自學Aruba1.1-WLAN一些基本常識
1. LAN、WAN、WLAN、WIFI術語
1.1 局域網(Local Area Network，LAN)
是指在某一區域內由多台計算機互聯成的計算機組。一般是方圓幾千米以內。局域網可以實現文件管理、應用軟件共享、打印機共享、工作組內的日程安排、電子郵件和傳真通信服務等功能。局域網是封閉型的，可以 由辦公室內的兩台計算機組成，也可以由一個公司內的上千台計算機組成。
1.2 廣域網 (Wide Area Network，WAN)
是一種跨越大的、地域性的計算機網絡的集合。通常跨越省、市，甚至一個國家。廣域網包括大大小小不同的子網，子網可以是局域網，也可以是小型的廣域網。
局域網和廣域網的區別
局域網是在某一區域內的，而廣域網要跨越較大的地域，那么如何來界定這個區域呢?
例如，一家大型公司的總公司位於北京，而分公司遍布全國各地，如果該公司將所有的分公司都通過網絡聯接在一起，那么一個分 公司就是一個局域網，而整個總公司網絡就是一個廣域網。
1.3 無線局域網(Wireless LAN, WLAN)
它是相當便利的數據傳輸系統，它利用射頻（Radio Frequency； RF）的技術，使用電磁波，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線（Coaxial）所構成的局域網絡。
- WLAN 利用電磁波在空氣中發送和接受數據，而無需線纜介質。
- WLAN 使用 ISM (Industrial、Scientific、Medical) 無線電廣播頻段通信。
- 基於IEEE802.11標准的無線局域網允許在局域網絡環境中使用可以不必授權的ISM頻段中的2.4GHz或5GHz射頻波段進行無線連接。它們被廣泛應用，從家庭到企業再到Internet接入熱點。
那我們平時上網用的 WIFI，又是什么呢?
WI-FI 是實現無線組網的一種協議(實際上是握手協議)，WIFI 是 WLAN 的一個標准。WIFI 網絡工作在 2.4G 或 5G 的頻段。
Wi-Fi是基於IEEE 802.11標准的WLAN。WLAN有許多標准協議，如IEEE 802.11協議族、HiperLAN協議族等。
2.無線通訊技術
2.1無線個人區域網絡(WPAN)
無線個人區域網絡是相當小型的隨意網絡(ad hoc network)，通常范圍不超過10公尺。由於通訊范圍有限，無線個人區域網絡通常用於取代實體傳輸線，讓不同的系統能夠近距離進行資料同步或連線。藍芽無線技術(Bluetooth)是目前最盛行的無線個人區域網絡(WPAN)技術，透過2.4 GHz的未管制頻帶來運作。
- 新興的高頻寬超寬頻(UWB)技術。因為UWB技術不但頻寬高，傳輸耗電量很低，而且采用相當寬的頻率范圍。UWB實體層介面(PHY)規格——802.15.3a
- 多頻帶聯盟(MultiBand Orthogonal Frequency Division Multiplexing Alliance；MBOA)。初期的UWB產品，其資料傳輸率將介於100～480 Mbps之間
- ZigBee(802.15.4)-最適合某些特定的低頻寬應用方案，例如測試儀器與家庭環境自動化。
2.2 無線區域網絡(WLAN)
目前的無線區域網絡以IEEE 802.11標准為基礎，稱為Wi-Fi網絡。 802.11a/b/g/n/ac
2.3 無線社區區域網絡(WMAN)
無線都會區域網絡是一種可涵蓋城市或郊區等較大地理區域的無線通訊網絡。以往具備T1或T3等級資料速率的長距離無線技術都是由大型電話業者、獨立區域電信業者(Independent Local Exchange Carriers；ILEC)、以及其他供應商所專有及經營，用來連接距離較遠的地區或大范圍校園。目前IEEE已經將一套新的無線都會區域網絡技術加以標准化，這套新技術采用需要執照以及免執照的多個頻帶。
- IEEE 802.16d，也稱為“WiMax”，將在2～11 GHz之間的頻率范圍運作(在美國將采用2.5 GHz、3.5 GHz、5.8 GHz三個頻帶)，在理想狀況下若無障礙物阻隔，50公里距離的最高資料傳輸率高達70 Mbps。
- 移動版(802.16e)
2.4 無線廣域網絡(WWAN)
無線廣域網絡是行動電話及數據服務所使用的數字移動通訊網絡，由電信運營商所經營，例如Cingular Wireless、Vodafone、Verizon Wireless等公司。
目前全球的無線廣域網絡主要采用兩大技術——分別是GSM及CDMA技術，預計將來這兩套技術仍將以平行的步調發展。
3G：包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA
2.5 RFID技術
一種新類型的無線通訊技術─無線射頻識別系統(Radio Frequency Identification；RFID)，可通過無線電訊號識別特定目標並讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。
射頻的話，一般是微波，1-100GHz，適用於短距離識別通信。
RFID讀寫器也分移動式的和固定式的，目前RFID技術應用很廣，如：圖書館，門禁系統，食品安全溯源等。
3. WLAN的相關組織
- IEEE ：美國電氣與電子工程師學會，自1997年以來先后公告802.11、802.11b、802.11a、802.11g等多個802.11協議相關標准。
- Wi-Fi聯盟：非牟利的國際協會，旨在認證基於IEEE 802.11產品的互操作性和推動其新標准的制定
提出802.11i（安全）中的WPA、802.11e（QoS）中的WMM。 - IETF：互聯網工程任務組，是一個松散的、自律的、志願的民間學術組織，其主要任務是負責互聯網相關技術規范的研發和制定。
- CAPWAP：IETF中目前有關於無線控制器與FIT AP間控制和管理標准化的工作組；
提出的重要標准有Architecture Taxonomy for CAPWAP 與LWAPP，用於無線控制器與FIT AP間的管理和控制。 - WAPI聯盟：制定並推廣中國無線網絡產品國標中的安全機制標准WAPI，其包括無線局域網鑒別（WAI）和保密基礎結構（WPI）兩部分。
4. 頻段、信道、帶寬
【工作頻段】將頻率划分成多段，如2.4GHz頻段（2.412GHz-2.484GHz）
【無線信道】將頻段划分成多個信道，信道是用於傳輸無線電波信號的通道，一個信道在同一時間內只有一台設備能發送信號。
【信道帶寬】模擬信道的帶寬W=f2-f1，f2信道能通過的最高頻率，f1為信道能通過的最低頻率。帶寬越大，數據傳輸速率越大。
5.IEEE 802.11常見的技術標准
備注：
①從802.11n開始引入了MIMO多入多出技術，基站和終端同時使用多重天線收發信號，以此增加數據傳輸速率和准確性。4×4表示無線網絡的基站有4根天線發射數據，用戶終端有4根天線接收數據。
②802.11ac雖然只是5G標准，但大主流802.11ac設備都采用雙頻設計，能同時發送兩個信號，5G頻段支持802.11ac，2.4G頻段向下兼容802.11b/g/n。
5.1 以下圖為頻段的划分， From Wikipedia：
5.2 2.4GHZ頻段
- 中心頻率范圍2.412GHz-2.484GHz
- 共划分14個信道
中國可用13個信道（1-13）
美國可用11個信道（1-11） - 信道有效帶寬20MHz，實際帶寬22MHz，其中2MHz為隔離頻帶
- 相鄰信道中心頻點間隔5MHz，相鄰的多個信道存在頻率重疊，相互不干擾的信道有三組（1、6、11或2、7、12或3、8、13）
5.3 5GHZ頻段
- 中心頻率范圍4.915GHz-5.865GMz
- 共划分約兩百個信道
5.4 2.4G和5G Wi-Fi比較
備注：
5G Wi-Fi由於頻率高，則電磁波的能量強，穿透能力（不變方向）強，信號穿透會損失很大能量，因此在傳播過程衰減較大，傳播距離較近。
6. 802.11n的關鍵技術介紹
802.11n是IEEE 802.11協議中繼802.11b/a/g后又一個無線傳輸標准協議，802.11n將802.11a/g的54Mbps最高發送速率提高到了300Mbps，其主要技術如下：
物理層主要技術：
- MIMO-OFDM
- 40MHz頻寬模式
- Short GI
- FEC
- 最大合並比MRC
MAC層主要技術：
- Block確認
- 幀聚合(Frame Aggregation)
- 縮小幀間間隔(RIFS)
6.1 MIMO-OFDM 多入多出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Out-put)或多發多收天線(MTMRA)
- MIMO-OFDM是OFDM和MIMO相結合的技術，由於支持更多的子載波，可以實現20MHz 下單個流達到65 Mbps。
- 基於MIMO技術， 實現了在多條路徑上並發通信，稱之為Spatial Multiplexing。
- 通常多徑要引起衰落，因而被視為有害因素。對於 MIMO系統來說，多徑可以作為一個有利因素加以利用。
MIMO系統在發射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道，MIMO的多入多出是針對多徑無線信道來說的。傳輸信息流s(k)經過空時編碼形成N個信息子流ci(k)，I=1，……，N。這N個子流由N個天線發射出去，經空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開並解碼這些數據子流，從而實現最佳的處理。 特別是，這N個子流同時發送到信道，各發射信號占用同一頻帶，因而並未增加帶寬。若各發射接收天線間的通道響應獨立，則多入多出系統可以創造多個並行空間信道。通過這些並行空間信道獨立地傳輸信息，數據率必然可以提高。
MIMO將多徑無線信道與發射、接收視為一個整體進行優化，從而實現高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近於最優的空域時域聯合的分集和干擾對消處理。 - 系統容量是表征通信系統的最重要標志之一，表示了通信系統最大傳輸率。信道容量隨着天線數量的增大而線性增大，在不增加帶寬和天線發送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高，也就是說可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量。
利用MIMO技術不僅可以提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。
6.2 40MHz頻寬模式
對於無線技術，提高所用頻譜的寬度，可以最為直接地提高吞吐。就好比是馬路變寬了，車輛的通行能力自然提高。
傳統802.11a/g使用的頻寬是20MHz，而802.11n支持將相鄰兩個頻寬綁定為40MHz來使用，所以可以最直接地提高吞吐。
需要注意的是：
對於一條空間流，並不是僅僅將吞吐從72.2 Mbps提高到144.4（即72.2×2 ）Mbps。對於20MHz頻寬，為了減少相鄰信道的干擾，在其兩側預留了一小部分的帶寬邊界。而通過40MHz綁定技術，這些預留的帶寬也可以用來通訊，可以將子載體從104（52×2）提高到108。按照72.2*2*108/104進行計算，所得到的吞吐能力達到了150Mbps。
6.3 Short GI
由於多徑效應的影響，信息符號(Information Symbol)將通過多條路徑傳遞，可能會發生彼此碰撞，導致ISI干擾。為此，802.11a/g標准要求在發送信息符號時，必須保證在信息符號之間存在800 ns的時間間隔，這個間隔被稱為Guard Interval (GI)。
802.11n仍然使用缺省使用800 ns GI。當多徑效應不是很嚴重時，用戶可以將該間隔配置為400，對於一條空間流，可以將吞吐提高近10%，即從65Mbps提高到72.2 Mbps。
對於多徑效應較明顯的環境，不建議使用Short Guard Interval (GI)。
6.4 FEC
FEC (Forward Error Correction)按照無線通信的基本原理，為了使信息適合在無線信道這樣不可靠的媒介中傳遞，發射端將把信息進行編碼並攜帶冗余信息，以提高系統的糾錯能力，使接收端能夠恢復原始信息。
802.11n所采用的QAM-64的編碼機制可以將編碼率(有效信息和整個編碼的比率)從3/4 提高到5/6。
所以，對於一條空間流，在MIMO-OFDM基礎之上，物理速率從58.5提高到了65Mbps(即58.5乘5/6除以3/4)。
6.5 最大合並比MRC
主要改善接收端的信號質量。
6.6 Block確認
為保證數據傳輸的可靠性，802.11協議規定每收到一個單播數據幀，都必須立即回應以ACK幀。
A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要對其中的每一個MPDU進行處理，因此同樣針對每一個MPDU發送應答幀。
Block Acknowledgement通過使用一個ACK幀來完成對多個MPDU的應答，以降低這種情況下的ACK幀的數量。
6.7 幀聚合
幀聚合技術包含針對MSDU的聚合(A-MSDU)和針對MPDU的聚合(A-MPDU)：
- A-MSDU：
A-MSDU技術是指把多個MSDU通過一定的方式聚合成一個較大的載荷。這里的MSDU可以認為是Ethernet報文。
通常，當AP或無線客戶端從協議棧收到報文(MSDU)時，會打上Ethernet報文頭，我們稱之為A-MSDU Subframe;
而在通過射頻口發送出去前，需要一一將其轉換成802.11報文格式。
而A-MDSU技術旨在將若干個A-MSDU Subframe聚合到一起，並封裝為一個802.11報文進行發送。從而減少了發送每一個802.11報文所需的PLCP Preamble，PLCP Header和802.11MAC頭的開銷，同時減少了應答幀的數量，提高了報文發送的效率。
- A-MPDU：
與A-MSDU不同的是，A-MPDU聚合的是經過802.11報文封裝后的MPDU，這里的MPDU是指經過802.11封裝過的數據幀。
通過一次性發送若干個MPDU，減少了發送每個802.11報文所需的PLCP Preamble，PLCP Header，從而提高系統吞吐量。
6.8 縮小幀間間隔(RIFS)
- RIFS只能出現在兩個連續的HT幀之間。
- 這個參數主要表現的是PHY層的兼容性。Enabled之后在beacon中HT capacity info中有相關的bit來表示。
- 802.11n AP不要求TX要支持RIFS，但是強制為RX必須能識別RIFS。