六讲局域网及广域网2.ppt
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1、第六讲 局域网及广域网(2),教学目的:本章将主要学习局域网技术、广域网技术等基本知识,它们是学习计算机网络、交换技术、路由技术的前提,为我们使用和管理计算机网络打下基础。教学要求:掌握常见局域网的类型、特点及拓扑结构;掌握以太网的工作原理、特点及分类等;了解无线局域网的标准及结构;掌握广域网的基本概念、通信方式及协议;了解广域网几种常见的特性及用途。,第三章 局域网及广域网,本章结构:局域网概述以太网技术无线局域网广域网技术 关键知识点:局域网的组成、特点及拓扑结构;以太网的网络介质访问控制方法及分类;无线局域网标准及结构;广域网特点及各种广域网技术。,3.3 无线局域网技术概述,3.3.1
2、无线局域网分类 3.3.2无线局域网的基本结构3.3.3无线局域网硬件设备 3.3.4 IEEE 802.11标准,3.3.1 无线局域网分类,无线局域网IEEE 802.111997年6月,IEEE推出了第一代无线局域网标准IEEE802.11。该标准定义了物理层和介质访问控制子层(MAC)的协议规范,允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。任何LAN应用、网络操作系统或协议(包括TCP/IP、NovellNetWare)在遵守IEEE802.11标准的基础上都可以在WLAN上运行。目前,IEEE 802.11共有4个不同的版本:IEEE 802.11A,IEEE 80
3、2.11B,IEEE 802.11G及IEEE 802.11N。,无线城域网IEEE802.6体验到无线局域网的方便以后,人们自然希望无线网络的传输距离能更远些,在更大的范围内提供无线接入服务。于是无线城域网的概念也就应运而生了。与为无线局域网制定802.11标准一样,IEEE为无线城域网推出了802.16标准,同时业界也成立了类似Wi-Fi联盟的WiMAX论坛。,802.16标准20世纪90年代,宽带无线接入技术得到了快速发展,主要产品有本地多点分配系统(LMDS)和多信道多点分配技术(MMDS),其市场定位于小型家庭办公(SOHO)、中小企业、城市商业中心等用户,尤其是中小企业和城市人口密
4、集的高楼商业区应用的成本效益明显。但是这一产业没有更进一步繁荣壮大,一个很重要的原因就是没有统一的全球性宽带无线接入标准。1999年,IEEE成立了IEEE 802.16工作组来专门研究宽带固定无线接入技术规范,目标就是要建立一个全球统一的宽带无线接入标准。IEEE 802.16工作组的出现大大地推动了宽带无线接入技术在全球的发展。,一、标准制订进程IEEE 802.16工作组于2002年4月8日正式发布了IEEE 802.16-2001标准,为宽带无线接入(BWA)定义了无线城域网(WMAN)的空中接口规范。2003年4月颁布了IEEE 802.16a,该标准支持的工作频段为211 GHz,
5、包括了需要发放牌照频段和免牌照的频段。与高频段相比,该频段能以更低的成本提供更大的用户覆盖,系统受障碍影响不大,大大降低了用户站安装的要求。2004年7月IEEE 802.16组织又通过了IEEE 802.16d。IEEE 802.16d对266 GHz频段的空中接口物理层和MAC层做了详细规定,定义了支持多种业务类型的固定宽带无线接入系统的MAC层和相对应的多个物理层。,一、标准制订进程IEEE 802.16e是工作在26 GHz频段支持移动性的宽带无线接入空中接口标准。制订IEEE 802.16e的目的是为了实现既能提供高速数据业务又使用户具有移动性的宽带无线接入解决方案。除了以上几个标准
6、外,另外还有3个重要标准:第一个是2002年正式发布的IEEE 802.16c,它是对IEEE 802.16-2001的增补,是使用1066 GHz频段IEEE 802.16系统的兼容性标准。第二个是IEEE 802.16f,它定义了IEEE 802.16系统MAC层和物理层的管理信息库(MIB)以及相关的管理流程。第三个是IEEE 802.16g,制订它的目的是为了规定标准的IEEE 802.16系统管理流程和接口,从而实现IEEE 802.16设备的互操作性和对网络资源、移动性和频谱的有效管理。,二、IEEE 802.16和WiMAX为有助于将IEEE 802.16定义的广义标准变成更加具
7、体的标准,以满足特定服务提供商的需求,Intel、奥维通、Airspan Networks、诺基亚、Proxim、Redline and Aperto Networks、AT&T等100家生产、运营商成立了一个非盈利工业贸易联盟组织WiMAX论坛,全名是微波接入的全球互通,目标是对以IEEE 802.16系列宽带无线接入标准为基础的产品互通性进行测试和认证,以保证市场上设备的部件是标准化的。基于IEEE 802.16系列标准的WiMAX的特点明显:实现的50 km无线信号的传输距离是无线局域网所不能比拟的;网络覆盖面积是3G发射塔的10倍,只要建设少数基站就能实现全城覆盖,使得无线网络应用范围
8、大大扩展;提供的接入速度达70 Mb/s(14 MHz载波),使无线网络的接入速度有了一个很大的进步。,三、总结IEEE 802.16标准为宽带无线接入网的开发和应用提供了很好的平台,从而促进了BWA系统的市场发展。中国宽带无线接入技术的研究与开发始终紧随世界先进技术,目前中国通信标准化协会已经完成IEEE 802.16技术研究报告,并正在开展IEEE 802.16d标准及其一致性测试的研究和IEEE 802.16e标准的研究。2004年9月17日中国通信标准化协会又在北京举办IEEE 802.16技术报告会,势必会为IEEE 802.16技术及标准的研究和发展起到强劲的推动作用。随着标准的完
9、善和市场需求的发展,相信IEEE 802.16在未来无线网络中必将发挥巨大的作用。,个人局域网(PAN,Personal Area Network)PAN是近年来随着各种短距离无线电技术的发展提出的一个新概念。PAN的基本思想是,用无线电或红外线代替传统的有限电缆,实现个人信息终端的智能化互联,组建个人化的信息网络。PAN定位在家庭与小型办公室的应用场合,其主要应用范围包括话音通信网关、数据通信网关、信息电器互联与信息自动交换等。从信息网络的角度看,PAN是一个极小的局域网;从电信网的角度看,PAN是一个接入网,有人将PAN称为电信网的“最后50米”解决方案。,1.HomeRF HomeRF是
10、专门为家庭用户设计的一种WLAN技术标准。HomeRF利用跳频扩频方式,既可以通过时分复用支持语音通信,又能通过载波监听多重访问/冲突避免(CSMA/CA)协议提供数据通信服务。同时,HomeRF提供了与TCP/IP良好的集成,支持IP的广播、多播和单播。目前,HomeRF标准工作在2.4GHz的频段上,跳频带宽为1MHz,最大传输速率为bit/s,传输范围超过100米。,2蓝牙技术 蓝牙是一个开放性的、短距离无线通信技术标准,它可以用于在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备以及移动设备之间的网络互连,可以在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。因为蓝牙技术可以
11、方便地嵌入到单一的CMOS芯片中,因此它特别适用于小型的移动通信设备。蓝牙的标准是IEEE802.15,工作在2.4GHz 频带,带宽为1Mbit/s。蓝牙技术中也采用了跳频技术,但与其它工作在2.4GHz频段上的系统相比,蓝牙跳频更快,数据包更短,这使蓝牙比其它系统都更稳定。蓝牙技术理想的连接范围为10厘米10米,但是通过增大发射功率可以将距离延长至100米。,3.IrDA IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术,其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它的主要优点是体积小、功率低、适合设备移动的需要,传输速率高,可达16Mbps,成本低、应用普遍。IrDA是一种视距传输技术,也就是说两个
12、具有IrDA端口的设备之间如果传输数据,中间就不能有阻挡物,这在两个设备之间是容易实现的,但在多个设备间就必须彼此调整位置和角度等,这是IrDA的致命弱点。IrDA设备中的核心部件红外线LED不是一种十分耐用的器件,对于不经常使用的扫描仪和数码相机等设备还可以,但如果经常用装配IrDA端口的手机上网,可能很快就不堪重负了,4.UWB 超宽带(Ultra-wideband,UWB)技术以前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。UWB采用极短的脉冲信号来传送信息,通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。UWB是一种高速而又低功耗的数据通信方式,它有望在无线通信领域得到广泛的应用。UWB
13、理论上传输距离可以很远,但由于UWB基于雷达技术,会对雷达设备产生干扰;所以出于对现存无线系统影响的考虑,目前UWB的发射功率被限制在1mW/MHz以下,作用距离十米左右,目前只作为个域网标准来研究。,3.3.2 无线局域网的基本结构,1.基础结构网络(Infrastucture)模式,1.基础结构网络(Infrastucture)模式在基础结构网络中,无线中继站(如无线接入访问点AP、无线HUB和无线网桥等设备)把无线局域网与有线网连接起来,并允许用户有效地共享网络资源。中继站不仅仅提供与有线网络的通讯,也为网上邻居解决了无线网络拥挤的状况。复合中继站能够有效扩大无线网络的覆盖范围,实现漫游
14、功能。,2.自组网络(Ad-Hoc)模式,2.自组网络(Ad-Hoc)模式一个对等网络由一组有无线接口的计算机组成。这些计算机要有相同的工作组名、ESSID和密码(如果适用的话)。任何时间,只要两个或更多的无线接口互相都在彼此的范围之内,它们就可以建立一个独立的网络,其结构如图 3-7 所示。对等网在管理和预先设置方面没有特殊的要求,配置也很简单,但缺点是各用户之间的通信距离较近,且当用户数量较多时,性能较差。,目前,许多公司开始利用WLAN的方式提供移动Internet接入,在宾馆、机场候车大厅等地区架设WLAN,然后通过DSL或FTTX等方式相结合,为人们提供无线上网的条件。虽然无线网络有
15、诸多优势,但与有线网络相比,无线局域网也存在一些不足,如网络速率较慢、价格较高,数据传输的安全性有待进一步提高。,3.无线Internet接入,4.无线与有线的结合实例,3.3.3无线局域网硬件设备,1.无线网卡无线网卡在无线局域网中的作用相当于有线网卡在有线局域网中的作用。按无线网卡的总线类型可分为适用于台式机的PCI接口的无线网卡,适用笔记本的PCMCIA接口的无线网卡;笔记本和台式机均使用USB接口的无线网卡。,2.无线访问接入点无线访问接入点(AP)则是在无线局域网环境中,进行数据发送和接收的集中设备,相当于有线网络中的集线器。,3.无线网桥无线网桥主要用于无线和有线局域网之间的互连。
16、当两个局域网无法实现有线连接或使用有线连接存在困难时,就可使用无线网桥实现点对点的连接,在这里无线网桥起到了协议转换的作用。,4.无线路由器无线路由器则集成了无线AP的接入功能和路由器的第三层路径选择功能。5.天线天线(Antenna)的功能则是将信号源发送的信号由天线传送至远处。天线一般有所谓定向性(Uni-directional)与全向性(Omni-directional)之分,前者较适合于长距离使用,而后者则较适合区域性之应用。,3.3.4 IEEE的802.11标准系列,一、IEEE 802.11标准802.11标准是IEEE制定的无线局域网标准,有1Mbps和2Mbps两种速率,工作
17、频率在2.4GHz,有效传输距离为100米、传输业务是数据。并对网络的物理层(PH)和媒质访问控制层(MAC)进行了规定,其中对MAC层的规定是重点。1抗干扰能力强。802.11使用直扩技术产生11位随机码元能将源信号在中心频点向上下各展宽11MHz,使源信号独占22MHz的带宽,从而使信号平均能量降低。干扰噪声被解调为平均能量很低可忽略不计的背景噪声。2码分多址能力强。IEEE802.11支持2.4GHz频带下的13个子信道,每个信道占有高达22MHz的带宽,并可在2.4GHz频带下同时拥有3个完全独占的子信道,因此可将相互干扰减至最小从而实现频道复用。IEEE802.11产品可在满足办公自
18、动化应用的需求下,支持最多254个用户的分址能力。3高速可扩展能力强。由于独占信道且码分多址,IEEE802.11产品的速率一般在2Mbps。,二IEEE 802.11a 802.11a在802.11协议组中是第一个出台的标准,它使用频段为5.8GHz,在物理层上用OFDM代替了原来的扩频技术。容量:802.11a理论上最大传输速率是54Mbps。和其他无线通信标准一样,54Mbps也是物理层最大速率,真正的数据吞吐量最大约为25Mbps,兼容性:802.11a使用的是较高的频率,在物理层上采用不同于802.11b的OFDM技术,所以802.11a产品和现在已经安装的802.11b不能互通。,
19、三、IEEE 802.11b标准IEEE 802.11b,也叫Wi-Fi(Wireless Fidelity),是建立在直接序列扩频(DSSS,Direct Sequence Spread Spectrum)的加强版本CCK(补充编码键控)基础上的,它是当前应用最为广泛的WLAN标准,采用波段是2.4GHz。容量:IEEE802.11b的理论容量是11Mbps,并兼容IEEE802.11。兼容性:802.11b与老式DSSS系统后向兼容,但与基于FHSS的802.11网络不兼容。,四、IEEE 802.11g 802.11g是IEEE为了解决802.11a与802.11b的互通而出台的一个标准
20、,它是802.11b的延续,两者同样使用2.4GHz通用频段,互通性高,被看好是新一代的WLAN标准。容量:802.11g的速率上限已经由11Mbps提升至54Mbps,但由于2.4GHz频段干扰过多,在传输速率上低于802.11a。兼容性:802.11g同时支持802.11b的CCK和802.11a的OFDM,802.11g还支持PBCC(Packet Binary Convolutional Coding,分组二进制卷积码)技术。,五、802.11n协议802.11n是一种新兴的标准。具有高达 600 Mbps 的速率,是下一代的无线网络技术,可提供支持对带宽最为敏感的应用所需的速率、范围
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