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一、 无线局域网基础知识 2
二、 CSMA/CA 4
三、 IEEE802.11标准 6
四、 帧的类型 7
五、 无线AP 9
六、 无线局域网架构 9
七、 无线LAN的搭载 11
八、 接入认证 11
九、 无线加密 12
十、 漫游 14
十一、 无线LAN通信速率与覆盖范围 15
十二、 客户端隔离 16
十三、 桥接VLAN 17
十四、 CAPWAP 19
一、 无线局域网基础知识
1)电磁波传播的行为损耗:
吸收(穿透损耗):信号在穿透障碍物时的衰减(主要衰减原因)
反射:当波撞到比波自身更大的光滑物体波可能会向另外一个方向传递(导致无线局域网下降)
散射:入射到粗糙表面的主信号被分解为多路反射信号,使得主信号质量下降,甚至破坏主信号
折射:射频信号在穿越不同密度媒介时发生弯曲,导致波的传播方向发生变化(对室外无线影响较大)
2)射频组件:
主动辐射器(Intentional Radiator):主动生成或通过感应方式发射射频能量的设备。包括从发射机到天线的所有设备,天线除外
等效全向辐射功率(EIRP):从天线发出最大的射频信号强度;天线输入功率与特定方向上天线增益的总和
3)功率计算单位
mW:常用功率单位,1W=1000mW
dBm:表示功率绝对值(以1mW为基准的比值):=10lg(P/1mW),P表示功率值。如果发射功率为1mW,按dBm单位进行折算后的值应为:10 lg 1mW/1mW = 0dBm。
dB:表示功率的相对值,功率的增加或减少。db,表示一个相对值。当计算A的功率相比于B大或小多少个dB时,可按公式10 lg A/B计算。例如:A功率比B功率大一倍,那么10lgA/B = 10lg2 = 3dB。也就是说,A的功率比B的功率大3dB
dBi:表示天线增益
每3dB的增益(相对值),绝对功率(mW)加倍
每3dB的损耗(相对值),绝对功率(mW)减半
每10dB的增益(相对值),绝对功率(mW)乘10
每10dB的损耗(相对值),绝对功率(mW)除10
4)信噪比(SNR)
表示信号的质量;dBm为单位时,SNR是接收信号与背景噪声水平(本底噪声)之间的差值,(当以mW为单位时,SNR是接收信号与背景噪声水平(本底噪声)之间的比值)。如果SNR过低,本底噪声过于接近接收信号强度,可能导致数据传输遭到破坏并导致第二层重传。重传会对吞吐量和延迟造成负面影响。25dB或以上的信噪比被认为信号质量很好,而10dB或以下的信噪比被认为信号质量很糟糕。
信噪比的表达方式为:
SNR = 10lg( PS / PN),其中:
SNR:信噪比,单位是dB。
PS:信号的有效功率。
PN:噪声的有效功率。
本底噪声:某个特定信道或环境的射频能量级别
5)信号强度指示
接收灵敏度:指接收机可以成功接收所需要的射频信号功率等级。接收机可以成功接收的功率水平越低,表明接收灵敏度越好
S = 10lg(KTB) + NF + SNR,即:接收灵敏度 = 10lg(带宽范围内的热噪声功率) + 系统噪声系数 + 解调所需信噪比。
S:接收灵敏度,单位是dBm。接收灵敏度值越小,说明接收机的接收性能越好。接收灵敏度值越大,说明接收机的接收性能越差。
K:波尔兹曼常数,单位是J/K。
T:绝对温度,单位是K。环境温度越高,接收灵敏度就会变大,接收性能就会恶化,因此要尽量降低系统所在的环境温度。
B:信号带宽,单位是Hz。信号带宽越大,系统的噪声系数越大,灵敏度就会变大,接收性能也会恶化。
KTB:带宽范围内的热噪声功率,单位是W。
NF:系统噪声系数,单位是dB。
SNR:解调所需信噪比,单位是dB。解调所需的最小信噪比越小越好,这样可以增加系统的接收性能。最小信噪比要求和移动台的速度、所处的无线环境及所要求的通信质量有关,不同无线制式要求不同,同一无线制式的不同业务也不相同。
普通11g产品的接收灵敏度一般为-85dBm,目前市面上的无线产品接收灵敏度最高可达-105dBm,比普通产品提高了20dBm。而专业接收机的接收灵敏度可以达到-120dBm。每增加3dB,接收灵敏度提高一倍。
6)WLAN信号传播
WLAN信号传播时,接收电平估算公式
Pr[dB] = Pt[dB] + Gt[dB] - Pl[dB] + Gr[dB]
Pr[dB]为接收电平;
Pt[dB]为最大发射功率;
Gt[dB]为发射天线增益;
Gr[dB]为接收天线增益;
Pl[dB]为路径损耗
7)链路预算
在部署无线电通信时,链路预算(Link Budget)就是指从发射机开始通过射频媒介直到接收机之间的所有增益和衰减的总和。链路预算计算的目的是确保最终的接收信号强度处于接收机的接收灵敏阈值之上
增益包括:原始传输增益、天线的无源增益和RF放大器的有源增益。所有增益的部分包括射频放大器和天线增益
衰减包括:衰减器、FSPL(自由空间路径损耗)和插入损耗(insertion loss)
在射频系统中安装的任何硬件都会导致一定程度的信号衰减,称为插入损耗
二、 CSMA/CA
传输媒体介质访问控制方式为CSMA/CD,而IEEE802.11无线LAN所采用的是CSMA/CA(带冲突避免的载波监听多路访问技术)方式。
虽然CSMA/CD协议已成功地应用于有线连接的局域网,但无线局域网不能简单地搬用CSMA/CD协议。其主要原因是:
第一,CSMA/CD协议要求一个站点在发送本站数据的同时还必须不间断地检测信道,以便发现是否有其他的站也在发送数据,这样才能实现“冲突检测”的功能。但在无线局域网的设备中要实现这种功能花费过大。
第二,更重要的是,即使能够实现冲突检测的功能,且在发送数据报时检测到信道是空闲的,但是,由于无线电波能够向所有的方向传播,且其传播距离受限,在接收端仍然有可能发生冲突,从而产生隐藏站问题和暴露站问题。
此外,无线信道还由于传输条件特殊,造成信号强度的动态范围非常大。这就使发送站无法使用冲突检测的方法来确定是否发生了碰撞。
因此,无线局域网不能使用CSMA/CD协议,而是以此为基础,制定出更适合无线网络共享信道的载波监听多路访问/冲突避免CSMA/CA协议。CSMA/CA协议利用ACK信号来避免冲突的发生,也就是说,只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后,才确认送出的数据已经正确到达目的。
通过使用CSMA(载波监听多路访问技术),使得多个终端设备在共享传输介质(无线LAN中是指无线带宽频带)是能够实时检测出那些未被占用频点。
在以太网CD(冲突域)是指数据发送时检测出冲突,当发生冲突时等候随机时间再次发送。在无线LAN中,如果随机进行载波侦听时,遇到其他终端程序正在发送数据时,就在对方终端发送完成后,再等待某个随机时间继续发送数据。此过程称为CA(冲突避免),因为在对方发送完数据后,也有可能造成无线传输的冲突。
在以太网中,传输媒介能通过异常电气信号检测到冲突的发生。但无线通信不会产生电气信号,因此需要使用CSMA/CA代替CSMA/CD。
CSMA/CA协议的工作原理如图所示,主要工作流程是:
(1)当主机需要发送一个数据帧时,首先检测信道,在持续检测到信道空闲达一个DIFS之后,主机发送数据帧。接收主机正确接收到该数据帧,等待一个SIFS后马上发出对该数据帧的确认。若源站在规定时间内没有收到确认帧ACK,就必须重传此帧,直到收到确认为止,或者经过若干次重传失败后放弃发送。
(2)当一个站检测到正在信道中传送的MAC帧首部的“持续时间”字段时,就调整自己的网络分配向量NAV。NAV指出了必须经过多少时间才能完成这次传输,才能使信道转入空闲状态。因此,信道处于忙态,或者是由于物理层的载波监听检测到信道忙,或者是由于MAC层的虚拟载波监听机制指出了信道忙。
CSMA/CA分
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