WIFI基础知识简介—李义

CMIT—Ley目录WLAN及WIFI概述WIFI协议框架WIFI信道认证和加密WIFI应用于产品WIFI性能指标章节WLAN及WIFI概述WIFI协议框架WIFI信道认证和加密WIFI应用于产品WIFI性能指标WLAN及WIFI基本概念WLAN是无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork)的简称。它是以射频无线微波通信技术构建的局域网，不用缆线即能提供传统有线局域网的所有功能，是高速有线接入的补充，属于小范围、短距离无线接入。Wi-Fi无线保真技术(WirelessFidelity)的简称，无线保真是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。有人把使用IEEE802.11系列协议的局域网就称为无线保真。甚至把无线保真等同于无线网际网路（Wi-Fi是WLAN的重要组成部分）。WIFI是WLAN无线接入中的一个主流技术标准，即IEEE802.11X标准，主要有802.11a、b、g、n等，该技术标准使用5.8和2.4G附近频段。可以说通过WIFI这种技术，可以快速方便的组建WLAN。WLAN是WIFI应用的一种体现。WLAN无线局域网示意图IEEE802.111997年，原始标准（2Mbit/s，播在2.4GHz）。IEEE802.11a1999年，物理层补充（54Mbit/s，播在5GHz）。IEEE802.11b1999年，物理层补充（11Mbit/s，播在2.4GHz）。IEEE802.11c符合802.1D的媒体接入控制层桥接（MACLayerBridging）。IEEE802.11d根据各国无线电规定做的调整。IEEE802.11e对服务等级（QualityofService,QoS）的支持。IEEE802.11f基站的互连性（IAPP，Inter-AccessPointProtocol），2006年2月被IEEE批准撤销。IEEE802.11g2003年，物理层补充（54Mbit/s，播在2.4GHz）。IEEE802.11h2004年，无线覆盖半径的调整，室内（indoor）和室外（outdoor）信道（5GHz频段）。IEEE802.11i2004年，无线网络的安全方面的补充。IEEE802.11j2004年，根据日本规定做的升级。IEEE802.11k该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范。该规范的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。IEEE802.11l预留及准备不使用。IEEE802.11m维护标准；互斥及极限。IEEE802.11n更高传输速率的改善，基础速率提升到72.2Mbit/s，可以使用双倍带宽40MHz，此时速率提升到150Mbit/s。支持多输入多输出技术（Multi-InputMulti-Output，MIMO）。IEEE802.11o针对VOWLAN（VoiceoverWLAN）而制订，更快速的无限跨区切换，以及读取语音（voice）比数据（Data）有更高的传输优先权。IEEE802.11p这个通信协议主要用在车用电子的无线通信上。它设置上是从IEEE802.11来扩充延伸，来符合智能型运输系统（IntelligentTransportationSystems，ITS）的相关应用。IEEE802.11标准列表（1）IEEE802.11qIEEE802.11r快速BSS切换(FT)(2008)IEEE802.11sMeshNetworking,ExtendedServiceSet(ESS)(July2011)IEEE802.11tWirelessPerformancePrediction(WPP)—testmethodsandmetricsRecommendationcancelledIEEE802.11uImprovementsrelatedtoHotSpotsand3rdpartyauthorizationofclients,e.g.cellularnetworkoffload(February2011)IEEE802.11vWirelessnetworkmanagement(February2011)IEEE802.11wProtectedManagementFrames(September2009)IEEE802.11xIEEE802.11y3650–3700MHzOperationintheU.S.(2008)IEEE802.11zExtensionstoDirectLinkSetup(DLS)(September2010)IEEE802.11-2012Anewreleaseofthestandardthatincludesamendmentsk,n,p,r,s,u,v,w,yandz(March2012)IEEE802.11aaRobuststreamingofAudioVideoTransportStreams(June2012)IEEE802.11abIEEE802.11ac802.11n的潜在继承者,更高传输速率的改善，当使用多基站时将无线速率提高到至少1Gbps，将单信道速率提高到至少500Mbps。使用更高的无线带宽(80MHz-160MHz)(802.11n只有40MHz),更多的MIMO流(最多8条流),更好的调制方式(QAM256)。目前是草案标准(draft)，预计正式标准于2012年晚些时间推出。Quantenna公司在2011年11月15日推出了世界上第一只采用802.11ac的无线路由器。Broadcom公司于2012年1月5日也发布了它的第一支支持802.11ac的芯片。IEEE802.11adVeryHighThroughput60GHz(December2012)-seeWiGigIEEE802.11aePrioritizationofManagementFrames(2012年3月)IEEE802.11标准列表（2）章节WLAN及WIFI概述WIFI协议框架WIFI信道认证和加密WIFI应用于产品WIFI性能指标与蓝牙一样，WiFi的协议体系遵循OSI参考模型：物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层比特流传输提供介质访问、链路管理等寻址和路由选择建立主机端到端连接建立、维护和管理会话处理数据格式、数据加密等提供应用程序间通信OSI参考模型协议架构（1）协议架构（2）物理层（PHY）数据链路层逻辑链路控制（LLC）子层介质访问控制（MAC）子层网络层（IP）传输层（TCP/UDP）应用层WiFi协议体系软件实现硬件实现物理层：802.11b定义了工作在2.4GHzISM频段上数据传输率为11Mbps的物理层，使用跳频扩频传输技术（Frequency-HoppingSpread、Spectrum，FHSS）和直接序列扩频传输技术（DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS）。MAC层：MAC层提供了支持无线网络操作的多种功能。通过MAC层站点可以建立网络或接入已存在的网络，并传送数据给LLC层。LLC层：IEEE802.11使用与IEEE802.2完全相同的LLC层和48位MAC地址，这使得无线和有线之间的桥接非常方便。但MAC地址只对WLAN唯一确定。协议架构（3）网络层：采用IP协议，是互联网中最重要的协议，规定了在互联网上进行通信时应遵守的准则。传输层：采用TCP/UDP协议，TCP是面向连接的协议，可以提供IP环境下的可靠传输；UDP是面向非连接的协议，不为IP提供可靠性传输。对于高可靠的应用，传输层一般采用TCP协议。应用层：根据应用需求实现，如HTTP协议、DNS（Domainnamesystem，域名解析系统）协议。协议架构（4）WLAN及WIFI概述WIFI协议框架WIFI信道认证和加密WIFI应用于产品WIFI性能指标章节信道也称作通道、频段，是以无线信号作为传输载体的数据信号传送通道。无线信道不是独占的，而是所有通信中的AP公用的。相同信道上工作的AP会降低吞吐量。IEEE802.11n就是在IEEE802.11g的基础上，把马路的宽度增加一倍，同时又缩短了前后车辆的车距，才获得了更高的数据吞吐量。WIFI信道（1）WIFI信道（2）实际的2.4GHzWiFi信道使用规定因国家不同而有所差异：•美国标准——11信道•欧洲标准——13信道•日本标准——14信道WIFI信道（3）常用的一种2.4GHz信道划分如下：信道中心频率（MHz）频率范围（MHz）124122401~2423224172406~2428324222411~2433424272416~2438524322421~2443624372426~2448724422431~2453824472436~2458924522441~24631024572446~24681124622451~24731224672456~24781324722461~2483WIFI信道（4）WIFI信道（5）从图中可以看出：每个信道带宽为22MHz，其中有效宽度是20MHz，另外还有2MHz的强制隔离频带。相邻的信道间有重叠，尽量不要同时使用，以免造成干扰。3个不重叠的信道：1、6、11；2、7、12；3、8、131-13个信道的中心频率：2414+（n-1）*5MHzWIFI信道（6）2.4GHz频段由于使用ISM频段，干扰较多。目前很多WiFi设备开始使用5.8GHz附近（5.725~5.850GHz）的频带，可用带宽为125MHz。该频段共划分为5个信道，每个信道宽度为20MHz，每个信道与相邻信道都不发生重叠，因而干扰较小。缺点：5.8GHz频率较高，在空间传输时衰减较为严重。如果距离稍远，性能会严重降低。章节WLAN及WIFI概述WIFI协议框架WIFI信道认证和加密WIFI应用于产品WIFI性能指标WiFi的网络安全机制有认证和加密机制两种目前典型的认证和加密机制包括：•OpenSystem•WPA/WPA2•WPS•MAC地址过滤•WEP有线等效加密•SNMP协议认证和加密（1）OpenSystem：完全不认证也不加密，任何人都可以连到无线基地台使用网络。WEP(WiredEquivalentPrivacy)：•有线等效加密•最基本的加密技术•使用RC4算法保证数据的保密性•有64位密钥和128位密钥两种加密方式•存在固有的缺陷：网络上每个客户或者计算机都使用了相同的保密字，网络偷听者能刺探到你的密钥，偷走数据并在网络上造成混乱。认证和加密（2）WPA(WiFiProtectedAccess)：•WiFi保护访问•WiFi商业联盟在IEEE802.11i草案基础上制定的一项无线局域网安全技术•目的在于替代传统的WEP安全技术•分为家用的WPA-PSK与企业用的WPA-Enterprise版本•WPA-PSK使用临时密钥完整性协议(TemporalKeyIntegrityProtocol，TKIP)加密技术，很大程度上解决了WEP加密所隐藏的安全问题认证和加密（3）认证和加密（4）•WPA2是WPA的加强版•采用高级加密协议(AdvancedEncryptionStandard，AES)•比WPA更难被破解，更安全WPA2：CCMP计数器模式密码块链消息完整码协议WLAN及WIFI概述WIFI协议框架WIFI信道认证和加密WIFI应用于产品WIFI性能指标章节WIFI于应用产品（1）无线AP是wirelessaccesspoint的简称，即无线接入点，俗称热点，其功能是把有线网络转换成无线网络，以供无线设备进入网络。无线路由器(WirelessRouter)好比将单纯性无线AP和宽带路由器合二为一的扩展型产品，它不仅具备单纯性无线AP所有功能如支持DHCP客户端、支持VPN、防火墙、支持WEP加密等等