無線局域網

在無線局域網WLAN發明之前，人們要想通過網絡進行聯絡和通信，必須先用物理線纜-銅絞線組建一個電子運行的通路，為了提高效率和速度，後來又發明了光纖。當網絡發展到一定規模後，人們又發現，這種有線網絡無論組建、拆裝還是在原有基礎上進行重新佈局和改建，都非常困難，且成本和代價也非常高，於是WLAN的組網方式應運而生。 ^[1] 

WLAN起步於1997年。當年的6月，第一個無線局域網標準IEEE802. 11正式頒佈實施，為無線局域網技術提供了統一標準，但當時的傳輸速率只有1~2 Mbit/s。隨後，IEEE委員會又開始制定新的WLAN標準，分別取名為IEEE802.11a和IEEE802. 11b。IEEE802. llb標準首先於1999年9月正式頒佈，其速率為11 Mbit/s。經過改進的IEEE802. 11a標準，在2001年年底才正式頒佈，它的傳輸速率可達到54 Mbit/s，幾乎是IEEE802. llb標準的5倍。儘管如此，WLAN的應用並未真正開始，因為整個WLAN應用環境並不成熟。 ^[1] 

WLAN的真正發展是從2003年3月Intel第一次推出帶有WLAN無線網卡芯片模塊的迅馳處理器開始的。儘管當時的無線網絡環境還非常不成熟，最為發達的美國也不例外。但是由於Intel的捆綁銷售，加上迅馳芯片的高性能、低功耗等非常明顯的優點，使得許多無線網絡服務商看到了商機，同時11 Mbit/s的接入速率在一般的小型局域網也可進行一些日常應用，於是各國的無線網絡服務商開始在公共場所（如機場、賓館、咖啡廳等）提供訪問熱點，實際上就是佈置一些無線訪問點( Access Point，AP)，方便移動商務人士無線上網。 ^[1] 

經過了兩年多的發展，基於IEEE802. llb標準的無線網絡產品和應用已相當成熟，但畢竟11 Mbit/s的接入速率還遠遠不能滿足實際網絡的應用需求。 ^[1] 

在2003年6月，經過兩年多的開發和多次改進，一種兼容原來的IEEE802. llb標準，同時也可提供54 Mbit/s接入速率的新標準-IEEE802. 11g在IEEE委員會的努力下正式發佈了。 ^[1] 

第四代無線網絡802. 11n和第五代無線網絡802. 11ac標準，它們既可以工作在2.4 GHz頻段也可以工作在5 GHz頻段上，傳輸速率可達600 Mbit/s（理論值）。

第六代無線網絡技術（IEEE 802.11.ax）由Wi-Fi聯盟正式命名為Wi-Fi6（2.4GHz）和Wi-Fi 6E（6GHz） ^[6]  。該標準為無線局域網的IEEE標準（WLAN）802.11.ac的下一代，該標準的主要目的是提高高密度場景中每個區域的吞吐量，如辦公室、購物中心和住宅公寓。相較於802.11.ac，802.11.ax的標準速率提升了37% ^[7]  ，吞吐量提升300% ^[8]  。

⑴靈活性和移動性。在有線網絡中，網絡設備的安放位置受網絡位置的限制，而無線局域網在無線信號覆蓋區域內的任何一個位置都可以接入網絡。無線局域網另一個最大的優點在於其移動性，連接到無線局域網的用户可以移動且能同時與網絡保持連接。 ^[3] 

⑵安裝便捷。無線局域網可以免去或最大程度地減少網絡佈線的工作量，一般只要安裝一個或多個接入點設備，就可建立覆蓋整個區域的局域網絡。 ^[3] 

⑶易於進行網絡規劃和調整。對於有線網絡來説，辦公地點或網絡拓撲的改變通常意味着重新建網。重新佈線是一個昂貴、費時、浪費和瑣碎的過程，無線局域網可以避免或減少以上情況的發生。 ^[3] 

⑷故障定位容易。有線網絡一旦出現物理故障，尤其是由於線路連接不良而造成的網絡中斷，往往很難查明，而且檢修線路需要付出很大的代價。無線網絡則很容易定位故障，只需更換故障設備即可恢復網絡連接。 ^[3] 

⑸易於擴展。無線局域網有多種配置方式，可以很快從只有幾個用户的小型局域網擴展到上千用户的大型網絡，並且能夠提供節點間“漫遊”等有線網絡無法實現的特性。由於無線局域網有以上諸多優點，因此其發展十分迅速。無線局域網已經在企業、醫院、商店、工廠和學校等場合得到了廣泛的應用。 ^[3] 

無線局域網的不足之處：無線局域網在能夠給網絡用户帶來便捷和實用的同時，也存在着一些缺陷。無線局域網的不足之處體以下幾個方面：⑴性能。無線局域網是依靠無線電波進行傳輸的。這些電波通過無線發射裝置進行發射，而建築物、車輛、樹木和其它障礙物都可能阻礙電磁波的傳輸，所以會影響網絡的性能。⑵速率。無線信道的傳輸速率與有線信道相比要低得多。無線局域網的最大傳輸速率為1Gbit/s，只適合於個人終端和小規模網絡應用。⑶安全性。本質上無線電波不要求建立物理的連接通道，無線信號是發散的。從理論上講，很容易監聽到無線電波廣播範圍內的任何信號，造成通信信息泄漏。 ^[3] 

基於IEEE802.11標準的無線局域網允許在局域網絡環境中使用可以不必授權的ISM頻段中的2.4GHz或5GHz射頻波段進行無線連接。它們被廣泛應用，從家庭到企業再到Internet接入熱點。 ^[4] 

簡單的家庭無線WLAN：在家庭無線局域網最通用和最便宜的例子，一台設備作為防火牆，路由器，交換機和無線接入點。這些無線路由器可以提供廣泛的功能，例如：保護家庭網絡遠離外界的入侵。允許共享一個ISP（Internet服務提供商）的單一IP地址。可為4台計算機提供有線以太網服務，但是也可以和另一個以太網交換機或集線器進行擴展。為多個無線計算機作一個無線接入點。通常基本模塊提供2.4GHz802.11b/g操作的Wi-Fi，而更高端模塊將提供雙波段Wi-Fi或高速MIMO性能。 ^[3] 

雙波段接入點提供2.4GHz802.11b/g/n和5.8GHz802.11a性能，而MIMO接入點在2.4GHz範圍中可使用多個射頻以提高性能。雙波段接入點本質上是兩個接入點為一體並可以同時提供兩個非干擾頻率，而更新的MIMO設備在2.4GHz範圍或更高的範圍提高了速度。2.4GHz範圍經常擁擠不堪而且由於成本問題，廠商避開了雙波段MIMO設備。雙波段設備不具有最高性能或範圍，但是允許在相對不那麼擁擠的5.8GHz範圍操作，並且如果兩個設備在不同的波段，允許它們同時全速操作。家庭網絡中的例子並不常見。該拓撲費用更高但是提供了更強的靈活性。路由器和無線設備可能不提供高級用户希望的所有特性。在這個配置中，此類接入點的費用可能會超過一個相當的路由器和AP一體機的價格，歸因於市場中這種產品較少，因為多數人喜歡組合功能。一些人需要更高的終端路由器和交換機，因為這些設備具有諸如帶寬控制，千兆以太網這樣的特性，以及具有允許他們擁有需要的靈活性的標準設計。 ^[3] 

當有線連接以太網或者需要為有線連接建立第二條冗餘連接以作備份時，無線橋接允許在建築物之間進行無線連接。802.11設備通常用來進行這項應用以及無線光纖橋。802.11基本解決方案一般更便宜並且不需要在天線之間有直視性，但是比光纖解決方案要慢很多。802.11解決方案通常在5至30mbps範圍內操作，而光纖解決方案在100至1000mbps範圍內操作。這兩種橋操作距離可以超過10英里，基於802.11的解決方案可達到這個距離，而且它不需要線纜連接。但基於802.11的解決方案的缺點是速度慢和存在干擾，而光纖解決方案不會。光纖解決方案的缺點是價格高以及兩個地點間不具有直視性。 ^[3] 

中等規模的企業傳統上使用一個簡單的設計，他們簡單地向所有需要無線覆蓋的設施提供多個接入點。這個特殊的方法可能是最通用的，因為它入口成本低，儘管一旦接入點的數量超過一定限度它就變得難以管理。大多數這類無線局域網允許在接入點之間漫遊，因為它們配置在相同的以太子網和SSID中。從管理的角度看，每個接入點以及連接到它的接口都被分開管理。在更高級的支持多個虛擬SSID的操作中，VLAN通道被用來連接訪問點到多個子網，但需要以太網連接具有可管理的交換端口。這種情況中的交換機需要進行配置，以在單一端口上支持多個VLAN。 ^[3] 

儘管使用一個模板配置多個接入點是可能的，但是當固件和配置需要進行升級時，管理大量的接入點仍會變得困難。從安全的角度來看，每個接入點必須被配置為能夠處理其自己的接入控制和認證。RADIUS服務器將這項任務變得更輕鬆，因為接入點可以將訪問控制和認證委派給中心化的RADIUS服務器，這些服務器可以輪流和諸如Windows活動目錄這樣的中央用户數據庫進行連接。但是即使如此，仍需要在每個接入點和每個RADIUS服務器之間建立一個RADIUS關聯，如果接入點的數量很多會變得很複雜。 ^[3] 

交換無線局域網是無線連網最新的進展，簡化的接入點通過幾箇中心化的無線控制器進行控制。數據通過Cisco，ArubaNetworks，Symbol和TrapezeNetworks這樣的製造商的中心化無線控制器進行傳輸和管理。這種情況下的接入點具有更簡單的設計，用來簡化複雜的操作系統，而且更復雜的邏輯被嵌入在無線控制器中。接入點通常沒有物理連接到無線控制器，但是它們邏輯上通過無線控制器交換和路由。要支持多個VLAN，數據以某種形式被封裝在隧道中，所以即使設備處在不同的子網中，但從接入點到無線控制器有一個直接的邏輯連接。從管理的角度來看，管理員只需要管理可以輪流控制數百接入點的無線局域網控制器。這些接入點可以使用某些自定義的DHCP屬性以判斷無線控制器在哪裏，並且自動連結到它成為控制器的一個擴充。這極大地改善了交換無線局域網的可伸縮性，因為額外接入點本質上是即插即用的。要支持多個VLAN，接入點不再在它連接的交換機上需要一個特殊的VLAN隧道端口，並且可以使用任何交換機甚至易於管理的集線器上的任何老式接入端口。VLAN數據被封裝併發送到中央無線控制器，它處理到核心網絡交換機的單一高速多VLAN連接。安全管理也被加固了，因為所有訪問控制和認證在中心化控制器進行處理，而不是在每個接入點。只有中心化無線控制器需要連接到RADIUS服務器，這些服務器在圖6顯示的例子中輪流連接到活動目錄。 ^[3] 

交換無線局域網的另一個好處是低延遲漫遊。這允許VoIP和Citrix這樣的對延遲敏感的應用。切換時間會發生在通常不明顯的大約50毫秒內。傳統的每個接入點被獨立配置的無線局域網有1000毫秒範圍內的切換時間，這會破壞電話呼叫並丟棄無線設備上的應用會話。交換無線局域網的主要缺點是由於無線控制器的附加費用而導致的額外成本。但是在大型無線局域網配置中，這些附加成本很容易被易管理性所抵消。 ^[3] 

由於無線局域網需要支持高速、突發的數據業務，在室內使用還需要解決多徑衰落以及各子網間串擾等問題。具體來説，無線局域網必須實現以下技術要求： ^[3] 

1．可靠性：無線局域網的系統分組丟失率應該低於10^-5，誤碼率應該低於10^-8。 ^[3] 

2．兼容性：對於室內使用的無線局域網，應儘可能使其跟現有的有線局域網在網絡操作系統和網絡軟件上相互兼容。 ^[3] 

3．數據速率：為了滿足局域網業務量的需要，無線局域網的數據傳輸速率應該在54Mbps以上。 ^[3] 

4．通信保密：由於數據通過無線介質在空中傳播，無線局域網必須在不同層次採取有效的措施以提高通信保密和數據安全性能。 ^[3] 

5．移動性：支持全移動網絡或半移動網絡。 ^[3] 

6．節能管理：當無數據收發時使站點機處於休眠狀態，當有數據收發時再激活，從而達到節省電力消耗的目的。 ^[3] 

7．小型化、低價格：這是無線局域網得以普及的關鍵。 ^[3] 

8．電磁環境：無線局域網應考慮電磁對人體和周邊環境的影響問題。 ^[3] 

在組建無線局域網時，往往需要仔細考慮許多細節因素，才能成功搭建無線局域網，並保證其有很高的工作性能。 ^[5] 

1、在通過無線局域網連接遠程局域網時，遠程局域網所在的建築物應該儘量可視，如果無線局域網要穿過高大的建築物或茂密的樹木等障礙物，那麼搭建的無線局域網傳輸性能就會受影響，畢竟那些障礙物會直接影響無線局域網數據信號的正常傳輸。 ^[5] 

2、當遠程網絡與本地局域網之間的距離比較遠時，可以適當降低網絡傳輸帶寬，達到遠距離數據傳輸的目的，實在需要進行遠距離無線傳輸的話，不妨嘗試在中間設立無線局域網中繼中轉站，以便讓上網信號繞過障礙物。在無線局域網中，網絡信號進行近距離傳輸時，為了確保能夠獲取最大的傳輸帶寬，就要將幾個無線網橋互相集成在一起，同時無線局域網的天線高度基本不會受到影響。 ^[5] 

3、無線局域網的天線高度進行合適設置也是非常重要的，倘若沒有將無線局域網設備的天線高度設置合適，單純依靠增大天線增益或增大功率放大等方法，獲取的無線傳輸效果將十分有限。那麼可以考慮將無線節點設備的天線佈置在建築物的最項層上，並且儘量利用小型天線以便確保無線電波的相對集中，這樣有利於有效避免來自其他無線局域網信號的干擾。 ^[5] 

4、儘管無線局域網傳輸採用了跳頻技術，但上網信號的頻率載波很難被檢測到，如此一來只有當雙方無線設置了相同的網絡ID號，才能進行無線上網信號的安全傳輸。如果要進一步保證無線局域網的運行安全性，還可以對無線上網信號進行加密。 ^[5] 

將WLAN中的幾種設備結合在一起使用，就可以組建出多層次、無線和有線並存的計算機網絡。一般説來，無線局域網有兩種組網模式，一種是無固定基站的WLAN，另一種是有固定基站的WLAN。 ^[5] 

無固定基站的WLAN是一種自足網絡，主要適用於在安裝無線網卡的計算機之間組成的對等狀態的網絡。有固定基站的WLAN類似於移動通信的機制，安裝無線網卡的計算機通過基站（無線AP或者無線路由器）接入網絡，這種網絡的應用比較廣泛，通常用於有線局域網覆蓋範圍的延伸或者作為寬帶無線互聯網的接入方式。 ^[5] 

無固定基站的WLAN也被稱為無線對等網，是最簡單的一種無線局域網結構。這種無固定基站的WLAN結構是一種無中心的拓撲結構，通過網絡連接的各個設備之間的通信關係是平等的，但僅適用於較少數的計算機無線連接方式（通常是5台主機或設備之內）。 ^[5] 

這種組網模式不需要固定的設施，只需要在每台計算機中安裝無線網卡就可以實現，因此非常適用於一些臨時網絡的組建。 ^[5] 

當網絡中的計算機用户到達一定數量時，或者是當需要建立一個穩定的無線網絡平台的時候，一般會採用以AP為中心的組網模式。 ^[5] 

以AP為中心的組網模式也是無線局域網最為普遍的一種組網模式，在這種模式中，需要有一個AP充當中心站，所有站點對網絡的訪問都受該中心的控制。 ^[5] 

1．無線網卡。無線網卡的作用和以太網中的網卡的作用基本相同，它作為無線局域網的接口，能夠實現無線局域網各客户機間的連接與通信。 ^[3] 

2．無線AP。AP是Access Point的簡稱，無線AP就是無線局域網的接入點、無線網關，它的作用類似於有線網絡中的集線器。 ^[3] 

3．無線天線。當無線網絡中各網絡設備相距較遠時，隨着信號的減弱，傳輸速率會明顯下降以致無法實現無線網絡的正常通信，此時就要藉助於無線天線對所接收或發送的信號進行增強。 ^[3] 

無線局域網的用户管理的內容包括在移動通信中強調對移動電話用户的檔案、變更記錄等資料的管理和對交換機用户數據的管理；寬帶ADSL網絡中的用户管理強調的是用户的認證管理和計費管理，當然也包括用户資料的管理；分佈式的系統中強調用户的建立、刪除、權限設置、註冊、連接、記帳等。但是所有的用户管理不外乎通常包括的系統IP地址分配、用户資料庫管理、用户註冊、用户級別管理、用户權限設置、用户日誌和系統工作狀態監控等主要內容。 ^[4] 

在引入了新一代的Intemet協議IPv6之後無線局域網的用户管理主要處理以下幾個方面： ^[4] 

無線局域網從用户到無線接入點之間走的是無線鏈路，因此不存在IP地址的分配問題，但是一旦進入了接入網絡，接入網絡的AP就會給用户分配一個暫時的IP，在用户與網絡通信階段都會使用這一IP，直到用户離網，IP自動釋放。在IPv6網絡中的IP地址分配和管理，主要有被動分配和主動獲取兩種方式，主動獲得是通過IPv6協議簇的相關協議計算得出，主要通過網卡MAC地址使用特定的算法得到，被動分配是通過向網絡中的DHCPv6的服務器請求獲得。 ^[4] 

用户資料庫是為保存用户的基本人事資料如姓名、性別等而設置的，其目的是強制用户進行實名註冊，核查用户註冊時輸入的個人資料是否正確。當用户首次登錄網站進行用户註冊時，只有輸入的個人資料與資料庫保存的內容相一致時，才能完成整個註冊過程，否則不能成功註冊。這個部分屬於應用層管理的內容，與IPv6結合之後不需要太大的改動。 ^[4] 

用户註冊是對終端用户進行分類分級管理，保證系統有序運行的基礎。用户註冊信息是系統判別來訪用户是否為註冊用户的依據。為防止別有用心的員工冒名註冊，可將客户機IP地址和用户名、用户密碼及其他個人信息進行捆綁驗證。與IPv6結合之後，IPv6協議本身提供了很好的安全性，也可以充分利用IPv6的一些優點使用户的註冊更加完善。 ^[4] 

當終端接入網絡時網絡可以自動獲取來訪客户機的IP地址，並將該IP地址與用户註冊資料庫中的記錄進行比對，以判別來訪者是否為註冊用户。若在資料庫中未找到該客户機IP地址相關的資料，表明是未進行過註冊的終端，則引導其進行用户註冊：若用户註冊庫中存在該IP地址註冊資料，表明該客户機已進行過註冊，將提示用户輸入其個人資料姓名密碼等，然後再與用户註冊庫中的記錄進行比對驗證用户密碼確認用户身份。經確認的用户將被系統自動賦予一個標識，該用户且在終端上不能獲取和更改的存活期可由系統控制的身份信息。 ^[4] 

用户在單位和組織機構內通常都有一個明確固定的工作崗位，屬於某一部門和羣組，位於某一行政級別。不同級別的用户由系統管理員根據人事資料和用户註冊信息進行設置。這一部分與IPv6結合之後基本上沒有變動，也就是面向下一代全IP網絡中的接入WLAN網絡中，也不會有太大的變化。 ^[4] 

為防止用户進行越權訪問和隨意性的信息發佈活動必須對用户進行權限限制。當然這與具體的網絡協議沒有太大關係，因此對下一代IPv6網絡中沒有什麼變化。 ^[4] 

用户日誌是記錄用户活動統計信息欄目點擊率，分析改進網絡利用情況的第一手資料。用户日誌保存到數據庫中，便於日後的統計分析利用用户日誌信息，能對諸如用户登錄時間瀏覽的站點與欄目發佈的信息等進行統計分析。這一部分屬於應用層的操作，引入IPv6技術後，也不需要什麼變動。 ^[4] 

WLAN的實現協議有很多，其中最為著名也是應用最為廣泛的當屬無線保真技術——Wi-Fi，它實際上提供了一種能夠將各種終端都使用無線進行互聯的技術，為用户屏蔽了各種終端之間的差異性。 ^[4] 

在實際應用中，WLAN的接入方式很簡單，以家庭WLAN為例，只需一個無線接入設備-路由器，一個具備無線功能的計算機或終端（手機或PAD），沒有無線功能的計算機只需外插一個無線網卡即可。有了以上設備後，具體操作如下：使用路由器將熱點（其他已組建好且在接收範圍的無線網絡）或有線網絡接入家庭，按照網絡服務商提供的説明書進行路由配置，配置好後在家中覆蓋範圍內（WLAN穩定的覆蓋範圍大概在20 m~50 m之間）放置接收終端，打開終端的無線功能，輸入服務商給定的用户名和密碼即可接入WLAN。 ^[4] 

WLAN的典型應用場景如下： ^[4] 

（1）大樓之間：大樓之間建構網絡的連結，取代專線，簡單又便宜。 ^[4] 

（2）餐飲及零售：餐飲服務業可使用無線局域網絡產品，直接從餐桌即可輸入並傳送客人點菜內容至廚房、櫃枱。零售商促銷時，可使用無線局域網絡產品設置臨時收銀櫃台。 ^[4] 

（3）醫療：使用附無線局域網絡產品的手提式計算機取得實時信息，醫護人員可藉此避免對傷患救治的遲延、不必要的紙上作業、單據循環的遲延及誤診等，而提升對傷患照顧的品質。 ^[4] 

（4）企業：當企業內的員工使用無線局域網絡產品時，不管他們在辦公室的任何一個角落，有無線局域網絡產品，就能隨意地發電子郵件、分享檔案及上網絡瀏覽。 ^[4] 

（5）倉儲管理：一般倉儲人員的盤點事宜，透過無線網絡的應用，能立即將最新的資料輸入計算機倉儲系統。 ^[4] 

（6）貨櫃集散場：一般貨櫃集散場的橋式起重車，可於調動貨櫃時，將實時信息傳回office，以利相關作業之逐行。 ^[4] 

（7）監視系統：一般位於遠方且需受監控現場之場所，由於佈線之困難，可藉由無線網絡將遠方之影像傳回主控站。 ^[4] 

（8）展示會場：諸如一般的電子展，計算機展，由於網絡需求極高，而且佈線又會讓會場顯得凌亂，因此若能使用無線網絡，則是再好不過的選擇。 ^[4]