WLAN从入门到精通

WLAN从入门到精通基础篇第1期WLAN定义和基本架构关于WLAN，相信大家对它早已不陌生了。几乎每天我们都能体验到WLAN给我们的生活带来的高效和便捷。在家里，通过无线路由器，我们不必再端端正正的坐在电脑旁，可以坐在沙发上，躺在床上，甚至可以坐在马桶上收发邮件，在线欣赏欧美***，尽情享受摆脱有线束缚带来的自由。在候车室，手捧笔记本和Pad的人们正逐渐代替手捧报纸和杂志的人们。走进咖啡厅，越来越多的人第一件事不是点餐，而是询问咖啡厅无线网络的密码……。随着WLAN的来势汹汹，越来越多的人想了解WLAN技术，WLAN也成为当前热门话题之一。小编不才，愿意和大家一起学习探讨WLAN技术，解决一些WLAN方面的问题。下面请大家泡杯茶，耐心的读完下面这段文字，开始我们知道而又不知道的WLAN之旅吧。为什么说是知道而又不知道的WLAN呢？其中一个原因是很多人对WLAN已经很熟悉了，都知道WLAN，但是让大家完整的说出WLAN的定义，却很少人能说的出。WLAN的全称是WirelessLocalAreaNetwork，中文含义是无线局域网，WLAN的定义有广义和狭义两种：广义上讲WLAN是以各种无线电波（如激光、红外线等）的无线信道来代替有线局域网中的部分或全部传输介质所构成的网络。WLAN的狭义定义是基于IEEE802.11系列标准，利用高频无线射频（如2.4GHz或5GHz频段的无线电磁波）作为传输介质的无线局域网。说到这里，大家不妨和我们日常生活中的WLAN联系一下，我们经常听到的“802.11n、2.4G、5G”是不是感觉和WLAN的狭义定义有种千丝万缕的关系呀？其实，我们日常生活中的WLAN，就是指的WLAN的狭义定义。在WLAN的演进和发展过程中，其实现技术标准有很多，如蓝牙、802.11系列、HyperLAN2等。而802.11系列标准由于其实现技术相对简单、通信可靠、灵活性高和实现成本相对较低等特点，成为了WLAN的主流技术标准，且802.11系列标准也成为了WLAN技术标准的代名词。关于802.11系列标准我们后面会有详细介绍，这里大家先了解下WLAN的定义。了解了WLAN的定义之后，小编再问大家一个不太能想的到的问题，大家都有在家使用WLAN和在候车厅等大型场所使用WLAN的经历吧。大家有没有发现这两个地方的WLAN有什么不同呀？有没有想过这样一个问题：家庭房屋的面积相对较小，而候车厅面积很大，如果像家庭一样，候车厅也使用家庭使用的无线路由器，怎么覆盖候车厅那么大的面积。家庭接入的用户较少一般不会超过几十个，而在候车厅里可能是成百上千的用户在使用WLAN，候车厅怎么满足那么多的用户接入呢。有人会说是不是在候车厅里布放了很多无线路由器，以实现候车厅的大范围覆盖和多用户接入呢？但是，如果在候车厅布放很多无线路由器，当我们在硕大的候车厅来回移动时是不是要出现信号中断提醒你接入新的无线路由器的情况，就像从自己家移动到了邻居家一样，即使邻居家的无线网络名字和密码跟自己家的一样，也会出现网络中断重新获取IP地址的现象。有兴趣的童鞋可以回家和邻居试一试^_^。那么，是什么造成有的WLAN仅可以满足家庭等小场所的使用，而有的WLAN却可以满足候车厅等中大型场所使用呢。下面小编就给大家介绍一下WLAN的基本架构，在大家了解了WLAN基本架构后，上面的问题就迎刃而解了。WLAN有两种基本架构，一种是FATAP架构，又叫自治式网络架构。一种是AC+FITAP架构，又叫集中式网络架构。我们先从最熟悉的家庭无线路由器入手，家庭无线路由器采用的是FATAP架构，即自治式网络架构。FATAP英文全称是FATAccessPoint，中文称为胖接入点，也有很多人直接称为胖AP。FATAP不仅可以发射射频提供无线信号供无线终端接入，还能独立完成安全加密、用户认证和用户管理等管控功能。想一下我们家里的无线路由器，我们可以为WLAN设置密码，可以配置黑名单或白名单控制用户接入，还可以管理接入的用户（如设置用户的接入速率）等，这些都符合FATAP的特征。所以，家庭使用的无线路由器就是一种FATAP。下面的组网图是一个简单的基于FATAP架构的组网应用。FATAP功能强大，独立性强，具备自治能力，因此FATAP架构人们又称为自治式网络架构。不需要介入专门的管控设备，独自就可以完成无线用户的接入，业务数据的加密和业务数据报文的转发等功能。独立自治是FATAP的特点，也是FATAP的缺点。当单个部署时，由于FATAP具备较好的独立性，不需要另外部署管控设备，部署起来很方便，成本也较低廉，在类如家庭WLAN或者小企业WLAN的使用场景中，FATAP往往是最适合的选择。给我们感受最深刻的就是我们在家里使用一个无线路由器就能享受WLAN带给我们的便捷。但是，在大的使用场景中，如我们上面提到的候车厅，FATAP的独立自治就变成了自身的缺点。由于WLAN覆盖面积较大，接入用户较多，需要部署许多FATAP设备，而每个FATAP又是独立自治的，缺少统一的管控设备，管理这些设备就变得十分麻烦。不说别的，光为这些FATAP升一次级就是一场灾难。所以，在大量部署的情况下，FATAP会带来巨大的管理维护成本。而且由于独自控制用户的接入，FATAP无法解决用户的漫游问题。一般在中大型使用场景中人们往往不会选择FATAP架构，而是使用我们下面要讲的AC+FITAP架构。如果大家不了解漫游，可以想象下我们日常使用的手机，当坐在高铁上从一个城市移动到另一个城市，手机信号要在沿途不停的断开旧网络，接入新网络。或者想象下，我们拿着Pad等无线终端，从自己家移动到邻居家并接入邻居家的WLAN，这个过程也可以理解为漫游。后面在介绍WLAN各种特性的时候会讲到什么是漫游，大家先了解下漫游大概的概念。既然有胖AP，那对应的就应该有瘦AP。FITAP英文全称是FITAccessPoint，中文称为瘦接入点，也有很多人直接称为瘦AP。和胖AP不同，瘦AP除了提供无线射频信号外，基本不具备管控功能。也正是因为这一点，它被称为瘦AP，而上面具备管控功能的AP被称为了胖AP。为了实现WLAN的功能，除了FITAP外，还需要具备管理控制功能的设备——AC。AC英文全称是AccessController，中文称为无线接入控制器。AC的主要功能是对WLAN中的所有FITAP进行管理和控制，AC不具备射频（AC只是管理控制设备，不能发射无线射频信号），它和FITAP配合共同完成WLAN功能。这种架构就被称为了AC+FITAP架构。下图为某大型企业基于AC+FITAP架构部署的WLAN组网示意图。由上图我们可以看到，根据AC所管控的区域和吞吐量的不同，AC可以出现在汇聚层，也可以出现在核心层。而FITAP一般部署在接入层和企业分支。这种层级分明的协同分工，更能体现出AC+FITAP架构的集中控制的特点，这种架构又被大家称为集中式网络架构。使用AC+FITAP架构为像候车厅这种大型场所部署WLAN时，比使用FATAP架构更经济、高效。在AC+FITAP架构下，可以统一为FITAP下发配置，统一为FITAP进行软件升级，还可以按照时段控制FITAP的工作数量等等，这些大大降低了WLAN的管控和维护的成本。而且，由于用户的接入认证可以由AC统一管理，解决用户漫游的问题就变得很容易。综上所述，AC+FITAP架构适用于中大型使用场景，而FATAP架构适用于小型使用场景。普通家庭使用的无线路由器是FATAP架构大型场所一般使用AC+FITAP架构第2期WLAN射频和信道有这样一个段子“嫁到俺村吧，俺村条件不赖，穿衣基本靠纺，吃饭基本靠党，致富基本靠抢，娶妻基本靠想，交通基本靠走，通信基本靠吼，治安基本靠狗，取暖基本靠抖……”。拿这个段子作为本期的开篇，是想让大家开心一笑，然后借用里面的“通信基本靠吼”进入本期的主题。通信靠吼看着很落后，但仔细想想它会很先进，它哪里先进呢？想出来了吗？………………它可是“无线通信”啊！有没有被小编欺骗的感觉。没想到大声喊话是无线通信，高科技啊。如果不留心的话我们不会想到人类历史上最早的通信手段和现在一样可以是“无线”的，而且还不止这些，古代的击鼓鸣金和烽火连天也可以称为某种“无线通信”吧。学过物理的都知道，击鼓鸣金，是物体振动在介质中产生声波，传递信息到人耳，信息载体是传递声波的介质。烽火连天，或者更先进的旗语，是通过物体反射的可见光线传入人眼从而传递信息，载体是可见光。WLAN同样是无线通信的范畴，虽跟原始的“无线通信”有本质区别，但却有着共同点——都需要载体。WLAN跟日常生活中的无线广播、无线电视、手机通信一样，都是用射频作为载体。射频是频率介于3赫兹（Hz）和约300G赫兹（Hz）之间的电磁波，也可以称为射频电波或射电。人们为这段电磁波又定义了无线频谱，按照频率范围划分为极低频、超低频、中频、高频、超高频等，WLAN使用的射频频率范围是2.4GHz频段（2.4GHz～2.4835GHz）和5GHz频段（频率范围是5.150GHz～5.350GHz和5.725GHz～5.850GHz），分别属于特高频(300MHz～3GHz)和超高频(3GHz～30GHz)，用一张图来看下我们WLAN射频所在频谱的位置。5GHz频段的5.150GHz～5.350GHz和5.725GHz～5.850GHz为中国使用，各个国家使用的频宽范围不一样，贴子下方附有国家信道顺从表的参考链接，感兴趣的同学可以查看各个国家使用的5GHz频段。WLAN使用的2.4GHz频段和5GHz频段属于ISM频段。ISM，即工业（Industrial）、科学（Scientific）与医疗（Medical）。ISM频段主要开放给工业、科学、医疗三个机构使用，只要设备的功率符合限制，不需要申请许可证（FreeLicense）即可使用这些频段，大大方便了WLAN的应用和推广。了解了什么是射频后，射频是怎么作为载体传递信息的呢？我们高中物理都有学过射频传输信息的基本调制方式：调频、调相和调幅，发送端将信息调制到载波上，通过改变载波的频率、相位和振幅传递信息，接收端收到信息后，再解调还原信息。通过这样一个调制解调的过程，就实现了信息的传递。我们日常生活中遇到的调频广播，调幅广播等就是这样传递信息的。WLAN射频传输信息的基础也是调频、调相或调幅。只不过调频、调相和调幅通常用在模拟信号的传输，在数字通信领域射频的调制方式较为复杂，主要有：振幅键控、频率键控、相位键控和正交幅度调制（一种幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息）。通过下图大家可以看下载波在调制后的样子。这样看来使用射频通信和有线通信是不是没有多大区别？我们更为熟悉的有线通信其实也是将信号调制成电脉冲或光脉冲，然后放到电缆或光缆上传输。只不过射频需要解决更多的问题，如射频的反射、衍射等问题。无论是使用射频通信还是使用有线媒介的通信，其过程都可以简单的看成是信源-信道-信宿，信源是信息的发送者，信宿是信息的接收者。那么信道是什么呢？有线的信道我可以简单的理解为线缆，WLAN的信道是不是可以简单的理解为射频呢？根据“信源-信道-信宿”的描述，信道就是发送者和接收者的中间部分，那可不就是射频了。WLAN的信道是具有一定频宽的射频，就像公路要有一定的宽度一样，以便可以承载要传输的信息。对于2.4GHz频段来说，2.4GHz频段的频宽是2.4835GHz-2.4GHz=0.0835GHz=83.5MHz，WLAN是不是就使用全部的83.5MHz的频宽作为一个信道呢？这里我们使用一个比喻，有助于大家对WLAN信道的理解。我们看广播电视的时候，都知道频道吧：1频道、2频道、中央1台、中央5台。我们要看中央1台，就不能看中央5台，每次只能选定1个频道。如果中央5台使用中央1台的频率发射信号会怎样？那两个频道大家都收不到，或满屏幕的雪花。高中物理告诉我们一条波如果遇到频率相同的波会产生干扰，会根据相位差进行叠加或衰减（如：频率相同，相位相差180°的波彼此会抵