1、杭州華三通信技術有限公司 第一章第一章 無線技術體系與理論無線技術體系與理論ISSUE 2.0日期：杭州華三通信技術有限公司 版權所有，未經授權不得使用與傳播n 無線局域網是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物。它利用射頻（RF）技術，取代舊式的雙絞線構成局域網絡，提供傳統有線局域網的所有功能。無線網絡所需的基礎設施不需再埋在地下或隱藏在墻里，并且可以隨需移動或變化。n WLAN已經成為寬帶接入的有效手段之一，使用WLAN的區域及其承載的業務愈來愈多。為了更好地構建理想中的無線網絡，我們需要了解無線網絡的技術體系、熟悉構建無線網絡的設備的功能。引入引入n 了解了解WLAN基礎知識基礎知識n 了

2、解了解802.11協議族標準協議族標準n 了解主流了解主流WLAN設備及天線設備及天線n 了解了解WLAN典型部署典型部署課程目標課程目標學習完本課程，您應該能夠：學習完本課程，您應該能夠：n WLAN基礎知識基礎知識n 802.11協議簡析協議簡析n WLAN設備設備n WLAN典型部署典型部署目錄目錄6n 為什么要使用為什么要使用WLAN網絡網絡n 什么是什么是WLANn WLAN技術的發展進程技術的發展進程WLAN基礎知識基礎知識7 凡是自由空間均可連接網絡，不受限于線纜和端口位置。辦公大樓候機大廳渡假山莊商務酒店無線讓網絡使用更自由無線讓網絡使用更自由8無線讓網絡建設更經濟，通信更便利

3、無線讓網絡建設更經濟，通信更便利l 終端與交換設備之間省去布線，有效降低布線成本。l 適用于特殊地理環境下的網絡架設，如隧道、港口碼頭、高速公路。終端與設備之間不方便通過線纜連接地理環境不適合布設有線網絡9無線讓工作更高效無線讓工作更高效 不受限于時間和地點的無線網絡，滿足各行各業對于網絡應用的需求。體育場館新聞中心展館與證券大廳制造車間物流運輸10l 802.11l 802.11bl 802.11al 802.11g主流的主流的WLAN技術技術11802.11協議的發展進程協議的發展進程802.11802.11b802.11a802.11g標準發布時間標準發布時間July 1997Sept

4、1999Sept 1999June 2003合法頻寬合法頻寬83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz頻率范圍頻率范圍 2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz非重疊信道非重疊信道 33123調制技術調制技術FHSS/DSSSCCK/ DSSSOFDMCCK/OFDM物理發送速率物理發送速率1, 21,2,5.5, 116, 9, 12, 18,24, 36, 48, 546, 9, 12, 18,24, 36, 48, 54無線覆蓋范圍無線覆蓋范圍N/A100M50M100M理論

5、上的最大理論上的最大UDP吞吐吞吐量量 (1500 byte)1.7 Mbps7.1 Mbps30.9 Mbps30.9 Mbps理論上的理論上的TCP/IP吞吐量吞吐量 (1500 byte)1.6 Mbps5.9 Mbps24.4 Mbps24.4 Mbps兼容性兼容性N/A與11g產品可互通與11b/g不能互通與11b產品可互通12各個國家授權使用的頻段各個國家授權使用的頻段Channel Freq (GHz) US/Can Europe Japan 1 2.412xx2 2.417xx3 2.422xx4 2.427xx5 2.432xx6 2.437xx7 2.442xx8 2.44

6、7xx9 2.452xx10 2.457xx11 2.462xxx12 2.467x13 2.472x14 13802.11b/g工作頻段劃分圖工作頻段劃分圖14蜂窩式無線覆蓋蜂窩式無線覆蓋l 任意相鄰區域使用無頻率交叉的頻道，如：1、6、11頻道 ；l 適當調整發射功率，避免跨區域同頻干擾；l 蜂窩式無線覆蓋實現無交叉頻率重復使用。15WLAN產品對人體的電磁輻射是安全的產品對人體的電磁輻射是安全的l 很多的研究已經證明，WLAN產品可以在家庭及商業中使用，對人體來說是安全。l 典型的WLAN產品，如AP（Access Point，接入點），輸出功率為100mw，對于網卡來說，通常只有10m

7、w至50mw。相比較來說，手機的發射功率在通話時可以超過1W，而無線對講機甚至可以達到5 W。l 政府有相關的法令對發射功率進行嚴格的限制，因此通過政府相關部門認證過的無線設備對人體是無害的。n WLAN基礎知識基礎知識n 802.11協議簡析協議簡析n WLAN設備設備n WLAN的典型部署的典型部署目錄目錄17n 802.11協議族成員協議族成員n WLAN網絡基本概念網絡基本概念n WLAN網絡接入訪問機制網絡接入訪問機制n WLAN網絡接入漫游網絡接入漫游 802.11協議族協議族18IEEE 802.11無線局域網工作組無線局域網工作組 PHY802.11(1/2 Mbps)802.

8、11b(5.5/11 Mbps)802.11g(54 Mbps)802.11a(54 Mbps)MAC802.11/11a/11b/11g MAC802.11e QoS802.11i 安全增強安全增強802.11n(300 Mbps)802.11f 漫游和切換漫游和切換802.11h 動態調整動態調整802.11s 19802.11網絡的基本元素網絡的基本元素 SSIDAP1SSID“marketing”SSID：Service Set ID 服務集識別碼服務集識別碼STASTASTA20802.11網絡的基本元素網絡的基本元素 BSSlStations (STA)：任何的無線終端設備。：任何

9、的無線終端設備。 lAP （Access Point）：一種特殊的）：一種特殊的STAlBSS：Basic Service SetBSS1BSS2STA1STA2STA3STA5STA6STA4APAP21802.11 組網模式組網模式 Ad hocSTASTASTASTASTA22802.11組網模式組網模式 多個多個BSS以太網APAPSTASTASTASTA23802.11MAC層工作原理層工作原理 概述概述l 802.11MAC層負責客戶端與層負責客戶端與AP之間的通訊。之間的通訊。 主要功能包括：掃描、接入、認證、加密、漫游和同步。l 802.11MAC 報文分類：報文分類：數據幀數

10、據幀 用戶的數據報文控制幀控制幀 協助發送數據幀的控制報文，例如：RTS、CTS、ACK等管理幀管理幀 負責STA和AP之間的能力級的交互，認證、關聯等管理工作 例如：Beacon、Probe、Association及Authentication等24802.11MAC層工作原理層工作原理 用戶接入管理過程用戶接入管理過程STAAP Discovery選擇AP(采用偵聽Beacon幀或發送Probe幀)AuthenticationAssociation和建立Association關系的AP收發數據25802.11MAC層工作原理層工作原理 Scanningl 802.11MAC 使用使用Sca

11、nning功能來完成功能來完成Discovery尋找和加入一個網絡當STA漫游時尋找一個新的AP 通過偵聽AP定期發送的Beacon幀來發現網絡。 在每個信道上發送Probe request報文，從Probe response中獲取BSS的基本信息。26什么是漫游什么是漫游lSTA可以在屬于同一個SSID的AP接入點接入；lSTA可以在Wireless網絡中任意移動；l保證已有的業務不中斷，用戶的標識（IP地址）不改變。STAAPAP移動ESS27無線客戶端的漫游無線客戶端的漫游客戶端的漫游更多的是取決于客戶端驅動程序算法，客戶端的漫游更多的是取決于客戶端驅動程序算法，RSSI、SNR、上一次

12、接入終端等因素都會帶來影響，當然，最主要的因素還是從上一次接入終端等因素都會帶來影響，當然，最主要的因素還是從一臺一臺AP到另一臺到另一臺AP的信號強度變化。的信號強度變化。28Intel網卡的漫游主動性網卡的漫游主動性n WLAN基礎知識基礎知識n 802.11協議簡析協議簡析n WLAN設備設備n WLAN的典型部署的典型部署目錄目錄30n 什么是什么是FAT（胖）（胖） APn 什么是無線網橋什么是無線網橋n 什么是無線交換機和什么是無線交換機和FIT（瘦）（瘦） APn 天線工作原理及參數介紹天線工作原理及參數介紹 WLAN設備設備31FAT AP設備功能設備功能l 802.11a/b

13、/g網管、二層漫游, 安全802.1x認證,802.11e QoS天線加密32FAT AP設備的典型組網設備的典型組網l 企業網絡的組網模式：AP1APnSTAsl 家庭或soho網絡的組網模式：APADSL ModemWAN以太交換機以太交換機PCSTAs企業核心網企業核心網33802.11無線網橋無線網橋l 無線網橋是一種采用無線技術進行網絡互連的特殊功能的AP。l 無線網橋根據傳輸距離的不同可分為工作組網橋和長距專業網橋。l 為了防止信號大幅度衰減，網橋組網時兩個網橋之間通常不能有障礙物的阻擋。l 以室外作為主要應用環境的無線網橋一般在設計時都會考慮適應一些惡劣的應用環境。34802.1

14、1無線網橋無線網橋視距問題視距問題l 視距問題視距問題 點對點無線網傳輸必須保證兩點可視。造成不可視的原因包括地球曲率、地理特征如山脈、建筑物和樹木等。遠距離通信時，還必須考慮地球曲率的影響，當兩人相距9km時，將不能相視，無線信號也無法傳輸35802.11無線網橋無線網橋Fresnel效應效應l Fresnel效應效應 Fresnel區是指在視距的路徑中形成的一個橢圓區域。它隨著可視距離和信號頻率的改變而改變。在Fresnel區中的任何障礙物都有可能影響網絡的通信，最好給予清除，60%的Fresnel區被視為有效的。一般可以根據經驗值確定Fresnel區的范圍。l 解決視距問題和Fresne

15、l區問題可以通過以下辦法：（1）選擇高性能天線，可以解決“部分不可視”問題；（2）提升天線的高度；（3）清除Fresnel區內的障礙物，如砍掉樹木；（4）選擇一臺良好的中繼設備。36802.11無線網橋的典型組網無線網橋的典型組網有線網絡A有線網絡B有線網絡互連有線網絡互連無線網絡互連無線網絡互連有線網絡網絡A多網絡互連多網絡互連1208E網絡B網橋網橋網橋網橋網橋網橋網橋網橋網橋網橋網橋網橋網橋網橋37FAT AP組網的局限性組網的局限性l FAT AP組網更適合在家庭和中小型網絡中使用，無法滿足大組網更適合在家庭和中小型網絡中使用，無法滿足大型的無線企業網絡的需求，這是由于型的無線企業網絡

16、的需求，這是由于FAT AP自身的特點所決自身的特點所決定的。當需要組建大型無線網絡或需要更多的增值服務時：定的。當需要組建大型無線網絡或需要更多的增值服務時：38802.11 a/b/g天線加密網管、三層漫游, 安全802.1x認證,802.11e QOSAP點監測點監測用戶防火墻用戶防火墻網絡自愈網絡自愈RF 管理管理無線欺騙防護無線欺騙防護802.11a/b/g網管、二層漫游, 安全802.1x認證,802.11e QOS天線加密FAT APFIT AP無線交換機和無線交換機和FIT AP的功能的功能更易管理的無線解決方案 39無線交換機無線交換機+Fit AP系統構成特點系統構成特點l

17、 主要由無線交換機和Fit AP在有線網的基礎上構成的。l AP零配置，硬件主要由CPU內存RF構成，配置和軟件都要從無線交換機上下載。所有AP和無線客戶端的管理都在無線交換機上完成。l AP和無線交換機之間的流量被私有協議加密；無線客戶端的MAC只出現在無線交換機端口，而不會出現在AP的端口。l 可以在任何現有的二層或三層 LAN 拓撲上部署H3C的通用無線解決方案，而無需重新配置主干或硬件。無線交換機以及管理型接入點AP可以位于網絡中的任何位置。在復雜的網絡中，在復雜的網絡中，Fit AP如何得知無線交換機的位置？如何得知無線交換機的位置？40無線交換機和無線交換機和FIT AP的典型連接

18、的典型連接AP無線交換機無線交換機無線交換機無線交換機無線交換機無線交換機L2網絡網絡L3網絡網絡APAPAPAPAP41AP直連或通過二層網絡連接時的注冊流程直連或通過二層網絡連接時的注冊流程AP從無線交換機下載最新軟件版本、配置4.AP開始正常工作和無線交換機交換用戶數據報文無線交換機無線交換機APDHCP Server1、獲取IP地址2、發送二層廣播發現請求4、版本、配置下載3、無線交換機發現響應5、用戶數據傳遞 AP通過DHCP server獲取IP地址 AP發出二層廣播的發現請求報文試圖聯系一個無線交換機 接收到發現請求報文的無線交換機會檢查該AP是否有接入本機的權限，如果有則回應發

19、現響應APAP與與無線交換機直連或通過二層網絡連接：無線交換機直連或通過二層網絡連接：42AP通過三層網絡連接時的注冊流程通過三層網絡連接時的注冊流程_option 43方式方式APDHCPServer無線交換機無線交換機1、獲取IP地址、option 43屬性4、版本、配置下載5、用戶數據傳遞 AP會從option 43屬性中獲取無線交換機的IP地址，然后向無線控制器發送單播發現請求。2、無線交換機發現請求3、無線交換機發現響應 AP通過DHCP server獲取IP地址、option 43屬性(攜帶無線交換機的IP地址信息) 接收到發現請求報文的無線交換機會檢查該AP是否有接入本機的權限，

20、如果有則回應發現響應。AP從無線交換機下載最新軟件版本、配置AP與無線交換機通過三層網絡連接：與無線交換機通過三層網絡連接：AP開始正常工作和無線交換機交換用戶數據報文43Option 43屬性配置舉例屬性配置舉例l Option 43選項說明選項說明 80：選項類型，固定為80，1個字節。 0B: 選項長度，表示其后內容的長度（十六進制數的個數，這里表示后面有11個十六進制數），一個字節。 0000: Server type ，固定配為0000兩個字節。 02：后面IP地址的個數，一個字節。 12010701,12010702：兩個AC的IP地址的十六進制表示 ，分別是18.1.7.1和18

21、.1.7.2 ，其中18.1.7.1為主AC.l Microsoft DHCP Serverl H3C設備內置設備內置DHCP S44AP通過三層網絡連接時的注冊流程通過三層網絡連接時的注冊流程_DNS方式方式APDHCPServer無線交換機無線交換機1、獲取IP地址、DNS Server地址、域名2、二層廣播發現請求6、版本、配置下載7、用戶數據傳遞AP在多次嘗試發現請求無回應的情況下：AP會從DNS server獲取H3C.xxxx.xxx的IP地址，該IP地址即為無線交換機的IP地址，其中xxxx.xxx是從DHCP server學習到的域名。長時間無響應DNS Server3、獲取無

22、線交換機的IP地址4、無線交換機發現請求5、無線交換機發現響應AP發出二層廣播的發現請求報文試圖聯系一個無線交換機AP通過DHCP server獲取IP地址、DNS server地址、域名接收到發現請求報文的無線交換機會檢查該AP是否有接入本機的權限，如果有則回應發現響應。AP從無線交換機下載最新軟件版本、配置AP開始正常工作和無線交換機交換用戶數據報文AP與無線交換機通過三層網絡連接：與無線交換機通過三層網絡連接：AP向無線控制器發送單播發現請求。45無線交換機的數據轉發原理無線交換機的數據轉發原理STAServerVLAN 1IP:1.0.0.1無線交換機無線交換機Fit AP隧道口隧道口

23、隧道口隧道口IP:3.0.0.1l 無線交換機和無線交換機和AP間數據轉發的核心思想間數據轉發的核心思想 在無線交換機和AP之間建立IPinIP隧道，無線交換機將這些隧道看做虛擬物理端口； 無線客戶端STA的任何數據報文都將由AP通過IPinIP隧道交給無線交換機，由無線交換機統一轉發； 無線交換機從IPinIP隧道接收到用戶的數據后先解隧道封裝，然后做數據交換，如果出接口為隧道則對數據報文再次加上隧道封裝，直到交換到最遠端。核心交換機核心交換機接入交換機接入交換機Fit AP隧道口隧道口STAVLAN 2IP:2.0.0.1VLAN 1IP:46功率計算單位功率計算單位: dB, dBm,

24、dBw dB是用來測量被測量功率與某一基準功率的比值。它的數值等于被測量功率與基準功率的比值取以10為底的對數，再乘以10。當基準功率取為1mw時，此dB值以dBm表示。當基準功率取為1w時，此dB值以dBw表示。公式： 測量功率(dB) = 10 * lg(測量功率/參考功率)47主要無線技術指標主要無線技術指標l 無線電頻率(Hz)l 發射天線增益(dBi)l 天線極化方向l 波束寬度l 天線方向圖48天線的工作頻率天線的工作頻率 天線的工作頻率范圍：天線的工作頻率范圍： 無論是發射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍內工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸送的功率最大，偏離中心頻

25、率時它所輸送的功率都將減小。49天線的方向性天線的方向性 全向天線全向天線 發射天線的基本功能之一是把從APAP取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。 水平面上各向能量輻射相等的天線稱為全向天線。水平面上各向能量輻射相等的天線稱為全向天線。圖 c 水平面方向圖圖b 垂直面方向圖各向同性點狀天線能量輻射形狀全向天線能量輻射形狀圖a 天線能量輻射形狀圖50天線的方向性天線的方向性 定向天線定向天線 水平面上各向能量輻射不等的天線稱為定向天線。水平面上各向能量輻射不等的天線稱為定向天線。全向陣全向陣 （垂直陣列（垂直陣列 不帶平面反射板）不帶平面反射板）扇形區覆蓋

26、扇形區覆蓋 （垂直陣列（垂直陣列 帶平面反射板）帶平面反射板）平面反射板平面反射板51天線增益天線增益10dBm20dBm13dBm一個各向同性的天線在所有方向一個各向同性的天線在所有方向具有相同的輻射能量具有相同的輻射能量一個具有一定增益的天線只在一個具有一定增益的天線只在某個特定方向才具有輻射能量某個特定方向才具有輻射能量一個一個3dBi增益的天線，輻射增益的天線，輻射能量的范圍在能量的范圍在50% 的空間的空間點狀天線52天線的極化天線的極化垂直極化垂直極化 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們規定：電場的方向就是天線極

27、化方向。一般使用的天線人們規定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化化是最常用的；水平極化是最常用的；水平極化也是要被用到的。也是要被用到的。 水平極化水平極化EE53波束寬度波束寬度 60峰值峰值 - 3dB點點 - 3dB點點3dB 波束寬度波束寬度15峰值峰值 - 3dB點點 - 3dB點點旁瓣旁瓣主瓣主瓣54天線方向圖天線方向圖2.4G室外高增益全向天線室外高增益全向天線全向天線增益:11dBi工作在2.4G頻段用于地廣人稀地區的大范圍覆蓋水平方向圖垂直方向圖55天線方向圖天

28、線方向圖2.4G室外高增益定向天線室外高增益定向天線面板型定向天線增益:11dBi工作在2.4G頻段適用于高密度接入覆蓋水平方向圖垂直方向圖56無線傳輸的干擾因素無線傳輸的干擾因素 多徑干擾多徑干擾DirectSignalReflectedSignalsPC CardAccess Point (AP)57無線傳輸的干擾因素無線傳輸的干擾因素 障礙物障礙物功率在穿過障礙物后衰減墻，門，等等。墻，門，等等。58信號穿透損耗估測信號穿透損耗估測障礙物障礙物衰減程度衰減程度舉例舉例開闊地無自助餐廳、庭院木制品少內墻、辦公室隔斷、門、地板石膏少內墻（新的石膏比老的石膏對無線信號的影響大）合成材料少辦公室隔斷煤渣磚塊少內墻、外墻石棉少天花板玻璃少沒有色彩的窗戶玻璃中的金屬網中等門、隔斷金屬色彩的玻璃少帶有色彩的窗戶人的身體中等大群的人水中等潮濕的木頭、玻璃缸、有機體磚塊中等內墻、外墻、地面大理石中等內墻、外墻、地面陶瓷制品高陶瓷瓦片、天花板、地面紙高一卷