无限的无线无线区域网路与无线都会网路UnlimtedWireless课件.ppt

1、楊谷章 老師導言導言 無線區域網類型無線區域網類型 無線區域網標準無線區域網標準 無線區域網路安全標準無線區域網路安全標準無線廣域網（廣域網）無線廣域網（廣域網）結論結論有線網路依距離分為WAN(廣域網路)、MAN(都會網路)、LAN(區域網路)無線時代多個W(=wireless)就變成了WWAN、WMAN、WLAN。所謂無線，顧名思義就是利用無線電波來作為資料的傳導，而就應用層面來講，它與有線網路的用途完全相似，兩者最大不同的地方是在於傳輸資料的媒介不同。無線廣域網路(WWAN,Wireless Wide Area Network)是指傳輸範圍可跨越城市或國家的無線網路如圖一。台灣地區行動電

2、話所使用的GSM(Global System for Mobile Communication)通訊系統就是典型的WMAN。圖一 無線廣域網路（廣域網路）無線區網路(WLAN,wireless local area network)是指傳輸範圍在100 公尺左右的無線網路為大家比較熟悉的，主要在家中或辦公室使用。WiFi屬於無線區域網路,例如：同一棟大樓的不同辦公室之間如圖二主要由兩種設備組成，一個是無線的終端收發站(CPE)，另外一個是無線網路存取點(Access Point,AP)如圖三。圖二 無線區域網路CPEMSMSMS圖三 無線路由器（內建無線網路存取點）終端收發站通常是一台具有無線

3、網路介面卡的電腦。而無線網路存取點(又稱為基地台)包含一個無線收發機及有線網路介面卡，主要功能是擔任有線網路與無線網路的銜接橋樑。所有無線的終端收發站若要使用Internet皆要經由無線網路存取點來獲取必要的服務。另外兩個獨立的終端收發站亦可不經由無線網路存取點，而直接的利用無線互傳訊息。無線網路存取點本身又兼具有網管之功能，可針對接有無線網路卡之 PC 作必要之控管。隨著無線區域網路大量增加，用戶可以隨時上線共享信息，網路管理員可以加強建立或安裝無線網路。此外還包括以下的使用時機：1.不方便鋪設線路的地點 2.使用者沒有固定位置的環境 3.臨時找不到有線網路的場合。移動性移動性：無線區域網系

4、統可以提供用戶區域網移動範圍內的任何地方可獲得即時信息，而以往的有線網路的移動性不足，因此降低服務機會使得生產效率降低。安裝簡單速度快安裝簡單速度快：可以快速簡便安裝一個無線區域網系統，不需要拉電纜通過牆壁和天花板。安裝靈活性安裝靈活性：無線技術允許無線網路到達傳統網路線不能去的地方。總體成本降低總體成本降低：雖然初期無線區域網所需的硬體投資高於有線區域網的硬體成本，但長期成本在動態環境要求下，頻繁的移動和生命週期成本變化下，最大的好處是整體安裝費用和傳統網路線比較則大大降低。可擴展性可擴展性：無線區域網系統可以配置成多種拓撲結構，以滿足特定的需求。容易改變的應用程序和安裝結構，範圍可從適合於

5、少數用戶的點對點等網路到連結成千上萬用戶的完整基礎設施網路並啟用在廣域領域如同大哥大一般，可漫遊在不同的基地台之間，無線區域網路工作站亦可漫遊在不同的無線網路存取點之間，只要 無線網路存取點 群的 ESSID/SSID 定成一樣，則自然無線區域網路工作站可自由的漫遊於無線電波所能涵蓋之區域。醫生和護士在醫院會有較高的生產力，因為於無線區域網使用手持式或筆記型電腦可提供即時病人資訊的能力。會計審計小組或小型工作小組可利用無線區域網作網路諮詢以提高效率。學生舉行校園訪問可利用無線區域網連結網際網路查詢圖書館的目錄。網路管理員在動態環境中可利用無線區域網路連結，以管理觀察其他無線區域網路的變化。企業

6、和大學的學生在訓練場地使用無線連接減輕學習負擔，完成信息交流和獲取信息。網路管理員可在舊式計算機網路建築中安裝無線區域網，這是一種經濟有效的網路基礎設施解決方案。貿易展覽和分支辦公室工作人員安裝預先配置的無線區域網可降低網路建置成本。倉庫工人使用無線區域網與中央數據庫交換數據，從而提高生產力。網路管理者實施無線區域網可提供關鍵資料備份。利用無線區域網，可提供即時信息以便利高級管理人員在會議上作出更快的決策。無線區域網路信號可以廣播覆蓋區域的大小不等，從小型辦公室到大型校園。一般而言，無線區域網提供半徑20至100公尺的連線範圍。這個範圍WLAN的數據傳輸速度可從11Mbps 到54Mbps，一

7、些製造商提供專有108Mbps的解決方案。而802.11n標準可以達到300至600Mbps。由於無線信號的廣播，使周圍的人可以共享，一些安全防範措施是必要的，以確保只有授權用戶可使用您的無線區域網路。依照美國電機電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronic Engineer,IEEE)於1997年制訂的802.11無線區域網路協定，只支援1Mbps及2Mbps的傳輸速率。該標準使用了展頻技術，包含了跳頻式展頻(Frequency Hopping Spread Spectrum,FHSS)及直接序列式展頻(Direct Sequence Spre

8、ad Spectrum,DSSS)。使用的載波頻帶是2.4GHz的ISM（Industrial Scientific Medical）Band，此頻段（2.42.4835GHz）主要是開放給工業，科學、醫學，三個主要機構使用，該頻段是依據美國聯邦通訊委員會（FCC）所定義出來，屬於不需付費之頻段(Free License)，並沒有所謂使用授權的限制。因此除了某些特定的應用會考慮使用無線區域網路，在一般通訊市場上吸引力不足。因此於1999年，IEEE擴展了802.11的標準，制定了較高傳輸速度的IEEE 802.11a及IEEE 802.11b。IEEE 802.11a 使用了正交分頻多工技術正

9、交分頻多工技術(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)，傳輸速率範圍為每秒6Mbits至54Mbits，使用的載波頻段是5GHz。而IEEE 802.11b可視為原802.11標準的擴展，仍然沿用直接序列式展頻及2.4MHz頻段，但捨棄了跳頻式展頻技術。原因是FCC對於跳頻式展頻的限制。FCC規定使用跳頻式展頻，其每個使用波道頻寬不得超過1MHz，而限制了使用跳頻式展頻的傳輸速率。個人或小型企業無線區域網路個人或小型企業無線區域網路:個人家庭或企業區網需要一個或兩個無線基地台AP(Access Point)，無線基地台AP可以視為WLA

10、N中的hub，就像過去使用區域網路連線一樣，兩台電腦想要互連，除了用跳線之外，就必須使用hub，此外兩台電腦想要同時連上網路(Cable、ADSL)，如果Cable Modem或ADSL modem沒有多個RJ-45接孔，那也必須透過hub來連接上Internet。信號連接半徑大約30-70公尺。企業級無線區網企業級無線區網:這種類型的用戶信號廣播範圍廣因此需要大量的無線基地台(AP)的。無線基地台(AP)設備需要比用於家庭或小型辦公室無線區網有更多的功能，如更好的安全性，身份驗證，遠端管理，和工具來幫助整合現有的網路。這些無線基地台(AP)有較大的覆蓋面積，覆蓋範圍更廣。Ad-hocAd-h

11、oc區域網路區域網路:一群電腦接上無線網路卡設定相同的 BSS 名稱，即可自成一個群組（group），透過此種架構模式，無需透過無線基地台，即可達成網路資源的共享。802.11a802.11a：全名為High-Speed Physical Layer in the 5GHz Band數據傳輸速率可高達54Mbps，它比802.11b快，也可同時連接更多的連線設備。由於微波爐、無線電話、藍牙裝置和 802.11b等等都使用 2.4 GHz 頻道,使得該頻道顯得很擁擠，時常會出現彼此互相干擾的狀況。因此802.11a捨棄2.4 GHz 頻道不用，改用 5 GHz頻道。如同 802.11b,它也只是

12、修改 802.11實體層的功能,其它部分則沿用 802.11的規格。但是由於實體層有極大的改變,導致 802.11a 和 802.11b彼此無法相容。除了使用不同的頻道之外,802.11a 與802.11b的另一大差異便是將最大傳輸速率提升到54 Mbps。而其中的幕後功臣正是採用了 OFDM 展頻技術。802.11b802.11b：它支援的數據傳輸速度為11Mbps，同時它比802.11a有更好的滲透與穿越物理障礙之性質，一般而言，它的硬體成本比較便宜。但因為它運行在2.4GHz的頻道，也容易受到不少無線電話和其他設備之干擾。因此，對於應用於要求絕對可靠的直播視訊串流的連接而言，它不是一個好

13、的技術。802.11g802.11g：它的傳輸速率比802.11b快，提供的數據傳輸速率可高達54Mbps。大多數獨立的審查報告均指出，在現實情況下大約之工作範圍為20到40公尺。它使用2.4GHz頻率，因此與802.11b有同樣的干擾問題。早期礙於美國聯邦通訊委員會(FCC)的法規限制,在2.4GHz不得使用OFDM技術。直到2001年5月解除此禁令後，802.11g便採用OFDM技術,將傳輸速率提升到54 Mbps。目前市面上絕大多數的無線區域網路產品,都已經投入 802.11g 的懷抱。在802.11g的規範中必須支援OFDM以及CCK二種調變方式，其中OFDM的調變模式，可以獲得較高的

14、傳輸速率（大於20 Mbps，最高可達54 Mbps），而CCK則是與現行的802.11b相容。802.11n802.11n標準：標準：美國電機電子工程師學會(IEEE)於 2006 年通過 802.11n 的第一版草案(Draft)。以 MIMO(Multi-Input Multi-Output，多重輸入多重輸出)技術為核心。正因為如此，部分廠家宣傳其802.11n設備均已“草案”形式的設備提出。2007 年中 2.0 版草案通過後，Wi-Fi聯盟開始提供 802.11n相關產品的測試及認證。2009年決定了 802.11n之標準，數據傳輸速率可高達600Mbps。傳播範圍為802.11b/

15、g設備的兩倍。Wired Equivalent Protection(WEP)(WEP)（等效於有線保密（等效於有線保密的標準的標準):):WLAN中最早使用的安全模式，為一種將資料加密的處理方式。WEP 64bits 的加密乃是 IEEE 802.11 的標準規範。透過 WEP 的處理便可讓我們的資料於無線區域網路中傳輸更加安全，不過缺點是會使得傳輸速度減慢。WEP最初創建是為802.11所設計，但也適用於其它802.11之相關標準。此外WEP的加密技術比較薄弱（只有40至128位）。許多分析家認為WEP安全是薄弱，易遭駭客入侵。IEEE 802.1x IEEE 802.1x:IEEE 80

16、2.1x包含一個完整的WPA安全標準，同時提供的驗證功能也較原始 802.11 標準嚴密。802.1x兩增加兩項標準，來滿足不同方面的安全 1.Temporal Key Integrity Protocol(TKIP)（暫時金鑰 整性）：採用動態的金鑰對傳送的無線信號進行加密 2.可延伸的驗證通訊協定(EAP)：處理網路用戶的身份驗 證。通常，無線系統登錄到你的個人無線網路存取點，讓你的無線網路連線，802.1X 驗證是針對中型和大型無線區域網路所設計，這些網路包含由遠端驗證撥入使用者服務(RADIUS)伺服器和帳戶資料庫構成的驗證基礎結構。802.1X 使用可延伸的驗證通訊協定(EAP)，並

17、透過無線無線網路基地台，來提供使用者名稱和密碼認證給後端的認證伺服器，經認證伺服器認證通過的合法使用者才可以進入到無線區域網路。WPAWPA（WiFiWiFi存取保護）存取保護）Wi-Fi Protected Access(WPA)作為IEEE 802.11通用的加密機制WEP的升級版，它實現了更高的安全性和解決了WEP的缺陷，主要用於身份認證、加密機制和數據包檢查等方面。WPA 取代 WEP，並提供較嚴密的加密方法，稱為暫存金鑰整合通訊協定(TKIP)。而且它還提升了無線網路的管理能力。它比WEP更難以入侵，WPA 也允許選擇性地使用進階加密標準(AES)來進行加密。但它只是一個中間過度時期

18、的產品（Windows XP SP2已支援WPA加密方式），直至下一個產品802.11i安全機制發展完成為止。WPA2/802.11i WPA2/802.11i IEEE 802.11i 標準已正式取代 WEP 和原始 IEEE 802.11 其他安全性功能的標準。Wi-Fi聯盟在2003年發表新的WPA之後，隔年又推出更新的WPA2，可以與 IEEE 802.11i 標準相容。雖然WPA2比WPA安全，但不少WAP2路由器同時也支援WPA。這是因為802.11i本身是IEEE之加密等級高，因此常需要專用之硬體晶片來處理它。在實際應用中，設備多具有WPA2和WPA之操作能力。WPA2 憑證的目

19、標是支援 IEEE 802.11i 標準的其他必要安全性功能，而支援 WPA 的產品則尚未支援這些功能。例如，WPA2 需要 TKIP 和 AES 加密支援。WPA2WPA2提供兩種方式的標準，以滿足不同安全方面提供兩種方式的標準，以滿足不同安全方面的需求：的需求：WPA2 Personal Personal：使用預設共享金鑰(PSK)進行驗證。預設的共享密鑰（類似於一個密碼提供給用戶組，而不是一個人）存儲在基地台和終端用戶的電腦。WPA2 EnterpriseEnterprise：使用 802.1X 驗證，是針對中型和大型基礎結構模式網路所設計，可對用戶進行身份驗證。WPA與WEP主要不同之

20、處在於：WEP使用一個靜態的密鑰來加密所有的通信，而WPA則不斷的轉換密鑰。WPA採用有效的密鑰分發機制，可以跨越不同廠商的無線網卡實現其應用。另外WPA的另一個優勢是，它使公共場所和學術環境安全地部署無線網路成為可能。而在此之前，這些場所一直不能使用WEP。WEP的缺陷在於其加密密鑰為靜態密鑰而非動態密鑰。這意味著，為了更新密鑰，IT人員必須親自訪問每台機器，而這在學術環境和公共場所是不可能的。另一種辦法是讓密鑰保持不變，而這會使用戶容易受到攻擊。雖然廣域網路的定義是與區域網路完全相反的，但對使用者而言區別正變得越來越少。廣域網路的定義:a)藉由電話服務或光纖電纜將多重區域網路(LAN)鏈結

21、 在一起的網路，它可以跨過一個城市、國家或全球主權管理的公共區域。b)能在廣大地理區域傳輸資料的電腦網路。廣域網路是由一些透過電信服務連接的區域網路組成。與區域網路不同點在於，它們使用的規約不相同，傳輸速率比區域網路低。如今，大哥大電話公司，如Verizon和ATT，提供無線廣域網技術，使用者可以直接寬頻無線上網。WiMAX是Worldwide Interoperability for Microwave Access的縮寫，一般譯為全球互通微波存取，是一種新興的無線通訊技術。從應用上來說，是像 DSL 及 Cable modem 一樣的寬頻連線技術，只不過 WiMAX 是透過無線傳輸的方式，

22、不需要現存的一些寬頻環境必須挖路佈線，所以也就是這最後一哩的無線化。WiMAX其實也算是WiFi技術的延伸，它大大地延長了訊號的傳輸範圍。要以WiMAX連上Internet，同樣需透過WiMAX基地台業者提供的頻寬。其傳輸速度最高可達 70Mbps，傳輸範圍最廣可達30英哩，對個人、家庭與企業的行動化將有很大助益。包含非視線所及(Non-Line-of-Sight，NLOS)和視線所及（Line-of-Sight，LOS）之技術、傳輸距離長及網路涵蓋範圍廣。高頻譜效率及高傳輸速率。具彈性的系統容量。支援語音、影像等服務之服務品質(QoS)需求。支援多種工作頻段，可配合不同國家之頻譜指配。目前W

23、ANs的無線傳輸技術在趨勢上可分為3G以及由Intel所主導的WiMAX兩種，隨著號稱3.5G的HSDPA技術自2006年開始商務運轉，顯示WiMAX商務運轉的時程已經落後，且行動電話已經有支援HSDPA的機種出現，筆記型電腦也已開始計畫內建3G晶片。因此，就市場、終端對應產品的因素觀之，目前HSDPA是佔有優勢的。但台灣WiMAX於2009年於澎湖開始商務運轉，未來鹿死誰手則還很難說。無線都會網路（WMAN）技術如WiMAX是採用IEEE 802.16的標準。802.16包括兩套標準802.16-2004（802.16）為固定式WiMAX和802.16-2005（802.16e）為移動式Wi

24、MAX標準。固定式固定式主要以3.5G及5.8G 頻譜為主，這種固定式的傳輸速度超過1Mbps，但不具有移動的優勢，尚無法威脅到3G。移動式移動式 主要以2.5G頻譜為主，具有行動上網的優勢，未來汽車也將全面配備WiMAX連網設備，以便行駛間能接收網路訊息。當最後一哩無法使用電纜及或使用其他寬頻網路太昂貴時，WiMAX無線寬頻標準彌補了這缺失的一環的。是由IEEE於2004年6月批准，它提供了固定點到多點寬頻無線接入服務，其產品採用了256 FFT（快速傅立葉變換）的OFDM系統配置。在固定式WiMAX 802.16-2004標準中支援分時多工（TDD）和分頻多工（FDD）服務-其中後者提供全

25、雙工於傳輸同一信號。IEEE 802.16e建立在早期WiMAX標準802.16a的基礎上，增加了WiMAX的移動功能，在2至11 GHz的許可頻段。802.16e標準允許固定無線和移動非線視距（NLOS）的申請。WiMAX基於IEEE802.16最早於2001年12月提出，目前已成為國際上影響力最大的無線寬頻傳輸技術之一。IEEE802.16標準系列包括802.16、802.16a、802.16c、802.16d802.16d、802.16e802.16e、802.16f和802.16g等。除802.16d/e兩個人們耳熟能詳的WiMAX技術規格之外，為使WiMAX系統具備更好的兼容性和互通

26、性，IEEE802.16工作組還圍繞802.16d/e標準制定了其他一系列標準，包括802.16g、802.16h、802.16i、802.16j、802.16k、802.16m802.16m等。802.16 為最早建立之標準最遠至48km，傳送速率為300Kbps 2Mbps。802.16a於2003年1月建立，它增加了針對非視線可及空間空間傳送規範，也因為強化微波的阻礙空間空間穿透性，所以傳送距離也縮短些，為4 9km。主要用於強化802.16與用戶固網設備間的最後一段連線，如此社區用戶在家都可以不需使用WiFi上網。802.16b是另行的一項規格不歸屬在WiMAX中，是針對56GHz全球

27、通用的免授權頻段設計的，主要目的在於取代原有5.8GHz的IEEE802.11a的升級和強化。802.16c是802.16的接續強化，增加了依循系列的驗證程序，屬小幅的追增性改變。IEEE802.16d(802.16-2004)為固定式無線寬頻傳輸標準，不支持移動環境，也被稱為固定WiMAX。802.16e(802.16-2005)相容於802.16d，可互通運作。為固定式和移動式無線寬頻傳輸標準，能車用並支援便宜攜帶和移動的環境，最終支持的移動速度可以達到120 km/h，也被稱為移動式WiMAX。可用在筆記型電腦、個人數位助理、行動電話等行動裝置上。802.16g於2004年5月17日在I

28、EEE802.16工作組第31次會議上提出的，標準制定的目的是為了規定固定和移動WiMAX的管理平面流程和服務要求，實現WiMAX設備的互操作性，以及對網路資源、移動性和頻譜的有效管理。802.16g標準的主要工作是圍繞管理平面進行的。該標準的制定工作目前正處於徵求文稿階段，計劃將在今年發布。802.16h定義License-Exempt規格，即在不需要執照的頻段運作，目的是避免干擾、輪流共同使用頻段。802.16h技術領域涉及業餘頻段上運作的無線網路系統，目前也正在制定中。802.16i則定義了移動WiMAX的實體層的管理信息資料庫(MIB)要求以及相關管理流程，用以改善WiMAX Radi

29、o Access機制供免執照頻寬(Unlicensed Band)之運轉。802.16j針對移動WiMAX的多跳中繼組網方式進行研究，是一種基於WiMAX技術架構的基站式新標準，其目的是改善由無線信道環境導致的陰影衰落，擴大信號覆蓋範圍。此技術通過採用具備無線中繼功能的基地站，並配合核心網路支持來實現基站無線回程的傳輸，以減少有線互聯帶來的成本壓力。而且，相鄰基地站之間對信號的中繼轉發間接擴大了網路覆蓋範圍，同時基地站還可對轉發的信號進行必要的處理，進行選擇性放大。802.16k是基於移動多跳(multihop)的WiMAX擴展標準，針對IEEE802.16標準做了一定修改，目的是兼容WiMA

30、X區域和都會網之間MAC層之橋接。802.16m:也稱WiMAX2，核心技術為OFDMA和MIMO，傳輸速率目標為固定下達到1 Gbit/s，移動狀態時可達100 Mbit/s，頻譜利用率最高達到10 bits/s/Hz。並將提高廣播、多媒體以及VoIP業務的性能。802.16m作為第二代移動WiMAX，目標與3GPP的LTE一樣，都是想成為下一代移動通信技術標準。目前WiMAX尚未有全球一致之頻段，各國最常見考慮之頻段為：執照頻段(Licensed Band)：美國WCS(Wireless Communication Services)頻段：2.305-2.320GHz、2.345-2.36

31、0 GHz。美國MMDS(Multi-point Microwave Distribution System或Multi-channel Multi-point Distribution System)頻段：2.50-2.69 GHz。國際FWA(Fixed Wireless Access)頻段：3.4-3.7 GHz。免執照頻段(Unlicensed Band)：2.4GHz 工程科學醫學(ISM)頻段：2.4000-2.4835 GHz。5GHz U-NII(Unlicensed National Information Infrastructure)頻段：5.15-5.35 GHz、5.

32、470-5.725 GHz、5.725-5.825 GHz。圖四 WMAX通訊協定根據兩種調變方式：單載波調變SCM：針對1066 GHz頻段的無線接入系統。採用的調制方式有QPSK、16QAM和64QAM。正交分頻多工OFDM：針對211GHz頻段的無線接入系統。採用的調變方式有OFDM及OFDMA技術。根據兩種傳輸模式：分時雙工（TDD）。分頻雙工（FDD）。MAC層包括三個子層：匯聚子層（CS:convergence sublayer）。MAC公共部分子層（CPS:common part sublayer）。加密子層（PS：privacy sublayer）。MAC層的Qos機制UGS（

33、Unsolicited Grant Service）非請求的頻寬分 配。rtPS（real time Polling Service）即時輪詢務。nrtPS（non real time Polling Service）非即時輪 詢服務。BE（Best Effort）盡全力傳送。WiMAX這項技術的出現主要針對最後一哩(last mile)的環境提出之解決方案。WiMAX基地台以單點對多點(PTMP)的無線網路，初期的應用為連接戶外用戶設備(Outdoor Customer Premises Equipment，Outdoor CPE)。第二階段直接連接戶內用戶設備(Indoor CPE)；最後

34、的目標則是連接到可移動裝置如筆記型電腦、PDA與其他各式無線手持裝置。基地台再以點對點(PTP)直視性傳輸經由遠方中繼連上Internet骨幹網路。WiMAX可能之應用領域包括：偏遠地區寬頻上網、住宅區或SOHO(Small Office/Home Office)網路、小型企業網路、中型企業網路、熱點(Hotspot)後置網路(backhaul)等等。此外，一般民眾將可透過 WiMAX進行行動上網、VoIP、IPTV等應用。WiMAX 可以大量應用的是內建到筆記型電腦等行動設備，WiMAX將直接崁入筆記型電腦裡。雖然 WiMAX 不會取代 Wi-Fi而是兩者並存，內建 WiMAX 技術將可大幅提升寬頻無線服務的多樣性，提供行動用戶自行選擇。電信業者擁抱 WiMAX 技術的速度目前還不甚清楚，因為許多已經投資大筆資金於 3G技術，而回收至今仍相當有限。一般認為使用WiMAX的背後動機是希望業者透過較低廉的價格、更高水準的表現、更快速的創新隨時隨地上網，擴大寬頻無線上網的市場，進而帶動硬體製造商與服務供應商的榮景。WiMAX的到來意味網路更為普及，不僅在家或辦公室可以上網，隨時在路上也可以隨時上網遨遊。