第11讲:计算机网络故障诊断与排除---无线网络故障诊断与排除2016-12ppt课件(全).ppt
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1、黎连业计算机网络故障诊断与排除计算机网络故障诊断与排除中科院计算所计算机职业技能培训中心中科院计算所计算机职业技能培训中心 计算机网络故障诊断与排除计算机网络故障诊断与排除讲座教材讲座教材 计算机网络故障诊断与排除计算机网络故障诊断与排除第第 3 3 版版 清华大学清华大学出版社出版社(2016.12)第第11讲:讲:无线网络故障诊断与排除无线网络故障诊断与排除 本章重点介绍以下内容:无线网络概述;无线网络标准;无线网络中的安全缺陷;无线网络的故障诊断与排除方法;室外型无线网桥故障现象和解决方法;无线交换机故障诊断与排除方法;无线路由器故障诊断与排除方法;无线网卡故障诊断与排除方法。11.1
2、无线网络概述 在计算机网络工程中,不仅要做有线的而且还要做无线的,无线网络发展的势头越来越大,本章将讨论无线网络的基础和工程的建设。11.1.1 无线网络的概念 近来年,由于无线通信技术的发展,出现了移动上网,无线Internet。尤其是10M/100M无线局域网络的推出,使无线网络出现了新的生机。w无线网络采用与有线网络同样的工作方法,它们按PC、服务器、工作站、网络操作系统、无线适配器和访问点通过电缆连接建立网络。w无线局域网络是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网WLAN(Wireless Local Area Network)。w计算机无线联网方式是有线联网方式的一种补充,它是在有线网
3、的基础上发展起来的,使网上的计算机具有可移动性。能快速、方便地解决以有线方式不易实现的网络信道的连通问题。无线连网要解决二个主要问题:w通信信道的实现与性能;w提供像有线网络系统那样的网络服务功能。对于第一点的基本要求是:工作稳定、数据传输率高(大于1Mbps)、抗干扰、误码率低、频道利用率高、具有保密性、收发的单一性、可以进行有效的数据提取。对于第二点的基本要求是:现有的网络系统应能在其中运行,即要兼容有线网络的软件,使用户能透明地操作而无需考虑网络环境。11.1.2 无线网络通信传输媒介 目前,计算机无线通信传输手段有两种:w无线电波:即短波或超短波、微波。w光波。即激光、红外线。短波,超
4、短波类似电台或电视台广播,采用调幅、调频或调相的载波,通信距离可达数十公里。这种通信方式早已用于计算机通信,但其速率慢、保密性差、没有通信的单一性、易受其它电台或电气设备的干扰,使之可靠性差。另外频道、频度都要专门申请,因此一般不用作为无线联网。微波:以微波收、发机作为计算机网的通信信道。因为微波的频率很高,所以能够实现数据传输高速率,受气候条件环境影响很小。它的频率范围=300GHz 内。微波波段又可分为:分米波、厘米波、毫米波,还有用字母命名更细分微波各波段的。微波波段划分如下:微波的波长很短,具有如下特性:w直线传播。w频谱宽,携带信息容量大。w微波元器件受尺寸大小的影响。w微波受金属物
5、体屏蔽,但能穿越非金属物体,但耗损大。w可穿透大气层,向外空传播。11.1.3 无线网络的互连设备 2以太网桥接器(Ethernet Bridge),用以连接无PCI槽,无USB口但具有以太网接口的设备3无线局域网接入点(Access Point)w 网桥(Bridge)-点对点的桥接(Point-to-Point)-点对多点的桥接(Point-to-Multipoint)-无线客户端桥接器(AP Client)-无线中继器(Wireless Repeater)4 无线宽带路由器(Wireless Router)w无线路由器可用于完成计算机网络互联和不同协议的转换、网络地址的过滤。w无线路由器
6、由工业级微机、无线网卡、有线网卡及相应软件构成,视需要可有许多种变型的配置,它可以有多个有线接口和多个无线接口,用于进行网间(有线或无线)的路由选择与桥接,借助于技术,把地理上分离的,目前流行的多种有线或无线网相连。5无线交换机w无线交换机是把无线网络的流量集中起来,在布线间内与有线以太网交换机相连接,通过无线交换机整合无线网络的安全、管理和连接等各种功能,与无线交换机连接的是哑接入点,哑接入点与无线工作站或用户相连,哑接入点的成本仅有普通接入点AP的一半价位。7 无线E1/T1调制解调器w无线E1/T1调制解调器是一种全双工的无线调制解调器,为E1/T1和其他同步数据应用提供了解决方案。w它
7、支持DTE速率从64Kbps到2048Kbps,射频数据速率可达3Mbps。8无线集线器(hub)用在当很多用户需要在他们工作的一个区域内作灵活的移动,而仍然需要随时访问他们的网络设备时,以无线集线器来完成这个连接。11.2无线网络标准wIEEE 802又称为LMSC(LAN/MAN Standards Committee,局域网/城域网标准委员会),致力于研究局域网和城域网的物理层和MAC层规范。LMSC执行委员会(Executive Committee)下设工作组(Working Group)、研究组(Study Group)、技术顾问组(Technical Advisory Group)
8、。w目前,IEEE 802对无线网络标准分IEEE802.11系列标准、IEEE802.15系列标准、IEEE802.16和IEEE802.20系列标准。IEEE802.11系列研究的是无线局域网(Wireless LAN);IEEE802.15系列研究的是无线个人区域网(Wireless Personal Area Network);IEEE802.16系列研究的是宽带无线接入(无线城域网);IEEE802.20系列标准研究的是移动宽带无线接入广域网。wIEEE 802.11、IEEE802.15、IEEE802.16和IEEE802.20系列标准,在全球范围内,已经成为无线网络的主流标准。
9、11.21 IEEE802.11系列标准1.IEEE802.11标准的重要技术规定w1990年,IEEE执行委员会成立了802.11工作组,其目标是创建无线局域网(WLAN)标准,规定为:“所提议的无线LAN标准的作用范围是为局域网固定的、便携式和可移动站点的无线连接开发的规范。”最终的标准,即正式称为IEEE无线LAN介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范,并像其它IEEE802的标准一样(如802.3、802.5)为此,规定了一些至关重要的技术机制。(1)CSMA/CA协议w我们知道总线型局域网在MAC层的标准协议是CSMA/CD,即载波侦听多点接入/冲突检测(Carrier Sen
10、se Multiple Access Collision Detection)。但由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突,因此802.11全新定义了一种新的协议,即载波侦听多点接入/避免冲撞CSMA/CA(Collision Avoidance)。一方面,载波侦听-查看介质是否空闲;另一方面,避免冲撞-通过随机的时间等待,使信号冲突发出的概率减到最小,当介质被侦听到空闲时,优先发送,不仅如此,为了系统更加稳固,802.11还提供了带确认帧ACK的CSMA/CA。在一旦遭受其他噪声干扰,或者由于侦听失败时,信号冲突就有可能发生,而这种工作于MAC层的ACK此时能够提供快速的恢复能力。(2)
11、RTS/CTS协议wRTS/CTS协议即请求发送/允许发送协议,相当于一种握手协议,主要用来解决“隐藏终端”问题。“隐藏终端”(Hidden Stations)是指,基站A向基站B发送信息,基站C未侦测到A也向B发送,故A和C同进将信号发送至B,引起信号冲突,最终导致发送至B的信号都丢失了,“隐藏终端”多发生在大型单元中(一般在室外环境),这将带来效率损失,并且需要错误恢复机制。当需要传送大容量文件时,尤其需要杜绝“隐藏终端”现象的发生。WaveLAN802.11提供了如下解决方案。在参数配置中,若使用RTS/TS协议,同进设置传送上限字节数-旦待传送的数据大于此上限值时,即启动RTS/CTS
12、握手协议:首先,A向B发送RTS信号,表明A要向B发送若干数据,B收到RTS后,向所有基站发出CTS信号,表明已准备就绪,A可以发送,其余基站暂时“按兵不动”,然后,A向B发送数据,最后,B接收完数据后,即向所有基站广播ACK确认帧,这样,所有基站又重新可以平等侦听、竞争信道了。(3)信包重整w当传送帧受到严重干扰时,必定要重传。因此若一个信包越大时,所需重传的耗费(时间、控制信号、恢复机制)也就越大;这时,若减小帧尺寸,把大信包分割为若干小信包,即使重传,也只是重传一个小信包,耗费相对小的多。这样就能大大提高新产品在噪声干扰地区的抗干扰能力。当然,作为一个可选项,用户若在一个“干净”地区,也
13、可关闭这项功能。(4)多信道漫游w人类是无限追求自由的,随着移动计算设备的日益普及,我们希望出现一种真正无所羁绊的网络接入设备。WaveLAN802.11就是这样的一种设备。传输频带是在接入设备AP(Access Point)上设置的,而基站不需要设置固定频带,并且基站具有自动识别功能,基站动态调频到AP设定的频带,这个过程之为扫描(Scan)。IEEE802.11定义了两种模式:被动扫描和主动扫描。被动扫描是指:基站侦听AP发出的指示信号,并切换到给定的频带。WaveLAN802.11采用的是主动扫描,并且能结合天线灵敏度,经信号最佳的信道确定为当前传输信道。这样,当原来位于接入点AP(A)
14、覆盖范围内的基站漫游到接入点AP(B)时,基站能自适应,重新以AP(B)为当前接入点。2.IEEE 802.11家族w802.11系列规范主要从WLAN的物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)两个层面制订系列规范,物理层标准规定了无线传输信号等基础规范,如802.11e、80211f和802.11i。历经十几年的发展,802.11已经从最初的802.11、802.11a、802.11b发展到了目前的802.11z等28种标准(包括目前在制定的)。1)IEEE 802.11,1997年,原始标准(2Mbit/s,工作在2.4GHz)。2)IEEE 802.11a,1999年,物理层补充(54
15、Mbit/s,工作在5GHz)。3)IEEE 802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s工作在2.4GHz)。4)IEEE 802.11c,符合802.1D的媒体接入控制层桥接(MAC Layer Bridging)。5)IEEE 802.11d,根据各国无线电规定做的调整。6)IEEE 802.11e,对服务等级(Quality of Service,QoS)的支持。改进和管理WLAN的服务质量,保证能在802.11无线网络上进行话音、音频、视频等多媒体业务的传输。7)IEEE 802.11f,基站的互连性(IAPP,Inter-Access Point Protocol),实
16、现不同厂商无线局域网之间的互操作,保证网络内访问点之间信息的互换。2006年2月被IEEE批准撤销。8)IEEE 802.11g,2003年,物理层补充(54Mbit/s,工作在2.4GHz)。是802.11的扩充,通过提高数据率,来增强802.11b兼容网络的性能和应用。9)IEEE 802.11h,2004年,无线覆盖半径的调整,室内(indoor)和室外(outdoor)信道(5GHz频段)。增强5GHz波段的802.11MAC规范及802.11b高速物理层规范。10)IEEE 802.11i,2004年,无线网络的安全方面的补充。增强WLAN的安全和鉴别机制。11)IEEE 802.1
17、1j,2004年,根据日本规定做的升级。12)IEEE 802.11k,2008年,该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范。该规范的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。13)IEEE 802.11l,预留及准备不使用。14)IEEE 802.11m,维护标准;互斥及极限。15)IEEE 802.11n,2008年,更高传输速率的改善,支持多输入多输出技术(Multi-Input Multi-Output,MIMO)。WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps、108Mbps,提升传输速度,目标突破100M bps,最高速率可达320Mbps,成为8
18、02.11b、802.11a、802.11g之后的另一个 重要标准。和以往的802.11标准不同,802.11n协议为双频工作模式(包含2.4GHz和5.8GHz两个工作频段),保障了与以往的 802.11a/b/g标准兼容。16)IEEE 802.11o,目前还在制定当中,针对VOWLAN(Voice over WLAN)而制订,更快速的无限跨区切换,以及读取语音(voice)比数据(Data)有更高的传输优先权。17)IEEE 802.11p,目前还在制定当中,针对汽车通信的特殊环境而出炉的标准。最初的设订是在300M距离内能有6MBPS的传输速度。它工作于5.9GHz的频段,并拥有 10
19、00英尺的传输距离和6Mbps的数据速率。802.11p将用于收费站交费、汽车安全业务、通过汽车的电子商务等很多方面。w从技术上来看,802.11p对802.11进行了多项针对汽车这样的特殊环境的改进,如切换更先进、更支持移动环境、增强了安全性、加强了身份认证等等。18)IEEE 802.11Q,目前还在制定当中,制订支援VLAN(virtual LAN,虚拟区域网路)的机制。19)IEEE 802.11r,2008年,快速基础服务转移,主要是用来解决客户端在不同无线网络AP间切换时的延迟问题。20)IEEE 802.11v,无线网络管理是最新成立的小组,其任务将基于802.11k所取得的成果
20、。802.11v主要面对的是运营商,致力于增强由Wi-Fi网络提供的服务。21)IEEE 802.11w,2009年,针对802.11管理帧的保护。22)IEEE 802.11x,预留及准备不使用。留作定义无线局域网技术标准的一系列“IEEE 802.11x”。23)IEEE 802.11y,2008年,针对美国36503700 MHz 的规定。24)IEEE 802.11z,是一种专门为了加强无线局域网安全的标准,是802.11工作组提高点对点连接的规范。w除了上面的IEEE标准,另外有:25)一个被称为IEEE 802.11b+的技术,通过PBCC技术(Packet Binary Conv
21、olutional Code)在IEEE 802.11b(2.4GHz频段)基础上提供22Mbit/s的数据传输速率。但这事实上并不是一个IEEE的公开标准,而是一项产权私有的技术,产权属于美国德州仪器公司。26)802.11ac,将允许企业或家庭用户实现无缝漫游,并且在漫游过程中能支持Wi-Fi产品安装相应的安全,管理,诊断等应用管理策略。此外,802.11ac还将向后兼容全系列的现有和新兴的802.11标准,如支持802.11i安全标准,以及802.11s的无线网状网。27)IEEE802.11ad,VHT研究小组还提出了利用60GHz频带等毫米波频带的标准化项目方案,项目名称为IEEE8
22、02.11ad,预定最早于2009年1月启动标准化活动。28)IEEE802.11 VTS SG,无线局域网工作组正式决定成立“IEEE 802.11 Study Group for Video Transport Streams”(IEEE 802.11 影像传输流研究小组,简称IEEE802.11 VTS SG)。影像传输流研究小组将探讨在IEEE802.11规格中追加支持影像传输的技术规格。影像传输流研究小组组长Stuart Kerry在给企业发出的电子邮件中,宣布了影像传输流研究小组成立的消息。wIEEE 802.11影像传输流研究小组将讨论在利用IEEE802.11规格无线LAN进行
23、影像流式发送时,如何强化MAC及PHY层技术来提高传输性能。比如 将具体讨论在确立IEEE802.11QoS功能的IEEE802.11e规格中追加新规格、同时还将讨论IEEE802.11的向前纠错(FEC)方法 等。该研究组将对提案进行审查确定,以准备今后成立正式的定义影像传输技术规格的任务组。11.22 802.11的具体特征w802.11的特征主要有:(1)提供异频和限时发送服务;(2)调节适应1Mbit/s和2Mbit/s的传输速率;(3)支持大部分市场的应用;(4)多显传递(包括广播发送)服务;(5)网络管理服务(6)注册和认证服务;(7)适应建筑物内部,如办公室、银行、商店、购物商场
24、、医院、生产车间和住处;(8)适应建筑物外部,如停车场、校园、综合建筑等;(9)电源管理;(10)带意;(11)安全性;(12)寻址。11.23 IEEE802.11拓朴结构wIEEE802.11拓朴结构有二种:独立基础服务群(IBSS)网络;扩展服务群(IESS)网络;w在这两种拓朴结构下,802.11标准认可的移动类型有:不迁移型(No transition)这种移动类型指那些移动的站点和局部BSS内移动的站点。BSS迁移型(BSS transition)这种类型指站点从ESS中的一个BSS移动到相同ESS中的另一个BSS。11.24 IEEE802.11逻辑结构wIEEE802.11的逻
25、辑结构,如图11-4所示。w图11-4说明每个站点所应用的802.11标准的逻辑结构是由LLC、MAC、和多个PHY中的一个组成。wLLC逻辑链路控制层(Logical Link Control Layer)是IEEE802.11模型的最高层,提供与传统数据链路控制协议相似的功能。wMAC介质向控制层(Medium Access Control Layer)是IEEE802.11网络中两个对等的MAC实体可以通过一个物理层进行互换。它的目的是在LLC层支持下,为共享介质PHY提供访问控制功能,如寻址方式、访问协调、帧校验序列生成和检查,以及LLC PDU的定界等。MAC是在LLC层的支持下,执
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