2.1　無線網絡協議標準

無線局域網絡（Wireless Local Area Networks，WLAN）利用射頻（Radio Frequency，RF）或是紅外線（InfraRed，IR）的技術，以無線的方式連接兩部或多部需要交換數據的計算機設備，利用無線的高移動性來應用于各個需要的應用領域之中。

無線網絡的通信協議標準為IEEE 802.11協議族，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之上發展起來的一項技術，最大的特點是速率提升，理論速率最高可達600Mb/s，而目前業界主流為300Mb/s。下圖為IEEE 802.11協議族相互之間的關系。

IEEE 802.11協議族各個協議發布的時間以及使用頻率等信息見下表。

2.1.1　IEEE 802.11

IEEE 802.11是無線局域網通用的標準，它是由IEEE所定義的無線網絡通信的標準。雖然WiFi使用了IEEE 802.11的媒體訪問控制層（MAC）和物理層（PHY），但是兩者并不完全一致。

IEEE 802.11采用2.4GHz和5GHz這兩個ISM頻段。其中2.4GHz的ISM頻段被世界上絕大多數國家采用，5GHz ISM頻段在一些國家和地區的使用情況比較復雜，加上高載波頻率所帶來了負面效果，使得IEEE 802.11的普及受到了限制，即使它是協議組的原始標準。

2.1.2　IEEE 802.11a

IEEE 802.11a是IEEE 802.11原始標準的第一個修訂標準，于1999年9月獲得批準。IEEE 802.11a標準采用了與原始標準相同的核心協議，工作頻率為5GHz，最大原始數據傳輸率為54Mb/s，達到了現實網絡中等吞吐量（20Mb/s）的要求。

IEEE 802.11a的傳輸技術為多載波調制技術，被廣泛應用在辦公室、家庭、賓館、機場等眾多場合。它工作在5GHzU-NII頻帶，物理層速率可達54Mb/s，傳輸層可達25Mb/s，可提供25Mb/s的無線ATM接口和10Mb/s的以太網無線幀結構接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持語音、數據、圖像業務；一個扇區可接入多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端。

由于2.4GHz頻帶已經被廣泛使用，采用5GHz的頻帶讓IEEE 802.11a具有更少沖突的優點。然而，高載波頻率也帶來了負面效果。IEEE 802.11a幾乎被限制在直線范圍內使用，這導致必須使用更多的接入點；同樣還意味著IEEE 802.11a的傳播范圍不大。

2.1.3　IEEE 802.11b

IEEE 802.11b的出現是為了解決傳輸速率低的問題，如以前無線局域網的速率只有1～2Mb/s，而許多應用也是根據10Mb/s以太網速率設計的，限制了無線產品的應用種類。IEEE 802.11b從根本上改變了無線局域網的設計和應用現狀。

1. IEEE 802.11b標準簡介

IEEE 802.11b無線局域網的帶寬最高可達11Mb/s，比IEEE 802.11標準快5倍，擴大了無線局域網的應用領域。另外也可根據實際情況采用5.5Mb/s、2 Mb/s和1 Mb/s帶寬，實際的工作速度在5Mb/s左右，與普通的10Base-T規格有線局域網幾乎是處于同一水平。作為公司內部的設施，可以基本滿足使用要求。IEEE 802.11b使用的是開放的2.4GHz頻段，不需要申請就可使用。既可作為對有線網絡的補充，也可獨立組網，從而使網絡用戶擺脫網線的束縛，實現真正意義上的移動應用。

2. IEEE 802.11b優點

IEEE 802.11b具有如下優點：

（1）使用范圍。IEEE 802.11b支持以百米為單位的范圍（在室外為300m；在辦公環境中最長為100m）。

（2）可靠性。與以太網類似的連接協議和數據包確認，來提供可靠的數據傳送和網絡帶寬的有效使用。

（3）互用性。與以前的標準不同的是，IEEE 802.11b只允許一種標準的信號發送技術，產品的互用性較強。

（4）電源管理。IEEE 802.11b提供了網卡休眠模式，訪問點將信息緩沖到AP端，延長了電池的壽命。

（5）漫游支持。當用戶在樓房或公司部門之間移動時，允許在訪問點之間進行無縫連接。

3. IEEE 802.11b運作模式

IEEE 802.11b運作模式基本分為兩種：點對點模式和基本模式。下面進行詳細介紹：

（1）點對點模式，是指無線網卡和無線網卡之間的通信方式，只要PC插上無線網卡即可與另一臺具有無線網卡的PC連接，對于小型的無線網絡來說，是一種方便的連接方式，最多可連接256臺PC。

（2）基本模式，是指無線網絡規模擴充或無線和有線網絡并存時的通信方式，這是IEEE 802.11b最常用的方式。此時，插上無線網卡的PC需要由接入點與另一臺PC連接，接入點負責頻段管理及漫游等指揮工作，一個接入點最多可連接1024臺PC（無線網卡）。

4. IEEE 802.11b的典型解決方案

IEEE 802.11b無線局域網由于其便利性和可伸縮性，特別適用于小型辦公環境和家庭網絡。在室內環境中，針對不同的實際情況可以有不同的解決方案。

（1）對等解決方案。對等解決方案是一種最簡單的應用方案，只要給每臺計算機安裝一片無線網卡，即可相互訪問。如果需要與有線網絡連接，可以為其中一臺計算機再安裝一片有線網卡，無線網中其余計算機即利用這臺計算機作為網關，訪問有線網絡或共享打印機等設備。

但對等解決方案是一種點對點方案，網絡中的計算機只能一對一互相傳遞信息，而不能同時進行多點訪問。如果要實現與有線局域網一樣的互通功能，則必須借助接入點。

（2）單接入點解決方案。接入點相當于有線網絡中的集線器。無線接入點可以連接周邊的無線網絡終端，形成星型網絡結構，同時通過10Base-T端口與有線網絡相連，使整個無線網的終端都能訪問有線網絡的資源，并可通過路由器訪問外部網絡。

2.1.4　IEEE 802.11g

與之前的IEEE 802.11協議標準相比，IEEE 802.11g草案有以下兩個特點：一是在2.4GHz頻段使用正交頻分復用（OFDM）調制技術，使數據傳輸速率提高到20Mb/s以上；二是能夠與IEEE 802.11b的WiFi系統互聯互通，可共存于同一AP的網絡里，從而保障了后向兼容性。這樣原有的WLAN系統可以平滑地向高速WLAN過渡，延長了IEEE 802.11b產品的使用壽命，從而降低了用戶的投資。

IEEE 802.11g的物理幀結構分為前導信號（Preamble）、信頭Header和負載Payload。Preamble主要用于確定STA和AP之間何時發送和接收數據，傳輸進行時告知其他STA以免沖突，同時傳送同步信號及幀間隔。Preamble完成后，接收方才開始接收數據。Header在Preamble之后，用來傳輸一些重要的數據，例如負載長度、傳輸速率、服務等信息。由于數據率及要傳送字節的數量不同，Payload的包長變化很大，可以十分短也可以十分長。在一幀信號的傳輸過程中，Preamble和Header所占的傳輸時間越多，Payload用的傳輸時間就越少，傳輸的效率就越低。

綜合上述3種調制技術的特點，IEEE 802.11g采用了OFDM等關鍵技術來保障其優越的性能，分別對Preamble、Header、Payload進行調制，這種幀結構稱為OFDM/OFDM方式。IEEE 802.11g兼容性指的是IEEE 802.11g設備能和IEEE 802.11b設備在同一個AP節點網絡里互聯互通。IEEE 802.11g的一個最大特點就是要保障與IEEE 802.11bWiFi系統兼容，IEEE 802.11g可以接收OFDM和CCK數據，但傳統的WiFi系統只能接收CCK信息，這就產生了一個問題，即在兩者共存的環境中如何解決由于IEEE 802.11b不能解調OFDM格式信息幀頭所帶來的沖突問題，而為了解決上述問題，IEEE 802.11g采用了RTS/CTS技術。

2.1.5　IEEE 802.11n

IEEE 802.11n是在IEEE 802.11g和IEEE 802.11a的基礎上發展起來的一項技術，最大的特點是速率提升，理論速率最高可達600Mb/s（目前業界主流為300Mb/s），IEEE 802.11n可工作在2.4GHz和5GHz兩個頻段。

IEEE 802.11n對用戶應用的另一個重要好處是無線覆蓋的改善。由于采用了多天線技術，無線信號（對應同一條信道）將通過多條路徑從發射端到接收端，從而提供了分集效應。

另外，除了吞吐和覆蓋的改善，IEEE 802.11n技術還有一個重要的功能就是要兼容傳統的IEEE 802.11 a/b/g，以保證現有網絡的運行。