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wifi 基础知识讲解.doc
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2019-09-13
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WIFI 基本知识整理
这里对 wi 的 802.11 协议中比较常见的知识做一个基本的总结和整理,
便于后续的学习。因为无线网络中涉及术语很多,并且许多协议都是用英文描述,所
以有些地方翻译出来会有歧义,这种情况就直接英文来描述了。
一、基本概述
1、有线和无线网络
目前有线网络中最著名的是以太网(Ethenet),但是无线网络 WLAN 是一个很
有前景的发展领域,虽然可能不会完全取代以太网,但是它正拥有越来越多的用户,
无线网络中最有前景的是 Wi。本文介绍无线网络相关内容。无线网络相比有线网
络,还是有许多的缺点的:
(*)通信双方因为是通过无线进行通信,所以通信之前需要建立连接;而有线
网络就直接用线缆连接,不用这个过程了。
(*)通信双方通信方式是半双工的通信方式;而有线网络可以是全双工。
(*)通信时在网络层以下出错的概率非常高,所以帧的重传概率很大,需要在
网络层之下的协议添加重传的机制(不能只依赖上面 TCP/IP 的延时等待重传等开销
来保证);而有线网络出错概率非常小,无需在网络层有如此复杂的机制。
(*)数据是在无线环境下进行的,所以抓包非常容易,存在安全隐患。
(*)因为收发无线信号,所以功耗较大,对电池来说是一个考验。
(*)相对有线网络吞吐量低,这一点正在逐步改善,802.11n 协议可以达到
600Mbps 的吞吐量。
2、协议
Ethenet 和 Wi 采用的协议都属于 IEEE 802 协议集。其中,Ethenet 以
802.3 协议做为其网络层以下的协议;而 Wi 以 802.11 做为其网络层以下的协议。
无论是有线网络,还是无线网络,其网络层以上的部分,基本一样。
这里主要关注的是 Wi 网络中相关的内容。Wi 的 802.11 协议包含许多子部
分。其中按照时间顺序发展,主要有:
(1)802.11a,1999 年 9 月制定,工作在 5gHZ 的频率范围(频段宽度
325MHZ),最大传输速率 54mbps,但当时不是很流行,所以使用的不多。
(2)802.11b,1999 年 9 月制定,时间比 802.11a 稍晚,工作在 2.4g 的
频率范围(频段宽度 83.5MHZ),最大传输速率 11mbps。
(3)802.11g,2003 年 6 月制定,工作在 2.4gHZ 频率范围(频段宽度
83.5MHZ),最大传输速率 54mbps。
(4)802.11n,2009 年才被 IEEE 批准,在 2.4gHZ 和 5gHZ 均可工作,
最大的传输速率为 600mbps。这些协议均为无线网络的通信所需的基本协议,最
新发展的,一般要比最初的有所改善。另外值得注意的是,802.11n 在 MAC 层上
进行了一些重要的改进,所以导致网络性能有了很大的提升例如:
(*)因为传输速率在很大的程度上取决于 Channel(信道)的
ChannelWidth 有多宽,而 802.11n 中采用了一种技术,可以在传输数据的时候
将两个信道合并为一个,再进行传输,极大地提高了传输速率(这又称 HT-
40,high through)。
(*)802.11n 的 MIMO(多输入输出)特性,使得两对天线可以在同时同
Channel 上传输数据,而两者却能够不相互干扰(采用了 OFDM 特殊的调制技
术)
3、术语
讲述之前,我们需要对无线网络中一些常用的术语有所了解。这里先列出一些,
后面描述中出现的新的术语,将会在描述中解释。
(*)LAN:即局域网,是路由和主机组成的内部局域网,一般为有线网络。
(*)WAN:即广域网,是外部一个更大的局域网。
(*)WLAN(Wireless LAN,即无线局域网):前面我们说过 LAN 是局域
网,其实大多数指的是有线网络中的局域网,无线网络中的局域网,一般用
WLAN。
(*)AP(Access point 的简称,即访问点,接入点):是一个无线网络中的
特殊节点,通过这个节点,无线网络中的其它类型节点可以和无线网络外部以及内部
进行通信。这里,AP 和无线路由都在一台设备上(即 Cisco E3000)。
(*)Station(工作站):表示连接到无线网络中的设备,这些设备通过 AP,
可以和内部其它设备或者无线网络外部通信。
(*)Assosiate:连接。如果一个 Station 想要加入到无线网络中,需要和
这个无线网络中的 AP 关联(即 Assosiate)。
(*)SSID:用来标识一个无线网络,后面会详细介绍,我们这里只需了解,每
个无线网络都有它自己的 SSID。
(*)BSSID:用来标识一个 BSS,其格式和 MAC 地址一样,是 48 位的地址
格式。一般来说,它就是所处的无线接入点的 MAC 地址。某种程度来说,它的作用
和 SSID 类似,但是 SSID 是网络的名字,是给人看的,BSSID 是给机器看的,
BSSID 类似 MAC 地址。
(*)BSS(Basic Service Set):由一组相互通信的工作站组成,是
802.11 无线网络的基本组件。主要有两种类型的 IBSS 和基础结构型网络。IBSS
又叫 ADHOC,组网是临时的,通信方式为 Station<->Station,这里不关注这
种组网方式;我们关注的基础结构形网络,其通信方式是 Station<->AP<-
>Station,也就是所有无线网络中的设备要想通信,都得经过 AP。在无线网络的
基础形网络中,最重要的两类设备:AP 和 Station。
(*)DS(Distributed System):即分布式系统。分布式系统属于
802.11 逻辑组件,负责将帧转发至目的地址,802.11 并未规定其技术细节,大多
数商业产品以桥接引擎合分步式系统媒介共同构成分布式系统。分步式系统是接入点
之间转发帧的骨干网络,一般是以太网。其实,骨干网络并不是分步系统的全部,而
是其媒介。主要有三点:骨干网(例如以太网)、桥接器(具有有线无线两个网络接
口的接入点包含它)、属于骨干网上的接入点所管辖的基础性网络的 station 通信
(和外界或者 BSS 内部的 station)必须经过 DS、而外部路由只知道 station 的
mac 地址,所以也需要通过分布式系统才能知道 station 的具体位置并且正确送到。
分步式系统中的接入点之间必须相互传递与之关联的工作站的信息,这样整个分步式
系统才能知道哪个 station 和哪个 ap 关联,保证分步式系统正常工作(即转达给正
确的 station)。分步式系统也可以是使用无线媒介(WDS),不一定一定是以太网。
总之,分步式系统骨干网络(例如以太网)做为媒介,连接各个接入点,每个接入点
与其内的 station 可构成 BSS,各个接入点中的桥接控制器有到达骨干网络和其内
部 BSS 无线网的接口(类似两个 MAC 地址),station 通信需要通过分布式系统。
二、实践基础
1、一些参数
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