WLAN原理及维护手册.docx
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WLAN原理及维护手册
WLAN原理及维护手册
2010年9月
V1.1
前言
为尽快提高维护人员对WLAN的维护与支撑技能,快速复制WLAN方面的维护经验,指导推进WLAN规范化维护,不断提升代维WLAN业务的维护服务质量,同时也对市场前端人员提供相应的业务支撑,芜湖办组织编写WLAN原理及维护手册,在编制的过程中,参考了大量相关技术资料,由于编者水平有限,加之时间仓促,手册中难免存在错误和不足之处,肯请代维同仁们批评指正。
如果您对本手册有什么意见,问题和想法以及在代维工作中有好的解决办法,欢迎您通过下面邮箱通知编者,将不胜感谢。
编者
2010年9月
第一章IP基础知识
第一节IP基础知识
IP地址基础知识。
在Internet上有千百万台主机,为了区分这些主机,人们给每台主机都分配了一个专门的地址,称为IP地址。
通过IP地址就可以访问到每一台主机。
IP地址由4部分数字组成,每部分数字对应于8位二进制数字,各部分之间用小数点分开。
如某一台主机的IP地址为:
211.152.65.112,InternetIP地址由NIC(InternetNetworkInformationCenter)统一负责全球地址的规划、管理;同时由InterNIC、APNIC、RIPE三大网络信息中心具体负责美国及其它地区的IP地址分配。
固定IP:
固定IP地址是长期固定分配给一台计算机使用的IP地址,一般是特殊的服务器才拥有固定IP地址。
动态IP:
因为IP地址资源非常短缺,通过电话拨号上网或普通宽带上网用户一般不具备固定IP地址,而是由ISP动态分配暂时的一个IP地址。
普通人一般不需要去了解动态IP地址,这些都是计算机系统自动完成的。
IP地址是由什么机构分配的?
所有的IP地址都由国际组织NIC(NetworkInformationCenter)负责统一分配,目前全世界共有三个这样的网络信息中心。
InterNIC:
负责美国及其他地区;
ENIC:
负责欧洲地区;
APNIC:
负责亚太地区。
我国申请IP地址要通过APNIC,APNIC的总部设在日本东京大学。
申请时要考虑申请哪一类的IP地址,然后向国内的代理机构提出。
什么是公有地址和私有地址?
公有地址(Publicaddress)由InterNIC(InternetNetworkInformationCenter因特网信息中心)负责。
这些IP地址分配给注册并向InterNIC提出申请的组织机构。
通过它直接访问因特网。
私有地址(Privateaddress)属于非注册地址,专门为组织机构内部使用。
以下列出留用的内部私有地址
A类10.0.0.0--10.255.255.255
B类172.16.0.0--172.31.255.255
C类192.168.0.0--192.168.255.255
第二节OSI参考模型和TCP/IP协议
网络协议设计者不应当设计一个单一、巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节,而应把通信问题划分成多个小问题,然后为每一个小问题设计一个单独的协议。
这样做使得每个协议的设计、分析、时限和测试比较容易。
协议划分的一个主要原则是确保目标系统有效且效率高。
为了提高效率,每个协议只应该注意没有被其他协议处理过的那部分通信问题;为了主协议的实现更加有效,协议之间应该能够共享特定的数据结构;同时这些协议的组合应该能处理所有可能的硬件错误以及其它异常情况。
为了保证这些协议工作的协同性,应当将协议设计和开发成完整的、协作的协议系列(即协议族),而不是孤立地开发每个协议。
在网络历史的早期,国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)共同出版了开放系统互联的七层参考模型。
一台计算机操作系统中的网络过程包括从应用请求(在协议栈的顶部)到网络介质(底部),OSI参考模型把功能分成七个分立的层次。
图1-1表示了OSI分层模型。
图1-1 OSI七层参考模型
OSI模型的七层分别进行以下的操作:
第一层 物理层
第一层负责最后将信息编码成电流脉冲或其它信号用于网上传输。
它由计算机和网络介质之间的实际界面组成,可定义电气信号、符号、线的状态和时钟要求、数据编码和数据传输用的连接器。
如最常用的RS-232规范、10BASE-T的曼彻斯特编码以及RJ-45就属于第一层。
所有比物理层高的层都通过事先定义好的接口而与它通话。
如以太网的附属单元接口(AUI),一个DB-15连接器可被用来连接层一和层二。
第二层 数据链路层
数据链路层通过物理网络链路提供可靠的数据传输。
不同的数据链路层定义了不同的网络和协议特征,其中包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。
物理编址(相对应的是网络编址)定义了设备在数据链路层的编址方式;网络拓扑结构定义了设备的物理连接方式,如总线拓扑结构和环拓扑结构;错误校验向发生传输错误的上层协议告警;数据帧序列重新整理并传输除序列以外的帧;流控可能延缓数据的传输,以使接收设备不会因为在某一时刻接收到超过其处理能力的信息流而崩溃。
数据链路层实际上由两个独立的部分组成,介质存取控制(MediaAccessControl,MAC)和逻辑链路控制层(LogicalLinkControl,LLC)。
MAC描述在共享介质环境中如何进行站的调度、发生和接收数据。
MAC确保信息跨链路的可靠传输,对数据传输进行同步,识别错误和控制数据的流向。
一般地讲,MAC只在共享介质环境中才是重要的,只有在共享介质环境中多个节点才能连接到同一传输介质上。
IEEEMAC规则定义了地址,以标识数据链路层中的多个设备。
逻辑链路控制子层管理单一网络链路上的设备间的通信,IEEE802.2标准定义了LLC。
LLC支持无连接服务和面向连接的服务。
在数据链路层的信息帧中定义了许多域。
这些域使得多种高层协议可以共享一个物理数据链路。
第三层 网络层
网络层负责在源和终点之间建立连接。
它一般包括网络寻径,还可能包括流量控制、错误检查等。
相同MAC标准的不同网段之间的数据传输一般只涉及到数据链路层,而不同的MAC标准之间的数据传输都涉及到网络层。
例如IP路由器工作在网络层,因而可以实现多种网络间的互联。
第四层 传输层
传输层向高层提供可靠的端到端的网络数据流服务。
传输层的功能一般包括流控、多路传输、虚电路管理及差错校验和恢复。
流控管理设备之间的数据传输,确保传输设备不发送比接收设备处理能力大的数据;多路传输使得多个应用程序的数据可以传输到一个物理链路上;虚电路由传输层建立、维护和终止;差错校验包括为检测传输错误而建立的各种不同结构;而差错恢复包括所采取的行动(如请求数据重发),以便解决发生的任何错误。
传输控制协议(TCP)是提供可靠数据传输的TCP/IP协议族中的传输层协议。
第五层 会话层
会话层建立、管理和终止表示层与实体之间的通信会话。
通信会话包括发生在不同网络应用层之间的服务请求和服务应答,这些请求与应答通过会话层的协议实现。
它还包括创建检查点,使通信发生中断的时候可以返回到以前的一个状态。
第六层 表示层
表示层提供多种功能用于应用层数据编码和转化,以确保以一个系统应用层发送的信息可以被另一个系统应用层识别。
表示层的编码和转化模式包括公用数据表示格式、性能转化表示格式、公用数据压缩模式和公用数据加密模式。
公用数据表示格式就是标准的图像、声音和视频格式。
通过使用这些标准格式,不同类型的计算机系统可以相互交换数据;转化模式通过使用不同的文本和数据表示,在系统间交换信息,例如ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange,美国标准信息交换码);标准数据压缩模式确保原始设备上被压缩的数据可以在目标设备上正确的解压;加密模式确保原始设备上加密的数据可以在目标设备上正确地解密。
表示层协议一般不与特殊的协议栈关联,如QuickTime是Applet计算机的视频和音频的标准,MPEG是ISO的视频压缩与编码标准。
常见的图形图像格式PCX、GIF、JPEG是不同的静态图像压缩和编码标准。
第七层 应用层
应用层是最接近终端用户的OSI层,这就意味着OSI应用层与用户之间是通过应用软件直接相互作用的。
注意,应用层并非由计算机上运行的实际应用软件组成,而是由向应用程序提供访问网络资源的API(ApplicationProgramInterface,应用程序接口)组成,这类应用软件程序超出了OSI模型的范畴。
应用层的功能一般包括标识通信伙伴、定义资源的可用性和同步通信。
因为可能丢失通信伙伴,应用层必须为传输数据的应用子程序定义通信伙伴的标识和可用性。
定义资源可用性时,应用层为了请求通信而必须判定是否有足够的网络资源。
在同步通信中,所有应用程序之间的通信都需要应用层的协同操作。
OSI的应用层协议包括文件的传输、访问及管理协议(FTAM),以及文件虚拟终端协议(VIP)和公用管理系统信息(CMIP)等。
TCP/IP分层模型
TCP/IP分层模型(TCP/IPLayeningModel)被称作因特网分层模型(InternetLayeringModel)、因特网参考模型(InternetReferenceModel)。
图1-2表示了TCP/IP分层模型的四层。
图1-2 TCP/IP四层参考模型
TCP/IP协议被组织成四个概念层,其中有三层对应于ISO参考模型中的相应层。
ICP/IP协议族并不包含物理层和数据链路层,因此它不能独立完成整个计算机网络系统的功能,必须与许多其他的协议协同工作。
TCP/IP分层模型的四个协议层分别完成以下的功能:
第一层 网络接口层
网络接口层包括用于协作IP数据在已有网络介质上传输的协议。
实际上TCP/IP标准并不定义与ISO数据链路层和物理层相对应的功能。
相反,它定义像地址解析协议(AddressResolutionProtocol,ARP)这样的协议,提供TCP/IP协议的数据结构和实际物理硬件之间的接口。
第二层 网间层
网间层对应于OSI七层参考模型的网络层。
本层包含IP协议、RIP协议(RoutingInformationProtocol,路由信息协议),负责数据的包装、寻址和路由。
同时还包含网间控制报文协议(InternetControlMessageProtocol,ICMP)用来提供网络诊断信息。
第三层 传输层
传输层对应于OSI七层参考模型的传输层,它提供两种端到端的通信服务。
其中TCP协议(TransmissionControlProtocol)提供可靠的数据流运输服务,UDP协议(UseDatagramProtocol)提供不可靠的用户数据报服务。
第四层 应用层
应用层对应于OSI七层参考模型的应用层和表达层。
因特网的应用层协议包括Finger、Whois、FTP(文件传输协议)、Gopher、HTTP(超文本传输协议)、Telent(远程终端协议)、SMTP(简单邮件传送协议)、IRC(因特网中继会话)、NNTP(网络新闻传输协议)等。
如图1-3所示,是TCP/IP参考模型和OSI参考模型的对比示意图。
第三节以太网基本原理
在数据通信的物理层,定义了电压、接口、电缆标准、传输距离,传输比特流,定义了传输介质为:
同轴电缆、双绞线、光纤、无线电波等。
物理层主要设备:
集线器HUB、中继器Repeater
HUB工作原理:
CSMA/CD—载波侦听多路访问/冲突检测,是一种在共享介质条件下多点通讯的有效手段,其基本规则如下:
(1)若介质空闲,传输;否则,转
(2)
(2)若介质忙,一直监听到信道空闲,然后立即传输;
(3)若在传输中测得冲突,则发出一个短小的人为干扰(jamming)信号,使得所有站点都知道发生了冲突并停止传输;
(4)发完人为干扰信号,等待一段随机的时间后,再次试图传输,回到
(1)重新开始。
物理网段(冲突域):
连接在同一导线上所有工作站的集合。
连接的节点越多,发生冲突的可能性就越大。
中继器(REPEATER)工作原理:
中继器(REPEATER)中继器是网络物理层上面的连接设备。
适用于完全相同的
两类网络的互连,主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发,来扩大网络传输的距离。
中继器是对信号进行再生和还原的网络设备OSI模型的物理层设备,它的作用是放大信号,补偿信号衰减,支持远距离的通信。
二层交换机工作原理:
二层交换机属数据链路层设备,可以识别数据包中的MAC地址信息,根据MAC地址进行转发,并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。
具体的工作流程如下:
(1)当交换机从某个端口收到一个数据包,它先读取包头中的源MAC地址,这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的;
(2)再去读取包头中的目的MAC地址,并在地址表中查找相应的端口;
(3)如表中有与这目的MAC地址对应的端口,把数据包直接复制到这端口上;
(4)如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上,当目的机器对源机器回应时,交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应,在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。
不断的循环这个过程,对于全网的MAC地址信息都可以学习到,二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。
交换机的端口分三种链路类型
(1)、Access链路,传送不带Tag的数据帧,设备和用户间的链路
(2)、Trunk链路,传送Tag数据帧,设备间的链路
(3)、Hybird链路
三层交换机原理:
三层交换是相对于传统的交换概念而提出的。
传统的交换技术是在OSI网络
参考模型中的第二层(即数据链路层)进行操作的,而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。
简单地说,三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术,三层交换机就是“二层交换机+基于硬件的路由器”。
两台处于不同子网的主机通信,必须要通过路由器进行路由。
三层交换机的路由记忆功能是由路由缓存来实现的。
当一个数据包发往三层交换机时,三层交换机首先在它的缓存列表里进行检查,看看路由缓存里有没有记录,如果有记录就直接调取缓存的记录进行路由,而不再经过路由处理器进行处理,这样的数据包的路由速度就大大提高了。
如果三层交换机在路由缓存中没有发现记录,再将数据包发往路由处理器进行处理,处理之后再转发数据包。
路由器工作原理:
路由器的一个作用是连通不同的网络,另一个作用是选择信息传送的线路。
选择通畅快捷的近路,能大大提高通信速度,减轻网络系统通信负荷,节约网络系统资源,提高网络系统畅通率,从而让网络系统发挥出更大的效益来。
从过滤网络流量的角度来看,路由器的作用与交换机和网桥非常相似。
但是与工作在网络物理层,从物理上划分网段的交换机不同,路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。
例如,一台支持IP协议的路由器可以把网络划分成多个子网段,只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。
对于每一个接收到的数据包,路由器都会重新计算其校验值,并写入新的物理地址。
因此,使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地址的交换机慢。
但是,对于那些结构复杂的网络,使用路由器可以提高网络的整体效率。
路由器的另外一个明显优势就是可以自动过滤网络广播。
从总体上说,在网络中添加路由器的整个安装过程要比即插即用的交换机复杂很多
数据速率
。
路由器与三层交换机的区别:
具有“路由器的功能、交换机的性能”的三层交换机虽然同时具有二层交换和三层路由的特性,但是三层交换机与路由器在结构和性能上还是存在很大区别的。
在结构上,三层交换机更接近于二层交换机,只是针对三层路由进行了专门设计。
之所以称为“三层交换机”而不称为“交换路由器”,原因就在于此;在交换性能上,路由器比三层交换机的交换性能要弱很多。
第四节VLAN技术原理及WLAN中的应用
VLAN(rtualLocalAreaNetwork),即虚拟局域网,把物理网络划分成多个逻辑网络,不同VLAN内主机二层流量完全隔离,阻断广播包,减小广播域。
不同的VLAN使用不同的VLANID表示。
VLAN的标准是802.1Q,IEEE于1996制定。
AP上VLAN的划分:
AP上是否划分VLAN,需要根据不同接入方式决定。
对于
LAN接入的AP设备,必须在AP上划分VLAN,区分管理和用户业务,接入交换机的端口透传这两个VLAN。
而对于ADLS接入的AP,由于大部分ADSLMODEM的用户端口不支持多PVC与多VLAN的一一绑定,因此接入AP的VLAN只能在上行DSLAM设备上标记,管理和用户数据合用同一个VLAN。
第二章WLAN基本知识
第一节WLAN的组网方式
ADSL
ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)专业中文名称为非对称数字用户线路,是一种高速通信技术。
在WLAN建设上,ADSL接入方式一般用ADSL专线,ADSL专线是ADSL接入方式中的另一种,不同于虚拟拨号方式,而是采用一种类似于专线的接入方式,在连接和配置好ADSLMODEM后,在AP的网络设置里设置好相应的TCP/IP协议及网络参数(IP和掩码、网关等都由局端事先分配好),AP上电后,用户端和局端会自动建立起一条链路。
所以,ADSL的专线接入方式是以有固定IP、自动连接等特点的类似专线的方式。
WLAN建设采用ADSL接入,组网方便快捷,但是ADSL猫长时间工作稳定性不好,易发生障碍,且ADSL接入带宽不高,用户感知不高,因此一般不推荐使用。
LAN
在LAN接入方式中,AP的上行链路主要采用采用光缆+双绞线的方式进行接入,具体实施方案是:
从机房敷设光缆至热点区域,热点区域内采用五类双绞线敷设至AP,双绞线总长度一般不超过100米,这样AP通过五类跳线即可接入有线网络。
LAN接入方式的好处是,在接入层,接入通常采用二层以太交换机,它工作于数据链路层,提供数据流量控制、传输差错处理、传输介质访问控制等功能,且交换机的稳定性远远好与普通的ADSL宽带猫,AP上行接入带宽可达10M/100Mbps。
LAN接入组网结构图
EPON
EPON就是一种新兴的宽带接入技术,它通过一个单一的光纤接入系统,实现数据、语音及视频的综合业务接入,并具有良好的经济性。
EPON组网结构
OLT放置在中心局端(CO),可以是一个L2交换机或者L3路由器。
它分配和控制信道的连接,并有实时监控、管理及维护功能。
在下行方向,它提供面向PON的光纤接口;在上行方向,提供GigabitEthernet。
ONU放置在用户恻,为EPON用户提供语音、数据其主要功能是以光形式接受业务信息,并将之转换为用户要求的形式。
EPON网络以点至多点的拓扑结构取代点到点结构,大大节省了光纤的用量及敷设成本。
目前采用EPONE接入的AP一般下挂在ONU下面,暂时还没有PONE口AP。
WLAN协议标准
在物理层,定义了五种协议标准:
802.11/11a/11b/11g/11n;在MAC层,在
802.11/11a/11b/11g标准的基础上,又定义了802.11e/11h/11i/11f/11s。
802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯,主要功能包括:
扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。
802.11无线局域网工作组协议族成员图示如下:
802.11物理层:
802.11的链路层
802.11b
1)正式发布于1999年,提供最高11Mbps的数据率,自适应5.5Mbps,2Mbps,1Mbps
2)类似于IEEE802.11直序调制技术,遵循所有的通讯规范,使用通道控制校验(CCK)技术以实现11Mbps的通讯速率
3)3个互不相交的通讯通道,最大数据传输速率为11Mb/s,无须直线传播。
4)动态速率转换,当射频情况变差时,可将数据传输速率降低为5.5Mb/s、2Mb/s
和1Mb/s。
5)使用范围,支持的范围是在室外为300米,在办公环境中最长为100米。
6)802.11b使用与以太网类似的连接协议和数据包确认,来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。
支持频段
802.11物理层:
802.11b中,PLCP将MAC层转换成对应的格式,通过PMD子层传输,PLCP子层由三部分组成:
Preamble(试探序列),Header(帧头),Data(数据)
802.11bPLCP帧结构是:
PMD子层将上层数据中的1和0转换成无线信号进行传输,可以支持11,5.5,
2,or1Mbps,可使用两种调制方式:
DBPSK,支持1Mbps的传输速率;DQPSK,支持2,5.5,11Mbsp的传输速率。
802.11b可使用14个频点,各频点之间互相交叉。
2.4G信道划分
5.8G信道划分
802.11a
1)IEEE于1999年,和802.11(b)同时发布,最高数据率为54Mbps,自适应48,36,
24,18,12,9,6Mbps
2)数据率6Mbps,12Mbps和24Mbps是强制的,其它数据率是可选的
3)采用了提高频率信道利用率的正交频率划分多路复用(OFDM)的多载波调制技术
4)采用5GHz的频带让802.11a具有更少冲突的优点。
然而,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使用,这导致必须使用更多的接入点;同样还意味着802.11a不能传播得像802.11b那么远,因为它更容易被吸收。
使用频段:
802.11a信道分配:
802.11a物理层
802.11b中,PLCP基于OFDM,PLCP子层由三部分组成:
Preamble(试探序列),Header(帧头),Data(数据)
802.11aPLCP帧结构是:
其中,对应于6,9,12,18,24,36,48or54Mbps,其RATE段的bite设置是不一样的,见下表:
802.11g
1)提供最高54Mbps的数据率,向下兼容802.11(b)技术
2)调制技术:
带52个子载波频道的正交频分复用(OFDM)技术;11Mbps数据率以下和802.11(b)相同,使用DSSS和CCK向下兼容802.11b
3)3个互不相交的通讯通道,通道带宽为30MHz
4)
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