河北工业大学专科毕业设计论文——任士超

1引言11.1背景及意义11.2方案设计的目的22无线局域网标准及常用设备介绍22.1无线局域网标准概述22.2产品的介绍33无线局域网建设需求分析43.1需求分析43.2建设目标63.3网络区域划分63.4拓扑结构划分94保定学院无线局域网的设计与实现104.1覆盖方式选择104.2 AP布点覆盖原则104.3表征覆盖效果理论的信号强度和传输距离的换算公式114.4网络方案的实施125无线局域网的安全及身份认证技术155.1安全技术155.2 认证技术选择 17结 论18参考文献19致谢201引言1.1背景及意义随着网络技术的发展，在一般的高校中，校园网已经成为校园生活的重要 组成部分，是教职员工和学生获取资源和信息的主要途径。目前，越来越多的 学生拥有笔记本电脑，在教室、实验室、图书馆、大型会议室、体育馆、室外 广场等场合如何突破有线网络节点的限制，解决多人同时上网的问题在应用中 不可避免。无线网络的技术已经成熟，足以支撑起种类繁多的应用，随时随地 为用户提供稳定高速的接入服务。无线网络解决方案很多，实际部署中要考虑 到现实的条件和实际的需求，以及最终期望的结果。选择适合的，而不是机械 的选择最新的技术。校园信息化建设一直是高质量、高效率教学办公的保障，校园办公，信息 化管理系统在各高校/中小学校得到普遍应用。随着学校的快速发展，迫切需要 将应用系统扩展到整个校园。各个科研、教学、学生生活区内都已经有了固定 的网络接口和信息插座，但是随着“211工程”和“985工程”启动和创建世界 性的高水平的综合性大学的战略实施和深入，学校的科研水平不断提高，学术 交流活动日益增多。在国际会议中心、综合教学楼开放式自习厅、学术报告厅、 国际会议中心、图书馆自习室等开放性场所提供无线网络接入环境的呼声越来 越高，而传统的布线建设周期长、费用高、不利于移动办公等诸多问题，在特 定的场所也显得更加突出。改变校园网现有的管理模式已经迫在眉睫，必须提 供一个新的环境来满足用户的需求。经过仔细的可行性论证和研究之后，众多 学校启动了无线校园计划，旨在建成高速率，广覆盖，易管理的安全校园无线 网络，满足校园网可持续发展要求，进一步提升学校的综合竞争实力，为师生 带来前所未有的无线体验。本设计通过保定学院无线网络建设项目，全面呈现了网络分析、选型、设 计、实现的全过程，希望以此来提供一个建设校园无线网络的可以借鉴的思路。1.2方案设计的目的通过本次毕业设计，针对校园无线局域网上网的具体要求，完成无线局域 网的设计与实现的全过程。从而达到以下目标：学生和老师就可通过带无线终 端的设备轻松联入校园网络，高达lO54Mbps的传输速度可满足师生在线远程 教育、浏览信息、文件传输和多媒体等服务；课后、周末的时候，学生在草坪、 操场等休闲场所随时随地进行网络音乐、视频的点播；图书管理员的工作也会 变得井然有序，学生可以使用自己随身携带的笔记本电脑联入学校图书管理系 统，快速查找自己所需的资料，随时检查自己所借的图书是否到了归还期 这一切让校园生活变得轻松而时尚，提高了学校的教学质量和竞争力。同时通过本次设计，使学生掌握局域网的构架，网络的分布以及网络设计 图的制作等知识，建立起怎样建设网络的工程概念，培养学生运用专业知识分 析解决实际问题的能力，使学生能够熟练建立网络和优化网络的全过程。2无线局域网标准及常用设备介绍2.1无线局域网标准概述由于WLAN是基于计算机网络与无线通信技术，在计算机网络结构中，逻辑 链路控制（LLC）层及其之上的应用层对不同的物理层的要求可以是相同的，也 可以是不同的，因此，WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层（MAC）， 涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准目前，全球无线局域网市场处在不同标准互相竞争走向统一，各种新标准蓬 勃发展的时代。无线局域网有蓝牙，IEEE802.il系列等技术。其中IEEE802.il 技术应用最为广泛。IEEE802.11b可支持11Mbps共享接入速度采用2.4GHz频 段，与相似的有IEEE802.11a技术它采用5GHz频段其速度高达54Mbps。 IEEE802.11g是一种混合标准即适应IEEE802.11b标准，也符合IEEE802.11a 标准，现在已经非常成熟。在目前情况下综合考虑，IEEE802.11g无论是在传 输距离还是传输速度上都占有优势，因此无线校园网可选择IEEE802.11g标准。目前，IEEE推出最新版本IEEE802.11g认证标准，该标准提出拥有 IEEE802.11a的传输速率，安全性较IEEE802.11b好，采用2种调制方式，含 802.11a 中采用的OFDM与 IEEE802.11b 中采用的CCK,做到与802.11a和802.11b 兼容。虽然802.11a较适用于企业、学校，但WLAN运营商为了兼顾现有802.11b 设备投资，选用802.11g的可能性极大。2.2.产品的介绍2.2.1中兴室内大功率无线AP普通型室内分布无线接入点ZXV10 W815NZXV10 W815N是专为运营商无线宽带业务所设计的高等级室内分布单频 500mW大功率802.11g无线接入设备，工作在2.4GHz频段，符合IEEE802.11g 标准，采用OFDM （正交频分复用）技术，具有传输速率高、接收灵敏度高，传 输距离远等特点。适合于设置在无线局域网热点地区，为用户提供无线局域网 接入功能，为基础电信运营商、ISP、行业企业、学校提供有力的无线接入解决 方案。ZXV10W815N具备普通WLAN AP的功能，支持用户数据的桥接方式转发（或 支持路由模式），支持本地管理功能和基于网元管理系统的远程管理功能。射 频输出等效全向辐射功率=27dbm，无线信号可兼容现有GSM /CDMA /CDMA2000 信号线缆。此产品高效、节能、稳定、耐用，并且具有以下特点：1）用户容量建议并发/支持最大用户数：30/500；2）覆盖范围室内0150米，无盲点覆盖，室外0350米；3）支持DC12V1.2A输出的电源适配器供电，整机均值功耗约7.5W；4）支持标准PoE供电，整机均值功耗约9.5W；5）MTBF： 100000 小时以上；6）工作温度-10C50C；7）储存温度-40 C60 C；8) 湿度5 95%不结露。2.2.2中兴室外大功率无线AP中兴ZXV10 W615 V2中兴通讯室外大功率双频无线接入点ZXV10 W615 V2，是一款500mW高功 率室外AP产品，同时工作在2.4GHz和5GHz频段。一般，802.11g提供热点用 户的宽带接入，802.11a提供无线桥接中继。W615 V2提供WPA、WPA2、802.1x 认证机制、MAC访问控制、WEP加密等安全机制保证数据在公共网络的安全性， 具有独特的防水防尘设计，配备以太网远程供电模块。W615 V2可以在室外全 天候条件下使用，为基础电信运营商、ISP、行业企业，学校提供有力的无线接 入解决方案。2.2.3 惠普 3C0M 交换机 3C0M Swi tch 4200 26-Port (3C17300A)别名：3C17300A Switch 4200 26-Port基本参数：产品类型：网管交换机网络标准：IEEE802.11g端口数：26产品简介：3COM Switch 4200 24-Port (3C17300A)提供 24 个 10/100 自动侦测，支持 全双工full duplex)及半双工(half duplex)传输。支持IEEE 802.3x流量控 制，支持 IEEE802.11g 等。3无线局域网建设需求分析3.1需求分析本次项目是为了解决保定学院对于无线网络覆盖校园问题，该项目的实施 可以使教职工及学生轻松接入信息网络，发挥信息技术优势，创建“笔记本大 学”树立良好形象。目前、学院现设有计算机系、电子系、管理系、经济系、 公共事业与法律系、外语系等8个教学系部，15个专业。学院各类在校生4000余人。整个工程实施后不仅可以保证在校学生任意地点上网，还可以改善校园 网络运行环境，加入更多的应用功能。园区规划设置比较复杂，目前的基础有 线网络已经建立，通过前期调查了解到目前的网络环境并不能满足学生及教师 对信息化的需求，这其中主要问题在于宿舍区未建立信息网络接口、网络接入 方式单一、授课和实验环境不能满足教学需求等等。教学楼三层设有网络中心, 通过ISP提供互联网络接口接入互联网和条光缆专线，通过光缆连接分校区， 并且通过光缆和学校各个部分的网络组成校园主干网。q Y 、入侵检测系统防火墙分校区图1：校现有网络3.2建设目标教育机构中的信息网络建设越来越受到重视，近些年来个个高校信息化建 设及教育资源信息化都在飞速的发展。从网络结构和形式上看，大部分网络都 是逐步从UTP双绞线(非屏蔽双绞线)扩展到光纤楼宇等方式的互联.网络速 率大幅度提高。从中可见信息网络建设是随着技术大发展不断更新换代的，那 么建设现代化的信息网络需要使用更先进、更快速、更方便的信息网络通信技 术。学校的校园基础建设比较复杂，如学生宿舍和办公区域分散.所以学校对 学生宿舍和一些教室并末进行综合布线。项目采用无线网络技术解决以上问题, 使整个校园都可以通过无线网络接入到信息网络，即无线网络覆盖校园。建设 目的和意义总结如下：(1) 解决有线网络不能完全覆盖校园问题；(2) 解决信息网络接入方式单一，网络承载压力大的问题；(3 )解决学生及教职工上网管理的问题；(4) 完善教学环境及实验环境的互动性；(5) 提升校园整体形象，建设“数字化校园”；(6) 提高教学质量，丰富学生业余生活。3.3网络区域划分学校的几个校区是比较独立的，其中重点考虑其中一个，以此类推就会得 出学校的整个网络体系结构。其中以主校区为网络中心向外拓伸，所以我们以 主校区为例考虑。主校区中包括很多部分，其中根据各个用网点的不同地理位置和用网情况 划分区域，以便管理员管理和工程的实施。校区主要分为两大部分，其中区域 1为主教学楼、图书馆和实验楼，区域2为操场、食堂和宿舍部分。200m图2：区域1男生 宿舍男生 宿舍-n生舍女宿生舍女宿23.4拓扑结构划分入侵检测系统交换机4U机机分校区区域2路由器防火墙恥场交换机食堂交换机宿舍区交换机图4：区域划分示意图在原有网络系统基础上加入无线网络设备，作为拓展信息网络覆盖范围、 改善网络运行和承载能力。整体覆盖区域分为两个大区域、六个小区域基本覆 盖整个校园。无线设备采用室外、室内的混合方式。4保定学院无线局域网的设计与实现4.1覆盖方式选择无线校园网络是对校园园区提供无缝的信息网络覆盖，为学生及教职工的 笔记本电脑无线接入校园网络以及互联网络提供一种可能，并且通过运行多种 方式结合的计费管理系统提供计费、认证、多元增值业务等功能，为用户提供 一个专业的无线数字化校园网络解决方案。目前室内无线网络设备的覆盖范围 一般为30100m，室外100-500m（实际传输距离可能受到环境的影响）。方式一，无线中继桥接模式，该模式采用室外AP辐射室内AP的做法，室 内AP仅作为桥接设备提供信息点接入，该方式比较适合范围小、接入人数少、 布线难度大的环境。方式二，有线网络结合无线网络，楼宇间利用室外无线AP接入主干网络， 通过信息网络布线连接至各室内AP节点提供信息接入服务。该方式适合无线接 入集中，接入信息点数量相对较多，布线难度相对简单的环境。方式三，有线网络承载无线网络，主干网络采用已经铺设的有线网络，直 接在各个节点铺设接入点AP设备。该方式适合有线网络非常完善，仅通过配线 即可到达AP铺设点，施工难度相对较低。根据实际情况，本次校园无线网络工程多采用方式二和方式三的铺设方 式，其优势在于可以综合降低投资成本，信号质量和接入人数都会有显著的提 高。4.2AP布点覆盖原则对于大面积区域稍复杂的应用环境（单位面积人员数量），例如大厅或多功 能厅，考虑使用一个或者多个AP进行覆盖。参考原则为每个AP的用户容量25 人，大厅部署一台或两台AP，采用全向吸顶式天线进行覆盖。使用室内直放AP 布点覆盖，需考虑及遵循以下几个问题和原则：（1）需要有入户线缆资源（双绞线）。(2) 如果在一个大厅里只安装一个AP,则尽量把AP安放在大厅的中央位置, 而且最好是放置于大厅天花板上；如果同一空间安装两个AP,则可以放在两个 对角上。(3) 保持信号穿过墙壁和天花板的数量最小。2.4G信号能够穿透墙壁和天 花板，然而，每一面墙壁和天花板都将使AP信号的覆盖范围减少1到30米。 放置AP时，应放置在与计算机合适的位置，使墙壁和天花板阻碍信号的路径最 短，损耗最小。(4) 考虑AP和覆盖区域之间直线连接。注意AP的放置位置，要尽量使信号 能够垂直的穿过(90度角)墙壁或天花板。(5) 不同的建筑材料产生不同的传输效果。由金属的框架或门构成的建筑物 会使WLAN无线信号的传输距离变小。放置AP的位置应使信号通过干燥的墙壁 或敞开的门，避免放置在使信号必须通过金属材料的位置。(6) AP天线方向可调，安装AP的位置应确保天线主波束方向正对覆盖目标 区域，保证良好的覆盖效果。(7) AP安装位置需远离强电、强磁、高温电子设备(起码1-2米)，例如微 波炉、监视器、电机等。4.3表征覆盖效果理论的信号强度和传输距离的换算公式AP加卡的信号总强度公式：Gt-Gr+AP天线增益+终端天线增益二L信号总强度(dB)其中：Gt (AP或终端功率，单位dB)，Gr(终端或AP灵敏度，单位dB) 距离产生的信号衰减公式：40+201gd-=L1(dB)其中：d(距离，单位 m)工程中最大传输距离以45m计算，所以L1=72dB障碍物的衰减：表1：障碍物衰减对照表障碍物衰减（dB）地板30带窗户的砖墙2办公室墙6办公室墙的金属门6砖墙的金属门12.4靠近金属门的砖墙34.4网络方案的实施由于不同时间段，不同地点流量的使用情况也会不同，通过流量分析就会 很容易看出数据集中地区域，根据以往的经验，无线网络建设尤其是校园无线 网络多采用无线依托有线的方式。室内节点通过现有的或重新铺设的有线网络 连接至楼层交换机或楼宇交换机进行数据交换。图5： AP连接示意图4.4.1室内AP安装由于教室内人员比较集中，可接入的终端数量比较多，流量使用量大，每 个教室都需安装AP，并且对于这样的教室我们也需要部署多个AP接入设备， 以解决容量和覆盖范围所造成的问题。教学楼，实验楼，图书馆均可这样分布, 即采用方式二覆盖方式。宿舍楼和食堂内接入点米用吸顶方式，分布于走廊上方，由于环境干扰, 具体位置及数量经实际测定后才能详细部署。4.4.2室外AP分布楼宇间的信息利用室外无线AP接入主干网:教学楼网络中心图6：楼宇间AP部署排排图7：室外AP分布4.4.3交换机分布食堂每层安装3台室内AP,共3层，共9个AP,在二层安装交换机。其中 包含操场AP。宿舍楼每层安装3台室内AP，共六层，每栋宿舍楼共18台AP，四个宿舍楼，共72台AP，每栋宿舍楼四层安装有交换机。如下图： 门o楼遭o楼道o图8：楼道AP分布图教学楼每间教室安装有AP，共有58个教室共58台AP。在二四层安装有两 台交换机，其余AP直接连入原有有线网络，其中包括两台教学楼室外AP。实验楼与图书馆类似，由于教室比较大，每间教室安装1-2台AP，实验楼自天Bi : 13 m自芾全宵天總i!k 强*目社阿天建 二时茨珅:D需安装18台AP，图书馆需安装20台AP，各需一台交换机。如下图：图9：室内分布示意图校园中心节点设置在主教学楼，由主教学楼一实验楼一图书馆，实验楼一 宿舍一食堂，由光纤连接。由于有的位置信息点比较多，数据流量较大，仅通过单点AP承担出口会造 成瓶颈。所以分别设置两个接入点用于承担信息量，并采用IEEE802.11g建立 桥接模式。此上数据为估计数据，具体数据需实际考察之后确定。4.4.4 AP数据统计表2：设备使用数据统计位置室外AP室内AP交换机主教学楼2582实验楼1181图书馆1201宿舍楼1724食堂091操场1005无线局域网的安全及身份认证技术5.1安全技术WLAN网络安全技术已经是业界都在关注的重点问题，SSID、WEP、WPA、VLAN 等一系列技术的运用，将有效的提高无线网络的安全防御能力。保护无线网络 安全的基础手段是加密，通过简单的设置AP(Access Point)和无线网卡等设备, 就可以启用WEP加密。WEP加密配置如下：打开路由器管理界面，“无线设置”- “基本设置”。如下图：如图10:无线路由器设置“安全认证类型”选择“自动选择”，因为“自动选择”就是在“开放系 统”和“共享密钥”之中自动协商一种，而这两种的认证方法的安全性没有什 么区别。“密钥格式选择”选择“16进制”，还有可选的是“ASCII码”，这 里的设置对安全性没有任何影响，因为设置“单独密钥”的时候需要“16进 制”，所以这里推荐使用“ 16进制”。“密钥选择”必须填入“密钥2”的位 置，这里一定要这样设置，因为新的升级程序下，密钥1必须为空，目的是为 了配合单独密钥的使用（单独密钥会在下面的MAC地址过滤中介绍），不这样设 置的话可能会连接不上。密钥类型选择64/128/152位，选择了对应的位数以后 “密钥类型”的长度会变更，本例中我们填入了 26位参数 11111111111111111111111111。因为“密钥格式选择”为“16进制”，所以 “密钥内容”可以填入字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a、b、c、d、 e、f，设置完记得保存。如果不需要使用“单独密钥”功能，网卡只需要简单配置成加密模式，密 钥格式，密钥内容要和路由器一样，密钥设置也要设置为“WEP密钥2”的位置 （和路由器对应），这时候就可以连接上路由器了。虽然WEP加密本身存在一些漏洞并且比较脆弱，但是仍然可以给非法访问 设置不小的障碍。在有条件的情况下启用独立的认证服务为WEP自动分配密钥。 另外一个必须注意的问题就是用于标识每个无线网络的SSID，在部署无线网络 的时候一定要将出厂时的缺省SSID更换为自定义的SSID。现在的AP大部分都 支持屏蔽SSID广播，除非有特殊理由，否则应该禁用SSID广播，这样可以减 少无线网络被发现的可能。5.2认证技术选择802.1X协议起源于802.11协议，后者是IEEE的无线局域网协议，制订 802.1X协议的初衷是为了解决无线局域网用户的接入认证问题。IEEE802LAN协 议定义的局域网并不提供接入认证，只要用户能接入局域网控制设备（如 LANS wit ch），就可以访问局域网中的设备或资源。这在早期企业网有线LAN应用环 境下并不存在明显的安全隐患。随着移动办公及驻地网运营等应用的大规模发展，服务提供者需要对用户 的接入进行控制和配置。尤其是WLAN的应用和LAN接入在电信网上大规模开展， 有必要对端口加以控制以实现用户级的接入控制，802.lx就是IEEE为了解决 基于端口的接入控制（Por t-Based Net work Access Con tro1）而定义的一个标 准。802.1X认证体系：802.1X是一种基于端口的认证协议，是一种对用户进行 认证的方法和策略。端口可以是一个物理端口，也可以是一个逻辑端口（如VLAN）。对于无线局域网来说，一个端口就是一个信道。802.1X认证的最终目 的就是确定一个端口是否可用。对于一个端口，如果认证成功那么就“打开” 这个端口，允许所有的报文通过；如果认证不成功就使这个端口保持“关闭”， 即只允许802.1X的认证协议报文通过。802.1X的体系结构中包括三个部分， 即请求者系统、认证系统和认证服务器系统三部分。结论科学的发展与技术的不断进步为我们的生活创造了无限的便利。使教育行 业办公和教学方式有了很大的改变，学生们不用再背负沉重的课本，教师也不 用天天在图书馆备课，信息技术为我们解决了一切。然而，有线网络虽然可以提供稳定的网络接入点，但是限制了人们的行动 空间，同时为了保证设备的正常运行还要投入巨额的维护费用，结果信息化的 普及成为了无底洞，也成为了信息技术进一步发展的障碍。无线的应用解决了 这一问题，在校的教师学生可以无拘无束的享受新技术带来的方便，学校也降 低了维护成本。参考文献1 易观国.中国Wife市场白皮书，2006. 17-192宋达.无线局域网WLAN应用于校园网需注意的几个问题.中国电脑教育报，20053祝明媛.基于802.1x的无线局域网用户访问控制方法设计与实现.电子科 技大学.20044 IEEE. 802.1x.PortBased Network Access Contr01. USA： IEEE. 20015张振川.无线局域网技术与协议.东北大学出版社，2003. 30-406王顺满、陶然.无线局域网络技术与安全.机械工业出版社，2005. 20807刘乃安，李晓辉无线局域网(WLAN)原理、技术与应用西安电子科技大学 出版社，2004. 460-4658麻信洛.无线局域网构建及应用.国防工业出版社，2006. 172-1779张浩军.无线局域网认证安全基础架构研究与设计。河南：解放军信息工程 大学.200610黄华钦，陈剑波无线局域网WEP与WPA加密协议工作机理及安全漏洞的 分析研究.广西南宁：广西物理，2006. 2111黄灵敏.大学校园WLAN的组网模式及相关应用广西南宁：广西教育学院 学报，200612张佳.无线局域网技术及其在校园网中的应用.黄山学院学报，2007致谢这次毕业论文能够顺利完成，归功于各老师在大学两年的认真负责，使我 能够掌握并了解专业知识，并在毕业论文中有所体现。也正是因此我的毕业论 文最终顺利完成。我深深的体会到网络工程不是一件容易的事性，它需求设计 者具有全面的专业知识、缜密的思维、严谨的工作态度以及高度的分析问题和 解决问题的能力，而我在很多方面还有欠缺，这次工程的设计过程使我获益匪 浅，希望能给我今后的道路中带来更多的优势和帮助。但作为一个经验匮乏的 学生，我更加感谢我的导师，如果没有老师的督促及指导，想要顺利完成毕业 论文的设计与实现是很难的。您的多次询问论文进程，并精心点拨，您工作的 严谨求实，认真负责，让我深受感动。非常谢谢您！经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的 毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老 师的督促指导，以及一起工作的同学的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的指导老师。她平日里工作繁多，但在我做毕业设计 的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，前期准备、中 期设计，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。除了她的专业水 平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响 我今后的学习和工作。其次要感谢对我提供帮助的同学，给我提供了良好的开发环境，帮助我克 服了本次设计中遇到的很多困难。如果没有同学的热心帮助，此次设计的完成 将变得非常困难。最后十分感谢和我两年朝夕相处的同学们，感谢他们在生活和学习中给予 我的关心和帮助，愿我们的友谊常在，也衷心希望每个人在即将迈入的社会大 学里学到更多的知识，不断地成长成熟，实现自我。