项目五 无线网络技术概述（课件）《计算机网络技术》（北京理工大学出版社）

《计算机网络技术》 项目五 无线网络技术概述 使用无线电波、激光、红外线技术或者是射频等相关技术建设的近距离或者较远距离的无线连接网络。 无线网络定义 无线网络概述 大家都知道，有线网络使用双绞线、光缆等传输介质来传输信息数据，在光缆铺设方面存在着铺设费用高、不灵活、施工时间长等问题，在某些特定的区域或环境更存在线缆铺设困难与工程成本高的难题，极大的限制了有线网络的覆盖面，那么，怎么样才能使人们随时随地使用通信网络呢？ 无线网络：所谓无线网络，指无需布线就能实现各种通信设备互联的网络。无线网络技术涵盖的范围很广，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线及射频技术 3 无线网络发展历程 无线网络概述 二战时期 1971年 1990年 2003年 美国陆军采用无线电信号做资料的传输 夏威夷大学的研究人员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络ALOHAnet IEEE正式启用了802.11项目，无线网络技术逐渐走向成熟，802.11各项标准面市 无线网络市场热度迅速飙升， WiFi、CDMA、3G、4G（LTE）、蓝牙等技术越来越受到追捧 现在 高速移动网络的面市，移动网络成为生活中的不可缺少的一部分 1、无线网络的初步应用，可以追朔到第二次世界大战期间，当时美国陆军采用无线电信号做资料的传输。他们研发出了一套无线电传输科技，并且采用相当高强度的加密技术，得到美军和盟军的广泛使用。他们也许没有想到，这项技术会在五十年后的今天改变我们的生活。 2、许多学者从中得到灵感，在1971年时，夏威夷大学的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络。这被称作ALOHAnet的网络，可以算是相当早期的无线局域网络 (WLAN)。它包括了7台计算机，它们采用双向星型拓扑横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛上。从这时开始，无线网络可说是正式诞生了。 3、1990年，IEEE正式启用了802.11项目，无线网络技术逐渐走向成熟， IEEE802.11(WiFi)标准诞生以来，先后有802.11a和 802.11b，802.11g，802.11e，802.11f，802.11h，802.11i，802.11j等标准制定或者酝酿，目前802.11n应用已经非常普遍，802.11n技术可以提供用户高速度、高质量的WLAN服务。 4、2003年以来，无线网络市场热度迅速飙升，已经成为IT市场中新的增长亮点。由于人们对网络速度及方便使用性的期望越来越大，于是与电脑以及移动设备结合紧密的WiFi、CDMA/GPRS、蓝牙等技术越来越受到人们的追捧。于此同时，在相应配套产品大量面世之后，构建无线网络所需要的成本下降了，一时间，无线网络已经成为我们生活的主流。 5、随着3G、4G（LTE）等高速移动网络的面市，移动网络成为生活中的不可缺少的一部分，很多商店、餐馆等公共场所也提供了很多WiFi无线热点。 4 WWAN 根据网络覆盖范围的不同，可以将无线网络划分为 无线广域网(WWAN：Wireless Wide Area Network) 无线局域网(WLAN：Wireless Local Area Network) 无线城域网(WMAN：Wireless Metropolitan Area Network) 无线个人局域网(WPAN：Wireless Personal Area Network)。 无线网络分类 无线网络概述 WLAN WMAN WPAN 根据网络覆盖范围的不同，可以将无线网络划分为无线广域网、无线局域网、无线城域网和无线个人局域网。 1、WPAN(Wireless Personal Area Network)，提供个人区域无线的连接，一般是点对点连接和小型网络的连接。 特点：易用、低费用、便携等； 主要技术：蓝牙技术，工作在2.4GHZ频段。 2、WLAN(Wireless Local Area Network)，使用频段：2.4GHZ和5GHZ。 能量消耗大； 支持多用户，设计更加灵活； 主要技术：802.11a/b/g/n。 3、WMAN(Wireless Metro Area Network)，主要用于骨干连接和用户覆盖。 一般使用的频段需要申请，公用的频段也可以，但是有干扰； 主要技术：WiMax（802.16）。 4、WWAN(Wireless Wide Area Network)，主要是运营商用于无线覆盖。 带宽小，基于时长或者流量来收费； 主要技术：2G/3G，卫星传输等。 随着无线技术的发展，不同种类的无线网络之间的界限越来越模糊，有相互融合的趋势。 5 可移动性强，能突破时空的限制 网络扩展性能相对较强 设备安装简易、成本低廉 无线网络的特点 无线网络概述 1、可移动性强，能突破时空的限制。 无线网络是通过发射无线电波来传递网络信号的，只要处于发射的范围之内，人们就可以利用相应的接受设备来实现对相应网络的连接。这个极大地摆脱了空间和时间方面的限制，是传统网络所无法做到的 2、网络扩展性能相对较强。 与有线网络不一样的是，无线网络突破了有线网络的限制，其可以随时通过无线信号进行接人，其网络扩展性能相对较强，可以有效实现网络工作的扩展和配置的设置等。用户在访问信息时也会变得更加高效和便捷。无线网络不仅扩展了人们对使用网络的空间范围，而且还提升了网络的使用效率。 3、设备安装简易、成本低廉。 通常来说，安装有线网络的过程中是较为复杂繁琐的，有线网络除了要布置大量的网线和网线接头，而且其后期的维护费用非常高。而无线网络则无需布设大量的网线，安装—个无线网络发射设备即可，同时这也为后期网络维护创造了非常便利的条件，极大地降低了网络前期安装和后期维护的成本费用。 6 Ir DA技术: Blue Tooth技术： Home RF技术： WiFi技术： GSM、UMTS、LTE技术： 无线传输技术 无线网络概述 1、Ir DA: 一种利用红外线进行点到点通讯的技术。其特点是视距无障碍传输，传输速率可达16M；成本低、寿命短。 2、Blue Tooth：工作于2.4G频段上，理想连接范围是10cm-10m，支持72kbps/57.6kbps的不对称连接或43.2kbps的对称连接。 3、Home RF：家庭无线网络，是IEEE802.11与DECT（数字无绳电话标准）的结合，工作在2.4GHz频段，100m内提供的最大接入速率为2M。 4、WiFi：无线高保真Wireless Fidelity，使用无线技术如IEEE802.11a/b/g/n等为局域网提供无线连接。 GSM、UMTS、LTE：主要应用于移动网络数据传输，使用频段有900M，1800M，1900M，2100M等，用于无线广域网的覆盖。 7 WLAN （Wireless Local Area Network）无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。 WLAN与WiFi WLAN技术 Wi-Fi＝采用802.11技术的WLAN WLAN （Wireless Local Area Network）无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。 在平时使用无线局域网时，大家经常说Wi-Fi，那么Wi-Fi和WLAN有什么关系？ Wi-Fi＝采用802.11技术的WLAN 8 WLAN的发展历程 WLAN技术 9 WLAN可用速率 速率 802.11 802.11b 802.11g 802.11n 802.11ac 1 5 25 125 725 WLAN的发展历程 WLAN技术 版本 年份 频段 速率 802.11 1997 2.4 GHz 2 Mbps 802.11 a 1999 5 GHz 54 Mbps 802.11 b 1999 2.4 GHZ 11 Mbps 802.11 g 2003 2.4 GHz 54 Mbps 802.11 n 2009 2.4 GHz 5 GHz 600 Mbps 802.11 ac Wave1 2013 5 GHz 1.3Gbps 802.11 ac Wave2 2015 5 GHz 3.47Gbps WLAN网络发展的目标 更高带宽：802.11a/g速率达到54Mbps，802.11n可达600Mbps（采用MIMO技术），802.11ac wave2可达到3.47Gbps 。 更广覆盖范围：从802.11a/g的100m到802.11n的500-1000m。 更强的障碍物穿透能力：可以使用于多堵墙壁的商务住宅、复杂房间结构的写字楼等环境中。 从单纯的Fat AP模式转为集中控制的AC-Fit AP模式。 下表中就是IEEE802.11系列标准技术的演进，纵观802.11系列标准的发展，会发现大概5年左右推出新一代802.11技术，而一代新技术的可用速率会比前一代标准提高5倍左右 10 WLAN典型应用 WLAN技术 WLAN在行业中提供更加灵活的网络部署，让工作更高效， WLAN让网络使用更自由，让用户随时随地的接入网络。 WLAN让工作更高效，在行业中提供更加灵活的网络部署： 体育场馆，部署WLAN网络后，便于现场记者进行现场新闻的实时报导。 展馆和证券大厅，通过部署WLAN网络，进行业务和监控数据的实时交互。 工厂和生产线上，通过部署WLAN网络，进行生产仪器的远程控制和监控。 物流和港口上，部署WLAN网络，可以通过无线网络达到中远距离的通讯沟通。 WLAN让网络使用更自由，让用户随时随地的接入网络： 写字楼内部署WLAN网络，实现无线办公，免去网线的约束。 候机厅、风景区、咖啡厅内部署WLAN网络，使得用户随时随地上网 11 WLAN网络 WLAN （Wireless Local Area Network）无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。 问题 2.4G网络和5G网络的优缺点是什么？各自适合什么样的环境中使用？ 13 WLAN设备及组网方式介绍 无线电波是频率介于3赫兹和约300G赫兹之间的电磁波，也叫作射频电波 WLAN所在频段 WLAN技术 极低频 ELF 超低频 SLF 特低频 ULF 甚低频 VLF 低频 LF 中频 MF 高频 HF 甚高频 VHF 特高频 UHF 超高频 SHF 极高频 EHF 3 30 300 3 30 300 3 30 300 3 30 300 红外线、可见光、紫外线、射线等 WLAN（wireless local area network）利用电磁波完成数据交互，实现传统有线局域网的功能。 WLAN技术被 802.11b/g/n 定义工作在 2.4GHz 的频段中，在其中 2.4GHz 频段被划分为14个交叠的、错列的20MHz 无线载波信道，它们的中心频率间隔分别为 5MHz。802.11a/n/ac 工作在有更多信道的 5GHz 频段中。 HZ KHZ MHZ GHZ 无线电波是频率介于3赫兹和约300G赫兹之间的电磁波，也叫作射频电波 而WLAN就是利用电磁波完成数据交互，实现传统有线局域网的功能的。 WLAN技术被IEEE 802.11b/g/n 定义工作在 2.4GHz 的频段中，在其中 2.4GHz 频段被划分为14个交叠的、错列的20MHz 无线载波信道，它们的中心频率间隔分别为 5MHz。802.11a/n/ac 工作在有更多信道的 5GHz 频段中。 15 2.4GHz频段 WLAN技术 支持802.11b/g/n 802.11b每个信道需要占用22MHz 802.11g、802.11n每个信道需要占用20MHz 802.11n完全兼容802.11b 和802. 11g 802.11b频段带宽示意图 22MHz 2.4GHz 是全世界公开通用使用的无线频段，在2.4GHz频段下工作可以获得更大的使用范围和更强的抗干扰能力，目前广泛应用于家用及商用领域。它整体的频宽胜于其他ISM 频段，这就提高了整体数据传输速率，允许系统共存，允许双向传输，且抗干扰性强，传输距离远（短距离无线技术范围）。随着越来越多的技术选择了2.4GHz频段，逐渐使得该频段日益拥挤。 16 5GHz频段 WLAN技术 支持802.11a/n/ac 802.11a/n每个信道需要占用20MHz 802.11ac每个信道支持20MHz、40MHz、80MHz 2.4GHz频段的带宽范围是83.5MHz，5GHZ频段要比2.4GHZ频段宽的多，在这个频段内可以使用的带宽范围为325MHZ，但是关于对5GHZ频段的定义每个国家也是不一样的，在5GHZ频段工作的协议为802.11a/n，在5GHZ频段下每个信道占用20MHZ的带宽来传输数据，由于802.11a与802.11n都工作在5GHZ的频段下，所以802.11n协议同样也是向下兼容802.11a的。在我们国家，5GHz频段是从5.725GHZ到5.825GHZ的频段共5个信道。 17 AP与AC WLAN设备介绍 无线局域网络的架构主要分为: 基于控制器的AP架构（瘦AP，Fit AP） 传统的独立AP架构（胖AP，Fat AP） 随着WLAN技术以及市场的发展，瘦AP正在迅速替代胖AP模式。 AC AP 无线局域网络的架构主要分为:基于控制器的AP架构（瘦AP，Fit AP）；传统的独立AP架构（胖AP，Fat AP）。随着近几年WLAN技术以及市场的发展，瘦AP正在迅速替代胖AP模式。 18 胖AP模式 WLAN设备介绍 胖AP，除无线接入功能外，一般具备WAN、LAN两个接口，多支持DHCP服务器、DNS和MAC地址克隆，以及VPN接入、防火墙等安全功能。 天线 协议802.11a/b/g/n/ac 加密 802.1X认证，802.11e Qos 网管，二层漫游，安全 胖AP典型的例子为无线路由器。无线路由器与纯AP不同，除无线接入功能外，一般具备WAN、LAN两个接口，多支持DHCP服务器、DNS和MAC地址克隆，以及VPN接入、防火墙等安全功能。 所有的设置参数都直接在AP上进行配置，包括认证、漫游、安全等 19 瘦AP模式 WLAN设备介绍 瘦AP是自身不能单独配置或者使用的无线AP产品，这种产品仅仅是一个WLAN系统的一部分，负责管理安装和操作 无线欺骗防护 用户防火墙 AP点监测 RF管理 无线客户端管理 802.1X认证，802.11e Qos 网管，二层漫游，安全 天线 协议802.11a/b/g/n/ac 加密 瘦AP是“代表自身不能单独配置或者使用的无线AP产品，这种产品仅仅是一个WLAN系统的一部分，负责管理安装和操作 无线局域网一体化发展的下一阶段是集中式WLAN架构。这种模式使用位于网络核心的WLAN控制器，在集中式的无线局域网体系结构中，基于控制器的接入点，也称为轻量型AP（或者瘦AP）。 对于可运营的WLAN，从组网的角度，为了实现WLAN网络的快速部署、网络设备的集中管理、精细化的用户管理，相比胖AP（自治性AP）方式，企业用户以及运营商更倾向于采用集中控制性WLAN组网（瘦AP+AC），从而实现WLAN系统、设备的可运维、可管理。 20 胖AP设备的典型组网 WLAN组网方式 家庭或SOHO网络的组网模式 Internet 在家庭或者SOHO中，由于所需要的无线覆盖范围小，一般采用胖AP组网。而胖AP可以不仅实现无线覆盖的要求，还可以同时作为路由器，实现对有线网络的路由转发 21 胖AP设备的典型组网 WLAN组网方式 企业网络的组网模式 Internet 在企业网络或者其他大型场所中，所需要的无线覆盖范围比较大，若采用胖AP组网，则可以将AP接入到接入交换机端，数据通过交换机的转发，到达企业核心网。在企业核心网也可以架设起网管系统，便于对AP的统一管理。 22 瘦AP+AC组网方式 WLAN组网方式 组网方式 根据AP与AC之间的网络架构可分为： 二层组网 三层组网 根据AC在网络中的位置可分为： 直连式组网 旁挂式组网 无线控制器＋FIT AP控制架构（瘦AP）对设备的功能进行了重新划分，其中无线控制器负责无线网络的接入控制，转发和统计、AP的配置监控、漫游管理、AP的网管代理、安全控制；FIT AP负责802.11报文的加解密、802.11的物理层功能、接受无线控制器的管理、RF空口的统计等简单功能。 其组网方式根据AP与AC之间的网络架构可分为：二层组网、三层组网 根据AC在网络中的位置可分为：直连式组网、旁挂式组网 23 实践任务 尝试完成自己家里的胖AP无线组网 24 $$