【技术】思科“无线网络基本设备”技术分享~ / 四六文摘

开篇提醒：文末有福利哦

无线技术简介

无线网络形式多样，覆盖范围各不相同，提供的带宽也不同。当前，典型的无线网络是对以太网LAN的扩展，无线主机使用MAC地址、IP 地址等，就像有线LAN中的主机一样。图14-1 显示了当今简单的典型无线LAN。

然而，无线网络不仅仅是普通LAN,因为它们是无线的。前面说过,无线网络的覆盖范围各不相同，从小范围的个域网( personal area network )到覆盖范围极大的广域网( WAN)。图14-2说明了当今的各种无线网络及其覆盖范围。

对无线网络有大致了解后，下面介绍当今WLAN中典型的无线设备。

基本的无线设备

你现在可能还感觉不到这一点, 事实上，简单的无线网络( WLAN)比有线局域网更简单,因为它们需要的组件更少。要让基本的无线网络正常运行，只需两台主要设备:无线接人点和无线网卡（NIC)。这也使安装无线网络容易得多，因为只需理解这两种组件就能安装。显然，无线网络越来越先进，也越来越复杂，但现在暂时不要为此担心。

无线接入点

在大多数有线网络中，都有诸如交换机等中央组件,它将主机连接起来，让它们能够彼此通信。无线网络亦如此，它们也包含将所有无线设备连接起来的组件，只是这种组件被称为无线接入点( AP )。无线接入点至少有一根天线,但为更好地接收信号,通常有两根天线;它还有一个以太网端口，用于连接到有线网络。

接入点具有如下特点。

它类似于有线网络中的交换机和集线器，充当无线工作站的中央连接点。鉴于无线网络的半双工特征，AP更像集线器，虽然在当今的有线网络中，已难觅集线器的身影。
AP至少有一根天线，但通常有两根甚至更多。
AP是到有线网络的桥梁，让无线工作站能够访问有线网络和因特网。
小型办公室/家庭办公室( SOHO) AP有两类:独立AP和无线路由器，它们可能(通常也确实)提供NAT和DHCP等功能。

可将AP比作集线器(虽然这种类比不完全正确),因为它不像交换机那样，让每条连接都是一个独立的冲突城，但AP确实比集线器聪明。AP是一种转发设备,将网络数据流转发到有线主干或无线区域，到有线网络的连接称为分发系统( Distribution System, DS), AP还保存无线帧中的MAC地址信息。

无线网络接口卡 (WNIC)

要连接到无线网络，主机必须有无线网络接口卡。无线NIC所做的工作与传统以太网NIC基本相同，但没有用于插入电缆的插口/端口，而装备了无线天线。

当前，市面上的笔记本电脑几乎都内置了无线网卡。

无线天线

无线天线与收发器协同工作。当前，市面上的天线分为两大类:全向天线(点到多点)和定向天线(点到点)。

在增益相同的情况下，定向天线的覆盖范围通常比全向天线大。为什么呢?因为定向天线将全部功率都用于一个方向。全向天线必须在所有方向上平均分配功率，就像是一个巨型环状线圈。

定向天线的一个缺点是，必须更准确地对准通信点。这也是大多数AP都使用全向天线的原因所在，因为客户端和其他AP可能位于任何方向，但办公室/家庭/企业的需求各不相同,安装无线网络前，必须仔细考虑天线的位置。

为理解全向天线，可想想车载天线。车载天线虽然与联网无关，但有助于说明这样的事实:无论收听的是哪个广播电台,汽车的朝向都不会影响对信号的接收。准确地说是大多数情况下都如此。如果身处郊区，就无法收到信号，因为这超出了它的覆盖范围一用于联网的全向天线亦如此。

提示：在办公室安装AP时，务必让天线远离带金属的设备,以免信号被阻断或反射。

无线管制

大多数无线网络都使用ISM ( Industrial、Scientific and Medical)频段。但能够使用某个频段(频率范围)并不意味着你想怎么使用就怎么使用。要让无线设备能够彼此通信，它们必须明白各种调制方法，如何对帧进行编码,帧中应包含的报头类型以及使用的物理传输机制等。另外，还必须准确地定义它们，否则这些设备将无法彼此通信。以上内容都是由IEEE规定的。

IEEE通信委员会定义了多个网络通信领城，而这些领域被进一步划分成工作组。这就是当今的大多数网络协议都以802打头的原因一80 表示1980年，2表示二月份。所有厂商在生产无线设备时都遵守IEEE 802.11系列协议规范，因此，每台无线设备的第1层和第2层的功能都是由IEEE 802.11系列协议定义的。

IEEE 802.11传输

根据802.11规范传输信号时,其工作原理与以太网集线器很像:进行双向通信、使用相同的频率收发数据，但不能同时传输和接收(本章开头说过，这被称为半双工)。

当然，还可提高传输功率，以增大传输距离，但这样做可能导致信号失真，必须谨慎!可使用更高的频率，以提高传输速度，但不幸的是，这将付出巨大的代价一降低传输距离。如果选择使用较低的频率,传输距离将更远,但传输速度更低。仅这一点就足以让你认识到，熟悉各种可实现的WLAN有多重要。要拿出最佳的LAN解决方案,即最能满足独特情形需求的解决方案,将是一种极大的挑战。

另外，制定802.11规范旨在避开大多数国家的许可要求，让你能够随心所欲地安装和运行无线网络，而无需支付任何许可或运行费用。这还意味着任何制造商都可生产无线网络产品，并在电脑商店或任何地方销售;而所有的计算机都能够以无线方式进行通信，而无需太多配置。

长期以来，有多家机构帮助管制无线设备和频率的使用以及制定标准。表14-1列出了当前负责制定、维护和实施无线标准的机构。

WLAN使用无线频率，因此有关AMFM广播的法律也适用于WLAN。在美国，无线LAN设备的使用由联邦通信委员会(FCC)管制。根据FCC批准的可供公众使用的频率，IEEE 制定了相关的标准。

无需许可的频段

当前，FCC批准了3个无需许可的( unlicensed )频段供公众使用一900 MHz、2.4 GHz和5 GHz,但据说不久后将批准其他一些频段。频段900 MHz和2.4 GHz被称为ISM频段，而5 GHz频段被称为无需许可的国家信息基础设施( Unlicensed National Information Infrastructure, UNII) 频段。图14-3指出了无需许可的频段在RF频谱中所处的位置。

这很好,但如果想使用除这3个公共频段外的其他无线频段,该怎么办呢?需要获得FCC的授权，这种授权是以牌照的方式提供的。FCC批准前述3个频段供公众使用后,制造商便开始生产各种产品，这些产品如潮水般涌人市场。但在当今的无线网络中，使用最广泛的是802.11b/g 产品。

802.11 标准

无线标准系列以802.11打头，但还有其他- -些崭露头角的标准，如802.16和802.20。使用手机

或看电视时,你会意识到蜂窝网络在无线领域扮演着重要角色。但这里将重点放在802.11 系列标准上。

IEEE 802.11是第-一个WLAN标准，其传输速度为1 Mbitls和2 Mbit/s,使用2.4 GHz频段。它于

1997年获得批准，但直到1999年802.11b获得批准后，才出现了大量遵守该标准的产品。在表14-2

列出的所有标准中，除802.11F 和802.11T外，其他所有标准都是对802.11 标准的修订，并形成了独

立的文档。该表是不错的参考资料，最好是将其牢记在心。

下面讨论最常见的802.11 WLAN的重要细节。

802.11b (2.4 GHz)

在家庭和公司部署WLAN时，应首选802.11b标准。它曾是使用最广泛的无线标准，使用无需许可的无线频段2.4 GHz,最大数据传输速度为11 Mbit/s。

802.11b标准被厂商和顾客广泛采用，他们发现，其11 Mbit/s 的传输速度能很好地支持大部分应用程序。但802.11b的“大师兄”( 802.11g)面世后，再没人购买802.11b网卡和接人点了,因为在同样的价钱可买到10/100以太网网卡的情况下，为何要购买10 Mbit/s以太网网卡呢?

有趣的是，思科的所有802.11 WLAN产品在移动时都能调整速度。这让你能够在逐渐远离接人点时，可将速度从11 Mbit/s依次调整为5.5 Mbit/s、2 Mbit/s和1 Mbit/s (在设备与AP的距离达到可通信的最远距离时)。另外，在调整速度时不会中断连接，也无需用户干预。速度调整是针对每次传输的，这很重要，因为这意味着接人点可支持多个速度不同的客户端，其中每个客户端的速度随位置而异。

802.11b的问题在于处理数据链路层的方式。为解决RF频谱存在的问题，创建了以太网冲突检测机制的另一种形式，名为载波侦听多路访问/冲突避免( CSMACA),如图14-4所示。

鉴于CSMAVCA要求的主机与接入点的通信方式,它也被称为请求发送/清除发送(RTS/CTS )。发送的每个分组都必须收到-一个RTS/CTS和一个确认,这完全无法满足当今的联网需求。

注意：无线电话和微波炉可能干扰2.4 GHz频段的无线通信。

在美国，2.4 GHz频段中可使用的频道有11个，但只有3个没有相互重叠，它们是频道1、6和11。

图14-5显示了FCC批准的2.4 GHz频段中的14个频道(每个频道宽22 MHz )。

鉴于只有3个不相互重叠的频道，为避免干扰，在信号覆盖区域最多只能安装3个接入点。配置AP时，首先需要采取的一个重要步骤是设置其频道。

802.11g (2.4 GHz)

标准802.11g于2003年获得批准,它向后与802.11b兼容。802.11g支持的最大传输速度与802.11a相同，也是54 Mbits,但使用2.4 GHz频段,这与802.11b相同。

鉴于802.11b和802.11g都使用无需许可的频段2.4 GHz,因此对已经拥有802.11b无线基础设施的组织来说，迁移到802.11g是个不错的选择。但需要牢记的是，802.11b 产品并不能通过“软件升级”迁移到802.11g，这是因为为了提供更高的传输速度，802.11g 产品使用了不同的芯片。

然而，犹如以太网和快速以太网,在同一个网络中也可混合使用802.11g产品和802.11b产品。但与以太网不同的是，如果有4位用户使用的是802.11g,而有1位用户使用的是802.11b,则连接到同一个接人点的所有用户都将被迫使用CSMANCA方法，这太糟糕了,吞吐量将因此而降低。为优化性能，推荐在所有接人点上都禁用802.11b模式。

下面进一步解释这一点。802.11b使用的调制方法为直接序列扩频( Direct Sequence SpreadSpectrum，DSSS), 这种调制方法没有802.11g 和802.11a使用的调制方法一正交频分多路复用( Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)那么健壮。在传输距离相同的情况下，使用OFDM的802.11g客户端的性能要比802.11b客户端好得多,但别忘了,当802.11g客户端以802.11b的传输速度( 11 Mbit/s、5.5 Mbit/s、2 Mbit/s和1 Mbits)运行时，它们实际上使用802.116使用的调制方法。

真实案例

不允许使用802.11b

现在，你应该明白了，不应在无线网络中使用IEEE 802.1b客户端和AP;鉴于大多数笔记本电脑和无线设备都运行802.11 a/b/g,应该可以在AP上禁用802.11b 功能。

几年前,笔者给客户安装无线网络时，在所有接入点上禁用了所有的802.11b功能。第二天，销售部的一名女雇员找到我，说她的无线笔记本电脑无法上网了。她的笔记本电脑较旧,装备的是外置PCMIA无线网卡,我马上就确定了问题所在。我将网卡取出，告诉她这个网卡太旧，出毛病了，必须买新的(这个网卡实际上没毛病，但对我安装的无线网络来说有毛病)。第二天，她再次找到我，手里拿着-个新的无线网卡。由于当时买不到802.11网卡(除非从eBay购买二手货)，因而我并不担心这个网卡只支持802.11b。然而，仔细端详后，我发现它确实是一个全新

的802.11b网卡，这让我目瞪口呆!这个全新的802.11b网卡是从哪里买的呢?她说，CompUSA要关张歇业了，因此清仓大甩卖，她只花了4美元就买到了它!

802.11a (5 GHz)

IEEE于1999年就批准了802.11a 标准，但第-款802.11a产品直到2001年年末才面市。这些炙手可热的新产品确实物有所值! 802.11a 标准支持的最大传输速度为54 Mbit/s,并提供多达28个互不重叠的频道一在美国，可使用其中的23个。

802.11a的另一个优点是，它使用5 GHz频段,不受使用2.4 GHz频段的设备(如微波炉、无线电话和蓝牙设备)的干扰。你可能猜到了，由于使用的频段不同，802.11a 不向后与802.11b 兼容,因此不能指望升级网络的部分设备就能让它们和谐相处。但不用担心，有大量双频段设备,适用于这两种网络。802.11a 的另一个优点是，可与802.11b 用户共存于相同的物理环境，而无需采取措施来避免干扰。

与802.11b设备一样, 所有802.11a产品也都能够在移动时调整速度。差别在于，802.11a 产品可在移动时从54 Mbit/s依次调整为48 Mbit/s、24 Mbits、18 Mbit/s、12 Mbit/s、9 Mbit/s和6 Mbit/s (在设备与AP的距离达到可通信的最远距离时)。

802.11n (2.4 GHz/5 GHz)

802.11n建立在以前的802.11标准的基础之上，添加了多入多出(MIMO)功能。它使用多根收发天线，提高了数据吞吐量和传输距离。802.11n最多支持8根天线,但当今的大多数AP都只使用4~6根。这种配置使其传输速度比802.11 a/b/g高得多。

为改善性能，802.1In 做了如下3项重大改进:

在物理层，改变了信号的发送方式，让反射和干扰成了优点，而不是性能降低的罪魁祸首;
将两个宽度为20 MHz的信道合二为一,以提高吞吐量;
在MAC层，采用了不同的分组传输管理方式。

需要知道的是，802.11n 并非完全与802.11b、802.11g 和802.11a兼容,但被设计成向后与它们兼容。这是通过修改帧的发送方式，使其能够被802.11 a/b/g 理解来实现的。

人们认为802.11n更可靠和可预测，其主要原因如下所示。

40 MHz频道 802.11g 和802.11a使用20 MHz频道,并在频道两端利用未用的音调( tone )来保护主载波。这意味着有11 Mbit/s的带宽未用,这基本上被浪费掉了。802.11n 合并两个载波，让传输速度翻倍,从54 Mbit/s提高到108 Mbit/s;再加上原本被浪费的11 Mbit/s,总传输速度达119 Mbit/s!
MAC效率 802.11 协议要求对每个帧进行确认，而802.11n可在传输很多分组后才确认一次,从而节省了大量开销。这被称为块确认( block acknowledgment )。
多入多出(MIMO) 多根天线通过多条路径发送多个帧，并在接收端由另一组天线进行重组,从而提高了吞吐量。这被称为空间多路复用( spatial multiplexing )。

介绍标准802.11 a/b/g/n 后，该详细介绍无线帧的实际发送过程、帧结构( sbape )和速度以及用于发现并连接到无线网络的管理帧了。

注意：有关无线组网的更详细信息，请参阅笔者撰写的CCNA Wireless Study Guide( Sybex, 2010)。

802.11 系列标准之比较

图14-6列出了当前还在使用的每个IEEE 802.11标准的批准年份，还有它们使用的频段、不重叠频道数、物理层传输方法以及传输速度。

对a/b/g/n网络有一定认识后，该介绍典型的无线拓扑了。

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