企业组网无线校园网设计Word文件下载.docx

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前言

随着网络技术的发展和网络产品价格不断的下调，众多高校都开始搭建网络平台，组建自己的校园网络。

一个校园网络的组建并不是我们想象中用几个交换机就能实现，它是一项庞大而又复杂的工程，它需要覆盖整个校园，要将校园内的计算机、服务器和其他终端设备连接起来，实现校园内部数据的流通，实现校园网络与互联网络的信息交流，并且它还要涉及到网络的安全，涉及到网络的管理。

因此，一个校园网络系统的组建需要从多方面进行考虑。

在经历一系列改革后，为了进一步提升自身实力，很多高校都开始改建自己的校园网，大量新教学楼拔地而其，在新建设的建筑大楼中一般都布有网络线，这给校园组网带来了一定的方便。

不过还有一部分老式的建筑大楼并没有布网络线，如果我们在这里也使用有线网络，不但会带来布线的麻烦，还会影响建筑大楼的美观。

在一所校园内，总有一部分区域是有线网络不能涉及的范围，如果强行布置有线网，后果非常严重。

所以，在上面提到的这些地方需要布置无线局域网，才能让整个校园都被网络覆盖。

当然我们也不能在一所高校内全部布置无线局域网，毕竟无线局域网的数据传输速度较慢，并不适合一些高带宽业务的处理。

因此，一所校园的校园网应该是一个有线、无线网络的有机结合。

1可行性分析

1.1无线校园网建设目标

随着802.11系列标准的推出，从技术上来讲无线网络已经逐步成熟了。

无线传输速率从最初的1～2Mbit/s，到11Mbit/s直至今天的54Mbit/s。

而且有理由相信今后无线传输速率还会进一步提高。

对于一般用户而言，当前的无线性能与有线连接的性能已无明显差异。

使用128比特加密和其他可选安全机制（例如TKIP[TemporalKeyIntegrityProtocol,临时密钥完整性协议]、MIC[MessageIntegrityCheck,消息完整性检查]和802.11x认证等）来增加安全，上述安全措施已经降低了人们对不恰当的保密和控制的畏惧。

同时覆盖距离更长的AP增加了解决方案的可行性。

对于一个设计优良的WLAN校园网络，必须具备如下要求：

●高可用性——通过系统冗余和适当的覆盖区域设计，WLAN解决方案能够达到高可用性。

系统冗余包括在各个频率使用冗余的AP；

适当的覆盖区域设计包括漫游、信号强度减弱时的自动速率协商、适当的天线选择，以及通过使用中继器将覆盖区域扩展到不能使用AP的区域。

●可扩展性——通过在每个覆盖区域使用多个AP（使用不同的频率），WLAN解决方案就能够实现可扩展性。

此外，AP也可以根据预期来执行负载均衡。

●可管理性——诊断工具能够完成WLAN内的大部分管理工作。

通过业界标准的API（包括SNMP和WEB方式），或者通过主流的企业管理解决方案，例如Cisco公司的WLSE（WirelessLANSolutionEngine,无线局域网解决方案引擎）、Wavelink和Airwave等公司的产品，用户应当能够管理WLAN设备。

●开放式体系结构——通过遵从IEEE802.11a和802.11g等标准，或者参加Wi-Fi联盟等互操作性协会，或者获得美国FCC的认证，WLAN的开放性都能够得到保证。

●安全性——如果需要在空气中传送数据分组，那么对它们进行加密是基本的要求。

对于大型安装的情况，WLAN解决方案不仅需要集中的用户认证，还需要集中管理密钥。

●成本——客户期望每年价格都连续下降15%到30%的幅度，而无线的性能和安全性却逐年增加。

客户不仅仅关心购买价格，还关心TCO（Totalcostofownership,总拥有成本），其中包括安装、管理和维护等成本。

1.2无线传输技术

1.2.1FHSS

FHSS（FrequencyHoppingSpreadSpectrum，跳频扩频）是一种利用频率捷变（frequencyagility）将数据扩展到频谱的83MHz以上的扩频技术。

频率捷变是无线设备在可用的RF频段内快速改变发送频率的一种能力。

FHSSWLAN使用的频率是2.4GHzISM频段中的83MHz。

在FHSS系统中，载波根据伪随机序列来改变频率或跳频。

有时它也称为跳码。

伪随机序列定义了FHSS信道。

跳码是一个频率的列表，载波以指定的时间间隔跳到该列表中的频率上。

发送器使用这个跳频序列来选择它的发射频率。

载波在指定的时间（称为停留时间）内保持频率不变。

接着，发送器花少量的时间（称为跳时）跳到下一个频率上。

当遍历了列表中的所有频率时，发送器就会重新开始并重复这个序列。

接收器同步于发送器的跳频序列，使得它在正确的时间里位于正确的频率上。

图1显示了FHSS框图。

1.2.2DSSS

DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum，直序扩频）——扩频是将传送信号扩展到比较宽的无线频率中的调制技术。

这种技术的基本原理是运用所有信道来产生一个860kbit/s的快速信道，或者将信道分成很多小的部分，以产生更多的信道。

但是，这些信道的速度较低，例如分成3个信道的速率为215kbit/s；

若分成2个信道，则每个信道的速率为344kbit/s。

FHSS以重复的方式使用每个频率一小段时间，而DSSS始终使用22MHz宽的频率范围。

信号以不同的频率被发射出。

每个数据位都变成遍布频率范围的一个分片序列，或者是并行发送的码片字符串；

有时它也被成为分码（chippingcode）。

管制机构对所支持的不同速度规定了最小的码片速率。

IEEE802.11使用11个码片。

图2显示了DSSS框图。

1.2.3OFDM

OFDM（OrthogonalFrequency-DivisionMultiplexing，正交频分多路复用）——OFDM的工作原理是将一个高速的数据载波分成若干个低速的子载波，然后并行地发送这些子载波。

每个高速载波的宽度为20MHz，被分成52个子信道，每个子信道的宽度为300kHz。

OFDM使用其中的48个子信道来传输数据，余下的4个子信道用于错误纠正。

编码的OFDM（COFDM）由于其编码方案和错误纠正，因而能够更有效地使用频谱。

由于载波之间是正交的，因此频谱使用更有效，能够防止相隔较近的载波之间的干扰。

OFDM中的每个子信道都约300kHz宽。

根据所用数据率的不同，802.11a使用不同类型的调制技术。

802.11a标准规定所有遵从802.11a的产品都必须支持3种基本数据率：

BPSK（每个信道编码125kbit/s的数据数据率可达6000kbit/s或6Mbit/s）、QPSK（每个信道最多编码250kbit/s的数据，数据率可达12Mbit/s）和16QAM（每个赫兹编码4位，数据率可达24Mbit/s）。

802.11a标准还允许厂商将调制方案扩展到超过24Mbit/s。

通过使用64QAM可以实现54Mbit/s的数据率，这种调制技术每个周期可以编码8或10位，因而每个300kHz的信道的数据率最高可达1.125Mbit/s。

总共使用了48个这样的信道，数据率合起来为54Mbit/s。

但每个周期编码的数据位越多，则信号越容易受到干扰和衰减的影响，最终会减少传输距离。

802.11g将OFDM和CCK定义为两种必需的调制技术。

同时它也支持两种可选的调制技术，即CCK-OFDM和分组二进制卷积码（PBCC）。

图3显示了OFDM框图。

1.2.4MIMO

MIMO（Multiple-InputMultiple-Output，多入多出）技术——是指在发射端和接收端，分别使用多个发射天线和接收天线。

传统的通信系统是单进单出SISO（Single-InputSingle-Output）系统，基于发射分集和接收分集的多进单出MISO（Multiple-InputSingle-Output）方式、单进多出SIMO（Single-InputMultiple-Output）方式也是MIMO的一部分。

利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。

目前，MIMO技术领域，另一个研究热点就是空时编码。

常见的空时码有空时块码、空时格码。

空时码的主要思想是，利用空间和时间上的编码，实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。

MIMO天线阵列，是一种开环的MIMO技术，M个发送天线，使用编码重用技术，将同样码集的每个码重复使用M次,每个码用来调制不同的数据子流，这样在不增加码资源的基础上，提高了原始数据的传输速率。

为了分辨M个数据子流，在接收端，需要使用多天线和空间信号处理。

MIMO是一种能使HSDPA增加容量、提高峰值速率的技术，但受限于物理信道模型，会增加射频的复杂性，是HSDPA进一步发展的技术。

MIMO解调解扩接收机主要分2个部分，一是空时RAKE接收机，主要功能是分离不同的扩频码扩频的信号，合并多径信号；

二是VBLAST，即对垂直空时码进行译码,分离出不同天线发送的空间叠加信号。

为充分利用MIMO信道的容量，人们提出了不同的空时处理方案。

贝尔实验室的Foschini等人，提出了一种分层空时结构（BLAST：

BellLaboratoriesLayeredSpace-Time），它将信源数据分成几个子数据流，独立进行编码/调制。

AT&

T的Tarokh等人在发射延迟分集的基础上，正式提出了基于发射分集的空时编码。

同时，Alamouti提出了一种简单的发送分集方案，Tarokh等把它进一步推广，提出了空时分组编码。

由于它具有很低的译码复杂度，因而，可以尽早应用于WLAN中。

图4显示了MIMO框图。

1.2.5MIMO+OFDM

MIMO+OFDM技术——MIMO+OFDM技术通过在OFDM传输系统中，采用阵列天线实现空间分集，以提高信号质量，是OFDM与MIMO相结合而产生的一种新技术。

它采用了时间、频率和空间三种分集技术，使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加。

MIMO和OFDM技术在各自的领域，都发挥了巨大的作用，将二者相结合并应用到下一代无线局域网中，正在成为无线通信的一个研究热点。

1.2.6802.11b——2.4GHz，11Mbit/s

802.11b采用2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为11Mb/s，无须直线传播。

动态速率转换当射频情况变差时，可将数据传输速率降低为5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s。

使用范围支持的范围是在室外为300米，在办公环境中最长为100米。

802.11b使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。

1.2.7802.11a——5GHz，54Mbit/s

802.11a是应用于无线局域网的802.11规范族中的一个规范，主要用在接入式集线器中，为无线ATM系统提供规范。

使用802.11a规范的网络运行于无线频率在5.725GHz到5.850GHz之间的环境下。

这个规范使用正交频分复用技术，这种技术尤其适合应用于办公室局域网。

在802.11a规范中，数据速率可以达到54Mb/s，在干扰方面，它要优于802.11b规范，这是因为802.11a提供更多的可用信道，并且802.11b的使用频率和各种各样的家用器具及医疗设备的使用频率是共享的。

1.2.8802.11g——2.4GHz，54Mbit/s

随着无线IEEE802.11标准开始深入人心，各IC制造商开始寻求为以太网平台提供更为快速的协议和配置。

而蓝牙产品和无线局域网（802.11b）产品的逐步应用，解决两种技术之间的干扰问题显得日益重要。

为此，IEEE成立了无线LAN任务工作组，专门从事无线局域网802.11g标准的制定，力图解决这一问题。

802.11g其实是一种混合标准，它既能适应传统的802.11b标准，在2.4GHz频率下提供每秒11Mbit/s数据传输率，也符合802.11a标准在5GHz频率下提供54Mbit/s数据传输率。

1.3802.11b/802.11a/802.11g技术比较

802.11b力不从心

提及802.11b的最大缺点，想必大部分人都会对其速度略有微词。

虽然11Mbps（实际值为550～600kB/s）的传输速率对大多数宽带用户的接入速度来说已经足够，但该性能指标却不能满足日益增长的宽带网络的需求。

即便是个人用户，目前国内不少家庭的宽带接入速度也已超过1MB/s，无论802．11b如何改进，它已呈现出力不从心的态势。

802．11a稍逊一筹

　　从另一个角度来看，WLAN的应用也不仅仅是满足于客户端计算机的Internet接入。

出于无线局域网“无线”的特性，许多个人及商业用户均希望将其相应的“家庭局域网”和“公司局域网”通过无线来组建，从而实现大容量数据的无线传输，此时相比有线局域网，WLAN的速度瓶颈则更加相形见绌。

再加上早期802.11b标准的安全性问题，注定了它与主流应用的无缘。

　　作为802.11b的继承者，802.11a和802.11g均具备优秀的素质。

首先，它们都是经IEEE（电子与电气工程师协会）批准的无线局域网规范，标准的确立也就意味着厂商们的认可和支持；

其次，它们都拥有高达54Mbps的传输速度（实际传输速率可达3MB/s之多），非常接近传统100M有线局域网传输速率的一半，如此一来，大容量数据传输便得到了一定的解决；

最后在安全性上，802.11a和802.11g较802.11b也要更胜一筹。

然而在目前的市场上，很少看见有基于802.11a标准的无线网络产品。

特别是随着IntelDothan处理器的发布，主流高端笔记本电脑上几乎清一色地配备了IntelPro2200b/g无线网卡，主流无线AP也大多为802.11b/g规范，是什么原因让802.11a标准受到市场的冷落？

　　802.11g与802.11a一样拥有54Mbps的传输速率。

其中802.11a在信道可用性方面更具优势。

这是因为802.11a工作在更加宽松的5GHz频段，拥有12条非重叠信道。

而802.11g只有11条（802.11b同为11条），并且只有3条是非重叠信道（信道1、信道6、信道11）。

因此802.11g在协调邻近接入点的特性上不如802.11a。

由于802.11a的12条非重叠信道能给接入点提供更多的选择，因此它能有效降低各信道之间的“冲突”问题；

此外，802.11a独特的5GHz工作频段也在抗干扰性上优于802.11b/g，因为在日常生活中，许多电子设备都是基于2.4GHz频段工作的，这正好与802.11b/g的工作频段相同并产生冲突（举个例子，如果你的家中同时安装有无线局域网和无绳电话，那么当你使用无绳电话时便会发现通话效果时好时坏，这就是典型的干扰问题），如蓝牙设备、微波炉等。

　　5GHz工作频段具有2.4GHz无法比拟的抗干扰优势，但同时也预示了802.11a的灭亡。

由于频段较高，使得802.11a的传输距离大打折扣。

以往802.11b无线AP的覆盖范围为80~100米（室内），而802.11a仅有30米左右。

5GHz频段的电磁波在遭遇墙壁、地板、家具等障碍物时的反射与衍射效果均不如2.4GHz频段的电磁波好，因而造成802.11a覆盖范围偏小的缺陷；

其次，由于设计复杂，基于802.11a标准的无线产品的成本要比802.11b高的多。

据一份市场调查显示，802.11a产品的售价至少比802.11b高出四倍以上，在价格敏感的前提下，它很难替代已成主流的802.11b；

最后就是802.11a致命的兼容性问题，其独特的5GHz频段无法与802.11b兼容，要知道目前全球有几千万个采用802.11b标准的无线局域网，如果从现有的802.11b网络过渡到802.11a，光是更换无线AP的费用就十分可观，更不用提数量更为庞大的无线网卡了。

尽管后来厂商们考虑到兼容性问题，将产品做成了802.11a/b双频、甚至802.11a/b/g三频模式，但也改变不了成本过高、802.11a大势已去的现状，在2002年几千万颗Wi-Fi产品的芯片出货量中，只有不到10万颗是基于802.11a标准。

802.11g市场展望

　　市场对802.11a的怀疑，让802.11g迅速成为厂商们追捧的对象。

和802.11a相比，802.11g在提供了同样54Mbps的高速下，采用了与802.11b相同的2.4GHz频段，因而解决了升级后的兼容性问题。

同时802.11g也继承了802.11b覆盖范围广的优点，其价格也相对较低。

当用户过渡到“g网”时，只需购买相应的无线AP即可，而原有的802.11b无线网卡则可继续使用，灵活性较802.11a要强得多。

　　802.11a已渐渐淡出市场，但它不会完全消失，至少在更新、更强、优点更出众的标准问世之前不会被市场完全抛弃。

随着WLAN在无线语音传输和矿山、医院等领域应用，其抗干扰性强和多信道的设计仍是802.11b/g所望尘莫及的。

因此有理由相信在未来的一段时间内，802.11a、802.11b、802.11g可能还会三足鼎立（虽然802.11a在市场份额上可能表现未必会很理想）。

1.4网络设计原则

●实用性——遵循面向应用，注重实效，急用先上，逐步完善的原则；

充分保护已有投资，不不设计成华而不实的网络，也不设计成利用率低下的网络，要以实用性的原则要求为依据，建设具有最低TCO（拥有的总成本最低）、最高性价比的WLAN。

●先进性——采用先进成熟的网络概念、技术、方法与设备，既反映当今先进水平，有给未来的发展留有余地。

●可靠性——系统必须可靠运行，主要的、关键的设备应有冗余，一旦系统某些部分出现故障，应能很快恢复工作，并且不能造成任何损失。

●可扩充——系统是一个逐步发展的应用环境，在系统结构、产品系统、系统容量与处理能力等方面必须具有升级换代的可能，这种扩充不仅能充分保护原有资源，而且具有较高的性能价格比。

●可维护——系统具有良好的网络管理、网络监控、故障分析和处理能力，使系统具有极高的可维护性。

●安全性——必须具有高度的保密机制，灵活方便的权限设定和控制机制，以使系统具有多种手段来防备各种形式的非法侵入和机密信息的泄露。

2无线网络设计

2.1无线建网技术

无线通信中的一个基本问题是介质共享大气层。

如何使两个或更多个用户访问同一个介质而不会引起冲突？

此外，带宽直接受到访问介质的用户数量的影响。

在有线网络中，使用快速的集线器或迁移到交换式网络可以很容易地增加带宽。

而在无线网络中，增加带宽的最佳方法是增加覆盖单元的数量并降低覆盖单元的覆盖范围。

这样每个AP就可以分担少量的用户。

与此类似，某些厂商开发出了无线交换机“阵列”，它可以同时发送多个定向的波束。

另一种策略是混合使用2.4GHz和5GHz的设备。

本次无线局域网络设计环境是整个校园，设计时使用了无线双频（2.4GHz和5GHz）设备阵列，极大的增加了可用带宽，同时还设计将一定面积的区域划分为一个VLAN，整个校园将按照实际需求划分为多个VLAN，设计时每个VLAN将容纳至少30个用户。

同时要求公共区域必须有网络的覆盖，基于接入点的带宽共享机制，根据无线网络设计普遍适用于802.11a及802.11g网络的有效经验法则，是为每位用户4Mbps带宽，可以提供与用户在有线局域网上相同的使用感受。

适用于802.11b网络的经验法则是为每为用户分配1Mbps带宽，这可以提供类似与宽带ADSL连接类似的用户使用感受（但802.11b标准已经无法适应校园网络的应用需求，因此本次设计主要采用802.11a/g标准）。

因此如果要实现每间教室30人以上同时上网的性能需求，则要为每间教室分配至少120M的带宽。

由于电脑机房用户密度较大、信号传输环境很差，因此设计较小的蜂窝即接入点采用定向天线进行无线覆盖，仅为保证漫游需求在两房间交界处采用全向天线，接入方式上可以选择固定台式计算机接入、远程接入与移动笔记本接入的方式。

每台路由器大约能带动的用户上限为32左右，因此，四台无线路由器可以充分满足一间教室50人同时访问网络的需求，将信号功率上适当减小，具体数值需专业设备进行检测，将无线漫游及信号中继的功能完全转移到路由器及交换机上，最大限度的减少网络实验室区域内的无线辐射，同时可实现网络的轻松维护、控制与管理。

在网络的灵活性设计上采用了最先进的以太网供电系统，全面的实现了工作区域的按需规划的目标。

小带宽的分配可以采用配线板设计，根据需要灵活分配带宽，并冗余设计网络信息插座。

根据无线局域网的工作原理，在多个子频道同时工作的情况下，为保证频道之间不相互干扰，要求两个频道的中心频率间隔不能低于25MHz。

在一个蜂窝区（Cell）内，直序扩频技术最多可以提供4个不重叠的频道同时工作。

因此在配置时将位于每层楼楼道内的5个无线接入逻辑点的工作子频道分别设为：

1频道、6频道和11频道。

当用户感觉到有线网络性能下降的时候，也可以选择禁用有线连接，通过配置使用无线USB网卡接入同时存在的无线网络。

或申请在子层无线路由器的交换机端口内扩展接入无线接入点。

无线局域网络使用DMZ主机、透明代理、链路聚合、数据备份、VLAN划分等方式进行网络容错与安全保护。

无线局域网络使用扩展星型拓扑结构，支持目前和将来各种无线网络应用与网络扩展。

在干扰避免上，选择蓝牙数据包类型改变、频率分离、模式切换等方法解决蓝牙网络与无线局域网信号的冲突与传输频率的干扰。

2.2无线网络拓扑

校园WLAN的目标就是形成具有充分移动性的访问系统。

WLAN允许用户从未布线的户外访问信息，如从食堂、偏僻的研究室、教室甚至运动场中进行访问。

但是不应该认为WLAN取代了有线网络，相反，它们是为现有网络添加功能的一种途径。

遍布校园的无线部署可以为那些难于达到的或者临时场所提供网络连接，否则，这些地方就会完全不被考虑。

校园WLAN的一个最大好处就是人们可以坐在公共场合一起工作，同时轻松地进行网络连接。

在许多资源有限的教学机构中，这种方式可以减少对固定有线计算机的争用。

校园网络拓扑分为有线和无线两个部分，无线是在有线的基础上进行设计实施的。

WLAN是访问层元素或者产品。

WLAN可以分为两种：

建筑物内部的无线LAN和建筑物之间的无线桥接。

图6显示了两个建筑物之间的无线桥接。

无线校园网络建设完成后，学校的网络将实现校内随时随地都可以连接校园网络。

由于建成后的校园网络规模十分庞大，其网络拓扑结构也非常复杂，在这里并没有详细勾勒出每个细节，只是把校园网络的基本结构勾画出来。

下图是一个校园网的基本网络拓扑：

校园网的无线部分主要是针对一些老式的大楼，图书馆、宿舍和会议室等不能布线的地方而设计，这一部分的网络产品主要以无线AP为主。

下图为校园无线网络的基本拓扑。

在无线部分采用了多