2.2 无线局域网的构建

在上一节中我们通过交换机、双绞线（也可以是光纤）等构建了一个交换式局域网，这个网络使用有线线缆作为传输介质，一般也称为有线网络。随着手机、平板计算机等移动终端的普及，大量的终端需要随时随地接入网络，若继续使用线缆联网，既不方便，也不经济。这种情况下就需要考虑把有线网络继续延伸至无线网络。

2.2.1 如何实现移动终端随时随地联网

部署WLAN可以实现移动终端随时随地联网。WLAN常见的组网方式及接入过程如图2-10所示，在这个组网中和WLAN强相关的设备是接入点（Access Point，AP）和无线接入控制器（Wireless Access Controller，WAC），其中AP实现无线信号覆盖，WAC负责AP的集中管理、用户管理、漫游、全网信道和功率自动规划等。实际组网中，可用独立的WAC旁挂在汇聚/核心交换机上，也可以直接用具有随板AC功能的汇聚/核心交换机作为WAC。

在这个网络中，除了AP和WAC，其他的设备，诸如交换机、各类认证服务器等都是传统有线局域网的架构，只有AP到手机是通过无线电磁波的方式完成通信的。因此，WLAN本质上是局域网从有线到无线的延伸。

2.2.2 如何给无线AP便捷供电

网络中的交换机一般会安装机房或者弱电间，供电比较方便。而无线AP的安装位置通常比较灵活，例如安装在距离地面比较高的天花板或室外，附近很难有合适的电源插座，即使有插座，AP需要的交直流转换器也不一定有安装位置。另外，在大型的网络中，AP的数量有几百甚至几千台，这些AP需要统一供电和统一管理，由于供电位置的限制，给供电管理带来极大的不便。选用带有以太网供电（Power over Ethernet，PoE）功能的交换机可以解决这个问题。

PoE是一种有线以太网供电技术。该技术借助传输数据的网线同时具备直流供电的能力，可以有效解决IP电话机、无线AP、便携设备充电器、刷卡机、摄像头、数据采集终端等的集中式电源供电问题。如图2-11所示，PoE供电系统包括如下两个设备。

● 供电设备（Power-Sourcing Equipment，PSE）：通过以太网给受电设备供电的PoE设备，并提供检测、分析、智能功率管理等功能，例如PoE交换机。

● 受电设备（Powered Device，PD）：如无线AP、便携设备充电器、刷卡机、摄像头等受电方设备。按照是否符合IEEE标准，PD分为标准PD和非标准PD。

PoE供电具有可靠、连接简捷、标准统一的优势。

● 可靠：一台PoE设备可以同时为多个终端设备供电，不仅实现电源集中供电，还可以进行电源备份。

● 连接简捷：终端设备不需要外接电源，只需要一根网线。

● 标准统一：符合国际标准，使用全球统一的RJ45电源接口，可保证与不同厂商的设备对接。

2.2.3 高速数据传输和长距离PoE

为了确保网络业务正常运行，一般希望通过线缆完成两个方面的任务：设备本身的供电和数据的传输。有一些设备的安装环境相对复杂，例如WLAN AP、5G小基站、视频监控摄像头等，安装环境周边很难有合适的电源插座，设备供电较为困难。这种情况下往往希望通过一根线缆同时解决设备供电和数据传输的问题。

在通信线缆中，按照介质的不同可以分为以光纤为传输介质的光缆和以铜线为传输介质的铜缆。光纤利用光的全反射原理进行数据传输，具有带宽大、损耗低、传输距离长等优点，但是光纤的材料是玻璃纤维，是绝缘体，无法支持PoE供电。而铜线利用金属作为传输介质，利用电磁波原理进行数据传输，既可以传输数据信号，又可以输送电力信号，但是在传输过程中存在热效应，因此损耗较大，不适合长距离的数据传输。在网络综合布线规范中，明确要求双绞线的链路总长度不超过100 m。未来需要一种线缆在支持带宽长期演进的同时解决PoE供电的问题，而光电混合缆就是一种比较合理的解决方案。

光电混合缆将光纤和铜线集成在一根线缆中，使用光纤传输数据信号，使用铜线传输电力信号，取两者之所长，既可以完成高速率的数据传输，又可以完成长距离的设备供电。光电混合缆通过特定的结构和保护层设计，可以确保光信号和电信号在传输过程中不会互相干扰，不仅适用于各类网络系统中的综合布线，还能有效降低施工和网络建设成本，达到一线多用的目的。

光电混合缆的外观如图2-12所示，其中光纤只负责数据信号的传输，而铜线只负责电力信号的传输，这样通过一根光电混合缆可以同时给AP进行数据传输和PoE供电。为什么光电混合缆能够支持带宽的长期演进和长距离PoE供电，而双绞线或者光纤却不能呢？

首先，在光电混合缆中，数据信号的传输通过光纤进行，这样可以充分利用光纤通信的优势，满足带宽和距离的长期演进。因为双绞线使用铜线作为传输介质，所以数据信号在铜线上传输时会受到电阻和电容的影响，这必然导致数据信号的衰减和畸变。衰减与线缆的长度有关系，随着长度的增加，信号衰减也随之增加，当信号的衰减或者畸变达到一定的程度，就会影响信号的有效传输。因此，在网络综合布线规范中，明确要求双绞线的布线距离不超过90 m，链路总长度不超过100 m。而光纤通信利用光的全反射原理，这种情况下，不存在因为电流的热效应而产生能量的损耗；同时，也不会因为电磁感应而产生信号的串扰，因此光纤通信的损耗很小，传输距离和带宽都可以得到极大的提升。

其次，在光电混合缆中，铜线只负责传输电力信号，而且是直流电，因此传输距离比较远。根据华为的测试，当供电距离达到300 m时，铜线仍可以保证60 W的供电功率。但是铜线毕竟有电阻，传输过程中会产生热效应，并存在能量的衰减，因此即使是直流电信号，它的传输距离仍然是有限的。因此，光电混合缆的传输距离取决于直流电信号在铜线上的传输距离。未来，随着技术以及工艺的改良，传输距离达到1000 m甚至更远也是有可能的，这样就可以满足绝大多数场景的长距离PoE供电的需求了。

2.2.4 网络从有线延伸到无线会发生什么

1.移动化办公，如何解决“蜂群效应”带来的问题？—业务随行和SDN

在传统的有线网络中，用户终端在固定位置，这种情况下的网络是一种可预知的网络，例如根据用户数量比较容易估算出哪里的流量大，哪里的流量小；哪些用户是企业员工，哪些用户是访客等。而在无线网络中，由于用户就像蜂群一样，不停地移动位置，因此网络的状态会随着用户的移动而波动，难以预测。如图2-13所示。

在无线网络中，“蜂群效应”给网络带来了如下几个方面的挑战。

● 用户需要在任意时间、任意地点接入网络，如何保证对用户进行认证、鉴权？

● 用户在移动过程中，如何随时调整用户的接入策略？如何保证网络体验的一致性？

● 用户像蜜蜂一样动来动去，如何解决流量的突发给网络造成的压力？

业务随行和SDN是解决上述问题的有效手段。业务随行的核心思想是解耦，也就是将用户策略与IP、VLAN等信息解耦，而将用户身份作为认证鉴权的依据。另外，通过SDN技术将复杂的用户策略交给SDN控制器去集中控制，可以有效解决上述问题。

2.网络失去了边界，如何解决网络安全的问题？—大数据和人工智能

在传统的有线网络中，用户终端都是通过有线连接到网络，这种情况下网络的边界是清晰的，通过防火墙技术很容易解决网络安全的问题，甚至通过物理上的门禁隔离就可以很容易地达到网络安全管控的目的。

如图2-14所示，网络从有线延伸到无线以后，网络的边界变得不再清晰，甚至失去了边界，“一夫当关、万夫莫开”的安全防护体系不再适用。同时，新型的安全威胁已经从“强盗”形象演进成“骗子”形象，只用防火墙去扮演网络“警察”的思路已经失效。这种情况下，引入大数据安全协防及人工智能技术，就可以让所有网络设备都具备安全监测功能，从而有效识别安全威胁。