WLAN

简介

　　对于局域网络管理主要工作之一，对于铺设电缆或是检查电缆是否断线这种耗时的工作，很容易令人烦躁，也不容易在短时间内找出断线所在。再者，由于配合企业及应用环境不断的更新与发展，原有的企业网络必须配合重新布局，需要重新安装网络线路，虽然电缆本身并不贵，可是请技术人员来配线的成本很高，尤其是老旧的大楼，配线工程费用就更高了。因此，架设无线局域网络就成为最佳解决方案。

结构

　　无线局域网拓扑结构概述：基于IEEE802.11标准的无线局域网允许在局域网络环境中使用未授权的2.4或5.3GHz射频波段进行无线连接。它们应用广泛，从家庭到企业再到Internet接入点。主要可分为下面几个：
简单的家庭无线LAN
　　在家庭无线局域网最通用和最便宜的例子，如图所示，一台设备作为防火墙，路由器，交换机和无线接入点。这些无线路由器可以提供广泛的功能，例如：保护家庭网络远离外界的入侵。允许共享一个ISP（Internet服务提供商）的单一IP地址。可为4台计算机提供有线以太网服务，但是也可以和另一个以太网交换机或集线器进行扩展。为多个无线计算机作一个无线接入点。通常基本模块提供2.4GHz802.11b/g操作的Wi-Fi，而更高端模块将提供双波段Wi-Fi或高速MIMO性能。

图 无线局域网简单的家庭无线LAN

无线桥接
　　当有线连接以太网或者需要为有线连接建立第二条冗余连接以作备份时，无线桥接允许在建筑物之间进行无线连接。802.11设备通常用来进行这项应用以及无线光纤桥。802.11基本解决方案一般更便宜并且不需要
　　在天线之间有直视性，但是比光纤解决方案要慢很多。802.11解决方案通常在5至30mbps范围内操作，而光纤解决方案在100至1000mbps范围内操作。这两种桥操作距离可以超过10英里，基于802.11的解决方案可达到这个距离，而且它不需要线缆连接。但基于802.11的解决方案的缺点是速度慢和存在干扰，而光纤解决方案不会。光纤解决方案的缺点是价格高以及两个地点间不具有直视性。

　　图  无线局域网

中型无线局域网
　　中等规模的企业传统上使用一个简单的设计，他们简单地向所有需要无线覆盖的设施提供多个接入点。这个特殊的方法可能是最通用的，因为它入口成本低，尽管一旦接入点的数量超过一定限
　　度它就变得难以管理。大多数这类无线局域网允许你在接入点之间漫游，因为它们配置在相同的以太子网和SSID中。从管理的角度看，每个接入点以及连接到它的接口都被分开管理。在更高级的支持多个虚拟SSID的操作中，VLAN通道被用来连接访问点到多个子网，但需要以太网连接具有可管理的交换端口。这种情况中的交换机需要进行配置，以在单一端口上支持多个VLAN。
　　尽管使用一个模板配置多个接入点是可能的，但是当固件和配置需要进行升级时，管理大量的接入点仍会变得困难。从安全的角度来看，每个接入点必须被配置为能够处理其自己的接入控制和认证。RADIUS服务器将这项任务变得更轻松，因为接入点可以将访问控制和认证委派给中心化的RADIUS服务器，这些服务器可以轮流和诸如Windows活动目录这样的中央用户数据库进行连接。但是即使如此，仍需要在每个接入点和每个RADIUS服务器之间建立一个RADIUS关联，如果接入点的数量很多会变得很复杂。

图 无线局域网
 

大型可交换无线局域网
　　交换无线局域网是无线连网最新的进展，简化的接入点通过几个中心化的无线控制器进行控制。数据通过Cisco，ArubaNetworks，Symbol和TrapezeNetworks这样的制造商的中心化无线控制器进行传输和管理。这种情况下的接入点具有更简单的设计，用来简化复杂的操作系统，而且更复杂的逻辑被嵌入在无线控制器中。接入点通常没有物理连接到无线控制器，但是它们逻辑上通过无线控制器交换和路由。要支持多个VLAN，数据以某种形式被封装在隧道中，所以即使设备处在不同的子网中，但从接入点到无线控制器有一个直接的逻辑连接。
　　从管理的角度来看，管理员只需要管理可以轮流控制数百接入点的无线局域网控制器。这些接入点可以使用某些自定义的DHCP属性以判断无线控制器在哪里，并且自动连结到它成为控制器的一个扩充。这极大地改善了交换无线局域网的可伸缩性，因为额外接入点本质上是即插即用的。要支持多个VLAN，接入点不再在它连接的交换机上需要一个特殊的VLAN隧道端口，并且可以使用任何交换机甚至易于管理的集线器上的任何老式接入端口。VLAN数据被封装并发送到中央无线控制器，它处理到核心网络交换机的单一高速多VLAN连接。安全管理也被加固了，因为所有访问控制和认证在中心化控制器进行处理，而不是在每个接入点。只有中心化无线控制器需要连接到RADIUS服务器，这些服务器在图6显示的例子中轮流连接到活动目录。

　　交换无线局域网的另一个好处是低延迟漫游。这允许VoIP和Citrix这样的对延迟敏感的应用。切换时间会发生在通常不明显的大约50毫秒内。传统的每个接入点被独立配置的无线局域网有1000毫秒范围内的切换时间，这会破坏电话呼叫并丢弃无线设备上的应用会话。交换无线局域网的主要缺点是由于无线控制器的附加费用而导致的额外成本。但是在大型无线局域网配置中，这些附加成本很容易被易管理性所抵消。

WLAN的拓扑结构

　　在WLAN中，目前使用的拓扑结构主要有3种形式：点对点型、HUB型和全分布型。这3种结构解决问题的方法各有优缺点，目的都是让用户在无线信道中，获得与有线LAN兼容或相近的传输速率。
　　1)点对点型
　　典型的点对点结构，是通过单频或扩频微波电台、红外发光二极管、红外激光等方法，连接两个固定的有线LAN网段，实际上是作为一种网络互联方案。无线链路与有线LAN的连接是通过桥路器或中继器完成的。点对点拓扑结构简单，采用这种方案可获得中远距离的高速率链路。由于不存在移动性问题，收发信机的波束宽度可以很窄，虽然这会增加设备调试难度，但可减小由波束发散引起的功率衰耗。
　　2)HUB型
　　这种拓扑由一个中心节点(HUB)和若干外围节点组成，外围节点既可以是独立的工作站，也可与多个用户相连。中心HUB作为网络管理设备，为访问有线LAN或服务器提供逻辑接入点，并监控所有节点对网路的访问，管理外围设备对广播带宽的竞争，其管理功能由软件具体实现。在此拓扑中，任何两外围节点间的数据通信都须经过HUB，所以这种路由方案是种典型的集中控制式。
　　采用这种结构的网络，具有用户设备简单，维护费用低，网络管理单一等优点，并可与微蜂房技术结合，实现空间和频率复用，但是，用户之间的通信延迟增加，网络抗毁性能较差，中心节点的故障容易导致整个网络的瘫痪。
　　3)完全分布型
　　完全分布结构，目前还无具体应用，仅处于理论探讨阶段，它要求相关节点在数据传输过程中发挥作用，类似于分组无线网的概念。对每一节点而言，或许只有网络的部分拓扑知识(也可通过软件的安装获取全部拓扑结构)，但它可与邻近节点以某种方式分享对拓扑结构的认识，由此完成一种分布路由算法，即路由上的每一节点都要协助将数据传送至目的节点。
　　分布式结构抗毁性能好，移动能力强，可形成多跳网，适合较低速率的中小型网络，但对于用户节点而言，复杂性和成本较其他结构大幅度提高，网络管理困难，并存在多径干扰问题，同时随着网络规模的扩大，其性能指标下降较快。但在军事领域中，分布式WLAN具有很好的应用前景。

WLAN的传输方式

　　现行的WLAN按传输方式通常可分为两种：红外系统、射频系统。
　　1)红外(IR)系统
　　红外WLAN在室内的应用正引起极大的关注，由于它采用低于可见光的部分频谱作为传输介质，其使用不受无线电管理部门的限制。红外信号要求视距传输，检测和窃听困难，对邻近区域的类似系统也不会产生干扰，如果采用微蜂房技术，小区频率复用度可为1。
　　红外波段由于频率太高，不能像射频那样进行调制解调。如果采用聚焦波束的点对点方案，在距离30rn时可达到的比特速率至少为50Mbit／s，但出于安全考虑，其发射功率受到限制；漫射(diffuse)技术可为用户提供移动能力，但由于多径干扰以及对环境变化的敏感，一般工作于较低速率；准漫射技术(quasi-diffuse)综合了两者的优点，是目前红外LAN研究的热点，也是发展的方向。在实际应用中，由于IR系统具有很高的背景噪声(日光、环境照明等)，一般要求的发射功率较高，而采用现行技术，特别是LED，很难获得高的比特速率，尽管如此，红外WLAN仍是目前“100Mbit／s以上、性能价格比高的网络”惟一可行的选择。
　　2)射频(RF)系统
　　RFWLAN是目前最为流行的WLAN，它按频段可划分为3类：
　　(1)非专用频段，或称为工业、科研、医学(ISM)频段。ISM频段，位于调频无线电和蜂窝电话使用的UHF频段高端。由于此频段频谱资源拥挤，可用的带宽较少，所以必须采用扩频技术。由于优越的抗干掂|生和保密性，扩频技术其概念就是把原始信息的带宽变换成带宽宽得多的类噪声信号，扩频信号辐射的功率是被扩展过10～1000倍原始信息的带宽，这样，功率谱密度也相应降低相同的量，扩频信号对窄带信号(FDMA，TD-MA)用户的干扰也相应地降低相同的量，于是扩频信号对窄带用户的干扰就很小了。另一方面。扩频信号本身具有强的抗干扰能力，从这个意义上说，在窄带用户发射功率一定时，由于扩频处理增益的作用，扩频宽带信号可以与窄带信号共享相同的频带。也正鉴于此，美国联邦通信委员会(FCC)在1985年开放了3个频段：902～928MHz，2．4～2．4835GHz，5．725～5．85GHz，允许输出功率小于1W的扩频电台免许可证使用，这极大地促进了WLAN的发展。
　　ISM频段中涉及的免许可证电台，可以采用直接序列扩频(DS)、跳频(HF)，也可以是混合扩频(DS／HF)。DS技术常用于较高速率的数据通信，跳频系统从本质而言还是窄带传输过程，由于限制了调制带宽，通常速率较低，所以ISM频段的WLAN大多采用DS扩频，FCC对其使用做了较严格的技术规定。但是，扩频技术并不能从根本上解决可用带宽问题，在无线传输中，数据编码的可用带宽越多，可达到的总的数据率就越高，尽管FCC开放了多个频段，但其总的可用带宽有限，理论上，处理增益10dB的DS系统(QPSK)可得到的最大数据率分别为2．6Mbit／s(900MHz)和8．35Mbit／s(2．4GHz)。而目前工作于ISM频段中的WLAN最高数据率均小于1Mbit／s。
　　此外，在ISM频段中射频信号具有一定的透射和绕射能力，频率复用度较低，无法与最新的微蜂房技术结合，阻止了其应用范围的进一步扩大。
　　(2)专用频段：18．825～18．875GHz，19．165～19．215GHz。18GHz波段的主要优点是它具有一系列UHF和红外光波的混合频率特性，对于微蜂房网络应用很有吸引力，可获得较高的频率复用度，并且信号不必严格限于视距传输。18GHz波段具有足够高的频率，办公设施、生产设备对WLAN的干扰很小，而且由于所需功率小，系统产生的微波能量也不会影响其他电子系统和设备的正常工作。
　　18GHz波段另一个主要优势在于具有足够的带宽，最近FCC划分的专用频段。可供10个10MHz信道使用，由于FCC的控制，也减少了潜在的系统同频干扰。专用频段一般选用频带利用率高的窄带调制方式(如TDMA)，所以这一频段的WLAN多使用时分双工(TDD)复用技术，使系统在进行高速数据传输的同时，还有足够的频率间隔保证数据的可靠性和完整性。
　　(3)毫米波段(mmW)。工作于毫米波段的WLAN可提供更大的信息传输容量，但在技术上还未成熟。mmW与IR系统在物理层上有许多相似之处，在mmW系统中使用天线分集技术可明显提高抗阻塞和抗多径干扰能力，而IR系统由于波长短，使用天线分集时抗多径性能改善不大，只能减小阴影、阻塞和时延扩展带来的影响。此外，在mmW中采用静态路径补偿相对简单，特别是在频率高端(58GHz左右)。在此频段中，由于大气氧产生分子谐振，比低频段正常传播损耗高约18dB／km，这种附加的衰落使信号明显具有明显的作用范围，区域外不易检测和窃听到LAN信号，也使外来干扰对LAN不会产生大的影响，因此，毫米波段WLAN在军事领域中具有极好的发展前景。

WLAN的网络协议

　　分布计算环境的基础是网络数据的高质量传输，以有线以太网为例，其误码率在10～12数量级，出错后还可通过分组重传采取进一步保护措施。而在WLAN中即使采用纠错编码、反馈补偿等相关技术，要获得有线u州那样的低误码率仍然困难。因此与有线传输相比，WLAN在数据链路层上存在较大差异。
　　在介质访问控制子层(MAC)，有线LAN多遵循IEEE802系列标准，例如802．3的载波侦听多路访问／冲突检测(CSMA／CD)协议，802．5的令牌环路协议等。而WLAN的MAC标准化工作还未最后完成，IEEE802．11正致力于这方面的研究。由于MAC层及其以下各层对上层是透明的，只要配置相应的驱动程序，保证现有的有线局域网操作系统和应用软件在无线局域网上正常运行，所以我们重点讨论MAC层的协议。评价LAN协议的好坏，除了物理层传输速率，主要是吞吐量和时延特性参数。
　　1)IEEE802系列
　　红外WLAN多采用IEEE802系列标准，所以它可以直接使用现有的应用软件，可工作于802．X速率。而射频波段的WLAN，由于其物理层固有的信道波动性，采用上述协议不如有线系统可靠。
　　2)载波侦听多路访问／冲突避免(CSMA／CA)协议
　　由于无线介质动态范围大，一般的冲突检测方法在技术上难以实现，所以射频WLAN大多采用冲突避免的协议。CSMA／CA从本质上说，是时分复用技术和CSMA／CD的组合，其随机访问特性，保证它在协议层、带宽共享和物理信道特性方面性能可靠，但由于增加了时隙分配、同步比特等额外开销，其运行速度一般低于IEEE802．3协议。
　　3)IEEE802．11
　　1993年11月，IEEE802．11委员会提出了“基于分布方式的无线介质访问控制协议”草案，简称DFWMAC，其基本出发点是CSMA／CA，但为了增强异步传输业务的可靠性，采用了MAC层确认机制，对帧丢失予以检测并重新发送。此外，为了进一步减少碰撞，收发节点在数据传输前可交换简短的控制帧，来完成信道占用时间确定等功能。
　　4)时分双工(TDD)复用技术
　　TDD技术采用时分多址(TDMA)的常规传输方式，即将一时隙预约TDMA作为MAC协议，网络结构包括一个控制模块和若干用户模块。用户发送数据前要先发送请求，控制模块会在下一帧中分配时隙，从而避免了冲突。在传送突发性很强的单向高速数据时，可通过使用多时隙和不对称传输(使用上、下行时隙同向传送)来实现。帧长的选择取决于两个因素：时延和有效性。帧长越短，由于开销比特固定，有效性越差；相反则时延越大，所以帧长是采用TDD技术的WLAN设计中的关键问题。
　　5)网关方式
　　这种方式基于国际标准化组织定义的开放系统互联(OSI)协议体系结构，采用802．X与上层软件接口，然后安装完全不同的协议栈供无线信道使用，实现有线LAN和无线信道协议在逻辑链路控制(LLC)层的互联，使系统不必依赖于特定的有线LAN技术。
　　综上所述，WLAN协议的关键在于提高吞吐量、降低网络时延、有效利用信道。同时，一些国际标准，如泛欧数字无绳电话标准DECT，也向支持WLAN应用的方向发展，它通过将桥路器和无线基站集成，使PABX和IAN系统相结合，来支持语音、数据等综合业务的传输。

WLAN的应用

　　1)吞吐量
　　目前，有些设备吞吐量已超过15Mbit／s，而有些只能达到15Kbit／s或者更低，对用户而言，应以满足实际需求、有效利用带宽为原则。以互联有线以太网为例，虽然有线网传输速率达100Mbit／s，但实际的最大负载约为4Mbit／s(因为随着输入量增大，冲突和重传次数也相应增加)，若是远距离传输，吞吐量会降低至2～3Mbit／s。此外，在有线LAN中，只有无线节点的业务才会通过无线接口。因此，工作于较低速率(2Mbit／s)的WLAN，可很好地与有线以太网相匹配，并具有较好的性能。
　　从长远看，WLAN提供的速率应与FDDI(分布式光纤接口)或BISDN(宽带综合业务数字网)兼容，所以目前人们正致力于传输率100Mbit／s系统的研究开发。
　　2)保密性
　　由于无线传输介质的开放性，除了在网络管理层采取一定的安全措施外，在WLAN中，扩频传输技术也提供了许多安全方面的优点。不同的扩频用户选择不同的扩频码可共享同一频带，只有与发信机具有相同扩频码的收信机才能恢复或解扩信号，PN码使数据的保密性能得到增强。但直扩或跳频技术带来的优点，在单频传输时无法实现，所以有必要发展一种动态、简单的加密设备或算法，不仅易于连接和操作，而且传输密码对数据链路也不会产生太多的附加延迟或开销。在实际应用中，既可以通过独立的设备，也可采用硬件或软件方法融入WLAN设备中实现。
　　3)“动中通”(OTM，on-the-move)
　　随着计算机大量进入商业市场和军事部门，主机之间的相互通信变得非常重要。无论普通用户，还是军事指挥员，都希望能从网络的任何位置，不需复杂的寻址或长时间的物理连接就可发送数据。目前WLAN已完成了“无束缚”的静态操作，下一步发展目标，将是OTM能力，即在以一定速度行进时，可无中断地收发数据，这将是实现个人通信网(PCN)的一条有效途径。当然，为了扩大覆盖范围和提高频谱利用率，有必要引入蜂房或微蜂房技术，所以说未来的WLAN将是多项最新的通信技术的结合。
　　WLAN技术的未来极大地依赖于标准的建立，虽然IEEE802．11委员会的研究进展比原计划滞后，但它对WLAN的发展起着重要作用，此外，对等以太网计划也可望在WLAN发展中产生积极影响。
　　为了实现通信业务的可视化、智能化和个人化，国际电信研究与开发的热点正转向宽带综合业务数字网(BISDN)，而异步转移模式(ATM)作为BISDN的基本传输机制，在无线网络中的应用将无可避免。

WLAN和WiFi的区别

　　WLAN简介：
　　WLAN，其全称是：WirelessLocalAreaNetworks，中文解释为：无线局域网络，是一种利用射频(RadioFrequencyRF)技术进行据传输的系统，该技术的出现绝不是用来取代有线局域网络，而是用来弥补有线局域网络之不足，以达到网络延伸之目的，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，实现无网线、无距离限制的通畅网络。WLAN使用ISM(Industrial、Scientific、Medical)无线电广播频段通信。WLAN的802.11a标准使用5GHz频段，支持的最大速度为54Mbps，而802.11b和802.11g标准使用2.4GHz频段，分别支持最大11Mbps和54Mbps的速度。目前WLAN所包含的协议标准有：IEEE802.11b协议、IEEE802.11a协议、IEEE802.11g协议、IEEE802.11E协议、IEEE802.11i协议、无线应用协议（WAP）。
　　WIFI简介：
　　WIFI(WirelessFidelity，无线保真)技术是一个基于IEEE802．11系列标准的无线网路通信技术的品牌，目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性，由Wi-Fi联盟(Wi-FiAlliance)所持有，简单来说WIFI就是一种无线联网的技术，以前通过网络连接电脑，而现在则是通过无线电波来连网。而Wi-Fi联盟（也称做：无线局域网标准化的组织WECA）成立于1999年，当时的名称叫做WirelessEthernetCompatibilityAlliance(WECA)，在2002年10月，正式改名为Wi-FiAlliance。与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的使2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。其目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b。在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，带宽的自动调整，有效的保障了网络的稳定性和可靠性。该技术由于有着自身的优点，因此受到厂商的青睐。
　　WLAN与WIFI区别如下：
　　区别一：wifi包含于WLAN中，发射信号的功率不同，覆盖范围不同
　　事实上WIFI就是WLANA（无线局域网联盟）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系，但因为WIFI主要采用802.11b协议，因此人们逐渐习惯用WIFI来称呼802.11b协议。从包含关系上来说，WIFI是WLAN的一个标准，WIFI包含于WLAN中，属于采用WLAN协议中的一项新技术。WiFi的覆盖范围则可达300英尺左右（约合90米），WLAN最大（加天线）可以到5KM。
　　区别二：覆盖的无线信号范围不同
　　WIFI（WirelessFidelity），又称802.11b标准，它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，另外它的有效距离也很长，同时也与已有的各种802.11DSSS设备兼容。无线上网已经成为现实。无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有50英尺左右约合15米，而Wi-Fi的半径则可达300英尺左右约合90米，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。不过随着wifi技术的发展，wifi信号未来覆盖的范围将更宽。