自学Aruba1.1-WLAN一些基本常识

1. LAN、WAN、WLAN、WIFI术语

1.1 局域网(Local Area Network，LAN)

是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。

1.2 广域网 (Wide Area Network，WAN)

是一种跨越大的、地域性的计算机网络的集合。通常跨越省、市，甚至一个国家。广域网包括大大小小不同的子网，子网可以是局域网，也可以是小型的广域网。

局域网和广域网的区别

局域网是在某一区域内的，而广域网要跨越较大的地域，那么如何来界定这个区域呢?
例如，一家大型公司的总公司位于北京，而分公司遍布全国各地，如果该公司将所有的分公司都通过网络联接在一起，那么一个分公司就是一个局域网，而整个总公司网络就是一个广域网。

1.3 无线局域网(Wireless LAN, WLAN)

它是相当便利的数据传输系统，它利用射频（Radio Frequency； RF）的技术，使用电磁波，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线（Coaxial）所构成的局域网络。

WLAN 利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。
WLAN 使用 ISM (Industrial、Scientific、Medical) 无线电广播频段通信。
基于IEEE802.11标准的无线局域网允许在局域网络环境中使用可以不必授权的ISM频段中的2.4GHz或5GHz射频波段进行无线连接。它们被广泛应用，从家庭到企业再到Internet接入热点。

那我们平时上网用的 WIFI，又是什么呢?

WI-FI 是实现无线组网的一种协议(实际上是握手协议)，WIFI 是 WLAN 的一个标准。WIFI 网络工作在 2.4G 或 5G 的频段。
Wi-Fi是基于IEEE 802.11标准的WLAN。WLAN有许多标准协议，如IEEE 802.11协议族、HiperLAN协议族等。

2.无线通讯技术

2.1无线个人区域网络(WPAN)

无线个人区域网络是相当小型的随意网络(ad hoc network)，通常范围不超过10公尺。由于通讯范围有限，无线个人区域网络通常用于取代实体传输线，让不同的系统能够近距离进行资料同步或连线。蓝芽无线技术(Bluetooth)是目前最盛行的无线个人区域网络(WPAN)技术，透过2.4 GHz的未管制频带来运作。

新兴的高频宽超宽频(UWB)技术。因为UWB技术不但频宽高，传输耗电量很低，而且采用相当宽的频率范围。UWB实体层介面(PHY)规格——802.15.3a
多频带联盟(MultiBand Orthogonal Frequency Division Multiplexing Alliance；MBOA)。初期的UWB产品，其资料传输率将介于100～480 Mbps之间
ZigBee(802.15.4)-最适合某些特定的低频宽应用方案，例如测试仪器与家庭环境自动化。

2.2 无线区域网络(WLAN)

目前的无线区域网络以IEEE 802.11标准为基础，称为Wi-Fi网络。 802.11a/b/g/n/ac

2.3 无线社区区域网络(WMAN)

无线都会区域网络是一种可涵盖城市或郊区等较大地理区域的无线通讯网络。以往具备T1或T3等级资料速率的长距离无线技术都是由大型电话业者、独立区域电信业者(Independent Local Exchange Carriers；ILEC)、以及其他供应商所专有及经营，用来连接距离较远的地区或大范围校园。目前IEEE已经将一套新的无线都会区域网络技术加以标准化，这套新技术采用需要执照以及免执照的多个频带。

IEEE 802.16d，也称为“WiMax”，将在2～11 GHz之间的频率范围运作(在美国将采用2.5 GHz、3.5 GHz、5.8 GHz三个频带)，在理想状况下若无障碍物阻隔，50公里距离的最高资料传输率高达70 Mbps。
移动版(802.16e)

2.4 无线广域网络(WWAN)

无线广域网络是行动电话及数据服务所使用的数字移动通讯网络，由电信运营商所经营，例如Cingular Wireless、Vodafone、Verizon Wireless等公司。

目前全球的无线广域网络主要采用两大技术——分别是GSM及CDMA技术，预计将来这两套技术仍将以平行的步调发展。
3G：包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA

2.5 RFID技术

一种新类型的无线通讯技术─无线射频识别系统(Radio Frequency Identification；RFID)，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
射频的话，一般是微波，1-100GHz，适用于短距离识别通信。
RFID读写器也分移动式的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。

3. WLAN的相关组织

IEEE ：美国电气与电子工程师学会，自1997年以来先后公告802.11、802.11b、802.11a、802.11g等多个802.11协议相关标准。
Wi-Fi联盟：非牟利的国际协会，旨在认证基于IEEE 802.11产品的互操作性和推动其新标准的制定
提出802.11i（安全）中的WPA、802.11e（QoS）中的WMM。
IETF：互联网工程任务组，是一个松散的、自律的、志愿的民间学术组织，其主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定。
CAPWAP：IETF中目前有关于无线控制器与FIT AP间控制和管理标准化的工作组；
提出的重要标准有Architecture Taxonomy for CAPWAP 与LWAPP，用于无线控制器与FIT AP间的管理和控制。
WAPI联盟：制定并推广中国无线网络产品国标中的安全机制标准WAPI，其包括无线局域网鉴别（WAI）和保密基础结构（WPI）两部分。

4. 频段、信道、带宽

【工作频段】将频率划分成多段，如2.4GHz频段（2.412GHz-2.484GHz）

【无线信道】将频段划分成多个信道，信道是用于传输无线电波信号的通道，一个信道在同一时间内只有一台设备能发送信号。

【信道带宽】模拟信道的带宽W=f2-f1，f2信道能通过的最高频率，f1为信道能通过的最低频率。带宽越大，数据传输速率越大。

5.IEEE 802.11常见的技术标准

备注：
①从802.11n开始引入了MIMO多入多出技术，基站和终端同时使用多重天线收发信号，以此增加数据传输速率和准确性。4×4表示无线网络的基站有4根天线发射数据，用户终端有4根天线接收数据。
②802.11ac虽然只是5G标准，但大主流802.11ac设备都采用双频设计，能同时发送两个信号，5G频段支持802.11ac，2.4G频段向下兼容802.11b/g/n。

5.1 以下图为频段的划分， From Wikipedia：

5.2 2.4GHZ频段

中心频率范围2.412GHz-2.484GHz
共划分14个信道
中国可用13个信道（1-13）
美国可用11个信道（1-11）
信道有效带宽20MHz，实际带宽22MHz，其中2MHz为隔离频带
相邻信道中心频点间隔5MHz，相邻的多个信道存在频率重叠，相互不干扰的信道有三组（1、6、11或2、7、12或3、8、13）

5.3 5GHZ频段

中心频率范围4.915GHz-5.865GMz
共划分约两百个信道

5.4 2.4G和5G Wi-Fi比较

备注：
5G Wi-Fi由于频率高，则电磁波的能量强，穿透能力（不变方向）强，信号穿透会损失很大能量，因此在传播过程衰减较大，传播距离较近。

6. 802.11n的关键技术介绍

802.11n是IEEE 802.11协议中继802.11b/a/g后又一个无线传输标准协议，802.11n将802.11a/g的54Mbps最高发送速率提高到了300Mbps，其主要技术如下：
物理层主要技术：

MIMO-OFDM
40MHz频宽模式
Short GI
FEC
最大合并比MRC

MAC层主要技术：

Block确认
帧聚合(Frame Aggregation)
缩小帧间间隔(RIFS)

6.1 MIMO-OFDM 多入多出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Out-put)或多发多收天线(MTMRA)

MIMO-OFDM是OFDM和MIMO相结合的技术，由于支持更多的子载波，可以实现20MHz 下单个流达到65 Mbps。
基于MIMO技术，实现了在多条路径上并发通信，称之为Spatial Multiplexing。
通常多径要引起衰落，因而被视为有害因素。对于 MIMO系统来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。
MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道，MIMO的多入多出是针对多径无线信道来说的。传输信息流s(k)经过空时编码形成N个信息子流ci(k)，I=1，……，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。特别是，这N个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带，因而并未增加带宽。若各发射接收天线间的通道响应独立，则多入多出系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息，数据率必然可以提高。
MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而实现高的通信容量和频谱利用率。这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理。
系统容量是表征通信系统的最重要标志之一，表示了通信系统最大传输率。信道容量随着天线数量的增大而线性增大，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高，也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量。
利用MIMO技术不仅可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。

6.2 40MHz频宽模式

对于无线技术，提高所用频谱的宽度，可以最为直接地提高吞吐。就好比是马路变宽了，车辆的通行能力自然提高。
传统802.11a/g使用的频宽是20MHz，而802.11n支持将相邻两个频宽绑定为40MHz来使用，所以可以最直接地提高吞吐。
需要注意的是：
对于一条空间流，并不是仅仅将吞吐从72.2 Mbps提高到144.4（即72.2×2 ）Mbps。对于20MHz频宽，为了减少相邻信道的干扰，在其两侧预留了一小部分的带宽边界。而通过40MHz绑定技术，这些预留的带宽也可以用来通讯，可以将子载体从104（52×2）提高到108。按照72.2*2*108/104进行计算，所得到的吞吐能力达到了150Mbps。

6.3 Short GI

由于多径效应的影响，信息符号(Information Symbol)将通过多条路径传递，可能会发生彼此碰撞，导致ISI干扰。为此，802.11a/g标准要求在发送信息符号时，必须保证在信息符号之间存在800 ns的时间间隔，这个间隔被称为Guard Interval (GI)。
802.11n仍然使用缺省使用800 ns GI。当多径效应不是很严重时，用户可以将该间隔配置为400，对于一条空间流，可以将吞吐提高近10%，即从65Mbps提高到72.2 Mbps。
对于多径效应较明显的环境，不建议使用Short Guard Interval (GI)。

6.4 FEC

FEC (Forward Error Correction)按照无线通信的基本原理，为了使信息适合在无线信道这样不可靠的媒介中传递，发射端将把信息进行编码并携带冗余信息，以提高系统的纠错能力，使接收端能够恢复原始信息。
802.11n所采用的QAM-64的编码机制可以将编码率(有效信息和整个编码的比率)从3/4 提高到5/6。
所以，对于一条空间流，在MIMO-OFDM基础之上，物理速率从58.5提高到了65Mbps(即58.5乘5/6除以3/4)。

6.5 最大合并比MRC

主要改善接收端的信号质量。

6.6 Block确认

为保证数据传输的可靠性，802.11协议规定每收到一个单播数据帧，都必须立即回应以ACK帧。
A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要对其中的每一个MPDU进行处理，因此同样针对每一个MPDU发送应答帧。
Block Acknowledgement通过使用一个ACK帧来完成对多个MPDU的应答，以降低这种情况下的ACK帧的数量。

6.7 帧聚合

帧聚合技术包含针对MSDU的聚合(A-MSDU)和针对MPDU的聚合(A-MPDU)：　　

A-MSDU：

A-MSDU技术是指把多个MSDU通过一定的方式聚合成一个较大的载荷。这里的MSDU可以认为是Ethernet报文。
通常，当AP或无线客户端从协议栈收到报文(MSDU)时，会打上Ethernet报文头，我们称之为A-MSDU Subframe;
而在通过射频口发送出去前，需要一一将其转换成802.11报文格式。
而A-MDSU技术旨在将若干个A-MSDU Subframe聚合到一起，并封装为一个802.11报文进行发送。从而减少了发送每一个802.11报文所需的PLCP Preamble，PLCP Header和802.11MAC头的开销，同时减少了应答帧的数量，提高了报文发送的效率。

A-MPDU：

与A-MSDU不同的是，A-MPDU聚合的是经过802.11报文封装后的MPDU，这里的MPDU是指经过802.11封装过的数据帧。
通过一次性发送若干个MPDU，减少了发送每个802.11报文所需的PLCP Preamble，PLCP Header，从而提高系统吞吐量。

6.8 缩小帧间间隔(RIFS)

RIFS只能出现在两个连续的HT帧之间。
这个参数主要表现的是PHY层的兼容性。Enabled之后在beacon中HT capacity info中有相关的bit来表示。
802.11n AP不要求TX要支持RIFS，但是强制为RX必须能识别RIFS。