802.11 无线网络权威指南-第1章 无线网络导论
相关背景知识
1、IEEE 802网络（Ethernet）
以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。
Ethernet的共享竞争（shared contention）：只要网络空闲，网络中的任意主机均可发送数据，这种竞争机制导致冲突和碰撞不可避免，网络规模越大，冲突和碰撞的概率越大
2、无线电波（Airwave）
电磁波（Electromagnetic wave）是由方向相同且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波
电磁波是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性，其粒子形态称为光子
电磁波在真空中传播速率固定，速度为光速，约为 3 x 10^8 m/s
电磁波具有能量，电磁波是一种物质，由电场和磁场共同组成，但没有质量
电磁波有三大属性，即振幅（强度、光强）、频率（波长）和波形（频谱分布）
频率介于3 Hz~300 GHz，波长在 1 mm~10^5 km 之间的电磁波称为无线电波（Airwave）
无线电波也称为射频电波，或简称射频、射电
无线电波按照频率范围可划分为11段无线电频谱（radio-frequency spectrum），如下：
（1）极高频（EHF）超高频（SHF）特高频（UHF）甚高频（VHF），频率 30 MHz~300 GHz，波长 1 mm~10 m
（2）高频（HF）中频（MF）低频（LF），频率 30 KHz~30 MHz，波长 10 m~10 km
（3）甚低频（VLF）特低频（ULF）超低频（SLF）极低频（ELF），频率 3 Hz~30 KHz，波长 10 km~100 Mm（10^5 km）
频率介于 300 MHz~300 GHz，波长在 1 mm~10 dm 之间的无线电波也称为微波（Microwave）
（1）特高频也称为分米波（300 MHz–3 GHz，1 dm~10 dm）
（2）超高频也称为厘米波（3 GHz–30 GHz，1 cm~10 cm）
（3）极高频也称为毫米波（30 GHz~300 GHz，1 mm~10 mm）
无线电波特点：频率越高，波长越短，传播范围越小，但在相同时间内传输的信息就越多
比无线电波频率更高、波长更短的电磁波就是红外线（300GHz~400THz）、可见光（400THz~750THz）、紫外线（750THz~30PHz）、X射线（30PHz~30EHz）、γ射线（>30EHz）
激光（LASER，Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）通常是在特定条件下使用一定的技术方法人为产生的
激光的频率范围在3.846×10^（14）Hz 到 7.895×10^（14）Hz，即（384.6 THz~ 789.5 THz）
一般无线网络均使用无线电波传输数据，也有使用红外线进行通信的，在一些特定场合，也存在使用激光进行通信的方式
其中，802.11 无线网络使用2.4 GHz和5 GHz的无线电波进行通信
无线电频谱作为一种重要的战略资源，属于国家所有，其使用受到政府的严格控制，需要获得许可证才能合法使用
美国、欧洲和中国的无线电频谱主管单位如下：
（1）美国：联邦通信委员会
（2）欧洲：欧洲无线电通信局
（3）中国：工业和信息化部无线电管理局（国家无线电办公室）
3、无线网络
无需布线就能实现各种通信设备互联的网络称为无线网络（Wireless network）
无线网络使用电磁波在空间中传输数据，在小范围的局域网中，无线网络通常使用无线电波或红外线作为传输介质来传输数据
为了防止重复使用无线电波，通常以频带（band）来配置频率
频带就是分配给特定应用的频率范围，无线网络设备则通常被限定在特定的频带上操作
带宽：每个频带都有相应的带宽（bandwidth），即该频带可供使用的频率空间总和
带宽是评断链路（Link）数据传输能力的基准，一般较大的带宽可以传输更多的信息
ISM频带：工业（industrial）、科学（scientific）、医疗（medical），ISM频带是保留给工业、科学或者医疗设备使用
一般无线电频带需要获得许可证才能合法使用，但只要设备符合功率限制，不需要申请许可证即可使用ISM频段
在美国地区中，2.4~2.5 GHz、5.725~5.875 GHz都属于ISM频带，无线网络就使用了这两个频带
在中国的ISM频带划分如下：（《中华人民共和国工业和信息化部公告2019年第52号》解读_解读_中国政府网）
（1）6765-6795kHz（中心频率6780kHz）、61-61.5GHz（中心频率61.25GHz）、122-123GHz（中心频率122.5GHz）、244-246GHz（中心频率245GHz）频段用于ISM应用，但其使用须经无线电主管部门给予特别批准
（2）13553-13567kHz（中心频率13560kHz）、26957-27283kHz（中心频率27120kHz）、40.66-40.7MHz（中心频率40.68MHz）、2400-2500MHz（中心频率2450MHz）、5725-5875MHz（中心频率5800MHz）、24-24.25GHz（中心频率24.125GHz）频段也用于ISM应用
无线网络根据网络覆盖范围的大小，可分为：
（1）无线个人网（WPAN，Wireless Personal Area Network），用户个人将便携式设备通过通信设备进行短距离无线连接的网络，例如蓝牙（Bluetooth）、zigbee等
（2）无线局域网（WLAN，Wireless Local Area Network），负责在短距离范围之内的无线通信接入功能的网络，例如Wi-Fi
（3）无线城域网（WMAN，Wireless Metropolitan Area Network），让接入用户访问到固定场所的无线网络，其将一个城市或者地区的多个固定场所进行连接起来
（4）无线广域网（WWAN，Wireless Wide Area Network)），基于移动通信基础设施，由中国移动、中国联通等运营商经营，负责一个城市，甚至整个国家的通信服务
前言
作者（Matthew Gast）博客：Matthew Gast
无线局域网络（WLAN，wireless local area network）的种种可能性
相较于固定网络，无线网络的优点如下：
1、移动性。用户可以四处游走。
2、部署容易，构建快速。无需考虑布线问题，可快速构建小型网络。
3、灵活性。因无需担心布线问题，所以非常容易扩展网络，广泛用于旅馆、机场、车站、图书馆、咖啡馆。
4、成本低。除初期的网卡、接入点等设备的购置成本外，后期运营成本微乎其微。
学习无线局域网络需要的计算机网络相关背景知识如下：
1、IEEE 802网络（Ethernet）
2、OSI参考模型
3、TCP/IP等通信协议
正文
1、为何需要无线网络
提供人们移动性
让软件开发人员不必再受Ethernet缆线的束缚
具有相当大的灵活性，部署快速，无论人数多少，节省装潢、网络损坏分析的成本
早期的无线网络使用红外线，但红外线容易受到障碍物的阻隔，传播距离有限
市面上大多数802.11产品均采用无线电波作为物理层传输介质
2、无线网络的特色
无线网络与固定式网络是互补的关系，而非取而代之的技术，在实际中可以根据具体情况选择合适的网络方式
相较之下，无线网络具有以下几点特色：
（1）没有实体界限
无线网络所使用的传输媒介更为开放，任何对无线电技术有所了解的人均可随意发送和接受信号。同时，无线电波通常会偏离原来的目的地。
因此，使用无线网络时需要思考：如何防止未经授权的使用（unauthorized use）、流量注入（traffic injection）、流量分析（traffic analysis）等问题
（2）动态物理媒介
无线局域网络使用的物理媒介处于动态变化中，无线电波遇到物体会反射，可以穿墙，也可能会遭遇传播上的问题（比如多重路径干扰与死角）。
因此，无线网络必须仔细验证所接收到的数据帧以防止帧漏失，802.11以肯定确认（positive acknowledge）应对这种情况，通过牺牲一些流量来确保帧的传送
要提升无线网络的速度有两种方式，以达到在单位时间内装载更多数据的目的：
a、分配更多频谱
b、提升链路的编码能力
802.11网络将无线信道的带宽维持在30 MHz不变，通过大幅改良编码的方式来提升速度
编码方式越快，接收器就必须分辨越细微的信号差异，需要越高的信噪比（signal to noise ratio）
（3）安全性
无线网络以无线电波为传输媒介，这种媒介是开放且易遭拦截的，因此安全性是无线网络通信协议下必须考虑的，主要包括：
a、身份认证，防止未经授权的用户访问
b、数据加密，防止数据遭到拦截或篡改数据
当无线网络的安全手动质疑时，WiFi联盟出面指定了一项过渡性的安全规范，称为WiFi保护访问（WPA，Wi-Fi Protected Access）
3、各式各样的网络
蓝牙（Bluetooth）：用于在接口设备之间构建微型网络的标准
（1）1 G 蜂窝移动通信网络，以FDM为代表，提供语音服务，已经完全被淘汰
（2）2 G 蜂窝移动通信网络，以GSM为代表，提供语音、短信服务，正逐步被淘汰。工信部印发的《“十四五”信息通信行业发展规划》明确提出“加快2G、3G网络退网，统筹4G与5G网络协同发展”，将2G/3G退网列入“十四五”期间网络基础设施的重点工作。
（3）2.5 G 蜂窝移动通信网络，以GPRS为代表，提供语音、短信、互联网接入服务，正逐步被淘汰。
（4）2.75 G 蜂窝移动通信网络，以EDGE为代表，提供语音、短信、互联网接入服务，正逐步被淘汰。
（5）3 G 蜂窝移动通信网络，以美国提出的CDMA2000、欧洲提出的WCDMA、中国提出的TD-SCDMA为代表，提供移动宽带多媒体业务（语音、数据、视频、电子邮件、互联网接入等）服务，正逐步被淘汰。
（6）4 G 蜂窝移动通信网络，以LTE、LTE-A为代表，提供比3G更快的速度
（7）5 G 蜂窝移动通信网络
802.11无线网络发展历史：
1997年，802.11-1997 2.4 GHz 2 Mbps
1999年，802.11a 5 GHz 54 Mbps
1999年，802.11b 2.4 GHz 11 Mbps
2003年，802.11g 2.4 GHz 54 Mbps
2009年，802.11n WiFi 4 2.4 / 5 GHz 600 Mbps
2013年，802.11ac WiFi 5 5 GHz 1 Gbps
2019年，802.11ax WiFi 6 2.4 / 5 GHz 9.6 Gbps
802.11-1997是第一份Wi-Fi协议标准，发布于1997年
802.11b是第三份标准，但相比第二份标准的802.11a普及率更高，是第二代Wi-Fi标准的主流产品
1999年，Wi-Fi联盟成立，该组织负责检测会员的产品是否与802.11标准兼容，Wi-Fi是Wi-Fi联盟所推广的互用性认证计划。
802.11a使用了OFDM（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing）调制方式
802.11g起开始广泛使用OFDM技术，并向下兼容
802.11n使用了MIMIO（Multiple-Input Multiple-Output）技术
802.11n（WiFi 4）的调制方式为64-QAM（Quadrature Amplitude Modulation）
802.11ac（WiFi 5）的调制方式升级至256-QAM
802.11ax（WiFi 6）的调制方式升级至1024-QAM
目前，最有可能成为WiFi 7的标准是802.11be，其调制方式将升级至4096-QAM，传输速度最高可达到 30 Gbps，在2.4 GHz和5 GHz的基础上增加了6 GHz频段
截止到2022年，联发科、高通、中兴、新华三、博通均计划或已推出WiFi 7相关产品
晶晨（amlogic）在无线网络领域已有W150S1、W155S1、W155S2、W155U1等多款WiFi 5产品，最新产品为W265P1，支持WiFi 6 标准，预计将在2022下半年量产
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