Motorola WIFI网络及安全解决方案.doc
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1、WLAN网络及安全网络解决方案版本:1.02010年5月目录3. 无线网络技术的发展53.1 WLAN协议演进6协议6协议6协议7协议7协议8技术详细剖析93.2.1. MIMO和空分复用93.2.2. 多频点捆绑103.2.3. 802.11 MAC的优化114. 企业无线网络架构134.1. 组网结构144.1.1. WIBB的部署144.1.2. 无线交换机分布部署154.1.3. 集中部署164.1.4. 集中转发174.2 AP的两层部署和三层部署184.3 VLAN的设计194.4 IP地址的设计214.5 企业AP无线网络覆盖234.5.1 室外覆盖244.5.2 室内覆盖244
2、.6 VoWLAN 部署265. 企业所关注的无线网络特性275.1 两层/三层的无缝切换27位于相同的无线交换机下的两个AP间的无缝切换285.1.2 位于不同的无线交换机下的两个AP间的无缝切换295.2 更可靠以及更便捷部署的MESH网络305.3 普通POE模式下的吞吐量测试32网络动态信道分配335.5 Smart RF:网络自愈/自动发射功率调整345.6 网络负载均衡355.7 WMM无线服务质量QoS365.8 VLAN Pooling395.9 高度的安全性405.10 高度的可管理性415.11 高度的可靠性415.12 卓越的加密性能416. 无线网络高可靠冗余方案41当
3、AP发生故障42当链路发生故障42当接入交换机发生故障43当主用无线交换机和核心交换机链路发生故障44当主用无线交换机发生故障447. 无线网络安全方案457.1 基本的安全考虑457.1.1 侵占无线资源45服务区标示符(SSID):46(MAC)过滤:46无线覆盖漏洞47无线信号干扰477.2 Motorola对无线网络的分析和建议47无线通讯安全加密487.2.2 防御潜在的无线网络攻击497.2.3 无线网络准入控制NAC507.3 无线入侵保护系统-Airdefense517.3.1 AirDefense的工作流程53设备的授权分类54检测连接至网络的非法设备54非法AP和用户定位5
4、67.3.5 非法AP和非法用户的阻断577.3.6 LiveView实时远程数据分析577.3.7 无线网络漏洞评估587.3.8 入侵侦测工具597.3.9 无线网络的入侵防御机制607.3.10 降低误判率的机制617.3.11 报警627.3.12 智能型事件管理机制637.3.13 无线网络故障诊断647.3.14 网络数据取证667.3.15 整合有线网络687.3.16 频谱分析697.3.17 Reporting弹性化的报表707.3.18 符合企业的监管政策707.3.19 无线网络仿真717.3.20 Airdefense-企业级的可扩展性727.4 有线网络的安全方案73
5、8. 无线网络管理方案76配置管理76性能管理77故障管理78安全管理79备份管理793. 无线网络技术的发展 无线局域网,也被称为WLAN(Wireless LAN),一般用于大楼内部以及园区内部,典型的覆盖距离从几十米到几百米,而Motorola的一些点对多点的设备可达几十公里,点对点设备甚至可达200公里。目前所采用的技术主要是802.11a/b/g/n。从1997年开始到2009年这12WLAN技术从最早基于调频技术的n,支持的速率从最早的的2M发展到现在的802.11n的300M(单频)与600M (双频),吞吐量提高了300倍。 在WLAN技术发展过程中,Motorola最早参与制
6、定无线网络标准的厂商之一。Mtorola公司在无线网络技术领域拥有非常高的权威与声誉,是IEEE802.11组织的五大缔造者与核心成员之一;是WiFi组织的主要发起人与召集人;Motorola公司多次当选为IEEE802.11组织的轮值主席。 WLAN利用无线技术在空中传输数据、语音与视频信号,作为传统布线网络的一种替代方案或延伸。无线局域网络的出现使得原来有线网络所遇到的问题迎刃而解,它可以使用户任意对有线网络进行扩展与延伸。只要在有线网络的基础上通过无线接入点,无线网络、无线网卡等无线设备使无线通信得以实现。在不进行传统布线的同时,提供有线局域网的所有功能,并能够随着用户的需要随意的更改扩
7、展网络,实现移动应用,无线局域网把个人从办公桌边解放了出来,使他们可以随时随地获取信息,提高了员工的办公效率。对于传统的有线网络,无线局域网的应用价值主要表达在:可移动性:由于没有线缆的限制,用户可以在不同的地方移动工作,网络用户不管在任何地方都可以实时地访问信息。布线容易:由于不需要布线,消除了穿墙或过天花板布线的繁琐工作,因此安装容易,建网时间可大大缩短。组网灵活:WLAN可以组成多种拓扑结构,可以十分容易地从少数用户的点对点模式扩展到上千用户的基础架构网络成本优势:这种优势表达在用户网络需要租用大量的电信专线进行通信的时候,自行组建的WLAN会为用户节约大量的租用费用,在需要频繁移动与变
8、化的动态环境中,无线局域网的投资各有回报。而Motorola的整体解决方案具有更低的成本。虽然有些专家将无线LAN列为“商品”市场,但不同解决方案之间仍有很大的差异,难以进行对等比较。 以成本为例,每个厂商都有自己的公式来证明他们的成本是最低的。在比较基本设备时,可能看不出太大的差异,尤其是作为升级交换式架构的交换,厂商C会提供很低的折扣。不过,当你开始增加必要配置时,你就会看到资金成本以及运营成本之间的差距拉大。这些配置需要年度维护,费用一般是标价的20%,没有折扣。而这些配置是摩托罗拉的标准配置,包括机箱、机位与电源。 除此以外,摩托罗拉无线企业解决方案无疑是最易于实施与运行的解决方案。尤
9、其当您加入自复位、先进的故障排查及稳定的操作系统后,就可以避免大笔隐性无线成本。因此,您的IT工作人员就能把更多的时间用在创造有用的解决方案上,而不是浪费在照顾无线网络上。 3.1 WLAN协议演进3.1.1. 在1997年,IEEE发布无线网络规范协议,这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议,定义了基本的信令规范与一些服务规范。与其他IEEE802标准一样,主要工作在IS0协议最低两层(物理层与数据链路层)。技术采取跳频技术FHSS与直序扩频技术DSSS。在这个标准中,提供了1M与2M的数据传输率。请注意这1M与2M是编码的速率,实际的吞吐量比编码速率的一半还要小一点。因此的最高
10、的有效吞吐量还不到1M。远远达不到无线通信多媒体信息与视频监控信息传递的要求。3.1. 1999年9月IEEE Task Group B(TGb) 在原来802.11的基础上做了修正,802.11b被正式批准,该标准规定WLAN工作频段在2.4-2.4835 GHz,数据传输速率达到11Mbps,该标准是对IEEE 802.11的一个补充,采用补偿编码键控调制方式,采用点对点模式与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11 Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps、1 Mbps的不同速率间自动切换。同样11M也是最高编码速率,的最高的有效吞吐量在5.5M左右。3.1. 199
11、9年,IEEE 802.11a标准制定完成,该标准规定WLAN工作频段在5.15-8.825 GHz,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IEEE 802.11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调制方式,可提供25Mbps的无线ATM接口与10Mbps的以太网无线帧结构接口,支持多种业务如话音、数据与图像等,一个扇区可接入多用户,每个用户可带多个用户终端。 2000年8月,IEEE802.11a协议推出,无线通讯速率可以在6M、9 M、12 M、24 M、36 M、48 M、54
12、 M间,根据通信质量进行调整。54M也是最高编码速率,的最高的有效吞吐量在25M左右。另外需要注意的是IEEE 802.11a标准工作于5.15-8.825 GHz频带需要执照的。在我国国内5GHz频段还没有开放,产品必须经过无线委员会的批准才能使用。这也带来一个好处就与一些无线企业设备a使用5.8G频段,传输的距离比2.4G距离也稍近一些,因此同样范围部署的AP数目也会稍多一些。3.1. 2003年IEEE将OFDM等上的技术应用到2.4G频段上,在此基础上制定了IEEE 802.11g认证标准,该标准拥有IEEE 802.11a的传输速率,安全性较IEEE 802.11b好,采用2种调制方
13、式,含802.11a中采用的OFDM与IEEE802.11b中采用的CCK,做到与802.11a与802.11b兼容.802.11g标准理论上最高数据传输速率可达到54Mbps,在实际应用中,通常有一半的“原始速度”被分组负载、校验与、帧位、错误恢复数据与其他“无用”的信息占用。即使不考虑传播范围与障碍物对性能削弱影响,实际吞吐率也仅能达到最高传输速率的一半甚至更低约为2026Mbps。即便这样,其速率仍远高于802.11b标准5.5Mbps左右的实际吞吐率。 三个无重叠或无干扰信道。每个信道可同时达到54Mbps的速度。因此三个无干扰信道的集合数据吞吐率可达到54Mbps3,即162Mbps
14、的理论数据传输速率。而802.11b只能支持三个信道,最高吞吐率仅有11Mbps3=33Mbps。 由于802.11g采用不同的编码与压缩方法,因此它在进行传输时需要向同一频谱范围内的802.11b设备发送低速告警数据包。这一过程将会使已经从802.11g设备的最高有效吞吐率减至2026Mbps(无线网络的一般速率)的速率骤然降至13Mbps左右。如果传输范围内没有802.11b设备,802.11g网络可以全速运行。当这两种标准混合使用时,由于802.11g与802.11b网络使用相同的频谱,它们的吞吐率也必须相同。由于802.11g需要向下兼容802.11b,因此它在部分时间需要以较低速率的
15、“兼容模式”运行,从而性能大幅降低。 g模式的最高有效吞吐量与相同,最高吞吐量在25g使用2.4G频段,使用是完全免费的,无需申请。传输的距离比距离也稍远一些,因此同样距离的路段部署的AP数目也会更少一些,只有三个可用无重叠或无干扰信道,就需要仔细规划频点,否则会带来冲突,对系统吞吐量有着严重的影响,会导致WLAN系统无法顺利运行。3.1.n协议 2007n也分成与,即802.11 bgn与,分别与原来的与兼容。相比较于先前的 IEEE 802.11b、802.11a、802.11g等标准,IEEE 802.11n更加侧重于高吞吐量方面性能提升。 n的上行接口使用千兆GE口。而且由于802.1
16、1n使用了MIMO技术,有效地降低了多径干扰的影响,有效地改善覆盖距离,而且信号覆盖更加稳定。预计在2009年下半年正式通过,2.0草案版本与最终的正式版本相差不会太多,可以通过软件版本升级就来支持正式标准。 nn实际上可以根据需要使用2.4G与5.8G频段,或者单频最高有效吞吐量在120170M左右,有效地克服了数据、语音、视频同时传输的瓶颈,可以传输更丰富的信息内容。 bgn,同样需要考虑频段规划问题bgnn的优势,需要使用40M的带宽,这实际上也是使用了2个频段。因此需要更细致地做频率规划,避免与其他频段的应用一起造成冲突。 如果使用,与802.11a一样,由于我国国内5GHz频段还没有
17、开放,产品必须经过无线委员会的批准才能使用。这样带来的好处也是5.8G的可用频点比较多,可以更加合理的规划频点。a相比,传输的距离会比距离也更远,同样距离的路段部署的AP数目也会更少。下表是几种WLAN技术的简单汇总表,技术标准使用频率物理层最高速率受干扰情况G2Mbps采用调频技术或直序调频技术,抗干扰能力强54Mbps使用OFDM技术,对抗多径干扰能力较好5.8G信道本身干扰较少,因此11a设备受到干扰更少11Mbps抗干扰能力一般54Mbps使用OFDM技术,对抗多径干扰能力较好600Mbps(双频)使用MIMO技术与多频捆绑技术,有效提高吞吐量与覆盖距离,具有很强的抗干扰能力 综合上面
18、的n技术无疑是WLAN发展的趋势,最符合长远用户的投资收益,下面我们对进行更详细的技术剖析。3n技术详细剖析 设备兼容。802.11n在高吞吐量上与覆盖距离都有比较大的突破,是下一代的无线网络技术的标准。3.2.1. MIMO与空分复用 MIMO(多入多出)或MTMRA(多发多收天线)技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破,该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量与频谱利用率,是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。MIMO系统在发射端与接收端均采用多天线(或阵列天线)与多通道。传输信息流S(k)经过空时编码形成N个信息子流Ci(k),i=1,3,同时传送两路流量,比802.
19、11g增加了n倍。 MIMO实际上有效利用了多径干扰,利用多路不相关的传输信道进行空分复用。将MIMO与OFDM技术相结合,就产生了MIMO OFDM技术,该技术通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集,提高了信号质量,并增加了多径的容限,使无线网络的有效传输速率有质的提升。得益于将MIMO与OFDM技术相结合而应用的MIMOOFDM技术,802.11n在支持2.4GHz频段与5GHz频段的基础上,使无线传输的质量与速度得到极大提升。 而为了提升整个网络的吞吐量。 而在天线方面,智能天线技术的应用也解决了802.11n的传输覆盖范围问题,通过多组独立天线组成的天线阵列系统,动态地调整波
20、束的方向,使得802.11n能保证用户能接收到稳定的信号,同时也能有效减少其它噪音信号的干扰,使无线网络的传输距离大大增加,移动性大大增强。3.2.2. 多频点捆绑 IEEE 802.11n通过将两个相邻的20MHz带宽捆绑在一起组成一个40MHz通讯带宽,在实际工作时可以作为两个20MHz的带宽使用(一个为主带宽,一个为次带宽,收发数据时既可以40MHz的带宽工作,也可以单个20MHz带宽工作),这样可将速率提高一倍。同时,对于IEEE 802.11a/b/g,为了防止相邻信道干扰,20MHz带宽的信道在其两侧预留了一小部分的带宽边界。而通过频带绑定技术,这些预留的带宽也可以用来通讯,从而进
21、一步提高了吞吐量。M与40M的频谱分布图,G很难进行40M带宽频率的分配。下图是G更容易进行40M带宽的分配。3.2.3. 802.11 MAC的优化 在信道的竞争中所产生的冲突,以及为解决冲突而引入的退避机制都大大降低了系统的吞吐量。还对标准的单一MAC层协议进行了优化,改变了数据帧结构,对数据帧进行聚合,增加了净负载所占的比重,减少管理检错所占的字节数大大提升了网络的吞吐量。802.11n为了解决MAC层的问题,采用了以下技术: A-MSDUA-MSDU技术是指把多个MSDU通过一定的方式聚合成一个较大的载荷。这里的MSDU可以认为是Ethernet报文。通常,当AP或无线客户端从协议栈收
22、到报文(MSDU)时,会打上Ethernet报文头,这里我们称之为A-MSDU Subframe;而在通过射频口发送出去前,需要逐一将其转换成802.11报文格式。而A-MSDU技术旨在将若干个A-MSDU Subframe聚合到一起,并封装为一个802.11报文进行发送。从而减少了发送每一个802.11报文所需的PLCP Preamble、PLCP Header与802.11MAC头的开销,同时减少了应答帧的数量,提高了报文发送的效率 A-MPDU 与A-MSDU不同的是,A-MPDU聚合的是经过802.11报文封装后的MPDU,这里的MPDU是指经过802.11封装过的数据帧。通过一次性发
23、送若干个MPDU,减少了发送每个802.11报文所需的PLCP Preamble、PLCP Header,从而提高系统吞吐量。 Block Acknowledgement 为保证数据传输的可靠性,802.11协议规定每收到一个单播数据帧,都必须立即回应ACK帧。接收端在收到A-MPDU后,需要对其中的每一个MPDU进行处理,并针对每一个MPDU发送应答帧。而Block Acknowledgement通过使用一个ACK帧来完成对多个MPDU的应答,以降低这种情况下ACK帧的数量。Short Guard Interval Short GI(Guard Interval)是802.11n针对802.
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