Question

wifi网络的基本原理

Answer 1

1.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Wifi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Wifi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Wifi网络中相关的内容。Wifi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。