第八章无线局域网技术
第八章 无线局域网技术
无线网络使用各种无线通信技术为各种移动设备提供必要的物理接口,实现物理层和数据链路层的功能。
无线网络是计算机网络技术和无线通信技术相结合的产物。
一 蓝牙技术与标准
1 蓝牙技术的基本概念
蓝牙是一种开放性的、短距离无线通信技术标准。可以实现在各种数字设备之间灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。
蓝牙系统结构的基本特征主要表现在:网络拓扑、交换模式、节能模式、抗干扰性能、鉴权与加密、话音编码、软件结构等方面。
蓝牙的软件体系是一个独立的操作系统,不与任何操作系统捆绑。
蓝牙的软件结构标准包括核心和应用协议栈两大部分。
蓝牙协议的核心部分主要定义蓝牙的技术细节。
蓝牙协议的应用协议栈则为全球兼容性奠定了基础。
蓝牙标准主要定义的是底层协议,也定义了一些高层协议和相关接口。具体协议分为4层:① 核心协议 ② 蓝牙电缆替代协议RFCOMM ③ 电话传送控制协议TCB BIN/AT ④ Internet应用相关的一些高层协议。
2 蓝牙系统的主要参数与技术指标(只列举应该记住的)
① 双工方式:TDD
② 业务类别:同时支持电路交换及分组交换业务。
③ 异步信道速率:非对称连接 723.2kbps / 57.6kbps
对称连接 433.9kbps(全双工模式)
④ 同步信道速率:64kbps(3个全双工信道)
⑤ 信道数:79
⑥ 数据连接方式:面向连接业务SCO,无连接业务ACL
⑦ 密钥:以8bit为单位递减,最长128bit
⑧ 网络拓扑结构:Ad hoc、Piconet、Scatternet结构
二 HiperLAN技术与标准
1 HiperLAN技术的基本概念
HiperLAN是一种在欧洲应用的无线局域网通信标准的一个子集。有
HiperLAN/1和HiperLAN/2两种标准。
HiperLAN/1标准采用5G射频频率,可以达到上行20Mbps的速率。
HiperLAN/2采用5G射频频率,上行速率可以达到54Mbps。HiperLAN/2系统同3G标准兼容。
在HiperLAN/2的典型网络拓扑结构中,移动终端MT通过接入点AP接入固定网,MT与AP之间的空中接口由HiperLAN/2定义。
一个AP所覆盖的区域称为一个小区,一个小区的覆盖范围在室内一般是30米,在室外一般是150米。
在某一特点时间,MT只能与一个AP通信。
2 HiperLAN/2的主要技术特点
(1)高速数据传输 最高达54Mbps,MAC采用动态TDD模式
(2)面向连接 这种连接在空中接口上是时分双工的,连接分点对点和点对
多点。点对点连接是双向连接,点对多点连接是下行方向单
向连接。另外,HiperLAN/2还可以采用专用广播信道,由同
一个AP向所有MT发送广播信息。
(3)QoS 面向连接
(4)自动频率分配
(5)安全 支持安全认证和加密
(6)移动性 MT与离它最近AP通信,MT与具有最好信噪比的AP通信
(7)网络与应用无关
(8)省电 HiperLAN/2的省电机制是基于MT对睡眠期的初始约定。
MT可以在任何时候要求AP进入低功耗状态,并且请求特定
的睡眠周期。睡眠周期结束后,MT将检测有无AP发来的激
活指示,如果没有,就进入下一个睡眠周期。睡眠期间,AP
不发生用户数据。
三 IEEE 802.11标准
1 IEEE 802.11标准的基本概念
IEEE 802.11无线局域网标准定义了物理层和介质访问控制子层MAC协议的规范,它使结点在对等的基础上互联,或通过集线器与Internet网关连接。
802.11定义了两种类型的设备:无线结点和无线接入点。
无线结点通常是在一台接入设备上加上一块无线网络接口卡构成。
无线接入点的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。
一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口(802.3接口)构成,桥接软件符合802.1d桥接协议。
802.11最初定义的三个物理层包括了两个扩频技术和一个红外传播规范,无线传输的频道属于非注册频道,用户使用不需要预先申请就可以使用。
802.11的MAC和802.3的MAC协议非常相似,都是在一个共享媒体之上支持多个用户共享资源,由发送者在发送数据前先进行网络的可用性检查。
在802.11无线局域网协议中,冲突的检测存在一定的问题,这个问题称为“Near/Far”现象。
在802.11中对CSMA/CD进行了一些调整,采用了新的协议CSMA/CA或者DCF。
CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生,也就是说,只有当客户的收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据已经正确到达目的地。
另一个无线MAC层的问题是“hidden node”问题。两个工作站利用一个中心接入点进行连接,这两个工作站都能感知中心接入点的存在,而互相之间由于障碍或距离原因无法感知对方的存在。
为了解决这一问题,802.11在MAC层上引入了一个新的Send/Clear to Send(RTS/CTS)选项,但这个选项打开后,一个发送工作站传送一个RTS信号,随后等待接入点回送RTS信号,由于所有的网络中的工作站都能听到接入点发出的信号,所以CTS能够让它们停止传送数据,这样发送端就可以发送数据和接收ACK信号而不会造成数据的冲突,这就间接解决了“hidden node”问题。
在802.11协议中,每一个在无线网络中传输的数据报都被附加上了校验位以保证它在传送的时候不会出现错误。包分片的功能允许大的数据报在传送的时候被分成较小的部分分批传送。MAC子层负责将收到的被分片的大数据报进行重新组装。
目前无线网络的标准有IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g。 目前IEEE 802.11b使用最广泛。
IEEE 802.11b无线局域网的带宽最高可达11Mbps。
IEEE 802.11b使用的是开发的2.4GHz频段,不需要申请就可以使用;既可以作为对有线网络的补充,也可以独立组网。
二 IEEE 802.11b的基本运作模式
IEEE 802.11b运作模式基本分为两种:点对点模式和基本模式。
1 点对点模式(Ad hoc)
点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式。最多可以连接256台PC。
2 基本模式
基本模式是指无线网络规模扩充或无线和有线网络并存时的通信方式。这是最常用的方式。此时,插上无线网卡的PC需要通过接入点与另一台PC连接。一个接入点最多可以连接1024台PC(无线网卡)。
三 IEEE 802.11b的典型解决方案
1 对等解决方案
对等解决方案是一种点对点方案,网络中的电脑只能一对一互相传递信息,而不能同时进行多点访问。
2 单接入点解决方案
无线接入点可以连接周边的无线网络终端,形成星形网络结构,同时通过10BAST-T端口与有线网络相连,使得整个无线网的终端都能访问有线网的资源,并通过路由器访问Internet。
3 多接入点解决方案
当网络规模较大,超出单个接入点的覆盖范围时,可以采用多个接入点分别于有线网络相连。从而形成以有线网络为主干的多接入点的无线网络。
4 无线中继解决方案
信息点的分布范围超出了单个接入点的覆盖半径,那么可以采用两个接入点实现无线中继,扩大网络的覆盖范围。
5 无线冗余解决方案
6 多蜂窝漫游工作方式
微蜂窝系统允许一个用户在不同的接入点覆盖区域内任意漫游,随着位置的变化,自动切换接入点。
总的来说,IEEE 802.11b允许使用任何现有在有线网络上运行的应用程序或网络服务。
四 无线局域网的设计
分六个步骤:
① 对必要的变化进行初步调查
② 对现有网络环境进行分析
③ 制定初步设计方案
④ 确定详细设计方案
⑤ 执行和实施设计
⑥ 整理文档
1 进行初步调查
大多数情况下组建无线局域网是在现有的有线网络的基础上进行扩展或改造。
解答5W问题:Who What When Where Why
2 对现有环境进行分析
充分理解现有网络、系统、用户及应用之间的互相关系及互相作用,发现它们之间存在的问题,并找出切实可行的解决方案。
无线系统主要涉及物理层和数据链路层,客户对无线网络的访问是在客户PC和无线接入点AP之间进行的。为了维护整个网络的一致性,无线网段的入口点非常重要。
3 制定初步设计
解决方案书面化、网络拓扑结构图、数据流图。
4 确定详细设计
确定用户的解决方案,并把所有的支持软件和必不可少的设备记录到最终的部件清单上。
5 执行和实施设计
6 整理文档
整理文档的主要目的就是收集所有相关的网络和系统信息作为将来维持网络的使用寿命与各项功能的参考。
五 常用的无线局域网设备
1 无线网卡
WLAN适配器。最基本的硬件。
2 无线接入点
无线AP,这个设备的基本功能是集合无线或有线终端,其作用类似于集线器和交换机。
3 天线
用以提高数据传输的稳定性和可靠性。
4 无线网桥、无线路由器、无线网关
无线网桥用于连接几个不同的网段,实现较远距离的无线数据通信。 无线路由器和无线网关是具有路由功能的AP,具有NAT功能。
六 无线接入点的安装和调试
接入点是一款无线局域网收发器,主要用于独立无线网络的中心点或无线网络和有线网络之间的连接点。
1 将接入点接入网络
(1)首先应该了解无线接入点的
① 系统名
② 无线网络中对大小写敏感的服务集标识符SSID
③ 如果没有连接到DHCP服务器,则需要为AP指定一个惟一的IP地址 ④ 如果AP与PC不在同一子网内,则需要使用子网掩码和默认网关 ⑤ 简单网络管理协议SNMP集合名称以及SNMP文件属性
(2)可以使用2种方法将AP连接至网络
① 使用线内供电连接以太网;
② 使用本地电源连接以太网。
2 配置无线接入点
第一次配置无线接入点,一般采用本地配置方式,即无需将无线接入点连接到一个有线的网络中。
配置数据含义:
System Name:系统名称,无线接入点的标识
Configuration Server Protocol:配置服务器协议
IP Address:接入点的IP地址
IP Subnet Mask:IP子网掩码
Default Gateway:默认网关IP地址
Radio Service Set ID(SSID):客户端设备用来访问接入点的惟一标识,大小写敏感
Broadcast SSID in Beacon:运行设备不指定SSID而访问接入点