8.3 无线局域网
8.3.1 无线局域网概述
无线局域网是指使用无线信道传输介质的计算机局域网络（Wireless LAN，WLAN），它是在有线网的基础上发展起来的，使网上的计算机具有可移动性，能快速、方便地解决有线方式不易实现的网络信道的连通问题。本节将从无线局域网技术实现、国际标准、联网方式
以及主要应用领域等方面介绍无线局域网的有关知识。
无线局域网具有以下优点：
（1）由于采用无线电波做介质，避开了布线的因扰，同时高频无线电波可以穿透玻璃或墙壁，能够满足一定范围内的局部组网。
（2）在开放性办公区、办公场所资化领繁、移动办公、展示会议以及场地条件恶劣不
适宜布线的场合，无线局域网具有有线网络无可替代的优越性。
（3）无线局域网构建简单，组网比较容易，管理和维护的技术要求也不高，比如在无
线局域网络中就不会发生电缆断线或接头连接等故障。
（4）能够保持与有线网络的兼容，通过接入点设备可以实现无线局域网与有线网络的无缝连接。
（5）对经常变动的办公网络，无线局域网方案比有线网络成本更低。
1.无线传输介质
无线局域网的基础还是传统的有线局域网，是有线局域网的扩展和替换。它只是在有线局域网的基础上通过无线集线器、无线访问节点、无线网桥、无线网卡等设备使无线通信得以实现。与有线网络一样，无线局域网同样也需要传输介质。只是无线局域网采用的传输介质不是双绞线或者光纤，而是红外线或者无线电波。
（1）红外线（IR）。
红外线局域网采用小于1μm波长的红外线作为传输介质，有较强的方向性。由于它采用低于可见光的部分频谱作为传输介质，因此其使用不受无线电管理部门的限制。红外信号要求直线传输，并且窃听困难，对邻近区域的类似系统也不会产生干扰。在实际应用中，由于红外线具有很高的背景噪声，受日光和环境等影响较大，因此一般要求发射功率较高。而采用现行技术，特别是LED（发光二极管），很难获得高的传输速率（>10 Mbps）。
（2）无线电波（RF）。
采用无线电波作为传输介质的无线局域网依调制方式不同，又可分为扩频方式与窄带调制方式两种。使用扩频方式通信时，数据基带信号的频谱被扩展几倍至十几倍后，再搬移至射频发射出去。这一做法虽然牺牲了频带带宽，但使通信非常安全，基本避免了通信信信号被偷听和窃取，具有很好的可用性。特别是直接序列扩频调制方式，具有很强的抗干扰、抗噪声能力和抗衰减能力。同时，由于单位频带内的功率降低，因而可减少对其他电子设备的干扰。另一方面无线局域使用的频段主要是S频段（2.4~2.4835GHz），这个频段也叫ISM （Industry Science Medical），即工业科学医疗频段，该频段在美国不受美国联邦通信委员会的限制，属于工业自由辐射频段，不会对人体健康造成伤害。所以无线电波成为无线局域网最常用的无线传输介质。
在窄带调制方式中，数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。与扩展领谱方式相比，窄带调制方式占用频带少，频带利用率高。采用窄带调制方式的无线局域网一般选用专用频段，需要经过国家无线电管理部门的许可方可使用。当然，也可选用ISM频段，这样可免去向无线电管理委员会申请。但带来的问题是，当邻近的仪器设备或通信设备也在使用这一频段时，会严重影响通信的质量，通信的可靠性无法得到保障。
2.无线局域网主要设备
（1）无线网卡（Wireless LAN Card）。
无线网卡与普通网卡一样，用来安装在台式计算机或笔记本电脑中，实现无线数据发送和接收。与普通网卡不同的是，无线网卡在其外端一侧增加了一个类似于天线的设备，其数据传输依赖于无线电波，而普通网卡则是通过一般的网线。
目前无线网卡的速率主要有150 Mbps、300 Mbps、450 Mbps等规格，无线网卡接口类型包括PCI、PCMCIA、USB等。
（2）无线接入点（Access Point，AP）。
无线接入点AP主要实现网络的多点访问以及与外部网络的连接，在介质访问控制层（MAC）中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。其功能上类似于有线网络的集线器（Hub），使多点接人构成以接人点设备为中心的星状网络结构。因此任何一台装有无线网卡的工作站均可通过无线 AP去分享有线局域网络甚至广域网络之资源。除此之外，无线 AP 本身又具有可网管功能，可针对接人无线工作站作必要的控制和管理。
（3）无线路由器（Wireless Router）。
无线路由器是将单纯性无线AP和宽带路由器合二为一的扩展型产品，它不仅具备单纯性无线AP所有功能如支持DHCP客户端，支持VPN、防火墙，支持WEP加密等，而且还包括网络地址转换（NAT）功能，可支持局域网用户的网络连接共享。可实现家庭无线网络中的Internet连接共享，实现ADSL和小区宽带的无线共享接入。
无线路由器的端口有WAN口、LAN口。
从外形上讲，无线 AP和无线路由器几乎一样。二者的主要区别是：
①功能方面的区别：无线AP主要是提供无线工作站对LAN和从LAN对无线工作站的访问，在访问接人点覆盖范围内的无线工作站可以通过它进行相互通信。无线AP是WLAN 和LAN之间沟通的桥梁。无线路由器就是无线AP、路由功能和交换机的集合体，支持有线无线组成同一子网。
②应用方面的区别：无线AP在需要大量AP来进行大面积覆盖的公司使用得比较多. 所有无线AP通过以太网连接起来并连接到独立的无线局域网防火墙。
无线路由器在家庭网络的环境中使用得比较多，无线路由器包括网络地址转换（NAT）协议，以支持无线局域网用户的网络连接共享。大多数无线路由器包括一个4个端口的以太网转换器，可以连接几台有线的PC。
③ 从组网拓扑图上分析：无线 AP不能直接跟 ADSL Modem相连，所以在使用时必须再添加一台交换机或者集线器。大部分无线路由器由于具有宽带拨号的能力，因此可以直接跟ADSL Modem 连接进行宽带共享。
④无线AP和无线路由器的价钱相差不多，一般无线路由器会略贵一些。
（4）天线（Antenna）。
无线局域网的天线与一般电视、移动电话所用天线不同，其原因是因为工作频率不同。天线的功能是将源信号以无线电波的形式传送至远处或从远处接收。一般天线可分定向性（Uni-direction）与全向性（Ommi-direction）两种，前者较适合于长距离使用，而后者则较适合区域性应用。
8.3.2 无线局域网主要协议标准
无线网络协议标准是为各种无线设备互通信息而制订的规则。
目前常用的无线网络标准主要有美国 IEEE 所制订的802.11标准（包括802.11a、802.11b、802.11g以及802.11n等标准）、蓝牙（Bluetooth）标准以及HomeRF（家庭网络）标准等。
1. IEEE 802.11
IEEE 802.11标准于1997年6月公布，是第一代无线局域网标准。当时规定了一些诸如介质访问控制层功能、漫游功能、自动速率选择功能、电源消耗管理功能、保密功能等。1999年无线网络国际标准的更新及完善，进一步规范了不同频点的产品及更高网络速率产品的开发和应用，除原 IEEE 802.11的内容之外，增加了基于SNMP（简单网络管理协议）的管理信息库（MIB），以取代原 OSI协议的管理信息库，另外还增加了高速网络内容。
● IEEE 802.11b
1999年9月通过的 IEEE 802.11b 工作在2.4~2.483 GHz频段。802.11b数据传输速率可以为11 Mbps、5.5Mbps、2 Mbps、1 Mbps或更低，根据噪声状况自动调整。当工作站之间距离过长或干扰太大、信噪比低于某个限值时，传输速率能够从11Mbps自动降到5.5 Mbps，或者根据直接序列扩频技术调整到2Mbps和1Mbps。802.11b使用带有防数据丢失特性的载波检测多北连接（CSMA/CA）作为路径共享协议，物理层调制方式为CCK（补码键控）的DSSS。
● IEEE 802.11a
和802.11b相比，802.11a在整个覆盖范围内提供了更高的速率，其速率高达54 Mbps。它工作在5GHz频段，与802.11b一样采用CSMA/CA协议。物理层采用正交频分复用OFDM代替802.11b的DSSS来传输数据。OFDM技术的最大优势是其无与伦比的多途径回声反射，因此，特别适合于室内及移动环境。
● IEEE 802.11g
802.11a与802.11b两个标准都存在着各自的优缺点，802.11b的优势在于价格低廉，但速率较低（最高11Mbps）；而802.11a优势在于传输速率高（最高54 Mbps）且受干扰少，但价格相对较高。另外，802.11a与802.11b的产品因为频段与物理层调制方式不同而无法互通，不能工作在同一接入点（AP）的网络里，因此互不兼容。
为了解决上述问题，进一步推动无线局域网的发展，LEEE802.11工作组开始定义新的物理层标准802.11g。802.11g草案与以前的802.11协议标准相比有以下两个特点：其在2.4GHz频段使用正交频分复用（OFDM）调制技术，使数据传输速率提高到20 Mbps 以上；IEE 802.11g标准能够与802.11b的WiFi系统互相连通，共存在同一AP的网络里，保障了向下兼容性。这样原有的无线局域网系统可以平滑地向高速无线局域网过渡，延长了IEEE802.11b产品的使用寿命，降低用户的投资。2003年7月 IEEE 802.11 工作组批准了802.11g标准。
802.11g在多个方面有很强的优势：
第一，用户需要一种低价、高速的产品，802.11g标准能够满足用户的这一需求。802.11g虽然同样运行于2.4 GHz，但由于该标准中使用了与802.11a标准相同的调制方式OFDM，使网络达到了54 Mbps的高传输速率，而基于该标准的产品价格也只略高于802.11b标准的产品。
第二，该标准可以满足用户无线网络升级的需求。随着用户应用的增加，无线网络的性能成为制约应用的瓶颈。因此用户为满足应用，必须对现有网络进行升级。而出现这种问题的大多是选用了802.11b标准的用户。802.11g的出现为那些准备升级的用户提供了一套可保留原有投资的解决方案。因为802.11g不但使用OFDM作为调制方式以提高速率，同时，仍然保留了802.11b中的调制方式，所以，802.11g可向下兼容802.11b。
第三，该标准更能满足运营商的需求。对于运营商而言，在热点地区的无线接入，是它们的业务之一。运营商通常希望通过价格相对较低的产品，为用户提供较高质量的接入服务，增加利润回报。因此802.11g标准的诞生可以刺激运营商加大热点地区无线接入设备的投入力度。同时，这种标准的向下兼容性或多或少会降低它们对投资成本的担忧。
随着802.11g标准的诞生，双频产品随后也将该标准融入其中，成为全方位的无线网络解决方案。所谓“双频”产品，是指可工作在2.4GHz和5GHz的自适应产品，也就是说，可支持802.11a与802.11b两个标准的产品。由于802.11a和802.11b两种标准的设备互不兼容，用户在接入支持802.11a和802.11b的公共无线接入网络时，必须随着地点而更换无线网卡，这给用户带来了很大的不便。而采用支持802.11a/b双频自适应的无线局域网产品就可以很好地解决这一问题。双频产品可以自动辨认802.11a和802.11b信号并支持漫游连接，使用户在任何一种网络环境下都能保持连接状态。54 Mbps的802.11a标准和11 Mbps 的802.11b标准各有优劣，但从用户的角度出发，这种双频自适应无线网络产品，无疑是一种将两种无线网络标准有机融合的解决方案。
可与三个标准互联的产品称为“双频三模”产品，就是运行在两个频段，支持三种模式（标准）的产品，即同时支持802.11a/b/g三个标准的自适应无线产品。通过该产品，可实现目前大多数无线局域网标准的互联与兼容。
● 802.11n标准
802.11n标准发布于2009年9月，其目的主要是为了提升WLAN的吞吐性能。相比之前的802.1la/b/g标准，802.11n引入了许多新的技术，如0FDM（正交频分复用技术）、MIMO （多入多出）技术等。借助于这些新技术，802.11n网络的接入速率最高可达600Mbps。为了保持与旧标准的兼容性，802.11n沿用了802.11a/b/g所用的频带资源，即802.11n的工作频段和信道资源与802.11a/b/g保持一致。
随着802.11n标准的正式发布，各个无线厂家的802.11n的产品无论是种类还是性能都会得到很大的提升，不同厂家的产品之间的兼容性和互通性也会得到提高。同时802.11n技术的逐渐成熟、802.11n产品的逐渐丰富以及802.11n产品价格不断下降等诸多因素都会促使用户选择802.11n技术构建自己的无线网络，将使无线局域网从补充地位变为一个主要的网络服务。
2.蓝牙
蓝牙（Bluetooth）是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4~2.485 GHz的ISM波段的UHF无线电波）。蓝牙技术最初由爱立信公司于1994年研发。蓝牙可连接多个设备，克服了数据同步的难题。
蓝牙由蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，SIG）管理。蓝牙技术联盟在全球拥有几万家成员公司，它们分布在电信、计算机、网络和消费申子等多重领域。蓝牙技术联盟负责监督蓝牙规范的开发，管理认证项目，并维护商标权益。制造商的设备必须符合蓝牙技术联盟的标准才能以"蓝牙设备"的名义进入市场。蓝牙技术拥有一套专利网络，可发放给符合标准的设备。
蓝牙使用扩频（Spread Spectrum）技术，在携带型装置和区域网络之间提供一个快速而安全的短距离无线连接。它提供的服务包括网际网络（Internet）、电子邮件、影像和数据传输以及语音应用，延伸容纳于3个并行传输的64Kbps PCM通道中，提供1Mbps的流量。
蓝牙无线技术既支持点到点连接，又支持点到多点的连接。蕴藏在便携式计算机、手机及其他外设的转发设备中，可以使这些设备在各种网络环境中进行通信。现在的规范允许7 个"从属"设备和一个"主"设备进行通信。几个这样的小网络（Piconet）也可以连接在一起，通过灵活的配置彼此进行沟通。在同一个小网络中的设备有同步的优先权，但是其他设备也可以通过设置，在任何时候加入其中。这种网络的拓扑结构可以被描述为一个由灵活的、多个小网络组成的结构。更进一步，小网络或者单个设备可以和固定的使用蓝牙无线技术的访问点（Access Points）及附近其他蓝牙小网络相连。遵循蓝牙协议的各种应用都保证简单易用的安装和操作、高效的安全机制和完全的互操作性，从而实现随时随地的通信。
蓝牙技术已在多个领域迅速发展，其典型应用环境包括个人娱乐（便携式电子设备）、无线办公环境（Wireless Office）、汽车工业、信息家电、医疗设备等。
3.家庭网络的 HomeRF标准
HomeRF工作在2.4 GHz频段，它采用数字跳频扩频技术，最高传输速率可达到1.6 Mbps，可以连接家庭电脑以及其他支持HomeRF协议的产品。
目前来看，由于IEEE 802.11b/g/n技术无论在性能、价格各方面均超过了蓝牙、HomeRF等技术，逐渐成为无线局域网应用最为广泛的标准。由于IEEE802.11b/g/n技术的不断成熟，在全球范围内正在兴起无线局域网应用的高潮。
4.HiperLAN技术与标准
HiperLAN是应用在欧洲的无线局域网通信标准集合中的一种，包括HiperLAN/1和HiperLAN/2两类。虽然HiperLAN/1和HiperLAN/2标准均采用5GHz的射频频率，但是它们的上行速率却不同，其中 HiperLAN/1上行速率可以达到20 Mbps； HiperLAN/2与3G标准兼容，上行速率可以达到54 Mbps。此外，HiperLAN标准还提供了类似于IEEE802.11无线局域网协议的性能和能力。HiperLAN/2网络中，移动终端（Mobile Termial，MT）通过接人点（Access Point，AP）接入固定网，而MT与AP之间的空中接口即由HiperLAN/2协议来定义。一个 AP所覆盖的区域定义为一个小区，在室内一个小区的覆盖范围一般为30m，在室外一般为150m。HiperLAN/2网络中，在特定时间点，移动终端只能与一个接人点进行通信，但无线终端MT可以在HiperLAN/2网络中自由移动，并保持与网络间良好的传输性能。而日在移动过程中，无线网络能够自动进行无线频率配置，从而摆脱了原来的无线网络频率规划，大大提高系统配置便捷性。
8.3.3 无线局域网连接方式
1.点对点对等网络（Ad-Hoc）
对一个规模不大、办公环境比较集中的公司或部门，可以建立点对点的无线内部对等网络。在对等工作模式下，只需在每一台连接的计算机中增加一块无线网卡，无须接人点设备AP。除了网络是通过无线实现连接外，网络功能与有线对等网络完全相同。如果其中有一台计算机与外部网络连接，通过将其配置成网关，网络中的其他成员还可以访问外部网络。由于网络中没有接入点设备，因此网络成员之间只能实现点对点的访问，无法同时建立与多台计算机之间的访问通道，如图8-6所示。
2.单接入点网络
如果要实现无线网络的多点访问，就必须增加无线接人点设备，通过接人点设备，用户还可以很方便地实现与有线网络（局域网或广域网）的连接。根据现场环境不同，按照IEEE 802.11b标准，室内网络覆盖范围在35~100m之间，如果用户办公环境满足此要求，那么就可以选择单接入点方案。
在单接入点无线网络中，所有网络用户以接入点设备为主节点，构成星状网络拓扑结构，并通过接人点设备的10Base-T或100Base-T以太网接口接入有线网络。如果用户还需接入Internet 等公共网络，只要在接入点前端增加路由设备，或者通过ISDN或 ADSL设备接入互联网，如图8-7所示。
3.多接入点及漫游网络
当公司办公场所分布较散、单接人点无法覆盖整个网络时，就必须根据实际需要增加多个接入点设备。根据网络规模不同，各接入点的连接方式也不一样。对中小规模的网络可以通过无线中继技术建立接入点之间的连接，从而扩展网络覆盖范围；对规模较大的网络则需要借助有线网络的优势，各接入点建立各自范围内的无线局域子网，再通过接入点接入有线网络，各接入点之间通过有线网络建立连接，必要时各接入点还可以实现与移动通信类似的漫游连接。在漫游方式下，任一移动用户可以在整个网络覆盖范围内保持与局域网的无线连接。
8.3.4 无线局域网的适用范围
无线局域网可应用于下面一些领域：
①希望在企业内部获得传统有线网络之外的移动功能的IT专业人士或高级商业管理人员。
②需要能够在整个站点内或选定的区域内灵活而频繁地改变LAN布线的人员。
③单位地点因建筑物或预算的限制（如临时租赁的办公地点）而不适合使用LAN布线的公司。
目前，无线局域网络的典型应用包括医院、学校、金融服务、制造业、服务业、公司应用、公共访问等。据Gartner对全球无线局域网设备的预测。
8.3.5 无线局域网应用实例
1.实际需求
某公司规模扩大，工作人员迅速增加，需要增加信息点30个，新网络和原网络要实现互联、互通，共享出口带宽。由于装修时没有充分考虑信息点的冗余，布线数量远远不够，即使交换机级联也要穿墙打孔，严重影响装修的美观和办公室整体效果。显然，综合布线不很适宜。
2.网络组网设计原则
由于公司土建装修的效果不能破坏，要保证足够的网络信息点满足网络联网、扩容和工作实际需求，同时保证代价不要过大。采用无线组网的方式解决网络扩容的问题是较为合适的方案。
3.无线网络设备、配件
无线网络设备、配件主要包括无线AP、无线网卡、USB连接线、普通直连双绞线等。其中，无线AP设备选型是方案的关键。
4.组网网络拓扑图（参见图8-7）
5.操作步骤
整个过程分成如下几个步骤完成。
①安装APUSB驱动程序。
②安装AP配置程序。
③完成对AP设备参数的具体配置。
④ 在终端安装无线网卡和驱动程序。
