无线接入网络方案探讨与设计毕业设计（论文）word格式.doc

本科毕业设计（2009届）题 目无线接入网络方案探讨与设计学 院计算机学院专 业网络工程班 级050522学 号05052207学生姓名陈沈麒指导教师董云耀完成日期2009年6月摘 要计算机网络诞生于20世纪60年代，到90年代呈现爆炸式发展。进入21世纪，计算机网络持续变革，所有前沿研究领域均取得长足进展。IP接入网标准ITU-T Y.1231的推出，极大的促进了IP接入网技术的发展。其中，无线技术的成熟催生的高速无线接入网特别引人注目。2008年，杭州完成无线城市一期工程，基本实现绕城高速内市区主要道路和重要景区全覆盖，以及部分园区写字楼和小区公共区域。国内的无线城市建设正处于热潮期，加入无线接入“俱乐部”的城市已达数十家。现今的无线接入网络已经发展到能适应从个域到广域不同覆盖范围的应用，其中使用最多最为人们所熟知的是Wi-Fi技术。使用Wi-Fi技术可以搭建多种不同架构的无线接入网络，适应多种应用环境。本文首先分析探讨自治式、集中式和分布式Wi-Fi无线接入网络方案。由于不同方案的网络架构有所不同，所使用的AP实现的功能也有所差异，最终组建的无线接入网络也只能适应特定的实际环境。根据实际需求选择最合适的方案自然也成为无线接入网络成败的关键。在校园环境中使用Wi-Fi技术设计一个最佳的无线接入网络有许多值得考虑的问题。例如怎样解决无线信号的大范围无缝覆盖，怎样保障无线网络的可靠性，怎样管理为数众多的AP。无线校园接入网络采用一种新型的网络架构，对AP、IP地址、VLAN等资源进行合理规划，采用多种手段保证无线网络的可靠性和安全性，部署一体化网管软件系统，妥善解决传统无线接入网难以解决的问题。最后针对所设计的校园无线网络搭建实验环境，模拟无线接入网的部分功能，对网络的性能进行测试，验证网络的吞吐能力。关键词：无线接入；Wi-Fi；性能ABSTRACTComputer network was born in the 20th century 60's, 90's development had exploded. The 21st century, the changes in computer networks were continuing, all the cutting-edge areas of research had made significant progress. ITU-T Y.1231 standard of the IP access network launched a great promotion of the IP access network technology. Among them, the high-speed wireless access network is special striking. The first-stage construction of HangZhou wireless city had completed in 2008, which covers high-speed beltway and major roads within the urban area-wide and important scenic spots, as well as part of the park district offices and public areas. The passion of wireless citys construction is booming, the club has dozens of cities.Today's wireless access network has been developed to adapt to a different domain of application, of which the most well-known is the Wi-Fi technology. With the help of the Wi-Fi technology, the wireless access network could adapt to a wide range of application environments. This paper explores the self-style, centralized and distributed Wi-Fi wireless access network solution. Different options as a result of different network architecture, the AP used to achieve different functions, and ultimately the formation of the wireless access network can adapt to a particular physical environment.According to actual demand, choose the most suitable options for a natural network of wireless access have also become the key to success. With Wi-Fi technology design a wireless access network for campus environment there are many issues worthy of consideration. Such as how to solve a wide range wireless signals seamless coverage and how to protect the reliability of wireless networks and how to manage a large number of AP. A new type of network framework used in Campus wireless access network, carry out resources like AP, IP address, VLAN and so on; use variety of means to ensure the reliability of wireless networks and security; deployment network management software systems, will proper solution the problems that traditional radio access network has difficult to solve.Finally, the experimental environment will be set up to simulate the design of the campus wireless network, in order to test the performance of wireless network and prove the throughput of wireless networks.Keywords：wireless access; Wi-Fi; performance目 录1 引言12 无线接入网络方案探讨42.1 Wi-Fi网络架构42.1.1 自治式架构42.1.2 集中式架构42.1.3 分布式架构52.2 AP的功能62.2.1 胖AP62.2.2 瘦AP62.2.3 适中AP72.3 选择适合的接入方案83 无线校园接入网络设计93.1 需求分析93.2 方案选择93.2.1 方案一：自治式全覆盖93.2.2 方案二：集中式重复覆盖113.2.3 方案三：集中式区别覆盖113.3 设备选型123.4 具体设计133.4.1 网络架构及逻辑拓扑133.4.2 资源分配133.4.3 AP部署143.4.4 无线交换机部署173.4.5 无线网络可靠性保障193.4.6 无线网络安全规划213.4.7 网络管理214 无线接入网络性能测试234.1 测试说明234.2 测试过程244.2.1 AP无线接入功能测试244.2.2 无线网络吞吐量测试274.3 测试结论305 总结33致谢34参考文献351 引言计算机网络诞生于20世纪60年代，经历了30多年发展之后，到90年代呈现爆炸式发展，网络迅速普及，各种网络产品和服务不断被推出。进入21世纪，计算机网络持续变革，所有前沿研究领域均取得长足进展。IP接入网标准ITU-T Y.1231的推出，极大的促进了IP接入网技术的发展。其中，无线技术的成熟催生的高速无线接入网特别引人注目。2008年，杭州完成“无线城市”一期工程，基本实现绕城高速内市区主要道路和重要景区全覆盖，以及部分园区写字楼和小区公共区域。国内的“无线城市”建设正处于热潮期，加入无线接入“俱乐部”的城市已达数十家。奥运会、世博会以及公共事业发展的需要，都成为国内无线接入网发展的强力“催化剂”。与传统的有线接入网络相比，无线接入网络具有许多有线接入网络所无法比拟的优势。1) 经济：无线接入网的安装、维护费用大大低于有线接入网络，而且接入网费用与用户距离无关，这在经济不发达地区尤显其经济优势。2) 能迅速提供业务：无线接入网安装容易，建设周期短；而有线系统不仅建设周期长，而且要占用土地资源，施工接续困难，设备易遭人为破坏，还容易受到自然灾害的影响。无线接入网在自然灾害中仍能保证用户通信畅通的优势是有线系统无法比拟的。3) 灵活：无线接入网灵活可变，不需要预知用户位置，容量可大可小，易扩容。4) 覆盖面大：无线接入网在基站合理选址的情况下，可覆盖达30公里以上的地域，从而优化网络结构，降低网络投资。无线接入网的意义远远不止让大家能够随时随地连上Internet而已。实际上，基于无线网络的高级应用才是无线网络真正“无限”精彩之处。比如在制造行业，人们能够在车间访问库存管理系统；在医疗行业，医护人员能在床边获取实时的患者监护信息；在零售行业，销售人员不必离开前台就能检查库存情况；在教育行业，教师和学生能够随时随地接入园区环境中的学习资源。随着无线接入网络的普及，像无线定位、照片即拍即传、停车收费等贴近生活的应用也在逐渐为人们所接受。最早的无线网络诞生于1971年，当时只能连接7台计算机。现今的无线接入网络已经发展到能适应从个域到广域不同覆盖范围的应用2。无线个域网(Wireless Personal Area Network，WPAN)：覆盖半径从几厘米到几米，主要提供无线终端之的短程通信，使用蓝牙、IEEE 802.15和UWB等技术。目前市场上的笔记本电脑、中高端手机、PDA等数码产品都已支持无线个域接入。无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)：覆盖半径从几米至上百米，主要为特定区域内的无线终端用户提供共享的无线接入业务，使用IEEE 802.11 a/b/g/n技术(Wi-Fi)。WLAN经过十多年的发展，标准制定、技术完善、产品普及等多方面已经愈发成熟。随着全球快速兴起的无线城市浪潮，更加大了用户需求面，手持终端、笔记本电脑等消费电子产品加入Wi-Fi功能已经司空见惯。无线城域网(Wireless Metropolitan Area Network，WMAN)：覆盖半径为几千米，除提供固定的无线接入外，还具有移动性的接入，包括了多路多点分配系统、本地多点分配系统。Wi-Fi技术的迅速发展也被应用到无线城域网的建设之中。早在2004年7月，美国费城首次提出建设基于Wi-Fi 802.11b标准的Mesh网络，也叫“无线费城计划”。随后无线城域网的建设浪潮开始席卷国内外各大城市。如今，WiMAX正逐步替代Wi-Fi成为新的热点，截止到2007年，在全球得到WiMAX许可的企业已达到了721家，许多城市的运营商都展开了针对WiMAX的实验和商用网络建设4。无线广域网(Wireless Wide Area Network，WWAN)：支持全球性的覆盖范围，业务能力主要以移动性为主，使用的技术包括IEEE802.20、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000等。这一领域属于传统通信领域，目前发展到第三代移动通信(3G)。2009年1月7日，工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放3张3G牌照，此举标志着我国正式进入3G时代。无线接入网络涉及多种无线接入技术。这些技术中有些存在功能或者定位上的重叠，由此也引发了许多关于这些技术的争论。比较常见的是Wi-Fi与WiMAX之间的竞争，WiMAX与TD-SCDMA等3G技术的竞争。Wi-Fi本是局域网技术，然而它的迅速发展导致目前无线城市建设普遍采用Wi-Fi技术，这与WiMAX的城域网定位冲突。因为Wi-Fi的在覆盖范围和传输速率上都不及WiMAX，且本身存在一定的缺陷(干扰问题、QoS问题)，所以WiMAX将取代Wi-Fi的呼声日益高涨。但是WiMAX本身也存在许多问题。纯WiMAX网络建设的投入过大，在国内不仅要购买许可频段，而且还要向国外购买技术专利。而且各厂商设备之间技术差距较大，设备之间的兼容性差。相比之下使用公共频段的Wi-Fi城域网的建设将便宜很多(虽然也伴随着更多的信号干扰)。最主要的是：WiMAX的产业链毕竟不完善，用户终端产品几乎难觅踪迹，而基于IEEE 802.11系列标准的无线网卡却早已遍及各类数码产品。考虑到两种技术各自的特点，可以将WiMAX与Wi-Fi结合起来3。用户利用Wi-Fi孤岛接入，再使用WiMAX连接孤岛完成热点回传，利用WiMAX的大范围覆盖和非视距传输，完全免去铺线的高昂费用，解决乡村偏远地区的宽带普及问题，由此可见两者之间的互补关系远远大于竞争关系。事实上，WiMAX是第四个3G标准，与早前的其他三个3G标准之间必然存在一定的竞争7。WiMAX与其他3G标准相比，最大的优势是它的传输速率，WiMAX设计的传输速率将会是标准3G的20倍。但同时，它也存在对移动性支持不佳的问题6。移动版WiMAX IEEE 802.16e的移动无线网络并不符合WiMAX产业联盟所定义的全移动通信标准(一共定义了5种应用标准，固定、游牧、便携、简单移动和全移动)。而且从性能上来说，移动版本的WiMAX所宣称的高传输速率仍旧停留于书面理论上，在现实中承载大用户量并且容量共享的网络中肯定要折上几折。因此WiMAX和其他3G标准之间并不存在十分严重的冲突，两者完全是为了满足不同需求而诞生的。当然，这些技术都在发展改善，WiMAX在提高对移动性的支持，其他3G标准也推出了改进版本以提供更大的带宽。两者在未来的竞争可能会更加明显。2 无线接入网络方案探讨无线接入技术多种多样，其中使用最多，也最为人们所熟知的是Wi-Fi技术。使用Wi-Fi技术可以搭建多种不同架构的无线接入网络，适应多种应用环境。2.1 Wi-Fi网络架构常见的Wi-Fi网络架构主要有三种：自治式架构、集中式架构、分布式架构。2.1.1 自治式架构在自治式架构中，AP(Access Point)完全部署和端接IEEE 802.11功能。因此，无线客户端的数据进入有线局域网后的数据帧全部都是IEEE 802.3帧。每个AP都可以作为网络上的一个单独的网络实体，进行独立的管理。这种网络中的接入点通常被称为“胖AP”(Fat AP)，如图2-1所示。在WLAN部署的发展初期，大部分AP都是自治式AP，可以作为独立的网络实体进行管理。图2-1 自治式WLAN网络中的胖AP2.1.2 集中式架构集中式架构是一种层次化的架构，包括一个负责配置、控制和管理多个AP的WLAN控制器。WLAN控制器也被称为接入控制器(AC)。IEEE 802.11功能由AP和AC共同承担。与自治式架构相比，这种模式中的AP的功能有所减弱，因此它们又被称为“瘦AP”，AP上的部分功能是可变的，见图2-2。集中式架构的主要优势在于，对于企业中的多个AP，它能为网络管理员提供一种结构化的、层次化的控制模式。图2-2 集中式WLAN网络架构中的瘦AP2.1.3 分布式架构在分布式架构中，不同的AP通过有线或者无线连接，与其他AP建立起分布式网络。一个由AP组成的网状网(Mesh网络)就是这种架构的典型例子5。网状网中的AP可以与802.11链路或者有线802.3链路相连接。这种架构与集中式架构相比，有多个分布在不同区域的WLAN控制器，这些WLAN控制器之间有互相连接形成域控制器共同管理AP，见图2-3。分布式架构通常用在城市网络部署之中，杭州的无线城域网便是采用这种架构。图2-3 分布式架构2.2 AP的功能要比较这些网络架构，就需要分析AP所执行的功能。胖AP构成了自治式架构的核心。瘦AP是基于WLAN交换机或者控制器的集中式架构的重要组成部分。另外还有一种适中AP(Fit AP)，是专门针对集中式架构进行了优化的新型组件。2.2.1 胖AP图2-1显示了一个采用胖AP的自治式网络。AP是网络中的一个可以寻址的节点，在其接口上具有自己的IP地址。它能在有线和无线接口之间转发流量，还可以拥有多个有线接口，在不同的有线接口之间转发流量，类似于一台二层或者三层交换机。与企业有线网络的连接能通过一个二层或者三层网络实现。另外，胖AP能提供“类似于路由器”的功能，例如动态主机配置协议(DHCP)服务器功能。AP的管理是通过一种协议(例如简单网络管理协议SNMP，或者用于Web管理的超文本传输协议HTTP)和一个命令行接口进行的。为了管理多个AP，网络管理员必须通过这些管理机制之一连接每个AP。每个AP在网络拓扑图上都显示为一个单独的节点。胖AP还增强了多种功能，例如准许对特定WLAN客户端的流量进行过滤的访问控制列表(ACL)。这些设备的另外一个重要的功能是对与服务质量(QoS)有关的功能的配置和实施。例如，来自特定移动基站的流量可能需要高于其他流量的优先级。还可能需要为来自于移动基站的流量插入和实施IEEE 802.1p优先级，或者差分服务代码点(DSCP)。总而言之，因为这些AP能够提供交换机或者路由器的很多功能，它们可以在一定程度上充当交换机或者路由器。这种AP的不足在于复杂性。胖AP通常建立在功能强大的硬件的基础上，需要复杂的软件。因为比较复杂，这些设备的安装和维护成本很高。尽管如此，这些设备在小型网络中也能发挥一定的作用。2.2.2 瘦AP瘦AP的目的是降低AP的复杂性。对其进行简化的一个重要原因是AP的位置。很多企业都对AP采用了高密度安装的方式(因为分布在一些很难进入的区域)，以便为每个基站提供最佳的射频连接。在仓库等特殊环境中，这种现象表现得更加明显。由于这些原因，网络管理人员希望只安装一次AP，而不需要对其进行复杂的维护。瘦AP通常又被称为“智能天线”，它们的主要功能是接收和发送无线流量。它们会将无线数据帧发回到一个控制器，然后对这些数据帧进行处理，再交换到有线局域网，见图2-2。这种AP使用了一个加密的隧道来将无线流量发回到控制器。最基本的瘦AP甚至不进行WLAN加密，有线等效加密(WEP)或者Wi-Fi受保护接入(WPA/WPA2)由控制器完成，AP只负责发送或者接收经过加密的无线数据帧，从而保持AP的简便性，避免升级其硬件或者软件的必要性。在AP和控制器之间传输控制和数据流量的协议是专用的。而且在二层或三层，无法将AP作为一个统一的实体加以管理，它只能通过控制器进行管理。而NMS能通过HTTP、SNMP或者CLI/Telnet与控制器进行通信。一个控制器可以管理和控制多个AP，这意味着控制器应当基于功能强大的硬件，并且通常能够执行交换和路由功能。另外一个重要的要求是，AP和AC之间的连接和隧道应当确保这两个实体之间的分组延时保持在很低的水平。对于瘦AP而言，QoS的执行和基于ACL的过滤都是由控制器处理的，因为所有来自AP的数据帧都必须经由控制器传输。这种安装方式将控制器作为管理从AP到有线网络的流量的网关。在这种情况下，无线MAC架构被称为远程MAC架构。整套802.11 MAC功能都被转移到WLAN控制器上，包括对延时敏感的MAC功能。2.2.3 适中AP适中AP也在得到越来越广泛的欢迎，因为它们结合了胖AP和瘦AP的优点。适中AP能够在提供无线加密功能的同时，利用AC进行实际的密钥交换。这种方式被用于使用最新的、支持WPA2的无线芯片组的新型AP管理和策略功能由通过隧道连接到多个AP的控制器执行。而且，适中AP还提供了一些额外的功能，例如让基站能通过DHCP获得IP地址的DHCP中继功能。另外，适中AP能够执行基于服务集标识符(SSID)的VLAN标记功能，让客户端可以与AP建立关联(在AP支持多个SSID的情况下)。适中AP支持两种类型的MAC部署，即本地MAC和分离MAC架构。本地MAC指的是所有无线MAC功能都在AP执行。完整802.11 MAC功能(包括管理和控制帧的处理)都由AP执行。这些功能包括一些对时间敏感的功能(也被称为实时MAC功能)。分离MAC架构会在AP和控制器之间分配MAC功能。实时MAC功能包括：信标生成，检测信号传输和响应，控制帧处理(例如Request to Send和Clear to Send，即RTS和CTS)，重新传输等。非实时功能包括：身份验证和解除验证，关联和重新关联，以太网和无线局域网之间的桥接以及分段等。2.3 选择适合的接入方案无线接入网络与传统有线接入网络的最大不同是：使用无线接入代替线缆接入，而对原有骨干网络影响较小。根据具体接入需求的不同，选择不同的无线接入方案。按照需要覆盖环境区分，可分为以下四种方案：1) 家庭、办公室环境：这类区域通常需要覆盖的面积不大，结构简单。一般使用Wi-Fi技术，使用少数配置全向天线的FAT AP即可满足接入需求，配置也比较简单。2) 楼层环境：这类环境一般结构复杂，主要需要考虑墙壁等障碍物对无线信号的衰减作用，以及与其他已有AP之间的干扰问题。在部署FAT AP时，需要详细测量环境中的信号强度，控制AP的发射功率。除了使用传统AP的接入方案之外，还可以使用分布式天线系统(DAS：Distributed Antenna System)。DAS对不同的系统进行分区域的覆盖，避免了大规模无选择性覆盖对于系统和功率的损耗。3) 园区环境：办公室和楼层环境都针对室内覆盖，而园区环境开始涉及室外覆盖。园区内需要覆盖的范围通常较大，需要部署较多的AP，解决无缝覆盖问题。传统的FAT AP网络架构，存在AP管理难度大，配置复杂，安全性差等问题。可采用适中AP(FIT AP)+无线控制器(AC)的新型网络架构，不仅方便管理，而且能保证移动性强的实时数据流通信。4) 城区环境：以前运营商提供无线接入使用的是传统BWA技术，主要是指以固定宽带为技术特征的多路多点分配系统(MMDS)和本地多点分配系统(LMDS)。MMDS/LMDS都存在各自的缺陷，而IEEE组织新制定的802.16系列标准(WiMAX)，涵盖了MMDS/LMDS的工作频段，而且大大提升了性能，成为运营商建设无线城域网的新手段。在目前WiMAX终端尚未普及的情况下，主要与WLAN热点结合，使用热点回传和驻地接入模式提供高带宽的无线数据传输通道。3 无线校园接入网络设计杭州电子科技大学教学区园区网络主要以有线接入为主，尚未部署室外无线接入网络。而随着Wi-Fi技术的成熟，拥有Wi-Fi功能的笔记本电脑、手机等消费电子产品逐步普及，教师和学生对于无线接入的需求日益增长，为原有有线园区网络提供无线接入功能变的非常有必要。3.1 需求分析毕业设计根据杭州电子科技大学教学区环境设计一个覆盖教学区室外环境的无线接入网络。教学区占地面积约0.54km2，需要实现无线信号的无缝覆盖，并且有一定的带宽保证。Windows XP系统无线信号扫描组件中显示“非常好”状态是可以满足网络传输要求的，速度和稳定性都没有任何问题。这个状态对应的信号强度为0到-50dbm，而当强度小于-70dbm时会出现传输不稳定的现象。所以，最终在校园环境中信号强度不小于-70dbm的区域就认为信号已经覆盖。而在教学楼周围等用户密集区域信号强度应不小于50-dbm，并且保证每个无线接入的用户带宽不小于1M。3.2 方案选择校园占地面积较大，有三种可供选择的校园无线接入网络方案。3.2.1 方案一：自治式全覆盖采用传统配置全向天线的自治式AP，使用蜂窝网络覆盖校园。每个区域使用1个胖AP覆盖，相邻区域轮换使用1、6、11信道以减少干扰。室外环境作为中的IEEE 802.11b AP，理论有效距离为100米。每个AP覆盖面积约为0.03 km2，这样计算只需要18个AP就可达到理论上的全覆盖，见图3-1。图3-1 蜂窝网络这种覆盖方式实施比较简单，但是无线接入网络的可靠性较差，容易单个AP故障而引起的区域无线接入网络失效。在室外环境中因为建筑、地形、树木、人群等众多干扰因素，AP往往无法达到100米的有效距离。而且这里存在一个多级速度变换的问题：当客户端远离AP时信号会减弱，为了确保数据传输的精确，AP会降低数据率，客户端的带宽便无法保证，如图3-2所示。为了保证任何地点都需要有11Mbps的接入速度，就需要增加AP密度。这会增加信道规划的难度，也意味着更多的信号干扰。而且AP的配置和管理将会变的非常困难：管理员需要登陆到每个AP上进行配置，而当某一区域出现无线接入网络失效时，需要检查附近所有AP来确定故障AP。11Mbps5.5Mbps2MbpsAP图3-2 AP的多级速度变换3.2.2 方案二：集中式重复覆盖第二种方案使用集中式架构，使用Fit AP代替方案一中的胖AP，在有线局域网中增加一台无线交换机。每个区域都配置2个AP，AP之间互为备份，单个AP故障也不会引起整个区域的无线接入网络失效。而且通过AP之间的负载均衡功能，可以保证每个区域无线接入用户的带宽。AP是零配置，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。可以在现有的LAN拓扑上部署通用的无线解决方案，而无需重新配置主干或硬件 1。此方案可以提高校园无线接入网络的可靠性和接入用户带宽。但是，并不是所有区域都有高带宽的无线接入需要，较高的AP密度会增加建设成本和资源浪费。3.2.3 方案三：集中式区别覆盖校园无线接入网络的主要用户群体是教师和学生。在学校的学习和生活中发现，用户群体主要是往往集中在几个特定的区域，并且不同区域的对于无线网络的需求也都不相同。因此，在方案二的基础上加以改进提出方案三。方案三的整体网络架构与方案二相同，只是在AP的覆盖上需要根据用户的密集程度和需求，将覆盖区域分成三种类型。针对不同的区域类型采用不同的AP部署方式。1) A型区域：用户密集区域，包括：图书馆、教学楼、活动中心周边。此区域对带宽有较高要求，需要重点覆盖充分保证无线网络的可用性。2) B型区域：用户集中区域，包括：所有主干道路和校门。这一区域接入用户相对较少，对于带宽要求也不高。但是用户很可能处于移动状态，对无线网络的移动性有一定要求。3) C型区域：用户稀疏区域，包括：绿地、足球场、篮球场。这类区域用户较少或使用频率较低，只需实现信号的基本覆盖。综合考虑三种方案：方案一部署简单廉价，但是网络欠缺可靠性；方案二稳定可靠，但是成本过高；方案三根据具体校园环境改进了方案二，在获得无线网络可靠性的同时缩减成本，决定采用方案三。3.3 设备选型无线校园网的设备需要有较高的稳定性，性能上也要能承受校园网络中较大的流量。H3C的无线局域网产品性能优越、价格适中，并且已经在许多无线城市、无线校园项目中成功使用，反响良好。在企业实习时也使用过相关设备，操作相对熟悉。所以，杭州电子科技大学校园无线接入网络使用H3C的无线局域网产品，核心无线交换机选用WX6103，室外AP选用WA2220X-AG，如图3-3和3-4所示。WX6103支持两个主控板，每个主控板都可以作为独立的无线控制器工作，每个主控板缺省可管理128个AP，通过license128升级，最多支持640个AP，20000个无线用户，可以满足大型园区无线网络的部署需求。它有24个千兆电口，4个千兆SFP光口，与对应的以太网电口形成Combo口，2个10GE XFP光接口，交换容量20Gbps，支持静态路由，支持组播，支持IPv6。图3-3 WX6103无线交换机室外AP对高低温、防潮、防水、防尘、防雷都有较高要求。WA2220X-AG是H3C无线局域网产品中的室外型AP，能够在各种严酷的室外环境下工作。它同时支持IEEE 802.11a和IEEE 802.11b/g，发射功率100mw，室外覆盖范围35270米，支持本地供电和PoE供电，功耗小于13w。支持基于接口的VLAN、基于802.1q的VLAN、基于用户类的VLAN、基于SSID的VLAN标记。支持静态IP地址、支持DHCP获取IP地址。接收灵敏度：802.11g，-70dbm54Mbps；802.11b，-89dbm11Mbps。图3-4 WA2220X-AG3.4 具体设计3.4.1 网络架构及逻辑拓扑无线校园网络采用 “Fit AP + AC”集中式网络架构，拓扑图见图3-5。图3-5 无线接入网络拓扑结构需要说明的是：拓扑中原有有线局域网的拓扑结构并不代表实际拓扑，这里只是帮助说明无线接入网络的架构。实际有线网络的拓扑结构并不会影响无线接入网络的部署，这也正式“Fit AP + AC”集中式网络架构的一大优势。无线交换机通过千兆多模光纤连接至局域网核心设备，AP则根据具体位置通过超五类网线或者电缆连接至就近建筑的配线间，通过交换机连接到有线网络。无线交换机与AP需要通信，而它们的连接方式有三种：直连方式、二层网络连接方式和三层网络连接方式。根据现有局域网为纯交换网络的情况，选择无线交换机与Fit AP二层网络连接的方式。3.4.2 资源分配需要创建两个SSID：SSID HDU-Internet用于普通客户端接入，提供基本的Internet接入功能，接入VLAN10；SSID HDU-LAN用于接入学校内部资源，接入VLAN20。无线接入客户端IP地址采用DHCP自动分配，在原DHCP服务器中新建2个DHCP地址池，供无线接入的客户端使用。VLAN10使用10.0.0.0/24地址段，VLAN20使用10.0.1.0/24地址段，网关分别是10.0.0.1和10.0.1.1。3.4.3 AP部署根据用户的密集程度，将覆盖区域分成三种类型，针对不同的区域采用不同覆盖方式。1) A型区域：用户密集区域，对带宽有较高要求。包括：图书馆、教学楼、活动中心周边，如图3-5所示。AP安装在建筑室外墙体上，采用定向天线向建筑周围辐射信号。在同一区域部署23个工作在不同信道的AP，有效保证用户带宽。IEEE 802.11g标准每个信道传输速率为54Mbps，在同一区域最多部署三个信道共162Mbps。除去系统开销，有效吞吐量在96Mbps左右。按照每人1M带宽计算，理论上可满足近100人同时使用。无线交换机启用AP负载均衡功能，控制不同AP的接入用户数，保证密集用户区域的用户带宽性能。图3-5 A型区域分布图2) B型区域：用户集中区域，有移动性有要求。包括：所有道路、校门。AP采用全向天线安装在路灯或者路牌上，相邻AP之间的直线距离不能超过100m，信号重叠区域在30%左右10，这样能提供对移动性的支持，如图3-6所示。在第五教学楼与第二实验楼之间的道路上以及学校正门处，可以按照图3-6这种方式部署。而在其他主干道路周围都有A型区域的信号覆盖，可复用部分A型区域的AP而不用全部重新安装，图3-6 道路覆盖方式3) C型区域：用户稀疏区域，用户较少或者偶尔接入。包括：绿地、足球场、篮球场。这类区域通常比较空旷，只需部署少量采用全向天线AP。在校园无线网络中AP是零配置的， AP需要注册到无线交换机下载配置。无线校园网AP的管理地址也不需要手动分配，而是通过DHCP方式自动获取，使用VLAN10的地址池10.0.0.0/24。虽然理论上AP可以连接在网络中的任何位置，但是从方便管理角度考虑，设计将所有AP连接至专用的接入层交换机。专用的接入层交换机与其他普通以太网交换机并无区别，只不过下连的是无线AP而不是终端主机。这种连接方式下的AP注册有option 43方式和DNS方式2种，两种方式效果相同。无线校园网的AP选择option 43方式注册到无线交换机。option 43方式是指在AP收到的DHCP响应报文的选项字段中加入无线交换机IP地址信息，43是选项中标记字段的值。AP注册过程见图3-7所示。无线交换机DHCP Server1、获取IP地址、option 43属性2、无线交换机发现请求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图3-7 AP注册过程1) 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)。2) 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。3) 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。4) AP从无线交换机下载最新软件版本、配置。5) AP开始正常工作和无线交换机交换用户数据报文。不同厂商对于属性的值有不同的定义，在DHCP服务器设置option 43属性，见图3-9。H3C Option 43选项说明如下：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。12 01 07 01，12 01 07 02：两个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。图3-9 Windows 2000配置的DHCP服务器3.4.4 无线交换机部署无线交换机是整个无线接入网的核心，所有AP和无线客户端的管理都在无线交换机上完成。理论上无线交换机也可以连接在网络中的任何位置。但是考虑到所有AP的流量都需要通过无线交换机，AP与无线交换