浅谈无线局域网WLAN

时间：2024-01-26 11:22:10

无线局域网WLAN

一、概述

  • 有线局域网的组成如下图所示，多台计算机通过双绞线连接到一个集线器（hub）或交换机（switch）上，组成一个有限局域网。

image-20200208203457585

  • 无线局域网的组成如下图所示，多台计算机通过无线网卡与接入点 AP (Access Point)连接，组成一个无线局域网。无线AP可以给连接的计算机分配地址，连接同一个AP的计算机分配的地址都在同一网段。相比有线网络，无线网络的信号易受建筑物遮挡影响导致信号变弱，辐射范围变小。

image-20200208203248201

二、无线局域网的组成

2.1.简介

有固定基础设施的无线局域网:

image-20200208212028515

  • 一个基本服务集 BSS 包括一个基站和若干个移动站，即一个AP与连接它的计算机。所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信时 ，都要通过本 BSS 的基站。

  • 基本服务集内的基站叫做接入点 AP (Access Point)其作用和网桥相似。当网络管理员安装 AP 时，必须为该 AP 分配

    一个不超过 32 字节的服务集标识符 SSID （即无线WLAN的名字）和一个信道（即规定使用什么频率）。

    image-20200208215119571

    通过SSID来选择连接不同的无线AP，还可以设置连接密码，并且一般选择连接信号强的AP。

  • 一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点 AP连接到一个主干分配系统（相当于交换机） DluS (Distribution System)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS (Extended Service Set)。扩展服务集内设备的地址可以是同一网段。

  • ESS 还可通过门户(portal)为无线用户提供到非 802.11 无线局域网的接入。例如通过添加路由器把无线用户接入到有线连接的因特网，门户的作用就相当于一个网桥。

  • 移动站 A 从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集（到 A\' 的位置），仍可保持与另一个移动站 B 进行通信。

image-20200208212728023

2.2.与接入点 AP 建立关联(association)

  • 一个移动站（用户的通信设备）若要加入到一个基本服务集 BSS，就必须先选择一个接入点 AP（相当于基站），并与此接入点建立关联。
  • 建立关联就表示这个移动站加入了选定的 AP 所属的子网，并和这个 AP 之间创建了一个虚拟线路。
  • 只有关联的 AP 才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的 AP 才能向其他站点发送数据帧。

2.3.移动站与 AP 建立关联的方法

  • 被动扫描：即移动站等待接收接入站周期性发出的信标帧(beacon frame)。

    信标帧中包含有若干系统参数（如服务集标识符 SSID 以及支持的速率等）。

  • 主动扫描：即移动站主动发出探测请求帧(probe request frame)，然后等待从 AP 发回的探测响应帧(probe response frame)。

2.4.热点(hot spot)

  • 现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入 Wi-Fi 的服务。这样的地点就叫做热点。
  • 由许多热点和 AP 连接起来的区域叫做热区。

2.5.手机打电话的过程

image-20200209153122221

如图所示，移动和联通等通信运营商在全国各地建了很多个基站。当拥有移动设备手机的用户A出现在城市A时，他的手机会自动连接最近的，信号最强的基站A并进行注册；同样的，用户B在城市B出现，他的手机也会自动连接最近的基站B并进行注册；这样在联通或移动的数据库里面就会这样的记录：什么手机号现在在哪一个基站上注册了。

  • 当用户A向用户B打电话的时候，用户A先与基站A建立通信，基站A通过查找数据库找到用户B注册的基站B，再通过光纤与城市B的基站B连接，最后通过基站B与用户B通信。

  • 在全国范围内基站数量越多，没有信号的地方就越少，所以我们打电话总是能通，这就是打电话时如何实现通信的过程。

  • 当用户A移动到，基站A1附近，用户A就会在基站A1上注册，此时就会更改数据库中用户A与基站的绑定信息。也就是说，移动或联通的用户在移动位置的时候都要更新数据库。这样便能精准、实时地掌握用户所注册的基站，实现随时随地的通信。

  • 这就是为什么跨省跨市移动的时候，就会收到"xxx欢迎你"的短信的原因。当我们移动时，我们的手机就会就近地在当地的基站上注册，并更新数据库。因此，联通移动等运行商就能掌握我们的位置信息了，于是给我们发送欢迎短信。所以说犯罪分子只要一使用手机通讯就知道他的大概位置了，这也是同样的道理。

总结：用户通过手机与基站连接，基站通过查找数据库找到通信方所注册的基站，通过光纤与之连接，再通过该基站实现与通信方的通信。而非手机间直接通信，因为没有这么大的信号强度。

image-20200209154359325

同样的，手机也是通过联通或移动的基站来访问Internet。手机通过3G或4G信号连接联通或移动的基站，基站通过光纤连接路由器，通过在路由器上设置网关便能连接Internet。这样只要有信号，手机能打电话，就能联系到基站，就能通过基站连接光纤接入Internet。这就是为什么我们感觉无论在哪里打开手机都能上网，其实就是通过基站连接Internet的。

三、组建无线局域网示例

3.1.学校的无线网络举例

下图为学校教师办公室组建无线局域网的案例：

image-20200208214502966

  • 首先在每间办公室安装一个AP；
  • 然后每间办公室的AP使用一根电缆连接到机房的交换机上；
  • 机房的交换机通过路由器连接Internet；

这样每间办公室内的用户都可以就近连接无线AP，实现无线上网。

3.2.家庭计算机上网过程

大多数网民都是采用电话线拨号上网的。

直接通过连接猫（调制解调器）上网。

image-20200208221627619

以前的电话线是直接接电话机，现在的电话线则接在分离器上。从分离器中拉出一根线接调制解调器（猫）的ADSL接口，猫上的LAN接口为局域网接口（网线接口）直接与计算机的网卡进行连接。随后，在计算机上创建ADSL的拨号连接，输入对应账号密码，拨通后计算机的ADSL拨号连接就获得一个公网的IP地址，即计算机可以访问Internet了。

这种通过电话线连接猫的上网方式只允许连接一台计算机，不符合多台计算机上网的需求。

通过连接无线路由器上网。

image-20200208221451636

使用无线路由器可以满足多台计算机上网的需求。无线路由器相当于一个专门建立ADSL拨号连接的设备。

  • 如图，无线路由器的WLAN接口连接猫的LAN接口，给无线路由器配好拨号的账号密码后，只要给它供电它便会自动拨号上网，WLAN接口相当于一台电脑，获得了一个公网地址，可以访问Internet了。

  • 无线路由器上的LAN接口（以太网口）相当于四个接口的交换机，可以连接四台计算机的有线网卡，把它们的地址设为同一网段即可上网。

  • 无线路由器上的天线是提供无线服务的，供手机和笔记本等设备连接，这些使用无线连接和使用LAN接口有线连接的设备地址都在同一网段。

  • 当只有无线路由器A可以拨号上网时，可以在无线路由器B的LAN接口中引出一根线连接无线路由器A的LAN接口，这样无线路由器B就相当于一个交换机，只要把无线路由器B连接的设备地址和网关分别设置为无线路由器A所在网段和网关，便可实现网络共享。

千万不要把无线路由器当成路由器，认为不同的LAN接口在不同网段。实际上无线路由器相当于三个设备的集合：

image-20200208230235800

  • 连接猫建立ADSL拨号连接的路由器；
  • 连接有线用户的交换机；
  • 与设备的无线网卡连接的独立AP；

当路由器ADSL拨号通了之后，路由器获得一个公网IP地址。无线路由器中的三部分连接的所有设备都通过该公网地址上网，所以这些设备的IP地址都在一个网段上。

四、移动自组网络

4.1.简介

自组网络是没有固定基础设施（即没有 AP）的无线局域网。这种网络由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。

image-20200209122906836

4.2.移动自组网络的应用前景

  • 在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信；
  • 这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群；
  • 当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往很有效的；

相关文章