无线网络在校园网中.docx
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1、 目 录一 无线网络技术介绍31 无线网络技术大体概念32 无线网络的协议标准4二 无线网络的应用71 无线网络的特点与优势72无线局域网拓扑结构83无线网络通信安全114无线网络的应用处合13三 无线网络设备141 无线网卡142 无线AP143无线路由164无线网桥175无线天线18四 校园网中的无线网络201无线校园网概述202校园网应用需求分析213无线校园网方案产品选择234 无线校园网关键技术235无线校园网可行性分析266网络设计原则267无线校园网网络拓扑图278无线校园网实施方案289无线校园网安全方案32五 无线校园网应用分析331雪中送炭的无线网络332画龙点睛的无线网络
2、343无处不在的校园网34总结35结束语36参考文献37无线网络在校园网中的应用摘要 校园网已经成为校园生活的重要组成部份,是教职员工和学生获取资源和信息的主要途径。它将校园里的院系、学生与从事社交、学术、业务活动的行政人员紧密地联系在一路,在教育系统中具有重要的作用。目前,愈来愈多的学生拥有笔记本电脑,在教室、实验室、图书馆、大型会议室、体育馆、室外广场等场合如何冲破网络节点限制、实现多人同时上网的问题在应用中不可避免。 无线网络解决方案能有效减缓校园网建设中存在的传统有线网络无法解决的难题,无线网络技术具有无缝三维覆盖、可移动通信等长处,弥补了有线网络的不足。若是校园网中采用无线接人,这一
3、切都会发生很大的转变。 由于无线局域网技术和无线产品的成熟,无线网络已经被愈来愈多的用户接受,在教育培训领域,愈来愈多的计算机网络系统设计师将无线网络吸纳成为一个必不可少的环节,无论是校园内部信息点的散布设计、校园内建筑物的网络连接,仍是学校本部和分部的联网,无线网络产品均有惊人的用武之地。另外,无线网络环境的引入,为崭新的无线多媒体提供了应用平台,从而将教育信息化建设带入一个崭新的天地。 本毕业设计课题将主要以校园无线网的建设来展开论证,从中可能用到各类技术资料及实施方案为设计导向,为校园无线网的建设提供理论依据和实践指导。关键字:无线网络、校园网、网络协议、无线路由、无线AP、WLAN 引
4、言学生们一边坐在草地上,惬意的喝着饮料,一边通过无线网络与专家、老师进行网上讨论,访问图书馆电子资源;课堂上老师和学生可以通过手持无线设备进行自由沟通;奥运会比赛的时候,全校所有师生可实时在学校内任何地方观看赛事直播这样一个美好校园网的实现,固然离不开无线网络在校园网中的应用。无线局域网络不仅可以覆盖课堂、教室、宿舍、阅览室等常常利用网络的场所,除此之外,校园的草坪、树林更是无线网络发挥功效的场所。由于以往室外环境无法提供上网条件,因此许多教学活动受到限制,而无线校园网络的建设刚巧弥补了这些环节的不足,把课堂延伸到易于激发学习热情的广漠空间上。无线网络技术可以实现终端设备移动漫游的功能,因此,
5、在整个校园内,同一个设备可以在任何时候、任何地方与校园网络连接,不中断地访问校园网络资源。无线网络的特征是以一个固定的信息点为基础,形成一个网络覆盖面,将校园网络的覆盖面渗透到校园的任何地方,因此使网络无所不在。对于终端用户而言,直接能够感受到的是无线网络带来的便捷性。一 无线网络技术介绍1 无线网络技术大体概念WLAN是Wireless Local Area Network的缩写,指应用无线技术将计算机设备互联起来,组成可以彼此通信和实现资源共享的网络体系。无线局域网本质的特点是再也不利用通信电缆将计算机与网络连接起来,而是通过无线的方式连接,从而使网络的构建和终端的移动加倍灵活。 无线局域
6、网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。从专业角度讲,无线局域网利用了无线多址信道的一种有效方式来支持计算机之间的通信,并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。通俗地说,无线局域网(Wireless local-area network,WLAN)就是在不采用传统缆线的同时,提供以太网或令牌网络的功能。 可是,仅仅从缆线这个角度来看待无线局域网是不够的无线局域网已经从头概念了局域网。联接不单单是连接,“本地”的计量单位也从米延伸到了千米。基础设施不需要再埋在地下或隐藏在墙里,它已经能够随着的发展而移动或转变。2 无线网络的协议标准目前常常利用的无线网络标准主要有美国IEEE(电机电子
7、工程师协会,The Institute of Electrical and Electronics Engineers)所制定的标准(包括802.11a 、 及802.11g等标准),蓝牙(Bluetooth)标准和HomeRF(家庭网络)标准等。HomeRFHomeRF工作组是由美国家用射频委员会领导、于1997年成立的,其主要工作任务是为家庭用户成立具有互操作性的话音和数据通信网。它推出HomeRF的标准集成了语音和数据传送技术,工作频段为10GHz,数据传输速度达到100Mbit/s,在WLAN的安全性方面主要考虑访问控制和加密技术。 HomeRF是对现有无线通信标准的综合和改良:当进行
8、数据通信时,采用规范中的TCP/IP传输协议;当进行语音通信时,则采用数字增强型无绳通信标准。可是,该标准与不兼容,并占据了与和Bluetooth相同的频率段,所以在应用范围上会有很大的局限性,更多的是在家庭网络中利用。蓝牙Bluetooth(蓝牙)是一种短距的无线通信技术,电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来,传统的电线在这里就毫无用武之地了。透过芯片上的无线接收器,配有蓝牙技术的电子产品能够在十米的距离内彼此相通,传输速度可以达到10M/s。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离,而此刻有了蓝牙技术,这样的麻烦也可以避免去。不过Bluetooth产品致命的缺点是任何蓝牙产品都离
9、不开Bluetooth芯片、Bluetooth模块较难生产,Bluetooth难于全面测试。这三点是蓝牙产品发展的瓶颈。协议族IEEE 802.11a802.11a是原始标准的一个修订标准,于1999年取得批准。802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议,工作频率为5GHz,利用52个正交频分多路复用副载波,最大原始数据传输率为54Mb/s,这达到了现实网络中等吞吐量(20Mb/s)的要求。若是需要的话,数据率可降为48,36,24,18,12,9或6Mb/s。802.11a拥有12条不彼此重叠的频道,8条用于室内,4条用于点对点传输。它不能与进行互操作,除非利用了对两种标准都采用的设备
10、。由于频带已经被处处利用,采用5GHz的频带让802.11a具有更少冲突的长处。但是,高载波频率也带来了负面效果。802.11a几乎被限制在直线范围内利用,这致使必需利用更多的接入点;一样还意味着802.11a不能传播得像那么远,因为它更易被吸收。IEEE IEEE 是无线局域网的一个标准。其载波的频率为,传送速度为11Mbit/s。IEEE 是所有无线局域网标准中最著名,也是普及最广的标准。它有时也被错误地标为Wi-Fi。实际上Wi-Fi是无线局域网联盟(WLANA)的一个商标,该商标仅保障利用该商标的商品彼此之间可以合作,与标准本身实际上没有关系。在频段共有14个频宽为22MHz的频道可供
11、利用。IEEE 的后继标准是IEEE 802.11g,其传送速度为54Mbit/s。IEEE 802.11g为了解决IEEE80211a与80211b的产品因为频段与物理层调制方式不同而无法互通的问题,IEEE又在2001年11月批准了新的80211g标准。80211g既适应传统的80211b标准,在24GHz频率下提供每秒11Mbps的传输速度;也符合80211a标准,在5GHz频率下提供54Mbps的传输速度。80211g中规定的调制方式包括80211a中采用的OFDM与80211b中采用的CCK。通过规定两种调制方式,既达到了用24GHz频段实现80211a54Mbps的数据传送速度,也
12、确保了与80211b产品的兼容。IEEE 计划将WLAN的传输速度从802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上,最高速度可达320Mbps,成为、802.11a、802.11g以后的另一场重头戏。和以往地标准不同,协议为双频工作模式(包括和5GHz两个工作频段)。这样11n保障了与以往的802.11a b, g标准兼容。二 无线网络的应用1 无线网络的特点与优势WLAN技术使网上的计算机具有可移动性,能快速、方便地解决有线方式不易实现的网络信道的连通问题。WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据,而无需线缆介质。 与有线网络相较,WLAN具有以下长处: 1). 安装便
13、捷:无线局域网的安装工作简单,它无需施工许可证,不需要布线或开挖沟槽。它的安装时间只是安装有线网络时间的零头。 2). 覆盖范围广:在有线网络中,网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而无线局域网的通信范围,不受环境条件的限制,网络的传输范围大大拓宽,最大传输范围可达到几十千米。 3). 经济节约:由于有线网络缺少灵活性,这就要求网络计划者尽可能地考虑未来发展的需要,所以往往致使预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计计划,又要花费较多费用进行网络改造。WLAN不受布线接点位置的限制,具有传统局域网无法比拟的灵活性,可以避免或减少以上情况的发生。 4). 易于扩展:WLAN有
14、多种配置方式,能够按照需要灵活选择。这样,WLAN就可以胜任从只有几个用户的小型网络到上千用户的大型网络,而且能够提供像“漫游”(Roaming)等有线网络无法提供的特性。 5). 传输速度高:WLAN的数据传输速度此刻已经能够达到11Mbit/s,传输距离可远至20km以上。应用到正交频分复用(OFDM)技术的WLAN,乃至可以达到54Mbit/s。 另外,无线局域网的抗干扰性强、网络保密性好。对于有线局域网中的诸多安全问题,在无线局域网中大体上可以避免。而且相对于有线网络,无线局域网的组建、配置和保护较为容易,一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。2无线局域网拓扑结构1)点对点模式
15、Ad-hoc (Peer-to-Peer) 由无线工作站组成,用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站的直接通信,该网络无法接入到有线网络中,只能独立利用。无需 AP ,安全由各个客户端自行保护。2) 基础架构模式 Infrastructure 由无线访问点( AP )、无线工作站( STA )和散布式系统( DSS )组成,覆盖的区域称大体服务区( BSS )。无线访问点也称无线 hub , 用于在无线 STA 和有线网络之间接收、缓存和转发数据,所有的无线通信都通过 AP 完成。无线访问点通常能够覆盖几十至几百用户,覆盖半径达上百米。 AP 可以连接到有线网络,实现无线网络和有线网络
16、的互联。3)多 AP 模式 是指由多个 AP 和连接它们的散布式系统 ( DS ) 组成的基础架构模式网络,也称为扩展服务区( ESS )。扩展服务区内的每一个 AP 都是一个独立的无线网络大体服务区( BSS ),所有 AP 共享同一个扩展服务区标示符( ESSID )。散布式系统 ( DS ) 在 标准中并无概念,可是目前多数是指以太网。相同 ESSID 的无线网络间可以进行漫游,不同 ESSID 的无线网络形成逻辑子网。4) 无线网桥模式 利用一对AP连接两个有线或无线局域网网段。5)无线中继器模式 无线中继器用来在通信路径的中间转发数据,从而延伸系统的覆盖范围。3无线网络通信安全由于无
17、线局域网采用公共的电磁波作为载体,更易受到非法用户入侵和数据窃听。无线局域网必需考虑的安全因素有三个:信息保密、身份验证和访问控制。为了保障无线局域网的安全,主要有以下几种技术:(1) 物理地址(MAC)过滤每个无线工作站的无线网卡都有唯一的物理地址,类似以太网物理地址。可以在AP中建立允许访问的MAC地址列表,如果AP数量太多,还可以实现所有AP统一的无线网卡MAC地址列表,现在的AP也支持无线网卡MAC地址的集中Radius认证。这种方法要求MAC地址列表必需随时更新,可扩展性差。(2) 服务集标识符(SSID)匹配 对AP设置不同的SSID,无线工作站必须出示正确的SSID才能访问AP,
18、这样就可以允许不同的用户群组接入,并区别限制对资源的访问。(3) 有线等效保密(WEP) 有线等效保密协议是由标准定义的,用于在无线局域网中保护链路层数据。WEP使用40位钥匙,采用RSA开发的RC4对称加密算法,在链路层加密数据。WEP加密采用静态的保密密钥,各无线工作站使用相同的密钥访问无线网络。WEP也提供认证功能,当加密机制功能启用,客户端要尝试连接上AP时,AP会发出一个Challenge Packet给客户端,客户端再利用共享密钥将此值加密后送回存取点以进行认证比对,如果正确无误,才能获准存取网络的资源。40位WEP具有很好的互操作性,所有通过Wi-Fi 组织认证的产品都可以实现W
19、EP互操作。现在的WEP也一般支持128位的钥匙,能够提供更高等级的安全加密。(4) 虚拟专用网络(VPN)VPN(virtual private networking)是指在一个公共的IP网络平台上通过隧道以及加密技术保证专用数据的网络安全性,它主要采用DES、3DES以及AES等技术来保障数据传输的安全。(5) Wi-Fi保护访问(WPA) WPA(wi-fi protected access)技术是在2003年正式提出并推行的的一项无线局域网安全技术,将成为代替WEP的无线。 WPA是IEEE 的一个子集,其核心就是IEEE 和TKIP(temporal key integrity pr
20、otocol) 。新一代的加密技术TKIP与WEP一样基于RC4加密算法,且对现有的WEP进行了改良,在现有的WEP加密引擎中增加了密钥细分(每发一个包从头生成一个新的密钥)、消息完整性检查(MIC)、具有序列功能的初始向量、密钥生成和按期更新功能等4种算法,极大地提高了加密安全强度。另外WPA增加了为无线客户端和无线AP提供认证的IEEE 的RADIUS机制。4无线网络的应用处合无线局域网络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,此刻有线局域网技术已经发展得比较完善,可是什么情形需要利用无线局域网呢?因为无线局域网无线的特性具有常规网络无可比拟的长处
21、。下面就是无线局域网大显身手的几种场合。1).接入网络信息系统:电子邮件、文件传输和终端仿真。2).难以布线的环境:老建筑、布线困难或昂贵的露天区域、城市建筑群、校园和工厂。3).频繁转变的环境:频繁改换工作地址和改变位置的零售商、生产商,和野外勘测、实验、军事、公安和银行等。4).利用便携式计算机等可移动设备进行快速网络连接。5).用于远距离信息的传输:如在林区进行火灾、病虫害等信息的传输;公安交通管理部门进行交通管理等。6).专门工程或顶峰时间所需的暂时局域网:学校、商业展览、建设地址等人员流动较强的地方;利用无线局域网进行信息的交流;零售商、空运和航运公司顶峰时间所需的额外工作站等。7)
22、.流动工作者可取得信息的区域:需要在医院、零售商店或办公室区域流动时取得信息的医生、护士、零售商、白领工作者。8).办公室和家庭办公室(SOHO)用户,和需要方便快捷地安装小型网络的用户。三 无线网络设备1 无线网卡无线网卡的作用类似于以太网中的网卡,作为无线网络的接口,实现与无线网络的连接.无线网卡按照接口类型的不同,主要分为三种类型,即PCMCIA无线网卡,PCI无线网卡和USB无线网卡. PCMCIA无线网卡仅适用于笔记本电脑,支持热插拔,可以超级方便地实现移动式无线接入. PCI接口无线网卡适用于普通的台式计算机利用.其实PCI接口的无线网卡只是在PC转接卡上插入一块普通的PC卡. U
23、SB接口无线网卡适用于笔记本电脑和台式机,支持热插拨.不过,由于USB网卡对笔记本而言是个累赘,因此,USB网卡通常被用于台式机.2 无线AP无线AP(Access Point):即无线接入点,它是用于无线网络的无线互换机,也是无线网络的核心。无线AP是移动计算机用户进入有线网络的接入点,主要用于宽带家庭、大楼内部和园区内部,典型距离覆盖几十米至上百米,目前主要技术为系列。大多数无线AP还带有接入点客户端模式(AP client),可以和其它AP进行无线连接,延展网络的覆盖范围。 无线AP(AP,Access Point,无线访问节点、会话点或存取桥接器)是一个包括很广的名称,它不仅包括单纯性
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