基于802.11n標(biāo)準(zhǔn)的WLAN技術(shù)實(shí)現(xiàn)校園無線網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案介紹

隨著國(guó)家推進(jìn)教育信息化建設(shè)步伐的加快，大學(xué)校園對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求也日益增加，但網(wǎng)絡(luò)安全、帶寬不足等因素依舊制約著無線局域網(wǎng)的發(fā)展。本文在汲取國(guó)內(nèi)外無線校園網(wǎng)建設(shè)方案中成功之處的同時(shí)，較深入地探討了現(xiàn)階段無線校園網(wǎng)建設(shè)中依舊存在的問題。通過參考相關(guān)文獻(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)管理等方面的研究成果，結(jié)合大學(xué)校園網(wǎng)的現(xiàn)狀及未來的可持續(xù)發(fā)展，給出了一個(gè)基于802.11n標(biāo)準(zhǔn)的校園無線網(wǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)參考方案。該組網(wǎng)方案具有安裝便捷、使用方便、擴(kuò)展性較好、高速安全等特點(diǎn)。

1 WLAN的現(xiàn)狀及其在校園網(wǎng)的實(shí)踐情況

無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Networks,WLAN）具有安裝便捷、高靈活性、易擴(kuò)展等有線局域網(wǎng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此WLAN在學(xué)校、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所得到越來越廣泛的應(yīng)用。但相較于有線網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)性能、安全性、可管理性卻成為阻礙無線局域網(wǎng)發(fā)展的重要制約因素。一方面用戶對(duì)WLAN的需求不斷增長(zhǎng)，另一方面，WLAN依然面臨著諸如帶寬不足、漫游不方便、網(wǎng)絡(luò)管理困難、系統(tǒng)安全性不高等問題，導(dǎo)致了許多用戶對(duì)量終是否采用WLAN系統(tǒng)猶豫不決。在國(guó)內(nèi)，相較于使用有線局域網(wǎng)，采用WLAN作為校園網(wǎng)的學(xué)校寥寥無幾，其中一個(gè)比較成功的案例是北京師范大學(xué)無線校園網(wǎng)。這個(gè)建于2008年的國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的WLAN完全滿足了北師大數(shù)據(jù)、語音、視頻等多方面的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，并且實(shí)現(xiàn)了無線設(shè)備和用戶的集中管理、射頻的智能控管功能以及無線局域網(wǎng)的安全保障。現(xiàn)階段，大學(xué)校園采用的小型WLAN更多是作為對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)的一種延伸。

2 基于802.11n標(biāo)準(zhǔn)的WLAN的特點(diǎn)

從量初的802.11b標(biāo)準(zhǔn)到現(xiàn)在802.11n標(biāo)準(zhǔn)，WLAN在這10年間，無論是在數(shù)據(jù)的傳輸速率方面還是在使用的組網(wǎng)技術(shù)方面都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。雖然基于802.11g標(biāo)準(zhǔn)的WLAN其最大傳輸速率已經(jīng)達(dá)到54Mbps,但依舊不足以完全滿足校園網(wǎng)WLAN的應(yīng)用?；?02.11n標(biāo)準(zhǔn)的WL AN可提供300~600Mb/s的傳輸速率。使用技術(shù)方面，其主要采用的技術(shù)是將MIMO（多入多出）與OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)相結(jié)合而應(yīng)用的MIMO OFDM技術(shù)，有效提高了WLAN的傳輸速率，同時(shí)保證了無線傳輸質(zhì)量。在范圍覆蓋方面，802.11n可采用智能天線技術(shù)，通過多組獨(dú)立天線組成的天線陣列，動(dòng)態(tài)調(diào)整波束，保證了WLAN用戶接收信號(hào)的穩(wěn)定性。因此其覆蓋范圍可以擴(kuò)大到好幾平方公里，這也極大地提高了WLAN的移動(dòng)性。在兼容性方面，WLAN不但能實(shí)現(xiàn)802.11n向前向后兼容，而且可以實(shí)現(xiàn)WLAN與無線廣域網(wǎng)的結(jié)合。關(guān)于WLAN的各種標(biāo)準(zhǔn)的比較如表1所示。

表1 常見WLAN標(biāo)準(zhǔn)的比較

3 基于802.11n標(biāo)準(zhǔn)的WLAN在校園網(wǎng)實(shí)踐中的相關(guān)設(shè)計(jì)

3.1 無線組網(wǎng)方式設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的基于AP（Aeeem Point）的WLAN,其無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理主要集中在對(duì)每個(gè)AP的配置和更新。其工作量隨AP數(shù)目的增加迅速增長(zhǎng)，此時(shí)在整個(gè)無線局域網(wǎng)系統(tǒng)中，AP之間必須相互協(xié)調(diào)工作。AP配置等的不統(tǒng)一會(huì)引起AP之間的無線電波干擾，用戶漫游重認(rèn)證等問題。中大型無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式主要有分布式設(shè)計(jì)和集中式設(shè)計(jì)2種。分布式設(shè)計(jì)方案中，采用分布式的管理方式，主要用于規(guī)模較小的WLAN;而集中式設(shè)計(jì)方案，所有的無線設(shè)備由網(wǎng)絡(luò)中心統(tǒng)一管理，適用于較大型的WLAN.在具體的組網(wǎng)方式設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮RF覆蓋面，帶寬，用戶的認(rèn)證，以及接入的安全性等因素?；谝陨弦蛩氐目紤]，雖然大學(xué)校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模算不上大型局域網(wǎng)，鑒于校園網(wǎng)的特殊性、管理的復(fù)雜性以及學(xué)校無線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展要求，在具體選擇組網(wǎng)方式時(shí)，建議采用集中式的組網(wǎng)方式。集中式管理方式如圖1所示。

圖1 無線設(shè)備集中管理示意圖

該方案中校園網(wǎng)網(wǎng)管人員通過管理放置在網(wǎng)絡(luò)中心的無線交換機(jī)就可以管理整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括開通、管理、維護(hù)所有AP設(shè)備，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無線電波頻譜、無線安全、接入認(rèn)證、移動(dòng)漫游以及用戶接入等的統(tǒng)一管理。

3.2 多業(yè)務(wù)區(qū)分設(shè)計(jì)

根據(jù)校園用戶的類型進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。學(xué)校用戶主要由以下幾部分組成：學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)和老師，學(xué)校的學(xué)生包括各類交流生，參加學(xué)校會(huì)議或活動(dòng)的與會(huì)人員，學(xué)校普通的工作者，網(wǎng)絡(luò)管理員。在具體實(shí)施無線業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)，可以設(shè)置多個(gè)SSID.SSID是對(duì)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)的邏輯劃分，擁有相同SSID的用戶位于同一個(gè)VIAN中，根據(jù)每個(gè)VLAN的用戶對(duì)象賦予不同的訪問權(quán)限，一定程度上也提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。SSID可以通過無線AP在全網(wǎng)進(jìn)行廣播，進(jìn)而滿足不同用戶的使用需求。用戶在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)可以搜索到所有的SSID,然后選擇相應(yīng)的SSID進(jìn)行用戶認(rèn)證，認(rèn)證成功即可訪問校園網(wǎng)絡(luò)和Internet.

3.3 網(wǎng)絡(luò)和用戶管理

網(wǎng)絡(luò)管理可采用集中式管理，在管理細(xì)節(jié)上可以結(jié)合相關(guān)的網(wǎng)管設(shè)備和網(wǎng)管軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理，對(duì)用戶的管理，考慮到實(shí)現(xiàn)無線用戶的安全接入和易操作，可以通過IMC準(zhǔn)入控制軟件的設(shè)置，對(duì)用戶的操作進(jìn)行相應(yīng)的限制。其具體的配置主要包括以下2個(gè)方面：

1）服務(wù)器端的設(shè)置服務(wù)器端的主要功能是創(chuàng)建帳戶和密碼，在安全性要求較高時(shí)，可對(duì)用戶賬戶與用戶的信息進(jìn)行綁定。

2）客戶端的設(shè)置客戶端只要下載并安裝專用的客戶端程序，在使用時(shí)雙擊執(zhí)行，輸入服務(wù)器端分配給用戶的用戶名以及用戶自己設(shè)置的密碼即可連接無線網(wǎng)絡(luò)。

3.4 無線網(wǎng)絡(luò)安全性設(shè)計(jì)

與有線局域網(wǎng)相比，連接局域網(wǎng)的各類線纜一定程度上已經(jīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用進(jìn)行了接入控制，而無線網(wǎng)絡(luò)的信道開放，給無線網(wǎng)絡(luò)帶來了一定的安全隱患。主要包括未經(jīng)授權(quán)使用網(wǎng)絡(luò)，地址欺騙和會(huì)話攔截（中間人攻擊），高級(jí)入侵等?；谝陨习踩[患必須采用多種安全設(shè)計(jì)并舉的方式來保證整體網(wǎng)絡(luò)的安全性，主要的安全性設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：

1）多SSID機(jī)制多個(gè)SSID機(jī)制對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了邏輯上的劃分，不僅有利于網(wǎng)絡(luò)的分塊管理，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶的使用權(quán)限的控制。

①WEP（Wired Equivalent Privacy）是WLAN的第一個(gè)安全協(xié)議，WEP使用一個(gè)共享的密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，密鑰的長(zhǎng)度為64位或128位。目前IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中的WEP安全解決方案，在15分鐘內(nèi)就能被攻破，已被證實(shí)不安全。

②）WPA（Wi-Fi Protected Access）加密方式及其加密特性決定了它比WEP更難以入侵。可以說WPA=802.1X+EAP+TKIP+MIC,其中TKIP（Temporal Key Integrity Protocod）成為臨時(shí)密鑰完整性協(xié)議，其采用的加密算法是RC4,但在RC4基礎(chǔ)上采用了更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)封裝，密鑰長(zhǎng)度也提高到了128位且密鑰由服務(wù)器自動(dòng)分發(fā)。在802.1X/EAP（可擴(kuò)展的認(rèn)證協(xié)議）的認(rèn)證支持下，TKIP實(shí)現(xiàn)了用戶密鑰、會(huì)話密鑰、數(shù)據(jù)包密鑰的分級(jí)密鑰體系。MIC（Message integrity Check）全稱信息完整檢查技術(shù)，用于防止數(shù)據(jù)的偽造。由此可知WPA安全性主要體現(xiàn)在身份認(rèn)證、加密機(jī)制和數(shù)據(jù)包檢查等方面，而且它還可以加強(qiáng)無線網(wǎng)絡(luò)的管理。根據(jù)校園網(wǎng)的特點(diǎn)，應(yīng)采用WPA加密方式為宜。

3）網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制、網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制主要是對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)中重放攻擊等安全隱患的預(yù)防，給不同權(quán)限的用戶設(shè)定一個(gè)最大帶寬以有效地保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶寬的合理使用，對(duì)防止病毒在WLAN中的傳播也起到一定的遏制作用。

4）病毒防護(hù)及入侵檢測(cè)機(jī) 根據(jù)WPDRRC安全模型的定義，檢測(cè)是保證無線網(wǎng)絡(luò)安全的重要環(huán)節(jié)，要及時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中存在的異常，盡早把病毒等不安全因素遏制在"搖籃之中".在病毒防護(hù)方面可以通過檢測(cè)用戶的狀態(tài)并根據(jù)準(zhǔn)入機(jī)制限制病毒等進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。

5）設(shè)備安全措施保障無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安全是保證無線園區(qū)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的前提，當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安全主要包括無線設(shè)備的物理安全，無線設(shè)備的密碼安全及安全訪問等。與有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般放在配線間不同，無線AP等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要分布在無線網(wǎng)絡(luò)空問相應(yīng)的位置以滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求，且無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備常需要暴露在室外，防盜、防雷等在部署園區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)是必須考慮的問題。針對(duì)設(shè)備的物理安全可以采取警報(bào)系統(tǒng)，和安裝避雷針等方式解決。在為無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)置密碼時(shí)應(yīng)避免使用無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的默認(rèn)密碼，創(chuàng)建健全的密碼保障無線設(shè)備不會(huì)被輕而易舉地訪問。

3.5 移動(dòng)漫游設(shè)計(jì)

移動(dòng)漫游設(shè)計(jì)中可采用基于二層漫游設(shè)計(jì)和三層漫游設(shè)計(jì)2種方式。目前大多數(shù)的無線產(chǎn)品都只能支持基于二層的漫游設(shè)計(jì)，相比三層漫游而言，用戶在跨網(wǎng)段訪問時(shí)需要二次認(rèn)證，這其中不可避免的會(huì)引起丟包或增加網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，嚴(yán)格意義上來說，不屬于真正的無縫漫游。而基于三層的漫游可以保證用戶在AP、WLAN交換機(jī)、不同的VLAN之間進(jìn)行無縫漫游，漫游過程中不會(huì)丟失連接也不需要重啟DHCP.在具體選擇漫游方式時(shí)，需要根據(jù)用戶具體的應(yīng)用而定，在使用語音等QoS要求較高的業(yè)務(wù)時(shí)，使用三層漫游則更為合理。

3.6 無線設(shè)備的相關(guān)設(shè)計(jì)

在無線設(shè)備的相關(guān)設(shè)計(jì)中主要包括無線設(shè)備的選址和無線設(shè)備的選型等。

1）無線設(shè)備的選址無線設(shè)備的選址應(yīng)根據(jù)一定的原則，即在滿足用戶需求的前提下要使用最少的設(shè)備，在具體設(shè)計(jì)時(shí)可先采用仿真軟件模擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境?？刂坪脽o線信號(hào)的重疊范圍，無線信號(hào)的功率，無線信號(hào)的輻射方向。過多的無線信號(hào)重疊會(huì)引起頻繁的無線漫游，進(jìn)而影響服務(wù)質(zhì)量；在靠近校外的建筑物上放置AP最好使用定向天線，盡量減少無線信號(hào)輻射到校園外，以及減少因信號(hào)輻射到校園外而增加網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜度和不安全性。

2）無線設(shè)備的造型在教室等墻體密集的區(qū)域可以通過增強(qiáng)無線信號(hào)的輻射功率或采用高靈敏度、穿透能力強(qiáng)的無線AP產(chǎn)品，并配合分離式吸璜天線，以一個(gè)AP配合一個(gè)天線或一個(gè)AP配合多個(gè)天線的方式完成室內(nèi)區(qū)域的完全覆蓋。室外選用室外無線AP,通過天線聚集信號(hào)使無線覆蓋范圍更大、更遠(yuǎn)。設(shè)備與天線可安置于樓頂或樓底，使無線信號(hào)向下或向上整體覆蓋樓宇。具體設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮電能的供應(yīng)情況，在電能供應(yīng)方便的地方采用電源供電，否則使用帶有POE功能的設(shè)備，以POE方式供能。

3.7 測(cè)試方案的設(shè)計(jì)

基本的WLAN搭建完成后，應(yīng)做相應(yīng)的測(cè)試。網(wǎng)絡(luò)管理是一個(gè)不斷測(cè)試，不斷發(fā)現(xiàn)并及時(shí)解決問題的過程。無線網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試主要包括IP聯(lián)通性的測(cè)試、無線網(wǎng)絡(luò)速率的測(cè)試、無線網(wǎng)絡(luò)的漫游功能的測(cè)試以及準(zhǔn)入測(cè)試等4個(gè)方面。IP聯(lián)通性的測(cè)試可通過ping、tracert等網(wǎng)絡(luò)測(cè)試命令實(shí)現(xiàn)。無線網(wǎng)絡(luò)速率的測(cè)試可以通過計(jì)算機(jī)自帶的功能進(jìn)行速率的測(cè)試，也可通過相關(guān)的測(cè)試設(shè)備或測(cè)試軟件進(jìn)行速率的測(cè)試。在進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)漫游功能的測(cè)試時(shí)，可以利用筆記本電腦連接到無線網(wǎng)絡(luò)，在不同的兩個(gè)無線區(qū)域之間進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)使用ping命令ping網(wǎng)關(guān)地址，并利用telnet工具登錄到無線控制器等設(shè)備上，輸入相關(guān)的命令查看漫游記錄。準(zhǔn)入測(cè)試可以在服務(wù)器端配置不同的測(cè)試用戶和密碼，在客戶端以不同的用戶和密碼進(jìn)行測(cè)試，并與預(yù)期的設(shè)計(jì)理念核對(duì)。

3. 8 其他設(shè)計(jì)

一個(gè)健全的WLAN,要經(jīng)受不同季節(jié)、不同天氣的考驗(yàn)，因此，在WLAN的設(shè)計(jì)中要把天氣等環(huán)境因素考慮到網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，由于無線網(wǎng)絡(luò)易受天氣、建筑等因素的影響，所以要準(zhǔn)備相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。另外還要考慮停電等突發(fā)情況的影響。

4 結(jié)論

隨著無線技術(shù)的不斷發(fā)展，制約傳統(tǒng)WLAN發(fā)展的一些因素正在被新的技術(shù)所改善，無線局域網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)也進(jìn)一步突顯出來，WLAN不僅彌補(bǔ)了有線局域網(wǎng)的不足，而且為局域網(wǎng)開辟了一個(gè)嶄新的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域。WLAN技術(shù)在校園網(wǎng)的應(yīng)用也必將給大學(xué)校園的學(xué)習(xí)、工作、交流帶來更大的便捷。