無線局域網技術和應用

2019-11-03 19:13:42

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供稿：網友

王軍明伏海文　　摘要：簡述了無線局域網（WLAN）的組成、網絡拓撲結構和安全性，并分析了WLAN的關鍵技術、WLAN技術的優劣和WLAN的實際應用，以及中國移動開展WLAN業務的市場前景和盈利模式。

　　關鍵詞：WLAN ，網絡拓撲，安全，應用，市場前景

　　無線局域網（WLAN）經過幾年的發展，在技術上已經日漸成熟，應用也日漸廣泛。無線局域網不僅可以實現許多新的應用，還可以克服線纜限制引起的不便性，解決某些特殊區域無法布線的問題。目前，無線局域網已逐漸被廣大用戶作為一般的網絡連接來使用。

一、無線局域網的組成

　　無線局域網由無線網卡、無線接入點（AP）、計算機和有關設備組成，采用單元結構，每個單元稱為一個基本服務組（BSS），BSS的組成有三種方式：

·集中控制方式：每個單元由一個中心站控制，終端在該中心站的控制下相互通信。這種方式中BSS區域較大，中心站建設費用較昂貴。

·分布對等式：BSS中任意兩個終端可直接通信，無需中心站轉接。這種方式中BSS區域較小，但結構簡單，使用方便。

·集中控制方式與分布對等式相結合的方式。

　　一個無線局域網可由一個基本服務區（BSA）組成，一個BSA通常包含若干個單元，這些單元通過接入點與骨干網相連。骨干網可以是有線網，也可以是無線網。

二、無線局域網的拓撲結構

　　無線局域網的拓撲結構可分為兩類：無中心（或對等式）拓撲和有中心拓撲。無中心拓撲的網絡要求網中任意兩點均可直接通信，采用這種結構的網絡一般使用公用廣播信道，而媒體接入控制（MAC）協議多采用載波監測多址接入（CSMA）類型的多址接入協議。在有中心拓撲結構中，要求一個無線站點充當中心站，所有站點對網絡的訪問均由中心站控制。

　　無線局域網可獨立使用，也可與有線局域網互連使用。IEEE802.11可支持自組無線局域網（由一個BBS構成，不與其他網絡發生聯系）和多區無線局域網（用接入點和骨干網使多個BBS互連，形成多區局域網）。　

三、無線局域網的關鍵技術

　　實現無線局域網的關鍵技術有三種：紅外線、跳頻擴頻（FHSS）和直接序列擴頻（DSSS）。

　　紅外線局域網采用波長小于1μｍ的紅外線作為傳輸媒體，有較強的方向性，受陽光干擾大。它支持1～2Mbit/s數據速率，適于近距離通信。

　　DSSS局域網可在很寬的頻率范圍內進行通信，支持1～2Mbit/s數據速率，在發送和接收端都以窄帶方式進行，而以寬帶方式傳輸。

　　FHSS局域網支持1Mbit/s數據速率，共22組跳頻圖案，包括79個信道，輸出的同步載波經解調后，可獲得發送端送來的信息。

　　DSSS和FHSS無線局域網都使用無線電波作為媒體，覆蓋范圍大，發射功率較自然背景的噪聲低，基本避免了信號的偷聽和竊取，通信安全性高。同時，無線局域網中的電波不會對人體健康造成損害，具有抗干擾、抗噪聲、抗衰減和保密性好等優點。

四、無線局域網的安全問題

　　當有關IEEE802.11的連線對等保密（WEP）協議安全系統易于受到攻擊的報告發表時，無線局域網市場因為安全問題而開始降溫。應該說，無線局域網的性能、互操作性和易管理性在不斷改善，而安全性已經成為一個迫切需要解決的問題。無線局域網的安全性問題表現如下：

1.傳輸介質的脆弱性

　　傳統的有線局域網采用單一傳輸媒體——銅線與無源集線器（hub）或集中器，這些集線器端口和線纜接頭差不多都連接到具備一定程度物理安全性的設備中，因而攻擊者很難進入這類傳輸介質。許多有線局域網為每個用戶配備專門交換端口，即使是經認證的內部用戶，也無法越權訪問，更不用說外部攻擊者了。與此對照，無線局域網的傳輸媒體——大氣空間則要脆弱得多，很多空間都在無線局域網的物理控制范圍之外，如公司停車場、無線網絡設備的安裝位置以及鄰近高大建筑物等。網絡基礎架構的這些差別，導致無線局域網與有線網的安全性不在一個水準。

2.WEP存在不足

　　802.11委員會由于意識到無線局域網固有的安全缺陷而引入了WEP。但WEP也不能完全保證加密傳輸的有效性，它不具備認證、訪問控制和完整性校驗功能。而無線局域網的安全機制是建立在WEP基礎之上的，一旦WEP遭到破壞，這類機制的安全也就不復存在。

　　WEP協議本身存在漏洞，它采用RC4序列密碼算法，即運用共享密鑰將來自偽隨機數據產生器的數據生成任意字節長序列，然后將數據序列與明文進行異或處理，生成加密文本。

　　早期的802.11b網絡都采用40 bit密鑰，現行方案大多采用128 bit密鑰。使用窮舉法，一個黑客在數小時內即可將40 bit密鑰攻破；而若采用128位密鑰則不太可能被攻破（時間太長）。

　　但若采用單一密鑰方案（密鑰串重復使用），即使是104 bit密鑰，也容易受到攻擊。為此，在WEP中嵌入了24 bit初始向量（IV），IV值隨每次傳輸的信息包變更，并附加在原始共享密鑰后面，以最大程度減小密鑰相同的概率，進而降低密鑰被攻破的危險。

　　認證失敗也會導致非法用戶進入網絡。802.11分兩個步驟對用戶進行認證。首先，接入點必須正確應答潛在通信基站的密碼質詢（認證步驟），隨后通過提交接入點的服務集標識符（SSID）與基站建立聯系（稱為客戶端關聯）。這種聯合處理步驟為系統增加了一定的安全性。一些開發商還為客戶端提供可選擇的SSID序列，但都是以明文形式公布，因而帶無線卡的協議分析器能夠在數秒內識別這些數據。

　　與實現WEP加密一樣，認證步驟依賴于RC4加密算法。這里的問題不在于WEP不安全，或RC4本身的缺陷，而是執行過程中的問題：接入點采用RC4算法，運用共享密鑰對隨機序列進行加密，生成質詢密碼；請求用戶必須對質詢密碼進行解密，并以明文形式發回接入點；接入點將解密明文與原始隨機序列進行對照，如果匹配，則用戶獲得認證。

　　這樣只需獲取兩類數據幀——質詢幀和成功響應幀，攻擊者便可輕易推導出用于解密質詢密碼的密鑰串。WEP系統有完整性校驗功能，能部分防止這類采用重放法進行的攻擊。但完整性校驗是基于循環冗余校驗（CRC）機制進行的，很多數據鏈接協議都使用CRC，它不依賴于加密密鑰，因而很容易繞過加密驗證過程。

　　另外，攻擊者還可能運用一些常見的方法對信息進行更改，這不僅意味著攻擊者能夠修改任何內容（如金融文檔數據中的十進制小數點的位置），而且攻擊者能夠借助校驗過程推斷解密方式的正確性。

　　一旦經過適當認證和客戶端關聯，用戶便能完全進入無線網。即使不攻擊WEP加密，攻擊者也能進入連接到無線網的有線網絡，執行非法操作或擾亂網絡主管的正常管理，甚至向網絡擴散病毒、植入“木馬”程序進行攻擊等。

　　802.11以及WEP機制很少提及增強訪問控制問題。一些開發商在接入點中建有MAC地址表用作訪問控制列表，接入點只接受MAC地址表中的客戶端的通信。但MAC地址必須以明文形式傳輸，因而無線協議分析器很容易拾取這類數據。通常情況下，可為不同無線網絡接口卡（NIC）配置不同的MAC地址，因而運用仿真方法進行攻擊對訪問控制的影響較小。

五、無線局域網的優劣勢

　　無線局域網的網絡速度與以太網相當，一個接入點最多可支持100多個用戶的接入，最大傳輸范圍可達到幾十公里。

　　無線局域網的優勢在于①速率較高，可滿足高速無線上網需求；②設備價格低廉，節省投資；③技術較成熟在國外已有豐富的應用。

　　無線局域網的劣勢主要有：①功率受限覆蓋范圍較?、熞苿有暂^差；②一般工作在自由頻段容易受到干擾；③屬于第二層技術規范，上層業務體系不夠完善。

　　3GPP已經把無線局域網作為熱點地區的一種3G接入技術與WCDMA接入互補，并且目前已經把無線局域網列入R6協議進行研究。而中國移動將無線局域網作為GPRS接入的補充，滿足用戶在無GPRS信號地區和一些熱點地區無線高速上網的需求。

六、無線局域網的實際應用

　　在無線局域網的實際建設中，應充分考慮無線局域網與GPRS的互補關系，充分利用GSM/GPRS網絡資源彌補無線局域網中認證、安全和計費等方面的不足。無線局域網的組網可采用基于短消息（用戶名加密碼）和基于SIM卡兩種模式下面分別討論。

1.基于短消息的組網模式

基于短消息的無線局域網組網模式具有如下特點：

·使用手機號加短消息的組網；

·基本上網業務由ip承載；

·使用手機號加短消息實施密碼方案；

·計費系統與現有GSM計費系統統一。

　　無線局域網網絡分為兩個層次：①無線局域網接入控制（AC）設備，實現接入服務器功能；②無線局域網認證服務器（AS），功能相當于RADIUS＋SGSN信令部分。接入控制設備與認證服務器之間的接口為標準RADIUS接口。

　　基于短消息的無線局域網組網模式基本原理如下：

·用戶在無線局域網網絡中如果需要進入Internet，門戶服務器（portal server）會推出一個頁面，要求用戶輸入手機號；

·用戶輸入手機號后，門戶服務器觸發認證服務器為這個用戶生成一個動態用戶信息，并用手機號作為用戶名，再生成一個隨機密碼；

·門戶服務器再向用戶推下一個網頁，要求用戶輸入密碼，同時認證服務器通過短消息網關向用戶發出隨機密碼；

·用戶將手機收到的隨機密碼輸入網絡，即可啟動RADIUS認證，在認證服務器鑒權通過后，完成用戶接入，用戶即可以通過無線局域網＋WEB方式上網，類似于普通的寬帶上網；

·認證服務器將用戶的計費信息轉化成GPRS計費信息送給計費網關（CG）；

·當用戶退出網絡時，AS將用戶的隨機信息刪除。

　　該方案的特色是用戶可以通過短消息或WAP&WEB頁面隨時修改密碼；由于使用短消息的方式與移動運營商有較強的捆綁，使用方便，容易實現漫游。存在的問題是雖然使用了短消息發送注冊密碼，但是仍然存在安全性不足和短消息時延問題；由于該接入方式是通過用戶自開戶的方式獲得賬號，所以用戶信息很少，不利于后續業務的開展。

2.基于SIM卡的組網模式

　　基于SIM卡的無線局域網組網模式的特點有：

·鑒權、計費與GSM／GPRS統一；

·支持位置、短消息和多媒體消息業務；

·業務由IP承載。

　　基于SIM卡的無線局域網模式中，在終端設備上安裝定制的軟件，外接SIM卡讀卡器。所涉及設備包括：終端設備、AC、AS、歸屬位置寄存器（HLR）、CG/BS（Base Station）等。

　　其基本原理是：無線局域網用戶使用便攜機或PDA上網，通過外接讀卡器讀取SIM卡中的信息；在終端設備安裝定制的軟件通過GSM／GPRS網絡鑒權；在GSM核心網內部采用GSM用戶管理機制管理無線局域網用戶，使無線局域網用戶擁有與GSM手機用戶相同的漫游能力和業務能力；無線局域網計費采用GPRS網絡計費機制，統一話單；兼容手機號加短消息密碼實現用戶接入。

七、中國移動開展無線局域網業務的市場前景

1.優劣勢分析

　　中國移動具有GSM／GPRS網絡和集中式的Radius控制，建設了目前中國最大的可漫游GSM／GPRS網絡，如果實現GSM，GPRS網絡與無線局域網相融合，就可以統一用戶管理、計費和業務。利用與短消息的結合，可以迅速開展無線局域網業務。

　　中國移動已經有一億多用戶，這些用戶包含了開展無線局域網業務最合適的用戶群，而且中國移動的SIM卡相當于中國電信入戶的電話線，具有不可替代的先天優勢。

　　利用SIM卡可實現客戶端加密，提供比其他運營商更高的用戶安全性，有利于中國移動向擁有無線局域網的高端用戶開展高附加值業務?，F有的GSM用戶可以自動獲得無線局域網帳號，無需重新開戶。

　　另外，中國移動能夠提供無線局域網／GPRS雙網漫游，促進GPRS業務的發展。

　　中國移動開展無線局域網業務的劣勢在于：缺乏寬帶城域網和最后一公里資源；無線數據業務市場尚未成熟等。

2.客戶定位

　　無線局域網使用人員以商旅人士為主，這些人流動性大，有迫切的上網需求（例如移動辦公等），而且對上網安全性有一定要求。

　　另一部分用戶是普通的白領階層，他們出差時在機場、賓館和會展中心都可能要上網，但不一定使用非常頻繁，此時他們可以使用自己的用戶名密碼或者SIM卡上網。他們對安全性的要求不太高。

　　此外，個人用戶經常會在咖啡廳、會所上網瀏覽網上信息，對安全性要求也不高，但數據量較大。

3.盈利模式

　　利用中國移動的客戶群開展無線局域網業務，可發揮短消息和SIM卡的優勢，提供移動特色業務，吸引用戶。對機場、會所、展廳、酒店等熱點地區進行廣域覆蓋，以吸引商旅人士加入。

在業務開展初期可利用全球通業務帶動無線局域網業務的開展，然后通過無線局域網帶動無線局域網／GPRS雙模業務，實現用戶升值。

4.移動受益

　　通過提供無線局域網業務可以吸引高端用戶，提高客戶忠誠度，進而培育移動數據業務模式，為GPRS和WCDMA的開展打下基礎。還可以培育移動數據業務品牌，樹立移動夢網的門戶概念。

摘自《現代電信科技》

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