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无线局域网的现在与未来

在无线局域网标准“802.11”之后,正在加入越来越多的英文字母,并由此构建出未来的精彩无线世界;而另一方面,无线局域网仍面临着这样那样的挑战——冰火两重天——无线网络要见彩虹,还需经历风雨。

在构画未来之前,让我们先回到现实。看看无线局域网的努力方向在哪里,并由此映射出今后无线局域网标准发展的方向。

现实挑战

随着无线局域网的普及,IT经理们必须更清楚地了解前方的道路到底是什么样子。目前无线局域网已经具备了非常过硬的安全标准。2004年夏天,IEEE发布了802.11i验证和加密标准,而且有许多厂商也已经实施了该标准,同时Wi-Fi联盟也适时地推出了WPA2互用性认证。

然而,虽然无线局域网可以部署到更为广泛的企业网络中,但IT经理们仍然要面对其他问题,而针对这些问题的标准仍然在开发中,有的甚至还没有启动。Summit Strategies公司分析师认为,目前最紧要的问题是使无线网络变得更为强健,更加可靠。

这些问题分为四类:服务质量、无线局域网管理、漫游以及与其他无线技术之间的互操作性。

服务质量

随着无线局域网的部署越来越普及,流量管理已经成了一个大问题。接入点通常可以同时处理数十个连接,多数企业能够很容易地处理这些无线流量,接入点能够在高峰时刻将流量分担到其他接入点上,这意味着多数用户的带宽都没有达到饱和程度。而在医院和仓储等行业不断增长的无线应用将必然导致潜在的带宽饱和。尤其是医疗保健行业,目前使用的应用非常多。

带宽饱和可能对企业产生两方面的影响。一方面是高流量,即大量用户可能突然出现,如热点,这就需要接入点具备优先级设置和传递功能。另一方面是那些在无线局域网上为移动员工部署了VoIP的企业,例如一些企业建立的企业园区网或基于IP的随身携带式电话系统。后者既可以使用有线网络,也可以采用无线接入方式。

由于802.11无线网络是基于“争夺”的一种网络形式,也就是说谁的数据包先抵达接入点,就会受到接入点的关注。对于流数据,如语音,这种争夺可能会产生数据丢失。由于过去根本没有QoS标准,VoIP供应商SpectraLink公司开发了自己的优先级协议并向其他厂商提供,使用该协议的厂商包括Chantry、Cisco和Meru。IEEE预计将会在2005年春季最终完成802.11e QoS标准。该标准将会针对用户和应用设定四个优先级层次,这样,网络管理员就可以对用户级别和应用类型设定优先级别,如数据、语音和流媒体。这项标准还将实现电源消耗设置和流量时间安排的标准化,能够根据流量形式,帮助接入点优化无线电发射距离和带宽的占用。

对于多数数据应用,802.11e运行在802.11b网络上时所起到的优先级设置功能已经足够了。然而,对于语音流量,802.11e只能算是最低要求。因此建议企业使用802.11a网络进行语音通信,因为802.11a网络可以提供的信道数量是802.11b的四倍。如果联邦通信委员会能够成功地为802.11a网络再添加12个信道,那么802.11a将成为语音流量的必然之选。

一家热点开发商指出,无论采用什么样的传递介质,语音质量仍然会受到不良影响,因为802.11e不能改变802.11网络基于争夺的本质特性。但语音质量会变得更好。许多厂商已经开始拿出了自己的草案版本,但要想让它们成为真正的802.11e建议,仍然需要各家厂商达成共识。

因此,Wi-Fi联盟已经针对优先级的问题开发出了WME(无线介质扩展)临时认证,并且正在开发WSM(Wi-Fi时间计划介质)认证。 该联盟主管表示,最好的方式是通过共享的实施方式来实现更为稳定的标准组成部分。

网络管理

要想管理会议室中的几个接入点并不困难,但对于企业而言,部署的规模将是数十个,要对这些接入点进行验证密钥升级、固件升级和策略制订就成为了一项相当困难的挑战。

企业级接入点允许管理员利用软件工具进行升级,访问接入点的设置时通常使用MIB(管理信息库)。这些MIB事实上是通过SNMP调用的功能,并且广泛地应用于有线路由器、网关和交换机。然而,无线设备有一些额外的配置,例如管理无线电强度,在这一方面没有标准的MIB可用。802.11的基本原理是将功率放在终端节点上,即以太网上,但这在交接时会产生一些额外的负担,因为需要对中间设备进行更多的控制,而这种控制方式是根本不存在的。

为了解决这一问题,今天的企业必须实现其无线接入点、网关、交换机和路由器的标准化,也就是说需要从同一家厂商那里购买,并且依靠厂商自有的管理工具或使用一个第三方工具供应商提供的解决方案,例如Airespace、AirMagnet 、AirWave、Aruba、Cognio、Legra Systems、Roving Planet、Trapeze Networks或Wavelink等厂商的方案。这些解决方案都可以管理多个厂商的硬件。在适当的标准开发出来之前,使用交换机进行接入点协调也可有助于使无线局域网的管理工作变得更加轻松。

IETF正在开发CAPWAP(无线接入点控制及维护)方法,用于描述各种无线局域网管理设备所使用的接口和协议,并且使其优势和劣势不再以线性方式呈现。其目标是创造出一种通用的机制理解方法,使厂商和IT经理们能够部署适合的产品。IETF还在与IEEE 802网络互连标准进行协调,其中也包括802.11。

尽管无线管理设备使用SNMP MIB来管理硬件,但是针对无线网络的MIB标准将更有助于测量占用率、管理无线电频率输出功率和切换信道。信息时代需要自己的标准,至于怎么用还是要看用户的选择。目前客户机不会向接入点发送有关设置、策略和参数的信息,因此并没有对接入点管理无线电频率信号做出什么有益的贡献。

目前存在一种争论,其焦点是标准应该涉及多大的范围。交换机厂商不愿意轻易向其他厂商提供同样的能力。另一方面,只要无线硬件能够感知到SNMP的存在,第三方局域网管理软件厂商提供的产品就完全有能力应付硬件特性方面的差异。随着交换机的应用来越普及,企业可能开始使用轻型接入点。这种接入点可以由节点和分支一级的控制器进行分组管理。

这种情况可以有效降低接入点的复杂程度和成本,但也可能导致不同厂商之间产品互操作性的下降。在这个问题上制订标准的时机已经成熟,IETF已经为此类标准开发出一个草案。这种即将成形的标准将会阻止企业使用那些采用厂商私有标准的单厂商硬件。

无线主干连接是如何管理的呢?今天,无线接入点是相互连接的,也可以利用交换机和路由器通过有线网络连接,因此主干网络的管理是通过容量更大、安全性更好的局域网来实现的。(用户流量在这些连接中会被路由至主干有线局域网中。)然而,在许多环境中,通过有线网络连接接入点的作法是相当困难的,或者是非常昂贵的。为了解决这一问题,IEEE正在开发802.11s标准。这种标准将负责管理无线主干连接,并创建所谓的网格网络,从而使部分接入点可以无须直接连接到有线网络中。其中的关键在于判断如何防止与客户端的流量发生干扰和冲突。

网络间漫游

尽管802.11f标准已经成为多数基于802.11硬件中的一个组成部分,并且在同一网段中的接入点间实现了漫游。但当用户在网段间移动时,802.11漫游经常会发生连接丢失,尤其是语音流量。对于数据连接来说,客户机通常可以使用DHCP获得一个新的IP地址,而且断线时间几乎可以忽略不计。同时,漫游过程中的重新验证也会干扰流数据连接,尤其是VoIP。

重新验证问题在全新的802.11i安全协议中尤其明确,如果使用RADIUS服务器验证问题也会相当严重,这两者都会在验证时导致数百毫秒的延迟,而语音通信在交接时需要将延迟维持在20毫秒以内。因此802.11r工作组正在研究更快的算法和预验证方法,努力使验证的时间压缩到最小程度。如果每次都要返回RADIUS服务器进行重新验证,那么要想保持正常通信肯定是没戏。

同时,企业还可以使用NAT和移动IP技术,即拥有一个静态的原始IP地址,当设备漫游至另一个接入点时,IP地址将会随之改变。然而,在802.11r完成之前,企业仍然需要使用诸如SpectraLink硬件等厂商自有的硬件产品来获得VoIP等应用的快速漫游能力。IT经理们应当注意的是无线VoIP系统使用的是不安全的WEP加密技术,也只有通过这种方式才能将延迟维持在20毫秒的临界范围以内。

移动互操作性

IT经理们面临的最不紧迫的问题就是与其他无线技术之间的互操作性,如蜂窝数据网络和802.16广域无线网络。这三者之间的互操作性目前还算不上是什么问题。

硬件的缺乏并没有阻止一些厂商和分析专家对802.16的推崇。即使像英特尔这样“最富进攻性”的802.16芯片制造商也没有准备在2006年之前推出用于笔记本电脑的802.16芯片组。英特尔公司无线网络事业群的副总裁Jim Johnson指出,对于无线802.16部署,英特尔估计在2005年秋季之前不会进行运营商测试。

与802.16的互操作性事实上是最容易实现的,因为该技术是基于以太网和SNMP的,和802.11没有本质的区别,因此也将支持相同的机制和策略。802.16d(WiMax)硬件将主要用作Cable Modem和DSL服务的替代产品,用于将桌面系统连接到Internet。到2008年,移动版的WiMax将能够实现移动部署,而该版本的WiMax标准,即802.16e规范目前仍处于开发阶段。

在WiMax启动的同时,部分运营商,如Cingular Wireless和T-Mobile已经部署了蜂窝数据网络技术,如GPRS和GSM的EDGE,还有Sprint和Verizon Wireless部署的EvDO版CDMA技术。在任何一个层次上,蜂窝网络和802.11b都是区别很大的两种技术,因此两者之间的交接传递和计费将成为非常棘手的问题。

例如,蜂窝网络上的验证通常使用嵌入式的硬件ID,而802.11采用的是基于软件的验证。更重要的是两者的业务规则有很大的区别,因为蜂窝运营商需要解决漫游问题才能计费,而802.11网络在很大程度上是免费的,而且有些自有的802.11热点网络是根据使用情况计费的。

Wi-Fi联盟已经建立了一个工作组,主要探讨802.11b/蜂窝网络合并的问题,包括计费和基础设施问题。这一领域的标准可能在几年后才能正式推出。

“无线字母”看过来

IEEE 802.11工作组主要负责管理无线局域网,该工作组的一些项目已经接近完成。其他小组,如网格网络工作组和快速漫游工作组目前仍处于起步阶段。

事实上,多数用户永远也不用担心这些为数众多的技术标准。这些标准中有一些负责管理调制方案、接入协议和验证,有的则定义是否应当向第一层、即物理层传送电能。因此,多数人根本不需要了解这些标准的详细内容。最关注这些标准的应当是那些芯片制造商、无线局域网产品制造商和软件工程师。

当然,在部署企业无线局域网的决策过程中,标准问题是需要考虑的。因为有些供应商可能会承诺自己能够支持802.11i这种最近才完成的标准,该标准主要用于修补无线局域网安全性方面的一些弱点。但这种承诺可以说是毫无意义。问题在于,这家厂商到底能够提供哪些实际的能力和工具来实现完全的安全实施?

毕竟很少有哪一项标准能够带来新的技术。相反,它们只是为大家提供了构建、监视和管理无线局域网的通用方法。各厂商利用标准作为产品的基础,并且在这些基础上添加特别的特色和功能。在许多情况下,厂商都利用自己的代码来实现特定的无线局域网功能,而当802.11标准获得通过后又利用标准的代码将自己的代码替换掉。例如,Airespace就利用自己的代码为其无线局域网交换机产品线编写了无线电资源测量和管理功能,而当802.11k标准获得批准后,该厂商又对其产品进行了升级并代之以基于802.11k的代码。

多数厂商至少有一名专职人员负责跟踪和参与IEEE各小组的活动。他们可以向客户提供其实施计划的路线图。

Wi-Fi联盟是由业界成员组成的小组,旨在推广802.11无线局域网。该联盟目前正在扩展自己的职能,每当IEEE的标准获得批准后,该联盟便开始创建无线局域网产品的认证测试。

该联盟还有权抵制新的无线局域网特性,而这些特性正是厂商在IEEE的最后标准批准之前引入的。有一些厂商,主要是消费领域的厂商,已经开始推出带多个天线的无线局域网接入点,并且使用了特殊的算法来增高无线网络的吞吐速率。这种被称为多输入多输出的技术很有可能成为下一代802.11n标准的候选基准。但这项工作目前尚处于起步阶段。

是否已经被目前和未来Wi-Fi标准中那些数字的海洋和众多的缩写搞得晕头转向?无需“自卑”,多数人都没有完全搞明白。下面我们逐一来看个究竟。

传输

802.11a、802.11b、802.11g

这三者都是IEEE提出的无线信号传输标准,并提供不同的最大吞吐速率,分别是5GHz波段上的54Mbps速率、2.4GHz波段上的11Mbps速率和2.4GHz波段上的54Mbps速率。目前这三种标准都在实际应用中使用。

Wi-Fi

Wi-Fi联盟的Wi-Fi标志用于认证8

02.11a/b/g设备之间的互操作性,因为这三项标准都有各自的最优化组件,如果这些组件没有实施,则其无线通信仍然可以满足IEEE的标准,但可能无法与其他厂商的设备相互交流。

802.11n

这种全新的IEEE标准旨在开发出100Mbps的最大吞吐速率,最有可能采用的是5GHz波段和多个同时使用的信道。该标准计划于2007年最终完成。

802.16d和802.16e

都是IEEE努力制订的标准化广域高速无线网络。802.16d主要针对固定无线部署,而即将推出的802.16e标准将允许用户在移动中使用,如在火车或汽车上连接网络。这一系列的标准可能会出现许多种变体,所以平常的字母可能已经不够用,因此很有可能会出现一些子类,用于进一步详细说明每种具体产品的工作距离、波段或是否支持移动用户等特性。

WiMax

这是由业界成员组成的WiMax论坛正在进行的一个项目,将以不断发展的方式认证802.16互用性标准。WiMax在这一点上与Wi-Fi联盟在802.11标准方面的工作非常类似。

安全性

802.1x

这种老牌的IEEE验证标准在802.11网络中可以大显身手。

802.11i

最近获得IEEE批准的这种加密标准将替代脆弱的静态密钥WEP标准。该标准可以实现密钥的动态共享。

WPA2

Wi-Fi联盟的WPA2标准可以保证各类基于802.11i标准设备间的互用性。WPA1是在最终的802.11i标准出台之前使用的一种临时标准,主要用于避免厂商背离802.11i草案标准的发展方向。

管理、漫游和QoS

802.11e

这项IEEE标准将于2005年夏季完成,用于定义优先级,并为数据、语音和视频流量提供基本的QoS水平。

WME、WSM

无线介质扩展(WME)和Wi-Fi时间计划介质(WSM)这两项临时标准都是Wi-Fi联盟在802.11e标准草案的基础上开发出来的。它们的目的是确保不同厂商在标准出台前制造的产品能够具备互操作性和连贯的部署能力。WME目前已经正式推出,而WSM预计将于2005年春季完成。

802.11f

这项IEEE标准用于定义接入点之间在第二层漫游时的通信,但它不支持不同无线局域网段之间的漫游。

802.11r

IEEE制订这项标准的目的是实现接手传递的标准化,从而使接入点之间能够形成更快的漫游速度。其中还包括对密钥的验证,从而实现更快的漫游,使用户不必在接入新的接入点时进行重新验证并避免呼叫中断。不仅能够支持无线数据通信,还可以支持无线语音通信。该标准所要解决的问题是将客户机从一个接入点快速传递到另外一个接入点的同时,还要保证验证和安全策略不受影响,而这一过程在客户机移动时是极其关键的。例如,用无线局域网电话进行VoIP通话时,谁也不希望通话中断。该小组于2004年正式启动,计划于2006年正式完成。

802.11d

多国漫游标准。从无线局域网标准上来说,这一标准已经很古老了,IEEE的工作小组在2001年就已经完成了802.11d标准。这项标准可以使无线局域网接入点运行在自己所处的国家,并说明一些规则,告诉客户端应当使用哪些针对特定国家的网卡。由此,你可以从纽约飞到罗马,走进办公室,启动无线笔记本电脑并连接到任何处于工作状态下的无线局域网中。

802.11s

这也是IEEE正在制订的一项标准,用于将接入点连接为主干通信和网状网络。该标准小组于2004年初建立,目标是使接入点能够成为无线数据路由器,就像今天的Internet节点一样,将流量转发给邻近的接入点并进行一系列的多级跳式传输。这种网格网络天生就具有较高的可靠性,因为它们可以自动绕过故障节点,并且可以自行调节来实现流量负载平衡和性能优化。该标准的第一份建议稿在近期发布,标准计划于2006年正式完成。

CAPWAP

这一标准用于实现无线接入点的控制和编程机制分类标准化,是IETF最近完成的一个项目。该标准名称中的字母缩写分别代表无线接入点的控制及维护(Control and Provisioning of Wireless Access Points)。

LWAPP

这是IETF正在制订的一项标准,即轻型接入点协议,用于管理轻型接入点与无线局域网系统设备之间的通信,并且可以管理那些负责管理轻型接入点的控制器。

802.11h

用于动态频率选择和传输功率控制。802.11h的初衷是在欧洲的5GHz波段为接入点和客户端创建一系列的管理信息,用于协调同一波段中的雷达和卫星通信信号,避免其相互发生干扰。如果需要,无线局域网设备会选择另外一个信道并调整输出功率。但这些行为也可以用于改善无线局域网的效率,使网络不受任何法律法规的制约,因为有越来越多的国家开放了5GHz波段给802.11a无线局域网使用。该标准于2003年9月正式完成。包含部分此类特性的产品也可能很快上市。这项标准中的一些内容还被继续用于另外一项标准,即 802.11k。Wi-Fi联盟将于2005年推出11d和11h的认证测试。

802.11j

在日本使用4.9至5GHz频段的标准。最初,该小组主要将精力集中于802.11的介质访问控制和802.11a PHY层的研究上,希望借此通过日本当局对该波段的法规许可。但美国联邦通信委员会(FCC)最近已经将该波段指定为授权频段,只用于公共安全和国土安全等目的。802.11j工作组在该波段的研究工作对于美国是非常有用的,因为有很多厂商都开始推出针对这一波段的公共安全网络产品。

802.11k

用于无线电资源管理。该标准于2002年底发布,目的是实现无线电测量的标准化,并可用于处理漫游请求,并涉及无线电信道数据和客户端设备数据。此外,这些数据可以提供给较高层的无线局域网管理应用,以进行诸如优化性能和平衡流量负载等工作。

802.11d 多国漫游 2001年

802.16d 高速无线广域网,固定部署

802.11e 服务质量(QoS) 2005年夏季

802.16e 高速无线广域网,移动应用

802.11f 接入点第二层漫游

802.11g 传输标准,2.4GHz波段54Mbps速率 2003年6月

802.11h 动态频率选择和传输功率控制 2003年9月

802.11i 安全

802.11j 4.9至5GHz频段标准

802.11k 无线电资源管理 2002年底

802.11n 传输标准,5GHz波段100Mbps速率 2007年

802.11r 快速漫游 2006年

802.11s 接入点无线网格 2006年

表:无线标准大本营(字母顺序排列)是不是还有点乱,没关系。

编者按照字母顺序列出了一个表,让你一览无余。 标准名称 标准描述 发布时间

802.11a 传输标准,5GHz波段54Mbps速率 1999年

802.11b 传输标准,2.4GHz波段11Mbps速率 1999年

802.11d 多国漫游 2001年

802.11e 服务质量(QoS) 2005年夏季

802.11f 接入点第二层漫游 2003年

802.11g 传输标准,2.4GHz波段54Mbps速率 2003年6月

802.11h 动态频率选择和传输功率控制 2003年9月

802.11i 安全 2004年

802.11j 4.9至5GHz频段传输标准 2004年

802.11k 无线电资源管理 2002年底

802.11n 传输标准,5GHz波段100Mbps速率 2007年

802.11r 快速漫游 2006年

802.11s 接入点无线网格 2006年

802.16d 高速无线广域网,固定部署 2004年

802.16e 高速无线广域网,移动应用 2005年下半年

802.1x 安全认证 2001年

字母游戏

相较而言,无线局域网还是个晚辈,自然不太成熟。为了提高它的性能、安全、管理和QoS能力,IEEE制订的无线局域网标准数量正在不断增长。

这是个好消息吗,很多人已经被无线标准的字母后缀搞得晕头转向,甚至滋生出了厌烦情绪—这么个小网络,还搞得挺矫情,有线网络都没这么折腾过。其实没必要这么“愤青”,更没必要当“知青”—因为这些标准中的很大一部分你根本不需要了解,至少等到实际的无线局域网产品出现之后,再去了解这些标准也不迟。

所以,笔者想把这些无线局域网标准的纷纷出台,看作是一场字母游戏。我们当然不能低估这些游戏规则的价值,但反过来看,有时候我们确实是太看重这些标准的出台了。在某种程度上,除非你是研发人员或技术工程师,否则,深究这些标准真是没什么必要。说白了,你只要享受无线标准为你带来的好处、用好无线网络就可以了。再说,大多数标准出台之前,其核心功能和作用已经往往被众多厂商所支持,甚至为用户所采用。很多时候,标准迟迟不能通过,并不是碰到了什么技术上的难题,很有可能是各方利益相互牵制的结果。

无线网络的灵魂,就是轻松自由,无牵无绊。所以,你要是还为这些乱七八糟的字母头疼,那就只能是“庸人自扰之”了。



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