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第2章 WiFi网络的构成
WiFi（Wireless Fidelity，英语发音为/wai/fai/）是现在流行的无线网络模式。它是一个建立于IEEE 802.11标准的无线局域网络（WLAN）设备标准，是目前应用为普遍的一种短程无线传输技术。本章将介绍WiFi网络的构成。
2.1 WiFi网络概述
WiFi是一个无线网络通信技术的标准。WiFi是一种可以将个人电脑、手持设备（如pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。下面将介绍WiFi网络的基本知识。
2.1.1 什么是WiFi网络
网络按照区域分类，分为局域网、城域网和广域网。无线网络是相对局域网来说的，人们常说的WLAN就是无线网络，而WiFi是一种在无线网络中传输的技术。目前主流应用的无线网络分为GPRS手机无线网络上网和无线局域网两种方式。而GPRS手机上网方式是一种借助移动电话网络接入Internet的无线上网方式。
2.1.2 WiFi网络结构
一般架设WiFi网络的基本设备就是无线网卡和一台AP。AP为Access Point的简称，一般翻译为“无线访问接入点”或“桥接器”，如无线路由器。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站与有线局域网络的桥梁。有了AP，就像有线网络的Hub，无线工作站可以快速轻易地与无线网络相连。
目前的无线AP可分为单纯型AP和扩展型AP。这两类AP的区别如下所述。
1. 单纯型AP
单纯型AP由于缺少了路由功能，相当于无线交换机，仅仅提供一个无线信号发射的功能。它的工作原理是将网络信号通过双绞线传送过来，经过无线AP的编译，将电信号转换成为无线电信号发送出来，形成WiFi共享上网的覆盖。根据不同的功率，网络的覆盖程度也是不同的，一般无线AP的覆盖距离可达400米。
2. 扩展型AP
扩展型AP就是人们常说的无线路由器。无线路由器，顾名思义就是带有无线覆盖功能的路由器，它主要应用于用户上网和无线覆盖。通过路由功能，可以实现家庭WiFi共享上网中的Internet连接共享，也能实现ADSL和小区宽带的无线共享接入。
2.1.3 WiFi工作原理
WiFi的设置至少需要一个Access Point（AP）和一个或一个以上的客户端。AP每100ms将SSID（Service Set Identifier）经由beacons（信号台）封包广播一次。beacons封包的传输速率是1Mbit/s，并且长度相当的短。所以，这个广播动作对网络性能的影响不大。因为WiFi规定的传输速率是1Mbit/s，所以确保有的WiFi客户端都能收到这个SSID广播封包，客户端可以借此决定是否要和这一个SSID的AP连线。
2.1.4 AP常用术语概述
当用户在配置AP时，会有一些常用术语配置项，如SSID、信道和模式等。下面分别对这些进行详细介绍。
1．SSID
SSID是Service Set Identifier的缩写，意思是服务集标识。SSID技术可以将一个无线局域网分为几个需要不同身份验证的子网络，每一个子网络都需要独立的身份验证，只有通过身份验证的用户才可以进入相应的子网络，防止未被授权的用户进入本网络。
许多人认为可以将SSID写成ESSID，实际上SSID是个笼统的概念，包含了ESSID和BSSID，用来区分不同的网络，多可以有32个字符。无线网卡设置不同的SSID就可以进入不同网络。SSID通常由AP广播出来，通过系统自带的扫描功能可以查看当前区域内的SSID。出于安全考虑可以不广播SSID，此时用户就要手动设置SSID才能进入相应的网络。简单地说，SSID就是一个局域网名称，只有设置为名称相同的SSID值的计算机才能互相通信。所以，用户会在很多路由器上都可以看到有“开启SSID广播”选项。
2. 信道
无线信道也就是常说的无线的“频段（Channel）”，其是以无线信号作为传输媒体的数据信号传送通道。在无线路由器中，通常有13个信道。关于如何选择信道，在后面将会有详细的介绍。
3. 模式
这里的模式指的是802.11协议的几种类型。通常在无线路由器中包括五种模式，分别是11b only、11g only、11n only、11bg mixed和11bgn mixed。下面对这5种模式进行详细介绍，如下所示。
11b only：表示网速以11b的网络标准运行。也就说表示工作在2.4GHz频段，传输速度为11Mb/s，实际速度在5Mbps左右。
11g only：表示网速以11g的网络标准运行。也就说工作在2.4GHz频段，向下兼容802.11 b标准，传输速度为54Mbps。
11n only：表示网速以11n的网络标准运行。802.11n是较新的一种无线协议，传输速率为108Mbps-600Mbps。
11bg mixed：表示网速以11b、g的混合网络模式运行。
11bgn mixed：表示网速以11b、g、n的混合网络模式运行。
4. 频段带宽
频段带宽是发送无线信号频率的标准，频率越高越容易失真。在无线路由器的11 n模式中，一般包括20MHz和40MHz两个频段带宽。其中20MHz在11n的情况下能达到144Mbps带宽，它穿透性较好，传输距离远（约100米左右）；40MHz在11n的情况下能达到300Mbps带宽，穿透性稍差，传输距离近（约50米左右）。
5．WDS（无线分布式系统）
WDS（Wireless Distribution System，无线分布式系统）是一个在IEEE 802.11网络中多个无线访问点通过无线互连的系统。它允许将无线网络通过多个访问点进行扩展，而不像以前一样无线访问点要通过有线进行连接。这种可扩展性能，使无线网络具有更大的传输距离和覆盖范围。
2.2 802.11协议概述
802.11协议是国际电工电子工程学会（IEEE）为无线局域网络制定的标准。虽然WiFi使用了802.11的媒体访问控制层（MAC）和物理层（PHY），但是两者并不完全一致。本节将详细介绍802.11协议。
1997年，IEEE 802.11标准成为个无线局域网标准，它主要用于解决办公室和校园等局域网中用户终端间的无线接入。数据传输的射频段为2.4GHz，速率只能达到2Mb/s。后来，随着无线网络的发展，IEEE又相继推出了一系列新的标准。常见无线局域网标准如表2-1所示。
表2-1 常见无线局域网标准
协 议 发 布 日 期 频段（GHz） 带宽（MHz） 传输速率（Mbit/s）
802.11 1997年6月 2.4 22 2
802.11a 1999年9月 5 20 54
802.11b 1999年9月 2.4 22 11
802.11g 2003年6月 2.4 20 54
802.11n 2009年10月 2.4或者5 20 72.2
40 150
802.11ac 2013年12月
5 20 96.3
40 200
80 433.3
160 866.7
802.11ad 2012年12月（草案） 60 2或160 up to 6912（6.75Gbit/s）
在以上标准中使用多的是802.11n标准，工作在2.4GHz频段。其中，频率范围为2.400GHz～2.4835GHz，共83.5带宽。通过以上表格中，可以看到每个协议都有不同的频段和带宽。下面将详细地进行介绍。
2.2.1 频段
频段指的就是无线信道，它以无线信号作为传输媒体的数据信号传送通道。目前主流的WiFi网络设备不管是802.11b/g，还是802.11b/g/n模式，一般都支持13个信道。它们的中心频率虽然不同，但是因为都占据一定的频率范围，所以会有一些互相重叠的情况。13个信道的频率范围，如表2-2所示。
表2-2 信道的频率范围
信 道 中 心 频 率 信 道 中 心 频 率
1 2412MHz 8 2447MHz
2 2417MHz 9 2452MHz
3 2422MHz 10 2457MHz
4 2427MHz 11 2462MHz
5 2432MHz 12 2467MHz
6 2437MHz 13 2472MHz
7 2442MHz
通过了解这13个信道所处的频段，有助于用户理解人们常说的三个不互相重叠的信道含义。无线网络可在多个信道上运行。在无线信号覆盖范围内的各种无线网络设备应该尽量使用不同的信道，以避免信号之间的干扰。表2-2中是常用的2.4GHz（=2400MHz）频带的信道划分，实际一共有14个信道，但第14个信道一般不用。每个信道的有效宽度是20MHz，另外还有2MHz的强制隔离频带。也就是说，对于中心频率为2412MHz的1信道，其频率范围为2401MHz～2432MHz。具体14个信道的划分，如图2.1所示。
图2.1 信道的划分
从该图中可以看到，其中1、6、11这3个信道（实线标记）之间是完全没有重叠的，也就是人们常说的3个不互相重叠的信息。在图中也很容易看清楚其他各信道之间频段重叠的情况。另外，如果设备支持，除1、6、11这3个一组互不干扰的信道外，还有（2，7，12）、（3，8，13）、（4，9，14）3组互不干扰的信道。
