家庭局域网的因特网连接选型方案设计.docx

家庭局域网的因特网连接选型方案设计.docx

《家庭局域网的因特网连接选型方案设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《家庭局域网的因特网连接选型方案设计.docx（44页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

家庭局域网的因特网连接选型方案设计

摘要

本文从局域网规格标准出发，详细概述局域网组建原则，就家庭局域网改建作重点探讨。

同时本文就无线局域网的基本搬念、关键技术、相关协议标准及网络安全等主要问题。

通过具体实例，对无线局域网在家庭局域网中具体应用中的规范、设计及实现作了深入的规划。

首先与有线网络作比较，分析无线局域网所具有的优势和前景，并进一步通过对无线组网技术的探讨与分析，提出自己的观点。

对运营商和住宅用户进行需求分析，从而对家庭内部信息点的分布设计和建筑间的网络连接进行总体规划。

详细介绍在本方案设计中所需使用的设备，并做出必要的估算，以达到较高的性价比。

最后根据总体方案划分子网，统一分配IP地址以及VLAN区域。

本方案设计目标是，在家庭建设一个安全、开放、灵活的无线网络。

关键词：

IP地址，无线网络，无线局域网规格标准

注：

本设计（论文）源于教师的国家级（或部级、省级、厅级、市级、校级、企业）科研项目，项目编号为：

。

Abstract

Startingfromthelocalareanetworkspecifications,detailedoverviewoftheLocalAreaNetworkprinciples,thefamilyconvertedtofocusonlocalareanetwork.Atthesametimethismoveonthebasicconceptsofwirelesslocalareanetworks,keytechnology,therelevantprotocolstandardsandnetworksecurityandothermajorissues.Throughconcreteexamples,ofwirelessLANinthehomeLANspecificapplicationinthespecification,designandimplementationplanindepth.Firstofall,comparedwithwirednetworks,wirelesslocalareanetworkbyanalyzingtheadvantagesandprospects,andfurtherthroughthewirelessnetworkingtechnologydiscussionandanalysis,putforwardtheirownpointofview.Theoperatorandresidentialuserneedsanalysis,andthusthedistributionofinformationpointswithinthefamilydesignandconstructionofthenetworkconnectionbetweenthemasterplan.Detailsrequiredinthedesignoftheequipmentusedin,andmakethenecessaryestimatestoachieveahighercost.Finally,theoverallprogramsubnetting,uniformdistributionofIPaddressesandVLANregion.Thedesigngoalistobuildthefamilyasafe,open,flexiblewirelessnetwork.

Keywords:

IPaddress,wirelessnetwork,wirelessLANspecifications

1绪论

1.1题目背景及目的

近些年来随着个人数据通信的发展，功能强大的便携式数据终端以及多媒体终端得到了广泛的应用。

为了实现使用户能够在任何时间、任何地点均能实现数据通信的目标，要求传统的计算机网络由有线向无线、由固定向移动、由单一业务向多媒体发展，由此无线局域网技术得到了快速的发展。

无线局域网技术在许多领域中正应用得越来越普及，随着技术的发展，大多数用户已经信服了其可靠、卓越的性能并准备将其应用在规模更大、更为复杂的无线网络。

无论是家庭/SOHO一族还是各类大规模企业来说，无线网络已经是他们日常生活中必不可少的一部分。

无线网络伴随着社会的进步和科技的发展在各个领域中发挥着非常重要的作用。

随着网络的普及，家庭用户网络与日俱增，而当今无线通信技术也在不断发展，传统局域网络已经越来越不能满足人们的需求，于是无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）应运而生，且发展迅速。

无线局域网是无线通信技术与网络技术相结合的产物。

从专业角度讲，无线局域网就是通过无线信道来实现网络设备之间的通信，并实现通信的移动化、个性化和宽带化。

通俗地讲，无线局域网就是在不采用网线的情况下，提供以太网互联功能。

对于传统有线局域网络已经越来越不能满足人们的需求的例子如下：

现在，全国有70%以上的小区家庭没有接入宽带网络，其中没有进行宽带接入的大部分小区家庭建设较早，他们不适合进行布线。

如某小区家庭是一个拥有多幢高层居民楼的比较大的小区家庭，每幢楼每层均为多户住家,结构为一梯两户型。

由于小区家庭建成较早,在楼间及楼内均未铺设计算机网络，同时楼距较大，且居民已全部入住。

在此情况下,如果采用有线方式对小区家庭建筑物重新进行布线具有较大的困难，因此考虑实施无线解决方案。

而且，该地区地势平坦，无阻挡，有利于无线信号传播。

为此，区内业主提出给整个小区家庭做无线宽带覆盖业务。

未来家庭局域网选型的前景：

针对于无线局域网广阔的应用前景、广泛的市场需求以及技术上的可实现性，促进了无线局域网技术的完善和产业化，已经商用化的802.11b网络也正在证实这一点。

随着802.11a网络的商用和其他无线局域网技术的不断发展，无线局域网将迎来发展的黄金时期。

而无线局域网必将在未来几年运用到家庭局域网中，而传统的有线局域网必将在未来会淘汰，无线家庭局域网体现所设计的网络能够满足家庭现有及未来十年以上信息系统的应用需求，把握“够用”和“实用”原则，不必要“一步到位”。

而且由于在无线局域网中增加或减少用户是相当容易的，通过增加无线接入点（AP）的数量就可以增大用户数量和覆盖范围，这一特点对于小区家庭宽带用户逐步增加的网络建设需求是非常适合的。

在网络开通初期,可配置较少的接入点，随着用户数量的增加，再根据需要增加接入点的数量，可以节省大量费用。

再者，无线局域网具有传统有线网络无法比拟的特定：

（1）灵活性。

在有线网络中，网络设备的安放位置受网络位置以及地理位置的限制.而无线局域网只要在无线信号覆盖区域内，任何一个位置都可以接入网络。

无线局域网另一个优点在其移动性.连接到无线局域网的用户可以在信号覆盖范围内任意移动且能同时与网络保持连接。

（2）安装简易。

无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量，一般只要安装一个或几个接入点设备，就可以建立覆盖整个区域的局域网络。

（3）容易维护。

故障定位容易。

有线网络一旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。

无线网络则很容易定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接。

（4）易于扩展。

无线局域网有多种配置方式.可以很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络.并且能够提供节点之间诸如“漫游”等有限网络无法实现的特性。

（5）低成本。

无线局域网不在需要大量的工程布线，同时节省了线路维护的费用；

（6）移动性：

不受时间，空间的限制，用户可在网络中漫游；

由于无线局域网有以上诸多优点，因此其发展十分迅速。

最近几年，无线局域网已经在企业、医院、商店、工厂和学校等场合得到了广泛的应用。

尽管目前无线局域网还不能完全独立于有线网络，但近年来无线局域网的产品逐渐走向成熟，正以它优越的灵活性和便捷性在网络应用中发挥日益重要的作用。

未来不久，家庭无线局域网将得到蓬勃的发展。

本设计题目的目的：

为家庭局域网提供无线局域网的选型方案，适应未来家庭局域网的发展，淘汰传统的有线局域网，保证无线网络的各方面的家庭因特网连接的需求，和安全性。

1.2国内外研究状况

WLAN国内研究状况：

2007年是WLAN行业大发展的一年，IDC数据显示，运营商市场经历了前几年WLAN业务发展和网络建设部署的低潮，近年来随着业务定位和经营理念的转变，WLAN作为一种增强运营商竞争力的业务，2007年以来其网络部署有了明显的增长，尤其是随着中国移动宣布以“Wimax＋WLAN”的方式为2008年北京奥运会提供宽带无线接入服务，已具有一定热点网络覆盖基础的WLAN无疑是运营商提供宽带无线接入业务的不错选择。

据WLAN联盟与市场研究公司In-Stat先前公布的最新数据显示，2007年WLAN芯片组的销量已经达到3亿件，较2006年增长了41%。

预计到2012年，WLAN全球行业总值将达到190亿美元，大约有7亿件电子产品将采用WLAN连接，并且WLAN的应用范围将更广，支持WLAN的消费电子产品和手机的数量将超过支持WLAN的笔记本电脑的数量。

作为拥有上万个WLAN热点及世界上移动电话用户最多的国家，中国已成为可支持WLAN技术的消费类和企业类产品的具有长期战略意义的关键市场。

在热火朝天的建设过程中，对于WLAN运营的商业模式却仍然还是WLAN网络运营机构心头的痛，免费、收费？

收谁的费用，收多少费用，怎么收费等等至今仍扑朔迷离。

目前国外已有许多运营商进行了相关尝试，但结果都并不尽如人意。

主要原因有建网耗资过大，以及缺乏成熟的业务模式等。

虽然网状WLAN目前在中国已有部分地区覆盖，但也存在运营模式不清晰的问题。

WLAN运用于家庭中，在国内现状还在起步和发展时期，前景巨大。

国外WLAN的研究状况

在无线通信领域，美国目前已经有185个城市部分覆盖或者完全覆盖了WLAN网络，从而成为世界上WLAN网络覆盖面积最广的国家之一。

美国第一个在全城部署WLAN无线城域网的城市是宾夕法尼亚州的费城，2005年10月费城确定了承包商Earthlink，该公司宣布，2006年第四季度将在全城完成部署，正式运营，包月费为20美元，部分弱势用户可获得10美元的特惠，用户在公园和公共场所使用时全部免费。

后来越来越多的美国城市加入了部署WLAN无线城域网的行列，如依里诺依州的芝加哥市、加州的旧金山、俄亥俄州的克里斯兰、明尼苏达州的明尼波里斯和宾西法尼亚州的匹茲堡等大都市都在其中之列。

美国建设WLAN无线城域网的目的本来是作为一种公共服务提供了大众使用，没想到在公共服务方面没有取得太大进展的时候，在抗灾抢险中却发挥了重大作用。

2005年秋强热带风暴几次袭击墨西哥湾的露易斯安那、密西西比和德克蕯斯等州，当时无论固定电话还是移动电话设施都遭受了严重损坏，在受灾地区恢复通信的过程中，WLAN做出了很大贡献。

T-Mobile、Wayport、SBC和麦当劳等对灾区WLAN用户提供了免费的服务，Intel公司还向灾区的避难所免费提供了笔记本电脑和热点设备，在保障通信方面发挥了重要作用。

在受灾最重的露易斯安那州的新奥尔良市，主持救灾的政府机构为了通知被疏散人口回返和保障他们的就业，在市中心建立了免费的WLAN网络。

WLAN运用于家庭中，国外一些国家，如美国，已经有了很大的规模。

1.3论文构成及研究内容

本设计从家庭局域网的的因特网连接现状和前景出发，选出适合的方案（无线局域网的因特网连接技术），和对于方案的安全性进行设计，并且验证设计的正确性。

本文分6个章节进行阐述：

第1章：

概论，主要介绍了论文的背景，概述了国内外研究概况及发展趋势，本文的主要内容及组织结构。

第2章：

项目设计的相关的知识介绍，如网络的基础知识和通信的原理。

第3章：

详细介绍网络的进一步知识：

网络的规划设计。

第4章：

对方案进行设计，详述技术的原理和可行性、必要性。

第5章：

对无线家庭局域网的因特网连接的网络测试与维护，验证设计的正确性。

第6章：

总结。

2网络的功能与构造

2.1网络概述

2.1.1网络

在日常生活中，我们经常会听到这样的话：

“我刚从网上下载了好多图片。

”“今天网络速度有点慢。

”大家一听都明白，这里的“网”、“网络”指的是因特网。

可是，计算机网络可不仅仅指因特网。

计算机网络是由两台或两台以上的计算机通过网络设备连接起来所组成的一个系统，在这个系统中计算机与计算机之间可以进行数据通讯、数据共享及协同完成某些数据处理工作。

网络可以包括由家里或办公室中通过电缆所连接起来的两台计算机，也可以由全球成千上万台计算机，相互间通过电缆、电话线和卫星建立连接。

除了连接计算机外，网络还可以接连打印机、光驱、传真机等其他设备。

各种设备之间可以通过铜线、光缆、无线电波、红外线或卫星进行通信。

2.1.2网络的种类

计算机网络种类众多，性能各异，根据不同的分类原则，可以有多种分类方法，如拓扑结构、通信方式等。

从网络覆盖范围划分是一种常用的网络划分标准。

按照覆盖范围来说，校园网属于局域网，与之相对应的概念是广域网。

要说明的是，按照覆盖范围将网络进行划分并没有严格意义上定量的规定，只能是一个大致的概念，见表2.1。

表2.1网络类型（按覆盖范围划分）

网络类型

覆盖范围

实例

局域网（LAN-LocalAreaNetwork）

十千米以内

校园网、计算机教室等

广域网（WAN-WideAreaNetwork）

几十千米到几万千米

因特网

2.2网络的功能

上述由三台计算机组成小型网络，除了这几台计算机，彼此之间可以通信之外，最大的好处是它们都能同时接入因特网，与外界进行通信。

除此之外，一台计算机中的数据资料可以在其他计算机上调用；连接在其中一台计算机上的打印机、扫描仪等外部设备，也可以供其他计算机使用，即可以实现硬件、软件资源的共享。

一个计算机网络，不管它是连接几台计算机的局域网，还是跨越洲际的广域网，所能实现的主要功能都是一样的。

概括地说，计算机网络有三大功能：

数据通信、资源共享与分布处理。

2.3网络中的硬件

那么，计算机网络又是由哪些硬件构成的呢？

简单地说，网络主要就是通过线缆将计算机和一些通信连接设备连接起来的，如图2.1。

图2.1网络中的硬件

2.3.1工作站和服务器

在计算机网络中，用户直接接触最多的网络设备是计算机。

网络中的计算机按其功能的不同有工作站（Workstation）与服务器（Server）之分。

一般我们使用高性能计算机作为网络中的服务器，享受服务器所提供的服务的那些计算机，我们称之为工作站，也称客户机（Client）。

这里所说的服务主要是指网络提供的功能。

服务器是网络上一种为客户机提供各种服务的高性能的计算机，它能够用于网络管理、运行应用程序、处理各网络工作站成员的信息请示，连接一些外部设备如打印机、调制解调器及昂贵的专用通讯设备，并提供给网络上的工作站共享。

例如，提供几台计算机同时通过一根宽带上网的服务，我们就需要有服务器。

当客户机需要某种服务时，它提出服务请求，然后由服务器提供服务，这种结构称为客户机/服务器（C/S，Client/Server）模式。

使用这种模式构建的系统也就称为客户机/服务器系统。

我们身边绝大多数网络都是这种系统。

但是有些小型网络，所有计算机的地位都是平等的，没有服务器和客户机之分，我们称这种网络为对等网（PeerToPeer）。

在网络中，用户直接面对的是工作站，表面看来似乎所享受的服务都是由工作站提供的，可是，实际上这些服务都源自于服务器的支持，就好像我们收信时，虽然送信的是邮递员，但是不能忘了邮局和运输部门在信件传递中的功劳。

服务器不仅仅是向客户机上的客户端程序提供某种特定服务的计算机，实现同样功能的软件也可以叫服务器。

例如，代理服务器这一名称可能指代理服务器软件，也可能指用于运行代理服务器软件的计算机。

一台单独的服务器计算机上可以同时有多个服务器软件在运行，也就是说，这台计算机可以向网络上的工作站提供多种不同的服务（例如Web服务、邮件服务、数据库服务等）。

因此在一些小型局域网中，可能只有一台计算机充当服务器，但它上面却会运行着多个服务器软件，如图2.2。

一台服务器如果运行的服务器软件过多，将因为负载过重而造成性能的下降，因此在很多的局域网中，会有一台以上的服务器工作，它们各司其职，发挥着不同的作用。

图2.2综合服务器

2.3.2传输介质

网络中的计算机等设备是通过传输介质连接的。

这里所说的传输介质一般是指用于传送网络数据的专用线缆。

从传输方式上讲，传输介质有有线与无线两种。

目前，常用的有线传输介质有双绞线（如图2.3）和光缆（如图2.4）。

图2.3双绞线图2.4光缆

每一种传输介质都有其传输特性及优缺点，因此在选择传输介质时，我们需要从抗干扰能力、距离、成本和安全性等众多方面进行考虑，根据不同的条件选择适当的传输介质，见表2.2。

表2.2双绞线与光缆的比较

双绞线

光缆

单段信号传输线缆最大长度

100米

几十千米

带宽

不同型号有所不同

几乎无限

适用场合

短距离内的布线，如楼内布线

主要用于主干线，楼宇间的布线

除了有形的线缆以外，还有一种无法触摸的网络传输数据方式，就是我们熟悉的电磁波。

像我们日常生活中接触的广播电台和电视塔一样，通过电磁波而无需经过线缆传输信息的网络称为无线网络。

近年来，越来越多的宾馆、饭店和机场等公共场所都建成了无线局域网，用户的电脑上只要插上一块漫游式无线上网卡（如图2.5），就能够轻松上网了。

不少公司、单位也使用了无线技术，人们坐在办公室里的任何角落都可以上网办公，再也不用考虑网线的位置与长度了。

图2.5无线网卡

2.3.3通信连接设备

数据通过传输介质在网络中传输，那么数据又是如何准确到达目标设备的,就是网络中的通信连接设备在发挥作用。

它能够引导信息准确地到达目标节点，就好像邮政系统中的运输人员以及投递员、分捡员，负责按照信封上的地址把邮件投递到正确的收信人手中一样。

通常来讲，通信连接设备包括中继器、集线器（又称HUB，如图2.6）、网桥（如图2.7）、交换机（如图2.8）和路由器（如图2.9）等。

图2.6图2.7图2.8图2.9

集线器无线网桥交换机路由器

随着先进的交换技术和路由技术的发展，网桥技术已经落伍了，目前已经很难再见到把网桥作为一种独立设备了。

网桥目前运用较多的场合是在无线网络中。

例如，可以在两栋楼各放置一个遥相对应的无线网桥，取代在两楼之间的光缆布线。

中继器与集线器的作用基本一致，其主要区别在于端口数量，网桥与交换机之间的异同也是如此。

2.4网络的软件

和计算机一样，仅靠硬件，网络还是无法工作的，它也需要一些相应软件的支持。

2.4.1网络软件分类

网络中的软件通常包括网络操作系统和应用软件等。

1.网络操作系统

网络中的服务器与工作站都需要操作系统，但是服务器所需要的操作系统与工作站使用的操作系统要求有所不同。

工作站操作系统的着眼点是单机性能最佳，而服务器上运行的网络操作系统（NOS，NetworkOperationSystem），以使网络性能最佳为目的，如共享数据文件、软件应用，以及共享硬盘、打印机和传真机等。

现在常用的网络操作系统有WindowsNT、Windows2000、NovellNetware、Unix和Linux等，各种网络操作系统都有其特点与优势。

我们日常接触的Windows2000、WindowsXP等操作系统，到底算普通操作系统还是算网络操作系统呢？

从WindowsNT到Windows2000、WindowsXP等，都是网络操作系统。

当然这并非说它们就不能被用在工作站上，只不过用在工作站上时，我们并没有充分发挥它们网络方面的功能而已。

2.网络应用软件

与普通用户联系更紧密的还是许多网络应用软件，通过它们，我们可以方便地使用很多电脑和网络的功能。

常用的软件有解压缩工具、文件下载工具、文件上传工具、网络媒体播放器等。

2.4.2C/S与B/S

网络应用软件有两种结构，其中一种是客户/服务器（C/S，Client/Server）结构，还有一种是浏览器/服务器（B/S，Brower/Server）结构。

其实基于Web的B/S方式也是一种C/S方式，只不过它的客户端是浏览器。

为了区别于传统的C/S模式，才特意将其称为B/S模式。

来回忆一下我们在初中提及的FTP服务。

想要使用FTP服务，首要条件是服务器上安装有FTP服务器软件，并提供此种服务。

然后，在工作站上，我们用两种方式可以使用服务器提供的FTP服务。

一种是在Web浏览器中输入服务器地址，另一种是使用FTP工具（如CuteFTP）与服务器连接。

这也是对应于这两种结构的。

对于用户来说，两种方式最明显的区别在于，采用C/S结构时，需要安装客户端软件，如上面例子中提到CuteFTP；而使用B/S结构，可以直接在浏览器中操作。

由表2.3可以看出，B/S、C/S结构各有其优点与缺点，要根据运用场合、涉及到的数据处理量、对客户端的要求等情况考虑，选择合适的网络应用软件结构。

关于网络协议的具体内容，我们将在第二章中详细讲述。

表2.3C/S结构与B/S结构的比较

比较内容

C/S结构

B/S结构

客户端安装与维护

需要安装客户端软件，维护、升级时服务器和每台客户端都要操作，工作量较大

不需要安装客户端软件，只要使用浏览器上网就行，维护、升级只要在服务器上操作就可以了

对客户端、服务器的要求

客户端和服务器都能够处理任务,对客户机要求较高，服务器压力较小

客户端只能完成简单功能，绝大部分工作由服务器承担，服务器的负担较重

客户端响应速度

客户端响应快

页面动态刷新、响应速度明显

降低

对客户端操作系统的要求

对客户端的操作系统有要求

对客户端的操作系统没有要求

适合场合

更适合局域网

更适合广域网

2.5数据的传输过程

网络的三大主要功能能够得以实现，其最基本的保证在于网络中计算机之间的数据能够得以传输。

为了更好地理解网络中的数据传输，我们先来看看邮政系统中信件是如何传送的，因为计算机网络中的信息传输与邮政系统中的信件传送有许多相似之处，如图2.11。

图2.10邮政系统分层模型

在信件传递的过程中，主要涉及三个子系统，即用户子系统、邮局子系统和运输子系统。

人们写信时，都有个约定，这就是信件的格式和内容。

如所用语言必须是双方都懂的，格式方面要把对方称谓、写信人落款写在固定位置。

这样，对方收到信后，才能知道是谁给自己写的信，看懂信的内容。

信写好后，必须用信封装好并交由邮局寄发，这样寄信人与邮局之间也要有约定，如规定信封写法并贴足邮票。

如果这是一封国际信函，那么还存在着国内外信封写法的差异：

国际信函将寄信人姓名地址写在上方，而收信人地址写在中间偏下方。

那么在收发国际信函中，邮局必须遵守国际约定，否则寄信人被当做收信人，邮件又被送回去了。

邮局收到信后，交付给运输部门进行运输。

这时，邮局和运输部门之间也有约定，如到站时间、地点和包裹形式等。

信件运送到目的地后进行相反的过程，最终将信件送到收信人手中。

如果没有将这个邮件