1、第一章 无线技术体系与理论,ISSUE 2.0,日期：,杭州华三通信技术有限公司 版权所有，未经授权不得使用与传播,无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频（RF）技术，取代旧式的双绞线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能。无线网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里，并且可以随需移动或变化。 WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一，使用WLAN的区域及其承载的业务愈来愈多。为了更好地构建理想中的无线网络，我们需要了解无线网络的技术体系、熟悉构建无线网络的设备的功能。,引入,了解WLAN基础知识 了解802.11协议族标准 了解主流WLAN设备及天线 了解WLAN
2、典型部署,课程目标,学习完本课程，您应该能够：,WLAN基础知识802.11协议简析WLAN设备WLAN典型部署,目录,为什么要使用WLAN网络 什么是WLAN WLAN技术的发展进程,WLAN基础知识,凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。,办公大楼,候机大厅,渡假山庄,商务酒店,无线让网络使用更自由,无线让网络建设更经济，通信更便利,终端与交换设备之间省去布线，有效降低布线成本。适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路。,终端与设备之间不方便通过线缆连接,地理环境不适合布设有线网络,无线让工作更高效,不受限于时间和地点的无线网络，满足各行各业对于网络应用的需求
3、。,体育场馆新闻中心,展馆与证券大厅,制造车间,物流运输,802.11 802.11b 802.11a 802.11g,主流的WLAN技术,802.11协议的发展进程,各个国家授权使用的频段,Channel Freq (GHz) US/Can Europe Japan,1 2.412,x,x,2 2.417,x,x,3 2.422,x,x,4 2.427,x,x,5 2.432,x,x,6 2.437,x,x,7 2.442,x,x,8 2.447,x,x,9 2.452,x,x,10 2.457,x,x,11 2.462,x,x,x,12 2.467,x,13 2.472,x,14 2.48
4、4,802.11b/g工作频段划分图,蜂窝式无线覆盖,任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如：1、6、11频道 ；适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰；蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用。,WLAN产品对人体的电磁辐射是安全的,很多的研究已经证明，WLAN产品可以在家庭及商业中使用，对人体来说是安全。典型的WLAN产品，如AP（Access Point，接入点），输出功率为100mw，对于网卡来说，通常只有10mw至50mw。相比较来说，手机的发射功率在通话时可以超过1W，而无线对讲机甚至可以达到5 W。政府有相关的法令对发射功率进行严格的限制，因此通过政府相关部门认证过的无线设备对人体是无害
5、的。,WLAN基础知识802.11协议简析WLAN设备WLAN的典型部署,目录,802.11协议族成员 WLAN网络基本概念 WLAN网络接入访问机制 WLAN网络接入漫游,802.11协议族,IEEE 802.11无线局域网工作组,PHY,802.11(1/2 Mbps),802.11b(5.5/11 Mbps),802.11g(54 Mbps),802.11a(54 Mbps),MAC,802.11/11a/11b/11g MAC,802.11e QoS,802.11i 安全增强,802.11n(300 Mbps),802.11f 漫游和切换,802.11h 动态调整,802.11s me
6、sh,802.11网络的基本元素 SSID,AP1,SSID“marketing”,SSID：Service Set ID 服务集识别码,STA,STA,STA,802.11网络的基本元素 BSS,Stations (STA)：任何的无线终端设备。 AP （Access Point）：一种特殊的STA BSS：Basic Service Set,BSS1,BSS2,STA1,STA2,STA3,STA5,STA6,STA4,AP,AP,802.11 组网模式 Ad hoc,STA,STA,STA,STA,STA,802.11组网模式 多个BSS,以太网,AP,AP,STA,STA,STA,ST
7、A,802.11MAC层工作原理 概述,802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯。主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。802.11MAC 报文分类： 数据帧用户的数据报文 控制帧协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS、ACK等 管理帧负责STA和AP之间的能力级的交互，认证、关联等管理工作例如：Beacon、Probe、Association及Authentication等,802.11MAC层工作原理 用户接入管理过程,STA,AP,Authentication,Association,1,2,3,4,802.11MAC层工作原理 Scanning,802.11M
8、AC 使用Scanning功能来完成Discovery 寻找和加入一个网络 当STA漫游时寻找一个新的APPassive Scanning通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络。Active Scanning在每个信道上发送Probe request报文，从Probe response中获取BSS的基本信息。,什么是漫游,STA可以在属于同一个SSID的AP接入点接入； STA可以在Wireless网络中任意移动； 保证已有的业务不中断，用户的标识（IP地址）不改变。,STA,AP,AP,移动,ESS,无线客户端的漫游,客户端的漫游更多的是取决于客户端驱动程序算法，RSSI、SNR、上
9、一次接入终端等因素都会带来影响，当然，最主要的因素还是从一台AP到另一台AP的信号强度变化。,Intel网卡的漫游主动性,WLAN基础知识802.11协议简析WLAN设备WLAN的典型部署,目录,什么是FAT（胖） AP 什么是无线网桥 什么是无线交换机和FIT（瘦） AP 天线工作原理及参数介绍,WLAN设备,FAT AP设备功能,802.11a/b/g,网管、二层漫游, 安全,802.1x认证,802.11e QoS,天线,加密,FAT AP设备的典型组网,企业网络的组网模式：,AP1,APn,STAs,家庭或soho网络的组网模式：,AP,ADSL Modem,WAN,以太交换机,PC,
10、STAs,企业核心网,802.11无线网桥,无线网桥是一种采用无线技术进行网络互连的特殊功能的AP。 无线网桥根据传输距离的不同可分为工作组网桥和长距专业网桥。 为了防止信号大幅度衰减，网桥组网时两个网桥之间通常不能有障碍物的阻挡。 以室外作为主要应用环境的无线网桥一般在设计时都会考虑适应一些恶劣的应用环境。,802.11无线网桥视距问题,视距问题点对点无线网传输必须保证两点可视。造成不可视的原因包括地球曲率、地理特征如山脉、建筑物和树木等。远距离通信时，还必须考虑地球曲率的影响，当两人相距9km时，将不能相视，无线信号也无法传输,802.11无线网桥Fresnel效应,Fresnel效应Fr
11、esnel区是指在视距的路径中形成的一个椭圆区域。它随着可视距离和信号频率的改变而改变。在Fresnel区中的任何障碍物都有可能影响网络的通信，最好给予清除，60%的Fresnel区被视为有效的。一般可以根据经验值确定Fresnel区的范围。解决视距问题和Fresnel区问题可以通过以下办法：（1）选择高性能天线，可以解决“部分不可视”问题；（2）提升天线的高度；（3）清除Fresnel区内的障碍物，如砍掉树木；（4）选择一台良好的中继设备。,802.11无线网桥的典型组网,有线网络A,有线网络B,有线网络互连,无线网络互连,有线网络,网络A,多网络互连,1208E,网络B,网桥,网桥,网桥,
12、网桥,网桥,网桥,网桥,FAT AP组网的局限性,FAT AP组网更适合在家庭和中小型网络中使用，无法满足大型的无线企业网络的需求，这是由于FAT AP自身的特点所决定的。当需要组建大型无线网络或需要更多的增值服务时：,无线交换机和FIT AP因此应运而生,802.11 a/b/g,天线,加密,网管、三层漫游, 安全,802.1x认证,802.11e QOS,AP点监测,用户防火墙,网络自愈,RF 管理,无线欺骗防护,802.11a/b/g,网管、二层漫游, 安全,802.1x认证,802.11e QOS,天线,加密,FAT AP,FIT AP,无线交换机和FIT AP的功能,更易管理的 无线
13、解决方案,无线交换机+Fit AP系统构成特点,主要由无线交换机和Fit AP在有线网的基础上构成的。 AP零配置，硬件主要由CPU内存RF构成，配置和软件都要从无线交换机上下载。所有AP和无线客户端的管理都在无线交换机上完成。 AP和无线交换机之间的流量被私有协议加密；无线客户端的MAC只出现在无线交换机端口，而不会出现在AP的端口。 可以在任何现有的二层或三层 LAN 拓扑上部署H3C的通用无线解决方案，而无需重新配置主干或硬件。无线交换机以及管理型接入点AP可以位于网络中的任何位置。,在复杂的网络中，Fit AP如何得知无线交换机的位置？,无线交换机和FIT AP的典型连接,AP,无线交
14、换机,无线交换机,无线交换机,L2网络,L3网络,AP,AP,AP,AP,AP,AP直连或通过二层网络连接时的注册流程,AP从无线交换机下载最新软件版本、配置AP开始正常工作和无线交换机交换用户数据报文,无线交换机,AP,DHCP Server,1、获取IP地址,2、发送二层广播发现请求,4、版本、配置下载,3、无线交换机发现响应,5、用户数据传递,AP通过DHCP server获取IP地址,AP发出二层广播的发现请求报文试图联系一个无线交换机,接收到发现请求报文的无线交换机会检查该AP是否有接入本机的权限，如果有则回应发现响应,AP与无线交换机直连或通过二层网络连接：,AP通过三层网络连接时
15、的注册流程_option 43方式,AP,DHCP Server,无线交换机,1、获取IP地址、 option 43属性,4、版本、配置下载,5、用户数据传递,AP会从option 43属性中获取无线交换机的IP地址，然后向无线控制器发送单播发现请求。,2、无线交换机发现请求,3、无线交换机发现响应,AP通过DHCP server获取IP地址、option 43属性(携带无线交换机的IP地址信息),接收到发现请求报文的无线交换机会检查该AP是否有接入本机的权限，如果有则回应发现响应。,AP从无线交换机下载最新软件版本、配置,AP与无线交换机通过三层网络连接：,AP开始正常工作和无线交换机交换用
16、户数据报文,Option 43属性配置举例,Option 43选项说明 80：选项类型，固定为80，1个字节。 0B: 选项长度，表示其后内容的长度（十六进制数的个数，这里表示后面有11个十六进制数），一个字节。 0000: Server type ，固定配为0000两个字节。 02：后面IP地址的个数，一个字节。 12010701,12010702：两个AC的IP地址的十六进制表示 ，分别是18.1.7.1和18.1.7.2 ，其中18.1.7.1为主AC.,Microsoft DHCP Server,H3C设备内置DHCP Server,AP通过三层网络连接时的注册流程_DNS方式,AP,
17、DHCP Server,无线交换机,1、获取IP地址、 DNS Server地址、 域名,2、二层广播发现请求,6、版本、配置下载,7、用户数据传递,AP在多次尝试发现请求无回应的情况下： AP会从DNS server获取H3C.xxxx.xxx的IP地址，该IP地址即为无线交换机的IP地址，其中xxxx.xxx是从DHCP server学习到的域名。,长时间无响应,DNS Server,3、获取无线交换机的IP地址,4、无线交换机发现请求,5、无线交换机发现响应,AP发出二层广播的发现请求报文试图联系一个无线交换机,AP通过DHCP server获取IP地址、DNS server地址、域名,
18、接收到发现请求报文的无线交换机会检查该AP是否有接入本机的权限，如果有则回应发现响应。,AP从无线交换机下载最新软件版本、配置 AP开始正常工作和无线交换机交换用户数据报文,AP与无线交换机通过三层网络连接：,AP向无线控制器发送单播发现请求。,无线交换机的数据转发原理,STA,Server,VLAN 1 IP:1.0.0.1,无线交换机,Fit AP,隧道口,隧道口,IP:3.0.0.1,无线交换机和AP间数据转发的核心思想 在无线交换机和AP之间建立IPinIP隧道，无线交换机将这些隧道看做虚拟物理端口； 无线客户端STA的任何数据报文都将由AP通过IPinIP隧道交给无线交换机，由无线交
19、换机统一转发； 无线交换机从IPinIP隧道接收到用户的数据后先解隧道封装，然后做数据交换，如果出接口为隧道则对数据报文再次加上隧道封装，直到交换到最远端。,核心交换机,接入交换机,Fit AP,隧道口,STA,VLAN 2 IP:2.0.0.1,VLAN 1 IP:1.0.0.2,功率计算单位: dB, dBm, dBw,dB是用来测量被测量功率与某一基准功率的比值。它的数值等于被测量功率与基准功率的比值取以10为底的对数，再乘以10。当基准功率取为1mw时，此dB值以dBm表示。当基准功率取为1w时，此dB值以dBw表示。 公式： 测量功率(dB) = 10 * lg(测量功率/参考功率)
20、,主要无线技术指标,无线电频率(Hz) 发射天线增益(dBi) 天线极化方向 波束宽度 天线方向图,天线的工作频率,天线的工作频率范围：无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小。,天线的方向性 全向天线,发射天线的基本功能之一是把从AP取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 水平面上各向能量辐射相等的天线称为全向天线。,图 c 水平面方向图,图b 垂直面方向图,各向同性点状天线能量辐射形状,全向天线能量辐射形状,图a 天线能量辐射形状图,天线的方向性 定向
21、天线,水平面上各向能量辐射不等的天线称为定向天线。,全向阵 （垂直阵列 不带平面反射板）,扇形区覆盖 （垂直阵列 带平面反射板）,平面反射板,天线增益,10dBm,20dBm,13dBm,一个各向同性的天线在所有方向具有相同的辐射能量,一个具有一定增益的天线只在某个特定方向才具有辐射能量,一个3dBi增益的天线，辐射能量的范围在50% 的空间,点状天线,天线的极化,垂直极化,天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化是最常用的；水平极化也是要被用到的。,水平极化,波束宽度,15,峰
22、值,- 3dB点,- 3dB点,旁瓣,主瓣,天线方向图2.4G室外高增益全向天线,全向天线,增益:11dBi 工作在2.4G频段 用于地广人稀地区的大范围覆盖,水平方向图,垂直方向图,天线方向图2.4G室外高增益定向天线,面板型定向天线,增益:11dBi 工作在2.4G频段 适用于高密度接入覆盖,水平方向图,垂直方向图,无线传输的干扰因素 多径干扰,Direct Signal,Reflected Signals,PC Card,Access Point (AP),无线传输的干扰因素 障碍物,功率在穿过障碍物后衰减,墙，门，等等。,信号穿透损耗估测,无线传输的干扰因素 电磁干扰,2.4GHz为I
23、SM频段，不许授权即可使用。 同一区域内AP之间的互相干扰。 其他工业设备的干扰微波炉双向寻呼系统 蓝牙 无绳电话等等,WLAN设备的实际工作性能 吞吐率,802.11g标准描述的速率为54 Mbps，此为物理层传输速率。实际可获得的速率为一半 (20-24Mbps max)其他用于协议封装或冲突避免开销 干扰实际吞吐率的因素 不稳定是无线通讯的本性 无线环境不停的保持变化 物理建筑的构成 AP的位置 共享介质：用户数数据量,WLAN设备的实际工作性能 覆盖距离,输出功率为100mW的802.11b/g产品覆盖距离理论值:100m 而在实际中，覆盖距离更依赖于实际环境。 影响覆盖范围的因素建筑
24、结构电磁设备在一般办公室大楼内，覆盖距离为15-30m。,WLAN基础知识802.11协议族WLAN设备WLAN的典型部署,目录,AAA,认证、计费平台,Portal,城域网BAS,ACFit AP典型应用方案,无线控制器B,汇聚交换机,PPPoE或Portal认证,城域网核心路由器,城域网BAS,无线控制器A,ADSL猫,DSLAM,汇聚交换机,汇聚交换机,ADSL猫,DSLAM,汇聚交换机,骨干城域网,两台控制器可互为备份,城域网核心路由器,PPPoE或Portal认证,本章首先介绍了无线网络的发展史；然后对802.11无线网络的接入过程、漫游进行了描述；随后对WLAN设备特性进行说明，并详细阐述了天线的原理和使用方法；最后给出了无线网络的典型部署。,本章总结,
