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无线Mesh网络技术
摘要: 无线mesh网络是新近出现的一种无线多跳网状拓扑网络,是一种非常有前途的无线接入网络技术。本文简要介绍了无线mesh的网络结构、特点、应用,并分析了影响无线mesh网性能的主要技术因素。
关键词:无线mesh网,宽带无线接入,无线多跳网
无线Mesh网络技术
在宽带无线接入领域,各种无线通信技术蓬勃发展的同时,一种新的无线网络技术——无线mesh网络也逐渐发展起来,引起了人们广泛的注意。无线mesh网,即无线网状网,也称为无线多跳网,它可以和多种宽带无线接入技术如802.11、802.16、802.20以及3G移动通信等技术相结合,组成一个含有多跳无线链路的无线网状网络。这种无线网状网,可以大大增加无线系统的覆盖范围,同时可以提高无线系统的带宽容量以及通信可靠性,是一种非常有发展前途的宽带无线接入技术。
无线Mesh网的网络架构
传统的无线接入技术中,主要采用点到点或者点到多点的拓扑结构。这种拓扑结构中一般都存在一个中心节点,例如移动通信系统中的基站、802.11WLAN中的AP等等。中心节点一方面与各个无线终端通过单跳无线链路相连,控制各无线终端对无线网络的访问就;另一方面,中心节点又通过有线链路与有线骨干网相连,提供到骨干网的连接。而在无线mesh网络中,采用网状mesh拓扑结构,也可以说是一种多点到多点网络拓扑结构。在这种mesh网络结构中,各网络节点通过相临其他网络节点,以无线多跳方式相连。
无线mesh网主要由两种网络节点组成:mesh路由器和mesh终端。Mesh路由器除了具有传统的无线路由器的网关/中继功能外,还具有支持mesh网络互连的路由功能。Mesh路由器通常具有多个无线接口,这些无线接口可以是基于相同的无线接入技术构建,也可以是基于不同的无线接入技术。与传统的无线路由器相比,无线mesh路由器可以通过无线多跳通信,以低得多的发射功率获得同样的无线覆盖范围。在无线mesh网络中,由mesh路由器互连构成无线骨干网,这个无线骨干网再通过其中的网关mesh路由器与外部网络如Internet相连。Mesh终端也具有一定的mesh网络互连和分组转发功能,但是一般不具有网关桥接功能。通常,mesh终端通常只具有一个无线接口,实现复杂度远小于mesh路由器。Mesh终端可以是笔记本电脑、掌上电脑、PDA以及手机等终端设备。Mesh终端之间互连可以构成一个小型对等通信网络。mesh路由器和mesh终端之间混合组网如下图所示:
无线mesh网与同样采用多跳网状拓扑的Adhoc网相比,也有所不同。Adhoc网络是由移动终端设备组成的无线分布式多跳网络,其中一般不包含静止的节点设备;而无线mesh网中的无线路由器大多是静止的设备,而用户终端也可以是静止或移动的无线接入终端。此外,adhoc网的设计目的是为了实现用户移动终端设备之间的对等网络通信,而无线mesh网络着重的是给终端用户提供无线接入功能。
无线Mesh网络的特点
与传统的无线接入技术相比,无线mesh网具有一些新的特点:
1.无线多跳网络
无线mesh网技术开发的目标是在不牺牲信道容量的情况下,扩展现有无线网络的覆盖范围。另一个目标是在不具有直接视距无线链路的用户之间,提供非视距连接。为了实现这些目标,不可避免的要采用多跳mesh网络。多跳mesh网络架构中,无线链路间更短、发射功率更小、节点间干扰更少和频率重用效率更高,这样可以在不牺牲信道容量的前提下获得更高的系统容量。
2.支持adhoc方式网络互连,具有自组织、自管理、自愈能力
无线mesh网具有网络结构灵活、易于部署和配置、容错以及网状连接多点到多点通信等特点,使得无线mesh网的初始部署成本相当低,并且可以根据需要逐步扩容。自组织自愈能力使得无线meh网不需要网络管理员来手工配置网络,而可以自动发现新节点,自动完成配置过程,自动维护网络正常运行,在出现节点/链路故障时也可自动调整完成网络自愈。
3.多种类型的网络接入
在无线mesh网中,既支持无线终端接入骨干网,又支持无线终端之间的对等网络通信。此外,把无线mesh网技术与其他无线网络相结合,可以通过无线mesh网给这些无线网络的终端用户提供无线接入业务。
4.移动性以及能耗限制与节点类型相关
无线mesh网中,mesh路由器一般为静止不动的设备,而mesh终端可以是移动或固定设备。同时,mesh路由器一般没有能耗的限制,而mesh终端则需要采用能耗较小的网络通信协议。这样,MAC以及路由协议需要针对mesh路由器和mesh终端设备分别设计和优化。
与同样具有自组织、自管理以及多跳无线adhoc拓扑的adhoc网络相比,无线mesh网也有自己与adhoc网络不同的特点:
5.具有无线基础设施骨干网
无线mesh网内,由mesh路由器组成一个无线骨干网,专门用于给终端客户提供可靠网络连接。这个无线骨干网在无线域内提供了大覆盖范围、连通性以及健壮性。反观Adhoc网络则是基于各个不可靠的终端用户来进行通信,不存在专门提供网络连接服务的基础骨干网,这给adhoc的应用带来了很大的限制。
浅谈电信网络的安全
随着互联网的兴起,TCP/IP协议簇的采用,各种应用层出不穷,传统的固定网、移动网与互联网的联系越来越紧密。有线、无线等各种接入方式不断推出,企业网、ISP、ICP、个人电脑等都以不同的方式与互联网等网络相联。这样,虽然用户使用方便了,但网络安全问题的威胁也增加了,往往一个点或一个地方的问题会影响到其他地方、其他网络,甚至多个网络。
当前,威胁网络安全的主要有木马程序病毒、蠕虫病毒、电子邮件攻击、Web攻击、软件漏洞、系统漏洞、拒绝服务(DoS)攻击、IP地址欺骗、即时通信攻击、端到端攻击、缓冲溢出等。
从上述威胁网络的种种可以看出,黑客与病毒的目的不外呼是破坏系统和窃取信息。面对这一形势,目前电信网络如何增强其安全性呢?
电信网络的特点
传统的电信网络(PSTN)是基于电路交换的方式,面向连接,网络QoS有保证。其网络的安全性体现在网络的可靠性和可用性,网络的可靠性涵盖了传输系统和相应的设备,可靠性的指标很高,设备间的连接电路也有相同的可靠性要求,并且还设计了冗余备份和保护倒换等技术来进一步保证系统的可靠性。
PSTN对用户的信息是透明的,网络保证不对用户信息进行任何的修改和破坏。用户信息也不会对网络节点设备构成任何冲击和危害。
PSTN的网络安全还包含运营网络不得随意使用加密技术,而对于个人用户的私人保密是以不危及国家安全为限的。在传统的电信网中,用户数据加密是有规定的,普通用户数据是不准加密的,商密用户,普密用户,绝密用户可以使用密码技术加密,但必需经过相关部门批准。
互联网的特点
互联网是基于分组交换的方式,面向无连接,网络QoS保证较差。互联网又可称为IP网,传统的PSTN网由于是面向连接,一条链路要么接通,要么不通,问题容易发现也容易解决。而IP网是无连接的,其网络的路由和流量分配都是随机的,不同的流量分配带来的网络效率也不一样。IP网络攻击源无处不在,难以追踪和查找,使IP网络维护的复杂性大大增加。
近年来,由于互联网的迅猛发展,新业务及传统业务的迅速IP化,终端设备的智能化,网络规模越来越大,网络的安全问题也越来越突出,加上互联网的不可管理,不可控制,网络只保证通达,而把安全问题交给了用户的一些网络设计中,这样就进一步恶化。上面所谈的一些威胁安全的种类都是由于互联网及其业务的发展所引起的。而当今互联网已把PSTN和移动网紧密地联系起来了,如VoIP业务的迅猛发展更是和每个网络有关系。这样上述的网络安全的种种自然也带给了电信网络。
网络安全的防范
1.网络安全防范的要求
网络安全从用户的要求,主要是涉及个人隐私或商业利益的信息要受到机密性,完整性和真实性的保护,避免其他人窃听,冒充,修改和非法访问等。
网络安全从运营商的要求,主要是对本地网络的信息访问,读写等操作受到保护和控制,避免出现病毒,非法存取,拒绝服务和网络资源被非法占用和非法控制等威胁,制止和防御网络“黑客”的攻击。
网络安全从政府主管的要求,主要是对非法的,有害或涉及国家机密的信息进行过滤和防堵,避免这类信息从网络上泄漏。此外,对不健康的内容和对社会稳定有影响的信息也必需加以控制。
2.网络安全的防范
网络安全的防范是一个体系和系统,必需协调法律,技术和管理三个方面。要集成防护,监测,响应,恢复等多种技术。
网络安全的防范是通过各种计算机,网络,密码和信息安全技术,保护在网络中传输,交换和存储信息的机密性,完整性和真实性,并对信息的传播及内容进行控制。
网络按全的防范从技术层次上看,主要有防火墙技术,入侵监测(IDS/IPS,IPS可以做到一手检测,一手阻击)技术,数据加密技术和数据恢复技术,此外还有安全协议,安全审计,身份认证,数字签名,拒绝服务等多种技术手段。
这里特别需要指出的是防火墙,防病毒和安全协议的技术。防火墙守住网络门户,防病毒是网络的第一把保护伞,安全协议提供了身份鉴别,密钥分配,数据加密,防信息重传,以及通信双方的不可否认性等重要功能。
关于上述各种安全防范技术和措施的产品与解决方案在这里就不详细介绍了。
电信网络的安全
这里的电信网包括电信,移动等运营商的固定网和移动网,以及专门供运营商使用的专用网,如DCN(数据通信网)等。
电信网络的安全保障可从以下几方面考虑:
1. 在电信网络各节点处构筑防御(如防火墙),防止外网影响内网。这里说的节点就是与其他各种网络连接的地方,除固定网与移动网外,还有ISP,ICP,企业网,个人电脑等许多终端设备。
2. 建立一个统一,完善的安全防护体系,该体系不仅包括防火墙,网关,防病毒及杀毒软件等产品,还有对运营商安全保障的各种综合性服务措施,通过对网络的管理和监控,可以在第一时间发现问题,解决问题,防患于未然。
3. 在互联网日益广泛应用的今天,为保障电信网络的安全,必需树立全程安全的观念。全程安全就是在安全的每个过程中,如物理层,网络层,接入终端,服务层面,人员管理等每个和安全有关的过程都要添加相应的安全措施,并且还要考虑安全随时间变化的因素,也就是说,无论用户在任何特定的时间,用户的安全性都能得到保障。
4. 需要建立安全管理机制。例如,口令管理;各种密钥的生成,分发与管理;全网统一的管理员身份鉴别与授权;建立全系统的安全评估体系;建立安全审计制度;建立系统及数据的备份制度;建立安全事件/安全报警反应机制和处理预案;建立专门的安全问题小组和快速响应体系的运作等。为了增强系统的防灾救灾能力,应制定灾难性事故的应急计划,如紧急行动方案,资源(硬件,软件,数据等)备份及操作计划,系统恢复和检测方法等。
5. 建立专门的数据容灾系统。其内容主要是数据容灾和应用容灾。数据容灾是指建立一个异地的数据系统,该系统是本地关键应用的一个实时复制,当本地数据及整个应用系统发生灾难时,系统至少在异地保存一份可用的关键业务的数据。应用容灾是在数据容灾的基础上在异地建立一套完整的,与本地相当的备份应用系统(可以互为备用),在遇到灾难时,远程系统迅速接管业务运行。
网络管理与网络安全管理相结合
网络管理是电信网络运营商的重要手段之一。它监控网络话务量及路由繁忙的情况,以及设备及链路的可靠运行。网络管理在网络内部安全方面具有先天的优势,它可以通过对网络流量发生异常的分析及深度检测,对IP数据进行截获,发现已知及未知的新型侵入者。通过网络管理中增加的安全手段还可对多数安全设备顾及不到的4-7 层的内容安全与网络行为的法律取证等采取有效措施。因此,网络管理与网络安全管理相结合将使电信运营商能更有效地保障电信网络的安全。
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