2.1　无线网络协议标准

无线局域网络（Wireless Local Area Networks，WLAN）利用射频（Radio Frequency，RF）或是红外线（InfraRed，IR）的技术，以无线的方式连接两部或多部需要交换数据的计算机设备，利用无线的高移动性来应用于各个需要的应用领域之中。

无线网络的通信协议标准为IEEE 802.11协议族，主要包括IEEE 802.11、IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n等。其中，IEEE 802.11n是在IEEE 802.11g和IEEE 802.11a之上发展起来的一项技术，最大的特点是速率提升，理论速率最高可达600Mb/s，而目前业界主流为300Mb/s。下图为IEEE 802.11协议族相互之间的关系。

IEEE 802.11协议族各个协议发布的时间以及使用频率等信息见下表。

2.1.1　IEEE 802.11

IEEE 802.11是无线局域网通用的标准，它是由IEEE所定义的无线网络通信的标准。虽然WiFi使用了IEEE 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。

IEEE 802.11采用2.4GHz和5GHz这两个ISM频段。其中2.4GHz的ISM频段被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IEEE 802.11的普及受到了限制，即使它是协议组的原始标准。

2.1.2　IEEE 802.11a

IEEE 802.11a是IEEE 802.11原始标准的第一个修订标准，于1999年9月获得批准。IEEE 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，最大原始数据传输率为54Mb/s，达到了现实网络中等吞吐量（20Mb/s）的要求。

IEEE 802.11a的传输技术为多载波调制技术，被广泛应用在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合。它工作在5GHzU-NII频带，物理层速率可达54Mb/s，传输层可达25Mb/s，可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。

由于2.4GHz频带已经被广泛使用，采用5GHz的频带让IEEE 802.11a具有更少冲突的优点。然而，高载波频率也带来了负面效果。IEEE 802.11a几乎被限制在直线范围内使用，这导致必须使用更多的接入点；同样还意味着IEEE 802.11a的传播范围不大。

2.1.3　IEEE 802.11b

IEEE 802.11b的出现是为了解决传输速率低的问题，如以前无线局域网的速率只有1～2Mb/s，而许多应用也是根据10Mb/s以太网速率设计的，限制了无线产品的应用种类。IEEE 802.11b从根本上改变了无线局域网的设计和应用现状。

1. IEEE 802.11b标准简介

IEEE 802.11b无线局域网的带宽最高可达11Mb/s，比IEEE 802.11标准快5倍，扩大了无线局域网的应用领域。另外也可根据实际情况采用5.5Mb/s、2 Mb/s和1 Mb/s带宽，实际的工作速度在5Mb/s左右，与普通的10Base-T规格有线局域网几乎是处于同一水平。作为公司内部的设施，可以基本满足使用要求。IEEE 802.11b使用的是开放的2.4GHz频段，不需要申请就可使用。既可作为对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。

2. IEEE 802.11b优点

IEEE 802.11b具有如下优点：

（1）使用范围。IEEE 802.11b支持以百米为单位的范围（在室外为300m；在办公环境中最长为100m）。

（2）可靠性。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。

（3）互用性。与以前的标准不同的是，IEEE 802.11b只允许一种标准的信号发送技术，产品的互用性较强。

（4）电源管理。IEEE 802.11b提供了网卡休眠模式，访问点将信息缓冲到AP端，延长了电池的寿命。

（5）漫游支持。当用户在楼房或公司部门之间移动时，允许在访问点之间进行无缝连接。

3. IEEE 802.11b运作模式

IEEE 802.11b运作模式基本分为两种：点对点模式和基本模式。下面进行详细介绍：

（1）点对点模式，是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式，只要PC插上无线网卡即可与另一台具有无线网卡的PC连接，对于小型的无线网络来说，是一种方便的连接方式，最多可连接256台PC。

（2）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IEEE 802.11b最常用的方式。此时，插上无线网卡的PC需要由接入点与另一台PC连接，接入点负责频段管理及漫游等指挥工作，一个接入点最多可连接1024台PC（无线网卡）。

4. IEEE 802.11b的典型解决方案

IEEE 802.11b无线局域网由于其便利性和可伸缩性，特别适用于小型办公环境和家庭网络。在室内环境中，针对不同的实际情况可以有不同的解决方案。

（1）对等解决方案。对等解决方案是一种最简单的应用方案，只要给每台计算机安装一片无线网卡，即可相互访问。如果需要与有线网络连接，可以为其中一台计算机再安装一片有线网卡，无线网中其余计算机即利用这台计算机作为网关，访问有线网络或共享打印机等设备。

但对等解决方案是一种点对点方案，网络中的计算机只能一对一互相传递信息，而不能同时进行多点访问。如果要实现与有线局域网一样的互通功能，则必须借助接入点。

（2）单接入点解决方案。接入点相当于有线网络中的集线器。无线接入点可以连接周边的无线网络终端，形成星型网络结构，同时通过10Base-T端口与有线网络相连，使整个无线网的终端都能访问有线网络的资源，并可通过路由器访问外部网络。

2.1.4　IEEE 802.11g

与之前的IEEE 802.11协议标准相比，IEEE 802.11g草案有以下两个特点：一是在2.4GHz频段使用正交频分复用（OFDM）调制技术，使数据传输速率提高到20Mb/s以上；二是能够与IEEE 802.11b的WiFi系统互联互通，可共存于同一AP的网络里，从而保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑地向高速WLAN过渡，延长了IEEE 802.11b产品的使用寿命，从而降低了用户的投资。

IEEE 802.11g的物理帧结构分为前导信号（Preamble）、信头Header和负载Payload。Preamble主要用于确定STA和AP之间何时发送和接收数据，传输进行时告知其他STA以免冲突，同时传送同步信号及帧间隔。Preamble完成后，接收方才开始接收数据。Header在Preamble之后，用来传输一些重要的数据，例如负载长度、传输速率、服务等信息。由于数据率及要传送字节的数量不同，Payload的包长变化很大，可以十分短也可以十分长。在一帧信号的传输过程中，Preamble和Header所占的传输时间越多，Payload用的传输时间就越少，传输的效率就越低。

综合上述3种调制技术的特点，IEEE 802.11g采用了OFDM等关键技术来保障其优越的性能，分别对Preamble、Header、Payload进行调制，这种帧结构称为OFDM/OFDM方式。IEEE 802.11g兼容性指的是IEEE 802.11g设备能和IEEE 802.11b设备在同一个AP节点网络里互联互通。IEEE 802.11g的一个最大特点就是要保障与IEEE 802.11bWiFi系统兼容，IEEE 802.11g可以接收OFDM和CCK数据，但传统的WiFi系统只能接收CCK信息，这就产生了一个问题，即在两者共存的环境中如何解决由于IEEE 802.11b不能解调OFDM格式信息帧头所带来的冲突问题，而为了解决上述问题，IEEE 802.11g采用了RTS/CTS技术。

2.1.5　IEEE 802.11n

IEEE 802.11n是在IEEE 802.11g和IEEE 802.11a的基础上发展起来的一项技术，最大的特点是速率提升，理论速率最高可达600Mb/s（目前业界主流为300Mb/s），IEEE 802.11n可工作在2.4GHz和5GHz两个频段。

IEEE 802.11n对用户应用的另一个重要好处是无线覆盖的改善。由于采用了多天线技术，无线信号（对应同一条信道）将通过多条路径从发射端到接收端，从而提供了分集效应。

另外，除了吞吐和覆盖的改善，IEEE 802.11n技术还有一个重要的功能就是要兼容传统的IEEE 802.11 a/b/g，以保证现有网络的运行。