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English | 中文版

WIFI

[TOC]

无线保真(Wi-Fi) 是一种常用的无线以太网标准(802.11)。

术语

网状网(Mesh)

混合无线路由协议(HWRP)

hoc按需距离向量(AODV)

优化链路状态路由(OLSR)

有线等效保密(WEP)

临时密钥完整性协议(TKIP)

预设置共享密钥(PSK)

计数器模式(CCM)

密码块链接消息认证码(CBC-MAC)

强健安全网络(RSN)

强健安全网络访问(RSNA)

wifi_frame

802.11基本数据帧格式(见[802.11n-2009])。MPDU格式类似于以太网,但取决于接入点之间使用的DS类型:帧是发送到DS还是来自它,以及帧是否被聚合。QoS控制字段用于特殊功能,HT控制字段用于控制802.11n的“高吞吐量”功能

  • 前导码 用于同步

  • PLCP头部 以独立于物理层的方式提供特定的物理层信息

  • MPDU

    • 帧控制 2位类型字段,用于识别帧的类型:

      • 管理帧 用于创建,维持,终止站,接入点之间的连接,是否采用加密,传输网络名称(SSID和ESSID),支持哪种传输速率,以及采用的时间数据库等。

      • 控制帧 用于流量控制;

        1. 支持可选的请求发送/明确发送(RTS/CTS),通过放缓传输来进行流量控制;

          RTS/CTS阈值可以通过以下命令设置:

          iwconfig wlan0 rts 250
        2. 采用重传/确认(ACK)方法来扩展802.3重传机制,对预期在一定时间内接受一个单播帧(802.11a/b/g)或一组帧(802.11n或带“块确认”的802.11e)的响应,以避免组播/广播时的"ACK爆炸"问题;

      • 数据帧

    • 持续时间/ID

数据帧,分片和聚合

802.11支持帧分片,可以将一个帧分为多个分片;根据802.11n的规定,它也支持帧聚合,可将多个帧合并发送以减少开销。

分片有用的原因在于其出错的概率。如果误码率(Bit Error Rate,BER)为$P$,1位数据成功交付的概率为$(1-P)$,$N$位成功交付的概率为$(1-P)^N$。随着N的增长,这个值逐渐减小;因此如果我们减少一个帧的大小,理论上可改善错误交付的概率。

聚合的MAC服务数据单元(A-MSDU) 可将多个完整的802.3(以太网)帧聚合在一个802.11帧中。

聚合的MAC协议数据单元(A-MPDU) 可将多个具有相同源,目的和QoS的MPDU聚合为短帧。

wifi_frame_aggregation

802.11n中的帧聚合包括A-MSDU和A-MPDU。A-MSDU使用一个FCS聚合多个帧。A-MPDU在集合的每个802.11帧之间使用一个4字节的分隔符。每个A-MPDU拥有自己的FCS,并可以分别使用ACK确认,以及在必要时重传

省电模式

省电模式(PSM) 为了节省电源,在使用PSM时,STA的输出帧在帧控制字段中设置1位。当AP发现某些帧的该位置被设置时,它会缓冲该帧直到需要时为止。

自动省电交付模式(APSD) 使用QoS控制字中的一些子字段。

时间同步功能

Wifi采用时间同步功能(TSF)。每个站保持一个64位计数器的参考时间(微秒),这个时间与网络中的其它站保持同步(延迟在4微秒+PHY之内)。

物理层

802.11标准中描述的物理层部分:

标准(条款) 速率(Mb/s) 频率范围;调制 信道设置
802.11a(第17条) 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 5.16GHz~5.35GHz和5.725~5.825GHz; OFDM 37~164(根据国家不同),20MHz/10MHz/5MHz信道宽度选项
802.11b(第18条) 1, 2, 5.5, 11 2.401GHz~2.495GHz; DSSS 1~14(根据国家不同)
802.11g(第19条) 1, 2, 5.5, 6, 9, 11, 12, 18, 24, 36, 48, 54(加22, 23) 2.401GHz~2.495GHz; OFDM 1~14(根据国家不同)
802.11n 6.5~600,很多选项(最多4个MIMO流) 2.4GHz和5GHz模式,信道宽度20MHz或40MHz; OFDM 113(2.4GHz频段);36196(5GHz频段)(根据国家不同)
802.11y (与802.11-2007相同) 3.650GHz~3.7GHz(需要许可);OFDM 125,3664,100~161(根据国家不同)

信道和频率

wifi_rate

802.11b和802.11g标准使用2.4GHz和2.5GHz之间的频段。这个频段被划分为14个22MHz宽的重叠信道,其中一些子集是否可合法使用取决于所在国家。在同一个地址运行多个基站,分配非重叠的信道是可取的做法,例如美国的1,6和11。只有一个40MHz的802.11n信道可用于此频段而不会发生重叠

wifi_channel

20MHz信道中的一些可用的802.11信道号和中心频率。最常见的无须许可使用的频率范围包括U-NII频段,它们均在5GHz之上。较低频段被批准可用于大多数国家。“欧洲”频段被批准用于大多数欧洲国家,高频段被批准用于美国和中国。802.11a/y信道的典型宽度为20MHz,但802.11n的信道宽度可能为40MHz。另外,在日本也可使用窄信道和某些信道(未显示)

网状网

TODO

安全

Wi-Fi安全已从不安全的WEP演变到WPA,再到当前标准的WPA2方案:

名称/标准 密码 密钥流管理 认证
WEP(预RSNA) RC4 (WEP) PSK,(802.1X/EAP)
WPA RC4 TKIP PSK,802.1X/EAP
WPA2/802.11(i) CCMP CCMP,(TKIP) PSK,802.1 X/EAP