无线局域网技术分析

无线局域网技术分析姓名：施明坫学号：201103894172专业：计算机网络技术摘要：在这个网络飞速发展的时代，伴随着有线网络的广泛应用，以快捷高效，组网灵活为优势的无线网络技术也在飞速发展。无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。无线局域网的覆盖范围为几百米，在这样一个范围内，无线设备可以自由移动，其适合于低移动性的应用环境。而且无线局域网的载频为公用频段，无需另外付费，因而试用无线局域网的成本很低。无线局域网更会发展到上百兆的带宽，能够满足绝大多数用户的要求。基于以上几个原因，无线局域网赢得市场的巨大反响，并迅速发展成为一种重要的无线接入互联网的技术。关键词：有线局域网无线局域网无线协议安全应用一、无线局域网介绍1.1、无线局域网历史背景无线网络的初步应用可追溯到第二次世界大战期间，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，且采用相当高强度的加密技术。二战时期，美军和盟军都广泛使用这项技术。这项技术让许多学者得到了灵感，1971年，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ALOHNET的网络，称得上是当时早期的无线局域网络（WLAN）。跟这个WLAN只有七台计算机，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。此时，无线局域网诞生了。1.2、无线局域技术特点无线局域网利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质，无线局域网的数据传输速率现在已经能够达到54Mbps，传输距离可远至30km以上。它是对有线联网方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移动性，能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络联通问题。实现无线局域网的关键技术有三种：红外线、跳频扩频（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）。红外线局域网采用波长小于1μｍ的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，受阳光干扰大。它支持1～2Mbit/s数据速率，适于近距离通信。DSSS局域网可在很宽的频率范围内进行通信，支持1～2Mbit/s数据速率，在发送和接收端都以窄带方式进行，而以宽带方式传输。FHSS局域网支持1Mbit/s数据速率，共22组跳频图案，包括79个信道，输出的同步载波经解调后，可获得发送端送来的信息。DSSS和FHSS无线局域网都使用无线电波作为媒体，覆盖范围大，发射功率较自然背景的噪声低，基本避免了信号的偷听和窃取，通信安全性高。同时，无线局域网中的电波不会对人体健康造成损害，具有抗干扰、抗噪声、抗衰减和保密性好等优点。二、无线局域网的组成2.1、无线局域网的拓扑结构WLAN有2种主要的拓扑结构，即自组织网络（对等网络，即人们常称的AdHoc网络）和基础结构网络（infrastructurenetwork）。自组织型WLAN是一种对等模型的网络，它的建立是为了满足暂时需求的服务。自组织网络由一组有无线接口卡的无线终端，特别是移动电脑组成。这些无线终端以相同的工作组名、扩展服务集标识号（ESSID）和密码以对等的方式相互直连，在WLAN的覆盖范围之内，进行点对点或点对多点之间的通信。基础结构型WLAN利用了高速的有线或无线骨干传输网络。在这种拓扑结构中，移动节点在基站（BS）的协调下接入到无线信道。图1局域网的拓扑结构2.2、无线局域网的主要组件无线局域网由无线网卡、无线接入点（AP）、计算机和有关设备组成；常见的组成方式有3种：点对点型、点对多点型、和混合型。无线网卡，无线网卡提供了与有线网卡一样丰富的系统接口，包括PCMCIA口、Cardbus、PCI和USB等。有线网卡是网络操作系统与网线之间的接口。在无线局域网中，它们是操作系统与天线之间的接口，用来创建透明的网络连接。无线接入点（AP），接入点的作用相当于局域网集线器。它在无线局域网和有线网络之间接收、缓冲存储和传输数据，以支持一组无线用户设备。接入点通常是通过标准以太网线连接到有线网络上，并通过天线与无线设备进行通信。在有多个接入点时，用户可以在接入点之间漫游切换。无线接入点的有效范围是20~500m。根据技术、配置和使用网络情况，一个接入点可以支持15~250个用户，通过添加更多的接入点，可以比较轻松地扩充无线局域网，从而减少网络拥塞并扩大网络的覆盖范围。2.3、无线局域网的组成方式点对点型，常用于固定的要联网的两个位置之间，是无线联网的常用方式，使用这种联网方式建成的网络，优点是传输距离远，传输速率高，受外界环境影响较小。点对多点型，常用于有一个中心点，多个远端点的情况下。其最大优点是组建网络成本低、维护简单；其次，由于中心使用了全向天线，设备调试相对容易。该种网络的缺点也是因为使用了全向天线，波束的全向扩散使得功率大大衰减，网络传输速率低，对于较远距离的远端点，网络的可靠性不能得到保证。混合型，用于所建网络中有远距离的点、近距离的点，还有建筑物或山脉阻挡的点。在组建这种网络时，综合使用上述几种类型的网络方式，对于远距离的点使用点对点方式，近距离的多个点采用点对多点方式，有阻挡的点采用中继方式。三、无线局域网的类型3.1、独立的WLAN独立的WLAN是指整个网络都使用无线通信。在这种方式下可以使用一些进行数据发送和接收的设备,这些设备被称为接入点(AP,AccessPoint),也可以不使用AP。在不使用AP时,各个用户之间通过无线直接互连。其缺点是各用户之间的通信距离必须较近,当用户数量较多时性能较差。如图2和图3中各台计算机构成一种特殊的无线网络应用模式,一群计算机接上无线网络卡,即可相互连接,资源共享,无需透过AccessPoint,即AdhocModeWLAN。图2不使用AP的独立WLAN图3使用AP的独立WLAN3.2、非独立的WLAN在大多数情况下,无线通信是作为有线通信的一种补充和扩展。我们把这种情况称非独立的WLAN,如图4所示。在这种配置下,多个AP通过线缆连接在有线网络上,以使无线用户随即能够访问网络各个部分。图4非独立的WLAN四、无线局域技术优劣分析4.1、无线局域技术优点无线局域网开始作为有线网络的延伸而存在的。各个团体、企业都采用了无线局域网技术来构建办公室网络。随着无线局域网的进一步发展，WLAN从单纯的传统的局域网技术正在向“公共无线局域网发展”，成为国际互联网宽带接入的重要手段。WLAN具有易安装、易扩展、易管理、高移动性、高保密性、抗干扰等优点。①安装便捷：一般在网络建设中施工周期最长、对周边环境影响最大，就是网络布线施工工程。在施工过程中，常常需要破墙崛壁、穿线架管。而WLAN的最大优势就是减少网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可以覆盖整个建筑或地区的局域网络。②经济节约：由于有线网络缺少灵活性，这就要网络的规划者尽可能的考虑网络未来的发展，这就会导致往往会预留利用率比较低的信息点。一旦网络的发展超出原来的规划，又要花费很大的费用进行网络改造。而WLAN则可以避免以上情况的发生。③使用灵活：在有线网络中，网络设备安装的位置受到网络信息点位置的限制。一旦WLAN建好后，在无线网络的覆盖范围内，任意位置的网络设备都可以接入。④易于扩展：WLAN有多中配置方式，可根据需要灵活选择。WLAN就可以胜任从几个用户的小型局域网到有上千个用户的大型局域网。由于WLAN具有多方面的优点，它的发展十分迅速。在近几年中WLAN已经在商店、工厂、学校、医院等不适合网络布线的场合得到广泛的应用。4.2、无线局域技术缺点一般工作在自由频段、容易受到干扰、功率受限。IEEE802.11协议属于第二层技术规范，上层业务体系不够完善。无线局域网虽然解决了有线局域网无法克服的困难，拥有很多优势，但与有线局域网相比，仍然有不足之处。无线局域网速率较慢，一般容易受到干扰，功率受限。现在用户最好只能是11mbps的速度发送和接受信息，移动能力较强的完全分布型无线局域网更是结构复杂、成本高并存在多路径干扰。而且，由于无线网络的传输介质脆弱和WEP存在不足，导致了它除了具有有线网络的不安全因素外，还容易遭受窃听和干扰、冒充、欺骗等形式的攻击，安全性问题一直是无线局域网迫切需要解决的问题。目前无线网络还不能完全脱离有线网络，无线网络与有线网络只是互补的关系。尽管如此，我们也应该看到，无线局域网发展十分迅速，已经能够通过与广域网相结合的形式提供移动互联网的多媒体业务，在医院、商店、工厂和学校等场合都得到广泛应用。五、无线局域网协议分析5.1、IEEE802.11系列协议作为全球公认的局域网权威，IEEE802工作组建立的标准在局域网领域内得到了广泛应用。这些协议包括802.3以太网协议、802.5令牌环协议和802.3z100BASE-T快速以太网协议等。802.11协议是IEEE在1997年发布的，是无线局域网领域第一个在国际上被认可的协议。为了补充802.11协议的不足，1999年9月，IEEE提出802.11b协议，之后又推出了802.11a、802.11g等一系列协议，从而进一步完善了无线局域网规范，其中802.11g协议在无线局域网协议中的起到越来重要的作用，下图为近几年IEEE802.11系列协议比重变化情况。图5IEEE802.11系列协议比重变化IEEE802.11工作组制订的具体协议如下：802.11a协议，此协议采用正交频分调制（OFDM）技术调制数据，使用5GHz的频带。OFDM技术将无线网络信道以低数据速率并行传输的分频率，然后再将这些频率一起放回接收端，可提供25Mbit/s的无线ATM接口和10Mbit/s的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口。在很大程度上可提高传输速度，改进信号质量，克服干扰。物理层速率可达54Mbit/s，传输层达25Mbit/s，能满足室内及室外的应用。802.11b协议也被称为Wi-Fi技术，此协议采用补码键控（CCK）调制方式，使用2.4GHz频带，支持两种速率--5.5Mbit/s和11Mbit/s。多速率机制的介质访问控制可确保当工作站之间距离过长或干扰太大、信噪比低于某个门限值时，传输速率能够从11Mbit/s自动降到5.5Mbit/s，根据直序扩频技术调整到2Mbit/s和1Mbit/s。在不违反FCC规定的前提下，采用跳频技术无法支持更高的速率，因此需要选择DSSS作为该标准的惟一物理层技术。802.11g，2001年11月，在802.11IEEE会议上形成了802.11g标准草案，目的是在2.4GHz频段实现802.11a的速率要求。该标准将于2003年初获得批准。802.11g采用PBCC或CCK/OFDM调制方式，使用2.4GHz频段，对现有的802.11b系统向下兼容。它既能适应传统的802.11b标准(在2.4GHz频率下提供的数据传输率为11Mbit/s)，也符合802.11a标准，从而解决了对已有的802.11b设备的兼容。用户还可以配置与802.11a、802.11b以及802.11g均相互兼容的多方式无线局域网，有利于促进无线网络市场的发展。5.2、蓝牙规范（Bluetooth）为了实现短距离无线语音和数据通信，SIG（特别兴趣小组）制定的一个公共的、无需许可证的蓝牙规范。蓝牙技术工作于2.4GHz的ISM频段，基带部分的数据速率为1Mbit/s，有效无线通信距离为10~100m，采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙技术采用自动寻道技术和快速跳频技术保证传输的可靠性，具有全向传输能力，但不需对连接设备进行定向。它是一种改进的无线局域网技术，但其设备尺寸更小，成本更低。在任意时间，只要蓝牙技术产品进入彼此有效范围之内，它们就会立即传输地址信息并组建成网，这一切工作都是设备自动完成的，无需用户参与。5.3、HomeRF标准在美国联邦通信委员会（FCC）正式批准HomeRF标准之前，HomeRF工作组于1998年为在家庭范围内实现语音和数据的无线通信制订出一个规范，即共享无线访问协议（SWAP）。该协议主要针对家庭无线局域网，在校园无线局域网中有极限，其数据通