第三章WLAN基礎(chǔ)

胡光武什么是WiFi網(wǎng)絡(luò)WiFi概念WiFi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WiFi工作原理常用術(shù)語802.11協(xié)議配置無線AP主要內(nèi)容什么是WiFI網(wǎng)絡(luò)WiFiWirelessFidelity,建立于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN:WirelessLan)傳輸技術(shù)按傳輸距離分室內(nèi)無線（indoorwifi)室外無線（outdoorwifi)無線城域網(wǎng)（WMAN：WiMAX)WLAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)AP(AccessPoint)STA(Station)AP的工作方式工作原理：AP每100ms廣播一次beacons數(shù)據(jù)包，包含其SSID（ServiceSetIDentifier),速度為1Mbit/s，由STA(客戶端）選擇是否與其關(guān)聯(lián)SSID：ServiceSetIdentifier服務(wù)標(biāo)識集，AP廣播的AP名稱出于安全考慮，可以考慮關(guān)掉無線廣播功能后續(xù)講如何突破這一點關(guān)掉后，需要手動配置連接AP的種類擴展型AP(胖AP)：無線路由器，實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備WiFi共享接入互聯(lián)網(wǎng)單純型AP(瘦AP)：僅提供無線信號發(fā)射功能，不提供路由功能，相當(dāng)于無線交換機WLAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基本服務(wù)集是802.11LAN的基本組成模塊。能互相進行無線通信的STA可以組成一個BSS（BasicServiceSet）。如果一個站移出BSS的覆蓋范圍，它將不能再與BSS的其它成員通信。基本服務(wù)集（BSS）多個BSS可以構(gòu)成一個擴展網(wǎng)絡(luò)，稱為擴展服務(wù)集（ESS）網(wǎng)絡(luò)，一個ESS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的STA可以互相通信，是采用相同的SSID的多個BSS形成的更大規(guī)模的虛擬BSS。連接BSS的組件稱為分布式系統(tǒng)（DistributionSystem，DS）擴展服務(wù)集（ESS）SSID是一個ESS的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(如:TP_Link_1201)，BSSID是一個BSS的標(biāo)識，BSSID實際上就是AP的MAC地址，用來標(biāo)識AP管理的BSS，在同一個AP內(nèi)BSSID和SSID一一映射。在一個ESS內(nèi)SSID是相同的，但對于ESS內(nèi)的每個AP與之對應(yīng)的BSSID是不相同的。如果一個AP可以同時支持多個SSID的話，則AP會分配不同的BSSID來對應(yīng)這些SSID。SSID3.無線控制器（WirelessAccessPointController,AC）一種集中控制無線AP的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，，是一個無線網(wǎng)絡(luò)的核心，負責(zé)管理無線網(wǎng)絡(luò)中的所有無線AP，對AP管理包括：下發(fā)配置、修改相關(guān)配置參數(shù)、射頻智能管理、接入安全控制等。4.Radius服務(wù)器遵循RFC2865標(biāo)準(zhǔn)，為用戶提供認證、計費和授權(quán)的服務(wù)器。一般RADIUS服務(wù)器上都有用戶的各種信息，例如用戶名，密碼等。AC通過這些信息，才能遠程的對無線用戶進行認證，保證合法用戶訪問網(wǎng)絡(luò)。WLAN的連接方式Ad-hocMode:一群使用無線網(wǎng)卡的Station，直接相互連接，資源共享，無需通過接入點（AccessPoint），該種模式通常無法連接InternetInfrastructureMode所有Station通過接入點連接成網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)資源共享WLAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)獨立基本服務(wù)集（IndependentBSS,IBSS）網(wǎng)絡(luò)，也叫Ad-hoc或無線自組織網(wǎng)絡(luò)。對等架構(gòu)模式ad-hocWLAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基本服務(wù)集(BasicServiceSet,BSS)網(wǎng)絡(luò)，又名Infrastructured網(wǎng)（基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)）。BSS架構(gòu)模式WLAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)擴展服務(wù)集(ExtentServiceSet,ESS)網(wǎng)絡(luò)。也屬于基礎(chǔ)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，DS為分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，ESS為擴展服務(wù)集標(biāo)識符。一個移動節(jié)點使用某ESS的SSID加入到該擴展服務(wù)集中，一旦加入ESS，移動節(jié)點便可實現(xiàn)從該ESS的一個BSS到另一個BSS的漫游。擴展服務(wù)集模式射頻及頻段射頻（RF，RadioFrequency）通常指頻率在3kHz到300GHz之間的電磁波，這種電磁波有穿透性好、傳播距離遠的特點，在各種無線通信中射頻技術(shù)被廣泛使用。頻段指的是射頻的頻率范圍中某一個頻率區(qū)間，比如2.4GHz~2.4835GHz就是一個頻段。在IEEE802.11b和802.11g標(biāo)準(zhǔn)中，使用的是2.4GHz~2.4835GHz頻段，這就是WLAN中常說的2.4G頻段；IEEE802.11n和802.11a中使用了5.150GHz~5.350GHz和5.725GHz~5.850GHz兩個頻段，它們在WLAN中常稱為5G頻段。發(fā)射功率及接收信號強度指示發(fā)射功率主要影響的是無線信號的有效傳播距離，從使用者角度看，發(fā)射功率就決定了覆蓋范圍和通信質(zhì)量。功率的計量單位常見有兩個：mW和dBm。mW是毫瓦的意思，常見的AP有500mW級和100mW級等。有時候發(fā)射功率還會用dBm分貝毫瓦的單位來計量，二者的換算關(guān)系是1dBm=10*lg(P(mW))，比如100mW=20dBm接收的信號強度指示RSSI（ReceivedSignalStrengthIndication）通常用于表示無線信號接收端相對于發(fā)射端收到的無線信號的強度，單位dBm。一般RSSI都是負值，而且數(shù)值越大，說明信號越好，信道與帶寬信道也稱作頻道(Channel)、頻段，是以無線信號（電磁波）作為傳輸載體的數(shù)據(jù)信號傳送通道。無線網(wǎng)絡(luò)（路由器、AP熱點、電腦無線網(wǎng)卡）可在多個信道上運行。在無線信號覆蓋范圍內(nèi)的各種無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)該盡量使用不同的信道，以避免信號之間的干擾。在WLAN中2.4G頻段中就劃分為14個信道。路由器的發(fā)射頻率寬度，一般有20MHz和40MHz兩種。20MHz穿透性越好，傳輸距離遠（100米左右），但傳輸速度只有40MHz的一半；40MHz在802.11n模式下可以達到300Mbps，但穿透力稍差，傳輸距離只有20MHz的一半。頻率與信道

什么是WiFi網(wǎng)絡(luò)WiFi概念WiFi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WiFi工作原理常用術(shù)語802.11協(xié)議配置無線AP主要內(nèi)容802.11，802.11a1997年發(fā)布，只用兩個原始數(shù)據(jù)率：1Mbps和2Mbps；使用跳頻展頻(FHSS)或直接序列展布頻譜(DSSS)；使用2.4GHz頻率，物理層采用載波偵聽多點接入/避免沖撞(CSMA-CA)技術(shù)。1999年發(fā)布，提供多種調(diào)制類型的數(shù)據(jù)傳輸率：6、9、12、18、24、36、48和54Mbps；帶52個子載波頻道的正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)；使用不需要許可證的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施(UNII)頻道內(nèi)的12個5GHz互不重疊頻帶。802.11b，802.11g802.11b1999年發(fā)布，提供各種調(diào)制類型的數(shù)據(jù)傳輸率：1、2、5.5和11Mbps；高率直接序列展頻(HR-DSSS)；使用頻率為2.4GHz。802.11g2003年發(fā)布，提供各種調(diào)制類型的數(shù)據(jù)傳輸率：6、9、12、18、24、36、48和54Mbps；可以降級到1、2、5.5和11Mbps，使用DSSS和CCK；帶52個子載波頻道的正交頻分復(fù)用(OFDM)；使用DSSS和CCK向下兼容802.11b。802.11n，802.11ac802.11n

2009年發(fā)布，提供各種調(diào)制類型的數(shù)據(jù)傳輸率：1、2、5.5、6、9、11、12、18、24、36、48、54Mbps；使用正交頻分復(fù)用（OFDM）、以及多輸入/多輸出（MIMO）和頻道綁定（CB）技術(shù)；無論有無CB，均為不需要許可證的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施(UNII)頻道內(nèi)的12個5GHz互不重疊頻帶。802.11ac2014年1月發(fā)布，提供各種調(diào)制類型的數(shù)據(jù)率：200、400、433、600、867Mbps、1.3Gbps等；兼容802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)。802.11ax802.11ax，

也稱為高效無線網(wǎng)絡(luò)(High-EfficiencyWireless,HEW)，是802.11ac吞吐率的4倍，可在人員高密度部署環(huán)境下部署，改進了多項新技術(shù)，例如正交頻分復(fù)用多址接入（OFDMA）、更高的調(diào)制階數(shù)（1024QAM）、更多的FFT點數(shù)、更窄的子載波間隔、上下行OFDMA技術(shù)、上下行MU-MIMO技術(shù)、空間復(fù)用技術(shù)等。802.11協(xié)議

IEEE802.11 －最初的WLAN標(biāo)準(zhǔn)(1997)。

IEEE802.11a －對的802.11的帶有在5GHz54Mbit/s增進(1999)。

IEEE802.11b －對802.11的增進來支持5.5和11Mbit/s

(1999)。

IEEE802.11c －網(wǎng)橋操作程序，包含在IEEE802.1D（2001）標(biāo)準(zhǔn)

IEEE802.11d －國際（國家到國家）漫游增強(2001)。

IEEE802.11e －增進：QOS，包含數(shù)據(jù)包脈沖(2005)。

IEEE802.11f －內(nèi)部訪問點協(xié)議(2003)。

IEEE802.11g －對802.11b和802.11a（與b后向兼容）(2003)

IEEE802.11h －歐洲兼容的頻譜管理的802.11a(5GHz)(2004)

IEEE802.11i －增強了安全性(2004)。

IEEE802.11j －對日本增強(2004)

IEEE802.11-2007 －2007年重新修訂的完整版本

IEEE802.11k －無線電資源度量增進

IEEE802.11m －這個標(biāo)準(zhǔn)的維護；零碎事宜

IEEE802.11n －對802.11a,b,g的增進，使用MIMO

IEEE802.11p －對車載環(huán)境（例如救護車和客車）的無線訪問

IEEE802.11r －快速漫游

IEEE802.11s －ESS增強服務(wù)集網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)

IEEE802.11t －無線性能預(yù)測(WPP)－測試方法和方式推薦

IEEE802.11u －與非802網(wǎng)絡(luò)（例如，蜂窩）的交互網(wǎng)絡(luò)

IEEE802.11v －無線網(wǎng)絡(luò)管理

IEEE802.11w －受保護的管理幀

IEEE802.11y －在美國的3650-3700頻段操作

IEEE802.11z －對直接鏈路設(shè)置(DLS)的增強802.11標(biāo)準(zhǔn)的演變更快的速度更強的性能更廣的使用更好的管理物理層增強功能增強MAC層增強頻譜管理增強物理層增強802.11b802.11a802.11g1999年發(fā)布，2.4Ghz，DSSS/CCK1999年發(fā)布，5.8Ghz，OFDM2003年發(fā)布，2.4Ghz，OFDM802.11n2.4Ghz+5.8Ghz，MIMO+OFDM物理層增強1.00ms/0.72msDSSS/CCK(1-8bits/seq)802.11bBPSKQPSK20MHzOFDM(52sub-carriers)...802.11a/gBPSKQPSK16QAM64QAM1/2,2/3,3/4-rateconvolutionalcode802.11n信道劃分802.11b和802.11g的工作頻段在2.4GHz（2.4GHz-2.4835GHz），其可用帶寬為83.5MHz，中國劃分為13個信道，每個信道帶寬為22MHz

北美/FCC

2.412-2.461GHz(11信道)

歐洲/ETSI

2.412-2.472GHz(13信道)

日本/ARIB

2.412-2.484GHz(14信道）信道劃分IEEE802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)工作在2.4G頻段，頻率范圍為2.400—2.4835GHz，共83.5M帶寬劃分為14個子信道每個子信道寬度為22MHz相鄰信道的中心頻點間隔5MHz

相鄰的多個信道存在頻率重疊(如1信道與2、3、4、5信道有頻率重疊)整個頻段內(nèi)只有3個（1、6、11）互不干擾信道2.4GHZ在中國的劃分物理層增強16112.412G2.4GHz2.4172.4222.4272.4322.4372.4422.4472.4522.4572.4622.4672.4722.4835GHz234125789101322MHz中國規(guī)定使用1－11信道。由上圖可知，某信道的信號傳送時會與相鄰的多個信道產(chǎn)生重疊，若在同一個空間建立多個BSS/IBSS時，要讓它們所用的信道不會互相重疊而產(chǎn)生干擾。在同一個空間最多只能使用1、6、11這三個信道，若選用其他信道，最多只能有2個互不干擾的信道?；ゲ恢丿B信道的選擇信道的頻率范圍信道中心頻率MHz信道中心頻率MHz124128244722417924523242210245742427112462524321224676243713247272442142484頻率與信道信道：Channel,通常為13個信道工作模式，一般有如下五種：11bonly(11Mbps),11gonly(54Mbps),11nonly(72.2~150Mbps)11bgmixed,11bgnmixed頻段帶寬：無線信號頻率的標(biāo)準(zhǔn)，越高越失真，一般包括20M,40MHz兩個頻道802.11在TCP/IPOSI協(xié)議棧的位置ApplicationLayerTransportLayerIPLayerMAC層增強服務(wù)質(zhì)量增強802.11e，2005年

安全性能增強802.11i，2004年

WPA（2003年）/WPA2（2006年）

802.11w，制定中，提供控制幀的保護

切換性能增強802.11r，制定中，提高切換性能頻譜管理增強802.11d802.11h802.11j802.11y2004年推出日本兼容頻譜管理支持4.9-5Ghz2001年推出國際漫游增強2003年推出歐洲兼容頻譜管理提供動態(tài)頻率選擇發(fā)送功率控制

預(yù)計2008年推出

USA3.65-3.7Ghz將802.11技術(shù)擴展到其他頻段，以擴展802.11的使用范圍更廣的使用功能擴展802.11c802.11f802.11k802.11v802.11s802.11m標(biāo)準(zhǔn)的維護MESH網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)橋操作程序AP間通信無線網(wǎng)絡(luò)管理安全性能增強存在嚴重安全漏洞提供802.1X接入控制，CCMP加密802.1x/EAP認證PSK模式認證提供無線局域網(wǎng)控制幀保護1999WEP機制2004802.11i協(xié)議2006WPA標(biāo)準(zhǔn)802.11wCSMA/CD（載波偵聽多路訪問/沖突避免）原理為了減少數(shù)據(jù)的傳輸碰撞和重試發(fā)送，防止各站點無序地爭用信道，無線局采用了與以太網(wǎng)CSMA/CD機制相類似的CSMA/CA協(xié)議由于無線網(wǎng)絡(luò)中沖突檢測比較困難，IEEE802.11規(guī)定MAC子層中采用沖突CA避免機制，而不是以及網(wǎng)的沖突檢測CD機制采用物理偵聽/虛擬載波偵聽采用RTS/CTS+ACK模式RTS/CTS+ACK四次握手使用wirelessmonitor進行無線網(wǎng)絡(luò)掃描使用wirelessmonitor進行無線網(wǎng)絡(luò)掃描使用wirelessmonitor進行無線網(wǎng)絡(luò)掃描使用wirelessmonitor進行無線網(wǎng)絡(luò)掃描使用wirelessmonitor進行無線網(wǎng)絡(luò)掃描現(xiàn)在，輪到你動手做實驗了Doitbyyourself實驗指導(dǎo)書：利用WirelessMon進行無線掃描要求：將主要實驗步驟截圖，放到一個word文檔里，統(tǒng)一進行檢查什么是WiFi網(wǎng)絡(luò)WiFi概念WiFi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WiFi工作原理常用術(shù)語802.11協(xié)議配置及連接無線AP主要內(nèi)容配置及管理AP

WS832家用無線路由器華為WS330AP配置信息察看修改管理員密碼設(shè)備管理察看日志一鍵式診斷診斷工具無線AP配置無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)置無線接入控制網(wǎng)橋設(shè)置訪問網(wǎng)絡(luò)設(shè)置實驗2：管理及配置AP要求：2人一組，老師發(fā)放AP配置AP，以你的學(xué)號后兩位作為AP名稱（無指導(dǎo)書）要求：將主要實驗步驟截圖，放到一個word文檔里，統(tǒng)一進行檢查STA(工作站）啟動初始化、開始正式使用AP傳送數(shù)據(jù)幀前，要經(jīng)過三個階段才能接入:掃描(SCAN)認證(Authentication)關(guān)聯(lián)(Association)

無線接入過程狀態(tài)圖狀態(tài)1：未認證、未關(guān)聯(lián)狀態(tài)2：已認證、未關(guān)聯(lián)狀態(tài)3：已認證、已關(guān)聯(lián)無線接入過程第一階段:掃描（SCAN)階段若無線站點STA設(shè)成Ad-hoc模式：

STA先尋找是否已有IBSS（與STA所屬相同的SSID）存在，如有，則參加（join）；若無,則會自己創(chuàng)建一個IBSS，等其他站來join若無線站點STA設(shè)成Infrastructure模式：

1、主動掃描方式（特點：能迅速找到）

STA依次在11個信道發(fā)出ProbeRequest幀，尋找與STA所屬有相同SSID的AP，若找不到有相同SSID的AP，則一直掃描下去…2、被動掃描方式（特點：找到時間較長，但STA節(jié)電）

STA被動等待AP每隔一段時間定時送出的Beacon信標(biāo)幀，該幀提供了AP及所在BSS相關(guān)信息：“我在這里”…無線接入過程第二階段:認證（Authentication）階段

當(dāng)STA找到與其有相同SSID的AP，在SSID匹配的AP中，根據(jù)收到的AP信號強度，選擇一個信號最強的AP，然后進入認證階段。只有身份認證通過的站點才能進行無線接入訪問。802.11提供幾種認證方法，有簡單有復(fù)雜，如采用802.1x/EAP認證方法時大致為：STA向AP發(fā)送認證請求AP向認證服務(wù)器發(fā)送請求信息要求驗證STA的身份認證服務(wù)器認證完畢后向AP返回相應(yīng)信息如果STA身份不符，AP向STA返回錯誤信息如果STA身份相符，AP向STA返回認證響應(yīng)信息

無線接入過程第三階段:關(guān)聯(lián)（Association）階段當(dāng)AP向STA返回認證響應(yīng)信息、身份認證獲得通過后，進入關(guān)聯(lián)階段。STA向AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請求AP向STA返回關(guān)聯(lián)響應(yīng)至此，接入過程才完成，STA初始化完畢，可以開始向AP傳送數(shù)據(jù)幀。AuthenticationServerAPSTAProbeRequestProbeResponse●●●ProbeRequestProbeResponseSSID比較AuthenticationRequestAuthenticationResponseAssociationRequestAssociationResponse掃描認證關(guān)聯(lián)Y無線接入過程示意圖幀的類型數(shù)據(jù)幀(傳