2022年WLAN无线局域网技术 .pdf

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1、1 西安欧亚学院20102011 学年第二学期期末大作业专业：计算机网络技术课程：网络新技术年级： 0902 WLAN 无线局域网技术Wlan技术背景介绍：据 CNNIC 2002年 7 月公布的统计资料，目前中国网民已达到4850 万，CN下注册的域名达到12.6 万。在全球网络经济出现低迷徘徊的时期，中国的互联网业却获得了蓬勃的发展。 尤其是移动通信与互联网的融合，进一步推进了中国互联网业的发展，使网络经济出现了新的赢利模式。据CNNIC统计，中国 4850万网民中采用计算机之外的其他设备（移动终端或信息家电）上网的用户数为129 万，而其中大部分是采用移动终端上网。在移动通信与互联网结合

2、所产生的各种新型技术中，无线局域网（WLAN ）是最值得关注的一项业务。通信网络随着 INTERNET 的飞速发展 , 从传统的布线网络发展到了无线网络，作为无线网络之一的无线局域网WLAN （WirelessLocalAreaNetwork） ，满足了人们实现移动办公的梦想，为我们创造了一个丰富多彩的自由天空。WLAN 是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物， 它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网 LAN （LocalAreaNetwork ）的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。由于 WLAN 是基于计算机网络

3、与无线通信技术，在计算机网络结构中，逻辑链路控制（ LLC ）层及其之上的应用层对不同的物理层的要求可以是相同的，也可以是不同的，因此，WLAN 标准主要是针对物理层和媒质访问控制层(MAC)，涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准如下：（1）IEEE802.11 1990 年 IEEE802 标 准化委 员会成 立 IEEE802.11WLAN标准 工作组。IEEE802.11（别名：Wi-Fi(WirelessFidelity)无线保真） 是在 1997 年 6 月由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准，该标准定义物理层和媒体访问控制(MAC)规范。物理层定义

4、了数据传输的信号特征和调制，定义了两个 RF传输方法和一个红外线传输方法，RF 传输标准是跳频扩频和直接序列扩频，工作在2.40002.4835GHz频段。姓名座位号-密-封-线-名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 2 IEEE802.11 是 IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据访问， 速率最高只能达到2Mbps 。由于它在速率和传输距

5、离上都不能满足人们的需要，所以IEEE802.11 标准被 IEEE802.11b 所取代了。（2）IEEE802.11b 1999 年 9 月 IEEE802.11b 被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2.4-2.4835GHz ，数据传输速率达到11Mbps,传输距离控制在 50-150 英尺。该标准是对 IEEE802.11 的一个补充，采用补偿编码键控调制方式，采用点对点模式和基本模式两运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbps 、5.5Mbps、2Mbps 、1Mbps的不同速率间自动切换，它改变了WLAN 设计状况，扩大了 WLAN 的应用领域。IEEE802

6、.11b 已成为当前主流的WLAN 标准，被多数厂商所采用，所推出的产品广泛应用于办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合，但是由于许多WLAN 的新标准的出现， IEEE802.11a 和 IEEE802.11g 更是倍受业界关注。（3）IEEE802.11a 1999 年， IEEE802.11a 标准制定完成，该标准规定WLAN工作频段在5.15-8.825GHz ，数据传输速率达到54Mbps/72Mbps(Turbo), 传输距离控制在10-100 米。该标准也是 IEEE802.11 的一个补充，扩充了标准的物理层，采用正交频分复用（ OFDM ）的独特扩频技术，采用QFSK 调制

7、方式，可提供 25Mbps的无线 ATM 接口和 10Mbps的以太网无线帧结构接口，支持多种业务如话音、数据和图像等，一个扇区可以接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。IEEE802.11a 标准是 IEEE802.11b 的后续标准，其设计初衷是取代802.11b标准，然而，工作于2.4GHz频带是不需要执照的，该频段属于工业、教育、医疗等专用频段， 是公开的， 工作于 5.15-8.825GHz 频带需要执照的。 一些公司仍没有表示对 802.11a 标准的支持，一些公司更加看好最新混合标准802.11g。（4）IEEE802.11g 目前 ，IEEE 推出 最新 版本 IEEE802

8、.11g 认证 标准 , 该 标准 提 出 拥 有IEEE802.11a 的传输速率，安全性较IEEE802.11b 好，采用 2 种调制方式，含802.11a 中采用的 OFDM 与 IEEE802.11b中采用的 CCK ， 做到与 802.11a 和 802.11b兼容。虽然 802.11a 较适用于企业，但WLAN 运营商为了兼顾现有802.11b 设备投名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 3 资，选用 8

9、02.11g 的可能性极大。（5）IEEE802.11i IEEE802.11i 标准是结合 IEEE802.1x 中的用户端口身份验证和设备验证，对 WLANMAC层进行修改与整合 , 定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善 WLAN的安全性。IEEE802.11i新修订标准主要包括两项内容：Wi-Fi保护访问(Wi-FiProtectedAccess：WPA) 技术和 强健安全网络 (RSN)。Wi-Fi联盟计划采用 802.11i 标准作为 WPA 的第二个版本，并于2004 年初开始实行。IEEE802.11i 标准在 WLAN 网络建设中的是相当重要的， 数据的安全性是 WLAN设备

10、制造商和 WLAN 网络运营商应该首先考虑的头等工作。（6）IEEE802.11e/f/h IEEE802.11e 标准对 WLANMAC层协议提出改进，以支持多媒体传输，以支持所有 WLAN 无线广播接口的服务质量保证QOS 机制。IEEE802.11f ，定义访问节点之间的通讯， 支持 IEEE802.11 的接入点互操作协议（ IAPP） 。IEEE802.11h 用于 802.11a 的频谱管理技术。Wlan技术特点和应用领域技术特点：WLAN 是利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。WLAN 的数据传输速率现在已经能够达到11Mbps ，传输距离可远至 20km以上。它是

11、对有线连网方式的一种补充和扩展， 使网上的计算机具有可移动性， 能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络连通问题。与有线网络相比，WLAN 具有以下优点： 安装便捷一般在网络建设中， 施工周期最长、 对周边环境影响最大的， 就是网络布线施工工程。在施工过程中，往往需要破墙掘地、穿线架管。而WLAN 最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点 (Access Point) 设备，就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。 使用灵活在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而一旦 WLAN建成后，在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。 经济节

12、约名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 4 由于有线网络缺少灵活性， 这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划，又要花费较多费用进行网络改造。而WLAN 可以避免或减少以上情况的发生。 易于扩展WLAN 有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。这样，WLAN 就能胜任从只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络，并且能够提供像“漫游(Roam

13、ing)”等有线网络无法提供的功能。下面再从传输方式、 网络拓扑、网络接口及对移动计算的支持等方面来简述无线局域网的特点。一、传输方式传输方式涉及无线局域网采用的传输媒体、选择的频段及调制方式。目前无线局域网采用的传输媒体主要有两种，即微波与红外线。 采用微波作为传输媒体的无线局域网按调制方式不同，又可分为扩展频谱方式与窄带调制方式。 1 、扩展频谱方式在扩展频谱方式中，数据基带信号的频谱被扩展至几倍几十倍再被搬移至射频发射出去。 这一做法虽然牺牲了频带带宽， 却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。 由于单位频带内的功率降低，对其它电子设备的干扰也减小了。采用扩展频谱方式的无线局域网一般选择所

14、谓的ISM 频段，这里ISM 分别取自Industrial、 Scientific及 Medical 的第一个字母。许多工业、科研和医疗设备辐射的能量集中于该频段。欧美日等国家的无线管理机构分别设置了各自的ISM 频段。例如美国的ISM 频段由902928MHz ，2.4 2.484GHz, 5.725 5.850GHz 三个频段组成。如果发射功率及带外辐射满足美国联邦通信委员会（FCC ）的要求，则无需向FCC提出专门的申请即可使用这些ISM频段。 2 、窄带调制方式在窄带调制方式中，数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。与扩展频谱方式相比，窄带调制方式占用频带少，频带利

15、用率高。采用窄带调制方式的无线局域网一般选用专用频段，需要经过国家无线电管理部门的许可方可使用。 当然，也可选用 ISM频段，这样可免去向无线电管理委员会申请。但带来的问题是， 当邻近的仪器设备或通信设备也在使用这一频段时，会严重影响通信质量，通信的可靠性无法得到保障。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 5 3、红外线方式基于红外线的传输技术最近几年有了很大发展。目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用的红外线传输技术

16、。作为无线局域网的传输方式， 红外线方式的最大优点是这种传输方式不受无线电干扰，且红外线的使用不受国家无线管理委员会的限制。然而，红外线对非透明物体的透过性极差，这导致传输距离受限制。应用领域：作为有线网络无线延伸， WLAN可以广泛应用在生活社区、游乐园、旅馆、机场车站等游玩区域实现旅游休闲上网；可以应用在政府办公大楼、 校园、企事业等单位实现移动办公， 方便开会及上课等； 可以应用在医疗、 金融证券等方面，实现医生在路途中对病人在网上诊断，实现金融证券室外网上交易。对于难于布线的环境，如老式建筑、沙漠区域等，对于频繁变化的环境，如各种展览大楼；对于临时需要的宽带接入，流动工作站等，建立WL

17、AN 是理想的选择。1、销售行业应用对于大型超市来讲，商品的流通量非常大，接货的日常工作包括定单处理、送货单、入库等需要在不同地点的现场将数据录入数据库中。仓库的入库和出库管理，物品的搬动较多，数据在变化，目前，很多的做法是手工做好记录，然后再将数据录入数据库中，这样费时而且易错，采用WLAN ，即可轻松解决上面两个问题，在超市的各个角落，在接货区、在发货区、货架、中仓库中利用WLAN ，可以现场处理各种单据。2、物流行业应用随着我国 WTO 的加入，各个港口、储存区对物流业务的数字化提出了较高的要求。一个物流公司一般都有一个网络处理中心，还有些办公地点分布在比较偏僻的地方，对于那些运输车辆、

18、装卸装箱机组等的工作状况，物品统计等等，需要及时将数据录入并传输到中心机房。部署WLAN 是物流业的一项现代化必不可少的基础设施。3、电力行业应用如何对遥远的变电站进行遥测、遥控、遥调，这是摆在电力系统的一个老问题。WLAN 能监测并记录变电站的运行情况，给中心监控机房提供实时的监测数据，也能够将中心机房的调控命令传入到各个变电站。这是WLAN 在电力系统遍布到千家万户，但又无法完全用有线网络来检测与控制的一个潜在应用。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10

19、 页 - - - - - - - - - 6 4、服务行业应用由于 PC机的移动终端化、小型化，一个旅客在进入一个酒店的大厅要及时处理邮件，这时酒店大堂的InternetWLAN 接入是必不可少的；客房Internet无线上网服务也是需要的， 尤其是星级比较高的酒店， 客人可能在床上躺着上网，客人希望无线上网无处不在，由于WLAN 的移动性、便捷性等特点，更是受到了一些大中型酒店的青睐。在机场和车站是旅客候机候车的一段等待时光，这时打开笔记本电脑来上上网，何尝不是高兴的事儿，目前，在北美和欧洲的大部分机场和车站，都部署了WLAN ，在我国，也在逐步实施和建设中。5、教育行业应用WLAN 可以让

20、教师和学生对教与学的时时互动。学生可以在教师、宿舍、图书馆利用移动终端机向老师问问题、提交作业；老师可以时时给学生上辅导课。学生可以利用 WLAN 在校园的任何一个角落访问校园网。WLAN 可以成为一种多媒体教学的辅助手段。6、证券行业应用有了 WLAN ，股市有了菜市场般的普及和活跃。原来，很多炒股者利用股票机看行情，现在不用了，WLAN 能够让您实现实时看行情，时时交易。股市大户室也可以不去了，不用再为大户室交纳任何费用。7、展厅应用一些大型展览的展厅内，一般都布有WLAN ，服务商、参展商、客户走入大厅内可以随时接入Internet。WLAN 的可移动性、可重组性、灵活性为会议厅和展会中

21、心等具有临时租用性质的服务行业提供了盈利的无限空间。8、中小型办公室 / 家庭办公应用WLAN 可以让人们在中小型办公室或者在家里任意的地方上网办公，收发邮件, 随时随地可以连接上Internet,上网资费与有线网络一样，有了WLAN ，我们的自由空间增大了。9、企业办公楼之间办公应用对于一些中大型企业， 有一个主办公楼， 还有其他附属的办公楼， 楼与楼之间、部门与部门之间需要通信， 如果搭健有限网络， 需要支付昂贵的月租费和维护费，而 WLAN 不需要，也不需要综合布线，一样能够实现有限网络的功能。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

22、- - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 7 Wlan技术细节和待解决问题描述：技术细节：Wlan分为一下几类：独立式 WLAN （Independent WLANs，ad hoc ）一个构造简单的独立的无线局域网是由带无线射频网络适配卡（ISA 或 PCI接口）的 PC机所构成，只相当于对等网（peer to peer）的形式。当需要二个或二个以上的无线网卡并行连接时，就可构置成独立式WLAN 。一个独立的无线局域网中， AP可以使用，也可以不用。在不使用 AP时 （如图 1） ，各个用户之间通过无线直接互连，

23、但是通信距离较近，且用户数量较多时，性能较差。使用了AP之后（如图 2） ，无线活动范围扩大了，有效的加倍了无线设备的移动范围。随着AP的增加，活动范围成倍增长。非独立式 WLAN （Infrastructure WLANs）在大多数情况下， 无线通信是作为有线通信的一种补充和扩展。我们把这种情况称为非独立式的WLAN 。 在这种配置下， 多个 AP通过线缆连接在有线网络上，使无线用户能够访问网络的各个部分。AP不仅是一个提供传统网络连通的设备，更是作为无线网络重要的组成部分。使用足够多的AP ，能使网络覆盖整个建筑物（如图 3） 。图 1：不使用 AP 的 WLAN 图 2：使用 AP 的

24、WLAN 图 3 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - 8 微单元无线漫游式局域网（Micro cells and Roaming）无线电波在传播过程中会不断衰减， 无线信号的有效范围取决于发射的电波功率的大小，当电波功率大小额定时，AP 的通讯范围就被限定在一定的范围之内。这个范围被称为微单元。 这是一个类似于移动电话基站的系统，它能有效扩展活动范围。当网络环境存在多个AP ，且它们的微单元互相有一定范围的重合时，

25、无线用户可以在整个WLAN 覆盖区内移动，无线网卡能够自动发现附近信号强度最大的 AP ，并通过这个 AP收发数据，保持不间断的网络连接，这就称为无线漫游（如图 4） 。待解决问题描述：标准问题通信业发展到现在，无论在哪个领域，产业链条越来越紧密，上下游厂商与用户的联系、互动显得越来越重要。WLAN产业链条和一般通信产业类似，包括标准制订、芯片设计、设备制造销售、网络建设和接入服务等价值活动等。但是，无论探讨 WLAN 产业链中的任何环节， 我们都必须由 WLAN 技术标准的制订谈起。因此，可以认为WLAN 技术标准是整个产业活动的最源头，也是促进整个产业发展的最重要部分。 WLAN 是由 3

26、Com 、Alctel 、Breezecom 、Cisco 、Colubris 、Enterasys 、Intersil、Intermec 、Symbol等 9 家厂商于 1996 年 3 月共同设立的 WLANA(Wireless LAN Association)联盟开始的， WLANA 的规格于 1997 年 8月获得美国电机电子工程师学会(IEEE) 认可， 从而有了 IEEE802.11 的正式标准，并于 1999 年 9 月颁布 802.11b，截止 2001 年底 802.11b 仍是 WLAN 的主流标准。虽然 IEEE已于 2001 年制订出新的标准802.11a，可支持更高的

27、传输速率，但成本相对较高，市场一般认为 802.11a 在 2002 年尚无法挑战 802.11b 的主流地位，图 4 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 9 而 WLAN 芯片设计、设备制造、网络布建和连机服务将逐渐往802.11a 和 802.11b双模(dualmode) 兼容的趋势发展。尽管 WLAN 在标准上并没有统一，但是，WLAN 依然是目前相对而言技术较为成熟的无线传输方式，而且，上网方式和主要输出

28、接口笔记本计算机与传统有线上网的习惯相当类似，越来越多软硬件内建WLAN NIC， 与 WLAN NIC搭售或可支持 WLAN 功能， 例如 Microsoft在去年推出的 Windows XP支持 WLAN接入，解决了过去使用者WLAN 上网最感不便的 WLAN NIC 驱动程序安装问题。因此，可以说， WLAN 标准问题正在得到逐步解决。射频问题射频干扰 (RF Interference)问题是目前制约 WLAN 发展的重要方面。 WLAN射频干扰就是 WLAN 出现多余的射频讯号，例如，WLAN 中出现不明 AP或 NIC大量且密集地发出射频讯号， 使其它 AP或 NIC 必须等待 WL

29、AN 上的数据传输结束，才能进行正常的传输动作， 上述等待时间可能只有几秒或几分钟，也可能长达数小时或数天， 视侵入的干扰讯息大小而定，但无论如何， 对实际有权限使用 WLAN 的上网者造成某种程度不便。 由于 WLAN 无线传输的特性， 因此可能产生射频干扰的问题，目前尚未有一款适用的解决方案，因此上网者在采用WLAN之前应对WLAN传输性质有充分的认识，并做好导入前的评估动作；而对WLAN网络构建者而言，如何协助用户设置因地制宜的WLAN 网络，将干扰的可能性降至最低，这是 WLAN 厂商能否为用户创造高附加价值的重要关键。但是，WLAN 射频干扰问题并非完全无法改善，相反的，使用者可采取

30、许多行动以避免或改善WLAN 射频干扰现象。首先，分析 WLAN 射频干扰的可能性。在导入WLAN 网络之前，使用者可用一些简单工具检视某个环境( 如住家或办公室 ) 受到射频干扰的可能性。 其次，移除 WLAN 射频干扰的来源。 解决 WLAN 射频干扰问题最有效也最简单的方法，就是移除任何可能的干扰来源，除非干扰源来自于附近区域的另一个WLAN 系统，使用者无权拆除对方的AP 。事实上，在使用者可以控制的环境内，上网者只要把一些发射微波的仪器，比如微波炉、无线电话或蓝芽装置等关机，WLAN射频干扰问题就可以获得相当程度的改善。第三，调整 WLAN AP的频谱波段。 调整 WLAN AP的频

31、谱，选择射频干扰最低的波段，这个方法虽然不能解决所有WLAN 射频干扰问题，但值得一试。最后， 采用 802.11a WLAN 技术标准。WLAN 的新标准 802.11a采用 5GHz频谱，在短中期内，这段频谱的干扰将远较802.11b 所采用的 2.4GHz名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 10 为小， 802.11a 的传输效能也较802.11b 为佳，但值得使用者注意的是，目前802.11a 尚未成为 W

32、LAN 主流，其设备和连机服务的价格都较为昂贵，因此使用者导入 802.11a WLAN必须付出较多的成本。安全性问题另一个重要的问题是安全性。而且，这个问题一直为用户所诟病。若拿无线网络与有线网络相比较的话， 无线网络安全性问题的确引人重视，因为无线网络是利用空气当做数据传输的媒介，所以比较容易受到攻击。为了防止恶意攻击，无线网络标准规格中也制订了称为有线网络标准加密技术(Wired Equivalent Protocol, WEP)的标准。理论上，这个构想可以保护无线网络的私密性，另外WEP 协议也可以防止未经授权就存取无线网络。 WEP协议使用共享于一个基本服务组合(basic serv

33、ice set, BSS)的秘密键值做传输。 BSS指的是一个无线AP与一组相关节点的组合，这个键值用来在资料封包传输前作加密的动作， 封包也必须经过整合性的检查， 以确保在传输中没有被篡改。而在802.11 标准中的小漏洞，是因为里头没有定义共享键值要如何建立。在大部分无线网络中， 是使用单一键值在区域内共享，并且必须要手动设定。这种加密方法的问题出在加密的算法上。WEP 使用的是 RC4算法，这是一种串流加密器 (stream cipher)，它将短的键值展开成为无限制的虚拟随机数键值串，发送者使用这个键值串与明文信息做XOR运算处理并产生密文。XORexclusive or( 互斥或 )

34、 逻辑运算指的是一种二进制系统的逻辑运算子，若两个操作数不同，则结果为1，当两个操作数相同时，其结果为0。依照这项原则，接收者则使用键值产生适当的键值串，并且对密文做XOR 及键值串演运行之后，就可以得到原始的明文了。在 2001 年 8 月， 有两位以色列魏兹曼研究所的专家与另一位思科公司的研究员，在多伦多举行的密码会议上公布他们轻松破解其中加密技术的结果，让用户和网络安全专家不禁质疑上述号称是未来企业电算技术的前景。这三位解密专家利用装置无线网络卡的笔记型计算机，成功窃取网络中的一小部分资料，在不到一小时内即破解用户密码， 而破解密码则是 WEP 中的 RC4加密技术。除此之外，AT&T实验室的研究员也号称可以同样的方法成功破解密码。由此可见，安全性是目前 WLAN 在发展上的一大重要问题，如何克服使用者对于安全性的顾虑是刻不容缓的当务之急。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -