。 lAP （Access Point）：一種特殊的）：一種特殊的STAlBSS：Basic Service SetBSS1BSS2STA1STA2STA3STA5STA

9、6STA4APAP19802.11網(wǎng)絡(luò)的基本元素網(wǎng)絡(luò)的基本元素 DSl DS（Distribution System）：分布式系統(tǒng)）：分布式系統(tǒng)BSS2APBSS1APDS20802.11網(wǎng)絡(luò)的基本元素網(wǎng)絡(luò)的基本元素 SSIDAP1SSID“marketing”SSID：Service Set ID 服務(wù)集識別碼服務(wù)集識別碼STASTASTA21802.11網(wǎng)絡(luò)的基本元素網(wǎng)絡(luò)的基本元素 ESSl ESS（Extended Service Set）是采用相同的）是采用相同的SSID的多個的多個BSS形成的更形成的更大規(guī)模的虛擬大規(guī)模的虛擬BSS。ESSBSS2AP2Service set ide

10、ntify (SSID1)BSS1AP1Service set identify (SSID1)屬于同一VLAN的客戶端DS22CSMA/CA（載波偵聽多點接入避讓機制）（載波偵聽多點接入避讓機制）Frame Exchange Frame ExchangeFrameExchangeFrameExchangeDIFSDIFSDIFSSTA 1STA 2STA 3STA 4退避窗口退避窗口退避窗口分布式幀間隔（分布式幀間隔（DCF interframe space ，簡稱，簡稱DIFS）23802.11MAC層工作原理層工作原理 概述概述l 802.11MAC層負(fù)責(zé)客戶端與層負(fù)責(zé)客戶端與AP之間的

11、通訊。之間的通訊。 主要功能包括：掃描、接入、認(rèn)證、加密、漫游和同步。l 802.11MAC 報文分類：報文分類：數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀 用戶的數(shù)據(jù)報文控制幀控制幀 協(xié)助發(fā)送數(shù)據(jù)幀的控制報文，例如：RTS、CTS、ACK等管理幀管理幀 負(fù)責(zé)STA和AP之間的能力級的交互，認(rèn)證、關(guān)聯(lián)等管理工作 例如：Beacon、Probe、Association及Authentication等24802.11MAC層工作原理層工作原理 用戶接入管理過程用戶接入管理過程STAAP Discovery選擇AP(采用偵聽Beacon幀或發(fā)送Probe幀)AuthenticationAssociation和建立Associat

12、ion關(guān)系的AP收發(fā)數(shù)據(jù)25802.11MAC層工作原理層工作原理 Scanningl 802.11MAC 使用使用Scanning功能來完成功能來完成Discovery尋找和加入一個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)STA漫游時尋找一個新的AP 通過偵聽AP定期發(fā)送的Beacon幀來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。 在每個信道上發(fā)送Probe request報文，從Probe Response中獲取BSS的基本信息。26802.11 MAC層工作原理層工作原理 AuthenticationSTAAPAuthentication requestAuthentication Response (success)STAAPAuthenticati

13、on requestPlain text challengeCipher text challengeAuthentication Response (success)預(yù)置Key用Key加密明文密文解密和明文比較預(yù)置KeyOpen-system Authentication過程Shared-Key Authentication過程27802.11MAC層工作原理層工作原理 AssociationSTAAPAssociation request (SSID)Association ResponseSTANew AP數(shù)據(jù)Old AP檢測到New AP信號強Reassociation請求(SSID)

14、Reassociation應(yīng)答Association過程Reassociation過程28什么是漫游什么是漫游lSTA可以在屬于同一個ESS的AP接入點接入；lSTA可以在Wireless網(wǎng)絡(luò)中任意移動；l保證已有的業(yè)務(wù)不中斷，用戶的標(biāo)識（IP地址）不改變。STAAPAP移動ESS29漫游的分類漫游的分類l二層漫游 在同一個子網(wǎng)內(nèi)的AP間漫游l三層漫游 在不同子網(wǎng)內(nèi)的AP間漫游VLAN1IP:1.0.0.1VLAN1APAPVLAN1L2網(wǎng)絡(luò)STA移動二層漫游VLAN1IP:1.0.0.1VLAN1APAPVLAN2L3網(wǎng)絡(luò)STA移動三層漫游30802.11WEP加密加密STAAP加密報文IV

15、值IV靜態(tài)KeyKey生成器Key流XOR用戶數(shù)據(jù)明文發(fā)送的加密報文IV靜態(tài)KeyKey生成器Key流XOR用戶數(shù)據(jù)明文接收的加密報文IV：initialization Vender 初始向量WEP：Wired Equivalent Privacy 有線對等私有協(xié)議31802.11技術(shù)在技術(shù)在QOS方面存在的缺陷方面存在的缺陷 最初的最初的802.11技術(shù)是為滿足用戶的數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計的，根本沒有考慮多業(yè)務(wù)技術(shù)是為滿足用戶的數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計的，根本沒有考慮多業(yè)務(wù)承載。承載。l 802.11采用的DCF(（distributed coordination function，分布式協(xié)調(diào)功能）調(diào)度模式是

16、基于CSMA/CA原理，最終的效果是所有用戶發(fā)送的報文平等地競爭無線資源。l 由于沒有區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級的機制，造成AP和終端在對外發(fā)送報文時對報文按同等優(yōu)先級對待。當(dāng)發(fā)生流量擁塞時，需要優(yōu)先處理的報文（例如語音報文）和普通的報文（例如瀏覽網(wǎng)頁的報文）會按相同的概率被丟棄。l 和有線網(wǎng)絡(luò)相對完善的QOS機制無法很好地銜接。32802.11e 協(xié)議協(xié)議 QOS保證保證 802.11e針對針對DCF模式進(jìn)行了改進(jìn)，支持模式進(jìn)行了改進(jìn)，支持EDCA（Enhanced Distribution Coordinate Acess，增強型分布式協(xié)調(diào)訪問機制），增強型分布式協(xié)調(diào)訪問機制）的媒體訪問機制的媒體訪問

17、機制l支持8個業(yè)務(wù)優(yōu)先級的報文標(biāo)記(類似于有線網(wǎng)絡(luò)中的802.1P)l業(yè)務(wù)優(yōu)先級可被映射到4個輸出隊列l(wèi)高優(yōu)先級的報文優(yōu)先獲取無線空口的訪問能力33802.11e 協(xié)議協(xié)議 EDCA調(diào)度模式調(diào)度模式優(yōu)先級隊列1優(yōu)先級隊列2優(yōu)先級隊列3優(yōu)先級隊列4BusyFrameTimeIFS4CW4IFS3CW3FrameIFS2CW2FrameIFS1CW1FrameAP和用戶等待發(fā)送的數(shù)據(jù)的調(diào)度機制：n WLAN基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識n 802.11協(xié)議族協(xié)議族n WLAN設(shè)備設(shè)備n WLAN的典型部署的典型部署目錄目錄35n 什么是什么是FAT（胖）（胖） APn 什么是無線網(wǎng)橋什么是無線網(wǎng)橋n 什么是無線

18、交換機和什么是無線交換機和FIT（瘦）（瘦） APn 天線工作原理及參數(shù)介紹天線工作原理及參數(shù)介紹 WLAN設(shè)備設(shè)備36FAT AP設(shè)備功能設(shè)備功能l 802.11a/b/g網(wǎng)管、二層漫游, 安全802.1x認(rèn)證,802.11e QoS天線加密37FAT AP設(shè)備的典型組網(wǎng)設(shè)備的典型組網(wǎng)l 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)模式：AP1APnSTAsl 家庭或soho網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)模式：APADSL ModemWAN以太交換機以太交換機PCSTAs企業(yè)核心網(wǎng)企業(yè)核心網(wǎng)38802.11無線網(wǎng)橋無線網(wǎng)橋l 無線網(wǎng)橋是一種采用無線技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連的特殊功能的AP。l 無線網(wǎng)橋根據(jù)傳輸距離的不同可分為工作組網(wǎng)橋和長距專業(yè)網(wǎng)橋

19、。l 為了防止信號大幅度衰減，網(wǎng)橋組網(wǎng)時兩個網(wǎng)橋之間通常不能有障礙物的阻擋。l 以室外作為主要應(yīng)用環(huán)境的無線網(wǎng)橋一般在設(shè)計時都會考慮適應(yīng)一些惡劣的應(yīng)用環(huán)境。39802.11無線網(wǎng)橋的典型組網(wǎng)無線網(wǎng)橋的典型組網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)A有線網(wǎng)絡(luò)B有線網(wǎng)絡(luò)互連有線網(wǎng)絡(luò)互連無線網(wǎng)絡(luò)互連無線網(wǎng)絡(luò)互連有線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)A多網(wǎng)絡(luò)互連多網(wǎng)絡(luò)互連1208E網(wǎng)絡(luò)B網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋網(wǎng)橋40FAT AP組網(wǎng)的局限性組網(wǎng)的局限性l FAT AP組網(wǎng)更適合在家庭和中小型網(wǎng)絡(luò)中使用，無法滿足大組網(wǎng)更適合在家庭和中小型網(wǎng)絡(luò)中使用，無法滿足大型的無線企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的需求，這是由于型的無線企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的需求，這是由于FAT

20、 AP自身的特點所決自身的特點所決定的。當(dāng)需要組建大型無線網(wǎng)絡(luò)或需要更多的增值服務(wù)時：定的。當(dāng)需要組建大型無線網(wǎng)絡(luò)或需要更多的增值服務(wù)時：41802.11 a/b/g天線加密網(wǎng)管、三層漫游, 安全802.1x認(rèn)證,802.11e QOSAP點監(jiān)測點監(jiān)測用戶防火墻用戶防火墻網(wǎng)絡(luò)自愈網(wǎng)絡(luò)自愈RF 管理管理無線欺騙防護(hù)無線欺騙防護(hù)802.11a/b/g網(wǎng)管、二層漫游, 安全802.1x認(rèn)證,802.11e QOS天線加密FAT APFIT AP無線交換機和無線交換機和FIT AP的功能的功能更易管理的無線解決方案 42天線在無線系統(tǒng)中的使用天線在無線系統(tǒng)中的使用典型無線系統(tǒng)典型無線系統(tǒng)發(fā)射器空間介質(zhì)

21、接收器發(fā)射天線 接收天線 43電磁波電磁波電場電場電場電場電場電場振子振子電波傳輸方向電波傳輸方向磁場磁場磁場磁場44功率計算單位功率計算單位: dB, dBm, dBw dB是用來測量被測量功率與某一基準(zhǔn)功率的比值。它的數(shù)值等于被測量功率與基準(zhǔn)功率的比值取以10為底的對數(shù)，再乘以10。當(dāng)基準(zhǔn)功率取為1mw時，此dB值以dBm表示。當(dāng)基準(zhǔn)功率取為1w時，此dB值以dBw表示。公式： 測量功率(dB) = 10 * lg(測量功率/參考功率)45主要無線技術(shù)指標(biāo)主要無線技術(shù)指標(biāo)l 無線電頻率(Hz)l 發(fā)射功率(dBm)l 接收功率(dBm)接收靈敏度l 發(fā)射天線增益(dBi)l 天線極化方向l

22、 天線方向圖46天線的工作頻率天線的工作頻率 天線的工作頻率范圍：天線的工作頻率范圍： 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將減小。47天線的方向性天線的方向性 全向天線全向天線 發(fā)射天線的基本功能之一是把從AP取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。 水平面上各向能量輻射相等的天線稱為全向天線。水平面上各向能量輻射相等的天線稱為全向天線。圖 c 水平面方向圖圖b 垂直面方向圖各向同性點狀天線能量輻射形狀全向天線能量輻射形狀圖a 天線能量輻射形狀圖48天線的方

23、向性天線的方向性 定向天線定向天線 水平面上各向能量輻射不等的天線稱為定向天線。水平面上各向能量輻射不等的天線稱為定向天線。全向陣全向陣 （垂直陣列（垂直陣列 不帶平面反射板）不帶平面反射板）扇形區(qū)覆蓋扇形區(qū)覆蓋 （垂直陣列（垂直陣列 帶平面反射板）帶平面反射板）平面反射板平面反射板49天線增益天線增益10dBm20dBm13dBm一個各向同性的天線在所有方向一個各向同性的天線在所有方向具有相同的輻射能量具有相同的輻射能量一個具有一定增益的天線只在一個具有一定增益的天線只在某個特定方向才具有輻射能量某個特定方向才具有輻射能量一個一個3dBi增益的天線，輻射增益的天線，輻射能量的范圍在能量的范圍

24、在50% 的空間的空間點狀天線50天線的極化天線的極化垂直極化垂直極化 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化化是最常用的；水平極化是最常用的；水平極化也是要被用到的。也是要被用到的。 水平極化水平極化EE51波束寬度波束寬度 60峰值峰值 - 3dB點點 - 3dB點點3dB 波束寬度波束寬度15峰值峰值 - 3dB點點 -

25、 3dB點點旁瓣旁瓣主瓣主瓣52天線方向圖天線方向圖2.4G室外高增益全向天線室外高增益全向天線全向天線增益:11dBi工作在2.4G頻段用于地廣人稀地區(qū)的大范圍覆蓋水平方向圖垂直方向圖53天線方向圖天線方向圖2.4G室外高增益定向天線室外高增益定向天線面板型定向天線增益:11dBi工作在2.4G頻段適用于高密度接入覆蓋水平方向圖垂直方向圖54無線傳輸?shù)母蓴_因素?zé)o線傳輸?shù)母蓴_因素 障礙物障礙物功率在穿過障礙物后衰減墻，門，等等。墻，門，等等。55各類障礙物對無線信號的衰減效果對比各類障礙物對無線信號的衰減效果對比材料材料應(yīng)用場景應(yīng)用場景對信號的衰減程度對信號的衰減程度木頭木頭門、隔間門、隔間弱

26、弱塑料塑料隔層隔層弱弱玻璃玻璃窗戶窗戶弱弱磚磚建筑墻建筑墻一般一般陶瓷陶瓷天花板、墻面裝修天花板、墻面裝修強強鋼筋混泥土鋼筋混泥土支撐墻、地板支撐墻、地板強強金屬金屬天花板、墻面裝修、電梯天花板、墻面裝修、電梯很強很強56無線傳輸?shù)母蓴_因素?zé)o線傳輸?shù)母蓴_因素 電磁干擾電磁干擾l 2.4GHz為ISM頻段，不許授權(quán)即可使用。l 同一區(qū)域內(nèi)AP之間的互相干擾。l 其他工業(yè)設(shè)備的干擾 微波爐 雙向?qū)ず粝到y(tǒng) 等等57WLAN設(shè)備的實際工作性能設(shè)備的實際工作性能 吞吐率吞吐率l802.11g標(biāo)準(zhǔn)描述的速率為標(biāo)準(zhǔn)描述的速率為54 Mbps，此為物理層傳輸速率。實際可獲得，此為物理層傳輸速率。實際可獲得的速率為一半的速率為一半 (20-24Mbps max) 其他用于協(xié)議封裝或沖突避免開銷l干擾實際吞吐率的因素干擾實際吞吐率的因素不穩(wěn)定是無