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无线网桥增值功能的研究、设计与实现

作　者: 丁国斌
导　师: 陆建德
学　校: 苏州大学
专　业: 软件工程
关键词: 无线分配网络无线网桥客户端模式 MAC地址映射关联请求帧重组
分类号: TN925.93
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 37次
引　用: 1次
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内容摘要

无线局域网标准IEEE 802.11协议族提出至今,电机电子工程师协会对协议本身一直在不断扩充。同时随着无线局域网的应用越来越广泛,无线接入点(AP)设备的功能也日趋完善,使得AP不但具有无线覆盖功能,还增加了无线路由、无线桥接等功能,将有线宽带网络上的各种应用移植到无线局域网络当中是一种发展趋势。无线网桥即是AP功能的一个扩展,它可以实现AP间远距离的无线通信。针对现有AP整体设计架构,添加新的功能以满足更多的应用需求,可以实现AP的功能上和经济效益上的增值。本文探讨无线网桥的功能增值,构建了基于ARM体系结构的IXP425嵌入式系统无线网桥软硬件开发平台。深入分析了内核网桥模块以及基于IPtables/ Netfilter框架的防火墙模块,针对802.11协议MAC层帧结构进行了研究,总结了无线帧的传输机理,通过分析一个典型无线网桥的设计架构和软件代码的整体结构,并在该基础上完成了以下两个无线网桥增值功能的开发:(1)设计实现了无线网桥客户端模式,以使无线网桥有线端连接的局域网内PC机可以直接访问无线网络,从而不必为每个PC机配置无线网卡。无线网桥客户端提供了一种新型的WLAN的组网方式,可以方便、经济的实现一个中小型办公室无线访问网络的需求。(2)设计与实现了一种无线分配系统WDS中的无线网桥自动组网协议,方便了无线网络测试工程师和技术支持人员实现WDS组网。本文对所实现的增值功能的性能进行了测试与分析,结果显示各功能模块在该架构的无线网桥上运行稳定,效果良好,达到了预期目标。文中阐述的无线网桥的整体架构与两个增值功能的设计方案,对于无线局域网的应用研究具有一定的参考价值和借鉴意义,对802.11本身的进一步研究与完善也不无裨益。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-14
  1.1 研究背景与现状  9-10
  1.2 论文的任务和目标  10-11
  1.3 本文主要工作和贡献  11-13
    1.3.1 本文主要工作  11-12
    1.3.2 本文主要贡献  12-13
  1.4 论文结构  13-14
第二章无线局域网系统概述  14-18
  2.1 无线局域网发展概况  14-15
  2.2 WAPI 标准分析  15-16
  2.3 IEEE 802.11 标准分析  16
  2.4 WLAN 与3G 无线通讯  16-17
  2.5 本章小结  17-18
第三章无线网桥软硬件开发平台构建  18-28
  3.1 无线网桥开发环境整体架构  18-19
  3.2 无线网桥开发板硬件资源分析  19-22
    3.2.1 IXP425 网络处理器概述  20-22
    3.2.2 无线网桥开发板Flash 存储空间分配表  22
  3.3 无线网桥软件的整体架构  22-26
    3.3.1 开发板Redboot 引导装载程序  23
    3.3.2 开发板启动的流程  23-24
    3.3.3 无线网桥根文件系统  24-25
    3.3.4 无线网桥Fireware 整体结构  25-26
  3.4 本章小结  26-28
第四章无线网桥客户端设计  28-39
  4.1 无线网桥功能模式分析  28-29
  4.2 无线网桥 Client 模式概述  29-30
    4.2.1 无线网桥Client 模式的网络拓扑结构  29-30
    4.2.2 AP Client 模式与Station 的主要区别  30
  4.3 无线网桥 Client 模式的数据转发分析  30-32
    4.3.1 802.11 协议的数据帧地址域分析  31-32
    4.3.2 无线网桥Client 模式数据帧转发过程  32
  4.4 采用三个MAC 地址的数据帧——MAC 地址映射  32-34
    4.4.1 MAC 地址映射方法遇到的问题  33
    4.4.2 MAC 地址映射原理  33-34
  4.5 采用四MAC 地址的数据帧——关联请求帧重组  34-37
    4.5.1 管理帧信息元素分析  34-36
    4.5.2 关联请求帧新信息元素定义  36-37
    4.5.3 关联帧重组通信设计  37
  4.6 两种实现方法的比较  37-38
  4.7 本章小结  38-39
第五章无线网桥客户端的实现与测试  39-55
  5.1 包的捕获机制  39-40
  5.2 Libpcap 与 Libnet 技术概述  40-41
  5.3 Linux 下的 Netfilter/IPtables 机制分析  41-44
  5.4 Linux 系统下 MAC 地址映射的具体实现  44-47
    5.4.1 Netfilter 针对内核网桥挂载机制  44-45
    5.4.2 基于Netfilter 的MAC 地址映射模块实现  45-47
  5.5 无线网桥客户端模式测试  47-54
    5.5.1 测试环境的搭建  47-48
    5.5.2 Client 模式功能测试  48-49
    5.5.3 IxChariot 测试工具简介  49-50
    5.5.4 Client 模式大压力测试  50-54
    5.5.5 Client 模式长时间大压力测试  54
  5.6 本章小结  54-55
第六章一种基于WDS 无线网桥自动组网协议设计  55-61
  6.1 无线分配系统的分析  55
  6.2 无线分配系统的应用优势  55-56
  6.3 无线网桥自动组网协议（SBNP）设计  56-59
    6.3.1 SBNP 协议的功能设计  56-57
    6.3.2 SBNP 协议帧的结构设计  57-59
    6.3.3 命令消息帧的应用例子  59
  6.4 SBNP 协议隧道封装方法  59-60
  6.5 本章小结  60-61
第七章一种基于WDS 无线网桥自动组网的实现与测试  61-74
  7.1 智能网桥实现的方法  61-63
    7.1.1 基于Linux 的PF_PACKET 协议族分析  61-63
    7.1.2 SBNP 协议传输方法  63
    7.1.3 智能网桥确定信道方法  63
  7.2 智能网桥主程序功能模块的设计  63-67
    7.2.1 智能网桥软件整体结构  63-64
    7.2.2 信道自动扫描模块的设计  64-66
    7.2.3 自动信道选择模块设计  66-67
    7.2.4 工作组重组模块设计  67
  7.3 无线网桥自动组网协议测试  67-73
    7.3.1 测试环境搭建  68
    7.3.2 OmniPeek 协议分析工具概述  68-69
    7.3.3 捕获的SBNP 协议帧分析  69-73
  7.4 本章小结  73-74
第八章总结与展望  74-76
  8.1 总结  74
  8.2 展望  74-76
参考文献  76-79
攻读学位期间公开发表的论文  79-80
致谢  80

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