WLAN基础知识解析
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无线工作模式
• 802.11b/g • 802.11n/g
– 802.11ng模式，工作在2.4Ghz，向前兼容 802.11b/g的station.
• 802.11a/n
– 802.11AN模式，与802.11A工作在相同的 5Ghz，向前兼容802.11a
• OnlyN（可选项）
– Enable工作在纯N模式下，传统的abgstation 无法与AP连接
终端与设备之 间不方便通过 线缆连接
地理环境不 适合布设有 线网络
为什么要使用WLAN网络
无线让工作更高效
不受限于时间和地点的无线网络，满足各行各业对于网络应用的需求。
体育场馆新闻中心
展馆与证券大厅
制造车间
物流运输
为什么要使用WLAN网络
• 很多的研究已经证明，WLAN产品可以在家庭及 商业中使用，对人体来说是安全。 • 典型的WLAN产品，如AP（Access Point，接入 点），输出功率为100mw，对于网卡来说，通常 只有10mw至50mw。相比较来说，手机的发射 功率在通话时可以超过1W，而无线对讲机甚至可 以达到5 W。 • 政府有相关的法令对发射功率进行严格的限制， 因此通过政府相关部门认证过的无线设备对人体 是无害的
Page15
ShortGI
• ShortGI（guardinterval）就是400nsGI(与800nsGI比 较),例如:HT-40MCSIndex=15,800nsGI是 270Mbps;400nsGI是300Mbps。 • Enable和disabledShortGI对11NDatarate的影响简单的 用以下公式表示： • ShortGIrate=10/9*Non-ShortGIRate。 如MCSindex=15时，ShortGIdisable时， Datarate=270M，ShortGIenable时Datarate=300M。 • 是否支持shortGIHtCapabilitiesinformationelement也 有对应的bit来表示。 • ShortGI由于可以显着的提升速率，是802.11N的关键技 术之一
Page20
802.11MAC层访问机制（CSMA/CA）
基本CSMA/CA的具体过程
包括载波侦听和冲突避免两个过程
载波侦听：站点在发送帧之前侦听无线信道是否空闲 ，如果是，则发送数据帧，如果当前信道忙，说明现 在有其它站点正在传输数据，则延迟发送帧直到侦听 到信道空闲 冲突避免：站点在发送帧之前要先等待一个帧间间隔 IFS（InterFrameSpacing），并且确保在IFS时间内信 道空闲 为了防止多个站点在等待IFS时间后同时发送而导致 冲突，引入了一个随机退避算法来选择一个退避时 间（backofftime）
WLAN技术对人体无害
主要内容
一、802.11技术标准
二、WLAN工作原理
三、WLAN设备及组网应用 四、线主要参数的介绍
Page6
WIFI
• Wi-Fi – 最初是Wi-Fi联盟（Wi-FiAlliance）的注册商标，用来描述基于802.11 系列协议的无线局域网技术，现在也被用来描述WLAN中移动设备的无 线接口。 Wi-Fi联盟 – 由工业界发起成立的一个全球性的非盈利组织，负责测试和认证兼容 IEEE802.11系列协议的设备，并且对于通过测试和认证的设备打上Wi-Fi 认证标志。
Page16
802.11n速率
• 在802.11a/g中规定了7个速率（6，12，18，24，36， 48和54），802.11N的速率可多达300个可选速率，但是 基准速率只有8种：6.5，13，19.5，26，39，5258.5， 65。这一基准速率相比以802.11a/g，提高了大约8% （如18->19.5）,65没有在对应于802.11a/g的速率。其 他的速率一般都来源于此8个基本速率。 • 11n的datarate与多个因素有关 – Numberofseparatestream（Nss）。就是我们所讲 的MIMO里多少个独立的空间传输串流。在目前的APs 解决方案中都是为两个独立的空间流，Nss=2。 – Channelbandwidth20/40Mhz. – ShortGI – 具体的组合请参看附录中的速率表
WLAN基础知识培训
苏州汉明科技有限公司
2018/10/19
www.hanmingtech.com
为什么要使用WLAN网络
无线让网络使用更自由
凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。
办公大楼
候机大厅
渡假山庄
商务酒店
为什么要使用WLAN网络
• 终端与交换设备之间省去布线，有效降低布线成本。 • 适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路
家庭或soho网络组网模式： Intern et
ADSLMO DEM
企业网络组网模式：
企业有线网络
Page35
FAT AP组网的局限性
Page10
为了避免信道间干扰，同一区域内的AP的工作信道不能重叠，中心频率间 隔最少为25MHz，因此最多只能有3个工作在不同信道的AP
5.8G频段信道划分
右表为美国UNII （UnlicensedNationalInformationInfrastruct ure）频段信道分配表，包含24个互不干扰的信道。 在5GHz频段以5M为步进划分信道，信道编号 n=(信道中心频率GHz－5GHz)*1000/5。 在中国802.11a工作在5.725－5.850GHz频段的5 个信道，操作信道号分别为：149、153、157、 161、165
TX TX
MAC etc
基带信号处 理
RX RX
基带信号处 理
Baidu Nhomakorabea
MAC etc
Page13
802.11n信道模式
• 两种模式可选，20MHz，40MHz。 • 20MHz时，使用一个channel。信道宽度与802.11a/b/g 相同，在802.11n标准中，强制20MHz为默认值。 • 40MHz是可选配置项，11n设备可以不支持40MHz模式， • AP在40MHz时必须相容20MHz模式，AP根据station的 能力及环境因素，动态选择20/40M的模式来发送。动态 选择的机制: – 基于动态速率选择的算法，策略与传统的802.11bg类 似。 – 当扩展信道出现冲突时，AP会关闭扩展信道，而转为 只在主信道上发送。 – 在802.11n设备中，都会支持。
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2.4G频段信道划分
信道 美国和加拿大 (MHz） 2412 2417 2422 2427 欧洲 （MHz） 2412 2417 2422 2427 中国和日本 (MHz) 2412 2417 2422 2427
对于802.11b/g 整个2.4G频段被 划分为14个信道, 每个信道的带宽 为22MHz 在802.11中,每 个站点或者AP 使用某个信道作 为传输媒介,也 被称为工作信道
•
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802.11技术标准
• IEEE802.11系列标准是无线局域网 （WLAMN-Wireless Local Area Network）技 术中应用最普遍的标准，该标准定义了物理层和 媒体访问控制（MAC）协议的规范。 • 主要包括：
– – – – – 802.11 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n
访问。在无线网络中，AP就相当于有线网络的集
线器，它能够把各个无线终端连接起来，无线终
端所使用的网卡是无线网卡，传输介质是空气。
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网络类型
• Ad hoc
• AP
• 网桥 （Bridge）
网络类型
• Mesh
• 中继
• 网卡
MESH网络 冗余 自愈
Page 29
WLAN模型：WLAN交换机网络
Page24
主要内容
一、802.11技术标准
二、WLAN工作原理
三、WLAN设备及组网应用
Page25
AP概述
无线AP(AccessPoint，无线访问节点)是一个包含
很广的名称，它不仅包含单纯性无线接入点，也
同样是无线路由器、无线网关等类设备的统称。
无线AP主要是提供无线终端到有线局域网之间的
Page21
漫游
Wireless漫游的概念 – 站点移出一个AP的信号覆盖范围外，进入 另一个AP的信号覆盖范围内，这时它需要关联 到一个新的AP上。这个过程也被称为漫游，有 时也被称为切换（Handoff），在漫游域内， 所有AP配置了相同的SSID。 Wireless漫游的分类 – –二层漫游 – –三层漫游
Page11
5.8G频段信道划分
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;
Page12
802.11n-MIMO
• MIMO是一个非常复杂的技术，简单来讲就是结合复数的RF链路和复数的天 线，同时在多个天线上发送出不同的信号，而接收端则通过通过不同的天线 将不同的信号在不同的RF链路上将不同的信号独立的解码出来。 – 多天线，MIMO在802.11N通常定义为M×N，其中M为Tx天线数，N为 接收天线数。 – 多空间串流，空间串流数是决定最高物理传输速率的参数，在802.11n中 定义了最高的串流数为4。串流数也多速率就越高，在802.11n中，在其 他参数确定后，最高速率按空间串流Nss的倍数变化，如1个独立串流最 高可达150Mbps，2独立串流则为300,3个独立空间流为450Mbps，4个 独立空间流600Mbps。 – 串流数与天线，一般而言，天线数与串流数一致，也可采用不对称的天 线数和串流数，但是天线数量必须不小于串流数，如2个空间串流的至少 需要两个天线来支持。
1 2 3 4
5
6 7 8 9 10 11 12 13 14
2432
2437 2442 2447 2452 2457 2462 X X X
2432
2437 2442 2447 2452 2457 2462 2467 2472 X
2432
2437 2442 2447 2452 2457 2462 2467 2472 2484
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AD-Hoc
• Ad-Hoc也叫对等网络，是指安装有无线网络适 配器（无线网卡）的多台计算机组成的局域网， 它们通过无线适配器进行彼此的通讯，组成了 IBSS网络。对等模式下的所有无线终端必须使用 相同的工作信道。
Page31
Roaming
• 漫游模式中，用户可随意在两个基础结构网络中 无线漫游，从而给移动办公带来了极大的方便。
Page32
桥接WDS
WDS模式是利用无线电波作为传输介质将物理上 分开的局域网连接起来。
Page33
FAT AP
天线
802.11a/b/g
加密 802.1X认证 漫游
网管
• FAT AP将WLAN的物理层，用户数据加密、 认证、漫游、网络管理等功能集于一身。
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FAT AP设备的典型组网
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2.4G频段信道划分
11个信道：每个信道占用22MHz，有且只有1个信道集合中有3个互不重叠的信道 {1,6,11} 14信道：每个信道占用22MHz，可划分为4个具有3个互不重叠信道的信道集合 {1,6,11},{2,7,12},{3,8,13},{4,9,14}，但每次只能使用一个信道集合
Page22
二层漫游
在同一个子网内的AP间漫游 由于不涉及子网的变化，因此只需保证用户在AP 间切换时访问网络的权限不变即可。
Page23
三层漫游
在不同子网内的AP间漫游 除了要实现二层漫游中提到的内容以外，通常会 采用一些特殊手段来保证用户业务的不中断。目 前较流行的做法有：MobileIP、CAPWAP隧道、 GRE隧道等。
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802.11标准
• 动态速率选择
Example:802.11b
1 Mbps 2 Mbps 5.5 Mbps 11 Mbps
主要内容
一、802.11技术标准
二、WLAN工作原理
三、WLAN设备及组网应用
Page19
用户接入管理过程
三步曲
STA
AP
第一步：发现（Discovery）
第二步：认证（Authentication） 第三步：关联（Association） STA和建立关联的AP收发数据
无线工作模式
• 802.11b/g • 802.11n/g
– 802.11ng模式，工作在2.4Ghz，向前兼容 802.11b/g的station.
• 802.11a/n
– 802.11AN模式，与802.11A工作在相同的 5Ghz，向前兼容802.11a
• OnlyN（可选项）
– Enable工作在纯N模式下，传统的abgstation 无法与AP连接
终端与设备之 间不方便通过 线缆连接
地理环境不 适合布设有 线网络
为什么要使用WLAN网络
无线让工作更高效
不受限于时间和地点的无线网络，满足各行各业对于网络应用的需求。
体育场馆新闻中心
展馆与证券大厅
制造车间
物流运输
为什么要使用WLAN网络
• 很多的研究已经证明，WLAN产品可以在家庭及 商业中使用，对人体来说是安全。 • 典型的WLAN产品，如AP（Access Point，接入 点），输出功率为100mw，对于网卡来说，通常 只有10mw至50mw。相比较来说，手机的发射 功率在通话时可以超过1W，而无线对讲机甚至可 以达到5 W。 • 政府有相关的法令对发射功率进行严格的限制， 因此通过政府相关部门认证过的无线设备对人体 是无害的
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ShortGI
• ShortGI（guardinterval）就是400nsGI(与800nsGI比 较),例如:HT-40MCSIndex=15,800nsGI是 270Mbps;400nsGI是300Mbps。 • Enable和disabledShortGI对11NDatarate的影响简单的 用以下公式表示： • ShortGIrate=10/9*Non-ShortGIRate。 如MCSindex=15时，ShortGIdisable时， Datarate=270M，ShortGIenable时Datarate=300M。 • 是否支持shortGIHtCapabilitiesinformationelement也 有对应的bit来表示。 • ShortGI由于可以显着的提升速率，是802.11N的关键技 术之一
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802.11MAC层访问机制（CSMA/CA）
基本CSMA/CA的具体过程
包括载波侦听和冲突避免两个过程
载波侦听：站点在发送帧之前侦听无线信道是否空闲 ，如果是，则发送数据帧，如果当前信道忙，说明现 在有其它站点正在传输数据，则延迟发送帧直到侦听 到信道空闲 冲突避免：站点在发送帧之前要先等待一个帧间间隔 IFS（InterFrameSpacing），并且确保在IFS时间内信 道空闲 为了防止多个站点在等待IFS时间后同时发送而导致 冲突，引入了一个随机退避算法来选择一个退避时 间（backofftime）
WLAN技术对人体无害
主要内容
一、802.11技术标准
二、WLAN工作原理
三、WLAN设备及组网应用 四、线主要参数的介绍
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WIFI
• Wi-Fi – 最初是Wi-Fi联盟（Wi-FiAlliance）的注册商标，用来描述基于802.11 系列协议的无线局域网技术，现在也被用来描述WLAN中移动设备的无 线接口。 Wi-Fi联盟 – 由工业界发起成立的一个全球性的非盈利组织，负责测试和认证兼容 IEEE802.11系列协议的设备，并且对于通过测试和认证的设备打上Wi-Fi 认证标志。
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802.11n速率
• 在802.11a/g中规定了7个速率（6，12，18，24，36， 48和54），802.11N的速率可多达300个可选速率，但是 基准速率只有8种：6.5，13，19.5，26，39，5258.5， 65。这一基准速率相比以802.11a/g，提高了大约8% （如18->19.5）,65没有在对应于802.11a/g的速率。其 他的速率一般都来源于此8个基本速率。 • 11n的datarate与多个因素有关 – Numberofseparatestream（Nss）。就是我们所讲 的MIMO里多少个独立的空间传输串流。在目前的APs 解决方案中都是为两个独立的空间流，Nss=2。 – Channelbandwidth20/40Mhz. – ShortGI – 具体的组合请参看附录中的速率表
WLAN基础知识培训
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为什么要使用WLAN网络
无线让网络使用更自由
凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。
办公大楼
候机大厅
渡假山庄
商务酒店
为什么要使用WLAN网络
• 终端与交换设备之间省去布线，有效降低布线成本。 • 适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路
家庭或soho网络组网模式： Intern et
ADSLMO DEM
企业网络组网模式：
企业有线网络
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FAT AP组网的局限性
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为了避免信道间干扰，同一区域内的AP的工作信道不能重叠，中心频率间 隔最少为25MHz，因此最多只能有3个工作在不同信道的AP
5.8G频段信道划分
右表为美国UNII （UnlicensedNationalInformationInfrastruct ure）频段信道分配表，包含24个互不干扰的信道。 在5GHz频段以5M为步进划分信道，信道编号 n=(信道中心频率GHz－5GHz)*1000/5。 在中国802.11a工作在5.725－5.850GHz频段的5 个信道，操作信道号分别为：149、153、157、 161、165
TX TX
MAC etc
基带信号处 理
RX RX
基带信号处 理
Baidu Nhomakorabea
MAC etc
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802.11n信道模式
• 两种模式可选，20MHz，40MHz。 • 20MHz时，使用一个channel。信道宽度与802.11a/b/g 相同，在802.11n标准中，强制20MHz为默认值。 • 40MHz是可选配置项，11n设备可以不支持40MHz模式， • AP在40MHz时必须相容20MHz模式，AP根据station的 能力及环境因素，动态选择20/40M的模式来发送。动态 选择的机制: – 基于动态速率选择的算法，策略与传统的802.11bg类 似。 – 当扩展信道出现冲突时，AP会关闭扩展信道，而转为 只在主信道上发送。 – 在802.11n设备中，都会支持。
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2.4G频段信道划分
信道 美国和加拿大 (MHz） 2412 2417 2422 2427 欧洲 （MHz） 2412 2417 2422 2427 中国和日本 (MHz) 2412 2417 2422 2427
对于802.11b/g 整个2.4G频段被 划分为14个信道, 每个信道的带宽 为22MHz 在802.11中,每 个站点或者AP 使用某个信道作 为传输媒介,也 被称为工作信道
•
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802.11技术标准
• IEEE802.11系列标准是无线局域网 （WLAMN-Wireless Local Area Network）技 术中应用最普遍的标准，该标准定义了物理层和 媒体访问控制（MAC）协议的规范。 • 主要包括：
– – – – – 802.11 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n
访问。在无线网络中，AP就相当于有线网络的集
线器，它能够把各个无线终端连接起来，无线终
端所使用的网卡是无线网卡，传输介质是空气。
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网络类型
• Ad hoc
• AP
• 网桥 （Bridge）
网络类型
• Mesh
• 中继
• 网卡
MESH网络 冗余 自愈
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WLAN模型：WLAN交换机网络
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主要内容
一、802.11技术标准
二、WLAN工作原理
三、WLAN设备及组网应用
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AP概述
无线AP(AccessPoint，无线访问节点)是一个包含
很广的名称，它不仅包含单纯性无线接入点，也
同样是无线路由器、无线网关等类设备的统称。
无线AP主要是提供无线终端到有线局域网之间的
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漫游
Wireless漫游的概念 – 站点移出一个AP的信号覆盖范围外，进入 另一个AP的信号覆盖范围内，这时它需要关联 到一个新的AP上。这个过程也被称为漫游，有 时也被称为切换（Handoff），在漫游域内， 所有AP配置了相同的SSID。 Wireless漫游的分类 – –二层漫游 – –三层漫游
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5.8G频段信道划分
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;
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802.11n-MIMO
• MIMO是一个非常复杂的技术，简单来讲就是结合复数的RF链路和复数的天 线，同时在多个天线上发送出不同的信号，而接收端则通过通过不同的天线 将不同的信号在不同的RF链路上将不同的信号独立的解码出来。 – 多天线，MIMO在802.11N通常定义为M×N，其中M为Tx天线数，N为 接收天线数。 – 多空间串流，空间串流数是决定最高物理传输速率的参数，在802.11n中 定义了最高的串流数为4。串流数也多速率就越高，在802.11n中，在其 他参数确定后，最高速率按空间串流Nss的倍数变化，如1个独立串流最 高可达150Mbps，2独立串流则为300,3个独立空间流为450Mbps，4个 独立空间流600Mbps。 – 串流数与天线，一般而言，天线数与串流数一致，也可采用不对称的天 线数和串流数，但是天线数量必须不小于串流数，如2个空间串流的至少 需要两个天线来支持。
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AD-Hoc
• Ad-Hoc也叫对等网络，是指安装有无线网络适 配器（无线网卡）的多台计算机组成的局域网， 它们通过无线适配器进行彼此的通讯，组成了 IBSS网络。对等模式下的所有无线终端必须使用 相同的工作信道。
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Roaming
• 漫游模式中，用户可随意在两个基础结构网络中 无线漫游，从而给移动办公带来了极大的方便。
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桥接WDS
WDS模式是利用无线电波作为传输介质将物理上 分开的局域网连接起来。
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FAT AP
天线
802.11a/b/g
加密 802.1X认证 漫游
网管
• FAT AP将WLAN的物理层，用户数据加密、 认证、漫游、网络管理等功能集于一身。
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FAT AP设备的典型组网
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2.4G频段信道划分
11个信道：每个信道占用22MHz，有且只有1个信道集合中有3个互不重叠的信道 {1,6,11} 14信道：每个信道占用22MHz，可划分为4个具有3个互不重叠信道的信道集合 {1,6,11},{2,7,12},{3,8,13},{4,9,14}，但每次只能使用一个信道集合
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二层漫游
在同一个子网内的AP间漫游 由于不涉及子网的变化，因此只需保证用户在AP 间切换时访问网络的权限不变即可。
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三层漫游
在不同子网内的AP间漫游 除了要实现二层漫游中提到的内容以外，通常会 采用一些特殊手段来保证用户业务的不中断。目 前较流行的做法有：MobileIP、CAPWAP隧道、 GRE隧道等。
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802.11标准
• 动态速率选择
Example:802.11b
1 Mbps 2 Mbps 5.5 Mbps 11 Mbps
主要内容
一、802.11技术标准
二、WLAN工作原理
三、WLAN设备及组网应用
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用户接入管理过程
三步曲
STA
AP
第一步：发现（Discovery）
第二步：认证（Authentication） 第三步：关联（Association） STA和建立关联的AP收发数据