3.3 相关知识
3.3.1 无线局域网概述
1.无线局域网概念
无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）是在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它以无线电波信号作为传输介质，提供传统有线局域网的功能，并能使用户实现随时、随地的网络接入。之所以称其是局域网，是因为受到无线连接设备与计算机之间距离的限制而影响传输范围，必须在区域范围内才可以组网。
通常计算机组网的传输媒介主要依赖铜缆或光缆，构成有线局域网。但有线网络在某些场合要受到布线的限制：布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中的各结点不可移动。特别是当要把相离较远的结点连接起来时，敷设专用通信线路的布线施工难度大、费用高、耗时长，对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞。无线局域网就是解决有线网络以上的问题而出现的。
无线局域网覆盖范围一般视环境而定，如一般标准不加天线，在室内开放空间覆盖范围约为100～250m；在办公室等半开放空间覆盖范围约为35～50m；在室外则视建筑物间隔、材质及遮蔽情况而定，覆盖范围最远可达20km。
无线局域网在能够给网络用户带来便捷和实用的同时，也存在一些缺陷。无线局域网的不足之处体现在以下几个方面：
（1）性能。无线局域网是依靠无线电波进行传输的。这些电波通过无线发射装置进行发射，而建筑物、车辆、树木和其他障碍物都可能阻碍电磁波的传输，所以会影响网络的性能。
（2）速率。无线信道的传输速率与有线信道相比要低得多。目前，无线局域网的传输速率与有线局域网相比还有很大差距，只适合于个人终端和小规模网络应用。
（3）安全性。本质上无线电波不要求建立物理的连接通道，无线信号是发散的。从理论上讲，很容易监听到无线电波广播范围内的任何信号，造成通信信息泄漏。
虽然无线网络优点众多，但其缺点也显而易见，因此不能完全取代有线网络，有线网络与无线网络配合使用，各自发挥优点，优势互补，才是最好的办法。
2.无线局域网通信协议
无线接入技术区别于有线接入的特点之一是标准不统一，不同的标准有不同的应用。目前比较流行的有802.11标准（包括802.11a、802.11b、802.11g、及802.11n等标准）、蓝牙（Bluetooth）标准以及HomeRF（家庭网络）标准等。
（1）802.11标准
IEEE 802.11无线局域网标准的制定是无线网络技术发展的一个里程碑。IEEE 802.11标准采用CSMA/CA机制，支持竞争型异步业务，从而使信号冲突概率减少到最小。802.11标准除了介绍无线局域网的优点及各种不同性能外，还使得各种不同厂商的无线产品得以互联。另外，标准使核心设备执行单芯片解决方案，降低了无线局域网的造价。802.11标准的颁布，使得无线局域网在各种有移动要求的环境中被广泛接受。它是无线局域网目前最常用的传输协议，各个公司都有基于该标准的无线网卡产品。不过由于802.11速率最高只能达到2Mbit/s，在传输速率上不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又相继推出了802.11b和802.11a两个标准。
802.11b标准采用一种新的调制技术，使得传输速率能根据环境变化，它采用2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为11Mbit/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5.5Mbit/s、2Mbit/s和1Mbit/s。支持的范围是在室外为300m，在办公环境中最长为100m。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。
802.11a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用的802.11b无线局域网标准的后续标准。802.11a标准的传输更惊人，传输速度可达25Mbit/s，完全能满足语音、数据、图像等业务的需要。
随着无线IEEE 802.11标准深入人心，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成立了无线局域网任务工作组，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56Mbit/s数据传输率。随后的802.11n则把数据传输率再次提高了10倍。802.11n是在802.11g和802.11a之上发展起来的一项技术，最大的特点是速率提升，理论速率最高可达600Mbit/s（目前业界主流为300Mbit/s）。802.11n可工作在2.4GHz和5GHz两个频段。
（2）蓝牙标准
蓝牙（IEEE 802.15）是一项新标准，对于802.11来说，它的出现不是为了竞争而是相互补充。“蓝牙”是一种极其先进的大容量近距离无线数字通信的技术标准，其目标是实现最高数据传输速度1Mbit/s（有效传输速率为721kbit/s）、最大传输距离为10cm～10m，通过增加发射功率可达到100m。蓝牙比802.11更具移动性，比如，802.11限制在办公室和校园内，而蓝牙却能把一个设备连接到局域网和广域网，甚至支持全球漫游。此外，蓝牙成本低、体积小，可用于更多的设备。“蓝牙”最大的优势还在于，在更新网络骨干时，如果搭配“蓝牙”架构进行，使用整体网络的成本肯定比铺设线缆低。
（3）家庭网络的HomeRF标准
HomeRF主要为家庭网络设计，是IEEE 802.11与数字无绳电话标准的结合，旨在降低语音数据成本。HomeRF也采用了扩频技术，工作在2.4GHz频带，能同步支持4条高质量语音信道。但目前HomeRF的传输速率只有1～2Mbit/s，美国联邦通信委员会建议增加到10Mbit/s。
3.3.2 无线网络接入设备
1.无线网卡
无线网卡的作用与有线网卡类似，主要分为PCI卡、MINI-PCI卡、USB卡和笔记本专用的PCMCIA卡四类，图3-2所示为无线局域网卡。
无线网卡现在主要有两类，一类为无线局域网卡，一类为无线广域网卡。前者要和无线路由器结合使用，后者要到移动、联通或电信开通服务。在外观上两者主要的区别在于广域网卡多了插SIM卡的插槽。
图3-2 无线局域网卡
2.接入点
接入点（Access Point，AP）的作用相当于局域网集线器。它在无线局域网和有线网络之间接收、缓冲存储和传输数据，以支持一组无线用户设备。接入点通常是通过标准以太网线连接到有线网络上，并通过天线与无线设备进行通信。在有多个接入点时，用户可以在接入点之间漫游切换。接入点的有效范围是20～500m。根据技术、配置和使用情况，一个接入点可以支持15～250个用户，通过添加更多的接入点，可以比较轻松地扩充无线局域网，从而减少网络拥塞并扩大网络的覆盖范围。
室内无线AP如图3-3（a）所示，室外无线AP如图3-3（b）所示。
图3-3 室内/外无线AP
3.无线路由器
无线路由器集成了无线AP和宽带路由器的功能，它不仅仅具备AP的无线接入功能，通常还支持DHCP、防火墙、WEP加密、网络地址转换（NAT）功能，支持局域网用户的网络连接共享。
市面上大多数无线宽带路由器都有一个WAN口和四个以上的LAN口，可作为有线宽带路由器使用，如图3-4所示。
图3-4 无线路由器
4.天线
在无线网络中，天线可起到增强无线网络信号的作用，可以把它理解为无线信号放大器。天线对空间的不同方向有不同的辐射或接收能力，根据方向的不同，可将天线分为定向天线和全向天线。
（1）定向天线
定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性，采用定向发射天线的主要目的是增强信号强度增加抗干扰能力。图3-5（a）所示为一款定向天线。
图3-5 天线
（2）全向天线
全向天线即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在通信系统中一般应用距离近，覆盖范围大，价格便宜。增益一般在9dB以下。图3-5（b）所示为一款全向天线。