基于WLAN的無線校園網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：隨著IEEE 802．11無線局域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷推出以及基于這些標(biāo)準(zhǔn)的無線產(chǎn)品的出現(xiàn)，無線局域網(wǎng)的應(yīng)用和普及已發(fā)展到了一個(gè)新階段，基于WLAN的無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建已成為組建無線校園網(wǎng)的主流技術(shù)，是有線校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)延伸的重要手段之一。結(jié)合東北石油大學(xué)無線校園網(wǎng)建設(shè)的工程實(shí)踐，采用無線控制器+“瘦”AP的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案，組建了基于WLAN的校園無線網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)說明。經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)踐應(yīng)用證明，該網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行高速、穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：WLAN；無線校園網(wǎng)；AP；無線控制器

0 引言
    無線局域網(wǎng)(Wireless LAN)，簡(jiǎn)稱WLAN，經(jīng)常使用于辦公室、家庭以及機(jī)場(chǎng)候機(jī)廳等公共區(qū)域，甚至于大樓內(nèi)部以及園區(qū)內(nèi)部，典型距離覆蓋幾十米至幾百米，目前采用的技術(shù)主要是IEEE 802．n標(biāo)準(zhǔn)。無線校園網(wǎng)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)被越來越多的用戶接受，無論是校園內(nèi)部信息點(diǎn)的分布設(shè)計(jì)，還是校園內(nèi)建筑物間的網(wǎng)絡(luò)連接，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都能發(fā)揮出不可替代的作用。此外，無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的引入，也為教育信息化建設(shè)提供了應(yīng)用平臺(tái)。

1 無線校園網(wǎng)應(yīng)用需求分析
    現(xiàn)在大部分學(xué)校都已建有有線局域網(wǎng)，但是隨著學(xué)校的發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有的校園網(wǎng)提出了更多更高的要求：
    (1)現(xiàn)代化教學(xué)需求?，F(xiàn)在學(xué)校大量開展網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)活動(dòng)，很多精品課程或課件都要通過網(wǎng)絡(luò)來獲取，學(xué)生希望在任意時(shí)間、學(xué)校的任何地點(diǎn)訪問網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，并進(jìn)行提交作業(yè)等活動(dòng)。
    (2)端口數(shù)量的限制。一般來說，有線局域網(wǎng)中如教室、圖書館、會(huì)議室等地方不可能布設(shè)太多信息點(diǎn)，隨著學(xué)生中筆記本電腦的普及和現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備的普及，這些地方往往在同一時(shí)刻有大量的電腦，而目前的有線校園網(wǎng)沒有辦法使學(xué)生在這些區(qū)域上網(wǎng)，而采用無線方式，在端口上連接無線接入點(diǎn)，不需布線就可以輕松地從一個(gè)端口擴(kuò)展到幾十甚至是幾百個(gè)端口的應(yīng)用。
    (3)移動(dòng)辦公。隨著教職員工的移動(dòng)辦公設(shè)備越來越多，并且對(duì)移動(dòng)辦公的要求也比較高，如會(huì)議、校長(zhǎng)辦公等都適合使用無線局域網(wǎng)。
    (4)臨時(shí)性活動(dòng)。隨著學(xué)校的辦學(xué)層次的提高，學(xué)校的學(xué)術(shù)氛圍也日益濃厚，對(duì)外交流日趨頻繁，各種學(xué)術(shù)活動(dòng)越來越多，除此之外，學(xué)校每年也都會(huì)舉辦一些其他的活動(dòng)，如運(yùn)動(dòng)會(huì)、人才交流活動(dòng)等。由于這些應(yīng)用的特殊性和靈活性，有線局域網(wǎng)將不能滿足需求，無線局域網(wǎng)恰能很好地解決這些問題。使校園的每個(gè)角落都處在網(wǎng)絡(luò)中，形成真正意義上的校園網(wǎng)。

2 無線校園網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則
    校園無線網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則建立在充分考慮學(xué)校使用需要的基礎(chǔ)上，力求滿足整個(gè)校園網(wǎng)的可靠性、先進(jìn)性、兼容性和安全性。
    (1)可靠性：保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)有冗余。
    (2)先進(jìn)性：采用當(dāng)今最先進(jìn)和成熟的技術(shù)，使新建立的系統(tǒng)能夠最大限度地適應(yīng)今后技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。
    (3)可兼容及可擴(kuò)展性：在進(jìn)行方案建設(shè)時(shí)，力求做劍網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰、合理并具有擴(kuò)展能力；硬件配置先進(jìn)、可靠；系統(tǒng)軟件界面友好，易于操作和維護(hù)。
    (4)安全性原則：安全性一直是網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)管理的薄弱環(huán)節(jié)之一，而用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的要求又相當(dāng)高，因此安全性原則非常重要。

3 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選擇
    本設(shè)計(jì)對(duì)業(yè)務(wù)主流的、性價(jià)比較高的兩個(gè)廠家的產(chǎn)品進(jìn)行了分析，即國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)通信最大的廠家H3C和專注于教育行業(yè)的銳捷公司的產(chǎn)品，經(jīng)過綜合分析，最后確定選擇銳捷公司的技術(shù)方案。下面主要介紹有關(guān)無線控制器、無線AP和網(wǎng)管軟件的產(chǎn)品選型。
3．1 無線控制器
    根據(jù)需求，對(duì)銳捷萬兆無線控制器RG-WS5708的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析。該產(chǎn)品采用MIP64多核處理器架構(gòu)，可突破3層網(wǎng)絡(luò)保持與AP的通信，部署在任何2層或3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，無需改動(dòng)任何網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和硬件設(shè)備，從而提供無縫的安全無線網(wǎng)絡(luò)控制。RG—WS5708提供了8個(gè)千兆光電復(fù)用端口和2個(gè)復(fù)用的萬兆端口，最大可支持768個(gè)無線接入點(diǎn)的管理。RG—WS5708產(chǎn)品采用增強(qiáng)的安全和集群技術(shù)，通過基于身份的組網(wǎng)來提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。集群中的多臺(tái)無線控制器可共享用戶數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)無線用戶在跨越整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不同區(qū)域的過程中無縫的漫游。
3．2 無線AP
    RG—AP220 E采用了最新標(biāo)準(zhǔn)的3×3 MIMO802．11n技術(shù)，并采用雙路硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，單路射頻可以提供至少6倍于傳統(tǒng)802．11a／b／g無線網(wǎng)絡(luò)的接入帶寬。該產(chǎn)品充分考慮了無線網(wǎng)絡(luò)安全、射頻控制、移動(dòng)訪問、服務(wù)質(zhì)量保證、無縫漫游等重要因素，可配合銳捷網(wǎng)絡(luò)無線控制器，完成無線用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、安全和訪問控制。該產(chǎn)品外觀呈壁掛式，可安全方便地安裝于墻壁、天花板等各種位置。提供6個(gè)RP—SMA外置天線接口，支持本地供電與遠(yuǎn)程以太網(wǎng)供電模式。
3．3 無線網(wǎng)管軟件
    網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)這里選用了RG—SNC智能網(wǎng)絡(luò)指揮官。該產(chǎn)品可以遠(yuǎn)程協(xié)同維護(hù)和管理，采用非代理模式，可定義管理任務(wù)，主動(dòng)收集網(wǎng)絡(luò)狀況并及時(shí)備份，做到狀態(tài)變更的及時(shí)響應(yīng)，出現(xiàn)故障可及時(shí)恢復(fù)；提供美觀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，出現(xiàn)帶寬、流量、鏈路等異常時(shí)，在拓?fù)鋱D上及時(shí)呈現(xiàn)。RG—SNC產(chǎn)品特別內(nèi)嵌了無線網(wǎng)絡(luò)管理組件系統(tǒng)RG-SNC-WLAN，該管理組件依托SNC統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了有線無線一體化管理，在系統(tǒng)全面的有線網(wǎng)絡(luò)管理的基礎(chǔ)上，提供無線網(wǎng)絡(luò)管理能力。

4 無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃
4．1 無線校園網(wǎng)骨干層設(shè)計(jì)
    該網(wǎng)絡(luò)主要以有線和無線混合的模式，充分利用有線網(wǎng)絡(luò)的高帶寬，提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性。各個(gè)AP通過雙絞線與樓層匯聚交換機(jī)相連，再通過光纖與中心機(jī)房的核心交換機(jī)連接。根據(jù)東北石油大學(xué)的物理分布和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可選用無線控制器+“瘦”AP的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案，整體劃一，系統(tǒng)管理，全面滿足學(xué)校的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，同時(shí)為今后的應(yīng)用拓展(如無線WiFi電話，無線視頻組播等)做好充分的技術(shù)平臺(tái)準(zhǔn)備。

    如圖1所示，基于現(xiàn)有的有線校園網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)中心部署一臺(tái)支持同時(shí)管理700臺(tái)AP的無線控制器。無線控制器將通過光纖連接核心交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)無線局域網(wǎng)與核心設(shè)備的互聯(lián)。根據(jù)無線網(wǎng)的覆蓋需求，設(shè)計(jì)在整個(gè)校園部署近500臺(tái)AP，實(shí)現(xiàn)全校主要場(chǎng)所的無線覆蓋。本次采用的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與原有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無縫兼容，在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、認(rèn)證計(jì)費(fèi)等方面與有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行良好的兼容和互補(bǔ)。
4．2 接入點(diǎn)規(guī)劃
    接入點(diǎn)規(guī)劃按照完全覆蓋的方式，目的是要使信號(hào)覆蓋到需要覆蓋區(qū)域的每一個(gè)角落。在安裝接入點(diǎn)時(shí)，盡量避開干擾源，戶外用戶的接入點(diǎn)安裝在各個(gè)樓的角上，輻射周圍所有區(qū)域，盡量避開障礙物的阻擋，所有的接入點(diǎn)均以蜂窩狀布局。下面以第一教學(xué)樓為例來具體說明AP的布置。

    第一教學(xué)樓共5層，每層的平面結(jié)構(gòu)如圖2所示。A～H座每部分安裝1個(gè)AP，兩個(gè)座之間的連接部分安裝1個(gè)AP，由于2層的文化長(zhǎng)廊比較空曠，沒有遮擋，所以只需要安裝3個(gè)AP，所以2層共需要安裝15個(gè)AP，其他樓層每層需要安裝12個(gè)AP，共需63個(gè)AP。

5 用戶安全接入認(rèn)證規(guī)劃
    對(duì)于大規(guī)模部署無線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境，最合適的入網(wǎng)認(rèn)證方式就是基于Web的認(rèn)證和基于802．1x的認(rèn)證方式。采用基于Web的認(rèn)證方式，無線網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證需要能夠與有線網(wǎng)絡(luò)相融合。無線控制器本身就能很好地支持基于Web的認(rèn)證功能，其可以作為全網(wǎng)Web認(rèn)證的分布式認(rèn)證，針對(duì)無線用戶進(jìn)行Web認(rèn)證，后臺(tái)將有線網(wǎng)絡(luò)的Web認(rèn)證網(wǎng)關(guān)作為Radius服務(wù)器進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，就可以保證全網(wǎng)用戶有線與無線的認(rèn)證賬號(hào)統(tǒng)一，而此過程中，用戶無需安裝任何客戶端產(chǎn)品，利用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器即可完成上網(wǎng)登錄。
    具體認(rèn)證方式如圖3所示。

    在匯聚交換機(jī)處接認(rèn)證服務(wù)器，在服務(wù)器組里增加一臺(tái)Radius計(jì)費(fèi)認(rèn)證服務(wù)器，以便存儲(chǔ)接入用戶信息。當(dāng)用戶要求訪問網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在通過認(rèn)證前都強(qiáng)制到認(rèn)證服務(wù)器的Web頁(yè)面，要求輸入用戶名和密碼，用戶輸入帳號(hào)和密碼后，點(diǎn)擊登錄，認(rèn)證服務(wù)器會(huì)將用戶的信息發(fā)送給Radius服務(wù)器，Radius服務(wù)器將用戶輸入的用戶名和密碼與數(shù)據(jù)庫(kù)里用戶信息進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)用戶名和密碼一致時(shí)，Radius服務(wù)器會(huì)發(fā)送給認(rèn)證服務(wù)器一個(gè)用戶通過確認(rèn)的響應(yīng)信息，認(rèn)證服務(wù)器就會(huì)給該用戶打開訪問網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限，否則關(guān)閉用戶的權(quán)限，這樣就充分保障了無線網(wǎng)絡(luò)的安全，避免非法用戶的訪問，保護(hù)數(shù)據(jù)不被非法用戶盜取，同時(shí)還可以對(duì)不同用戶的權(quán)限加以區(qū)別，限定他們?cè)L問的權(quán)限。

6 結(jié)論
    本文結(jié)合東北石油大學(xué)無線校園網(wǎng)部署的工程實(shí)踐，突破傳統(tǒng)無線局域網(wǎng)部署中的安全策略，通過采用“無線控制器+瘦AP”的架構(gòu)進(jìn)行校園網(wǎng)部署，實(shí)現(xiàn)了將密集型的無線網(wǎng)絡(luò)和安全處理功能轉(zhuǎn)移到集中的無線控制器中，AP只作為無線數(shù)據(jù)的收發(fā)設(shè)備，大大簡(jiǎn)化了AP的管理和配置功能，甚至可以做到“零”配置。