WiFi网络基础知识

1WiFi网络根底知识目录无线技术根底IEEE802.11协议无线控制器工作原理电磁波相关属性电磁波波长与频率的关系：－波长f－频率c－光速〔3×108m/s〕电磁波的相关属性能量方向极化相位电场电场电场电波传输方向磁场磁场振子功率计算单位功率计算单位包括：dB、dBm、dBwdB是用来衡量被测量功率与某一基准功率的比值计算公式：被测量功率〔dB〕=10×lg〔测量功率/基准功率〕当基准功率取为1mW时，此dB值以dBm表示当基准功率取为1W时，此dB值以dBw表示常见电磁波的频率分布极低甚低低中高甚高超高极高红外线可见光紫外线X射线音频调幅播送短波无线电通信调频播送电视信号蜂窝红外IrDA83.5MHz〔IEEE802.11b/g〕5GHz〔IEEE802.11a〕带宽数字带宽单位时间内发送的信息量，单位为比特每秒〔bps〕模拟带宽模拟电子系统中的频率范围，单位为赫兹〔Hz〕数字带宽与模拟带宽的关系

调制与传输技术在网络中的应用PCCard〔RX〕AP〔TX〕发送数据：101接收数据：101电磁波传输

调制

解调调制技术0001111数字信号调幅〔AM〕调频〔FM〕调相〔PM〕数据调制器数据载波调制信号WLAN调制技术BPSK利用载波的两个不同相位表示二进制的0或1QPSK利用载波的4种相位变化表示2个二进制位CCK使用一个补码函数来发送更多数据16QAM规定了16种载波振幅和相位的组合，每个子信道可承载4位64QAM规定了64种载波振幅和相位的组合，每个子信道可承载6位WLAN传输技术FHSS利用跳频技术将频谱进行扩展的扩频通讯技术DSSS利用复合码序列而获取直接序列扩频信号的扩频通讯技术OFDM将一个高速的数据载波分成假设干个低速的子载波，然后并行地发送这些子载波目录无线技术根底IEEE802.11协议无线控制器工作原理IEEE802.11协议族成员PHY802.11(1/2Mbps)802.11b(5.5/11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(54Mbps)802.11n(300Mbps)MAC802.11/11a/11b/11gMAC802.11e—

QoS802.11i—安全增强802.11f—漫游和切换802.11h—动态调整802.11s—mesh802.11协议标准802.11802.11b802.11a802.11g标准发布时间July1997Sept1999Sept1999June2003合法频宽83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz频率范围2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz非重叠信道33123调制传输技术BPSK/QPSKFHSSCCKDSSS64QAMOFDMCCK/64QAMOFDM物理发送速率1,21,2,5.5,116,9,12,18,

24,36,48,546,9,12,18,

24,36,48,54理论上最大UDP吞吐量

(1500Byte)1.7Mbps7.1Mbps30.9Mbps30.9Mbps理论上最大TCP吞吐量

(1500Byte)1.6Mbps5.9Mbps24.2Mbps24.2Mbps兼容性N/A与11g产品可互通与11b/g不能互通与11b产品可互通802.112.4G工作频段划分图802.11MAC层工作原理-概述802.11MAC层〔媒体接入层〕负责客户端与AP之间的通讯。主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。802.11MAC报文分类：-数据帧用户的数据报文-控制帧协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS，ACK等保障用户数据帧空口中间有效传输有线中就没有因为有线中丢包率很低-管理帧负责STA和AP之间的能力及的交互，认证、关联等管理工作，例如：Beacon告诉网卡AP的信息如ＳＳＩＤCMCC，ＡＰ的支持模式，Probe关联过程中发一下包，Association，Authentication等802.11MAC层工作原理-用户接入管理过程802.11MAC层工作原理-Scanning扫描802.11MAC使用Scanning功能来完成Discovery寻找和参加一个网络当STA漫游时寻找一个新的APPassiveScanning通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络，Beacon帧中包含该AP所属的BSS的根本信息以及AP的根本能力级，包括：BSSID(AP的MAC地址)、SSID、支持的速率、支持的认证方式，加密算法、Beacons帧发送间隔，使用的信道等。当未发现包含期望的SSID的BSS时，STA可以工作于IBSS状态AcitiveScanning〔定期发射Ｂｅａｃｏｎ帧〕在每个信道上发送Proberequest报文，从ProbeResponse中获取BSS的根本信息，ProbeResponse包含的信息和Beacon帧类似802.11MAC层工作原理-Authentication认证预置Key预置Key用Key加密明文密文解密和明文比较802.11MAC层工作原理-Association关联802.11WEP加密CSMA/CA_根本流程载波侦听〔CSMA〕+冲突防止〔CollisionAvoidance〕当空闲时间≥IFS，立即传输；当介质忙，延迟直到当前传输结束+IFS时间。开始随机后退过程选择一个随机数(0,Cwindow)ＷＬＡＮ空口最核心机制和ＧＳＭ不同ＧＳＭ是８个时隙是独占的CSMA/CAFrameExchange

DIFSDIFSDIFSSTA1STA2STA3STA4退避窗口退避窗口退避窗口分布式帧间隔〔DCFinterframespace，简称DIFS〕109357610254810FrameExchangeFrameExchangeFrameExchange时间空闲空闲

空闲空闲空闲空闲CSMA/CA_优先级隐藏节点问题隐藏终端：A和C互不知道障碍物导致AC之间信号衰减如果多于两个节点同时发送〔如图中AC〕将在B处冲突解决方案RTS/CTS隐藏节点问题的解决_RTS/CTS802.11n的关键技术802.11n是IEEE802.11协议中继802.11b/a/g后又一个无线传输标准协议，802.11n将802.11a/g的54Mbps最高发送速率提高到了300Mbps，其中的关键技术为：

MIMO-OFDM40MHz频宽模式帧聚合

ShortGIMIMO-OFDMMIMO-OFDM是OFDM和MIMO相结合的技术，由于支持更多的子载波，可以实现20MHz下单个流到达65Mbps。基于MIMO技术，实现了在多条路径上并发通信，称之为SpatialMultiplexing。40MHz频宽模式802.11n同时定义了2.4GHz频段和5GHz频段的WLAN标准，与11a/b/g每信道只用20MHz频宽不同的是11n定义了两种频带宽度：20MHz频宽40MHz频宽2车道变4车道40MHz频宽将两个20MHz频宽的信道进行捆绑，以获取高于2倍的20MHz频宽的吞吐量帧聚合802.11MAC层协议消耗了相当的效率用作链路的维护，从而大大降低了系统的吞吐量。802.11n引入帧聚合技术，提高MAC层效率，报文帧聚合技术包括：MSDU聚合MPDU聚合ApplicationsMSDU〔MACServiceDataUnit〕MACprocessingMPDU〔MACProtocolDataUnit〕PHYLayerP1P3MACheaderMACprocessingP2MACheaderMACheaderMACheaderMACprocessingMSDU聚合MPDU聚合P1P3P2P1P3P2P1P3P2P1P3P2ShortGIShortGuardInterval(ShortGI)

802.11a/b/g标准要求在发送数据时，必须要保证在数据之间存在800ns的时间间隔，这个间隔被称为GuardInterval(GI)。11n仍然缺省使用800ns。当多径效应不严重时，可以将该间隔配置为400ns，可以将吞吐提高近10%，此技术称为ShortGI。数据1数据2数据1数据2数据1数据2时间时间适宜的GI时长GI时长过短干扰GI时长适宜的情况GI时长过短的情况数据1数据2目录无线技术根底IEEE802.11协议无线控制器工作原理AP点监测用户防火墙RF管理无线欺骗防护FITAP无线控制器和FITAP的功能无线控制器加密天线802.11a/b/g802.1x认证、802.11eQoS网管、三层漫游、平安FITAPIP网无线客户端管理无线控制器和FITAP连接方式FITAP无线控制器无线控制器无线控制器L2网络L3网络FITAPFITAPFITAPFITAPFITAP直接连接通过二层网络连接跨越三层网络连接无线控制器+FITAP系统构成特点由无线控制器和FITAP在有线网的根底上构成的FITAP零配置FITAP和无线客户端由无线控制器集中管理FITAP和无线控制器之间的流量被私有协议加密可以在任何现有的二层或三层网络中部署AP直连或通过二层网络连接时的注册流程无线控制器APDHCPServer1、获取IP地址2、发送二层播送发现请求4、版本、配置下载3、无线控制器发现响应5、用户数据传递AP通过三层网络连接时的注册流程_option43方式无线控制器APDHCPServer1、获取IP地址、option43属性2、发送单播发现请求4、版本、配置下载3、无线控制器发现响应5、用户数据传递AP通过三层网络连接时的注册流程_DNS方式APDHCPServer无线控制器1、获取IP地址、DNSServer地址、域名2、二层播送发现请求7、版本、配置下载8、用户数据传递长时间无响应DNSServer4、DNS解析响应5、发送单播发现请求6、无线控制器发现响应3、DNS解析请求无线控制器的数据转发原理STAServerVLAN1无线控制器FITAP隧道口隧道口在无线控制器＋FITAP的架构中，无线客户端数据通过AP与无线控制器之间的IPinIP隧道由无线控制器集中转发。核心交换机接入交换机FITAP隧道口STAVLAN2VLAN1SA＝STAMACDA＝PCMACVLAN＝VLAN1SIP＝DIP＝SA＝STAMACDA＝PCMACSIP＝DIP＝STAPC无线控制器L2交换机SA＝STAMACDA＝PCMACSIP＝DIP＝FITAPL2交换机无线控制器SA＝STAMACDA＝PCMACSIP＝DIP＝APPCSTASA＝APMACDA＝ACMACVLAN＝VLAN1SIP＝DIP＝IPinIP隧道封装STA>PC的数据转发解IPinIP隧道封装，802.11->802.3转换加IPinIP隧道封装802.11报文VLAN1VLAN1VLAN1STA1VLAN1VLAN1STA1无线控制器L3交换机SA＝STA2MACDA＝STA1MACSIP＝DIP＝SIP＝DIP＝IPinIP隧道封装FITAP1AP1无线控制器SA＝STA2MACDA＝STA1MACSIP＝DIP＝SA＝STA2