WiFi網(wǎng)絡基礎知識

1WiFi網(wǎng)絡根底知識目錄無線技術(shù)根底IEEE802.11協(xié)議無線控制器工作原理電磁波相關(guān)屬性電磁波波長與頻率的關(guān)系：－波長f－頻率c－光速〔3×108m/s〕電磁波的相關(guān)屬性能量方向極化相位電場電場電場電波傳輸方向磁場磁場振子功率計算單位功率計算單位包括：dB、dBm、dBwdB是用來衡量被測量功率與某一基準功率的比值計算公式：被測量功率〔dB〕=10×lg〔測量功率/基準功率〕當基準功率取為1mW時，此dB值以dBm表示當基準功率取為1W時，此dB值以dBw表示常見電磁波的頻率分布極低甚低低中高甚高超高極高紅外線可見光紫外線X射線音頻調(diào)幅播送短波無線電通信調(diào)頻播送電視信號蜂窩紅外IrDA83.5MHz〔IEEE802.11b/g〕5GHz〔IEEE802.11a〕帶寬數(shù)字帶寬單位時間內(nèi)發(fā)送的信息量，單位為比特每秒〔bps〕模擬帶寬模擬電子系統(tǒng)中的頻率范圍，單位為赫茲〔Hz〕數(shù)字帶寬與模擬帶寬的關(guān)系

調(diào)制與傳輸技術(shù)在網(wǎng)絡中的應用PCCard〔RX〕AP〔TX〕發(fā)送數(shù)據(jù)：101接收數(shù)據(jù)：101電磁波傳輸

調(diào)制

解調(diào)調(diào)制技術(shù)0001111數(shù)字信號調(diào)幅〔AM〕調(diào)頻〔FM〕調(diào)相〔PM〕數(shù)據(jù)調(diào)制器數(shù)據(jù)載波調(diào)制信號WLAN調(diào)制技術(shù)BPSK利用載波的兩個不同相位表示二進制的0或1QPSK利用載波的4種相位變化表示2個二進制位CCK使用一個補碼函數(shù)來發(fā)送更多數(shù)據(jù)16QAM規(guī)定了16種載波振幅和相位的組合，每個子信道可承載4位64QAM規(guī)定了64種載波振幅和相位的組合，每個子信道可承載6位WLAN傳輸技術(shù)FHSS利用跳頻技術(shù)將頻譜進行擴展的擴頻通訊技術(shù)DSSS利用復合碼序列而獲取直接序列擴頻信號的擴頻通訊技術(shù)OFDM將一個高速的數(shù)據(jù)載波分成假設干個低速的子載波，然后并行地發(fā)送這些子載波目錄無線技術(shù)根底IEEE802.11協(xié)議無線控制器工作原理IEEE802.11協(xié)議族成員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—安全增強802.11f—漫游和切換802.11h—動態(tài)調(diào)整802.11s—mesh802.11協(xié)議標準802.11802.11b802.11a802.11g標準發(fā)布時間July1997Sept1999Sept1999June2003合法頻寬83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz頻率范圍2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz非重疊信道33123調(diào)制傳輸技術(shù)BPSK/QPSKFHSSCCKDSSS64QAMOFDMCCK/64QAMOFDM物理發(fā)送速率1,21,2,5.5,116,9,12,18,

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

24,36,48,54理論上最大UDP吞吐量

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

(1500Byte)1.6Mbps5.9Mbps24.2Mbps24.2Mbps兼容性N/A與11g產(chǎn)品可互通與11b/g不能互通與11b產(chǎn)品可互通802.112.4G工作頻段劃分圖802.11MAC層工作原理-概述802.11MAC層〔媒體接入層〕負責客戶端與AP之間的通訊。主要功能包括：掃描、接入、認證、加密、漫游和同步。802.11MAC報文分類：-數(shù)據(jù)幀用戶的數(shù)據(jù)報文-控制幀協(xié)助發(fā)送數(shù)據(jù)幀的控制報文，例如：RTS、CTS，ACK等保障用戶數(shù)據(jù)幀空口中間有效傳輸有線中就沒有因為有線中丟包率很低-管理幀負責STA和AP之間的能力及的交互，認證、關(guān)聯(lián)等管理工作，例如：Beacon告訴網(wǎng)卡AP的信息如ＳＳＩＤCMCC，ＡＰ的支持模式，Probe關(guān)聯(lián)過程中發(fā)一下包，Association，Authentication等802.11MAC層工作原理-用戶接入管理過程802.11MAC層工作原理-Scanning掃描802.11MAC使用Scanning功能來完成Discovery尋找和參加一個網(wǎng)絡當STA漫游時尋找一個新的APPassiveScanning通過偵聽AP定期發(fā)送的Beacon幀來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡，Beacon幀中包含該AP所屬的BSS的根本信息以及AP的根本能力級，包括：BSSID(AP的MAC地址)、SSID、支持的速率、支持的認證方式，加密算法、Beacons幀發(fā)送間隔，使用的信道等。當未發(fā)現(xiàn)包含期望的SSID的BSS時，STA可以工作于IBSS狀態(tài)AcitiveScanning〔定期發(fā)射Ｂｅａｃｏｎ幀〕在每個信道上發(fā)送Proberequest報文，從ProbeResponse中獲取BSS的根本信息，ProbeResponse包含的信息和Beacon幀類似802.11MAC層工作原理-Authentication認證預置Key預置Key用Key加密明文密文解密和明文比較802.11MAC層工作原理-Association關(guān)聯(lián)802.11WEP加密CSMA/CA_根本流程載波偵聽〔CSMA〕+沖突防止〔CollisionAvoidance〕當空閑時間≥IFS，立即傳輸；當介質(zhì)忙，延遲直到當前傳輸結(jié)束+IFS時間。開始隨機后退過程選擇一個隨機數(shù)(0,Cwindow)ＷＬＡＮ空口最核心機制和ＧＳＭ不同ＧＳＭ是８個時隙是獨占的CSMA/CAFrameExchange

DIFSDIFSDIFSSTA1STA2STA3STA4退避窗口退避窗口退避窗口分布式幀間隔〔DCFinterframespace，簡稱DIFS〕109357610254810FrameExchangeFrameExchangeFrameExchange時間空閑空閑

空閑空閑空閑空閑CSMA/CA_優(yōu)先級隱藏節(jié)點問題隱藏終端：A和C互不知道障礙物導致AC之間信號衰減如果多于兩個節(jié)點同時發(fā)送〔如圖中AC〕將在B處沖突解決方案RTS/CTS隱藏節(jié)點問題的解決_RTS/CTS802.11n的關(guān)鍵技術(shù)802.11n是IEEE802.11協(xié)議中繼802.11b/a/g后又一個無線傳輸標準協(xié)議，802.11n將802.11a/g的54Mbps最高發(fā)送速率提高到了300Mbps，其中的關(guān)鍵技術(shù)為：

MIMO-OFDM40MHz頻寬模式幀聚合

ShortGIMIMO-OFDMMIMO-OFDM是OFDM和MIMO相結(jié)合的技術(shù)，由于支持更多的子載波，可以實現(xiàn)20MHz下單個流到達65Mbps?；贛IMO技術(shù)，實現(xiàn)了在多條路徑上并發(fā)通信，稱之為SpatialMultiplexing。40MHz頻寬模式802.11n同時定義了2.4GHz頻段和5GHz頻段的WLAN標準，與11a/b/g每信道只用20MHz頻寬不同的是11n定義了兩種頻帶寬度：20MHz頻寬40MHz頻寬2車道變4車道40MHz頻寬將兩個20MHz頻寬的信道進行捆綁，以獲取高于2倍的20MHz頻寬的吞吐量幀聚合802.11MAC層協(xié)議消耗了相當?shù)男视米麈溌返木S護，從而大大降低了系統(tǒng)的吞吐量。802.11n引入幀聚合技術(shù)，提高MAC層效率，報文幀聚合技術(shù)包括：MSDU聚合MPDU聚合ApplicationsMSDU〔MACServiceDataUnit〕MACprocessingMPDU〔MACProtocolDataUnit〕PHYLayerP1P3MACheaderMACprocessingP2MACheaderMACheaderMACheaderMACprocessingMSDU聚合MPDU聚合P1P3P2P1P3P2P1P3P2P1P3P2ShortGIShortGuardInterval(ShortGI)

802.11a/b/g標準要求在發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須要保證在數(shù)據(jù)之間存在800ns的時間間隔，這個間隔被稱為GuardInterval(GI)。11n仍然缺省使用800ns。當多徑效應不嚴重時，可以將該間隔配置為400ns，可以將吞吐提高近10%，此技術(shù)稱為ShortGI。數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2時間時間適宜的GI時長GI時長過短干擾GI時長適宜的情況GI時長過短的情況數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2目錄無線技術(shù)根底IEEE802.11協(xié)議無線控制器工作原理AP點監(jiān)測用戶防火墻RF管理無線欺騙防護FITAP無線控制器和FITAP的功能無線控制器加密天線802.11a/b/g802.1x認證、802.11eQoS網(wǎng)管、三層漫游、平安FITAPIP網(wǎng)無線客戶端管理無線控制器和FITAP連接方式FITAP無線控制器無線控制器無線控制器L2網(wǎng)絡L3網(wǎng)絡FITAPFITAPFITAPFITAPFITAP直接連接通過二層網(wǎng)絡連接跨越三層網(wǎng)絡連接無線控制器+FITAP系統(tǒng)構(gòu)成特點由無線控制器和FITAP在有線網(wǎng)的根底上構(gòu)成的FITAP零配置FITAP和無線客戶端由無線控制器集中管理FITAP和無線控制器之間的流量被私有協(xié)議加密可以在任何現(xiàn)有的二層或三層網(wǎng)絡中部署AP直連或通過二層網(wǎng)絡連接時的注冊流程無線控制器APDHCPServer1、獲取IP地址2、發(fā)送二層播送發(fā)現(xiàn)請求4、版本、配置下載3、無線控制器發(fā)現(xiàn)響應5、用戶數(shù)據(jù)傳遞AP通過三層網(wǎng)絡連接時的注冊流程_option43方式無線控制器APDHCPServer1、獲取IP地址、option43屬性2、發(fā)送單播發(fā)現(xiàn)請求4、版本、配置下載3、無線控制器發(fā)現(xiàn)響應5、用戶數(shù)據(jù)傳遞AP通過三層網(wǎng)絡連接時的注冊流程_DNS方式APDHCPServer無線控制器1、獲取IP地址、DNSServer地址、域名2、二層播送發(fā)現(xiàn)請求7、版本、配置下載8、用戶數(shù)據(jù)傳遞長時間無響應DNSServer4、DNS解析響應5、發(fā)送單播發(fā)現(xiàn)請求6、無線控制器發(fā)現(xiàn)響應3、DNS解析請求無線控制器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理STAServerVLAN1無線控制器FITAP隧道口隧道口在無線控制器＋FITAP的架構(gòu)中，無線客戶端數(shù)據(jù)通過AP與無線控制器之間的IPinIP隧道由無線控制器集中轉(zhuǎn)發(fā)。核心交換機接入交換機FITAP隧道口STAVLAN2VLAN1SA＝STAMACDA＝PCMACVLAN＝VLAN1SIP＝DIP＝SA＝STAMACDA＝PCMACSIP＝DIP＝STAPC無線控制器L2交換機SA＝STAMACDA＝PCMACSIP＝DIP＝FITAPL2交換機無線控制器SA＝STAMACDA＝PCMACSIP＝DIP＝APPCSTASA＝APMACDA＝ACMACVLAN＝VLAN1SIP＝DIP＝IPinIP隧道封裝STA>PC的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)解IPinIP隧道封裝，802.11->802.3轉(zhuǎn)換加IPinIP隧道封裝802.11報文VLAN1VLAN1VLAN1STA1VLAN1VLAN1STA1無線控制器L3交換機SA＝STA2MACDA＝STA1MACSIP＝DIP＝SIP＝DIP＝IPinIP隧道封裝FITAP1AP1無線控制器SA＝STA2MACDA＝STA1MACSIP＝DIP＝SA＝STA2