谁都不容易　全面解析802.11无线技术

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    802.11无线网络标准详解

    1990年，早期的无线网络产品Wireless LAN在美国出现，1997年IEEE802.11无线网络标准颁布，对无线网络技术的发展和无线网络的应用起到了重要的推动作用，促进了不同厂家的无线网络产品的互通互联。1999年无线网络国际标准的更新及完善，进一步规范了不同频点的产品及更高网络速度产品的开发和应用。

    一、1997年版无线网络标准

    1997年版IEEE802.11无线网络标准规定了三种物理层介质性能。其中两种物理层介质工作在2400——2483.5 GHz无线射频频段（根据各国当地法规规定），另一种光波段作为其物理层，也就是利用红外线光波传输数据流。而直序列扩频技术（DSSS）则可提供1Mb/S及2Mb/S工作速率，而跳频扩频（FHSS）技术及红外线技术的无线网络则可提供1Mb/S传输速率（2Mb/S作为可选速率，未作必须要求），受包括这一因素在内的多种因素影响，多数FHSS技术厂家仅能提供1Mb/S的产品，而符合IEEE802.11无线网络标准并使用DSSS直序列扩频技术厂家的产品则全部可以提供2Mb/S的速率，因此DSSS技术在无线网络产品中得到了广泛应用。

    1.介质接入控制层功能

    无线网络（WLAN）可以无缝连接标准的以太网络。标准的无线网络使用的是（CSMA/CA）介质控制信息而有线网络则使用载体监听访问/冲突检测（CSMA/CA），使用两种不同的方法均是为了避免通信信号冲突。

    2.漫游功能

    IEEE802.11无线网络标准允许无线网络用户可以在不同的无线网桥网段中使用相同的信道，或在不同的信道之间互相漫游，如Lucent的WavePOINT II无线网桥每隔100 ms发射一个烽火信号，烽火信号包括同步时钟、网络传输拓扑结构图、传输速度指示及其他参数值，漫游用户利用该烽火信号来衡量网络信道信号质量，如果质量不好，该用户会自动试图连接到其他新的网络接入点。

    3.自动速率选择功能

    IEEE802.11无线网络标准能使移动用户（Mobile Client）设置在自动速率选择（ARS）模式下，ARS功能会根据信号的质量及与网桥接入点的距离自动为每个传输路径选择最佳的传输速率，该功能还可以根据用户的不同应用环境设置成不同的固定应用速率。

    4.电源消耗管理功能

    IEEE802.11还定义了MAC层的信令方式，通过电源管理软件的控制，使得移动用户能具有最长的电池寿命。电源管理会在无数据传输时使网络处于休眠（低电源或断电）状态，这样就可能会丢失数据包。为解决这一问题，IEEE802.11规定了AP接入点应具有缓冲区去储存信息，处于休眠的移动用户会定期醒来恢复该信息。

    5.保密功能

    仅仅靠普通的直序列扩频编码调制技术不够可靠，如使用无线宽频扫描仪，其信息又容易被窃取。最新的WLAN标准采用了一种加载保密字节的方法，使得无线网络具有同有线以太网相同等级的保密性。此密码编码技术早期应用于美国军方无线电机密通信中，无线网络设备的另一端必须使用同样的密码编码方式才可以互相通信，当无线用户利用AP接入点连入有线网络时还必须通过ＡＰ接入点的安全认证。该技术不但可以防止空中窃听，而且也是无线网络认证有效移动用户的一种方法。

    二、1999版无线网络标准

    该版本于1999年8月颁布。除原IEEE802.11的内容之外，增加了基于SNMP协议的管理信息库（MIB），以取代原OSI协议的管理信息库。另外还增加了高速网络内容：

    1.IEEE802.11a

    规定的频点为5GHz，用正交频分复用技术（OFDM）来调制数据流。OFDM技术的最大的优势是其无与伦比的多途径回声反射，因此特别适合于室内及移动环境。

    2.IEEE802.11b

    工作于2.4GHz频点，采用补偿码键控CCK调制技术。当工作站之间的距离过长或干扰过大，信噪比低于某个门限值时，其传输速率可从11Mb/s自动降至5.5Mb/s，或者再降至直序列扩频技术的2Mb/s及1Mb/s速率。

    三、无线网络 前途无量

    建设符合IEEE802.11标准的无线网络，不仅可以满足目前的需要，而且日后网络还可以平滑升级，可以有效地保护投资。目前IEEE802.11工作小组已成立了新的研究小组，对大信息流量及多工作组同时工作、流量控制及更安全的保密编码、安全认证等技术问题进行研究，随着无线网络成本的不断下调、配套技术的不断完善、覆盖范围的不断增大，无线网络的应用将会成为未来网络的技术主流。

    802.11协议的重要技术指标

    由于无线局域网传输介质（微波、红外线）非“有限”的有线，客观上存在一些全新的技术难题，为此IEEE802.11协议规定了一些至关重要的技术机制。

    １。CSMA/CA协议

    我们知道总线型局域网在MAC层的标准协议是CSMA/CD，即载波侦听多路存取/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）。但由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突，因此802.11全新定义了一种新的协议，即载波侦听多路存取/冲突避免CSMA/CA（with Collision Avoidance）。一方面，载波侦听——查看介质是否空闲；另一方面，冲突避免——通过随机的时间等待，使信号冲突发生的概率减到最小，当介质被侦听到空闲时，优先发送。不仅如此，为了系统更加稳固，IEEE802.11还提供了带确认帧ACK的CSMA/CA.在一旦遭受其他噪声干扰，或者由于侦听失败时，信号冲突就有可能发生，而这种工作于MAC层的ACK此时能够提供快速的恢复能力。

    2.RTS/CTS协议

    RTS/CTS协议即请求发送/允许发送协议，相当于一种握手协议，主要用来解决“隐藏终端”问题。“隐藏终端”（Hidden Stations）是指，基站A向基站B发送信息，基站C未侦测到A也向B发送，故A和C同时将信号发送至B，引起信号冲突，最终导致发送至B的信号都丢失了。“隐藏终端”多发生在大型单元中（一般在室外环境），这将带来效率损失，并且需要错误恢复机制。当需要传送大容量文件时，尤其需要杜绝“隐藏终端”现象的发生。WaveLAN802.11提供了如下解决方案。在参数配置中，若使用RTS/CTS协议，同时设置传送上限字节数——一旦待传送的数据大于此上限值时，即启动RTS/CTS握手协议：首先，A向B发送RTS信号，表明A要向B发送若干数据，B收到RTS后，向所有基站发出CTS信号，表明已准备就绪，A可以发送，其余基站暂时“按兵不动”，然后，A向B发送数据，最后，B接收完数据后，即向所有基站广播ACK确认帧，这样，所有基站又重新可以平等侦听、竞争信道了。

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