数据通信与计算机网络实验报告ap漫游网络

2024年3月6日发(作者：关于文学的作文)

课程名称：姓 名：学 院：系：专 业：学 号：指导教师：

本科实验报告

数据通信与计算机网络

杨泱

信息学部

光电系

信息工程（光电）

3070011029

林逸群

2009年 4 月 10 日

1

专业：___ 光电系_____

姓名：____ 杨 泱_____

实验报告

学号：__3070011029____

日期： 2009-04-2～10__

地点：_ 紫金港校区___

课程名称：_____计算机网络_____________指导老师：_____林逸群______成绩：__________________

实验名称：___无线AP漫游网络搭建与链路环境分析____实验类型：____自创实验&创新实验_______

同组学生姓名：__ 姜毅斌（3071102170） 陈爽（3071102524）

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无线AP漫游网络搭建与链路环境分析

1.实验目的

在网络跨度很大的大型企业等无线网络应用环境中，有些员工或无线移动终端希望具有完全的移动能力，而一个AP的覆盖区域满足不了需求，此时可以在网络中放置多个AP，延装展无线网络覆盖的区域，使具有无线网卡的终端具备像手机一样的漫游功能。

订

线 这样的AP漫游功能在如今的网络环境中应用已经非常广泛了，比如浙江大学校园无线网络（ZJUWAN）就是利用这样的方式组建的，此时多个AP是利用有线网络连接在一起的，利用有有线网络扩充和延伸了无线网络的应用范围。

因为应用广泛而且又是一种比较新颖的组网方案，所以我们小组选择无线AP漫游网络作为我们实验的研究对象，对这一技术进行了比较初步的分析，采集了一些原始数据。

本实验需要达到的目标是：

a． 组建一个具有AP漫游功能的局域网，时延用户终端在移动过程中在连个AP自己的哦自动切换。

b．

c．

分析在两个AP覆盖区域中，AP信号在各点的强度，模拟区域内信号场的分布图。

利用有线网络（校园网）将两个AP连接组建在同一个局域网内，对无线适配器在AP中间切换时的数据报进行抓包分析。

d． 在持续的数据传输（FTP下载与BT下载）过程中，分析切换AP说造成的数据传输失误情况。

通过本实验的四个目标，可以加深学生对网络技术的了解，并在此之上探求AP漫游功能链路切换的原理，希望可以用详细的数据和理论的分析AP漫游技术的应用和发展提供思路。

2

2.组网方案（拓扑结构， 关键设备名称，功能，承担的角色，参数等）

2.1【实验设备】

本次实验过程中使用了无线网络技术中一些软硬件设备。

硬件：TP-LINK541G+无线路由器 2个

无线DELL无线1390网卡适配器

便携式个人PC机 DELL D630

直通网线若干

软件：DELL Wireless Version A14 无线网卡实用程序

Ethelear-Network Protocal Analyzer 抓包分析程序

Sever-U ftp简易服务器

平台：实验平台为Windows平台

2.2【拓扑结构】

装

订

线 下图中包含了基本的网关参数设置：

IP：10.76.8.200

浙江大学校网

WAN口：10.71.19.101

SSID:WEBTEST

WAN口：10.71.16.201

LAN口：192.168.1.201LAN口：192.168.1.101

图1

3

RouterA&B是本实验中最核心的设备，它们的功能是承担不同局域网之间的转换和有线网络的扩展。

浙江大学校网是连接两个路由器的有线网，其中FTP服务器也架设在校园网中。

带有无线适配器终端的个人PC机作为移动监测设备，可以用已经在上面安装的软件进行数据的分析。

3.实验内容（实验过程，测试项目，碰到的问题及解决的经过，达到的目标）

3.1【AP漫游网络搭建与测试】

时间：2009年4月2日2:00~4:00 地点：浙江大学紫金港校区蓝田学园

无线网络搭建与测试点示意图：

装

订

线图2

a. 蓝田学院的蓝一和蓝三宿舍楼之间（大约70米距离）配置两个无线路由器，如图中A、C所示的位置分别配置Router1,2，设置局域网识别名SSID=WEBTEST，Router的详细设置见表1。

b. 利用无线网卡所带的应用程序测试空旷场地中A,B,C,D,E,F,G,H,I中的信号强度、信噪比、噪声强度，数据见表3。

4

c. 使笔记本网卡连接到局域网WEBTEST，沿着路线C-B-A前进过程中，观察从路由Router2自动切换到Router1的现象。

d. 对采集的数据进行分析，并用Matlab对信号场拟合作图。

无线路由器配置表

设备

项目

工作模式WorkModel

Router1 Router2

Access Point Access Point

SSID WEBTEST WEBTEST

LAN口IP

信道Channel

192.168.1.101 192.168.1.201

1 13

表1

3.2【AP漫游网络信道链路质量分析】

装

订

线时间：2009年4月9日20:00~23:00 浙江大学东一教学楼天台

无线网络搭建与测试点示意图：

图3

5

a.

在东一A-B楼天台对角之间配置两个路由器搭建无线AP漫游网络（大约相距50米），使得两个无线AP同时处在同一个局域网中参数设置见表2。

b.

用网线以有线方式将两个AP的WAN口连接到校网，使的他们可以互相通信。

c.

携移动设备由A向B进发，应用Ethereal对链路质量进行检测，通过分析抓包数据对切换Router的过程进行描述。

d.

在B点开启FTP下载，携移动设备有B向A进发，利于Ethereal对信道切换时候的数据传输误包率进行分析。

无线路由器配置表

设备

项目

工作模式WorkModel

Router1 Router2

Access Point Access Point

SSID WEBTEST WEBTEST

LAN口IP

装

订

线192.168.1.101 192.168.1.201

WAN口IP

网关

子网掩码

DNS Sever

DHCP地址池

信道Channel

10.71.19.101 10.71.16.201

10.71.19.254 10.71.16.254

255.255.255.0 255.255.255.0

10.10.0.21 10.10.0.21

192.168.1.101~200 192.168.1.101~200

1 13

表2

3.3【问题发现与解决】

a. 问题：AP覆盖范围中，信号的相互干扰。

解决：通过查阅资料，需要把AP的信道设成间隔6个单位的不相干信道。

b. 问题：在蓝田宿舍区因为受华为上网程序的控制，进行Router切换的时候 内网会断开连接，所以无法测试延续的信号传输。

解决：将实验搬到东区教学区进行，应用网络手册静态配置WAN口IP。

c. 问题：检测无线信号强度方面缺乏相关设备。

解决：下载学习了一款实用的无线网卡使用程序，可以完成信号检测。

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4.实验结果数据分析和论述

4.1【AP漫游网络搭建与测试】

路由网卡检测情况

装

订

线

图4

显示，笔记本电脑网卡与Router1连接成功，用ping命令检查数据链路层，反馈为正。

测试A点两个Router信号的强度，结果如下：

图5

按照上述方法，测试各点的信号强度，得到如下数据表：

Router 1(Channel 1)

Signal(dBm) Noi(dBm)Router 2(Channel 13)

Item

Location

S/N(dB) Signal(dBm)Noi(dBm) S/N(dB)

55-91-89-83-86-48-83-80-90-95 12-95 9-95 47-95 12-95 15-95 5-95

-95 4-95 6A -44 -95B -74 -95C -91 -95D -81 -95E -72 -95F -88 -95G -93 -95H -88 -95I -90 -95表3

7

对上表中Router1与Router2 中的S/N列加和，得到这一地区的来自于WEBTEST的信号强度，如下表：

Location A B C D E F G H I

S/N(dB) 63 30 51 26 38 12 2 11 11

表4

在根据目视估测，给蓝田学院地域定义坐标系：

Location A B C D E F G H I

mark

-35，0

0，20 35，0 0，-20 0，0 0，-40 0，-80 20，-40-20，-40表5

因为知道信号场是连续且对称的，所以对上面的测试点关于两个路由器的连线做一次对称则可以得到另外半面信号覆盖区域的信号场分布情况，在此基础上，根据上表中的S/N与mark相，在Matlab中曲面拟合得到图形如下：

装

订

线图6

观察Router自动切换现象：

在测试完上面信号场分布之后，我们在途中各个信号强弱交换区域中观察到了无线信号由Router2切换到了Router1的过程。

8

图7

装

订

线

图8

图7和图8是Router切换前后的对比，图七是连接在Router2时，网卡的连接状态，其信道为13，图8是切换连接到Router1后网卡的连接状态，其信道已经转换为1。

在Router切换过程中，我们还观察到，AP的MAC地址发生了变动，从弱信号切换到强信号，网络传输速度提高。网卡的IP地址没有发生变化，在Router切换时，有明显的噪声脉冲峰，在图8中已经圈出。

4.2【AP漫游网络信道链路质量分析】

在东一A教学搭建无线网络，根据手册配置WAN口使得Router1,2可以通信。

图9

9

无线AP漫游网络中两个Router的运行情况：

装

订

线

图10

4.2.1在路由切换的时候对链路上的数据报进行分析：

因为数据量很大，首先这里分析在一次Router切换过程中，链路上发生的变化。

图11

在显示过滤器中输入” == 192.168.1.201”查询得到所有数据记录中，从第548条开始出现与Router2的通信了。也就是说，我们找到了链路切换那段时间中，链路中与网卡通信的数据报。所以对这些特殊时刻的数据报进行深入分析就可以描述整个链路切换过程的细节。

于是对这段时间的IP数据报按时间顺序展开如下：

10

图12

分析此段时间中链路的数据报，可以分为4个过程：

1．93.5秒时，本地网络适配器（192.168.1.100）向CC98服务器（10.71.45.99）发送○最后一个数据报之后的就与服务器失去了连接，链路断开，接下来的5秒内，没有任何数据报传输。

装

订

线

2.98秒的时，○网卡重新接收到来自路由器的信号，建立物理连接，向新建立的局域网中发送ARP以太网上的地址转换协议数据报，申请转换MAC地址与IP建立对应关系。其申请转换网关的IP地址到Router的MAC地址上。（红框表示内容）

3.102秒时，由与链路建立而之前的地址租用还是有效的，所以向网内广播发送DHCP ○Request请求，而对其作出回应DCHPack是Router2 上的DHCP服务器。使得网卡重新取回原来的IP。（黑框表示内容）

4.107秒时， ○网卡通过ARP协议与路由器通信，使得已经需用的IP与网卡的MAC地址对应生效，完成一次链路的重新连接。（篮筐表示内容）

继续分析后面的数据报，从93秒断开连接开始到下一个成功向10.71.45.99发送的数据报报，已经在158秒了，也就是在切换路由重建连接的过程中耗费了66秒的时间。

4.2.2 FTP服务在链路切换中的受到的影响研究

下面是对链路更换的时候对数据传输正确率的影响研究，首先通过无线AP漫游网络向内网的一台FTP服务器请求FTP服务。

FTP的地址为10.76.8.200。 图13

11

在Router2和Router1之间发生一次链路切换，观察那一时刻的数据报情况。

通过抓包分析程序，找到链路切换的时间点：

图14

在第3108条记录，第99.2秒的时候，出现了Router2的链路信息，找到了链路切换的时间点。下面对整个连接切换过程中，错误传输数据的发生频率进行比较。

装

订

线图15

在Matlab中对误报产生的时间进行统计分析并做图，可以从误报频率分布直方图上非常直观的看到，当链路就要进行切换的前20秒时间内，误报发生的频率远远高于之前的时间区间，几乎是正常传输的两倍。

可见在无线覆盖区间的边缘和链路切换的临界时间时候通信的质量是非常低的。

图16

12

FTP连接重新建立的失败：

在向Router的DHCP服务器申请租用IP服务以后，网卡继续向FTP服务器发送FTP协议申请文件传输，但是请求因为超时而失败，所以，经过链路切换以后，原来的FTP服务已经断开，客户端FTP程序（这里用的是TT浏览器）不能自动重建FTP连接。文件传输失败。

图17

图18 图19

BT下载重建连接的失败：

装

订

线 我们在测试另一种网络服务，BT下载的时候得到了相似的情况。

图20

在一大串错误数据报之后，107.1秒以后客户机网卡192.168.1.102彻底与BT下载提供服务的服务器222.205.42.213失去了通信。之后再也没有222.205.42.213传送过来的报文。随后客户机网卡就向局域网中广播发送ARP协议数据报，寻找已经失去连接的Router1,的IP地址。

显然已经找不到192.168.1.101了，于是在123.6秒的时候，网络适配器向路由发送出IMCP差错报告报文，报告之前的报文无法达到192.168.1.101已经失去连接的路由器。

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图21

在这之后，网络一直处于一种无法预知的复杂状态，这可能与另一台笔记本电脑的网卡上的性能有关，而且BT下载的网络环境远比校园居于网复杂得多。在经过一些列的DNS报文后，于147.1秒，网卡向网络中申请DCHP请求，得到Router2，192.168.1.201发出的续用IP响应，表示，网卡重新连接上原先的网络环境。

装

订

线

图22

虽然最终链路进行了重建并开始传输数据，但是这个重建下载服务的过程却经历了40秒的时间。而且BT下载的网络服务最终不能够自动恢复。通过BT下载的数据分析，我们也看到之前在FTP下载过程中所看到的误报率上升等情况，而且这样客户端应用程序在断网之后都存在着无法自动恢复之前网络应用的弊端。

4.3【总结论述】

4.3.1实验目的简要回顾

本实验的研究目的是对生活常用的无线AP漫游网络进行搭建和测试，测试的内容包括了信号覆盖区域的信号场强度，链路切换中的通信协议的详细数据，网络服务在链路切换过程中所受的影响。并在此基础上探求AP漫游功能链路切换的原理，希望以详细的数据和理论的分析来为无线AP漫游技术的应用和发展提供参考。

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4.3.2实验结论

Ⅰ.无线信号的覆盖范围：经过测定和分析，目前市场上中档价位的无线路由器或者AP的功率是可以满足足球场大小的空旷地域的信号传输的，比较合适的通信距离在100米左右，因此可以以百米的距离拓展无线网络，AP漫游技术对需要大范围覆盖无线网的工作区域是一项很有实用的技术。

Ⅱ.无线链路切换的过程原理：经过对链路过程时通信数据的抓包分析。了解到链路切换过程中经过了断开旧链路->向新链路申请IP->获得IP地址继用->重建高层协议数据通信4个环节组成。这个过程主要有两个特点：

1虽然表面上表现的是链路在两个路由自己切换而网络并没有中断，但是实际上却经历○了一次断网和接通的过程。

2虽然在网卡的监测程序里面看到，切换链路时物理连接建立几乎没有耗去任何时间，○但是，实际上有效数据通信的恢复确实一个相当漫长的过程。

Ⅲ. 无线链路切换对网络服务的影响：经过实验对HTTP协议，FTP协议和BT下载服

装

订

线功能的测试。主要得到两个结论：

1在链路切换的临界时间点附近，数据传输的误报率明显上升，链路的通信质量下降。 ○2在链路切换重建以后，不同的网络客户端应用程序对之前服务的恢复是不同的，浏览○器可以继续传输HTTP协议的数据报，而用浏览器打开的FTP服务却无法继续连接，BT软件经历了想当长的时间周期才完成BT下载功能的恢复。

5.讨论和心得体会

5.1【对实验结论的讨论】

本实验中，我们还观察到一些其他的现象，并对一些结论进行了假设，由于时间关系，还来不及去验证。

1在路由切换过程中，可以看到MAC地址已经改变，但是网关IP没有改变。 ○

图23

15

目前暂且不能对这个现象进行解释，考虑可能是由于网卡实用程序的bug。

2对于链路重建模型的假设，基于对数据报的分析，我们假设链路切换的过程就如同一○次插拔网线的过程，只不过不需要人手动得来完成。其效率也许还不如插拔网线重建连接，因此基于无线WIFI的传输协议802.11g比以太网协议802.3b要复杂的多。但是由于时间关系，我们没有去与网线插拔重建连接过程进行对比。也许，怎么样跟快的建立连接是，是网络工程师需要研究的方向。

3对于网络服务应用的思考，虽然没有太多的时间去检查更多的应用程序对网络重建链○路之后服务功能的自动继续情况，但是已经观察到，不同的客户端应用程序对与网络服务的续用的结果和效率是不同的。因此，若大范围覆盖AP漫游网络，在网络通频繁断过程中持续之前的应用层服务将会成为一个很现实的问题，编写更加高效的应用程序，来满足AP漫游网络特点的需要是软件工程师需要研究的方向。

5.2【实验中的不足之处】

1由于之前规划不足，没有这么多的无线终端来研究路由器功率负载均衡解决的问题，○装

订

线所以实验实际情况和上交的方案中填写的有一定的出入，负载功率均衡问题解决改成了链路环境分析。还请老师谅解。

2由于实际条件和时间有限，无法进行详细的数据测量，所以，本报告中给出的参数都○只是一次测量结果，原始测量数据，并有经过相应的误差分析和重复性验证。关于距离的测定也只是基于目测的判断，所以无法作为技术参数，实为遗憾，但是如果有机会和条件，我们还希望在今后的课程中，完善这部分的数据测量。

3实验中对于Ethereal软件的使用还出入入门阶段，虽然查阅了很多资料册，但是有许○多高级的功能还是无法使用，数以本报告的链路分析深度略显简单，是本报告最大的不足。

5.3【心得感想】

本实验是大学学习到现在以来难得的几个由我自行设计，实施，并且取得初步成功的实验，从一开始的对这一技术的不了解，到有一个模糊的概念，提出一些实验的想法。到成为小组组长和团队成员交流我的实验想法，并与他们一起配合完成实验。在这过程中，我不仅在技术上对这一领域有了更加的深入，而且感受到了在一个研究性团队中工作的乐趣。实验报告做过很多，从来没有像这次一样耗时如此持久，查阅资料如此丰富，使用分析软件这么详细。我想这都是培养一个科研工作者严谨、求是素质的过程吧。

16

附件

1. 实现图6的Matlab源程序

%Disperd data surface

%Program begins here

clear; clf; clc;

x = [-35, 35, 0, 0, 0, 0, 0, 20, -20, 0, 0, 20, -20];

y = [0, 0, 20, -20, 0, -40, -80, -40, -40, 40, 80, 40, 40];

I = [63,51,30,26,38,12,2,11,11,12,2,11,11] ;

stps1 = -100:3:100;

[X,Y] = meshgrid(stps1);

%griddata interpolates this surface at the points

Z0 = griddata(x,y,I,X,Y,'v4');

title('fontname{Á¥Êé}fontsize{16}Matlab4²åÖµÄâºÏÇúÃæ');

axis([-100,100,-100,100,0,80]);

surface(X,Y,Z0);hold on;

plot3(x,y,I,'w^')

hold on;grid on;

%end

装

订

线2. 实现图16的Matlab源程序

%analy the error frequence

hist(x);

hold on ; grid on;

title('Îó±¨ÆµÂÊ·Ö²¼Í¼');

xlabel('ʱ¼äÓò');

ylabel('ƵÊý');

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