WLAN通用基础知识介绍

WLAN基础知识课程内容第一章WLAN基础概念第二章IEEE802.11协议第三章WLAN设备第四章WLAN组网应用第五章WLAN基本功能GOWLAN基础概念无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork)是以射频无线电波通信技术构建的局域网，虽不采用缆线，但也能提供传统有线局域网的所有功能。无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸，而且还可以与有线网络环境互为备份。无线局域网(WLAN)是什么？Wi-Fi是什么？Wi-Fi联盟(Wi-FiAlliance)是一家全球及非营利性的行业协会，拥有300多家成员企业，共同致力于推动无线局域网络(WLANs)产业的发展。以增强移动无线、便携、移动和家用设备的用户体验为目标，Wi-Fi联盟一直致力于通过其测试和认证方案确保基于IEEE802.11标准的无线局域网产品的可互操作性。自2000年3月Wi-Fi联盟开展此项认证以来，已经有超过4000种产品获得了Wi-FiCERTIFIED™指定认证标志，有力地推动了Wi-Fi产品和服务在消费者市场和企业市场两方面的全面开展。几种主要的无线技术IrDABlueToothHomeRF802.11IrDAIrDA是一种利用红外线进行点到点通讯的技术。其优点是体积小，功率低，传输速率可达16Mbps，成本低。超过95%的手提电脑安装了IrDA接口。市场上还推出了可以通过USB接口与PC相连的USB-IrDA设备。IrDA是一种视距传输技术，通信设备之间不能有阻挡物。不适合于多点通信。另外IrDA设备的核心部件---红外线LED还不是一种耐用器件。BlueToothBlueTooth技术是一种用于数字化设备之间的低成本、近距离的无线通信连接技术。其程序写在一个9mm*9mm的微型芯片上，可以方便的嵌入到设备之中。BlueTooth技术工作在2.4GHz频段上。采用跳频技术，理想连接范围为10cm-10m。BlueTooth协议是电路交换与分组交换的结合，可以支持异步数据信道和多达三个同时进行话音信道。每个话音信到64kbps。数据信道为一端72kbps而另一端为57.6kbps的不对称连接，或43.2kbps的对称连接。HomeRFHomeRF(家庭无线网络)主要为家庭网络设计，是IEEE802.11与DECT(数字无绳电话标准)的结合。HomeRF采用HFSS方式，通过CSMA/CA协议提供数据通信服务。提供了与TCP/IP的良好集成，支持广播，多点传送和48位IP地址。HomeRF工作在2.4GHz的频段上，跳频带宽为1MHz，最大传输速率为2Mbps，传输范围可超过100m。802.11IEEE802.11是如今无线局域网通用的标准，它是由IEEE所定义的无线网络通信的标准。无线局域网的第一个版本发布于1997年，其中定义了媒体存取控制层(MAC层)和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以设备到设备(adhoc)的方式进行，也可以在基站(BaseStation,BS)或者访问点(AccessPoint,AP)的协调下进行。为了在不同的通讯环境下取得良好的通讯品质，采用CSMA/CA(CarrierSenseMultiAccess/CollisionAvoidance)硬件沟通方式。GOIEEE802.11协议802.11：1997年，原始标准(2Mbit/s，工作在2.4GHz)802.11a：1999年，物理层补充(54Mbit/s，工作在5GHz)802.11b：1999年，物理层补充(11Mbit/s，工作在2.4GHz)802.11c：2001年，符合802.1d的媒体接入控制层桥接(MACLayerBridging)802.11d：2001年，根据各国无线电规定做的调整，增加跨国自适应机制802.11e：2005年，支持服务等级(QualityofService)，主要用于流媒体服务802.11f：2003年，基站互连性(IAPP,Inter-AccessPointProtocol)，2006年撤销802.11g：2003年，物理层补充(54Mbit/s，工作在2.4GHz)802.11h：2004年，专为欧洲设计，动态频率选择和传输功率控制机制802.11i：2004年，无线网络的安全方面的补充802.11j：2004年，专为日本设计，按照日本无线规则所做无线覆盖半径的调整802.11k：2007年，无线资源管理，灵活调整频段频道载波等，提高频段利用效率802.11l：预留及准备不使用802.11m：2007年，修订和维护上述标准的细节802.11n：2008年，草案，更高传输速率的改善，支持多进多出技术(MIMO)。。。。802.11的发展进程从802.11标准的发展可以看出：速度、安全、QoS、漫游是无线标准的四大核心802.11的发展进程IEEE802.11工作组，负责无线局域网标准的制定无线速率标准：802.11（2M）、802.11b（11M）、802.11a/g（54M）、802.11n（600M）无线安全标准：WAPI、802.11i无线QoS标准：802.11e无线漫游标准：802.11r无线的关注点1997199819992000200120022003200420052006200720082009802.11802.11a802.11b802.11i802.11e802.11n802.11r802.11gWAPI802.11802.11b802.11a802.11g标准发布时间1997.71999.91999.92003.6可用频宽83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz频率范围2.400-2.4835GHz2.400-2.4835GHz5.150-5.350GHz5.725-5.850GHz2.400-2.4835GHz非重叠信道数33123调制技术FHSS/DSSSCCK/DSSSOFDMCCK/OFDM物理传输速率1,2Mbps1,2,5.5,11Mbps6,9,12,18,24,36,48,54Mbps6,9,12,18,24,36,48,54Mbps理论吞吐量1.6Mbps5.9Mbps24.4Mbps24.4Mbps兼容性Wi-Fi兼容与11b/g不能互通与11b产品可互通802.11b/a/g技术对比2.4GHz频段信道分配表信道中心频率(MHz)信道低端/高端频率(MHz)124122401/2423224172406/2428324222411/2433424272416/2438524322421/2443624372426/2448724422431/2453824472426/2448924522441/24631024572446/24681124622451/24731224672456/24781324722461/24832.4GHz频段信道分配表2.4GHz频段中，同一个信号覆盖范围内最多容纳3个互不重叠的信（1、6、11），以此类推！每信道占用22MHz的频带；11b采用DSSS扩频和CCK的调制方式最高提供11Mbps的速率，11g采用OFDM的扩频方式，可提供54Mbps的速率；2.4GHz频段划分图5.8GHz频段信道分配表5.8GHz中国频段中，可提供五个互不干扰的信道每信道占用20MHz频带带宽;提供6/9/12/18/24/36/48/54Mbps数据传输速率;采用OFDM调制方式;5.8GHz频段划分图234423151蜂窝覆盖示意图任意相邻区域使用无频率交叉的频道适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用应用层表示层会话程传输层网络层数字链路层物理层TCP网络操作系统NOS逻辑链路层(LLC)媒体访问控制(MAC)802.11IP802.11与OSI模型802.11基本协议跳频扩频(FrequencyHoppingSpreadSpectrum，简称FHSS)就是载波可以在一个很宽的频带上按照伪随机码的定义从一个频率跳变到另一个频率。使用FHSS技术，2.4G频道被划分成75个1MHz的子频道，接受方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次在802.11网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频方式主要是为了避免两个发送端同时采用同一个子频段。FHSS直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum，简称DSSS)就是使用具有高码率的扩频序列，在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。直接序列扩频技术将2.4Ghz的频宽划分成14个22MHz的通道(Channel)，临近的通道互相重叠，在14个频段内，只有3个频段是互相不覆盖的，数据就是从这14个频段中的一个进行传送而不需要进行频道之间的跳跃。DSSS正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,简称OFDM)技术是一种多载波发射技术，它将可用频谱划分为许多载波，每一个载波都用低速率数据流进行调制。它获取高数据传输率的诀窍就是，把高速数据信息分开为几个交替的、并行的Bit流，分别调制到多个分离的子载频上，从而使信道频谱被分到几个独立的、非选择的频率子信道上，在AP与无线网卡之间进行传送，实现高频谱利用率。OFDM802.11MAC层工作原理概述802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯。主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。802.11MAC报文分类：---数据帧用户的数据报文---控制帧协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS，ACK等---管理帧负责STA和AP之间的能力级的交互，认证、关联等管理工作，例如：Beacon，Probe，Association，Authentication等用户接入管理过程Scanning扫描802.11MAC使用Scanning功能来完成Discovery---寻找和加入一个网络---当STA漫游时寻找一个新的APPassiveScanning通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络，Beacon帧中包含该AP所属的BSS的基本信息以及AP的基本能力级，包括：BSSID(AP的MAC地址)、SSID、支持的速率、支持的认证方式，加密算法、Beacons帧发送间隔，使用的信道等。当未发现包含期望的SSID的BSS时，STA可以工作于IBSS状态ActiveScanningActiveScanning在每个信道上发送Proberequest报文，从ProbeResponse中获取BSS的基本信息，ProbeResponse包含的信息和Beacon帧类似Authentication认证802.11支持两种基本的认证方式：---OpenSystemAuthentication等同于不需要认证，没有任何安全防护能力。通过其他方式来保证用户接入网络的安全性，例如Addressfilter、用户报文中的SSID。---SharedKeyAuthentication采用WEP加密算法Attacker可以通过监听AP发送的明文Challengetext和STA回复的密文Challengetext计算出WEPKEY。STA和AP均可通过Deauthentication来终结认证关系预置AssociationSTA通过Association和一个AP建立关联，后续的数据报文的收发只能和建立Association关系的AP进行。ReassociationSTA在从一个老的AP移动到新AP时通过Reassociation和新AP建立关联。Reassociation前必须经历Authentication过程。DeassociationSTA和AP均可通过Deassociation和AP解除关联关系。As