WiFi相關基礎概念

一、WiFi相關基礎概念

1、什麼是wifi

我們看一下百度百科是如何定義的：

  Wi-Fi是一種可以将個人電腦、手持裝置（如pad、手機）等終端以無線方式互相連接配接的技術，事實上它是一個高頻無線電信号。[1]  無線保真是一個無線網絡通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标準的無線網路産品之間的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列協定的區域網路就稱為無線保真。甚至把無線保真等同于無線網際網路（Wi-Fi是WLAN的重要組成部分）。

  wifi 英文全稱是WIreless-FIdelity，翻譯成中文就是無線保真，英文簡稱WiFi。
           

2、什麼是wlan

無線區域網路絡英文全名：Wireless Local Area Networks；簡寫為： WLAN。它是相當便利的資料傳輸系統，它利用射頻（Radio Frequency； RF）的技術，使用電磁波，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線（Coaxial）所構成的區域網路絡，在空中進行通信連接配接；該技術的出現絕不是用來取代有線區域網路絡，而是用來彌補有線區域網路絡之不足，以達到網絡延伸之目的，使得無線區域網路絡能利用簡單的存取架構讓使用者透過它，實作無網線、無距離限制的通暢網絡。

  其實很多時候，人們将二者混用，其實wifi是實作wlan的一種技術、wifi是實作wlan的一種技術、wifi是實作wlan的一種技術（藍牙、wimax等）；
           

3、無線網VS有線網

無線網絡相比有線網絡，還是有許多的缺點的：
           

• 通信雙方因為是通過無線進行通信，是以通信之前需要建立連接配接；而有線網絡就直接用線纜連接配接，不用這個過程了。
• 通信雙方通信方式是半雙工的通信方式；而有線網絡可以是全雙工。
• 通信時在網絡層以下出錯的機率非常高，是以幀的重傳機率很大，需要在網絡層之下的協定添加重傳的機制（不能隻依賴上面TCP/IP的延時等待重傳等開銷來保證）；而有線網絡出錯機率非常小，無需在網絡層有如此複雜的機制。
• 資料是在無線環境下進行的，是以抓包非常容易，存在安全隐患。
• 因為收發無線信号，是以功耗較大，對電池來說是一個考驗。
• 相對有線網絡吞吐量低，這一點正在逐漸改善，802.11n協定可以達到600Mbps的吞吐量。

二、IEEE 802.11協定

IEEE802協定有點大，下面隻介紹其中一些概念：

      Ethenet和Wifi采用的協定都屬于IEEE 802協定集。其中，Ethenet以802.3協定做為其網絡層以下的協定；而Wifi以802.11做為其網絡層以下的協定。無論是有線網絡，還是無線網絡，其網絡層以上的部分，基本一樣。
           

1、802.11簡介

IEEE802家族是由一系列區域網路絡(Local Area Network,LAN)技術規格所組成，802.11屬于其中一員。雖然WI-FI使用了802.11的媒體通路控制層（MAC）和實體層（PHY），但是兩者并不完全一緻。
           

IEEE802.11協定族成員如下：

802.11基本規格涵蓋了802.11 MAC 以及兩種實體層(physical layer）：一是跳頻展頻（frequency-hopping spread-spectrum，簡稱FHSS）實體層，另一是直接序列展頻（direct-sequence spread-spectrum，簡稱DSSS）實體層。802.11a所規範的實體層，主要是以正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing，簡稱OFDM）技術為基礎.802.11将PHY進一步劃分為兩個組成元件：一是實體層收斂程式（Physical Layer ConvergenceProcedure，簡稱PLCP）,負責将MAC幀對映到傳輸媒體；另一是實際搭配媒體Physical Medium Dependent，簡稱PMD），負責傳送這些幀。
           

2、802.11b

IEEE802.11b是無線區域網路的一個标準。其載波的頻率為2.4GHz，傳送速度為11Mbit/s。IEEE802.11b是所有無線區域網路标準中最著名，也是普及最廣的标準。它有時也被錯誤地标為Wi-Fi。實際上Wi-Fi是無線區域網路聯盟（WLANA）的一個商标，該商标僅保障使用該商标的商品互相之間可以合作，與标準本身實際上沒有關系。在2.4-GHz-ISM頻段共有14個頻寬為22MHz的頻道可供使用。IEEE802.11b的後繼标準是IEEE802.11g，其傳送速度為54Mbit/s。
           

3、802.11網絡包含四種主要實體原件

a – 工作站(Station)

具有無線網絡接入功能的電子裝置（筆記本，手持裝置等）.
           

b – 基站(Access Point)

802.11網絡所使用的幀必須經過轉換才能被傳到其它不同類型的網絡，具有無線至有線橋接功能的裝置稱為基站(Access Point,AP).此外基站還有其它功能.
           

c – 無線媒體(Wireless Medium)

802.11标準以無線媒體（Wireless medium）在工作站之間傳遞幀.其所定義的實體層不隻一種.
           

d – 傳輸系統(Distribution System)

傳輸系統是基站間轉送幀的骨幹網絡，通常就稱為骨幹網絡（backbone network）當幾部基站串連以覆寫較大區域時，彼此之間必須互相通信，才能夠掌握移動式工作站的
           

行蹤。而傳輸系統(distribution system )屬于802.11的邏輯元件，負責将幀（frame）轉送至目的地。大多數商用産品，是以橋接引擎（bridging engine）和傳輸系統媒體（distribution system medium）共同組成傳輸系統.

4、802.11 工作方式

802.11定義了兩種類型的裝置，一種是無線站，通常是通過一台PC機器加上一塊無線網絡接口卡構成的，另一個稱為無線接入點(Access Point, AP)，它的作用是提供無線和有線網絡之間的橋接。一個無線接入點通常由一個無線輸出口和一個有線的網絡接口(802.3接口)構成，橋接軟體符合802.1d橋接協定。接入點就像是無線網絡的一個無線基站，将多個無線的接入站聚合到有線的網絡上。無線的終端可以是802.11PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口的，或者是在非計算機終端上的嵌入式裝置(例如802.11手機)。







  802.11的資料鍊路層由兩個之層構成，邏輯鍊路層LLC(Logic Link Control)和媒體控制層MAC(Media Access Control)。802.11使用和802.2完全相同的LLC之層和802協定中的48位MAC位址，這使得無線和有線之間的橋接非常友善。但是MAC位址隻對無線區域網路唯一。  

  802.11的MAC和802.3協定的MAC非常相似，都是在一個共享媒體之上支援多個使用者共享資源，由發送者在發送資料前先進行網絡的可用性。在802.3協定中，是由一種稱為CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的協定來完成調節，這個協定解決了在Ethernet上的各個工作站如何線上纜上進行傳輸的問題，利用它檢測和避免當兩個或兩個以上的網絡裝置需要進行資料傳送時網絡上的沖突。在802.11無線區域網路協定中，沖突的檢測存在一定的問題，這個問題稱為"Near/Far"現象，這是由于要檢測沖突，裝置必須能夠一邊接受資料信号一邊傳送資料信号，而這在無線系統中是無法辦到的。
           

三、WiFi相關知識進階

1、頻譜劃分

WiFi總共有14個信道，如下圖所示：

1）IEEE 802.11b/g标準工作在2.4G頻段，頻率範圍為2.400—2.4835GHz，共83.5M帶寬

2）劃分為14個子信道

3）每個子信道寬度為22MHz

4）相鄰信道的中心頻點間隔5MHz

5）相鄰的多個信道存在頻率重疊(如1信道與2、3、4、5信道有頻率重疊)

6）整個頻段内隻有3個（1、6、11）互不幹擾信道

2、SSID和BSSID

1）基本服務集（BSS）

基本服務集是802.11 LAN的基本組成子產品。能互相進行無線通信的STA可以組成一個BSS（Basic Service Set） 。如果一個站移出BSS的覆寫範圍，它将不能再與BSS的其它成員通信。
           

2）擴充服務集（ESS）

多個BSS可以構成一個擴充網絡，稱為擴充服務集（ESS）網絡，一個ESS網絡内部的STA可以互相通信，是采用相同的SSID的多個BSS形成的更大規模的虛拟BSS。連接配接BSS的元件稱為分布式系統（Distribution System，DS）。
           

3）SSID

服務集的辨別，在同一SS内的所有STA和AP必須具有相同的SSID，否則無法進行通信

  SSID是一個ESS的網絡辨別(如:TP_Link_1201)，BSSID是一個BSS的辨別，BSSID實際上就是AP的MAC位址，用來辨別AP管理的BSS，在同一個AP内BSSID和SSID一一映射。在一個ESS内SSID是相同的，但對于ESS内的每個AP與之對應的BSSID是不相同的。如果一個AP可以同時支援多個SSID的話，則AP會配置設定不同的BSSID來對應這些SSID。

  BSSID(MAC)<---->SSID
           

3、無線接入過程三個階段

STA（工作站）啟動初始化、開始正式使用AP傳送資料幀前，要經過三個階段才能夠接入（802.11MAC層負責用戶端與AP之間的通訊，功能包括掃描、接入、認證、加密、漫遊和同步等功能）：

  1）掃描階段（SCAN）
  2）認證階段 (Authentication)
  3）關聯（Association）
           

4、WiFi - 組成結構

一般架設無線網絡的基本配備就是無線網卡及一台AP，如此便能以無線的模式，配合既有的有線架構來分享網絡資源，架設費用和複雜程度遠遠低于傳統的有線網絡。如果隻是幾台電腦的對等網，也可不要AP，隻需要每台電腦配備無線網卡。AP為Access Point簡稱，一般翻譯為“無線通路接入點”，或“橋接器”。它主要在媒體存取控制層MAC中扮演無線工作站及有線區域網路絡的橋梁。有了AP，就像一般有線網絡的Hub一般，無線工作站可以快速且輕易地與網絡相連。特别是對于寬帶的使用，無線保真更顯優勢，有線寬帶網絡(ADSL、小區LAN等）到戶後，連接配接到一個AP，然後在電腦中安裝一塊無線網卡即可。普通的家庭有一個AP已經足夠，甚至使用者的鄰裡得到授權後，則無需增加端口，也能以共享的方式上網。