铁通WLAN及室分系统培训(考试范围).doc
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1、云南铁通WLAN及室分系统 维护培训手册2011年5月前言 本文档仅作为云南铁通岗效认证考试使用。为了保持文档的完整性和大家对WLAN技术有个全面的了解,保留了许多在本次考试中不进行考核的内容。在目录中加黑的目录章节是本次考试会涉及到内容,大家需仔细学习。目录一、名词解释1二、基本原理11.WLAN无线知识11.1无线局域网和有线局域网的比较11.2WLAN 的接入层AP介绍21.3无线局域网射频(RF )简介51.4天线介绍61.5802.11协议简介71.6WLAN使用频率介绍81.7频率规划方案91.8Mimo技术介绍102.数通基础知识112.1公有地址和私有地址112.2VLAN 技
2、术原理112.3NAT原理132.4DHCP技术132.5SNMP协议介绍143.POE原理154.室分系统介绍16三、WLAN网络架构介绍201.WLAN网络架构202.WLAN业务流程介绍213.主要设备外观23四、WLAN网络优化251.覆盖优化252.容量优化263.信道分布优化264.设计原则265.主要性能指标276.同邻频干扰经验27五、日常维护、巡检说明271.设备维护272.定期网络质量测试283.巡检及测试283.1日常巡检283.2日常巡检测试项目29一、 名词解释WLAN:Wireless Local Area Networks,无线局域网。WiFi:wireless
3、fidelity无线保真的缩写,是一种可以将各种终端以无线方式互相连接的技术。RF:Radio FrequencyAP:Access point无线接入点,也称无线网桥、无线网关。AC:无线控制器STA:Station,工作站,也指电脑。SSID: Service Set Identifier,服务集标识。OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing,即正交频分复用技术。MIMO: Multiple-Input Multiple-Out-put多输入多输出系统。RADIUS:Remote Authenticaton Dial In User
4、Service,远程用户拨号认证系统。AAA:Authentication,Authorization,Accounting 认证、授权、计费。Portal:Portal在英语中是入口的意思。Portal认证通常也称为Web认证,一般将Portal认证网站称为门户网站BAS:Broad Access Server,宽带接入服务器CMCC:中国移动统一WLAN公众服务集标识CMCC-EDU:中国移动统一WLAN校园服务集标识二、 基本原理1. WLAN无线知识1.1 无线局域网和有线局域网的比较从本质上说,交换型网络需要电缆,而无线网络不需要。这看似显得可笑,却指出了它们的物理层之间的不同。 传
5、统以太网是由IEEE802.3 标准定义的。每条以太网连接都必须在严格的条件下运行,尤其是对物理链路本身来说。例如,链路状态、链路速度和双工模式都必须符合标准的规定。无线局域网使用类似的协议,但由 IEEE 802.11 标准定义的。 有线以太网设备必须采用载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)方法来传输和接收以太网帧。在共享的以太网网段上,PC 以半双工模式工作,每台 PC 都可以先“发言”,然后侦听是否其他正在发言的设备发生冲突。整个检测冲突的过程是基于有线连接的最大长度的,从网段的一端发送到另一端检测到冲突之间的最大延迟是确定的。 在全双工或交换型以太网链路上,不存在冲突或争取带宽
6、的问题,但它们必须遵循相同的规范。例如,在全双工链路上,必须在预期的时间内发送或接收以太网帧,这要求全双工双绞线的最大长度与半双工链路相同。 虽然无线局域网也基于一组严格的标准,但无线介质本身难以控制。一般而言,当 PC 连接到有线网络时,与其共享网络连接的其他设备的数量是已知的;而当 PC 使用无线网络时,使用的传输介质为空气;由于接入层没有电缆和插口,因此无法限制其他最终用户使用相同频率无线电波。 因此,无线局域网实际上是一种共享型网络,且争用相同频率电波的主机数量不是固定的。在无线局域网中,冲突犹如家常便饭,因为每条无线连接都是半双工模式的。 IEEE 802.11 WLAN 总是半双工
7、模式的,因为传输站和接收站使用的频率相同。双方不能同时传输,否则将发生冲突。要实现全双工模式,必须在一个频率进行传输,在另一个频率进行接收,这类似于全双工以太网链路的工作原理。虽然这完全可行,但 802.11 标准不允许采用全双工模式。IEEE 802.11 标准使用一种名为载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)的方法来实现冲突避免。注意,802.3 有线网络是检测冲突,而 802.11 网络尽可能避免冲突。1.2 WLAN 的接入层AP介绍 从最底层说,无线介质没有固定的组织结构。例如,具有无线功能的 PC 可以随时随地启动其无线适配器。当然,必须与其他设备也能够通过无线介质发送和接收
8、数据,该 PC 才能进行通信。 在 IEEE 802.11 中,一组无线设备被称为服务集(service set)。这些设备的服务集标识符(SSID)必须相同,服务集标识符是一个文本字符串,包含在发送的每帧中。如果发送方和接收方的SSID 相同,这两台设备将能够通信。 作为最终用户工作站,PC 为无线网络的客户端,它必须有无线网络适配器和支持程序(同无线协议交互的软件)。 802.11 基本服务集(BBS) 包含一个接入点(AP),它充当该服务集的集线器,负责集中控制一组无线设备的接入。如何要使用无线网络的无线客户端都必须向AP 申请成员资格。 AP 要求客户端满足下述条件才允许其加入: 1.
9、 匹配的SSID; 2. 兼容的无线数据率; 3. 身份验证凭证。向 AP 申请成员资格被称为关联(association)。客户端必须发送一条关联请求消息,AP 通过发送关联应答消息来批准或拒绝请求。关联后,前往和来自该客户端的数据都必须经过 AP,如下图:注意,一个 BSS 只包含一个 AP,且没有连接到常规以太网。在这种设置中,AP 及其关联的客户端组成一个独立的网络。 AP 也可以连接到以太网,因为它同时具备无线有线功能。对于为于不同地方的 AP,可以通过交换型基础设施将它们连接起来,这被称为 802.11 扩展服务集(ESS),如图所示:在 ESS 中,无线客户端可同其附近的 AP
10、相关联;如果该客户端移到其他地方,可同另一个位于附近的AP 相关联。802.11 标准还定义了一种支持客户端漫游(当客户端移动时,可调整其关联的AP)的方法。这实际构成了WLAN网络的基本单元。AP 的主要功能是将无线数据桥接到常规有线网络中。AP 能够接受来自大量无线客户端的连接,让它们成为LAN 的一员,就像这些客户端使用的是有线连接一样。可以将AP 视为转换网桥,在第2层对来自不同介质的帧进行转换和桥接。简单的说, AP 负责将 VLAN 映射到 SSID。下图说明了一点,在这里,位于有线网络中的 VLAN10 通过一个处于接入模式的交换机端口扩展到了AP,该AP 将VLAN10 映射到
11、一个SSID 为Marketing的无线局域网。SSID 为Marketing 的用户将属于VLAN10;可以将这种概念进行扩展,以便能够将多个VLAN 映射到多个SSID。为此,AP 必须通过一条为多个VLAN 传输数据的中继链路连接到交换机。在下图中:VLAN10和VLAN20 都通过中继链路连接到AP。 AP 根据802.1 Q 标记将不同的VLAN 映射到不同的SSID。例如, VLAN10 被映射到SSID Marketing,而VLAN20 被映射到SSID Engineering。实际上,当AP 使用多个 SSID 时,它通过无线介质将VLAN 连接到最终用户。最终用户必须使用合
12、适的SSID,后者被映射到相应的VLAN。AP胖瘦的区别:AP又有“胖”“瘦”AP之分,区别在于:胖AP是指完全自主进行管理、数据转发、安全控制的无线接入点,适合家用或构建小型无线网络;而瘦AP把大部分胖AP的功能移到AC上进行统一的管理,瘦AP仅仅相当于一个天线加射频模块,网络配置自动从AC下载。 瘦AP工作机制:瘦AP与集中控制器AC之间是通过隧道来传输控制信令和用户业务数据。由于集中控制型AC+AP架构的国际标准(CAPWAP协议)还在讨论中,因此各厂家的隧道均是私有协议,不同厂家设备之间不能互通。在实际应用中,建议一个区域只用一个厂家的集中控制型AC+AP设备。目前移动WLAN采用的都
13、是瘦AP架构。1.3 无线局域网射频(RF )简介 射频传输的接收是 WLAN 的有机组成部分,我们应该理解射频(RF)的基本理论,以便能够高效地设计和诊断WLAN 网络。 RF 的工作原理 在射频(RF)通信中,一台设备发送振动信号,并由一台或多台设备接收。这种振动信号基于一个常数,被称为频率。发送方使用固定的频率,接收方可以调到相同的频率,以便接收该信号,我们在汽车中调收音机时就有这方面的经验。 发送站有生成 RF 信号的发射器、天线以及连接两者的电缆。接收站与此相同,但通过天线和电缆接收信号。 出于简化的目的,假设无线工作站使用的天线非常小,且在所有方向均匀地发送或接收 RF 信号,如图
14、的上半部分所示,其中的每个弧表示发射器生成的无线电波的一部分。每个弧实际上是一个球,因为无线电波是在三维空间移动的。这也可以显示为表示 RF 信号的振动波,如图下半部分所示。虽然该示意图从技术上说不正确,但这里旨在说明 RF 信号是如何在两台设备之间传输的。1.4 天线介绍可在无线局域网中使用的天线有很多,每种天线都有特殊性定的用途,这取决于其覆盖范围(辐射图)或给信号带来的增益。 全向天线可制作为圆柱形。图中所示的橡皮条式天线可根据AP 的安装方式进行折叠。另一种全向天线是偶极天线,它也呈细圆柱体状,很多型号的 AP 都内置了这种天线。 全向天线通常在同一个平面的各个方向上均匀地传播信号,但
15、在天线所在的方向上并非如此,因此辐射图为圆环形,如图右半部分所示。这种天线非常适合用于大房间或整个楼层的,在这种环境下,将AP 或其天线放在中央。一种全向天线及辐射图半定向天线一个细长的区域,非常适合用于覆盖长走廊上的很多房间,在这种环境中,天线安装在区域的一端。它们还可用于覆盖室外区域。 安装在墙面上的板状天线呈扁平的矩形状,以方便安装在走廊一端的墙面上。板状天线的辐射图呈鸡蛋状,其中的一端为墙面。这种天线的增益为 6 8dBi。半定向天线及其辐射图高度定向的天线 在视线无线路径中,RF 信号必须沿狭窄的信号束传播很长的距离。高度定向的天线是专门为此设计的,它将 RF 能量聚焦到一个狭长的椭
16、圆形区域内。由于目标是一个接收器的位置,因此天线无需覆盖视线之外的其他区域。这种天线非常适合用于建立大楼到大楼或场点到场点的链路:两个AP 或天线相隔很远。 如图 20 所示的碟形天线使用呈抛物面状的盘碟将收到的信号聚焦到中央的天线上。这种天线的辐射图长而窄,从盘碟向外延伸出去。这种聚焦辐射使得天线的增益大于 22dBi,这在所有无线局域网天线中是最高的。高度定向的碟形天线及其辐射图1.5 802.11协议简介 WLAN发展历程WLAN主流协议对照表:标准 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n 发布时间 1999年7月 1999年7月 2003年6月 2009年9月
17、工作频段 2.4GHz 5GHz2.4GHz2.4GHz5GHz有效带宽5.5M 24.7M 24.7M 100M以上 无交叠信道 3 53 3+5编码技术 CCK OFDM CCK/OFDM MIMO/OFDM 最高速率 11Mbps 54Mbps 54Mbps 300600Mbps 兼容性 通过Wi-Fi认证的产品之间可以互通 与11b/g不兼容 向下兼容11b向下兼容11a和11g、11b 1.6 WLAN使用频率介绍2.4GHz频段的划分: 使用工作频率范围为2400 2483.5MHz,属于无需申请的ISM频段;由于使用ISM频段,频率干扰无可避免; 83.5MHz带宽,划分为13个
18、信道,每个信道带宽为22MHz; 802.11b/g的相邻信道偏移为5MHz,实际只有3个互不干扰的信道(1,6,11)它们之间中心频率相隔25MHz; 相邻的信道间有重叠尽量不要同时使用,造成干扰; 在同一个覆盖区域只可以同时使用3个互不重叠的信道;5.8GHz频率的划分 使用工作频率范围为5725 5850 MHz; 可用带宽为125MHz,划分为5个信道,每个信道带宽为20MHz; 相邻信道互不重叠;1.7 频率规划方案受可用信道的限制,放装部署只能选择使用20M传输信道,在2.4G频段有3个不重叠信道,在5.8G频段有5个不重叠频段。因为室内需要穿透墙壁等的应用需求较为强烈,一般优先选
19、择2.4G信道进行部署,5.8G在开敞空间部署也可考虑。为最大限度地减少信道之间的重叠和干扰,应避免相邻 AP 使用相同的信道。在802.11b 和802.11g 中,只能使用信道 1、6 和 11。可以有规则地排列蜂窝,交替使用不同的信道。平面信道规划:跨楼层信道规划:1.8 Mimo技术介绍MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)多输入多输出系统是一项考虑用于802.11n 的技术。实现下一代蜂窝网络的 MIMO 技术 所有的无线技术都面临信号衰 落、多径、不断增加的干扰和受限制的频谱的挑战。MIMO 技术在不需要占用额外的无线电频率的条件下,利用多径来提
20、供更高的数据吞吐量,并同时增加覆盖范围和可靠性。它解决了当今任何无线电技术都面临的两个最困难的问题,即速度 与覆盖范围。MIMO 的优点是能够增加无线范围并提高性能。连接到老的 802.11g 接入点的 802.11n 站点能够以更高的速度连接到更远的距离。允许用户在更远的距离保持连接。 无线电发送的信号被反射时,会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。使用单输入单输出(SISO)的当前或老系统一次只能发送或接收一个空间流。MIMO 允许多个天线同时发送和接收多个空间流。它允许天线同时传送和接收。2. 数通基础知识2.1 公有地址和私有地址公有地址(Public address)由Inter
21、NIC(Internet Network Information Center 因特网信息中心)负责。这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网。私有地址(Private address)属于非注册地址,专门为组织机构内部使用。以下列出留用的内部私有地址l A类 10.0.0.0-10.255.255.255l B类 172.16.0.0-172.31.255.255l C类 192.168.0.0-192.168.255.255由于目前公网地址已经分配完,不能提供足够WLAN公网网络地址,通常WLAN获取的是私网地址。2.2 VLAN 技术原理VLA
22、N(Virtual Local Area Network)即虚拟局域网,是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的技术。 VLAN技术允许网络管理者将一个物理的LAN逻辑地划分成不同的广播域 ;一个VLAN内部的广播和单播流量都不会转发到其他VLAN中,从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。 它在以太网帧的基础上增加了VLAN头,用VLAN ID把用户划分为更小的工作组,限制不同工作组间的用户二层互访,每个工作组就是一个虚拟局域网。 具体帧格式如下图:Vlan的划分有如下四种: 基于端口划分的VLAN 基于MAC地址划分VLAN
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