无线网络基础幻灯片.ppt

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1、无线网络基础第1页，共72页，编辑于2022年，星期六无线通信基本常识第2页，共72页，编辑于2022年，星期六无线通信的起源和发展1831年，英国科学家法拉第发现了电与磁场的关系，得出著名的电磁感应定律1832年，摩尔斯利用电磁感应发明摩尔斯编码电报，至今军事上还在使用1887年，德国科学家赫兹（Heinrich Hertz)首此证明电可以以波的形式在大气中传播，并可利用特定装置接受来自加电导体辐射产生的电磁波1901年，意大利科学家马科尼发明了穿越大西洋的无线电通信1921年，移动无线技术在2M的频率内被产品化1986年，个人通信业务（pcs)在1850赫兹频率上开始运行1999年，IEE

2、E公布了802.11a和802.11b标准第3页，共72页，编辑于2022年，星期六 电磁波的产生u电磁波是电场与磁场交叉感应的结果，交变的电场产生交变的磁场，而交变的磁场又产生交变的电场，如此不断循环产生电磁波u在实际使用中，我们利用振荡器不断产生连续的震荡电场，通过电场和磁场的不断相互作用，产生电磁波u同声波一样，具有波的共性和特征：反射、折射、衍射、散射特性频率、振幅、相位三要素第4页，共72页，编辑于2022年，星期六无线电通信频率的划分频率数轴上从低到高存在一个不同频率的信号带-频谱无线电谱包括无线电频谱、微波谱、红外线谱三部分频率（HZ)振幅无线电频谱：3KHZ-300GHZ微波谱

3、：100MHZ-500GHZ红外线光谱：500GHZ-400THZ可见光谱：400THZ-750THZ紫外线光谱：750THZ-30PHZX射线：30PHZ-10EHZY射线：10EHZ-10ZHZ宇宙射线:10#22HZ第5页，共72页，编辑于2022年，星期六无线电频谱的划分按照频谱特性，我们将频谱按其频率高低划分为12段 频带 频率范围甚低频/低频（VLF/LF)低频/中频（FL/MF)中频（MF)中频/高频（MF/HF）高频（HF)高频/甚高频（HF/VHF)甚高频/特高频（VHF/UHF)特高频（UHF)特高频/超高频（UHF/SHF）超高频/极高频（SHF/EHF）极高频（EHF)

4、0-130KHZ103-505KHZ505-2107KHZ2107-3230KHZ3230-28000KHZ33-162.0215MHZ322-2655MHZ2655-3700MHZ3700MHZ-27.5HZ27.5-32GHZ32-400GHZ第6页，共72页，编辑于2022年，星期六无线电频谱的划分按照频谱特性，我们将频谱按其频率高低划分为12段 运营范围 频率调幅（AM)无线电模拟无绳电话电视调频（FM)无线电电视电视无线数据射频无线调制解调器蜂窝无线电个人通信全国寻呼卫星电话上行链路个人通信无线网络无线网络/医疗、科研、工业医疗、科研、工业卫星电话下行链路大碟形天线卫星电视无线网络接

5、入无线网络接入小碟形天线卫星电视无线电缆电视535-1635KHZ44-49MHZ54-88MHZ88-108MHZ174-216MHZ470-806MHZ700MHZ800MHZ900MHZ900-929MHZ929-932MHZ1610-1626.5MHZ1850-1990MHZ2400-2483.5MHZ2483.5-2500MHZ4-6GHZ5.8GHZ11.7-12.7GHZ28-29GHZ第7页，共72页，编辑于2022年，星期六无线电信号的调制低频信号的电磁辐射特性较差，必须将其搬迁到高频段才能进行有效的发射和接收模拟信号调制：调幅调制（AM)调制调制（FM)数字信号的调制:开/

6、关键控法调制（OOK)移频键控法调制(FSK)移相键控法调制（PSK）第8页，共72页，编辑于2022年，星期六无线电通信的传播特性电磁波的传输形式：n沿导体传播（有线信道）:电缆、有线电视n自由空间传播（无线信道)：长波通信中波通信短波通信超短波通信微波通信计算机无线网络使用的2.4GHZ和5.8GHZ频段属于特高（UHF)的微波频段，通常直射距离小于50公里地球1234第9页，共72页，编辑于2022年，星期六影响无线电直射波传输的主要因素u障碍物遮挡 信号损耗过大，双方将无法建立稳定通信。无线网网络工作在2.4GHZ频段上，穿透一堵混凝土墙，信号损耗约为20db。u信号散射灰尘、树叶、表

7、面不平坦的障碍物，将分散和削弱能量u多径反射由于延迟和相位等原因，信号将发生命显的衰落现象，对宽带信号影响不大，对窄带通信影响较大u多谱勒频移高速数据通信，每一个信元的脉冲宽度很窄，相位和频率会发生细微变化，可能影响数字信号的正确解调u环境电噪声信号对电磁噪声的信噪比（S/N）越高，信号强度越好第10页，共72页，编辑于2022年，星期六无线扩频通信技术第11页，共72页，编辑于2022年，星期六扩频技术基本理论IEEE 802.11要求无线通信网络采用：无线扩频技术和红外线技术山农理论公式：山农理论公式：C=Wlog2(1+S/N)式中：C为信道容量，单位为bit/s；W为带宽；S为信号功率

8、；N为噪声功率G=W/B，处理增益是扩频通信系统的一个重要指标，表示系统信噪比改善的程度式中：W为扩频信号带宽；B为所传信息带宽M=G-L+(S/N),干扰容限，单位为dB式中：M为干扰容限，G为处理增益，L为系统损耗分析山农公式，当传输速率一定时，加大信号带宽，可获得信号信噪比分析山农公式，当传输速率一定时，加大信号带宽，可获得信号信噪比的极大改善的极大改善第12页，共72页，编辑于2022年，星期六调频扩频和直序扩频技术l跳频扩频(FHSS)：(多用于军事）有较强的抗定干扰的能力通信安全保密性高数据传输速率低：1-3Mbpsl直接序列扩频(DSSS)：抗强的定频干扰抗衰落抗多径干扰通信安全

9、保密性高数据传输速率高：11-22-54Mbps高的接收灵敏度：通常增益比FHSS高10dB,在发射功率及天馈系统相同的情况下，比FHSS的通信距离远一倍。第13页，共72页，编辑于2022年，星期六无线网络技术和IEEE 802.11标准第14页，共72页，编辑于2022年，星期六无线协议以太网:CSMA/CD无线网：CSMA/CA最重要的区别：处理流控制的方法无线网使用一种被称为请求发送/清除发送（RTC/CTS)的冲突避免协议。第15页，共72页，编辑于2022年，星期六无线网络技术和IEEE 802.11标准现代商用数字无线通信系统现代无线移动技术发展历史的划分几种典型的无线网络技术的

10、应用计算机无线网络IEEE 802.11标准IEEE 802.11中的关键技术和WLAN的构造第16页，共72页，编辑于2022年，星期六现代商用数字通信系统l多点多信道分布业务（MMDS）l本地多点分布式业务（LMDS)l无线本地环路(WLL)l点对点微波通信（PTPM)lGSM无线移动通信lCDMA系统l无线集群系统第17页，共72页，编辑于2022年，星期六现代无线移动通信技术发展史的划分移动无线:基本的蜂窝电话服务l美国：CDMAl欧洲：GSM（GPRS数据业务）l中国：两种制式并存（1G、2G、2.5G、3G)第18页，共72页，编辑于2022年，星期六无线应用协议-WAP（Wire

11、less Application Protocol）由诺基亚、爱立信、摩托罗拉等提出，世界上200多家大型设备厂商支持l是个开放的规范，为移动电话、PDA访问Internet内容服务。l独立于网络（目前和以后的网络体系）l为浏览器和WAP网关建立连接，采用无线标记语言WML（Wireless Markup Language)实现lWML继承了HTML和手持设备标记语言HDML,使转为优化无线而设计的，有如下特点：支持文本和图像、支持用户输入、导航和历史栈、国际多语言支持为窄带优化、状态和上下文管理第19页，共72页，编辑于2022年，星期六几种典型无限网络技术的应用l蓝牙:使用FHSS运行在2

12、.4G范围内的WPAN技术，降低设备成本和无线设备的微型化，由piconet组成、是松散方式的ad-hoc网络。有一个主节点和7个能同时活动的从属节点组成，10个piconet能被组合在一起，构成ScaterNet。用在较短距离内取代多种线缆连接方案，每个源速率为1Mbps的piconet的蓝牙最大速率为740kbps,可能对802.11网络发生干扰。lHome RF：运行在2.4GHZ频率范围之内，带宽达1.6Mbp和大约650k的吞吐量，物理层FHSS发射机制，Ad-hoc体系结构，目标面向宅区市场，内部标准的无线接入协议（swap)能有效的处理多媒体应用。l高性能的无线电LAN(Hipe

13、rLAN):类型1支持5GHZ内的20Mbps,类型2支持5GHZ内的54Mbps,同时提供更多的Qos，比802.11a支持更多的多媒体应用。第20页，共72页，编辑于2022年，星期六802.11无线网技术IEEE 1997年正式颁布802.11无线局域网的标准l802.11无线局域网（WLAN)l802.15无线个人区域网络（WPAN)l802.16宽带无线接入(最后一公里，提出语音/视频/数据)第21页，共72页，编辑于2022年，星期六移动中的无线服务第22页，共72页，编辑于2022年，星期六无线局域网优势安装便捷使用灵活经济节约易于扩展第23页，共72页，编辑于2022年，星期六

14、802.11无线标准简介 802.2 802.11 MAC FHSS DSSS IRl三个物理层选项：红外线基带物理层(IR)和两种无线频率物理层这三种物理层都能以1Mbps或2Mbps的速度运行。lFHSS:在众多频率上发送猝发数据来工作，许多独立网络可以在同一物理空间并存。lDSSS:把数据分成几片，并以尽可能多的不同频率发送这些片。l实质上，DSSS曾一度完全充斥了频谱，而FHSS却总是有选择的在一定频率上进行发射。第24页，共72页，编辑于2022年，星期六IEEE StandardsIEEE 802.112.4GHz2 Mbps IEEE 802.11bIEEE 802.11b 2.

15、4GHz2.4GHz 11Mbps11Mbps IEEE 802.11aIEEE 802.11a 5.8GHz5.8GHz 54Mbps(Turbo mode up to 108Mbps)54Mbps(Turbo mode up to 108Mbps)IEEE 802.11g2.4GHz22Mbps(Turbo mode up to 54Mbps)IEEE 802.11e2.4GHz,11MbpsQoSWLAN的标准的标准WLAN技术第25页，共72页，编辑于2022年，星期六802.11无线标准的发展无线以太网兼容联盟（WECA）-Wi-Fil802.11d(专注于当前标准无法提供服务的80

16、2.11 wlan设备开发)l802.11f(主要针对各个竞争厂家制造的接入点之间禁止漫游的限制问题）第26页，共72页，编辑于2022年，星期六无线局域网标准第27页，共72页，编辑于2022年，星期六两种现存的扩频技术第28页，共72页，编辑于2022年，星期六802.11无线体系结构l无线设备或电台l接入点（Aceess Point,AP)：市内和室外l无线介质、分布式系统（Distribution System,DS)l基本服务单元（Basic Service Set,BSS)l扩展服务单元（Extended Service Set,ESS）第29页，共72页，编辑于2022年，星期六

17、支持802.11无线体系结构的服务l站服务:提供等同标准802.3有线网络所提供的服务。认证服务：基于MAC清单取消认证服务：无线设备不能再接入到WLAN数据投递服务：确保数据可靠的从一个MAC传输到另一个MAC加密服务：WEP(Wire Equivalency Privacy)加密（基于RC4)和第三方加密l分布式服务：决定802.11数据帧的转发和漫游转移。关联：在设备之间建立逻辑连接，并决定DSS到达无线设备所需的路径，无线设备一旦连接上AP,就会使用关联服务。再关联服务：在漫游情况下，再关联服务使当前AP与先前AP取得联系。断开关联：把数据发送给另一个AP和可能的另一个无线设备。集成服

18、务：该服务实现数据从802.11帧格式到有线网络的帧格式之间转换。第30页，共72页，编辑于2022年，星期六802.11无线工作机制-CSMA/CA与CSMA/CD的两点不同：l以太网先发送信号，直到检测到冲突时才停止信号的发送；CSMA/CA直接监听接收单元，当确定中心没有与其它单元正在通话时，它才进行传输。这成之为先听后讲。l在数据包传输之前，无线设备先进行监听，看是否有任何其他设备正在传输，若有等待一段随机的时间，然后再监听；若没有其他设备正在使用介质，该设备将开始传输数据；否则，继续监听。第31页，共72页，编辑于2022年，星期六802.11无线工作机制-CSMA/CAlRTS/C

19、TS机制：减小冲突的机率l数据确认：接收单元将会向发送单元发回一个确认通知。l分割配置：使数据报的重传工作能较快的完成，是一个可配置的属性。l电源管理选项:使用20字节的电源通信帧（PS-Poll),告知AP进入节能模式，定期唤醒，察看AP。延长移动用户使用WLAN的时间和电池的寿命，且不会失去与基本无线设施的连接。l多信元漫游：信噪比（S/N）决定连接的AP,无线设备向新的AP发送认证信息并试着与之关联，并通知新AP，设备来自哪个AP。新AP获取老AP的数据帧信息，并要求老AP释放资源。各厂家实现方法不同，互操作有问题（802.11f).第32页，共72页，编辑于2022年，星期六服务集标识

20、符SSIDMAC地址过滤有线等效保密(WEP)改进WEP2(802.11i)端口访问控制技术(802.1x)虚拟专用网络(VPN)目前无线网络常用的安全策略目前无线网络常用的安全策略第33页，共72页，编辑于2022年，星期六WI-FI认证第34页，共72页，编辑于2022年，星期六WLAN安全性体系结构第35页，共72页，编辑于2022年，星期六802.11无线网的安全性无线网的无线扩频通信技术本身就起源于军事上的防窃听技术。l802.11服务装置标识（服务装置标识（SSID):原始密码作用，用户共享，改变耗时。lMAC地址表过滤地址表过滤：AP(小型WLAN)和有线网络上MAC数据库（大型

21、WLAN)l硬件加密硬件加密：WEP(RC4)使用60位加密，密钥轮换都必须人工进行，耗费精力。第36页，共72页，编辑于2022年，星期六集中式基于用户的认证第37页，共72页，编辑于2022年，星期六WLAN安全需求第38页，共72页，编辑于2022年，星期六WLAN可靠性需求第39页，共72页，编辑于2022年，星期六WLAN性能需求第40页，共72页，编辑于2022年，星期六WLAN互操作需求第41页，共72页，编辑于2022年，星期六无线网络通信组件第42页，共72页，编辑于2022年，星期六WLAN的构成的构成 接入点(Access Point)充当共享 hub连接到有线网络(认证

22、,流量汇聚)由无线,以太网接口和桥接软件组成无线网桥 网卡(NIC)笔记本型或桌面型卡，将无线站点连接到无线网络 固件和软件（天线、馈线）漫游及负载平衡 安全性 网络管理 配置和诊断WLAN技术第43页，共72页，编辑于2022年，星期六WLANAP的安装方式的安装方式1、桌面安装2、挂墙安装3、隐蔽安装：1）AP隐藏放置于房间吊顶上（天花板里）；2）大厅横梁上；3)房间的屋顶角落注意：注意：进行隐蔽性工程安装，必须遵守相关综合布线的国家标准与规范进行隐蔽性工程安装，必须遵守相关综合布线的国家标准与规范WLAN技术第44页，共72页，编辑于2022年，星期六在酒店、机场的安装，一般选择在天花板

23、上安装：在酒店、机场的安装，一般选择在天花板上安装：1、为了满足覆盖要求，在AP安装时可以通过在天花板上开两个小孔，将AP的两个天线对准小孔朝下放置，为不影响美观，将天线喷涂成与天花同色；2、五类线的传输距离是100米，如果超出范围，则考虑是否增加LANSWITCH；WLANAP的安装方式的安装方式安装所用工具及材料安装所用工具及材料1、人字梯、电钻、插线排、刀具、钳子（剥线、做网线）；2、PVC阻燃套管、扎带、钢钉等；WLAN技术第45页，共72页，编辑于2022年，星期六WLANAP的规划的规划AP覆盖范围：室内容许最大覆盖距离为35100米室外容许最大距离100400米2.4G电磁波对于

24、各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下：A.水泥墙(1525cm):衰减1012dB B.木板墙(510cm):衰减56dB C.玻璃窗(35cm):衰减57dBWLAN技术第46页，共72页，编辑于2022年，星期六各种建筑材料对无线讯号的影响如下：1、当AP与终端隔一座水泥墙时,AP 的可传送覆盖距离约剩下 5米有效距离。2、当AP与终端中间隔一座木板墙时,AP 的传送距离约剩下 15米有效距离。3、当AP与终端中间隔一座玻璃墙时,AP 的传送距离约剩下=35db。根据经验值，当相邻AP设定相同频点时,要求间隔25米以上；当相邻AP设定相邻频点时,要求AP间隔16米以上；当AP设定相隔频点时,

25、要求间隔12米以上。WLAN技术第50页，共72页，编辑于2022年，星期六干扰源的种类干扰源的种类u微波炉u防盗设施（商场门检）u其它大功率的电子设备WLANAP的规划的规划AP外界干扰：所以所以AP应该远离干扰源应该远离干扰源12米米WLAN技术第51页，共72页，编辑于2022年，星期六WLANAP规划实例规划实例此类办公室应将此类办公室应将AP装于中央天花上，并将天线外露装于中央天花上，并将天线外露WLAN技术第52页，共72页，编辑于2022年，星期六WLAN的拓朴结构的拓朴结构(一一)点对点或Ad Hoc模式多点接入或Bss模式WLAN技术第53页，共72页，编辑于2022年，星期

26、六WLAN的拓朴结构的拓朴结构(二二)多接入点漫游模式LAN AAPPC ALAN BAPPC BWLAN技术第54页，共72页，编辑于2022年，星期六BAWLAN的拓朴结构的拓朴结构(三三)无线桥接模式WLAN技术第55页，共72页，编辑于2022年，星期六WLAN的拓朴结构的拓朴结构(四四)AB无线路由模式！无线设备须具备两个以上端口10.1.1.1/2420.1.1.1/24WLAN技术第56页，共72页，编辑于2022年，星期六11115 52 2接入点接入点1 1Mbps(Mbps(速度速度)带宽取决于产品和设置离 AP 最近的端点比最远的端点获得更高的带宽WLAN的最大问题的最大

27、问题无线网络带宽问题：带宽：11M/22M/54M/108MWLAN技术第57页，共72页，编辑于2022年，星期六无线网络的传输距离无线网络的传输距离Server:User access and control.Local ContentAAAPublic Access Switch本地后台运营WANWi-FiWi-FiWi-Fi位置1Public Access SwitchRouter全国后台运营中心Management Station:-AAA -Net Management -Reporting -Content -BillingOptional Services位置2基本配置：30m

28、100m(室内室内)100m400m（室外）（室外）扩展配置：30-50km(可视范围可视范围)无线网络受墙无线网络受墙/玻璃玻璃/山坡等影响，无线传输山坡等影响，无线传输距离也会不一样。距离也会不一样。WLAN技术第58页，共72页，编辑于2022年，星期六802.11无线通信组件l微波天线l高频低损耗馈线l高频接插件l避雷器l双向TDD功率放大器第59页，共72页，编辑于2022年，星期六微波天线天馈系统的优劣，直接影响到无线通信的效果，而衡量天线的优劣：l输入、输出阻抗l天线增益大小l极化方式l工作方式l功率容量l接收天线的噪声、温度l产品制造工艺l强度第60页，共72页，编辑于2022

29、年，星期六第61页，共72页，编辑于2022年，星期六常见天线的分类l全向天线l定向天线l抛物面定向天线l板状扇形定向天线第62页，共72页，编辑于2022年，星期六高频低损耗馈线l馈管l馈线第63页，共72页，编辑于2022年，星期六高频接插件l系统故障的80%与天馈系统有关l而天馈系统故障的大多数都与高频接插件的焊接和防水有关第64页，共72页，编辑于2022年，星期六 避雷器l避雷针l射频信号避雷器l有线网络线路避雷器第65页，共72页，编辑于2022年，星期六无线局域网解决方案n无线室内解决方案无线室内解决方案n无线室外解决方案（点对点）无线室外解决方案（点对点）n无线室外解决方案（点对多点）无线室外解决方案（点对多点）第66页，共72页，编辑于2022年，星期六无线局域网室内方案第67页，共72页，编辑于2022年，星期六无线局域网室内方案第68页，共72页，编辑于2022年，星期六无线局域网室外解决方案(1)第69页，共72页，编辑于2022年，星期六无线局域网室外解决方案(2)第70页，共72页，编辑于2022年，星期六无线局域网解决方案第71页，共72页，编辑于2022年，星期六无线未来第72页，共72页，编辑于2022年，星期六