wifi方面的知识（你知道的和你不知道的）

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WiFi基础知识概述

IEEE802.11各个版本

1 基本概念

2 信道分配

2.4GHz信道

5GHz信道

信道分配示例

3 MAC基本功能

3.1 信标 Beacon

3.2 扫描

3.3 认证

3.4 关联

3.5 重关联

3.6 去关联

3.7 分布式信道接入

3.8 数据/ACK帧交换

3.9 RTS/CTS帧交换

4 MAC帧结构

5 PHY基本功能

6 PHY帧结构

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基本概念

802.11是无线协议，与有线的802.3以太网协议都在802协议家族中，都是报文交换通信方式。

有线以太网是使用网线点对点全双工收发，无线802.11是以无线发射和接收的方式通信，优点是比有线更方便，缺点是空口数据只能以半双工、收发时分复用的方式进行传输，且多个设备存在发送数据竞争，以及要对数据进行加密防止被窃听 等等。

802.11网络的一般工作方式为AP STA，协议层次如下

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1. IE802.11简介

频谱划分WiFi总共有14个信道，如下图所示：

1）IEEE 802.11b/g标准工作在2.4G频段，频率范围为2.400—2.4835GHz，共83.5M带宽

2）划分为14个子信道

3）每个子信道宽度为22MHz

4）相邻信道的中心频点间隔5MHz

5）相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频率重叠)

6）整个频段内只有3个（1、6、11）互不干扰信道

接收灵敏度

2.4GHz中国信道划分

802.11b和802.11g的工作频段在2.4GHz（2.4GHz-2.4835GHz），其可用带宽为83.5MHz，中国划分为13个信道，每个信道带宽为22MHz。

5GHz信道

5GHz信道中心频率范围为4.915GHz~5.865GHz，一共约200个信道，但是每个国家和地区分配的信道一般只有十几个。

Hz信道。在这种分配方式下，可以使各个设备冲突避让的程度达到最小，这样的分配使网络整体达到最优。

802.11ac中，多个网络可以通过动态带宽协商机制共享同一个宽信道，如下图所示。

信道分配示例

802.11ac只工作在5GHz频段，下面为802.11ac信道分配的一个示例。

图中,每个AP使用的频带由“条形”表示，最短的条形是20MH主信道，第二长的是40MHz主信道，最长的是80MHz主信道，当两个AP共用一个信道时，条形的颜色使用混合色。

(1)第一个AP上电时，选择了信道40作为20MHz主信道，信道36、40作为40MHz主信道，信道36-48作为80MHz主信道；

(2)第二个AP上电时，选择了信道52-64，主、辅信道分配如图中所示；

(3)第三个AP上电时，没有空闲的80MHz信道，要选择干扰最小的信道因此选择信道44、48的40MHz信道；

(4)第四个AP上电时，同样为了选择干扰最小的信道，选择了信道52、56的40MHz信道；

(5)第五个AP上电时，已经没有空闲的40MHz信道，因此选择了信道48的20MHz信道。

在这种分配方式下，可以使各个设备冲突避让的程度达到最小，这样的分配使网络整体达到最优。

802.11ac中，多个网络可以通过动态带宽协商机制共享同一个宽信道，如下图所示。

图中两种颜色表示两个网络信道，20MHz主信道分别是56和60。在20/40MHz信道，两个设备是独立的，可以通过FDD方式同时使用两个信道；在80MHz信道，两个设备不能同时使用，是TDD，但是这个80MHz信道的存在使没有竞争情况下，一个设备的传输速率加倍。

802.11ax的PHY的主要创新技术：

MAC基本功能

通过扫描，也就是被动地寻找“信标”（Beacon帧）传输或者利用“试探请求”/“试探响应”交换来主动探测AP的存在，STA就能知道一个BSS的存在。

STA在BSS中的成员身份是动态的。STA可能上电打开或关闭，或者STA可能是移动的，并移进或移出BSS所覆盖的区域。站点通过“关联”到BSS来成为BSS的成员。当离开BSS时，STA则变成“去关联”。在一个由多个基础 BSS组成的ESS中，STA可以通过“重关联”在ESS中从一个BSS迁移到另一个BSS。

SSID和BSSID

1）基本服务集（BSS）

基本服务集是802.11 LAN的基本组成模块。能互相进行无线通信的STA可以组成一个BSS（Basic Service Set） 。如果一个站移出BSS的覆盖范围，它将不能再与BSS的其它成员通信。

2）扩展服务集（ESS）

多个BSS可以构成一个扩展网络，称为扩展服务集（ESS）网络，一个ESS网络内部的STA可以互相通信，是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。连接BSS的组件称为分布式系统（Distribution System，DS）。

3）SSID

服务集的标识，在同一SS内的所有STA和AP必须具有相同的SSID，否则无法进行通信。

SSID是一个ESS的网络标识(如:TP_Link_1201)，BSSID是一个BSS的标识，BSSID实际上就是AP的MAC地址，用来标识AP管理的BSS，在同一个AP内BSSID和SSID一一映射。在一个ESS内SSID是相同的，但对于ESS内的每个AP与之对应的BSSID是不相同的。如果一个AP可以同时支持多个SSID的话，则AP会分配不同的BSSID来对应这些SSID。

BSSID(MAC)<---->SSID

AP种类，FAT AP和FIT AP比较如下图所示：

无线接入过程三个阶段

STA（工作站）启动初始化、开始正式使用AP传送数据帧前，要经过三个阶段才能够接入（802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯，功能包括扫描、接入、认证、加密、漫游和同步等功能）：

1）扫描阶段（SCAN）

2）认证阶段 (Authentication)

3）关联（Association）

Scanning

802.11 MAC 使用Scanning来搜索AP，STA搜索并连接一个AP，当STA漫游时寻找连接一个新的AP，STA会在在每个可用的信道上进行搜索。

1）Passive Scanning（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，该帧提供了AP及所在BSS相关信息：“我在这里”…

2）Active Scanning （特点：能迅速找到）

STA依次在13个信道发出Probe Request帧，寻找与STA所属有相同SSID的AP,若找不到相同SSID的AP，则一直扫描下去..

Authentication

当STA找到与其有相同SSID的AP，在SSID匹配的AP中，根据收到的AP信号强度，选择一个信号最强的AP，然后进入认证阶段。只有身份认证通过的站点才能进行无线接入访问。AP提供如下认证方法：

1）开放系统身份认证(open-system authentication)

2）共享密钥认证(shared-key authentication）

3）WPA PSK认证（ Pre-shared key）

4）802.1X EAP认证

Association

当AP向STA返回认证响应信息，身份认证获得通过后，进入关联阶段。1） STA向AP发送关联请求2） AP 向STA返回关联响应至此，接入过程才完成，STA初始化完毕，可以开始向AP传送数据帧。

认证和关联过程

漫游过程

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