基于IEEE802_11b的无线局域网网关的研究

基于IEEE802_11b的无线局域网网关的研究 计算机科学 2007Vol1 34 ?1 2 基于 IEEE802 . 11b 的无线局域网网关的研究 12 张黎罗艺荣1 2 () 贺州学院图书馆贺州学院人事处广西 贺州 542800 摘 要 随着通信技术和计算机网络的发展以及有线网络的广泛应用 ,以快捷高效 ,组网灵活为优势的无线网络技术也在飞速发展 。无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物 ,它为通信的移动化 、个性化和多媒体应用提 供了可能 。本文基于 IE E E802 . 11b 对无线局域网网关进行了研究 ,给出了网关的方案 。 关键词 无线局域网 ,协议 , IE E E802 . 11 b ,网关 Study on Wireless Local Area Net work Gate way Ba sed on IEEE802 . 11b 1 2Z HA N G L iL U O Yi2Ro ng 1 2 ()Li bra r y of Hezho u CollegePer so nnel Divi sio n of Hezho u CollegeGua ngxi , Hezho u 542800 Abstract Alo ng wit h t he co mmunicatio n and t he co mp ut er net wo r k develop ment , follo wing t he wired net wo r k wide2 sp read applicatio n , t he wirele ss net wo r k technolo gy , w hich i s quick a nd eff ective , i s al so rapidly developing. The wire2 less local a rea net wo r k i s t he p ro duct t hat t he co mp uter net wo r k a nd t he wirele ss co mmunicatio n unif y , w hich ha s p ro2 vided t he po ssibilit y fo r t he co r re spo ndence migratio n , such a s t he mo bilit y and i ndividualit y of co mmunicatio n , t he multimedia applicatio n , etc . Thi s pap er st udied t he gateway of t he wirele ss local a rea net wo r k. Finally , using t he IE E E802 . 11 b p ro tocol , t he de sign p roject of t he gateway ha s been p ro vided. Key words Wirele ss local2a rea net wo r k , Pro tocol , IE E E802 . 11b , Gateway 本文研究了基于 IE E E802 . 11 b 的无线局域网网关 ,并给 1 引言 出了相应的设计方案 。 无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产 2 无线局域网网关的系统结构物 。通俗点说 ,无线局域网就是在不采用传统电缆线的同时 , 提供传统有线局域网的所有功能 ,网络所需的基础设施不需 在实际网络中 ,许多不在同一地点的局域网之间需要交 要再埋在地下或隐藏在墙里 ,网络却能够随着你的需要移动 互信息 。为实现专用无线网与局域网之间的互连 ,研制具备 或变化 。 下述功能的网关 。首先 ,实现 IP 级互连 ,即某一局域网的 IP ( 当今 , 无 线 局 域 网 Wirele ss Local A rea Net wo r k , 数据报经过网关的转换后可以通过无线网传到另一网关 ,再 ) WL A N得到了飞速发展 。对于无线局域网间的互联互通 , 经转换后 , IP 数据报可到达另一局域网的相应的主机上 ,如 图 1 所示 ;其次 ,实现连接认证 。当网关启动时 ,与另一网关 目前的主流研究及开发 ,越来越趋向于使用无线局域网网关 。 [ 4 ] 进行连接认证 ,当认证通过时 ,才建立 IP 连接。 无线局域网技术具有传统局域网无法比拟的灵活性。无 线局域网的通信范围不受环境条件的限制 ,网络的传输范围 大大拓宽 ,最大传输范围可达到几十公里 。在有线局域网中 , 两个站点的距离在使用铜缆时被限制在 500 米 ,即使采用单 图 1 无线局域网网关的系统结构 模光纤也只能达到 3000 米 ,而无线局域网中两个站点间的距 离目前可达到 50 公里 ,距离数公里的建筑物中的网络可以集 对 L A N 而言 ,无线数据链是隐含在网关内的协议实体 ,成为同一个局域网 。此外 ,无线局域网的抗干扰性强 、网络保 它对 L A N1 和 L A N2 都是透明的 。对外部而言 ,半网关 1 和 密性好 。对于有线局域网中的诸多安全问题 ,在无线局域网 半网关 2 是一个整体网关 ,它完成与 IP 有关的信息处理 ,路 中基本上可以避免 。而且相对于有线网络 ,无线局域网的组 由选择和 L A N 内部物理寻址。两个 L A N 间的 IP 数据报传 建 、配置和维护较为容易 ,一般计算机工作人员都可以胜任网 输处理过程如图 2 所示 。这里网关主要解决转发决策 、时延 络的管理工作 。 处理和地址转换等 。 ( ) 网关 Gateway也称为协议转换器 , 即将两个使用不同 研究中采用自主开发的软件 ,工作在 Windo w s 操作系统 协议的网络段连接在一起的设备 ,它的作用就是对两个网络 下 ,在局域网中获得所有的 IP 数据报 ,通过判断 、修改助 Et h2 段中的使用不同传输协议的数据进行互相的翻译转换 ,其可 er net 头信息 ,将 IP 数据报送至串口 ,通过连接在串口的无线 [ 1 ,2 ] 以将具有不同体系结构的计算机网络连接在一起。 设备发送出去 。目的网络的网关串口上连接的无线设备接收 到后 ,通过网关转发到目的计算机 。 张 黎 主要研究方向 :数字化校园、信息管理等。罗艺荣 主要研究方向 :数字化校园、信息管理等。 ?62 ? 图 2 网关对 IP 数据报的处理机制 先提取该数据报的目的 IP 地址 ,通过该 IP 地址查询 A R P 表 3 模块设计 得到目的主机的 MA C 地址 。线程在该数据报前加上 MA C 网关功能模块和串口通信模块是同时运行的 ,需要设计 帧头 ,通过调用 V XD 接口函数发送该数据报 。成两个单独的线程 。考虑到串口通信模块中数据的收发也是 3 . 3 串口通信模块设计同时进行的 ,因此将串口通信模块设计成收发两个进程。根 串口通信部分为上层网关功能模块提供透明传输 。串口 据上述设计思想 ,软件由认证模块 、数据帧监听发送模块和串 通信包括发送和接收两部分 ,以全双工的方式工作 。这样可 口通信模块等功能模块组成。它们的关系如图 3 所示 。 以保证串口的工作效率 。 ?数据发送模块。IP 数据报的发送通过一个独立的线 程来进行 。由于串口通过无线链路连接 ,采用短波通信 。在 发送一个 IP 数据包时采用停止等待协议 。每次发送数据时 , 先查询是否有确认或出错帧要发送 ,如果有 ,则发送确认或出 错帧 。如果没有 ,则查询数据缓冲区是否由 IP 包要发送 。如 果有 ,则从数据缓冲区中取出一个包 ,附上帧头和数据起始标 志进行发送 。发送完数据后 ,等待对方返回确认 ,如果对方在 规定时间内没有返回确认则重新发送刚才的数据。在等待期 间不发送新的数据 ,但是如果本地接收数据后需要发送确认 消息给对方 ,则尽快发送。 ?数据接收模块 。接收模块由消息响应函数完成 。先搜 图 3 网关功能模块索报文头 ,对报文头进行处理 。再判断接收帧的类型 ,作出相 应处理 。接收完后 , 查询数据接收错误标志 , 如果有错误发 3 . 1 认证模块设计 生 ,则丢弃该数据包 ;反之 ,将该数据包存人缓冲区 。开机后首先进行连接认证。在实施认证时 ,任何一方都 4 网关协议转换 可以请求建立连接 。当请求超时 ,请求方将退出请求等待状 态 ,待对方请求时再建立通信连接 。在认证通过前不启动软 要实现数据在 WL A N 和 L A N 之间发送 、接收 , 网关必 件的网关功能 ,认证通过后开放网关功能 。软件提供加密函 须具有协议转换的功能 ,这些由数据监听 、发送模块中的数据 帧发送模块和帧格式转换处理模块来实现 。 数的接口 ,对本地输入的用户名和口令加密后传送 。接收端 提供认证函数的接口 ,返回认证结果 。4 . 1 数据帧发送模块 3 . 2 数据帧的监听和发送IE E E 802 . 11b 协议中引入了一个称为端口 Po rt 的概 网络监听线程负责接收和发送数据报 。网络监听线程首 念 ,它主要是一个连接有线局域网与 802 . 11b 无线网的逻辑 [ 6 ] 点 ,提供将两者结合起来的逻辑业务。在 MA C 层 ,要实现先从外部读入初始化信息 ,包括本机 IP 地址、ND IS 序号 、网 802 . 11b 和局域网之间的通信 ,必然要有网桥的功能 ,该功能 络 A R P 表 、路由表。然后装载 V xD 程序 , 并进行初始化 ,完 由桥接模块来提供 ,采用透明网桥 。它完全遵守 TCP/ IP 与 成监听的准备工作 。接下来线程开始循环访问网络接收缓冲 IE E E802 . 11b 协议 。 区和串口缓冲区 ,对其中的 IP 数据报进行分析 ,转发 。 桥接模块将所有的网络设备抽象成为一个一个的端口 , 对于从网络接收缓冲区得到的数据报 ,网络监听线程首 对每个端口上的所有主机地址维护地址列表 ,且具有自动更 先对其目的 IP 地址分析 ,判断该数据分组是否需要转发。对 新与自动学习的功能 ,并把帧从收到帧的端口传到桥的其它 于需要转发的 ,网关计算机给它加上相应的数据链路的头信 端口 。桥接模块中所处理的帧都只是具有有线帧的帧格式 , 息 ,并进行码字透明处理后存入串口发送缓冲区 ;对于不需要 ()下转第 143 页 转发的数据报不予处理 。这样的处理主要是为局域网中可能 存在多个网关而设计的 。 ?63 ? 对于从串口接收缓冲区得到的数据报 ,网络监听线程首 Q uerie s o ver Imp reci se Dat a . In : Proceedi ngs of A CM SI GMOD 2002 Co nf erence , 2003 9 Deligianna ki s A , Ko ti di s Y , Ro u ssopo ulo s N . Co mp ressi ng Hi sto r2 8 ical Info r matio n i n Sen so r Net wo r k s. In : Proceedi ngs of A CM 2Di men sio nal Regre ssio n A2 Chen Y , Do ng G , Ha n J , et al . MultiTi me2Serie s Dat a St rea ms. In : Proceedi ngs of VL DB , nal ysi s of SI GMOD Co nf erence ,2004 ( ) 图 2 空气温度 Air Temp erat ure在不同设置下的压缩传输情况及其相对误差 ( ) ( ) 图 3 空气温度 Ai r Temp erat ure和压力 Pre ssure流数据的压缩比和传感器容量的关系 6 ()金纯 ,陈林星编著. I E EE802 . 11 无线局域网. 电子工业出版社 , 上接第 63 页2004 所有无线网卡传给此模块的帧必须经过帧格式的转换 。同时 在桥接模块中不区分是无线网卡来的帧还是有线网卡来的 帧 ,经过桥转发的帧也不区分是转发给有线网卡的还是无线 网卡的 。 4 . 2 帧格式转换处理模块 802 . 11b 帧的帧格式与有线帧的帧格式是不同的 , 因此 网关必须具有将无线与有线这两种不同的帧格式进行互相转 换的能力 ,以实现无线网络与有线网络之间的通信 。帧格式 转换处理模块就完成了这一功能 。 图 4 给出了从有线帧格式到 IE E E 802 . 11b 帧格式转换 的流程图 。 结论 本文采用模块设计 ,网关协议转换等办法解决数 据在 L A N 之间发送 、接收的问题 。本文研究及设计的无线 局域网网关有以下特点 : 对小区内移动终端的管理 ,例如登录 、认证 ; 完成 IE E E 802 . 11 b 中入口“Po rtal”的功能 ,实现从 802 . 11b 到 802 . x 帧格式和从 802 . X 到 802 . 11 帧格式的转换 ; 完成数据帧从无线网络到有线网络的桥接过程 ,实现地 址过滤以及地址的学习功能。 参 考 文 献 ( ) 1 王宇. 无线局域网基本原理及前沿应用. 中国数据通信 , 2003 8 ( )2 吴盘龙. 无线局域网技术及组网方式. 世界电信 ,2001 12 3 萧文龙. 最新 TCP/ IP 实用教程. 中国铁道出版社 ,2001 图 4从有线帧格式到 802 . 11b 帧格式的转换4 Patil B ,等著. 无线网络中的 IP . 张传福 , 彭灿 译. 人民邮电出版 社 ,2002 5 St even s W R 著 1 TCP/ IP Ill ust rat ed Vol ume : 123 . 胡谷雨 , 谢希 仁 ,等译. 机械工业出版社 ,2002 ?143 ?