无线局域网的应用与架设

  随着网络化的深入和发展,局域网越来越多的进入公司、校园以及家庭之中。局域网的普及,方便了数据的交换。但是,随着接入计算机数目的增加,布线问题的关键性越来越显现出来。如何避免这些眼花缭乱的网线呢?于是,无线局域网应运而生。
  
  一、通信协议:
  
  在无线LAN中,通信协议是指由IEEE提出802.11协议族,包括 802.11a和802.11b。IEEE802.11无线网络标准早在1997年颁布,1999年无线网络国际标准的更新及完善,进一步规范了不同频点的产品及更高网络速率产品的开发和应用,除原IEEE802.11的内容之外,增加了基于SNMP(简单网络管理协议)协议的管理信息库(MIB),以取代原OSI协议的管理信息库。另外还增加了高速网络内容。
  
  IEEE802.11a规定的频点为5GHz,采用的OFDM技术的最大的优势是其无与伦比的多途径回声反射,因此特别适合于室内及移动环境。传输速度为:1到2Mbps。
  
  IEEE802.11b工作于2.4GHz频点,采用补偿码健控CCK调制技术。当工作站之间的距离过长或干扰过大,信噪比低于某个门限值时,其传输速率可从11Mb/s自动降至5.5Mb/s,或者再降至直接序列扩频技术的2Mb/s及1Mb/s速率。
  
  所有这些协议都以CSMA/CD为介质共享策略。
  
  IEEE802.11e及IEEE802.11g是下一代无线LAN标准。被称为无线LAN标准方式IEEE802.11的扩展标准。是在现有的802.11b及802.11a的MAC层追加了QOS功能及安全功能的标准。
  
  现在,我们常用的、技术成熟的是IEEE802.11b。
  
  二、工作原理:
  
  802.11b规定了三种发送及接收技术:扩频(Spread Spectrum)技术、红外(Infared)技术、窄带(Narrow Band)技术。而扩频又分为直序(Direct Sequence,ds)扩频和跳频(Frequeny Hopping,FH)扩频两种。
  
  我们知道,扩频技术利用的是开放的2.4GHz频段,由于这是个公用频段,因此十分拥挤,微波噪声最大,采取何种发送和接收方法,会直接影响到微波传输的质量和速率。直序扩频技术同时使用整个频段,信号被扩展多次而无损耗;而跳频扩频技术是连续间断跳跃使用多个频点。当跳到某个频点时,判断是否有干扰,若无,则传输信号;若有则依据算法跳至下一频段继续判断。正是由于利用了跳频技术,使得跳频的范围很宽,但是信息在每个频率上停留的时间很短(仅为1/1000秒左右),不仅使得数据的抗干扰能力大大提高,而且传输更加稳定,提高了数据的安全性,这就是无线网络传输的关键。
  
  三、常见拓补形式:
  
  在IEEE802.11b标准中,具体将局域网结构划分为”对等(Peer-To-Peer,即点对点)”和”主从(Master-Slave)”两种标准形式。”点到点”结构用于连接PC机或便携式计算机,允许各台计算机在无线网络所覆盖的范围内移动并自动建立点到点的连接,使不同计算机之间直接进行信息交换。而”主从”结构中所有工作站都直接与中心天线或访问节点(AP:Access Point)连接,由AP承担无线通信的管理及与有线网络连接的工作。无线用户在AP所覆盖的范围内工作时,无需为寻找其它站点而耗费大量的资源,是理想的低功耗工作方式。同时IEEE802.11对无线局域网的物理层、应用环境和功能等方面也作了如下规定。目前无线局域网采用的拓扑结构主要有对等方式、接入方式、中继方式三种。
  
  
  1.对等方式(图一):
  对等(peer to peer)方式下的局域网,不需要单独的具有总控接转功能的接入设备AP,所有的基站都能对等地相互通信。并不是所有号称兼容802.11标准的产品都具有这种工作模式,无线产品对应的这种模式是Ad Hoc Demo Mode。在Ad Hoc Demo模式的局域网中,一个基站会自动设置为初始站,对网络进行初始化,使所有同域(SSID相同)的基站成为一个局域网,并且设定基站协作功能,允许有多个基站同时发送信息。这样在MAC帧中,就同时有源地址、目的地址和初始站地址。在目前,这种模式采用了NetBEUI协议,不支持TCP/IP,因此较适合未建网的用户,或组建临时性的网络,如野外作业、临时流动会议等。
   
  图一
  
  2.接入方式(图二):
  这种方式以星型拓扑为基础,以接入点AP为中心,所有的基站通信要通过AP接转,相当于以无线链路作为原有的基干网或其一部分,相应地在MAC帧中,同时有源地址、目的地址和接入点地址。通过各基站的响应信号,接入点AP能在内部建立一个像”路由表”那样的”桥连接表”,将各个基站和端口一一联系起来。当接转信号时,AP就通过查询”桥连接表”进行。
   
  图二
  
  3.中继方式(图三):
  中继是建立在接入原理之上的,是以两个AP点对点(Point to Point)链接,由于独享信道,较适合两个局域网的远距离互连(架设高增益定向天线后,传输距离可达到50公里),局域网既可以是有线,也可以是无线。因为无线网络采用中继方式的组网模式多种多样,所以统称为无线分布系统(Wireless Distribution System)。正是在这种模式下,MAC帧使用了四个地址,即源地址、目的地址、中转发送地址、中转接收地址。接入方式和中继方式支持TCP/IP和IPX等多种网络协议,是IEEE802.11重视而且极力推广的无线网络主要的应用方式。
   
  
  图三
  
  四、应用特点:
  
  与有线局域网相比较,无线局域网具有开发运营成本低、时间短,投资回报快,易扩展,受自然环境、地形及灾害影响小,组网灵活快捷等优点。可实现”任何人在任何时间,任何地点以任何方式与任何人通信”,弥补了传统有线局域网的不足。随着IEEE802.11标准的制定和推行,无线局域网的产品将更加丰富,不同产品的兼容性将得到加强。现在无线网络的传输率已达到和超过了10Mbps,并且还在不断变快。目前无线局域网除能传输语音信息外,还能顺利地进行图形、图像及数字影像等多种媒体的传输。而且随着ATM无线局域网的投入使用,其数据传输率将达到20M~25Mbps,可更好地满足用户的需求。另一方面无线局域网虽然以空气为介质,传输的信号可跨越很宽的频段,数据不容易被窃取,保证了网络传输的安全性。
   
  图四,应用实例
  
  无线局域网的网络速度与以太网相当,一个AP最多可支持100多个用户的接入,最大传输范围可达到几十公里,具有以下的通信特点:
  
  1.具有高移动性,通信范围不受环境条件的限制,拓宽了网络的传输范围。在有线局域网中,两个站点的距离在使用铜缆(粗缆)时被限制在500m,即使采用单模光纤也只能达到3000 m,而无线局域网中两个站点间的距离目前可达到50km。点对点通信距离可达30公里,点对面通信距离可达13公里。若增加放大设备或使用无线中继器可成倍延伸通信距离。
  
  2.建网容易,管理方便。相对于有线网络,无线局域网的组建、配置和维护较为容易,一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。
  
  3.可在一定区域内进行点对网或网对网通信,从而消除了有线链路可能发生的各种故障隐患。
  
  4.传输速度快。其传输速率可达11Mbps,是电话线传速率的上百倍,DDN网传输速率的十几倍。有效地缓解了图像等大数据量通信的远距离传输问题。
  
  5.微波通信性能稳定,不受天气等恶劣环境的影响,已是卫星通信所采用的主要通讯手段。
  
  6.数据保密性强,抗干扰、抗截获能力强,同时也不会造成干扰。
  
  7.自动识别有线网故障,并动态切换到无线中继器模式。
  
  8.采用获得专利的微蜂窝(Micro Elular)结构,提供无与伦比的漫游和功率管理,并拥有全向网桥等先进设备,可大规模减少网络中通信设备的数量。
  
  五、网络架设:
  
  与有线计算机网络相似,无线计算机网络也含有无线网卡和无线网桥。
  
  1. 无线网卡:
  分为PCI/ISA接口和PCMCIA接口两种方式。不过常见的都是PCMCIA接口的,PCI/ISA接口的多数是通过PCMCIA转PCI/ISA转接卡+PCMCIA网卡实现的。
   
   图五,PCMCIA接口的无线网卡
   
  图六
  
  2. 无线网桥:
  无线网桥备有天线插头及BNC、RJ45插头。如果将全向无线网桥网络工作站或有线局域网进行相互通信,其入网方式与有线局域网的入网方式基本相同。若只进行两个局域网的通信,则通信双方可采用半径大于1米的定向天线,这样,通信距离在可视范围内可增加到30公里远。
   
  图七,无线网桥
  3.其他无线产品
  常见的有无线打印机适配器(图八)。
   
  
  4. 架设:
  无线网络架设和以太网架设没什么区别,只不过免去了杂乱的布线,在此不多介绍了
  
  图九,架设实例
  
  综上所述,无线通讯是发展趋势。在未来,无线局域网一定会代替有线网络成为主流。所以,现在正在为布线发愁的网管们,为何不考虑考虑无线局域网?