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1、第十一章 无线网络技术,岳池中学: 王 淮 E-mail:wanghuai527,在网络不断发展的今天，有线网络的局限性越来越明显：一方面，因地理环境的限制，使得有线网络很难实现进一步的延伸；另一方面，随着移动设备的日益普及，有线信息点的固定性使笔记本电脑等移动设备还不能成为真正意义上的移动工具。无线网络的出现很好地解决了此类问题，使得移动设备摆脱了有线的束缚，更好地发挥其灵活、移动的特性，作为有线网络的延伸，无线网络的应用越来越深入到各行各业中。 目前，各大网络产品厂商均提供无线网络产品及相关技术服务。本节将以 TP-Link 的无线网络产品为例介绍各主要部件的性能特点。,11.1.1 无线
2、局域网的概念,无线局域网是于 1990 年出现在现实生活中的。当它出现时，就有人预言完全取消电缆和线路连接方式的时代即将来临。目前，随着无线网络技术的日趋完善，无线网络产品价格的持续下调，无线局域网的应用范围也迅速扩展。过去，无线 LAN 仅限于工厂和仓库使用，现在已进入办公室、家庭，乃至其他公共场所。 无线局域网是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网(Wireless Local Area Network ， WLAN)。它是无线通信、计算机网络技术相结合的产物，是有线联网方式的重要补充和延伸，并逐渐成为计算机网络中一个至关重要的组成部分。 目前，无线通信一般有两种传输手段，即无线电波和光波
3、。无线电波包括短波、超短波和微波。光波指激光、红外线。,11.1.1 无线局域网的概念,短波、超短波类似电台或电视台广播采用的调幅、调频或调相的载波，通信距离可达数十公里。这种通信方式速率慢、保密性差、易受干扰、可靠性差，一般不用于无线局域网。 激光、红外线由于易受天气影响，不具备穿透的能力，在无线局域网中一般不用。 因此，微波是无线局域网通信传输媒介的最佳选择。目前，使用微波作传输介质通常以扩频方式传输信号。这种扩频通信最早始于军事通信，由于扩频通信在提高信号接收质量、抗干扰、保密性、增加系统容量方面都有突出的优点，扩频通信迅速地在民用、商用通信领域普及开来。在国内，近年来扩频通信技术已经应
4、用于室内局域网互连和室外城域网互连等领域。,11.1.2 无线局域网的特点,1.移动性 为实现移动办公是开发无线局域网技术的最基本目的。无线局域网可实现室内移动办公和室外远距离主干互联，有效解决了有线局域网中各信息点不可移动的问题。因而广泛适用于需要可移动数据处理或无法进行物理传输介质布线的领域。 2.灵活性 有线局域网中，室外布线时或挖沟走线或架空走线，受地势、环境、政府规定影响，不能任意布线，而且电缆数量固定，通信容量有限，不能随时架设、随时增加链路进行扩容；而无线局域网采用 2.4GHz 民用通信频率，无需布线、无需政府许可，且通信覆盖范围大，几乎不受地理环境限制，网络连接灵活，可随时扩
5、容。,11.1.2 无线局域网的特点,3.安全性 有线局域网的线缆不但容易遭到破坏，而且容易遭搭线窃听，而无线局域网采用的无线扩频通信技术本身就起源于军事上的防窃听技术，因此安全性高。 4.可靠性 有线局域网的电缆线路存在信号衰减的问题，即随着线路的扩展而信号质量急剧下降，而且误码率高,而无线局域网通过数据放大器和天线系统,可有效解决信号此类问题。一般来说,50 公里内几乎没有影响，可提供最高达 31Mbps 的通信速率，误码率低，可靠性高。 建设有线局域网时一般需要备份，如果均用有线系统，则当一条线路中断时，另外一条很可能同样由于整个电缆被挖断或被破坏、配线架损坏、转接局断电等原因，而同时中
6、断。如果利用无线网络进行备份，当有线线路中断时，则可将通信链路切换到无线链路上，可保证通信线路的畅通，大大提高网络系统的可靠性。,11.1.2 无线局域网的特点,5.易维护 有线局域网络的维护需沿线路进行测试检查，出现故障时，一般很难及时找出故障点，而无线局域网只需对天线、无线接入器和无线网卡进行维护，出现故障时则能快速找出原因，恢复线路正常运行。 综上所述，无线局域网技术在安全性、可靠性、易维护等很多方面超出了传统的有线局域网技术，尤其在一些特殊的地理环境下，更是体现出了其优越性。当然，在进行网络设计时无论是选择有线还是无线，都应根据具体情况因地制宜，量体裁衣。,11.1.3无线局域网的使用
7、范围,根据无线局域网的技术特点，其应用情况可分为两类：一类作为半移动网络应用；另一类作为全移动网络应用。 1.半移动网络应用 在半移动网络应用环境中，又可分为室内应用与室外应用。 室内应用 在室内应用环境中，无线局域网作为有线局域网的补充，它与有线局域网并存。无线局域网的价格比有线局域网高，所以在以下应用情况中方可发挥无线的特长：大型办公室、车间；超市、智能仓库；临时办公室、会议室；证券市场等。,11.1.3无线局域网的使用范围, 室外应用 在难于布线的室外环境下，可以充分发挥无线局域网的高效率、组网灵活等优点。在公共通信网不发达的状态下，无线局域网可作为区域网（覆盖范围几十公里以内）使用。以
8、下是无线局域网的主要应用范围：城市建筑群间的通信，学校校园网络，工矿企业厂区自动化控制与管理网络，银行、金融证券城区网络，城市交通信息网络，矿山、水利、油田等区域网络，港口、码头、江河湖坝区网络，野外勘测、实验等流动网络，军事、公安流动网络等。 2.全移动网络应用 无线局域网与有线主干网构成移动计算机网络系统。这种网络传输速率高、覆盖范围广、可以传多媒体信息，这是无线局域网的发展方向。如果一个城市建设了这样的网络应用环境，那么计算机接入 Internet 将同用手机通话一样方便。,11.2 无线网协议,无线通信的发展日新月异，从“蓝牙”到第三代移动通信，新技术层出不穷，尤其是无线局域网 (LA
9、N) 技术以比人们的预料快得多的速度向前发展着。正因为如此，目前无线局域网的标准较多，处于众多标准共存时期。下面简单介绍主要的无线互联标准。 1.IEEE 802.11b 由 IEEE 802.11 Task Group b 于 1999 年底制定，以直序扩频 ( 又称 DSSS ； Direct Sequence Spread Spectrum) 作为调变技术，所谓直序扩频是将原来 1 位的信号，利用 10 个以上的位来表示，使得原来高功率、窄频率的讯号，变成低功率、宽频率。另外一方面， 802.11b 传输速率最高可达到 11Mbps ，频段则采用 2.4GHz 免执照频段。 IEEE 8
10、02.11b 的用户在 2001 年初只是凤毛麟角，而现在已超过 1500 万，这个数字与蜂窝电话和有线以太网相比还显得太小，但增长速度却是扶摇直上。,11.2 无线网协议,2.IEEE802.11a IEEE 802.11a 在 2001 年到 2002 年推出，采用能有效降低多重路径衰减与有效使用频率正交频分复用（ OFDM ）技术，并选择干扰较少的 5GHz 频段，其数据率高达 54Mbps 。由于 IEEE 802.11b 的数据率为 11Mbps ，物理层额外开销使数据率下降 40% ，实际数据率最多为 6Mbps ，因此 802.11a 被视为下一代高速无线局域网络规格。 3. I
11、EEE802.11g 802.11a 尽管优于 802.11b ，但存在兼容性问题，即 802.11a 的产品不能与 802.11b 的互通。为此， IEEE 制定出了 802.11g ，该标准在 IEEE 802.11b 标准基础上，选择 2.4 GHz 频段，使用 OFDM 技术，与 802.11a 兼容。目前 IEEE 802.11g 主要有两家公司在竞争标准：一家为 Intersil ，以 OFDM 为通讯技术、传输速率可达 36Mbps ；另一家为 TI ，以 PBCC 为通讯技术、传输速率达 22Mbps 。目前 IEEE 802.11g 工作小组对 Intersil 的解决方案有
12、较大的兴趣， Intersil 胜出的机率相形之下也大了许多。,11.2 无线网协议,所有的无线 LAN 都使用未注册频谱，因此，它们易受干扰，并引起传输出错。当传输出现差错时，所传输的信息必须重发，势必浪费带宽。如果差错率达到 50% ，则会使数据率减少三分之二。就 802.11b 而言， 6Mbps 的实际数据率减去差错重发开销后只剩下 2Mbps ，在网络上只能实现每个节点共享的半双工通信。 在无线通信标准中，除了 IEEE 802.11 系列外，还有 homerf2 、 Hiperlan2 和 5-up 标准。各通信协议比较见表 9-1 。,11.2 无线网协议,表 11-1 现有和未
13、来的无线局域网标准,11.2 无线网协议,除此之外， IEEE 还将推出以下新的标准系列： 802.11d ，旨在制定在其他频率上工作的多个 802.11b 版本，使之适合于世界上现在还未使用 2.4ghz 频段的国家。 802.11e ，该标准将对 802.11 网络增加 Qos 能力，它将用时分多址方案取代类似以太网的 MAC 层，并对重要的业务增加额外的纠错功能。 802.11f ，该标准旨在改进 802.11 的切换机制，以使用户能够在两个不同的交换分区 ( 无线信道 ) 之间，或在加到 2 个不同的网络上的接入点之间漫游的同时保持连接。 802.11h ，该标准意在对 802.11a
14、 的传输功率和无线信道选择增加更好的控制功能，它与 802.11e 相结合，适用于欧洲地区。 802.11i ，该标准消除 802.11 的最明显的缺陷：安全问题。它将是基于高级加密标准，即美国政府“官方”加密算法的一个完整的新标准。 802.11j 。这是个新的标准，目前只是一个草案，尚未组成特别工作组进行讨论。预计，该标准将使 802.11a 和 hiperlan2 这两个标准在同一频率共存。,11.2.2无线局域网的工作原理,无线局域网的基础还是传统的有线局域网，是有线局域网的扩展和替换。它只是在有线局域网的基础上通过无线接入器、无线网桥、无线网卡等设备来实现无线通信。 以无线网卡为例，
15、一个无线网卡主要包括 NIC 单元、扩频通信机和天线三个功能模块。 NIC 单元属于数据链路层，由它负责建立主机与物理层之间的连接。扩频通信机与物理层建立了关系，实现无线电信号的接收和发送。当计算机要接收信息时，扩频通信机与物理层通过网络天线接收信息，并且对该信息进行处理，判断是否要发给 NIC 单元。如果是，则将信息帧交给 NIC 单元，否则丢弃。如果扩频通信机发现接收到的信号有错，则通过天线发送给对方一个出错信息，通知发送方重新发送。当计算机要发送数据时，主机先将待发送的信息传给 NIC 单元，由 NIC 单元首先监测信息道是否空闲。如果空闲，便立即发送，否则暂不发送，并继续监测。,11.2.3 无线局域网的拓扑结构,无线局域网的拓扑结构可分为两类：无中心拓扑（对等网模式）和有中心拓扑（客户 / 服务模式）。无中心拓扑的网络要求网中任意两点均可直接通信。采用无中心拓扑结构的网络一般使用公用广播信道，而信道接入控制协议多采用载波监测多址接入（ CSMA ）类型的多址接入协议。有中心拓扑结构则要求一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访问均由中心站控制。二者的拓扑结构如图 11-1 所示,11.2.3 无线局域网的拓扑结构,图 11-1 无线局域网拓扑结构,
