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[周报全文]无线路更远——无线网桥技术综述及行业应用

2001年11月12日 00:00:00 | 作者:佚名 | 来源:$page.getBroMedia() | 查看本文手机版

摘要:无线路更远——无线网桥技术综述及行业应用

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董春庆 王健慧 王晓雯

网桥(Bridge)主要用于OSI参考模型第二层,它可控制数据流量、处理传输错误、提供物理编址以及管理物理介质的访问等功能。无线网桥是一种应用在无线网络领域中的桥接技术。

无线网桥的用途

网桥的用途在于互连不同的局域网,由于物理上的原因,若采取有线方式不方便,则可利用无线网桥的方式实现二者的点对点连接,无线网桥不仅提供二者之间的物理与数据链路层的连接,还可为两个网络的用户提供较高层的路由与协议转换。

可以看出,无线网桥的优点是非常灵活,在中、短距离时支持高速率数据传输,在长距离时支持低速率数据传输。

无线网桥的技术实现与标准

无线网桥的技术实现是由IEEE 802.l1、IEEE 802.ld生成树协议等国际标准协议定义的。

IEEE 802.11标准

1997年,IEEE 802.11无线局域网标准的制定是无线网络技术发展的一个里程碑。IEEE802.11标准除了介绍无线局域网的优点及各种不同性能外,还使得各种不同厂商的无线产品得以互联兼容。该标准规定核心设备执行单芯片解决方案,降低了采用无线技术的造价成本。IEEE802.11标准的颁布,使得无线局域网在各种有移动要求的环境中被广泛接受。该标准在1997的版本中主要对网络的物理层和MAC层(媒质访问控制层)进行了规定,其中对MAC层的规定是重点。各厂商的产品在同一物理层上可以实现互操作,而逻辑链路控制层(LLC)是一致的,即MAC层以下对网络应用来讲是透明的。在MAC层以下,IEEE802.11规定了三种发送及接收技术:两种采用射频技术——扩频(Spread Spectrum)技术和窄带(Narrow Band)技术,频带为2400MHz ~2483.5MHz;另一种是红外(Infrared)技术,用红外光来作为传输媒介。而扩频又分为直接序列扩频技术(DSSS)和跳频(FH Frequency Hopping)扩频技术。

2000年8月,IEEE802.11标准得到了进一步的完善和修订,并成为IEEE/ANSI 和ISO的一个联合标准。ISO将该标准定为ISO8802.11。这次IEEE802.11标准的修订内容包括用一个基于SNMP的MIB来取代原来基于OSI协议的MIB。另外,还增加了两项新内容,即IEEE802.11a与IEEE802.11b。

IEEE 802.1d标准

网桥有三种典型的方式:透明桥、源路由桥与源路由透明桥。网桥典型地连接两个用同样介质存取控制方法的网段,IEEE 802.1d规范(此规范是为所有的802介质存取方法开发的)定义了透明桥。源路由桥是由IBM公司为它的令牌环网络开发的;而源路由透明桥则是透明桥和源路由桥的组合。桥两边的网段分属于不同的冲突域,但却属于同一个广播域。

在一个桥接的局域网里,为了增强可靠性,必然要建立一个冗余的路径,网段会用冗余的网桥连接。但是,在一个透明桥桥接的网络里,存在冗余的路径就能建立一个桥回路,桥回路对于一个局域网是致命的。

生成树协议是一种桥嵌套协议,在IEEE 802.1d规范里定义,可以用来消除桥回路。它的工作原理是这样的:生成树协议定义了一个数据包,叫做桥协议数据单元BPDU(Bridge Protocol Data Unit)。网桥用BPDU来相互通信,并用BPDU的相关机能来动态选择根桥和备份桥。但是因为从中心桥到任何网段只有一个路径存在,所以桥回路被消除。

在一个生成树环境里,桥不会立即开始转发功能,它们必须首先选择一个桥为根桥,然后建立一个指定路径。在一个网络里边拥有最低桥ID的将变成一个根桥,全部的生成树网络里面只有一个根桥。根桥的主要职责是定期发送配置信息,然后这种配置信息将会被所有的指定桥发送。这在生成树网络里面是一种机制,一旦网络结构发生变化,网络状态将会重新配置。

当选定根桥之后,在转发数据包之前,它们必须决定每一个网段的指定桥,运用生成树的这种算法,根桥每隔2秒钟从它所有的端口发送BPDU包,BPDU包被所有的桥从它们的根端口复制过来,根端口是接根桥的那些桥端口。BPDU包括的信息叫做端口的COST,网络管理员分配端口的COST到所有的桥端口,当根桥发送BPDU的时候,根桥设置它的端口值为零。然后沿着这条路径,下一个桥增加它的配置端口COST为一个值,这个值是它接收和转发数据包到下一个网段的值。这样每一个桥都增加它的端口的COST值为它所接收的BPDU的包的COST值,所有的桥都检测它们的端口的COST值,拥有最低端口的COST值的桥就变为了指定的桥。拥有比较高端口COST值的桥置它的端口进入阻塞状态,变为了备份桥。在阻塞状态,一个桥停止了转发,但是它会继续接收和处理BPDU数据包。

无线网桥的连接方式

无线网桥可以无缝地将远程网络连接在一起,创建一个统一的局域网,在简单的网络中,网桥连接到局域网中的一个集线器或交换机上,通过电缆、天线相连接;如果局域网中包括多个子网,无线网桥要首先连接到路由器。

在无线网桥连接之前,需要注意以下事项:

1. 将要连接的建筑物必须要能保持空阔,高大的树木和建筑物等障碍物都会直接影响无线电波的传输。

2. 在减少带宽的情况下,可以增加建筑物之间的传输距离,进行远距离传输。目前,无线传输的距离在无障碍的情况下最长可以达到80公里,但是在应用中,实际距离可能会远小于80公里,因此在多山地区,或者有障碍物的时候,距离不宜过长,实在需要的话,可以在中间设立中继中转站,绕过障碍。

3. 无线局域网近距离传输时,为了获得最大的带宽,可以将无线网桥连接到支持冗余通道的路由器上,这样就可将三个无线网桥集成在一起,并且天线高度基本没有影响。由于无线局域网连网设备大都要求“视距”传输,因此天线高度的设定很重要。如果天线的高度不够,靠增加功率放大或增大天线增益的方法得到的效果将非常有限。

4. 在无线覆盖区域内,规划并选择一个不会与其他无线通信干扰的信道。

5. 如果通过无线局域网跨路连接建筑物时,天线可以安装在屋顶上,利用小型天线保持电波的集中,并避免来自其他企业的干扰。

6. 尽管无线网络利用了跳频技术,使得频率载波很难被检测到(即安全性能很好),但是,为了预防万一,还可以在接入点设置网络ID号,这样只有当双方无线适配器设置了同样的ID号,才能和接入点同步并接到网络中。此外,在传输的数据中进行加密是提高安全性的进一步手段。

无线网桥的应用主要有以下几种结构:点对点型、点对多点型和混合型。三种结构都有不同的适用场合,用户可根据实际应用选择:

点对点型

这种类型常用于固定的要连网的两个位置之间,是无线连网的常用方式,使用这种连网方式建成的网络,优点是传输距离远,传输速率高,受外界环境影响较小。

点对多点型

该类型常用于有一个中心点、多个远端点的情况下。其最大优点是组建网络成本低、维护简单。其次,由于中心使用了全向天线,设备调试相对容易。该种网络的缺点也是因为使用了全向天线,波束的全向扩散使得功率大大衰减,网络传输速率低,对于较远距离的远端点,网络的可靠性不能得到保证。此外,由于多个远端站共用一台设备,网络延迟增加,导致传输速率降低,且中心设备损坏后,整个网络就会停止工作。其次,所有的远端站和中心站使用的频率相同,在有一个远端站受到干扰的情况下,其他站都要更换相同的频率,如果有多个远端站都受到干扰,频率更换更加麻烦,且不能互相兼顾。

混合型

这种类型适用于所建网络中有远距离的点,近距离的点,还有建筑物或山脉阻挡的点,在组建这种网络时,综合使用上述两种类型的网络连接方式。对于远距离的点使用点对点方式,近距离的多个点采用点对多点方式,有阻挡的点使用中继。

无线网桥的行业应用

从国外应用的情况来看,无线网桥几乎在各行各业都能得到应用,凡是在连接无线局域网的地方,几乎都能看到它的“身影”,应用的几个典型行业分析如下:

企业/办公区域

当一个中大型公司有几个分支机构分布在同一个城市中,而布线又特别困难时,利用无线网桥连接这几个分支机构实现企业Intranet是一个不错的解决方案,其他分支内的员工可以使用无线局域网络产品,不管他们在办公室的任何一个角落,就能随意地收发电子邮件、分享文件及上网络浏览。

教育行业

在高校中,利用无线网桥架构一个无线校园网,学校师生无论在学校的任何地方,任何时候都可以方便地利用无线网络访问学校的图书馆、随意地收发电子邮件、网上聊天等。

医疗行业

在大型的医院里,利用无线网桥可架构一个无线的医疗网络,使用手提式计算机可取得实时信息,医护人员可藉此避免对伤患救治的迟延、不必要的纸上作业、单据循环的迟延及误诊等,从而提升医院的服务水平。

林业

在广袤的林区,可利用无线网桥架构一个廉价的林业防护网,用于远距离信息的传输,如在林区进行火灾、病虫害等信息的传送等;

交通运输业

利用无线网桥架构的公安交通管理网,执法公安交警可随时对违章的司机通过手持无线终端及时处罚,进行交通管理等。

出租业

出租行业可利用无线网桥架构一个无线出租城域网,出租管理部门可利用全球定位系统减少出租车的空载率,出租车司机则可以在出租车上安装一个无线上网终端,让客人随时上网收发电子邮件,上网聊天,移动办公等,提高出租行业的服务质量。

方案篇

随着证券公司规模越来越大,各个营业部之间要求计算机网络互联,以便共享网络资源,从其他营业部取得信息。目前,证券联网的一种方式是采用各营业部通过各自的地面卫星信号收发装置直接与当地上空的同步卫星进行通信,但是这种方式费用非常昂贵而且不够灵活,而另一种传统方式租用DDN或T1、E1、ISDN等专线有着速率低、租用费高等很大局限性。

证券网络具有显著的行业特点:并发客户数量众多,安全性要求较高,在交易期间不间断运行“差别服务”,散户室、大户室、贵宾室有不同的要求,需支持外部通过Internet的访问、下单。股市的高风险决定了股民对证券营业部的计算机网络系统在可靠性、安全性、高性能方面有严格的要求。不管是行情服务还是交易服务,在整个开市期间都不允许出现故障。通过无线网桥来达到无线联网,不仅可满足这些要求,实现多分支营业部证券商的中心网络与分支营业部网络的高速、可靠联网,而且安装周期短,维护简便,节省券商投资。

随着金融电子化的发展,证券的日常业务、公文、行政管理等信息量成倍增长,建立现代化的电子信息网络和办公自动化系统,对于提高证券的工作效率和管理水平具有十分重要的意义。用无线将证券计算机网络相连,使联营证券公司内部办公过程达到自动化和信息化。近年来,证券公司利用远程管理监控系统可解决对分布于全国各地的分支营业部的资金、证券的运作进行有效的管理和监控。公用开放型的信息服务系统使用了可视图文技术(+本站微信networkworldweixin),用多媒体方式替代传统的公告板为股民提供信息咨询服务。这些先进的业务及证券行业实时性极强的特点需要有足够强大的服务器硬件体系和高速的网络带宽来支持。因此,使用无线联网不仅可满足多媒体传输对网络带宽的要求,增加证券的安全性,达到办公自动化、管理现代化和安全监控网络化,相对其他有线联网方式具有更高的性能价格比。

证券公司为了提高信息化水平,提供新的服务手段,还可以利用无线网桥进行无线联网,建立证券与其它业务单位(银行、CATV、ISP、信息台等)的高速通信线路,如:通过无线网络连接证券公司与银行的计算机网络,股民可以快速实现其在银行的资金与证券的资金账户之间的资金调拨,不仅减少了现金流通量,也为银行和券商提高了服务效率。证券商也可用无线设备与CATV、信息台联网传输信息,以多种方式满足用户的不同需求。

产品篇

Cisco

Cisco Aironet无线网桥系列产品提供了以太网之间高速、长距离的无线连接。Aironet无线网桥是专为连接两个或多个网络(通常位于不同的大楼内)而设计,能够为传输大容量数据提供高速数据传输速率和优异的吞吐能力。Aironet无线网桥之间高速链路的吞吐量优于E1/T1线路,但费用却低得多,同时也不再需要布设昂贵且安装困难的租用线路或光纤电缆,在硬件方面的投资很快就能从租用线路服务中节省下来的经费中补偿回来。无线网桥可以将分散的地点连接到一个局域网,即使是中间有障碍物如高速公路、铁路和水塘,连接也不会受到什么妨碍,而这些却是铜线和光纤布设难以克服的困难。

另外,Aironet无线网桥还允许多个地点共享一条与Internet的单一高速连接。正是理解了中小规模公司以及大型企业的安全性需要,Cisco还提供了高达128位的WEP加密,通过WEP与标准认证功能的集成,可以达到与传统有线网络等效的数据安全性水平。

Aironet无线网桥非常灵活,在中、短距离时支持高速数据传输速率,在长距离时支持低数据传输速率。另外,该无线网桥还非常紧凑和小巧,安装和配置很简单,可以随着网络需求的变化或公司地点的搬迁快速进行重新部署。依靠Cisco享有盛誉的直序扩谱(DSSS3)无线频率技术,Aironet网桥不会受到恶劣天气的影响。其配置和管理选项包括使用直接控制台进行本地控制或通过Telnet、文件传输协议(FTP)、简单网络管理协议(SNMP)或浏览器图形化用户界面(GUI)进行远程配置。该网桥中得到改进的管理信息库(MIB)还允许网络管理人员在多种符合SNMP的网络管理软件中选择合适的管理工具。Aironet 340系列网桥还支持使用一般的脚本工具进行配置和管理,其他的功能包括对生成树协议的支持和能够简化故障查寻过程的先进诊断功能。

创智

创智LastKm W0240b是为使用无线(微波)进行远距离点对点网间互连而设计的微波网桥(兼备路由器功能)。它可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离高速(可达2Mbps)无线组网,特别适用于城市中的远距离高速组网和野外作业的临时组网。LastKm W0240b的作用距离取决于环境和天线,在无高大障碍(山峰或建筑)的条件下,一对12dBi的定向天线可以实现2公里的点对点微波互连;一对24dBi的定向天线可以实现7公里的点对点微波互连;一对27dBi的定向天线可以实现10公里的点对点微波互连。

LastKm W0240b无线网桥的应用范围包括:随机的或临时的10公里距离内局域网间无线互连;经常迁移和聚集的地质、石油、科考工作的分队/小组之间的网络间互连;快速运动、结集的军事行动中,基地信息网络之间的无线互连;无法或难以布线的环境中、相距较远的建筑物、分公司、分校园网络之间的高速数据信息互连;数字设备厂家的无线网络OEM配件;为不同物理体系(有线/无线)的网络间提供TCP/IP网络与IPX/SPX网络的透明无线网络链路等等。

3Com

3Com 11 Mbps无线跨楼宇网桥(3Com 11 Mbps Wireless building-to-building bridge),是目前市场上第一种按照经济性和简单性原则设计的无线桥接系统。

对于那些通过园区网络互联远程机构的企业与教育机构来说,他们经常会面临需要为新建成或临时性建筑设施布线的问题。当前市场上的无线网桥解决方案大多都非常昂贵,而且往往会因为其设备的复杂性使得即使是在建筑物内部进行联网这样的简单任务都会遇到麻烦。3Com 11 Mbps无线跨楼宇网桥的推出正是为了满足客户在这方面的联网需求。

考虑到以前市场上的无线网桥解决方案昂贵、复杂的特点,在为他们的新办公地点或临时办公处设计互联方案的时候,许多企业用户都宁愿选择传统的方案。通过将“简单”特性植入一套无线网桥解决方案,3Com公司赋予了企业经济地实现可靠的跨园区无线联网的能力。

利用点到点以及点到多点连接选项,3Com公司的无线跨楼宇网桥使用户能够通过其企业园区网在两座建筑物或多座建筑物之间传送信息。特有的多天线功能使该产品可以利用其全方位传输天线将信号传送至1300米远的位置,而利用定向天线则传输距离可以达到4100米。此外,这种网桥还是一种高度可配置并且易于管理的产品。

为了在信号通过空间传输的过程中有效地保护用户信息,3Com公司的11 Mbps无线跨楼宇网桥可以支持40位和128位两种WEP协议。而且,由于3Com的无线网桥产品采用了特殊的包封装协议以避免与其他隧道协议之间的冲突,它对于虚拟专用网协议来说是透明的。

BreezeCOM(Alvarion)

BreezeCOM公司(现已合并为Alvarion公司)在开发和制造适用于全球各地服务提供商和企业的宽带无线接入解决方案方面,扮演着技术领袖的角色。根据IDC的行业报告,BreezeCOM占有全球无线桥接市场约49% 的市场份额。BreezeNET DS.11新发布的室内、室外型产品系列扩充了BreezeCOM现有的11Mbps直序扩频产品线。

BreezeCOM发布了一个新系列的11Mbps DS.11 无线室外网桥,该产品遵循IEEE 802.11bHR 标准,空中接口速率达到11Mbps, 速率与有线网接近。此外,该产品有着专为室外长距离应用而设计的室内/室外分体式结构,每个设备都由室内单元和室外单元两部分组成,这种设计在同类产品中是独一无二的。室内单元包含以太网接口和电源,室外单元包含基带接口和前端射频接口。室内和室外单元之间使用便于安装的经济的UTP电缆,最大长度可达90米,室内单元为室外单元提供电源和数据连接,这种特别的设计不再需要昂贵的射频电缆连接无线设备和天线,同时消除了射频电缆的衰减,增加了设备的传输距离。同时,通过动态输出功率调整,可满足不同应用的需求。设备具有极高的接收灵敏度,大大提高了连接距离。

BreezeCOM最新的室内无线局域网产品线专为室内应用而设计,兼容IEEE 802.11b标准,工作在2.4GHz ISM免申请频段。BreezeNET DS.11室内型网桥提供了强有力、快速和稳定的无线网络,确保了全公司范围内11Mbps速率的无线网络连接,同时也提供了不间断的无缝漫游能力。员工可以自由的在任何时间,任何地点存取文件或运行应用,共享网络资源,充分地提高生产效率。

BreezeNET DS.11具有快速和简易安装以及SNMP网络管理特点,可以迅速装备,也可以根据需要,轻松改变或扩充网络。

西方多路

西方多路Tsunami 10BaseT是一种可提供大容量的无线以太网桥,并且在传输距离超过40英里(64公里)时,它比使用多个T1 / E1租用线路更加经济适用。Tsunami 10BaseT具有高质量的无线传输设备、标准的IP链路和低成本的以太网转换。由于它是无线连接并免许可证,所以用户可以安装Tsunami 10BaseT在任何想安装的地方而不必考虑通行的限制、频率许可审批的延误或者等待电信供应商提供新的线路。Tsunami 10BaseT除了提供以太网连接外还提供一个单独的T1/ E1连接,可在不需要额外租用线路情况下提供建筑物之间的PBX连接。

Tsunami以太网桥系列提供的无线方案可满足高速网络互连日益增长的需要。除了Tsunami 10BaseT之外,Tsunami产品还包括Tsunami 100BaseT/F(提供无线快速以太网连接的全双工100BaseT/F速率的数据通信)与Tsunami 1000BaseSX(提供可用于本地IP的千兆无线连接)。Tsunami 100BaseT/F与使用DS-3 与IP路由器及转换器连接相比,大大降低了所用的过程和时间。由于它是无线连接,节约了有线/光纤的安装费用和月租费,传输链路完成过程快捷,价格合理。

使用Tsunami 10BaseT,避免了挖沟、租用线路和办理烦琐的申请批复手续所带来的麻烦,简便快捷的安装和操作可迅速解决带宽瓶颈问题,Tsunami 10BaseT以太网桥最理想的适用方案包括建筑物、校园和60公里以内站与站之间的网络连接;服务商扩展现有的光纤和有线网络;服务商为重要链路提供备用连接等等。

[责任编辑:程永来 cheng_yonglai@cnw.com.cn]