網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第25講

1、第十一章第十一章 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)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(lái)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(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的延伸；另一方面，隨著移動(dòng)設(shè)備的日益普及，有線信息點(diǎn)的固定性使筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備還不能成為真正意義上的移動(dòng)工具。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)很好地解決了此類問題，使得移動(dòng)設(shè)備擺脫了有線的束縛，更好地發(fā)揮其靈活、移動(dòng)的特性，作為有線網(wǎng)絡(luò)的延伸，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來(lái)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(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品為例介紹各主要部件的性能特點(diǎn)。 11.1.1

2、 無(wú)線局域網(wǎng)的概念無(wú)線局域網(wǎng)的概念o無(wú)線局域網(wǎng)是于 1990 年出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活中的。當(dāng)它出現(xiàn)時(shí)，就有人預(yù)言完全取消電纜和線路連接方式的時(shí)代即將來(lái)臨。目前，隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日趨完善，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品價(jià)格的持續(xù)下調(diào)，無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用范圍也迅速擴(kuò)展。過去，無(wú)線 LAN 僅限于工廠和倉(cāng)庫(kù)使用，現(xiàn)在已進(jìn)入辦公室、家庭，乃至其他公共場(chǎng)所。無(wú)線局域網(wǎng)是指以無(wú)線信道作傳輸媒介的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network ， WLAN)。它是無(wú)線通信、計(jì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)至關(guān)重要的組成部分。 目前，無(wú)線通信一般有兩種傳輸手

3、段，即無(wú)線電波和光波。無(wú)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(wú)線局域網(wǎng)的概念無(wú)線局域網(wǎng)的概念o短波、超短波類似電臺(tái)或電視臺(tái)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(wú)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(wú)線局域網(wǎng)中一般不用。因此，微波是無(wú)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(hào)。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(hào)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(diǎn)，擴(kuò)頻通信迅速地在民用、商用通信領(lǐng)域普及開來(lái)

4、。在國(guó)內(nèi)，近年來(lái)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(wú)線局域網(wǎng)的特點(diǎn)無(wú)線局域網(wǎng)的特點(diǎn)o1.移動(dòng)性移動(dòng)性為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公是開發(fā)無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的最基本目的。無(wú)線局域網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)移動(dòng)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(diǎn)不可移動(dòng)的問題。因而廣泛適用于需要可移動(dòng)數(shù)據(jù)處理或無(wú)法進(jìn)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(shí)或挖溝走線或架空走線，受地勢(shì)、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(shí)架設(shè)、隨時(shí)增加鏈路進(jìn)行擴(kuò)容；而無(wú)線局域網(wǎng)采用 2.4GHz 民用通信頻率，無(wú)需布線、無(wú)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(shí)擴(kuò)容。11.1.2 無(wú)線局域網(wǎng)的特點(diǎn)無(wú)線局域網(wǎng)的特點(diǎn) 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(wú)線局域網(wǎng)采用的無(wú)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。o4.可靠性有線局域網(wǎng)的電纜線路存在信號(hào)衰減的問題，即隨著線路的擴(kuò)展而信號(hào)質(zhì)量急劇下降，而且誤碼率高,而無(wú)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(hào)此類問題。一般來(lái)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(shí)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(shí)，另外一條很

6、可能同樣由于整個(gè)電纜被挖斷或被破壞、配線架損壞、轉(zhuǎn)接局?jǐn)嚯姷仍?，而同時(shí)中斷。如果利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行備份，當(dāng)有線線路中斷時(shí)，則可將通信鏈路切換到無(wú)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(wú)線局域網(wǎng)的特點(diǎn)無(wú)線局域網(wǎng)的特點(diǎn)o 5.易維護(hù)易維護(hù)有線局域網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)需沿線路進(jìn)行測(cè)試檢查，出現(xiàn)故障時(shí)，一般很難及時(shí)找出故障點(diǎn)，而無(wú)線局域網(wǎng)只需對(duì)天線、無(wú)線接入器和無(wú)線網(wǎng)卡進(jìn)行維護(hù)，出現(xiàn)故障時(shí)則能快速找出原因，恢復(fù)線路正常運(yùn)行。 o 綜上所述，無(wú)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)

7、絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)論是選擇有線還是無(wú)線，都應(yīng)根據(jù)具體情況因地制宜，量體裁衣。11.1.3無(wú)線局域網(wǎng)的使用范圍無(wú)線局域網(wǎng)的使用范圍o 根據(jù)無(wú)線局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)，其應(yīng)用情況可分為兩類：一類作為半移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；另一類作為全移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。1.半移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用半移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 在半移動(dòng)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(wú)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(wú)線局域網(wǎng)的價(jià)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(wú)線的特長(zhǎng)：大型辦公室、車間；超市、智能倉(cāng)庫(kù)；臨時(shí)辦公室、會(huì)議室；證券市場(chǎng)等。 11.1.3無(wú)線局域網(wǎng)的使用范圍無(wú)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(wú)線局域網(wǎng)的高效率、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)。在公共通信網(wǎng)不發(fā)達(dá)的狀態(tài)下，無(wú)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(wú)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(dòng)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(cè)、實(shí)驗(yàn)等流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，軍事、公安流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等。2.全移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用全移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 無(wú)線局域網(wǎng)與有線主干網(wǎng)構(gòu)成移動(dòng)計(jì)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(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展方向。如果一個(gè)城市建設(shè)了這樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，那么計(jì)算機(jī)接

9、入 Internet 將同用手機(jī)通話一樣方便。 11.2 無(wú)線網(wǎng)協(xié)議無(wú)線網(wǎng)協(xié)議o 無(wú)線通信的發(fā)展日新月異，從“藍(lán)牙”到第三代移動(dòng)通信，新技術(shù)層出不窮，尤其是無(wú)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?yàn)槿绱?，目前無(wú)線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)較多，處于眾多標(biāo)準(zhǔn)共存時(shí)期。下面簡(jiǎn)單介紹主要的無(wú)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(kuò)頻 ( 又稱 DSSS ； Direct Sequence Spread Spectrum) 作為調(diào)變技術(shù)，所謂直序擴(kuò)頻是將原來(lái) 1 位的信號(hào)，利用 10 個(gè)以上的位來(lái)表

10、示，使得原來(lái)高功率、窄頻率的訊號(hào)，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。 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(wàn)，這個(gè)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(zhǎng)速度卻是扶搖直上。 11.2 無(wú)線網(wǎng)協(xié)議無(wú)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(dá) 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(shí)際數(shù)據(jù)率最多為 6Mbps ，因此 802.11a 被視為下一代高速無(wú)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(jìng)爭(zhēng)標(biāo)準(zhǔn)：一家為 Intersil ，以 OFDM 為通訊

12、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 IEEE 802.11g 工作小組對(duì) 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(wú)線網(wǎng)協(xié)議無(wú)線網(wǎng)協(xié)議o 所有的無(wú)線 LAN 都使用未注冊(cè)頻譜，因此，它們易受干擾，并引起傳輸出錯(cuò)。當(dāng)傳輸出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，所傳輸?shù)男畔⒈仨氈匕l(fā)，勢(shì)必浪費(fèi)帶寬。如果差錯(cuò)率達(dá)到 50% ，則會(huì)使數(shù)據(jù)率減少三分之二。就 802.11b 而言， 6Mbps 的實(shí)際數(shù)據(jù)率減去差錯(cuò)重發(fā)開銷后只剩下 2Mbps ，在網(wǎng)絡(luò)上只能實(shí)現(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)共享的半雙工通信。 在無(wú)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(wú)線網(wǎng)協(xié)議無(wú)線網(wǎng)協(xié)議無(wú)線 lan 系統(tǒng)物理層數(shù)據(jù)率 (Mbps)實(shí)際數(shù)據(jù)率 (Mbps) 最大傳輸距離 ( 米 ) 頻率(GHz) Qos 推出時(shí)間 802.11b 116 1002.4無(wú)2000 年802.11a 5431805無(wú)2001 年802.11g 54 121505無(wú)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(lái)的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 11.2 無(wú)線網(wǎng)協(xié)議無(wú)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(gè) 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(guó)家。 802.11e ，該標(biāo)準(zhǔn)將對(duì) 802.11 網(wǎng)絡(luò)增加 Qos 能力，它將用時(shí)分多址方案取代類似以太網(wǎng)的 MAC 層，并對(duì)重要的業(yè)務(wù)增加額外的糾錯(cuò)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(gè)不同的交換分區(qū) ( 無(wú)線信道 ) 之間，或在加到 2 個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)上的接入點(diǎn)之間漫游的同時(shí)保持連接。 802.11h ，該標(biāo)準(zhǔn)意在對(duì) 80

15、2.11a 的傳輸功率和無(wú)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(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，即美國(guó)政府“官方”加密算法的一個(gè)完整的新標(biāo)準(zhǔn)。 802.11j 。這是個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)，目前只是一個(gè)草案，尚未組成特別工作組進(jìn)行討論。預(yù)計(jì)，該標(biāo)準(zhǔn)將使 802.11a 和 hiperlan2 這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在同一頻率共存。11.2.2無(wú)線局域網(wǎng)的工作原理無(wú)線局域網(wǎng)的工作原理o無(wú)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(wú)線接入器、無(wú)線網(wǎng)橋、無(wú)線網(wǎng)卡等設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)

16、無(wú)線通信。 以無(wú)線網(wǎng)卡為例，一個(gè)無(wú)線網(wǎng)卡主要包括 NIC 單元、擴(kuò)頻通信機(jī)和天線三個(gè)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(shí)現(xiàn)無(wú)線電信號(hào)的接收和發(fā)送。當(dāng)計(jì)算機(jī)要接收信息時(shí)，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(duì)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(hào)有錯(cuò)，則通過天線發(fā)送給對(duì)方一個(gè)出錯(cuò)信息，通知發(fā)送方重新發(fā)送。當(dāng)計(jì)算機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，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(cè)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(cè)。11.2.3 無(wú)線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)線局域