维普资讯 http://www.cqvip.com 计算机科学２００７Ｖｏ１．３４Ｎｏ．２ 基于ＩＥＥＥ８０２．１ １ ｂ的无线局域网网关的研究 张黎 罗艺荣。 （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厦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ＩＥＥＥ８０２．１ｌｈ协议对无线局域网网关进行了研究，给出了网关的设计方案。 关键词无线局域网，协议，ＩＥＥＥ８０２．１ｌｂ，网关 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｇａｔｅｗａｙ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＥＥＥ８０２．１１ ｂ ＺＨＡＮＧ Ｌｉ ＬＵＯ Ｙｉ—Ｒｏｎｇ （Ｌｉｂｒａｒｙ ｏｆ Ｈｅｚｈｏｕ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｈｅｚｈｏｕ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｈｅｚｈｏｕ ５４２８００） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｒｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｉｄｅ— ｓｐｒｅａｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｑｕｉｃｋ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ，ｉｓ ａｌｓｏ ｒａｐｉｄｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ．Ｔｈｅ ｗｉｒｅ一 １ｅｓｓ １ｏｃａ１ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉＳ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｎｉｆｙ．ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｐｒｏ— ｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ ｈｅ ｇａｔｅｗａｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＩＥＥＥ８０２．１ １ ｂ ｐｒｏｔｏｃｏ１，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｔｅｗａｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｉｄｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｌｏｃａｌ—ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ，Ｐｒｏｔｏｃｏ１，ＩＥＥＥ８０２．１ １ ｂ。Ｇａｔｅｗａｙ １ 引言 本文研究了基于ＩＥＥＥＳ０２．１ｌｂ的无线局域网网关。并给 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 物。通俗点说，无线局域网就是在不采用传统电缆线的同时， ２无线局域网网关的系统结构 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问的互连，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（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ， 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 ｗｕ ）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ｌ卜，如 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。 图１所示；其次，实现连接认证。当网关启动时，与另一网关 无线局域网技术具有传统局域网无法比拟的灵活性。无 进行连接认证，当认证通过时，才建立ＩＰ连接＿４］。 线局域网的通信范围不受环境条件的，网络的传输范围 ＬＡＮ １ 半网关１卜（无线网） 半网关２Ｋ ＬＡＮ ２ 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问的距 对ＬＡＮ而言，无线数据链是隐含在网关内的协议实体， 离目前可达到５Ｏ公里，距离数公里的建筑物中的网络可以集 它对ＬＡＮ１和ＬＡＮ２都是透明的。对外部而言，半网关１和 成为同一个局域网 此外，无线局域网的抗干扰性强、网络保 半网关２是一个整体网关，它完成与ＩＰ有关的信息处理，路 密性好。对于有线局域网中的诸多安全问题，在无线局域网 由选择和ＬＡＮ内部物理寻址。两个１ ＡＮ间的ＩＰ数据报传 中基本上可以避免。而且相对于有线网络，无线局域网的组 输处理过程如图２所示。这里网关主要解决转发决策、时延 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 处理和地址转换等。 络的管理工作。 研究中采用自主开发的软件，工作在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统 网关（Ｇａｔｅｗａｙ）也称为协议转换器，即将两个使用不同 下，在局域网中获得所有的ＩＰ数据报，通过判断、修改助Ｅｔｈ 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 ｅｒｎｅｔ头信息，将ＩＰ数据报送至串口，通过连接在串口的无线 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 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 以将具有不同体系结构的计算机网络连接在一起＿】 ］。 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 ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 图２网关对ＩＰ数据报的处理机制 ３模块设计 先提取该数据报的目的ＩＰ地址，通过该ＩＰ地址查询ＡＲＰ表 得到目的主机的ＭＡＣ地址。线程在该数据报前加上ＭＡＣ 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ＶＸＤ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。 ・认证模块 数据发送模块。ＩＰ数据报的发送通过一个的线 程来进行。由于串口通过无线链路连接，采用短波通信。在 ｌ数据帧监听、发送模块ｌ 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 ｌ帧格式转换ｌ 串口通信模块 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 ／／无线局域网／／／有线局域网／ 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 问不发送新的数据，但是如果本地接收数据后需要发送确认 图３网关功能模块 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 ３．１认证模块设计 索报文头，对报文头进行处理。再判断接收帧的类型，作出相 开机后首先进行连接认证。在实施认证时，任何一方都 应处理。接收完后，查询数据接收错误标志，如果有错误发 可以请求建立连接。当请求超时，请求方将退出请求等待状 生，则丢弃该数据包；反之，将该数据包存人缓冲区。 态，待对方请求时再建立通信连接。在认证通过前不启动软 件的网关功能，认证通过后开放网关功能。软件提供加密函 ４网关协议转换 数的接口，对本地输入的用户名和口令加密后传送。接收端 要实现数据在ｗＬＡＮ和ＬＡＮ之间发送、接收，网关必 提供认证函数的接口，返回认证结果。 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 ３．２数据帧的监听和发送 帧发送模块和帧格式转换处理模块来实现。 网络监听线程负责接收和发送数据报。网络监听线程首 ４．１数据帧发送模块 先从外部读入初始化信息，包括本机ＩＰ地址、ＮＤＩＳ序号、网 ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ协议中引入了一个称为端口Ｐｏｒｔ的概 络ＡＲＰ表、路由表 然后装载ＶｘＤ程序，并进行初始化，完 念，它主要是一个连接有线局域网与８０２．１ｌｂ无线网的逻辑 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 点，提供将两者结合起来的逻辑业务［６］。在ＭＡＣ层，要实现 区和串口缓冲区，对其中的ＩＰ数据报进行分析，转发。 ８０２．１１ｂ和局域网之间的通信，必然要有网桥的功能，该功能 对于从网络接收缓冲区得到的数据报，网络监听线程首 由桥接模块来提供，采用透明网桥。它完全遵守ＴＣＰ／ＩＰ与 先对其目的ＩＰ地址分析，判断该数据分组是否需要转发。对 ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ协议。 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 桥接模块将所有的网络设备抽象成为一个一个的端口， 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 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 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 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 存在多个网关而设计的。 端口 桥接模块中所处理的帧都只是具有有线帧的帧格式， 对于从串口接收缓冲区得到的数据报，网络监听线程首 （下转第１４３页） ・ ６３ ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｑｕｅｒｉｅｓ Ｏｖｅｒ Ｉｍｐｒｅｃｉｓｅ Ｄａｔａ．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＣＭ ＳＩＧＭＯＤ ２００２ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００３ ９ Ｄｅｌｉｇｉａｎｎａｋｉｓ Ａ。Ｋｏｔｉｄｉｓ Ｙ。Ｒｏｕｓｓｏｐｏｕｌｏｓ Ｎ．Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇ Ｈｉｓｔｏｒ ８ Ｃｈｅｎ Ｙ，Ｄｏｎｇ Ｇ，Ｈａｌ＾ 墓ｌ Ｊ，ｅｔ ａ１彗．Ｍｕｈｉ 鼻《 Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ Ａ— ｉｃａｌ日 路２口＾Ⅱ０Ｕ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＣＭ ｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｉｍｅ－Ｓｅｒｉｅｓ Ｄａｔａ Ｓｔｒｅａｍｓ．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＶＬＤＢ， ｓＩＧＭＯＤ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００４ Ｔｉｍｅ（ｓｅｅ．） Ｔｉｎｌｅ（ｓ＠ｅ．） （ａ）Ｃａｃｈｅ Ｓｉｚｅ＝９０，Ｃｏｍｐｒｅｓｓ Ｌｉｍｉ－ｔ￣．３ （ｂ）ＡｉｒＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 图２空气温度（Ａｉｒ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）在不同设置下的压缩传输情况及其相对误差 警ｅ１日 ＿ ∞∞２ｄＩ禹０ Ｃａｃｈｅ ｓｉｚｅ Ｃａｃｈｅ ｓｉｚｅ （ａ）ＡｉｒＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ （ｂ）Ｐｒｅｓｓｕｒｅ 图３空气温度（Ａｉｒ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）和压力（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）流数据的压缩比和传感器容量的关系 （上接第６３页） 仁，等译．机械工业出版社，２００２ 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 ６ 金纯，陈林星编著．ＩＥＥＥ８０２．１１无线局域网．电子工业出版社， ２００４ 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 ８０２．１ｌｂ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ＩＥＥＥ 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ＬＡＮ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ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ中入口“Ｐｏｒｔａｌ”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 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 图４从有线帧格式到８０２．１１ｂ帧格式的转换 ５ Ｓｔｅｖｅｎｓ Ｗ Ｒ著．ＴＣＰ／ＩＰ Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ Ｖｏｌｕｍｅ：１－３．胡谷雨，谢希 ・１４３・
