无线网络-第一讲.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一章 无线网络基础,1.1,无线技术发展概述,1.2,无线技术行业应用,1.3,无线网络架构,1.4,无线局域网和有线局域网的比较,1.5,在无线局域网中避免冲突,1.6 WLAN,的组成部分,1.7,无线局域网射频（,RF,）简介,1.8 WLAN,标准,Mobility-,“,Any to Any”,的通讯需求,移动（,Mobility,）,在工作当中,在家庭,在路上,视频会议,数字电视,/,VOD,VoIP,高速访问互联网,/VPN,PDA,/,电子邮件,文字,/,即时短信,定制铃声,/,MP3,播放器,一键通,P,TT,/,对讲机,语音,数据,视频,商业或者互联网应用,越来越多基于,802.11,协议标准的终端设备,HP iPAQ PDA,Tablet PC,HHP Barcode Scanner,Printer,Sharp Projector,SpectraLink,Mobile Phones,PDAs,Printers,Projectors,Tablet PCs,Barcode scanners,Custom devices for vertical markets:,Healthcare,Manufacturing,Retail,Restaurants,无线局域网技术演进,时间,802.11b,802.11g,网状网,/MESH,802.11a,速率,802.11n,全移动能力,大面积组网,游牧能力,小规模组网,目前已经全球成熟商用,1999,年,WiFi,标准,-802.11a/b/g/n,：采用无需许可的频段（,ISM,）；通常在室内为,30,米左右，室外可以达到,100,米左右，如果通过功放可以满足更远的覆盖距离。,802.11b,采用扩频技术，速率可达,10Mbps,左右,802.11g,采用,OFDM,技术，速率可达,54Mbps,，同时利用,CCK,可以兼容,802.11b,802.11a,采用,OFDM,技术，速率可达,54Mbps,802.11n,采用,MIMO,技术在原有的物理层面上将速率提高到了,400Mbps,甚至更高的水平，目前市场上准,802.11n,的产品已经可以达到,300Mbps,的水平，而仅仅采用一个频点。这就是,MIMO,带来的优势。,目前是,draft2.0,。,2004,年,2007,年,802.11s,11M,54M,300M,第一章 无线网络基础,1.1,无线技术发展概述,1.2,无线技术行业应用,1.3,无线网络架构,1.4,无线局域网和有线局域网的比较,1.5,在无线局域网中避免冲突,1.6 WLAN,的组成部分,1.7,无线局域网射频（,RF,）简介,1.8 WLAN,标准,办公室环境的使用,访客无线接入服务,LWAPP AP,Guest WLAN,Controller,Corp,Intranet,WLAN,Controller,Guest,SSID,Corp,SSID,EoIP,“Guest Tunnel”,Guest,SSID,Corp,SSID,Guest,SSID,Corp,SSID,LWAPP AP,LWAPP AP,WLAN,Controller,FW,Internet,可定制的,web,用户认证界面,可以跟,NAC Guest Server,结合使用,隔离,guest,网络和员工网络，保证用户内网的安全,访客接入特性,统一无线网络应用于制造业的各个环节,ERP,MES,MRP,原材料采购,原材料库存,原材料拣选,生产线生产,质量控制,成品库存,运输拣选,发运,交货,订单,存货管理,生产管理,资产维护,仓储物流管理,无线话音,信息收集定位服务,无线网络在制造业的部署（生产环境）,所有工厂中的应用采用同一个无线骨干网,智能的、分布式平台同时满足现在与将来的需求,工业以太网交换机，支持,Inline power,LAN,本地或中央,应用服务器,思科,Aironet AP,无线定位服务器,无线网管系统,IP,网络,RFID,标签,工业终端,无线话音终端,无线控制器,零售业今天的无线应用,Store Ops,Warehouse,Voice&Data,Corp.Offices,POS,Logistics/Transp,采用条码和,RFID,技术实时,采集,信息,地区配送中心,制造厂,库存管理,资产管理,价格确认,货物定位,车队管理,调度、装运及交货,路线管理,仓库移动管理,跟踪与追踪,维护与维修,扫描条码,激光,成像,语音,生物鉴定,感应,RFID,移动医护,移动医生工作站,电子病历调阅,医嘱处理,移动护士工作站,床旁病人基本信息阅览,床旁执行医嘱,护理信息采集，记录患者的主要体征、症状和用药情况等,实时定位服务在医院中的应用,3.,患者监护,提高病人服务满意程度,监控患者安全,为行动不便患者和老年患者的提供看护,意外事件的紧急报警,1.,贵重资产跟踪,病房设备,轮椅,病床,医学仪器资产,IT,资产,2.,工作人员追踪,改进工作流程,护士看护系统,监控工作人员的安全,医疗无线应用之医学示教，远程会诊和监控,CCTV,键盘,/,监视器,Cisco,交换机,（带有无线控制模块）,无线,IP,摄像头,Cisco,编解码设备,Cisco Services Platforms with Stream Manager,（,Cisco IP,视频储存设备）,Cisco Stream Manager,模拟摄像头,IP,网络,耳鼻喉仪,胃镜等带有视频输出的医疗设备,Cisco,编解码设备,医疗教学显示系统（与,Cisco IP,电话关联）,手术室（医生可以通过无线,IP,电话与使用医疗教学系统的人进行沟通，该无线,IP,电话还配有蓝牙耳机）,无线网络,无线,AP,Cisco Call Manager,（呼叫处理器）,实时转播医学视频图像和音频的网络系统,可支持所有具有视频输出的医疗设备,手术现场和多个终端间建立实时交互通讯,录制手术过程并事后回放,适用于现场教学，医院示教，网络汇诊,WLAN,的行业需求,-,酒店行业无线应用,提供支持酒店应用的无线基础网络,安全高速的,Internet,访问,大堂,&,公共区域,会议室,客房,员工,员工服务,交互应用,免费内部电话,维护部门,标识,交互式信息亭,游戏、博彩,临时活动,.,事务处理,非现金支付,移动,POS.,后勤,库存,资产跟踪,供应链,采购,遥感勘测,数字化无线校园总体需求分析,建网模式多样化：,独立建网,:,物理,/,逻辑,(,借用现有网络,),独立出口,:,千兆,/,百兆,高性能的,IPv6,和,IPv4,无线接入,多厂家互操作能力,前台,:,多平台,/,多品牌用户端的接入（安全、可靠、高性能）,后台,:,网络管理，身份认证，安全控制，计费系统，上层应用,支持数据（带宽）、语音（服务质量）等业务，无线定位功能（,API,）等增值业务,核心技术标准,802.11a/b/g,分阶段实施，易于扩展,满足校园特点的安全和可靠性,满足生产、运营级别网络所要求的运维和管理,第一章 无线网络基础,1.1,无线技术发展概述,1.2,无线技术行业应用,1.3,无线网络架构,1.4,无线局域网和有线局域网的比较,1.5,在无线局域网中避免冲突,1.6 WLAN,的组成部分,1.7,无线局域网射频（,RF,）简介,1.8 WLAN,标准,无线网络架构的演进,从分布式架构到集中式架构,分布式架构,AP,AP,Internet,WLAN,控制器,无线,AP,交换,/,路由网络,WCS,无线定位设备,集中式架构,交换,/,路由网络,分布式架构应用模式一单接入点,Wireless Local Area Network(WLAN),注意,:,无线接入点是一台共享带宽的设备，,类似于共享带宽的设备以太网,Hub,Access Point,Ethernet,Internet,分布式架构应用模式二多接入点,Wireless Local Area Network(WLAN),Access Point,Wireless“Cell”,Channel 6,Wireless Clients,Wireless Clients,LAN Backbone,Channel 1,Access Point,Wireless“Cell”,Overlapping 10-15%,分布式架构应用模式三,Repeater,模式,Channel 1,Access Point,Wireless Clients,Channel 1,Access Point,Wireless Repeater“Cell”,LAN Backbone,网桥组网应用场景,点对点应用,点对多点应用,Switch,Switch,室外单元,ODU,天线,Antenna,分布式,架构,组网方案,-,无线局域网组网方式 混合结构,主干网,无线网桥,全向天线,建筑物,A,建筑物,B,无线网桥,无线链路,定向天线,局域网,无线工作站,无线,接入点,A,无线链路,无线链路,无线链路,无线,接入点,B,无线接入点,无线工作站,建筑,B,内的无线接入点汇聚其客户端的网络流量,经由与以太网相连的无线网桥,发送到远程的建筑,A,处的网络主干中去;,无线客户端以及无线接入点设备也可以直接与建筑物,A,的无线网桥互联(此时无线网桥提供无线接入点的功能),访问主干网络资源.,第一章 无线网络基础,1.1,无线技术发展概述,1.2,无线技术行业应用,1.3,无线网络架构,1.4,无线局域网和有线局域网的比较,1.5,在无线局域网中避免冲突,1.6 WLAN,的组成部分,1.7,无线局域网射频（,RF,）简介,1.8 WLAN,标准,1.4,无线局域网和有线局域网的比较,有线局域网：,需要电缆,由,IEEE802.3,标准定义,载波侦听多路访问,/,冲突检测,(CSMA/CD),半双工和全双工,与其共享网络连接的其他设备的数量是已知,无线局域网：,不需要,由,IEEE 802.11,标准定义,载波侦听多路访问,/,冲突避免,(CSMA/CA),总是半双工模式,争用相同频率电波的主机数量不是固定的,第一章 无线网络基础,1.1,无线技术发展概述,1.2,无线技术行业应用,1.3,无线网络架构,1.4,无线局域网和有线局域网的比较,1.5,在无线局域网中避免冲突,1.6 WLAN,的组成部分,1.7,无线局域网射频（,RF,）简介,1.8 WLAN,标准,1.5,在无线局域网中避免冲突,信号相互干扰,混乱的数据、噪声或错误,基本的冲突检测工具：,确认帧,每当无线工作站传输一帧后，接收工作站必须发送一个确认，确认已正确地收到该帧,不能预先防止冲突的发生,载波侦听多路访问,/,冲突避免（,CSMA/CA,）,1.5,在无线局域网中避免冲突,载波侦听多路访问,/,冲突避免（,CSMA/CA,）：,侦听,没有其他设备在传输数据：工作站可立刻传输其帧。接到工作站必须发送一个确认帧，确认原始帧已在没有发生冲突的情况下到达,另一台设备正在传输：工作站必须等待，等到当前帧传输完毕后，它再等待一段随机时间，然后传输自己的帧,多个工作站在,侦听，可能同时决定开始,传输,在,开始传输前等待一段时间，这段时间被称为,DCF,帧间间隔（,interframe space,，,DIFS,）,1.5,在无线局域网中避免冲突,基本思想是，准备传输的工作站必须等待一段随机时间，以减少试图马上传输的工作站数量,报头中包含一个持续时间值,传输完当前帧所需的大概时间,随机后退定时器,位于,0,和最大争用窗口值之间,1.5,在无线局域网中避免冲突,（,1,）用户,A,侦听并确定没有其他用户在传输，因此传输自己的帧并通告持续时间。,分布式协调功能（,Distributed Coordination Function DCF,）：,1.5,在无线局域网中避免冲突,（,2,）用户,B,有一个帧需要传输。他必须等待用户,A,的帧传输完毕，再等待,DIFS,时间过去。,1.5,在无线局域网中避免冲突,（,3,）用户,B,在传输前等待一段随机后退时间。,1.5,在无线局域网中避免冲突,（,4,）在用户,B,等待期间，用户,C,有一个帧需要传输。他通过侦听发现没有人在传输。用户,C,等待一段随机时间，但比用户,B,的随机时间短。,1.5,在无线局域网中避免冲突,（,5,）用户,C,传输一个帧，并通告其持续时间。,1.5,在无线局域网中避免冲突,（,6,）用户,B,传输前必须等待该持续时间加上,DIFS,时间。,1.5,在无线局域网中避免冲突,后退定时器是随机的，多台工作站仍可能选择相同的后退时间,导致冲突,必须考虑重新发送其帧,工作站在其随机后退定时器过期后并准备传输数据时，如果发现有人正在传输,再等待当前正在传输的帧的持续时间、,DIFS,时间和随机后退时间,第一章 无线网络基础,1.1,无线技术发展概述,1.2,无线技术行业应用,1.3,无线网络架构,1.4,无线局域网和有线局域网的比较,1.5,在无线局域网中避免冲突,1.6 WLAN,的组成部分,1.7,无线局域网射频（,RF,）简介,1.8 WLAN,标准,1.6 WLAN,的组成部分,无线介质没有固定的组织结构,一组无线设备被称为服务集（,service set,）,这些设备的服务集标识符（,SSID,）必须相同，服务集标识符是一个文本字符串，包含在发送的每帧中,如果发送方和接收方的,SSID,相同，这两台设备将能够通信。,1.6 WLAN,的组成部分,对等（,ad-hoc,）无线网络或独立基本服务集（,Independent Basic Service Set,，,IBSS,）,多个无线客户端能够彼此直接通信，而无需其他网络连接方式,1.6 WLAN,的组成部分,基本服务集（,BBS,）,包含一个接入点（,AP,）,AP,要求客户端满足下述条件：,1.,匹配的,SSID,；,2.,兼容的无线数据率；,3.,身份验证凭证。,客户端之间不能象对等网络或,IBSS,那样直接,通信,BSS,只包含一个,AP,1.6 WLAN,的组成部分,扩展服务集,(ESS),1.6.1,接入点的工作原理,将无线数据桥接到常规有线网络中,网桥,AP,之间组成一个全互连拓扑，就像一个,AP,之间通过无线连接互联的,ESS,1.6.1,接入点的工作原理,AP,充当中央接入点（名称,AP,由此而来）,允许随便接入,也能够严格控制接入,WLAN,的工作原理与来自无线连接远端的反馈密切相关,例如在关联和使用,WLAN,之前，客户端必须同,AP,握手。这确保无线连接是双向和正常运行的，因为客户端和,AP,必须能够成功地发送和接收帧。这消除了单向通信（客户端能够侦听到,AP,，但,AP,无法侦听到客户端）的可能性,1.6.1,接入点的工作原理,AP,能够要求客户端满足某些条件才允许其关联，从而控制其,WLAN,的众多方面,例如，,AP,可以要求客户端在关联期间支持特定的数据率、特定的安全措施和特定的凭证,1.6.1,接入点的工作原理,可以将,AP,视为转换网桥,对来自不同介质的帧进行转换和桥接,AP,负责将,VLAN,映射到,SSID,如图：,位于有线网络中的,VLAN10,通过一个处于接入模式的交换机端口扩展到了,AP,，该,AP,将,VLAN10,映射到一个,SSID,为,Marketing,的无线局域网。,SSID,为,Marketing,的用户将属于,VLAN10,1.6.1,接入点的工作原理,多个,VLAN,映射到多个,SSID,AP,必须通过一条为多个,VLAN,传输数据的中继链路连接到交换机,1.6.2,无线局域网蜂窝,AP,为其覆盖范围内的客户端提供,WLAN,连接性,信号的覆盖范围取决于,AP,的天线辐射图,AP,的覆盖区域被称为,蜂窝,（,cell,）,位于该蜂窝内的客户端能够同,AP,相关联，并使用无线局域网,1.6.2,无线局域网蜂窝,其中有一个客户端位于蜂窝外，因为它不在,AP,的信号覆盖范围内,1.6.2,无线局域网蜂窝,通过,AP,，使用蜂窝覆盖客户端可能移动到的所有区域。实际上，蜂窝之间应该有一定程度的重叠,漫游,1.6.2,无线局域网蜂窝,微蜂窝,被缩小的蜂窝,皮蜂窝,最大限度地缩小,AP,的功率和蜂窝,第一章 无线网络基础,1.1,无线技术发展概述,1.2,无线技术行业应用,1.3,无线网络架构,1.4,无线局域网和有线局域网的比较,1.5,在无线局域网中避免冲突,1.6 WLAN,的组成部分,1.7,无线局域网射频（,RF,）简介,1.8 WLAN,标准,1.7,无线局域网射频（,RF,）简介,1.7.1 RF,的工作原理,1.7.2 RF,的特征,1.7.3,描述,RF,信号强度的术语,1.7.4 WLAN,天线,1.7.1 RF,的工作原理,发送方使用固定的频率，接收方可以调到相同的频率，接收该信号,无线信号,上半部分,生成的无线电波,下半部分,RF,信号传输,1.7.1 RF,的工作原理,有些无线局域网通信使用的是,2.4GHz,的波段，而其他无线局域网使用的波段为,5GHz,在这里，波段是使用大概的频率表示的，,2.4GHz,实际上表示的是频率范,2.4122.484GHz,；而,5GHz,实际上指的是频率范围,5.1505.825GHz,1.7.1 RF,的工作原理,载波信号,载波信号进行调制,调幅（,AM,）,调频（,FM,）,WLAN,使用的调制技术要复杂得多，因为它们的数据率比音频信号高得多,1.7.1 RF,的工作原理,WLAN,调制的理念是在无线信号中封装尽可能多的数据，并尽可能减少由于干扰或噪声而丢失的数据量,RF,信号术语,载波频率（中间频率）,调制,信道,波段,1.7.2 RF,的特征,RF,信号以电磁波的方式通过空气传播。,理想情况下,信号到达接收方时与发送方发送的相同,实际上,信号将受其遇到的物体和材质的影响,1.7.2.1,反射,无线信号以电波的方式在空中传播时，如果遇到密集的反射材质，将发生,反射,1.7.2.2,折射,在两种密度不同的介质之间的边界上，,RF,信号也可能发生,折射,1.7.2.3,吸收,RF,信号进入能够吸收其能量的材质时，信号将衰减,1.7.2.4,散射,RF,信号遇到粗糙、不均匀的材质或由非常小的颗粒组成的材质时，可能向很多不同的方向,散射,1.7.2.5,衍射,衍射,导致信号能够绕过吸收它的物体，并完成自我修复,发送方和接收方之间有建筑物时，仍能够接收到信号；然而，信号不再与原来的相同，它因为衍射而失真,1.7.2.6,菲涅耳区,由于沿大楼前端和顶端发生的衍射，信号发生弯曲和衰减，导致信号无法覆盖大楼后面的大部分区域,1.7.2.6,菲涅耳区,在狭窄的视线（,line-of-sight,）无线传输（这非常适合长距离传输）中，必须考虑到这种衍射,这种信号不沿所有方向传输，而是聚焦成束,1.7.2.6,菲涅耳区,远距离传输时，弯曲的地球表面也将成为影响信号的障碍物。距离超过两英里时，将无法看到远端，因为它稍低于地平线。尽管如此，无线信号通常沿环绕地球的大气层以相同的曲度传播,即使物体没有直接阻断信号，狭窄的视线信号也可能受衍射的影响。在环绕视线的椭球内也不能有障碍，这个区域被称为,菲涅耳区,1.7.2.6,菲涅耳区,在信号的传输路径中有一座大楼，但没有阻断信号束；然而，它却位于菲涅耳区内，因此信号将受到负面影响,1.7.2.6,菲涅耳区,传输路径非常长，弯曲的地球表面也将进入菲涅耳区并导致问题,1.7.2.6,菲涅耳区,菲涅耳区的半径：,1.7.2.7,评估标准,RSSI-Received Signal Strength Indicator,一个,0-255,的等级参数，厂家自定，一般使用低于,255,（,100,或,60,）,-95dBm,为,0,-15dBm,为,100,RCPI-Received Channel Power Indicator,取代前者,是包括整个接收帧的功能性测量工具,具有确定的绝对精度和解析度级别,1.7.2.7-,评估标准,香农极限,信道的带宽或者信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。,把最大性能定义为带宽与信号功率的绝对信噪比的函数,可用来推算要达到特定数据率的理论最小信噪比,1.7.2.7,评估标准,-,测量工具,Network Stumber,使用,CB21AG,卡来测量,被,Airmagnet,和,Omnipeek,两家公司广泛采用,使用,AIRONET,桌面软件,ADU,来测量,Aironet Desktop Utility,其他指标,误比特率（参考意义不大）,BER,和误帧率,FER,