ICT应用解决方案11-WLAN基本概念
前言
以有线电缆或光纤作为传输介质的有线局域网应用广泛，但有线传输介质的铺设成本高，位置固定，移动性差。随着人们对网络的便携性和移动性的要求日益增强，传统的有线网络已经无法满足需求，WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网)技术应运而生.
目前，WLAN已经成为一种经济、高效的网络接入方式
1 WLAN概述
1.1 什么是WLAN
WLAN即Wireless LAN（无线局域网），是指通过无线技术构建的无线局域网络。WLAN广义上是指以无线电波、激光、红外线等无线信号来代替有线局域网中的部分或全部传输介质所构成的网络.
通过WLAN技术，用户可以方便地接入到无线网络，并在无线网络覆盖区域内自由移动，彻底摆脱有线网络的束缚
1.2 IEEE 802.11、WLAN与Wi-Fi
IEEE 802.11是现今无线局域网通用的标准。它是由国际电机电子工程学会(IEEE)定义的无线网络通信的标准.
Wi-Fi联盟制造商的商标，并做为产品的品牌认证，是一种创建于IEEE 802.11标准上的无线局域网技术。在大多数场景下，Wi-Fi可等同于802.11
2 WLAN介绍
2.1 WLAN设备介绍
2.2 AP&AC介绍
AP(Access Point, 无线接入点)一般支持FAT AP（胖AP）、FIT AP（瘦AP）和云管理AP三种工作模式，根据网络规划的需求，可以灵活地在多种模式下切换
- FAT AP：适用于家庭，独立工作，需单独配置，功能较为单一，成本低。独立完成用户接入、认证、数据安全、业务转发和QoS等功能
- FIT AP：适用于大中型企业，需要配合AC使用，由AC统一管理和配置，功能丰富，对网络维护人员的技能要求高。用户接入、AP上线、认证、路由、AP管理、安全协议、QoS等功能需要同AC配合完成
- 云管理：适用于中小型企业，需要配合云管理平台使用，由云管理平台统一管理和配置，功能丰富，即插即用，对网络维护人员的技能要求低
AC(Access Controller, 无线接入控制器)一般位于整个网络的汇聚层，用来集中化控制无线AP，是一个无线网络的核心，负责管理无线网络中的所有无线AP，对AP管理包括: 下发配置、修改相关配置参数、射频智能管理、接入安全控制等
2.3 供电方式介绍
AP供电有三种选择:
- 优先选择符合802.3 af/802.3 at标准的PoE交换机供电
- 附近有交流电源，可以选择交流电源适配器供电
- 附近没有交流电源，可以选择PoE电源适配器供电
看到这里你可能会问, 什么是POE?
PoE
PoE全称为Power Over Ethernet，是指通过10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T以太网网络供电，其可靠供电的距离最长为100米
POE的目的或是说优势:
- 节省电源布线成本
- 结合UPS（不间断电源）提高可用性
- 方便统一管理
PoE协议标准
IEEE802.3afPoE标准–最大输出功率15.4W, IEEE802.3at-2009PoE标准–最大输出功率30W.
| 标准PoE参数对比 | ||
|---|---|---|
| 特性 | 802.3 af | 802.3 at |
| 标准时间 | 2003 | 2009 |
| PD可用功率 | 12.95W | 25.50W |
| PSE提供的最大功率 | 15.40W | 30W |
| 电源管理 | 三种功率等级 | 四种功率等级 |
2.4 基本的WLAN组网架构
2.5 敏捷分布式AP架构
架构特点:
- AP的一种特殊架构，将AP拆分为中心AP和敏分AP两部分，中心AP可管理多台敏分AP，在适用的场景下，成本低，覆盖好。敏捷分布式AP可以用于FAT AP、AC+FIT AP、云管理架构
- 适用范围：房间分布密集的场景
3 有线侧组网概念
3.1 CAPWAP协议
CAPWAP（Control And Provisioning of Wireless Access Points Protocol，无线接用户数据入点控制和配置协议）：该协议定义了如何对AP进行管理、业务配置，即AC通过CAPWAP隧道来实现对AP的集中管理和控制
CAPWAP隧道的功能
- AP与AC间的状态维护
- AC通过CAPWAP隧道对AP进行管理、业务配置下发
- 当采用隧道转发模式时，AP将STA发出的数据通过CAPWAP隧道实现与AC之间的交互
CAPWAP基本报文格式
3.2 AP-AC组网方式
AP和AC间的组网分为：二层组网和三层组网
二层组网
- 二层组网：AP与AC之间的网络为直连或者二层网络
- 由于二层组网比较简单，适用于简单临时的组网，能够进行比较快速的组网配置，但不适用于大型组网架构
三层组网
- 三层组网：AP与AC之间的网络为三层网络
- 在实际组网中，一台AC可以连接几十甚至几百台AP, 组网一般比较复杂，在大型组网中一般采用三层组网
3.3 AC连接方式
AC的连接方式分为：直连式组网和旁挂式组网
直连式组网
-
直连式组网可以认为AP、AC与上层网络串联在一起，所有数据必须通过AC到达上层网络
-
直连式组网中AC同时扮演AC和汇聚交换机的功能，AP的数据业务和管理业务都由AC集中转发和处理
旁挂式组网
- 旁挂式组网，AC旁挂在AP与上行网络的直连网络中，不再直接连接AP, AP的业务数据可以不经AC而直接到达上行网络
4 无线侧组网概念
4.1 无线通信系统
无线通信系统中，信息可以是图像、文字、声音等。信息需要先经过信源编码转换为方便于电路计算和处理的数字信号，再经过信道编码和调制，转换为无线电波发射出去
4.2 无线电磁波
无线电磁波是频率介于3赫兹和约300G赫兹之间的电磁波，也叫作射频电波，或简称射频、射电。无线电技术将声音讯号或其他信号经过转换，利用无线电磁波传播, 也同时会受到如微波炉这类设备的影像.
WLAN技术就是通过无线电磁波在空间中传输信息。当前我们使用的频段是:
- 2.4GHz频段(2.4GHz~2.4835GHz）
- 5GHz频段（5.15GHz5.35GHz，5.725GHz5.85GHz）
4.3 无线信道
信道是传输信息的通道，无线信道就是空间中的无线电磁波。无线电磁波无处不在，如果随意使用频谱资源，那将带来无穷无尽的干扰问题，所以无线通信协议除了要定义出允许使用的频段，还要精确划分出频率范围，每个频率范围就是信道
只要附近的信道不冲突, 区分开信道, 就能减少信道产生的干扰, 设备会自动检测周围信道并选择自己的信道
信道绑定
信道绑定技术通过将相邻的两个20MHz信道绑定成40MHz，使传输速率成倍提高
在中国，5.8GHz频段内有5个非重叠信道，分别为：149，153，157，161，165
标准建议配置：149，157或者153，161；采用149，157配置时，表示主信道在前；采用153，161配置时，表示主信道在后，配置范围其实是一样的
4.4 BSS/SSID/BSSID
基本服务集BSS(Basic Service Set)
- 一个AP所覆盖的范围
- 在一个BSS的服务区域内，STA可以相互通信
基本服务集标识符BSSID(Basic Service Set Identifier)
- 是无线网络的一个身份标识，用AP的MAC地址表示
服务集标识符SSID(Service Set Identifier)
- 是无线网络的一个身份标识，用字符串表示
- 为了便于用户辨识不同的无线网络，用SSID代替BSSID
简单来说, BSS就是WLAN的领域, 这个领域的名称是SSID, 领域的唯一标识ID是BSSID
那有人要问了, 像办公室那种网络环境, 明明只看到一个挂在墙上的AP, 但WLAN网卡却能够搜索到好几个网络呢?
4.5 VAP
早期的AP只支持1个BSS，如果要在同一空间内部署多个BSS，则需要安放多个AP，这不但增加了成本，还占用了信道资源。为了改善这种状况，现在的AP通常支持创建出多个虚拟AP(Virtual Access Point, VAP)
虚拟接入点VAP:
- AP就是在一个物理实体AP上虚拟出的多个AP, 每一个被虚拟出的AP就是一个VAP。每个VAP提供和物理实体AP一样的功能
- 每个VAP对应1个BSS。这样1个AP，就可以提供多个BSS，可以再为这些BSS，设置不同的SSID
问题又来了, 向校园网这种整个学校都有同一个SSID的网络, 总不能有BSS大到覆盖整个校园的AP吧? 那么需要怎么实现呢?
4.6 ESS
为了满足实际业务的需求，需要对BSS的覆盖范围进行扩展。同时用户从一个BSS移动到另一个BSS时，不能感知到SSID的变化，则可以通过扩展服务集ESS实现
扩展服务集ESS(Extend Service Set)由多个使用相同SSID的BSS组成，是采用相同的SSID的多个BSS组成的更大规模的虚拟BSS
