WLANIEEE80211协议综述

1、IEEE 802.11 协议综述 1 IEEE 802.11系列协议标准的发展IEEE802.11系列协议标准是由国际电气和电子工程师联合会(IEEE)制定的，它以IEEE802.11标准为基础，包括与无线局域网相关的多个已经发布和正在编著的标准。图1展示了无线局域网在IEEE网络协议体系中位置。表1给出了每一种标准协议的名称、时间和简单的说明。IEEE 802.1体系结构、管理、LAN互连及高层接口IEEE802.2 逻辑链路控制（LLC）数据链路层物理层802.15无线个域网802.11无线局域网802.5令牌环网802.4令牌总线网802.3CDMA/CD以太网802.16无限城域网.图

2、1：无线局域网在IEEE网络协议体系中位置表2： IEEE802.11系列协议标准协议名称发布时间说明IEEE 802.111997年定义了2.4GHz微波和红外线的物理层及MAC子层标准IEEE 802.11a1999年定义了5GHz微波的物理层及MAC子层标准IEEE 802.11b1997年扩展的2.4GHz微波的物理层及MAC子层标准(DSSS)IEEE 802.11b+2002年扩展的2.4GHz微波的物理层及MAC子层标准(PBCC)IEEE 802.11c2000年关于IEEE 802.11网络和普通以太网之间的互通协议IEEE 802.11d2000年关于国际间漫游的规范IEE

3、E 802.11e2004年基于无线局域网的质量控制协议IEEE 802.11F2003年漫游过程中的无线基站内部通信协议IEEE 802.11g2003年扩展的2.4GHz微波的物理层及MAC子层标准(OFDM)IEEE 802.11h2003年扩展的5GHz微波的物理层及MAC子层标准(欧洲)IEEE 802.11i2004年增强的无线局域网安全机制IEEE 802.11j2004年扩展的5GHz微波的物理层及MAC子层标准(日本)IEEE 802.11k2005年基于无线局域网的微波测量规范IEEE 802.11l暂无暂无IEEE 802.11m2006年基于无线局域网的设备维护规范IE

4、EE 802.11n2007年高吞吐量的无线局域网规范(100Mbps)在表2中需要说明的是，标准的名称都采用小写的字母进行标注，惟有IEEE802.11F采用的是大写字母；发布时间为2004年及以后的协议都是还没确定的，因为每一个协议的批准过程都是非常繁杂的，很可能出现延迟的情况。该综述将在后面选取部分协议标准进行详细的描述。2 / 10IEEE 802.11cIEEE 802.11FIEEE 802.11dIEEE 802.11eIEEE 802.11hIEEE 802.11iIEEE 802.11jIEEE 802.11kIEEE 802.11aIEEE 802.11bIEEE 802.

5、11gIEEE 802.11n网络层以上MAC层物理层 图3：IEEE 802.11系列协议中协议分布 如图3在IEEE 802.11系列协议标准中各种协议的分布中没有包含IEEE802.11标准。因为IEEE 802.11作为基础协议包含了物理层和MAC子层的内容，后续的速度扩展 （比如：IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g和未来的IEEE 802.11n）都延续了它所定义的MAC协议。该综述会对接触到的一些协议进行简单的描述，包括IEEE 802.11、IEEE 802.11a 、IEEE 802.b、IEEE 802.11e、IEEE 802.11

6、g和最新的IEEE 802.11n 。2 IEEE 802.11 a,b,g,n 协议的定义和标准 IEEE 802.11 IEEE 802.11是第一代无线局域网标准之一，也是国际电气和电子工程师联合会IEEE发布的第一个无线局域网标准，是其他IEEE802.11系列标准的基础标准。该标准定义了物理层和介质访问控制MAC协议的规范，允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。常常把IEEE802.11作为无线局域网的代名词。IEEE802.11标准有两个版本：1997年版和后来补充修订的1999年版。IEEE 802.11无线网络标准规定了3种物理层传输介质工作方式。其中2

7、种物理层传输介质工作方式在2.42.4835 GHz微波频段（根据各国当地法规或规定不同，频段的具体定义也有所不同），采用扩频传输技术进行数据传输，包括跳频序列扩频传输技术(FHSS)和直接序列扩频传输技术(DSSS)。另一种方式以光波段作为其物理层，也就是利用红外线光波传输数据流。需要注意的是，虽然红外线同样适用于IEEE 802.11标准，但它是光学技术，并不使用2.4GHz频段。在IEEE 802.11的规定中，这些物理层传输介质中，FHSS及红外线技术的无线网络则可提供1Mbps传输速率(2Mbps为可选速率),而DSSS则可提供1Mbps及2Mbps工作速率。多数FHSS厂家仅能提供

8、1Mbps的产品，而符合IEEE 802.11无线网络标准并使用DSSS厂家的产品则全部可以提供2Mbps的速率，因此DSSS在无线局域网产品中得到了广泛的应用。虽然采用跳频序列扩频技术(FHSS)与采用DSSS的设备都工作在相同的频段中，但是由于它们运行的机制完全不同，所以这两种设备没有互操作性。IEEE 80211b 从性能上看，IEEE 802.11b的带宽为11Mbps，实际传输速率在5Mbps左右，与普通的10Base-T规格有线局域网持平。无论是家庭无线组网还是中小企业的内部局域网，IEEE 802.11b都能基本满足使用要求。由于基于的是开放的2.4GHz频段，因此IEEE 80

9、2.11b的使用无需申请，既可作为对有线网络的补充，又可自行独立组网，灵活性很强。 从工作方式上看，IEEE 802.11b的运作模式分为两种：点对点模式和基本模式。其中点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式，即一台装配了无线网卡的计算机可以与另一台装配了无线网卡的计算机实施通信，对于小型无线网络来说，这是一种非常方便的互联方案；而基本模式则是指无线网络的扩充或无线和有线网络并存时的通信方式，这也是IEEE 802.11b最常用连接方式。此时，装载无线网卡的计算机需要通过“接入点”（无线AP）才能与另一台计算机连接，由接入点来负责频段管理及漫游等指挥工作。在带宽允许的情况下，一个接入点

10、最多可支持1024个无线节点的接入。当无线节点增加时，网络存取速度会随之变慢，此时添加接入点的数量可以有效的控制和管理频段。从目前大多数的应用案例来看，接入点是作为架起无线网与有线网之间的桥梁而存在的。这一点，在随后的AP评测中，笔者还将详细阐述。 作为目前最普及、应用最广泛的无线标准，IEEE 802.11b的优势不言而喻。技术的成熟，使得基于该标准网络产品的成本得到了很好的控制，无论家庭还是企业用户，无需太多的资金投入既可组建一套完整的无线局域网。但IEEE 802.11b的缺点也是显而易见的，11Mbps的带宽并不能很好地满足大容量数据传输的需要，只能作为有线网络的一种补充。IEEE 8

11、0211a 就技术角度而言，IEEE 802.11a与IEEE 802.11b虽在编号上仅一字之差，但二者间的关系并不像其他硬件产品换代时的简单升级，这种差别主要体现在工作频段上。由于IEEE 802.11a工作在不同于IEEE 802.11b的5.2GHz频段，避开了当前微波、蓝牙以及大量工业设备广泛采用的2.4GHz频段，因此其产品在无线数据传输过程中所受到的干扰大为降低，抗干扰性较IEEE 802.11b更为出色。 高达54Mbps数据传输带宽，是IEEE 802.11a的真正意义所在。当IEEE 802.11b以其11Mbps的数据传输率满足了一般上网冲浪、数据交换、共享外设等需求的同

12、时，IEEE 802.11a已经为今后无线宽带网的进一步要求做好了准备，从长远的发展角度来看，其竞争力是不言而喻的。此外，IEEE 802.11a的无线网络产品较IEEE 802.11b有着更低的功耗，这对笔记本电脑以及PDA等移动设备来说也有着重大意义。 然而，IEEE 802.11a的普及也并非一帆风顺，就像许多新生事物被人们所接受时要面临的问题一样，IEEE 802.11a也有其自身的“难言之隐”。 首先，IEEE 802.11a所面临的难题是来自厂商方面的压力。眼下，IEEE 802.11b已走向成熟，许多拥有IEEE 802.11b产品的厂商会对IEEE 802.11a持谨慎态度。二

13、者是竞争还是共存，各厂商的态度莫衷一是。从目前的情况来看，由于这两种技术标准互不兼容，不少厂商为了均衡市场需求，直接将其产品做成了a+b的形式，这种做法固然解决了“兼容”问题，但也带来了成本增加的负面因素。 其次，相关法律法规的限制，使得5.2GHz频段无法在全球各个国家中获得批准和认可。5.2GHz的高频虽然令IEEE 802.11a具有了低干扰的使用环境，但也带来了不利的一面太空中数以千计的人造卫星与地面站通信也恰恰使用5.2GHz频段。此外，欧盟也只允许将5.2GHz频率用于其自己制定的另一个无线标准HiperLAN。IEEE 80211g 不可否认，IEEE 802.11g的诞生为无线

14、网络市场注入了一剂“强心针”，但随之带来的还有无休止的争论，争论的焦点自然是围绕在IEEE 802.11a与IEEE 802.11g之间。 与IEEE 802.11a相同的是，IEEE 802.11g也使用了Orthogonal Frequency Division Multiplexing（正交分频多任务，OFDM）的模块设计，这是其54Mbps高速传输的秘诀。然而不同的是，IEEE 802.11g的工作频段并不是IEEE 802.11a的5.2GHz，而是坚守在和IEEE 802.11b一致的2.4GHz频段，这样一来，原先IEEE 802.11b使用者所担心的兼容性问题得到了很好的解决，

15、IEEE 802.11g提供了一个平滑过渡的选择。 既然IEEE 802.11b有了IEEE 802.11a来替代，无线宽带局域网可谓已经“后继有人”了，那IEEE 802.11g的推出是否多余了呢？答案自然是否定的。除了具备高传输率以及兼容性上的优势外，IEEE 802.11g所工作的2.4GHz频段的信号衰减程度不像IEEE 802.11a的5.2GHz那么严重，并且IEEE 802.11g还具备更优秀的“穿透”能力，能适应更加复杂的使用环境。但是先天性的不足（2.4GHz工作频段），使得IEEE 802.11g和它的前辈IEEE 802.11b一样极易受到微波、无线电话等设备的干扰。此外

16、，IEEE 802.11g的信号比IEEE 802.11b的信号能够覆盖的范围要小的多，用户可能需要添置更多的无线接入点才能满足原有使用面积的信号覆盖，这是“高速”的代价！IEEE 802.11n新兴的 802.11n 标准具有高达 600 Mbps 的速率，是下一代的无线网络技术，可提供支持对带宽最为敏感的应用所需的速率、范围和可靠性。802.11n 结合了多种技术，其中包括 Spatial Multiplexing MIMO (Multi-In, Multi-Out) （空间多路复用多入多出）、20和 40MHz 信道和双频带 (2.4 GHz 和5 GHz)，以便形成很高的速率，同时又能

17、与以前的 IEEE 802.11b/g 设备通信。多入多出(MIMO)或多发多收天线(MTMRA)技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。3IEEE 802.11 无线产品的应用案例应用：打造SOHO办公无线网络SOHO即代表了自由的理念，随着笔记本电脑使用的增加，人们当然不能满足于电脑台前上网，而希望能在更舒适的地方随心所遇的访问网络。无线网络可以恰恰满足了上述需求，良好的移动性，不受时间、空间的限制，不受线缆的限制，可以随意增加和配置接入的电脑。无线局域网不需要大量的工程布线，同

18、时节省线路维护的费用，与有线网络相比，无线局域网的布置，设定和维护更为容易。而且无线网络可以免除麻烦的布线保持了居家的美观，很多人选择了无线来构件自己的家庭网络（特别是在现有的条件下进行组网的用户）。构成无线网络的产品主要是无线路由器和无线网卡。在选购时可以分别购买也可以选择厂家推出的套餐。虽然都是根据IEEE 802.11x标准，不过最好还是选择同一厂家推出的产品，这样能保证其兼容性。而且有些产品采取了厂家一些独有的技术，这些性能只有在配套的产品中才能发挥出来。目前无线路由器的传输速度已经达到了108M，不过选购的原则是够用就好，54的传输速度对于家庭使用已经足够，如果用户需要比较大的带宽也

19、可选择108M的产品。 目前家庭中的接入方式一般是ADSL或是小区宽带，如果是ADSL则通过ADSL MODEM连接到路由器的WAN口。如果是小区宽带则把网线直接牵到路由器的WAN口即可。然后就是把路由器摆放在一个比较好的位置。在每台机器上安装上无线网卡，经过简单的设置即可搭建好自己的无线网络了。无线路由器的放置在家庭中跟公司中的情况不同，要在几个房间中使用无线网络，这就要注意路由器的放置以达到最好的信号。影响无线传输距离的因素很多，主要是由于建筑物的结构和天线的方位。所以加天线，也可增加传输距离，增加距离的远近与天线本身的增益有关，增益越大，距离越远。厂家宣传的传输距离是在没有物体阻挡的情况

20、下的，如果有墙壁或者是门的阻挡信号的强度会减弱很多。所以摆放的时候要尽量将无线路由摆放在整个房子的中央，不要把无线宽带路由摆放在彩电、冰箱、微波炉和功放等大功率电器旁边，安装无线宽带路由的房间尽量不要关门。顺便提及的是，当下一些用户对无线路由器的辐射问题比较敏感，其实这个问题对一些大功率的路由器来说才比较严重。一般无线局域网设备的输出功率约为100mW以下，如下面的TL-WR541G 的RF功率为17dBm，换算成输出功率为60mW左右。而手机输出功率范围为600mW，无线局域网设备手机的输出功率低很多，并且无线局域网不需要像手机那样靠近人体使用，使用时不必有太多顾忌。无线实施方案举例现在以图

21、的环境为例，讲一下SOHO办公的具体实施。从图中可以看到，两个房间总共有四台电脑，两台笔记本和两台台式机。由于格局和电源等各种原因，路由器放在最右边，这时就要考虑无线传输的距离和穿透性的问题。图中间有一道承重墙，相当有厚度，路由器的信号经过这堵墙时，肯定会衰减得很厉害，这对A房间的无线连接影响比较大。而B房间，由于无线信号的反弹特性，可以不经过承重墙就进入房内，所以问题不大。综合以上情况，购买无线路由器和网卡时，必须按信号灵敏度的不同要求购买不同的产品。另一种方法是多购买一个无线AP，但显然成本更高，而且还要增加一些布线工作等，所以不作考虑。很明显，A房间必须购买信号灵敏度较高的无线网卡，包括

22、带有MIMO功能的产品，或者是带有延长天线的产品，PCI和笔记本网卡各一块。B房间产品要求就可以相对低点，一般笔记本自带的内置无线网卡就够了，只需买一个台式机用的PCI网卡。产品的选择因为家庭无线组网自身的特点，在选购组网产品时要也有一些需要注意的地方。家庭中的网络安全需求就没有企业组网中的那么高，过于繁杂的安全设置反而带来使用上的不方便。还有就是家庭中对一些“特殊”的功能，如VPN等也没有要求。所以在选购时不要一味追求高性能，多功能，而是选择适合自己的产品，做到够用就好。由于USB无线网卡比较灵活，笔记本和台式机器都可以使用，所以SOHO用户对USB网卡还是比较青睐的。经济型方案以TP-link性价比的WR54无线套装： TL-WR541G 54M无线宽带路由器，符合