无线局域网校园局域网设计.docx
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无线局域网校园局域网设计
无线局域网技术大作业
院（系）电气与信息工程学院
专业班级计算机科学与技术1004班
学生姓名学号
成绩
2011年11月19日
摘要
国内的校园网绝大部分都是采用有线的方式构建的，缺少无线的相关方案。
无线网络因为具有使用方便、不用布线、施工量少、维护轻松的特性，在未来的网络技术中必将成为主流，所以在设计无线接入的方案时，既要保证对原有的有线网络的兼容，以最大限度地避免资源浪费；也要放眼未来，保证现有技术到未来新型网络技术的平滑过渡。
设计和研究802.11无线协议，构建一个优秀的无线校园WLAN的方案，能大大提高学生、教师们的学习和工作效率。
本文通过对我国目前校园网建设情况的分析,并在综合考察无线网络技术的应用状况后,简要的介绍了学校无线网络规划与设计。
在论文中涉及到学校对无线网络建设要求、目标以及拓扑结构选择还有在学校方案的实施。
提出了组建无线校园网的必要性、可行性以及其具体的组建方案。
关键词：
校园无线网络,规划与设计,802.11技术
目录
一背景介绍4
1.1概述4
二需求分析7
2.1建设背景7
2.2学校建设无线网络的目标7
2.3具体实施目标8
2.3.1覆盖范围要求8
2.3.2安全、认证、和管理要求9
2.3.3校园无线网网络结构要求9
2.3.4工程布线和安装要求9
三设计方案10
3.1概述10
3.2WLAN的工作机制10
3.3无线网络设计原则11
3.4网络标准的选择12
3.5校园无线网络设备选型原则13
3.6校园无线网的设计分析14
四详细设计方案16
4.1主要拓扑图16
4.2网络仿真16
4.3校园无线网络的三种典型应用方案18
4.3.1室外区域无线覆盖方案19
4.3.2室内区域无线覆盖方案二19
4.3.3机房无线覆盖方案21
五安全防护21
5.1WLAN面临的威胁21
5.2实现目标与协议标准22
5.3无域网的安全认证23
5.4开放认证23
5.5共享密钥认证23
5.6无线局域网的加密技术23
5.7选择无线局域网安全策略的原则24
六设备选型25
6.1无线网络设备选购25
6.2工程报价：
28
七总结29
参考文献30
一背景介绍
1.1概述
无线局域网（WLAN）技术于20世纪90年代逐步成熟并投入商用，既可以作传统有线网络的延伸，在某些环境也可以替代传统的有线网络。
无线局域网具有以下显著特点：
简易性：
WLAN网桥传输系统的安装快速简单，可极大的减少铺设管道及布线等繁琐工作；
灵活性：
无线技术使得WLAN设备可以灵活的进行安装并调整位置，使无线网络达到有线网络不易覆盖的区域；
综合成本较低：
一方面WLAN网络减少了布线的费用，另一方面在需要频繁移动和变化的动态环境中，无线局域网技术可以更好地保护已有投资。
同时，由于WLAN技术本身就是面向数据通信领域的IP传输技术，因此可直接通过千兆自适应网口和企业、学校内部Intranet相连，从体系结构上节省了协议转换器等相关设备；
扩展能力强：
WLAN网桥系统支持多种拓扑结构及平滑扩容，可以十分容易地从小容量传输系统平滑扩展为中等容量传输系统；
无线是实现教育信息化目标的方式，更是网络发展的方向。
尽管无线技术的发展还很缓慢，与有线网络发展不是一个级别，但是它绝不单纯是有线网络的扩展。
至少，无线网络完全可以满足教育的需求。
我们更应该看重的如果是信息的重要性，而不是视听娱悦的社会标准，并且踏踏实实的办教育，那么教育信息化的进程就会极限的加速。
退一步说，我们应高考虑到这样一种社会作用，当无线技术被推广和普及，并被广泛接受和讨论之后，其本身也将发生重大的变革和发展。
而我们现在需要做的就是凭借现有无线技术的发展水平，使用现有的技术成熟的设备，开动脑筋去最实际的推广信息化教育的模式。
不仅是形式上的网络，更是思想、教育模式、教育理念上的转变。
我们经历了大学中由精英教育转向大众化教育的时期，我们所希望的是在大众化教育这个扼杀人才的教育刚刚萌芽的时候，教育能够立刻转向自主学习的教育模式，汲取发达国家或者说的资本主义国家的教育成功的经验，只有这样才会推动时代的进步。
大众化应该是一种形式上的东西，而不应该成为教育的理念。
因此，将校园网络建成学生的信息热点是教育信息化最佳的途径，信息化的目标应该是让每个学生都能够接入网络，并将获取使用信息，将这种学习模式作为学习的一种方式和途径。
这就需要一种能够被迅速、广泛推广的普适的信息网络组建方案。
无线局域网技术标准主要有IEEE（美国电子电气工程师协会）的802.11系HE列、ETSI（欧洲电信标准化组织）的HomeRF标准和HomeRF工作组的HomeRF标准。
IEEE的802.11标准系列由于它的以太网标准802.3在业界的影响力使得在业界一直得到最广泛的支持。
在当前市场上,IEEE802.11系列标准已经在无线网络应用中占据了主要地位。
802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准,主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入,业务主要限于数据存取,速率最高只能达到。
由于它在速率上不能满足人们2Mbps的需要因此IEEE小组又相继推出了802.11b和802.11两个新标准。
802.11b是对802.11的一个补充,在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps1Mbps的不同速率间自动切换它改变了WLAN设计状况,扩大了WLAN的应用领域。
802.11b已成为当前主流的WLAN标准,其产品普及率最高,在众多的标准中处于先导地位。
802.11a工作在5GHZ频带,物理层速率可达24Mbps,传输层可达25Mbps。
802.11a使用的是较高的频率,提供更高的带宽,而且工作在一个干扰较少的频带里,支持语音、数据、图像业务,但制造成本品价位较高。
802.11a最明显的缺点就是兼容性,802.11a产品和现在已经安装的802.11b不能互通。
鉴于802.11a与802.11b的不兼容问题,IEEE制定了一种可以同时兼容两种标准的802.11g标准。
802.11g是一种混合标准,它既能适应传统的802.11b标准,在2.4GHz频率下提供11Mbps数据传输率,也符合802.11a标准在5GHz频率下提供54Mbps数据传输率。
802.11g标将有助于进一步推动无线局域网的发展。
二需求分析
2.1建设背景
在信息迅猛发展的今天，国内所有高校均实现了有线校园的建设。
但随着教学设施的完善，越来越多的便携式计算机终端被带进了教室，越来越多的学生也开始拥有了带有无线网卡的计算机终端。
教师和学生对高校校园网的依赖性相当之高，“随时随地获取信息”已成为广大师生们的新需求。
但是，传统的有线校园网存在着诸多“网络盲点”，比如在图书馆、食堂等许多不宜网络布线的场馆设施如何联网？
在教室、实验室等场合如何突破网络节点限制、实现多人同时上网的问题？
这就需要我们在现有网络的基础上充分扩展和利用无线网络来解决。
2.2学校建设无线网络的目标
总体建设目标是以现有宿舍区和教学区内网络为依托，利用无线网络技术，改善教学区信息网络建设基础设施的环境，解决何时何地都能上网问题，进一步扩大教学区网络的使用范围，使师生们在任何时间、任何地点都能方便高效地使用信息网络。
（1）在学校实行无线覆盖。
在校园中，你是不可能做到每一个角落都一定可以网线到位的。
而随着校园信息化的发展，势必要求把网络延伸到校园的每一个角落，比如阶梯教室、体育场馆、会议厅、图书馆阅览室、办公楼内扩容、家属区上网，这些地方都无法采用有线网络来完成，只有WLAN可以解决这些问题。
（2）在学校能漫游。
用户在移动中，需要时刻保持与网内不同无线接入点的稳定连接以实现漫游。
室外无线接入点RG-P-780支持标准漫游协议，实现跨区域的无缝漫游，并自动寻找最佳信号质量的无线接入点建立连接。
（3）方便管理，迅速排错。
对设备的管理是网络管理的重要部分。
建成后的校园无线网络中，所有网络设备应当遵循统一的、标准的管理协议和兼容性，并满足集中、统一管理的功能需要，使得网络中心管理人员可以在网管工作站随时观察每一台网络设备的工作状态。
2.3具体实施目标
侧重实际应用，覆盖校园内大部分区域，为教学和学习生活提供切实可用的无线网络环境；
采取通行的网络协议标准：
目前无线局域网普遍采用802.11系列标准，因此校园无线局域网将主要支持802.11g（54M带宽）标准以提供可供实际应用的相对稳定的网络通讯服务，同时兼顾多种类型应用和将来的投资保护，需要同时支持801.11a，802.11b，实现双频三模技术。
但是为了长远利益着想我们的无线设备将采用支持802.11n标准（300M带宽）的设备为以后的升级预留空间。
全面的无线网络支撑系统（包括无线网管、无线安全等），以避免无线设备及软件之间的不兼容性或网络管理的混乱而导致的问题；
保证网络访问的安全性；采用非独立型的无线网络结构选型（即：
有线无线结合）。
2.3.1覆盖范围要求
有线网络无法接入的室外场所：
校园内一些场所很难实现网络有线接入，采用无线方式可以实现覆盖大范围室外空间的无线网络接入。
本次建设主要包括图书馆前后空地（学生室外学习的主要地方）。
有线网络使用不便或受限的室内空间：
校园内一些室内场所空间较大，会产生许多人同时接入网络的需求，采用有线的方式只能提供少量接口，不能满足要求。
用无线网络覆盖来解决相当数量的移动设备同时访问网络的问题。
主要包括图书馆、办公楼、实验楼、A,B教学楼，二教教学楼等。
2.3.2安全、认证、和管理要求
实现针对用户管理、认证、控制功能；
2.3.3校园无线网网络结构要求
无线接入所需布设的无线路由器通过校园网的汇聚层设备接入到校园网中，在汇聚层都提供相应的接口给无线网。
2.3.4工程布线和安装要求
室内部分：
定好较为开阔位置，将网线走暗线铺设到位，无线路由器可利用设备本身自带的安装附件进行安装；如果需要遮蔽，则需要定制非金属安装盒；如果是挂在天花板上，则根据天花板的情况而定，若天花板是非金属结构，可以固定在天花板内。
安装过程中应充分考虑防盗问题。
室外部分：
根据设备位置有两种布线方式。
如果无线路由器设备放置在楼顶，则需要走网线和电源线；如果无线路由器设备放置在室内，天线放置在室外，则需要走天线馈线。
这两种方式馈线都需走铁管，贴防水胶方式处理，安装过程中应充分考虑防盗。
供电部分：
无线路由器的供电可采用POE方式由接入的网络设备进行供电（无需本地供电）。
三设计方案
3.1概述
WLAN（WirelessLocalAreaNetwork，无线局域网）是通信行业的一个时髦词语，而且可以肯定它是一种人人都想使用的技术。
WLAN变得如此流行的原因是易于安装和使用。
通过WLAN系统，用户无须考虑复杂的线路连接和布置问题。
可是WLAN系统也不是完全的“无线”，因为只有客户端是可移动的，而服务器或者说接入设备是固定的。
使用WLAN解决方案，网络服务商和企业能给他们的客户提供无线局域网服务，这些服务包括：
使用带有WLAN功能的设备组建一个无线网络。
这个网络可以成为接入固网或者Internet的入口。
配置了无线PCI网卡的客户端可以与无线网络建立连接并访问固网或Internet。
WLAN客户端与传统的802.3局域网的互连。
通过不同的加密和认证方式实现安全的访问。
WLAN功能使用户能够安全的访问网络并且能在同一移动区域内进行快速漫游。
3.2WLAN的工作机制
WLAN由以下几个部分组成：
⑴Client（客户端）：
带有无线网卡的便携机。
⑵AccessPoint（无线路由器，接入点）：
执行桥接操作的设备，在客户端（Client）和局域网（LAN）之间对无线帧和有线帧进行相互转换。
⑶AccessController（AC，无线控制管理器）：
对WLAN内所有无线路由器进行管理和控制的设备，通过与认证服务器的通信来进行信息过滤。
⑷WirelessMedium（无线媒介）：
用于客户端间进行帧传输的媒介。
在WLAN系统里使用无线电频率做为媒介。
3.3无线网络设计原则
采用先进成熟的技术和设计思想，运用先进的集成技术路线，以先进、实用、开放、安全、使用方便和易于操作为原则，突出系统功能的实用性，尽快投入使用，发挥较好的效能。
本系统在软件配置和硬件设备，整个系统设计上依照以下原则确定：
（1）先进性6世界上计算机技术的发展十分迅速，更新换代周期越来越短。
所以，选购设备要充分注意先进性，选择硬件要预测到未来发展方向，选择软件要考虑开放性，工具性和软件集成优势。
网络设计要考虑通信发展要求，因此，主要、关键设备以进口为主，但国内能满足要求的，尽量采用国产设备。
（2）实用性系统的设计既要在相当长的时间内保证其先进性，还应本着实用的原则，在实用的基础上追求先进性，使系统便于联网，实现信息资源共享。
易于维护管理，具有广泛兼容性，同时为适应我国实际情况，设备应具有使用灵活、操作方便的汉字、图形处理功能。
（3）安全性目前，计算机网络都与外部网络互连互通日益增加，都直接或间接与国际互连网连接。
因此，在系统方案设计需考虑到系统的可靠性、信息安全性和保密性的要求。
（4）易扩充性系统规模及档次要易于扩展，可以方便地进行设备扩充和适应工程的变化，以及灵活地进行软件版本的更新和升级，保护用户的投资。
目前，网络向多平台、多协议、异种机、异构型网络共存方向发展，其目标是将不同机器、不同操作系统、不同的网络类型连成一个可协同工作的一个整体。
所以所选网络的通讯协议要符合国际标准，为将来系统的升级、扩展打下良好的基础。
（5）灵活性采用结构化、模块化的设计形式，满足系统及用户各种不同的应用要求，适应业务调整变化。
（6）规范性采用的技术标准按照国际标准和国家标准与规范，保证系统的延续性和可靠性。
（7）系统性项目开发必须按照系统工程的管理方法，有计划做实施。
（8）综合性满足系统目标与功能目标，总体方案设计合理，满足用户的应用要求，便于系统维护，以及系统二次开发与移植。
3.4网络标准的选择
无线局域网有很多协议标准，目前，全球主要有3大类型：
美国的IEEE802.11标准系列、欧洲ETSIBRAN的HIPERLAN标准、日本ARIB开发的MMAC标准。
其中，IEEE802.11系列发展最为迅速。
1997年发布的IEEE802.11是最早出现的无线局域网标准，它定义的三个物理层包括了一个红外传播规范和两个扩散频谱技术，即跳频扩频（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）。
该标准工作在2.4GHZ频段，支持1Mbps和2Mbps数据速率。
由于IEEE802.11标准在速率和传输距离上都不满足人们的需要，因此，很快被其他的标准所取代。
目前在无线局域网市场应用最广的一个标准IEEE802.11B是1999年底推出的，它以直序展频作为调变技术，该标准工作在2.4GHZ频段，支持最高11Mbps数据速率，使用范围以百米为单位，在室中最长为100米，在室外为300米。
由于越来越多的应用涉及到高密度数据传输，所以IEEE802.11标准应运而生。
IEEE802.11允许在5GHZ频带上采用正交频分复用（OFDM）来传输数据，由于该频段的使用者较少，因此干涉和信号争用情况也比较少。
IEEE802.11最高传输为54Mbps，能满足高密度数据传输的需要。
由于IEEE802.11技术具有先天的数据传输率高，抗干扰能力强的优点能满足高密度数据传输用户需要。
在未来的几年内，尤其是“十一五”规划的这几年内，还有哪些伟大的新技术在等待着我们呢？
MIMO技术，叫做多输入多输出技术，由于该技术可以将发射和接收采用不同的天线系统，并能更好地调整灵敏度，因此，未来具备MIMO的无线设备可能是多天线系统的天线阵，网卡也需要更新，这种技术可以将信号有效覆盖距离更加扩大，并大大提高信噪比，提高带宽。
这个技术将在2007年成熟起来。
802.11n技术是大家都知道的，这种未来的传输协议可以提供高达320Mbps的峰值速率和不少于100Mbps的平均速率。
这个协议将在2007年正式发布，届时锐捷网络也会有正式的产品出来，该协议将会改写WLAN的从属地位，很可能会成为接入层的主要接入技术。
综上述的描述WLAN作为网络技术的重要趋势，在未来必将成为主流网络技术。
3.5校园无线网络设备选型原则
根据已制定的网络设计原则，我们所选择的网络设备必须具有以下一些特定：
（1）安全、稳定、可靠作为整个校园网络系统的硬件基础，网络设备必须是具备安全性、稳定性和可靠性的特点。
这是网络系统稳定运行的最基本条件。
最好是经过相当长时间，在世界范围内被广泛应用的网络产品，所以在选择产品时选用国际知名厂商的产品。
（2）技术先进性网络设备仅仅具有安全、稳定和可靠的特点是不够的。
作为高科技的产品，还应该具有技术先进性。
在选择网络设备应该采用当今较先进的技术，能够保持该设备在相当长的一段时间内不会因为技术落后而被淘汰。
同时，在网络规模进一步扩大，该设备不能承担繁重的负荷时，能够降级使用。
（3）易于扩展性由于信息技术和人们对于新技术的需求发展都非常迅速，为了避免不必要的重复投资，应选择具有一定扩展能力的设备，能够保证在网络规模逐渐扩大的时候，不需要增加的设备，而只需要增加一定数量的模块就行。
最好能够做到在网络技术进一步发展，现有模块不支持新技术的情况下，只需要更换相应模块，而不需要更换整个设备。
管理和维护方便先进的设备必须配合先进的管理和维护的方法，才能够发挥最大的作用。
所以，在选择设备时必须支持现有的、常用的网络管理协议和多种网络管理软件，便于管理人员的维护。
3.6校园无线网的设计分析
无线局域网的主要指标决定了设计无线局域网的原则是以数目尽可能少的无线路由器来为所有网络用户提供服务。
用户相对疏散区域只需要布置少数无线路由器即可，以无线路由器覆盖范围最大为宜：
用户相对密集区域需要通过增加单位面积内无线路由器数目来为用户提供可靠服务。
前者主要考虑覆盖范围这一因素，后者则主要考虑单位面积系统容量这一因素。
设计原则：
无线覆盖设计将遵循按照信号范围最大化原则，在全校全面覆盖的前提下，重点选择部分区域进行更加细腻的覆盖。
并且，保证无线网络稳定性并与绝大多数主流无线网卡兼容，同时兼顾考虑网络扩容，为今后网络扩容做好预留。
⑴一般来讲室内容许最大覆盖距离为35~100米，室外容许最大距离100~400米；
⑵障碍物阻挡；
⑶要观测无线覆盖周围的障碍物确定无线路由器的数量和放置位置。
2.4G电磁波对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下：
A.水泥墙（15~25cm）:
衰减10~12dB
B.木板墙（5~10cm）:
衰减5~6dB
C.玻璃窗（3~5cm）:
衰减5~7dB
各种建筑材料对无线讯号的影响如下：
当无线路由器与终端隔一座水泥墙时，无线路由器的可传送覆盖距离约剩下<5米有效距离。
当无线路由器与终端中间隔一座木板墙时，无线路由器的传送距离约剩下<15米有效距离。
当无线路由器与终端中间隔一座玻璃墙时，无线路由器的传送距离约剩下<15米有效距离。
所以在安装选点时，一定要注意以避开墙、柱子等。
四详细设计方案
4.1主要拓扑图
如图4-1
图4-1主要拓扑图
4.2网络仿真
先用Packet.Tracer软件来构建一个无线局域网网络仿真拓扑图，并依据此图开始我们校园网的无线网络搭建。
如图所示为一个完全连通各个单独的laptop之间可以互相通信的一个网络仿真拓扑图，如下图4-2所示。
图4-2网络仿真拓扑图
构建好仿真图之后我们开始对各台PC间的连通性进行验证，如下是各台PC间收发信件时所记录下的信息，表示各台laptop之间已经构建好稳定的连通性。
例如用laptop7pinglaptop3,结果如图4-3，4-3所示。
从4-3可以看出laptop7能成功ping通laptop3，laptop5能成功ping通laptop7，说明个lapt间是连通的。
图4-3laptop7pinglaptop3
图4-4laptop7pinglaptop3的包
4.3校园无线网络的三种典型应用方案
第一：
户外公共区域的覆盖；第二：
局部开放的室内大环境，如大型公共教室、阅览室等无线覆盖；第三：
房间多、用户分散的楼宇（教学楼、办公楼、宿舍区等）的无线覆盖。
4.3.1室外区域无线覆盖方案
学校体育场、图书馆前后空地是学生课外学习较为集中的区域，也是学校最为需要实现无线覆盖的室外公共区域。
根据需覆盖的室外区域的实际情况，设计建立多个无线覆盖点，采用重叠交叉无线漫游的覆盖方式，即可成功实现设计要求和目标。
具体的实施如下：
要实现无线漫游，就需要将多个无线路由器的信号覆盖范围相互重叠一小部分，不过要想漫游成功，还需要对各个无线路由器进行适当的设置。
首先需要登录进无线路由器的参数设置界面，在其中找到SSID设置选项，然后将所有无线路由器的SSID名称设置成相同，这样才能确保漫游用户在同一网络中漫游；接着还要修改每一个无线路由器的IP地址，让所有无线路由器的IP地址属于同一网段之中。
还需要修改信号互相覆盖的无线路由器的频道。
考虑到相邻的两个无线路由器之间有信号重叠区域，为保证这部分区域所使用的信号频道不能互相覆盖，具体地说信号互相覆盖的无线路由器必须使用不同的频道，否则很容易造成各个无线路由器之间的信号相互产生干扰，从而导致无线网络的整体性能下降。
目前一个无线路由器可以使用的频道总共有11个，其中只有1、6、11这三个频道是完全不被覆盖的，因此你可以将相邻的无线路由器设置成使用这些频道，来确保无线漫游成功。
4.3.2室内区域无线覆盖方案二
室内覆盖区域的大小和建筑结构的复杂程度往往差别很大，需要根据具体需求，设计多种室内覆盖解决方案。
一般来讲，针对局部开发的室内大环境，如图书阅览室、礼堂、体育馆、大教室等，网络用户数量较多而集中，采用多个多个无线路由器整合交叉覆盖形成大面积覆盖区域，每个无线路由器都独立接到交换机上，以保证有更高的带宽。
针对办公楼、教学楼、宿舍等结构较为复杂的室内区域，可根据建筑结构具体情况，选用以下两种方案：
方案A：
采用多个无线路由器整合交叉覆盖形成大面积覆盖区域，每个无线路由器都独立接到交换机上，以保证有更高的带宽。
如图2-9
图4-2室内区域无线覆盖方案A
方案B：
采用室外覆盖方式，选用室外无线路由器，通过天线聚集无线信号，使无线覆盖范围更大、更远，穿透能力更强。
设备与天线安置于楼宇顶部，以无线信号向下整体覆盖楼宇。
如图2-10
图4-3室内区域无线覆盖方案B
4.3.3机房无线覆盖方案
机房内容量和布置相对固定，一般不会有太大变动，可以采用传统的以太网。
如有必要可以将无线局域网作为有线网络的扩展，以达到增加机房容量的效果。
五安全防护
5.1WLAN面临的威胁
对WLAN来说，其安全性主要体现在访问控制和数据加密两个方面。
可以说，所有有线网络存在的安全威胁和隐患都同样存在。
同时，任何不可信的无线设备可以在信号覆盖范围内进行网络接入的尝试，一定程度上暴露了网络的存在。
同时，外部人员可以通过无线网络绕过防火墙，对学校内部数据非法存取；内部教师和学生可以私自设置无线网卡，使用例如P2P等方式与外界通信，大
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