第2章 WiFi網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成
WiFi(Wireless Fidelity，英語(yǔ)發(fā)音為/wai/fai/)是現(xiàn)在流行的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模式。它是一個(gè)建立于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，是目前應(yīng)用最為普遍的一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)。本章將介紹WiFi網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成。
2.1 WiFi網(wǎng)絡(luò)概述
WiFi是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。WiFi是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備(如pad、手機(jī))等終端以無(wú)線方式互相連接的技術(shù)。下面將介紹WiFi網(wǎng)絡(luò)的基本知識(shí)。
2.1.1 什么是WiFi網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)絡(luò)按照區(qū)域分類(lèi)，分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是相對(duì)局域網(wǎng)來(lái)說(shuō)的，人們常說(shuō)的WLAN就是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，而WiFi是一種在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)募夹g(shù)。目前主流應(yīng)用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分為GPRS手機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)和無(wú)線局域網(wǎng)兩種方式。而GPRS手機(jī)上網(wǎng)方式是一種借助移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)接入Internet的無(wú)線上網(wǎng)方式。
2.1.2 WiFi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
一般架設(shè)WiFi網(wǎng)絡(luò)的基本設(shè)備就是無(wú)線網(wǎng)卡和一臺(tái)AP。AP為Access Point的簡(jiǎn)稱，一般翻譯為"無(wú)線訪問(wèn)接入點(diǎn)"或"橋接器"，如無(wú)線路由器。它主要在媒體存取控制層MAC中扮演無(wú)線工作站與有線局域網(wǎng)絡(luò)的橋梁。有了AP，就像有線網(wǎng)絡(luò)的Hub，無(wú)線工作站可以快速輕易地與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相連。
目前的無(wú)線AP可分為單純型AP和擴(kuò)展型AP。這兩類(lèi)AP的區(qū)別如下所述。
1. 單純型AP
單純型AP由于缺少了路由功能，相當(dāng)于無(wú)線交換機(jī)，僅僅提供一個(gè)無(wú)線信號(hào)發(fā)射的功能。它的工作原理是將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過(guò)雙絞線傳送過(guò)來(lái)，經(jīng)過(guò)無(wú)線AP的編譯，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為無(wú)線電信號(hào)發(fā)送出來(lái)，形成WiFi共享上網(wǎng)的覆蓋。根據(jù)不同的功率，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋程度也是不同的，一般無(wú)線AP的較大覆蓋距離可達(dá)400米。
2. 擴(kuò)展型AP
擴(kuò)展型AP就是人們常說(shuō)的無(wú)線路由器。無(wú)線路由器，顧名思義就是帶有無(wú)線覆蓋功能的路由器，它主要應(yīng)用于用戶上網(wǎng)和無(wú)線覆蓋。通過(guò)路由功能，可以實(shí)現(xiàn)家庭WiFi共享上網(wǎng)中的Internet連接共享，也能實(shí)現(xiàn)ADSL和小區(qū)寬帶的無(wú)線共享接入。
2.1.3 WiFi工作原理第2章 WiFi網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成
WiFi(Wireless Fidelity，英語(yǔ)發(fā)音為/wai/fai/)是現(xiàn)在流行的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模式。它是一個(gè)建立于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，是目前應(yīng)用最為普遍的一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)。本章將介紹WiFi網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成。
2.1 WiFi網(wǎng)絡(luò)概述
WiFi是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。WiFi是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備(如pad、手機(jī))等終端以無(wú)線方式互相連接的技術(shù)。下面將介紹WiFi網(wǎng)絡(luò)的基本知識(shí)。
2.1.1 什么是WiFi網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)絡(luò)按照區(qū)域分類(lèi)，分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是相對(duì)局域網(wǎng)來(lái)說(shuō)的，人們常說(shuō)的WLAN就是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，而WiFi是一種在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)募夹g(shù)。目前主流應(yīng)用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分為GPRS手機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)和無(wú)線局域網(wǎng)兩種方式。而GPRS手機(jī)上網(wǎng)方式是一種借助移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)接入Internet的無(wú)線上網(wǎng)方式。
2.1.2 WiFi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
一般架設(shè)WiFi網(wǎng)絡(luò)的基本設(shè)備就是無(wú)線網(wǎng)卡和一臺(tái)AP。AP為Access Point的簡(jiǎn)稱，一般翻譯為"無(wú)線訪問(wèn)接入點(diǎn)"或"橋接器"，如無(wú)線路由器。它主要在媒體存取控制層MAC中扮演無(wú)線工作站與有線局域網(wǎng)絡(luò)的橋梁。有了AP，就像有線網(wǎng)絡(luò)的Hub，無(wú)線工作站可以快速輕易地與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相連。
目前的無(wú)線AP可分為單純型AP和擴(kuò)展型AP。這兩類(lèi)AP的區(qū)別如下所述。
1. 單純型AP
單純型AP由于缺少了路由功能，相當(dāng)于無(wú)線交換機(jī)，僅僅提供一個(gè)無(wú)線信號(hào)發(fā)射的功能。它的工作原理是將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過(guò)雙絞線傳送過(guò)來(lái)，經(jīng)過(guò)無(wú)線AP的編譯，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為無(wú)線電信號(hào)發(fā)送出來(lái)，形成WiFi共享上網(wǎng)的覆蓋。根據(jù)不同的功率，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋程度也是不同的，一般無(wú)線AP的較大覆蓋距離可達(dá)400米。
2. 擴(kuò)展型AP
擴(kuò)展型AP就是人們常說(shuō)的無(wú)線路由器。無(wú)線路由器，顧名思義就是帶有無(wú)線覆蓋功能的路由器，它主要應(yīng)用于用戶上網(wǎng)和無(wú)線覆蓋。通過(guò)路由功能，可以實(shí)現(xiàn)家庭WiFi共享上網(wǎng)中的Internet連接共享，也能實(shí)現(xiàn)ADSL和小區(qū)寬帶的無(wú)線共享接入。
2.1.3 WiFi工作原理
WiFi的設(shè)置至少需要一個(gè)Access Point(AP)和一個(gè)或一個(gè)以上的客戶端。AP每100ms將SSID(Service Set Identifier)經(jīng)由beacons(信號(hào)臺(tái))封包廣播一次。beacons封包的傳輸速率是1Mbit/s，并且長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)亩獭Ｋ裕@個(gè)廣播動(dòng)作對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響不大。因?yàn)閃iFi規(guī)定的低傳輸速率是1Mbit/s，所以確保有的WiFi客戶端都能收到這個(gè)SSID廣播封包，客戶端可以借此決定是否要和這一個(gè)SSID的AP連線。
2.1.4 AP常用術(shù)語(yǔ)概述
當(dāng)用戶在配置AP時(shí)，會(huì)有一些常用術(shù)語(yǔ)配置項(xiàng)，如SSID、信道和模式等。下面分別對(duì)這些進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1.SSID
SSID是Service Set Identifier的縮寫(xiě)，意思是服務(wù)集標(biāo)識(shí)。SSID技術(shù)可以將一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)分為幾個(gè)需要不同身份驗(yàn)證的子網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)都需要獨(dú)立的身份驗(yàn)證，只有通過(guò)身份驗(yàn)證的用戶才可以進(jìn)入相應(yīng)的子網(wǎng)絡(luò)，防止未被授權(quán)的用戶進(jìn)入本網(wǎng)絡(luò)。
許多人認(rèn)為可以將SSID寫(xiě)成ESSID，實(shí)際上SSID是個(gè)籠統(tǒng)的概念，包含了ESSID和BSSID，用來(lái)區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)，最多可以有32個(gè)字符。無(wú)線網(wǎng)卡設(shè)置不同的SSID就可以進(jìn)入不同網(wǎng)絡(luò)。SSID通常由AP廣播出來(lái)，通過(guò)系統(tǒng)自帶的掃描功能可以查看當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的SSID。出于安全考慮可以不廣播SSID，此時(shí)用戶就要手動(dòng)設(shè)置SSID才能進(jìn)入相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，SSID就是一個(gè)局域網(wǎng)名稱，只有設(shè)置為名稱相同的SSID值的計(jì)算機(jī)才能互相通信。所以，用戶會(huì)在很多路由器上都可以看到有"開(kāi)啟SSID廣播"選項(xiàng)。
2. 信道
無(wú)線信道也就是常說(shuō)的無(wú)線的"頻段(Channel)"，其是以無(wú)線信號(hào)作為傳輸媒體的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送通道。在無(wú)線路由器中，通常有13個(gè)信道。關(guān)于如何選擇信道，在后面將會(huì)有詳細(xì)的介紹。
3. 模式
這里的模式指的是802.11協(xié)議的幾種類(lèi)型。通常在無(wú)線路由器中包括五種模式，分別是11b only、11g only、11n only、11bg mixed和11bgn mixed。下面對(duì)這5種模式進(jìn)行詳細(xì)介紹，如下所示。
11b only：表示網(wǎng)速以11b的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。也就說(shuō)表示工作在2.4GHz頻段，較大傳輸速度為11Mb/s，實(shí)際速度在5Mbps左右。
11g only：表示網(wǎng)速以11g的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。也就說(shuō)工作在2.4GHz頻段，向下兼容802.11 b標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速度為54Mbps。
11n only：表示網(wǎng)速以11n的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。802.11n是較新的一種無(wú)線協(xié)議，傳輸速率為108Mbps-600Mbps。
11bg mixed：表示網(wǎng)速以11b、g的混合網(wǎng)絡(luò)模式運(yùn)行。
11bgn mixed：表示網(wǎng)速以11b、g、n的混合網(wǎng)絡(luò)模式運(yùn)行。
4. 頻段帶寬
頻段帶寬是發(fā)送無(wú)線信號(hào)頻率的標(biāo)準(zhǔn)，頻率越高越容易失真。在無(wú)線路由器的11 n模式中，一般包括20MHz和40MHz兩個(gè)頻段帶寬。其中20MHz在11n的情況下能達(dá)到144Mbps帶寬，它穿透性較好，傳輸距離遠(yuǎn)(約100米左右)；40MHz在11n的情況下能達(dá)到300Mbps帶寬，穿透性稍差，傳輸距離近(約50米左右)。
5.WDS(無(wú)線分布式系統(tǒng))
WDS(Wireless Distribution System，無(wú)線分布式系統(tǒng))是一個(gè)在IEEE 802.11網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線互連的系統(tǒng)。它允許將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)多個(gè)訪問(wèn)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，而不像以前一樣無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)要通過(guò)有線進(jìn)行連接。這種可擴(kuò)展性能，使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有更大的傳輸距離和覆蓋范圍。
2.2 802.11協(xié)議概述
802.11協(xié)議是國(guó)際電工電子工程學(xué)會(huì)(IEEE)為無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)制定的標(biāo)準(zhǔn)。雖然WiFi使用了802.11的媒體訪問(wèn)控制層(MAC)和物理層(PHY)，但是兩者并不一致。本節(jié)將詳細(xì)介紹802.11協(xié)議。
1997年，IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)成為及時(shí)個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它主要用于解決辦公室和校園等局域網(wǎng)中用戶終端間的無(wú)線接入。數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳漕l段為2.4GHz，速率較高只能達(dá)到2Mb/s。后來(lái)，隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IEEE又相繼推出了一系列新的標(biāo)準(zhǔn)。常見(jiàn)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)如表2-1所示。
表2-1 常見(jiàn)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)
協(xié) 議 發(fā) 布 日 期 頻段(GHz) 帶寬(MHz) 較大傳輸速率(Mbit/s)
802.11 1997年6月 2.4 22 2
802.11a 1999年9月 5 20 54
802.11b 1999年9月 2.4 22 11
802.11g 2003年6月 2.4 20 54
802.11n 2009年10月 2.4或者5 20 72.2
40 150
802.11ac 2013年12月
5 20 96.3
40 200
80 433.3
160 866.7
802.11ad 2012年12月(草案) 60 2或160 up to 6912(6.75Gbit/s)
在以上標(biāo)準(zhǔn)中使用最多的是802.11n標(biāo)準(zhǔn)，工作在2.4GHz頻段。其中，頻率范圍為2.400GHz～2.4835GHz，共83.5帶寬。通過(guò)以上表格中，可以看到每個(gè)協(xié)議都有不同的頻段和帶寬。下面將詳細(xì)地進(jìn)行介紹。
2.2.1 頻段
頻段指的就是無(wú)線信道，它以無(wú)線信號(hào)作為傳輸媒體的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送通道。目前主流的WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不管是802.11b/g，還是802.11b/g/n模式，一般都支持13個(gè)信道。它們的中心頻率雖然不同，但是因?yàn)槎颊紦?jù)一定的頻率范圍，所以會(huì)有一些互相重疊的情況。13個(gè)信道的頻率范圍，如表2-2所示。
表2-2 信道的頻率范圍
信 道 中 心 頻 率 信 道 中 心 頻 率
1 2412MHz 8 2447MHz
2 2417MHz 9 2452MHz
3 2422MHz 10 2457MHz
4 2427MHz 11 2462MHz
5 2432MHz 12 2467MHz
6 2437MHz 13 2472MHz
7 2442MHz
通過(guò)了解這13個(gè)信道所處的頻段，有助于用戶理解人們常說(shuō)的三個(gè)不互相重疊的信道含義。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可在多個(gè)信道上運(yùn)行。在無(wú)線信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)該盡量使用不同的信道，以避免信號(hào)之間的干擾。表2-2中是常用的2.4GHz(=2400MHz)頻帶的信道劃分，實(shí)際一共有14個(gè)信道，但第14個(gè)信道一般不用。每個(gè)信道的有效寬度是20MHz，另外還有2MHz的強(qiáng)制隔離頻帶。也就是說(shuō)，對(duì)于中心頻率為2412MHz的1信道，其頻率范圍為2401MHz～2432MHz。具體14個(gè)信道的劃分，如圖2.1所示。
圖2.1 信道的劃分
從該圖中可以看到，其中1、6、11這3個(gè)信道(實(shí)線標(biāo)記)之間是沒(méi)有重疊的，也就是人們常說(shuō)的3個(gè)不互相重疊的信息。在圖中也很容易看清楚其他各信道之間頻段重疊的情況。另外，如果設(shè)備支持，除1、6、11這3個(gè)一組互不干擾的信道外，還有(2，7，12)、(3，8，13)、(4，9，14)3組互不干擾的信道。
