Wi-Fi技术——初识

一、无线局域网WLAN

无线局域网WLAN：利用射频技术，使用电磁波并利用无线信道作为传输介质的计算机网络，以此所构成的局域网络，在空中进行通信连接。

• 其出现弥补了有线网络的不足，达到网络延伸的目的，实现无网线，无距离限制的通信网络
• 常用的WLAN实现技术有蓝牙 ，zigbee ， Wi-Fi 等

Wi-Fi：Wireless Fidelity，直译为无线保真技术，一种无线网络通信技术

• 一种允许电子设备（如智能手机、笔记本电脑、平板电脑等）连接到无线局域网（WLAN）的技术。
• 使用无线电波进行数据传输，使得用户能够在一定范围内自由移动并访问网络资源
• 即采用IEEE802.11标准的WLAN通信技术

当前由**Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）**拥有，使用在符合IEEE802.11标准上，目标是改善基于IEEE802.11标准的无线产品之间的互通性。

• 所谓的互通性就是，不同芯片厂商，产品商的WIFI产品可以基于IEEE802.11标准之下无障碍，流畅的进行通信交互。
• 为了达到这个目的，WIFI联盟提出市面上流通的WIFI产品需要去他们指定的认证实验室进行认证测试。

与有线通信相比，无线通信：

• 通过无线进行通信，在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
• 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
• 收发无线信号功耗较大，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

二、Wi-Fi技术

2.1 IEEE 802.11标准

IEEE 802.11标准为IEEE的802项目中的第11工作组制定的一系列标准协议。

• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)电气与电子工程师协会，是一个国际性的专业学会组织，是全球最大的技术专业组织
• IEEE 802 是一个标准系列项目，包括以太网、局域网、城域网的多个技术标准
• IEEE 802.11 是 IEEE 802 标准系列中的一个工作组，专注于无线局域网 (WLAN) 技术。
• 802.11a/b/g/n… 是由 IEEE 802.11 工作组下的任务组开发的标准

该标准定义了无线局域网的物理层和媒体访问控制层（MAC层的规范，包括信号的调制方式、信道划分、数据传输速率、安全机制等。

2.2 发展历史

随着WiFi技术的不断发展，IEEE（电气和电子工程师协会）制定了一系列802.11标准来规范WiFi技术的物理层和媒体访问控制层。

这些标准包括802.11、802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac、802.11ax、802.11be等。

2.3 基本技术

• 无线电波传播：WiFi使用无线电波（主要是2.4GHz和5GHz频段）进行数据传输。这些无线电波在空间中传播，遇到障碍物时会发生反射、折射、散射等现象，影响信号的强度和覆盖范围。
• 调制解调技术：调制是将数字信号转换为适合在无线信道上传输的模拟信号的过程，解调则是其逆过程。WiFi采用多种调制技术（如OFDM、MIMO等）来提高数据传输速率和可靠性。
• 信道编码与解码：为了增强信号的抗干扰能力和纠错能力，WiFi在传输过程中会对数据进行编码处理。接收端在接收到信号后，通过解码来恢复原始数据。

2.4 频段与信道

• 频段：WiFi可以工作在多个频段上，常见的有2.4GHz和5GHz频段。2.4GHz频段穿透力强，覆盖范围广，但容易受到其他设备的干扰；5GHz频段提供更快的数据传输速度和更少的干扰，但覆盖范围较小。
• 信道：信道是频率范围的一种划分方式，用于规定无线设备在特定频段内进行通信的频率范围。在2.4GHz频段中，通常划分出13个（中国使用1-13）相互交叠的信道，而在5GHz频段中，则划分出更多的独立信道。

2.5 网络拓扑

网络术语

• STA：Station 工作站，接入无线网络的终端设备，如笔记本电脑，手机等终端设备
• AP：Access Point 无线接入点/基站，提供无线信号覆盖，如无线路由器，无线网关等
• SS：Service Set服务集，可以提供服务的范围，即AP的覆盖范围
• SSID：Service Set Identifier 服务集标识符，无线网络标识，就是常说的WiFi名称。
• BSS (基本服务集)：一个AP所覆盖的范围。在一个BSS的服务区域内，STA可以相互通信
• BSSID (基本服务集标识符)：是无线网络的一个身份标识，用AP的MAC地址表示。
• DS：distribution system 分布式系统，接入点之间转发帧的骨干网络

WLAN网络中主要包括4种实体

• 工作站Station：具有无线网络接入功能的电子终端设备
• 基站Access Point：具有无线至有线桥接功能的设备
• 无线介质Wireless Medium：以无线介质在工作站之间传递帧
• 传输系统Distribution System：基站间转送帧的骨干网络，通常就称为骨干网络（backbone network）

WLAN领域常见的网络拓扑结构有BSS，IBSS，ESS

• BSS：Basic Service Set 基本服务集，无线网络的基本服务单元，是IEEE802.11网络的基本结构，通常由一个AP和若干个STA组成。AP作为中心节点，协调与其关联的设备之间的通信。
• IBSS：Independent Basic Service Set 独立基本服务集，没有AP，由若干个STA组成。这种结构中，每个设备直接和其他设备进行通信。
• ESS：Extended Service Set 扩展服务集，由两个或者多个BSS组成，通过分布系统连接，组成更大规模的扩展网络。此网络结构中有相同的SSID

参考

• WiFi基础(二)：最新WiFi信道、无线OSI模型与802.11b/g/n
• 无线网络——WLAN详解
• WIFI驱动开发——WIFI基础知识汇总
• WiFi基础知识解析
• WiFi技术学习路线图：从基础到精通的全面指南