IEEE_802.11无线协议中文
802.11介绍
802.11介绍802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中，用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。
目前，3Com等公司都有基于该标准的无线网卡。
由于802.11在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又标准详解802.11协议组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WI-FI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。
802.11a是802.11原始标准的一个修订标准，于1999年获得批准。
802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议，工作频率为5GHz，使用52个正交频分多路复用(OFDM)副载波，最大原始数据传输率为54Mb/s，这达到了现实网络中等吞吐量（20Mb/s）的要求。
目前正在开发中的版本是802.11ae—2012。
工作频段802.11采用2.4GHz和5GHz这两个ISM频段。
其中2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家采用。
5GHz ISM 频段在一些国家和地区的使用情况比较复杂，加上高载波频率所带来了负面效果，使得802.11a的普及受到了限制，虽然它是协议组的第一个版本。
全家族*IEEE 802.11，1997年，原始标准（2Mbit/s，工作在2.4GHz）。
* IEEE802.11a，1999年，物理层补充（54Mbit/s，工作在5GHz）。
*IEEE 802.11b，1999年，物理层补充（11Mbit/s工作在2.4GHz）。
* IEEE 802.11c，符合802.1D的媒体接入控制层桥接（MAC Layer Bridging）。
* IEEE 802.11d，根据各国无线电规定做的调整。
* IEEE802.11e，对服务等级（Quality of Service,QoS）的支持。
* IEEE 802.11f，基站的互连性（IAPP,Inter-Access Point Protocol），2006年2月被IEEE批准撤销。
WIFI协议详解
WIFI协议详解一、引言WIFI（无线保真）协议是一种无线通信协议，用于在局域网内实现无线网络连接。
本协议详细描述了WIFI协议的基本原理、技术规范、安全性以及使用方法，旨在帮助用户更好地理解和应用WIFI协议。
二、协议概述1. 定义：WIFI协议是一种基于IEEE 802.11标准的无线局域网通信协议，通过无线信号传输数据，实现设备之间的无线连接。
2. 特点：a. 无线性：WIFI协议通过无线信号传输数据，免去了传统有线网络的限制，使得设备可以无线连接。
b. 高速性：WIFI协议支持高速数据传输，可满足多种应用场景的需求。
c. 灵活性：WIFI协议支持多种网络拓扑结构，包括点对点、点对多点和多点对多点等。
d. 兼容性：WIFI协议兼容不同厂商的设备，使得不同品牌的设备可以互相连接和通信。
三、技术规范1. IEEE 802.11标准：a. IEEE 802.11a：使用5GHz频段，最大传输速率达到54Mbps。
b. IEEE 802.11b：使用2.4GHz频段，最大传输速率达到11Mbps。
c. IEEE 802.11g：使用2.4GHz频段，最大传输速率达到54Mbps。
d. IEEE 802.11n：使用2.4GHz和5GHz频段，最大传输速率达到600Mbps。
e. IEEE 802.11ac：使用5GHz频段，最大传输速率达到6.93Gbps。
2. WIFI频段：a. 2.4GHz频段：适用于较短距离和低速传输的场景，如家庭和小型办公室。
b. 5GHz频段：适用于较长距离和高速传输的场景，如大型办公室和公共场所。
3. WIFI安全性：a. WEP（Wired Equivalent Privacy）：使用40位或104位密钥进行数据加密，安全性较低。
b. WPA（Wi-Fi Protected Access）：使用预共享密钥（PSK）或802.1X认证进行数据加密，提供较高的安全性。
c. WPA2：是WPA的升级版本，采用更强的加密算法，提供更高的安全性。
IEEE802.11协议基础知识
IEEE802.11协议基础知识1. 802.11管理功能–用户接入过程STA (工作站）启动初始化、开始正式使用、AP 传送数据幀之前，要经过三个阶段才能接入:(1) 扫描(SCAN)(2) 认证(Authentication)(3) 关联(Association)1.1 802.11管理–扫描(SCAN)1) 若无线站点STA 设成Ad-hoc (无AP)模式：STA先寻找是否已有IBSS（与STA所属相同的SSID）存在，如有，则参加（join）；若无, 则会自己创建一个IBSS，等其他站来join。
2) 若无线站点STA 设成Infrastructure (有AP)模式：--主动扫描方式 (特点：能迅速找到)•依次在每个信道上发送Probe request报文，从Probe Response中获取BSS的基本信息，Probe Response包含的信息和Beacon帧类似-- 被动扫描方式 (特点：找到时间较长，但STA节电)• 通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络，Beacon帧中包含该AP所属的BSS的基本信息以及AP的基本能力级，包括：BSSID（AP的MAC地址）、SSID、支持的速率、支持的认证方式，加密算法、Beacons帧发送间隔，使用的信道等• 当未发现包含期望的SSID的BSS时，STA可以工作于IBSS状态1.2 802.11管理功能–认证(Authentication)802.11支持两种基本的认证方式:• Open-system Authentication1) 等同于不需要认证，没有任何安全防护能力2) 通过其他方式来保证用户接入网络的安全性，例如Address filter、用户报文中的SSID• Shared－Key Authentication1) 采用WEP加密算法2) Attacker可以通过监听AP发送的明文Challenge text和STA回复的密文Challenge text计算出WEP KEY另外，STA可以通过Deauthentication来终结认证关系。
中文802.11协议
竭诚为您提供优质文档/双击可除中文802.11协议篇一：802.11协议ieee802.11是ieee（电气和电子工程师协会）制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中的用户与用户终端之间的无线接入。
ieee802.11业务主要限于数据存取，传输速率最高只能达到2mbps。
由于ieee802.11在速率上的不足，已不能满足数据应用的需求；因此，ieee又相继推出了ieee802.11b和ieee802.11a这两个新的标准。
三者之间技术差别主要在于mac （mediumaccesscontrol，媒介访问控制）子层和物理层。
（注：ieee802.11协议只规定了开放式系统互联参考模型（osi/Rm）的物理层和mac层，其mac层利用载波监听多重访问/冲突避免（csma/ca）协议，而在物理层，ieee802.11定义了三种不同的物理介质：红外线、跳频扩谱方式（Fhss）以及直扩方式（dsss）。
）ieee802.11b标准ieee802.11b（wi-Fi）使用开放的2.4ghz直接序列扩频，最大数据传输速率为11mbps，无需直线传播。
（注：其实际的传输速率在5mbps左右，与普通的10base-t规格有线局域网处于同一水平。
）使用动态速率转换，当射频情况变差时，可将数据传输速率降低为5.5mbps、2mbps和1mbps。
且当工作在2mbps和1mbps速率时可向下兼容ieee802.11。
ieee802.11b的使用范围在室外为300米，在办公环境中则最长为100米。
使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。
ieee802.11b运作模式基本分为两种：点对点模式和基本模式，点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式。
基本模式是指无线网络规模扩充或无线和有线网络并存时的通信方式，这是ieee802.11b最常用的方式。
ieee802.11a标准ieee802.11a工作在5ghzu-nii频带，从而避开了拥挤的2.4ghz频段。
ieee 802.11标准的基本内容
ieee 802.11标准的基本内容
IEEE 802.11标准是一个无线局域网（WLAN）技术标准，它
规定了无线网络设备之间的通信方式和协议。
以下是IEEE 802.11标准的基本内容：
1. 信道带宽：IEEE 80
2.11标准规定了2.4 GHz和5 GHz两个
频段用于信道传输，并规定了20 MHz和40 MHz两种不同的
信道带宽。
2. 传输方式：IEEE 802.11 标准规定了两种传输方式，一种是
基于频分复用技术（OFDM）的11a/g/n/ac 等标准，一种是基
于直接序列扩频技术（DSSS）的11b标准。
3. 传输速率：IEEE 802.11标准规定了最高54Mbps（11a/g 协议）、600Mbps（11ac协议）的传输速率。
4. 安全性：IEEE 802.11标准中有许多协议（如WEP、WPA、WPA2）、加密算法（如AES、TKIP）和认证机制可供用户
选择，以保证无线网络的安全性。
5. MAC协议：IEEE 802.11标准规定了一种分布式协议，即分
布式协作功能（DCF），用以协调多个设备的数据传输。
6. 网络拓扑结构：IEEE 802.11标准支持多种网络拓扑结构，
如基础设施网络和自组网。
7. QoS支持：新版802.11e引入了QoS机制，支持对视频和音
频数据的实时传输和优先处理。
总的来说，IEEE 802.11标准的基本内容包括了无线网络的频段、传输方式、速率、安全性、MAC协议、网络拓扑结构和QoS机制。
这些内容为无线网络设备提供了标准化的通信方式和协议，使得不同厂商的无线设备可以正常互相通信。
IEEE_802.11及802.15.4协议
IEEE802.11
使用扩频技术的好处
扩频是一种在信号传输前先将信号的带宽进行扩展的技术。采用扩频的好处是：❏ 抗干扰。若使用窄频，容易受到使用相同频率的通信干扰导致完全无法通信(“盖台”)❏ 对于非特定的目的接收器，扩展了带宽的信号混在背景噪声中，让蓄意想侦听窃取数据资料的人不易判别真正的信号，避免了他人的截听❏ 提供了供多个用户使用同一传输波段的方法，保证了无线设备在频段上的可用性和可靠的吞吐量，也保证使用同一频段的设备不互相影响。
IEEE802.11
距离越远、信号越弱、速率越低
11Mbps 5.5Mbps2Mbps1Mbps
距离
802.11b 采用了动态速率漂移技术，可以根据环境噪声变化对传输速率进行自动调整。在理想情况下，发送节点以最高速率11Mb/s进行发射。当设备移动到覆盖范围之外，或者出现重大干扰时，发送节点将自动逐次降低速率，以 5.5Mb/s、2Mb/s
Transmitter
Receiver
IEEE802.11
DSSS（直接序列扩频）
Direct Sequence Spread Spectrum（Chip code 也称为 pseudo-noice 或 spreading code）DSSS系统则将要传输的数据流通过扩展码调制而人为地扩展带宽，即使在传输波段中存在部分噪声信号，接收机也可以无错误地接收数据。
自组网络
A
E
D
C
F
源结点
目的结点
转发结点B
转发结点
转发结点
IEEE802.11
IEEE802.11的物理层❏ WLAN 传输方式有 红外线 (Infra Red, IR) 和 无线电射频 两种❏ 红外系统的优点：不受无线电干扰；视距传输，检测和窃听困难，保密性好。缺点是：对非透明物体的透过性极差，传输距离受限；易受日光、荧光灯等干扰；半双工通信。❏ 无线电射频系统采用 扩频 (Spread Spectrum) 技术进行调制。扩频技术的频率范围开放在 ISM 频段，此频段不需申请：
IEEE 802.11、802.15、802.16、802.20标准简介
IEEE 802.11b标准
1999年9月被正式批准，又称Wi-Fi标准，目前最流行的 WLAN协议。该标准规定无线局域网工作频段在 2.4GHz~2.4835GHz，数据传输速率达到11 Mbps。该标 准是对IEEE 802.11的一个补充，采用点对点模式和基本 模式两种运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情 况在11 Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps、1 Mbps的不同速率 间自动切换，而且在2 Mbps、1 Mbps速率时与802.11兼 容。
IEEE 802.16系列标准简介
802.16标准简介
IEEE 802.16：宽带无线 MAN 标准 －WiMAX （ Broadband Wireless MAN Standard - WiMAX）
IEEE 802.16 是为用户站点和核心网络（如：公共电话 网和 Internet）间提供通信路径而定义的无线服务。无 线 MAN 技术也称之为 WiMAX。这种无线宽带访问标 准解决了城域网中“最后一英里”问题
802.11b使用直接序列（Direct Sequence）DSSS作为协 议。802.11b和工作在5GHz频率上的802.11a标准不兼容。 由于价格低廉，802.11b产品已经被广泛地投入市场，并 在许多实际工作场所运行。
IEEE 802.11g标准
2001年11月批准，该标准可以视作对流行的 802.11b标准的提速（速度从802.11b的11 Mb/s提高到54Mb/s，仍然工作在2.4G频段）。 802.11g接入点支持802.11b和802.11g客户设 备。同样，采用802.11g网卡的笔记本电脑也能 访问现有的802.11b接入点和新的802.11g接入 点。
IEEE802.11无线局域网标准简介
IEEE802.11⽆线局域⽹标准简介IEEE802.11⽆线局域⽹标准简介⽆线局域⽹是计算机⽹络与⽆线通信技术相结合的产物。
它利⽤射频（RF）技术，取代旧式的双绞铜线构成局域⽹络，提供传统有线局域⽹的所有功能，⽹络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙⾥，也能够随需移动或变化。
使得⽆线局域⽹络能利⽤简单的存取构架让⽤户透过它，达到“信息随⾝化、便利⾛天下”的理想境界。
WLAN是20世纪90年代计算机与⽆线通信技术相结合的产物，它使⽤⽆线信道来接⼊⽹络，为通信的移动化，个⼈化和多媒体应⽤提供了潜在的⼿段，并成为宽带接⼊的有效⼿段之⼀。
⼀、IEEE802.11⽆线局域⽹标准1997年IEEE802.11标准的制定是⽆线局域⽹发展的⾥程碑，它是由⼤量的局域⽹以及计算机专家审定通过的标准。
IEEE802.11标准定义了单⼀的MAC层和多样的物理层，其物理层标准主要有IEEE802.11b,a和g。
1.1 IEEE802.11b1999年9⽉正式通过的IEEE802.11b标准是IEEE802.11协议标准的扩展。
它可以⽀持最⾼11Mbps的数据速率，运⾏在2.4GHz的ISM频段上，采⽤的调制技术是CCK。
但是随着⽤户不断增长的对数据速率的要求，CCK调制⽅式就不再是⼀种合适的⽅法了。
因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较⾼的数据速率，并达到扩频的⽬的，选取的码⽚的速率就要更⾼，这对于现有的码⽚来说⽐较困难；对于接收端的RAKE接收机来说，在⾼速数据速率的情况下，为了达到良好的时间分集效果，要求RAKE接收机有更复杂的结构，在硬件上不易实现。
1.2 IEEE802.11aIEEE802.11a⼯作5GHz频段上，使⽤OFDM调制技术可⽀持54Mbps的传输速率。
802.11a与802.11b两个标准都存在着各⾃的优缺点，802.11b的优势在于价格低廉,但速率较低（最⾼11Mbps）；⽽802.11a优势在于传输速率快（最⾼54Mbps）且受⼲扰少，但价格相对较⾼。
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时槽时间 = 20 μs用于802.11b, 9 μs用于802.11a/g CW最小值 = 16用于802.11a, 32用于802.11b CW最大值 = 1024
24
CSMA/CA 访问方法 (续)
如果另一个站点在该站点的后退时间内占据媒介, 则后退时间停止 (公平) 当后退计时器到达零, 则开始传输
带RTS/CTS的DCF (可选)
避免隐藏终端问题
PCF (可选)
访问点轮询终端 免竞争
22
802.11 - MAC
优先
通过定义不同的帧间空间 SIFS (短帧内间隔) :
10μs (802.11b/g), 16 μs (802.11a) 高优先, 用于ACK, CTS, 轮询回应
21
802.11 – MAC层 I
交通服务
异步数据服务 (强制)
用DCF (分布式协调功能)实现 用PCF (点协调功能)实现
时限服务 (可选)
访问方法
DCF CSMA/CA (强制)
分布式基础无线媒体访问控制 通过随机的“后退”机制进行冲突避免 连续封包的最小距离 ACK封包用以应答(不用于广播)
WMAN 802.16 (宽带无线接入)
+ Mobility
WiMAX
WiBro, 802.20
2
无线局域网的设计目标
低成本 全球, 无缝操作 低功率的电池使用 无特殊许可或牌照 稳健传输技术 简化的自发合作 对每个人而言易于使用，管理简便 防御 (无人能读到我的数据), 隐私 (无人能收集用户信息), 安全 (低辐射) 透明度相关应用和高层协议，若有必要也可进行位置感知
MAC管理
PMD 物理媒介相关
联盟, 鉴权, 同步, 漫游, MIB管理信 息库, 电源管理
调制, 编码
信道选择, MIB管理信息库 协调所有的管理功能
PHY 管理
站点管理
DLC
LLC MAC PLCP PHY 管理 MAC 管理 站 点 管 理
PHY
PMD
8
原有的 802.11 物理层
3个版本: 2 个RF无线传输 (80MHz ISM 频段在 2.4 GHz) 和1个IR红外线
6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbit/s, 取决于SNR BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM 用户吞吐量(1500字节封包基准): 5.3 (6), 18 (24), 24 (36), 32 (54)
传输范围
户外100m, 室内10m
例如 54 Mbit/s 最大5 m, 48最大12 m, 36最大25 m, 24最大30m, 18最大 40 m, 12最大60 m
PIFS (PCF IFS) :
PIFS = SIFS + 时槽时间, 其为20 μs在802.11b中, 9 μs在802.11a/g中 中优先, 用于使用PCF的时限服务
DIFS (DCF IFS):
DIFS = PIFS + 时槽时间 低优先, 用于异步数据服务
DIFS 媒介忙
802.11 LAN 站点(STA): 带访问部件的终端到无线媒介 独立的基本服务组 (IBSS): 使用同一个无线电频率的一组站点
STA1
IBSS1 STA3
STA2
IBSS2 STA5 STA4 802.11 LAN
6
IEEE 标准 802.11
固定终端 移动终端
基础结构网络
访问点 应用程序 TCP IP 应用程序 TCP IP
为性能提升进行的专有扩展
封包突发 信道绑定
19
数据传输率 vs 距离
20
IEEE 802.11n
批准于2009. MIMO/OFDM (802.11g/a): 高达4个空间流(4X4) 扩展信道: 40MHz 更短的保护间隔: 400ns代替了800ns – 最大600Mbps MAC开销减少: 更高效的数据传输率 向后兼容
数据率 1 或 2 Mbit/s 1997年批准
FHSS (跳频扩频)
在美国有79个跳频信道.
DSSS (直序扩频)
DBPSK差分二进制相移键控调制用于1 Mbit/s, DQPSK查分正交相移键控 用于2 Mbit/s 每帧的前导码和信头总用1 Mbit/s传输, 剩余的传输使用1 或 2 Mbit/s 11-位碎片序列 (巴克码) 最大发射功率1 W (美国), 100 mW (欧洲)
红外
脉冲位置调制 通过天花板反射的漫射模式
9
DSSS PHY 包格式
同步
能量检测,定时采集, … 11111111…
SFD (起始帧分界符)
1111001110100000
信号
负载的数据传输率 (0A: 1 Mbit/s 即DBPSK; 14: 2 Mbit/s 即DQPSK)
服务 – 未使用 长度
基本服务组 (BSS)
STA1
BSS1 入口 访问点 分布式系统
访问点
入口
ESS BSS2
访问点
分布式系统
互联网络形成一个基于几个BSS的 逻辑网络 (ESS: 扩展服务组) 802.11标准中未指定!
STA2
802.11 LAN
STA3
5
802.11 – 自组织网络的架构
一个有限范围内的直接通信
5350 [MHz]
中央频率 =5000 + 5*信道号 [MHz]
149 153 157 161 信道
8 + 4 个非重叠信道
5725 5745 5765 5785 5805 5825 [MHz] 16.6 MHz
15
OFDM的基本原理
子载波之间正交
子载波频率间隔紧密 每个子载波的功率谱密度的尖峰发生在其他子载波功率的零点. 子载波间隔 (∆f) 等于1/Ts (符号传输周期) 例如 802.11a
子载波之间正交
子载波频率间隔紧密
频率选择性衰减
弱子载波上的强衰减通过贯穿子载波的前向纠错(回旋编码)来处理 Coded OFDM编码正交频分复用
17
IEEE 802.11a中的OFDM
带 52个已用子载波的OFDM 48 个数据+ 4 个引导 (加上12个虚拟子载波) 312.5 kHz 间隔 (= 20MHz/64)
天花板反射可用于整个房间的覆盖范围
不能穿越墙壁
更容易确保安全防止窃听 不同的房间之间干扰极少
室内环境将遭受红外背景辐射
阳光和室内光 一个红外接收器周围的辐射如噪声般出现A 需要高功率发射器
受限于关系到人眼的安全和过度的电力消耗
有限的范围
11
IEEE 802.11b
扩展的 802.11 DSSS
频率
自由5.15-5.25, 5.25-5.35, 5.7255.825GHz UNII-频段(不同最大功率) 5.15-5.25 世界范围
14
802.11a / 美国 U-NII的运行信道
36
40
44
48
52
56
60
64
信道
5150
5180 5200 5220 5240 5260 5280 5300 5320 16.6 MHz
户外300m, 室内30m 最大数据传输率 ~室内10m
频率
自由2.4 GHz ISM-频段
WEP
安全
12
信道选择 (非重叠)
欧洲(ETSI) 信道 1 信道 7 信道 13
2400
2412
2442 22 MHz
2472
2483.5 [MHz]
美国(FCC)/加拿大(IC) 信道 1 信道 6 信道 11
3
基础结构 vs. 自组织网络
基础结构网络
AP: 访问点
AP AP 有线网
AP
自组织网络
4
802.11 – 基础结构网络的架构
站点 (STA)
802.11 LAN
802.x LAN
带访问部件的终端到无线媒介的连 接和无线电连接到访问点 使用相同无线电频率的一组站点 被综合到无线局域网和分布式系统 的站点 连接到其他（有线）网络的桥梁
64个子载波, ∆f = 312kHz, Ts = 3.2 μs
例如LTE
600个子载波, ∆f = 15kHz, Ts = 66.7 μs
16
OFDM的基本原理
低速率并行子载波
多路引起的延迟传播会引发符号间干扰. 保护时间 (循环前缀, 800 ns) 足够用以包含延迟传播，于是被加入到每个 OFDM符号中 (间隔 4 μs) 每个子载波都是低速率的 每个MAC帧被通过多个并行子载波进行传输
当802.11b站点存在时（只是相关）吞吐量严重降低, 这是由于802.11b/g混 合模式互用机制的开销造成的.
802.11b站点不能解译OFDM帧, 所以CS失败. 前传输CTS : 在DSSS模式(低速)中发送CTS来设定NAV. RTC/CTS: 处理隐藏终端 两种时槽时间 (短 / 长)