WiFi通信

1、WiFi技术简介
1）概念：Wifi全称Wireless Fidelity（无线保真）,实质上是一种商业认证，具有Wi-Fi认证的产品符合IEEE 802.11无线网络规范,它是当前应用最为广泛的WLAN标准，采用2.4G和5G两个频谱下。WiFi是WLAN中的一种技术, 但很多时候都把Wi-Fi等同于WLAN理解。Wi-Fi (Wireless Fidelity)，无线保真技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的是2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。其目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b。
2）特点：最大数据传输速率为11Mbps，也可根据信号强弱把传输率调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps带宽。室外无障碍物的传输范围为可达300米，室内有障碍的情况下最大100米，是现在使用最多的传输协议。


注：QoS（Quality of Service，服务质量）指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力, 是网络的一种安全机制， 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。 在正常情况下，如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不需要QoS，比如Web应用，或E-mail设置等。但是对关键应用和多媒体应用就十分必要。当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。
3）发展历程：


WLAN与WIFI的区别：
WLAN全称为：Wireless Local Area Networks，中文解释为：无线局域网络，是一种利用射频(Radio Frequency RF)技术进行数据传输的系统，该技术的出现绝不是用来取代有线局域网络，而是用来弥补有线局域网络之不足，以达到网络延伸之目的，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，实现无网线、无距离限制的通畅网络。WIFI就是WLANA（无线局域网联盟）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系，但因为WIFI 主要采用802.11b协议，因此人们逐渐习惯用WIFI来称呼802.11b协议。从包含关系上来说，WIFI是WLAN的一个标准，WIFI包含于 WLAN中，属于采用WLAN协议中的一项新技术。

2、WiFi组建方法：
一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网，也可不要AP，只需要每台电脑配备无线网卡。AP为AccessPoint简称，一般翻译为“无线访问节点”，或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用，WiFi更显优势，有线宽带网络（ADSL、小区LAN等）到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够，甚至用户的邻里得到授权后，则无需增加端口，也能以共享的方式上网。
注：AP与无线路由器的区别：AP即无线接入点，分为单纯性AP和有路由功能的AP，后者即为无线路由器。

3、Wifi网络的体系结构：
根据组网方法，分为三种：无中心网络、有中心网络和ESS LAN。


注：Ad Hoc模式：即点对点模式，是自组网模式，各个点都是平等的，任意一点均可以和其他节点进行通信，不需要中心点；Infrastructure模式无线局域网是指通过AP互连工作模式，把AP看做传统局域网中集线器功能，Infrastructure 时无线设备（如手机，本子）是作为从设备连接到路由（ap）上的。

4、WiFi IEEE 802.11协议
1）802.1标准的四种主要组件：
工作站（Station）：构建网络的主要目的是为了在工作站间传送数据。所谓工作站，是指配备无线网络接口的计算设备。
接入点（Access Point）：802.11网络所使用的帧必须经过转换，方能被传递至其他不同类型的网络。具备无线至有线的桥接功能的设备称为接入点，接入点的功能不仅于此，但桥接最为重要。
无线媒介（Wireless Medium）：802.11标准以无线媒介在工作站之间传递帧。其所定义的物理层不只是一种，802.11最初标准化了两种射频物理层以及一种红外线物理层。
分布式系统（Distribution System）：当几个接入点串联以覆盖较大区域时，彼此之间必须相互通信以掌握移动式工作站的行踪。分布式系统属于802.11的逻辑组件，负责将帧转送至目的地。
2）分层结构：802.11协议定义了WLAN物理层以及MAC层的协议标准。
注：网上有两种版本，现以第二种版本来作说明。

物理层：
物理层由三部分组成：物理层管理层、 物理层会聚协议（PLCP） 和物理介质依赖子层（PMD）。物理层的功能：①载波监听：为MAC层提供物理载波监听功能；避免数据冲突；通过PMD实现介质状态检查和载波监听。②提供接口：实现数据帧比特流的传送与接收；通过PICP实现接收，将PMD转换为传输模式；发送完成后，关闭发送器，PMD转换为接收模式。③提供信号载波：使数据可以传输在无线介质上。

PLCP子层帧格式：

MAC层CAMA机制：

MAC层（媒体访问控制子层）功能：
①访问控制功能：分布式协调功能（DCF）：竞争获取访问权；基于CSMA/CA；点协调功能（PCF）：无竞争传送方式；AP进行轮询，站点在轮询到时才能传输。
②网络连接功能：通过被动或主动方式加入AP。
③寻址和帧识别功能：在LLC（逻辑连接控制子层）层的支持下执行。
④身份验证和数据加密：保证无线网络身份的确认、访问的安全。
数据链路层由两部分组成：逻辑连接控制子层（LLC）、媒体访问控制子层（MAC）。
MAC层的帧分类：
①　数据帧：负责将MSDU传输到目标站，转变给相应的LLC层。
②　控制帧：在工作站和AP之间建立连接并认证后提供辅助功能，包括RTS帧、CTS帧和ACK帧等。
③　管理帧：负责在工作站和AP之间建立初始通信、提供连接或认证等。包括Probe Requesst/Response帧（主动扫描时）、Beacon帧（信标帧，被动扫描时AP发出）、ReAssociation Request/Response帧（从ESS的一个BSS漫游到另一个BSS进行重新关联，以便新AP联系老AP取得原来的关联信息）。

5、Wifi传输认证过程：
1）无线扫描：用户接入过程首先需要通过主动/被动扫描，再通过认证和关联两个过程后才能和AP建立连接。
2）认证过程：为防止非法用户接入，首先需要在用户和AC/FATAP/Gateway之间建立认证，认证机制包括两种。只有通过认证后才能进入关联阶段。
无加密认证：以 SSID (Service Set ID)作为最基本的认证方式。包括开放系统认证和封闭系统认证两种
共享密钥认证：使用共享密钥的方式进行身份认证，采用WEP(Wired Equivalent Privacy)密钥作为共享密钥。
3）关联过程：如果用户想通过AP接入无线网络，用户必须同特定的AP关联。当用户通过指定SSID选择无线网络，并通过AP认证后，就可以向AP发送关联请求帧。AP将用户信息添加到数据库，向用户回复关联响应。用户每次只可以关联到一个AP上，并且关联总是由用户发起。
注：AC的概念：它是指无线接入控制服务器(AC)， 接入控制器(AC) 无线局域网接入控制设备，负责把来自不同AP的数据进行汇聚并接入Internet，同时完成AP设备的配置管理、无线用户的认证、管理及宽带访问、安全等控制功能；Fat模式是传统的WLAN组网方案，无线AP本身承担了认证终结、漫游切换、动态密钥产生等复杂功能，相对来说AP的功能较重，因此称为Fat AP。Gateway网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。