過年時，把舅舅家的 WiFi 搞好了。其實發(fā)現(xiàn)的問題，都不算是 WiFi 問題，但是 WiFi 確實是每家每戶都有了。估計各位小伙伴家里，也有些親戚會讓你幫忙搞下 WiFi ，其實 WiFi 的內(nèi)容比較簡單，只是無線產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，對比有線網(wǎng)絡(luò)快了很多，但是萬變不離其宗，現(xiàn)在就專門講講什么是 WiFi ？
以太網(wǎng)用 CSMA/CD 進行傳輸控制，而 IEEE 802.11 的 WLAN 采用的是 CSMA/CA 。
CSMA/CD ，全稱 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ，即 載波偵聽多路訪問/沖突檢測協(xié)議。
載波偵聽（ Carrier Sense ），是指網(wǎng)絡(luò)中的各個設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)前，都要確認確認線路上有沒有數(shù)據(jù)傳輸。如果有數(shù)據(jù)傳輸，就不發(fā)送數(shù)據(jù)；如果沒有數(shù)據(jù)傳輸，馬上發(fā)送數(shù)據(jù)。
多路訪問（ Multiple Access ），是指網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備收發(fā)數(shù)據(jù)，共同使用同一條線路，而且發(fā)送的數(shù)據(jù)是廣播型。
沖突檢測（ Collision Detection ），是指設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)幀的同時，還必須監(jiān)聽線路情況，判斷是否發(fā)生沖突。也就是說，同一時刻，有沒有其它設(shè)備也在發(fā)送數(shù)據(jù)幀。
以太網(wǎng)的沖突域是指數(shù)據(jù)發(fā)送時，檢測出沖突，當發(fā)生沖突時等待一段隨機時間再次發(fā)送。而在 WLAN 中，如果遇到其它設(shè)備正在發(fā)送數(shù)據(jù)，那么就在設(shè)備發(fā)送完成后，再等待一段隨機時間，采繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。這就是沖突避免（ CA ，Collision Avoidance ）。因為在對方設(shè)備發(fā)送完后直接發(fā)送數(shù)據(jù)，也有可能會造成無線傳輸沖突。
以太網(wǎng)中，傳輸介質(zhì)是網(wǎng)線或光纖，能夠通過電氣信號檢測沖突的發(fā)生。但由于無線網(wǎng)絡(luò)不會產(chǎn)生電氣信號，因此需要使用 CSMA/CA 來替代 CSMA/CD 。
STA ，全稱 Station ，即 工作站，是指配有無線網(wǎng)卡的無線終端，比如：手機、電腦等。
AP ，全稱 Wireless Access Point ，即 無線AP ，用來連接 STA 和有線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
IBSS ，全稱 Independent Basic Service Set ，即 獨立基本服務(wù)集，包含一個及以上 STA 的無線網(wǎng)絡(luò)，也叫做 ad-hoc 無線網(wǎng)絡(luò)，無法訪問 DS 時使用的模式。
BSS ，全稱 Basic Service Set ，即基本服務(wù)集，由一個 AP 和一個及以上 STA 組成的無線網(wǎng)絡(luò)。BSS 內(nèi)所有的 STA 通信都是通過 AP 完成，AP 不僅能連接有線網(wǎng)絡(luò)，還可以在 STA 和 其它 STA 或 DS 節(jié)點之間進行橋接。
ESS ，全稱 Extended Service Set ，即擴展服務(wù)集，同一有線網(wǎng)絡(luò)連接的、兩個及以上的 AP 組成，和一個子網(wǎng)概念類似。
DS ，全稱 Distribution System ，即分發(fā)系統(tǒng)，讓不同 BSS 內(nèi)的 AP 通過 DS 互連，STA 可以從一個 BSS 移動到另一個 BSS 。AP 之間可以是無線互連，也可以是有線互連，通常是使用有線互連。DS 是 BSS 之間進行邏輯連接的基礎(chǔ)，讓 STA 在 BSS 之間能夠?qū)崿F(xiàn)漫游。
WLAN 的拓撲結(jié)構(gòu)分為兩種，一種是終端之間直接互連的 ad-hoc 模式，另一種是通過 AP 連接有線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施模式。
ad-hoc 模式，全稱 ad-hoc mode ，即 IEEE 802.11 無線網(wǎng)絡(luò)的 BSS ，在兩臺 STA 之間直接進行無線通信，而組成的網(wǎng)絡(luò)，也叫做點對點的網(wǎng)絡(luò)模式。通常是筆記本電腦和打印機進行無線連接或多臺游戲機進行聯(lián)機對戰(zhàn)時使用。終端一般配置了無線網(wǎng)卡。這個模式下，終端是不能連接到互聯(lián)網(wǎng)上的。
基礎(chǔ)設(shè)施模式，全稱 Infrastructure Mode ，是指 802.11 無線網(wǎng)絡(luò)的 BSS 形式組網(wǎng)，通常是通過 AP 連接到互聯(lián)網(wǎng)時使用。在這個模式下，除了有 STA 外，還需要有 AP 才能連接到互聯(lián)網(wǎng)。
有線網(wǎng)絡(luò)通過有線線纜把終端和交換機連接起來，組成網(wǎng)絡(luò)。而無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施模式中，是通過一種叫做 AP 的設(shè)備，把多臺終端連接到有線網(wǎng)絡(luò)中。AP 也叫做接入點，接入點通常有 RJ-45 網(wǎng)絡(luò)接口，用來連接到交換機或路由器上，從而讓無線網(wǎng)絡(luò)的終端能夠訪問有線網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。
和以太網(wǎng)一樣，WLAN 的標準也是有 IEEE 組織制定的。以太網(wǎng)標準統(tǒng)稱為 IEEE 802.3 ，而 WLAN 標準統(tǒng)稱為 802.11 。
和 IEEE 802.3 一樣，IEEE 802.11 在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層之間也定義了 MAC 子層。定義了 WLAN 采用哪種頻帶和調(diào)制方式，傳輸速率達到多大等傳輸標準，還定義了安全性、QoS 、管理等相關(guān)內(nèi)容。
以上都是 802.11 傳輸標準，還有一些其它類型的標準。
IEEE 802.11n 之前的標準已經(jīng)不多見了，這里就不介紹了。IEEE 802.11n ，又叫做 WiFi 4 ，標準在 2009 年制定完成，最大傳輸速率是 600 Mbit/s ，使用 MIMO 多通道技術(shù)讓傳輸速率大幅提升。也能向下兼容 IEEE 802.11a 、IEEE 802.11b 、IEEE 802.11g 。
IEEE 802.11ac ，又叫做 WiFi 5 ，有兩個版本，分別是：Wave 1 、Wave 2 。區(qū)別是 Wave 1 使用 80 Mhz 頻寬和 SU-MIMO 技術(shù)，最大傳輸速率是 3.46 Gbit/s 。而 Wave 2 是使用 160 Mhz 頻寬和 DL MU-MIMO 技術(shù)，最大傳輸速率是 6.93 Gbit/s 。頻帶和調(diào)制方式等都相同。
IEEE 802.11ax ，又叫做 WiFi 6 ，標準在 2018 年制定完成，最大傳輸速率是 9.6 Gbit/s 。WiFi 6 同時支持 2.4G 和 5G 頻段，完整涵蓋低速與高速設(shè)備，覆蓋范圍更遠。支持 WPA 3 安全協(xié)議，無線網(wǎng)絡(luò)更安全。支持 TWT 技術(shù)，能夠更省電。簡單的說，就是速度更快、延時更低、容量更低、更安全、更省電。
WiFi 是基于 IEEE 802.11 標準的、不同廠家為產(chǎn)品的品牌認證。既然有 IEEE 802.11 標準了，為什么還要有 WiFi 認證？這是因為 IEEE 802.11 正式標準推出的時間周期長，而無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅猛，各個廠家等不及正式標準，自己組成了 WiFi 聯(lián)盟，并完成互聯(lián)互通的認證。
實際上，并不是每個 IEEE 802.11 產(chǎn)品都申請了 WiFi 聯(lián)盟的認證，那么缺少 WiFi 認證的產(chǎn)品，并不一定兼容 WiFi 設(shè)備。但是經(jīng)過 WiFi 認證的 STA 或 AP 都能無障礙的互聯(lián)互通。
在酒店或公共場所中，經(jīng)常看到 “ 免費 WiFi 上網(wǎng) ” 的標識，這就表示這里的 AP 已經(jīng)通過了 WiFi 認證。除了電腦和手機，家電和游戲機也可以完成 WiFi 認證。
WiFi 還定義了類似 WPA 這種無線加密的相關(guān)標準。
使用 WLAN 的終端要通過 AP 完成無線連接，才能連接到互聯(lián)網(wǎng)或有線網(wǎng)絡(luò)。
無線終端連接 AP 的過程叫做關(guān)聯(lián)（ Association ）。
STA 可以和連接不同的 AP ，但是同一時刻，只能連接在一個 AP 上。AP 會定期發(fā)送 beacon 幀，STA 根據(jù) beacon 幀的內(nèi)容，獲取 AP 的 SSID 信息、支持的無線傳輸速率，以及無線信道等信息。
STA 在關(guān)聯(lián)過程中，會向 AP 發(fā)送關(guān)聯(lián)請求數(shù)據(jù)幀，AP 收到請求后，就向 STA 返回帶有狀態(tài)碼的關(guān)聯(lián)響應(yīng)數(shù)據(jù)幀。
STA 會確認 AP 發(fā)過來的狀態(tài)碼，如果是 “ successful ” ，表示關(guān)聯(lián)成功，如果返回其它信息，表示關(guān)聯(lián)失敗。STA 在收到 “ successful ” 的同時，還會分配一個 Association ID（ AID ）的識別號。
WLAN 認證的過程，是在關(guān)聯(lián)過程之前發(fā)生的。
IEEE 802.11 的 MAC 數(shù)據(jù)幀的字段信息如下：
IEEE 802.11 的數(shù)據(jù)幀可分為三類：
1、廣播無線信號的 beacon 幀，默認情況下，每 100 毫秒 AP 廣播一次。
2、認證使用認證幀：AP 和 STA 進行信息交互時，使用的關(guān)聯(lián)幀。
通常數(shù)據(jù)幀的 Address 1 表示目的地址，Address 2 表示源地址，Address 3 表示 BSSID 信息。
由于無線電波是看不見的，會出現(xiàn)陌生用戶在未經(jīng)允許時，擅自接入 AP 使用的情況發(fā)生。只要在無線信號能夠到達的范圍內(nèi)，并知道 SSID ，STA 就能夠和 AP 進行關(guān)聯(lián)。為了防止未知的人使用，可以使用 ESSID 隱藏功能和 MAC 地址過濾功能。
SSID 信息是由 AP 的 beacon 幀定期進行廣播發(fā)送的。STA 通過 beacon 幀來確認和那個 SSID 進行連接。但是，只有是無線信號能夠到達的地方，任何人都可以通過 beacon 幀，使用 STA 搜索到 SSID 信息并連接。
為了防范這類風(fēng)險，可以使用不發(fā)出 beacon 幀的 ESSID 隱藏功能。STA 需要通過其它途徑獲得 SSID 信息，并在 STA 進行相應(yīng)配置，從而隱藏網(wǎng)絡(luò)連接。
但是，由于 SSID 在無線網(wǎng)絡(luò)的傳播中，沒有加密，當有 STA 使用這個隱藏的 SSID 連接 AP 時，可以通過無線監(jiān)控工具獲取這個無線網(wǎng)絡(luò)的 SSID ，所以 ESSI 隱藏功能不是很安全的對策。
在 AP 中設(shè)置允許關(guān)聯(lián)的 MAC 地址列表，只有在列表里面的 STA 才能連上無線網(wǎng)絡(luò)，防止以外的 STA 接入 AP ，這個方法叫做 MAC 地址過濾或 MAC 地址認證。
除了在 AP 上設(shè)置外，還可以通過 RADIUS 服務(wù)器設(shè)置允許接入的 MAC 地址信息，在認證的同時完成 MAC 地址過濾。但是，MAC 地址也能通過工具偽裝和冒充，可以對接入 WLAN 的 MAC 地址進行監(jiān)聽，獲得具體的 MAC 地址信息，所以這也不是完善的安全策略。
在 AP 上使用 ESSID 隱藏和 MAC 地址過濾功能，都不能完全阻止惡意訪問，為了徹底防止惡意用戶訪問無線網(wǎng)絡(luò)，需要進行認證。
IEEE 802.11 最開始有兩種認證方式：開放系統(tǒng)認證、共享密鑰認證。
開發(fā)系統(tǒng)認證（ Open System Authentication ）不用 STA 輸入用戶名和密碼等認證信息，就可以向 AP 發(fā)出認證請求。AP 能夠接收所有接入認證請求，也就是說，無論是誰都可以和 AP 關(guān)聯(lián)上。通常用于公共 WiFi ，結(jié)合 Portal 認證或 VPN 來完成用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限控制。
共享密鑰認證（ Shared Key Authentication ）用于 AP 和 STA 進行無線加密通信。使用 WEP 或 WPA 加密標準時，AP 和 STA 預(yù)先配置相同的口令，通過這個口令就可以建立無線通信鏈路。這個口令叫做預(yù)共享密鑰（ pre-shared key ），不知道預(yù)共享密鑰的 STA ，是無法和 AP 進行關(guān)聯(lián)的。
IEEE 802.1X 是用戶認證和訪問控制協(xié)議，是從有線網(wǎng)絡(luò)中引用過來的。
IEEE 802.1X 認證是由認證客戶端、接入設(shè)備、認證服務(wù)器三部分組成。請求認證的終端叫做認證客戶端，和終端連接的 AP 、交換機及其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備叫做接入設(shè)備。認證方式使用 EAP ，客戶端發(fā)起認證請求，接入設(shè)備會把收到的 EAP 消息封裝成 RADIUS 數(shù)據(jù)幀，轉(zhuǎn)發(fā)給認證服務(wù)器，當認證服務(wù)器完成認證后，接入設(shè)備會通知客戶端并把客戶端作為認證成功的客戶端，之后客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)幀都會轉(zhuǎn)發(fā)到局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上。
認證信息是使用用戶名、口令、數(shù)字證書等其中一種方式即可，對應(yīng)的認證協(xié)議有 EAP-MD5 、EAP-TLS 、EAP-TTLS 等各種類型。
空氣中傳輸?shù)臒o線電波，只要是在覆蓋范圍內(nèi)，就能被任何人收到，再加上 WLAN 數(shù)據(jù)解析工具，惡意用戶就能夠竊聽無線網(wǎng)絡(luò)的通信內(nèi)容。
為了防止無線通信被竊聽和篡改，要在無線通信過程中，對信息進行加密。WLAN 加密有 WEP 、WPA 、WPA2 、WPA3 等標準。
WEP ，全稱 Wired Equivalent Privacy ，即有線等效保密。WEP 加密是最早在無線加密中使用的技術(shù)，基于 RC4 算法的密鑰對數(shù)據(jù)進行加密，這個密鑰叫做 WEP key 。
WEP 一共有三種加密方式：40 bit 長度的密鑰和 24 bit 長度的初始向量值組成 64 bit 長的加密方式，104 bit 長度的密鑰和 24 bit 長度的初始向量值組成 128 bit 長的加密方式，128 bit 長度的密鑰和 24 bit 長度的初始向量值組成 152 bit 長的加密方式。密鑰長度越短，破解時間也越短，現(xiàn)在已經(jīng)不怎么使用了。
WEP 實在太脆弱了，于是就制定了 WPA ，全稱 WiFi Protected Access ，即 WiFi 保護接入。
WPA 把 SSID 和 WEP 密鑰一起加密，并且能定期自動更新用戶認證功能和密鑰的 TKIP 。
WPA 有兩種模式：個人模式和企業(yè)模式。
個人模式的 WPA 主要是家庭和個人使用，也叫做 WPA-PSK ，AP 和 STA 使用相同的預(yù)共享密鑰（ PSK ）。
企業(yè)模式的 WPA 主要用于企業(yè)，增加了 IEEE 802.1X 認證服務(wù)器，不同的用戶使用不同的用戶名和密碼連接無線網(wǎng)絡(luò)。
WPA2 是新一代 WPA 標準，采用 AES 加密算法。AES 常用于 IPsec 和 SSL 等協(xié)議中，比 RC4 的安全性更高。AES 支持長度是 128 bit 、196 bit 、256 bit 的密鑰，WPA2 使用其中的 128 bit 長度類型。WPA2 兼容上一代 WPA ，支持 WPA2 的設(shè)備和只支持 WPA 的設(shè)備也能通信。AES 采用了類似 TKIP 的協(xié)議 CCMP ，其中 CBC-MAC 是密碼段連接/消息認證碼的意思。
AP 的加密設(shè)置可以選擇 WPA-PSK（ TKIP ）、WPA-PSK（ AES ）、WPA2-PSK（ TKIP ）或 WPA2-PSK（ AES ）。
2017 年 10 月，802.11 協(xié)議中沿用 13 年的 WPA2 加密被完全破解。2018 年 6 月 26 日，WiFi 聯(lián)盟宣布 WPA3 協(xié)議已最終完成，這是 WiFi 連接的新標準。
WPA3 在 WPA2 的基礎(chǔ)上增加了新的功能，以簡化 WiFi 安全保障方法、實現(xiàn)更可靠的身份驗證，提高數(shù)據(jù)加密強度。所有的 WPA3 網(wǎng)絡(luò)都必須進行管理幀保護 PMF ，保證數(shù)據(jù)的安全性。
根據(jù) WiFi 網(wǎng)絡(luò)的用途和安全需求的不同，WPA3 又分為 WPA3 個人版、WPA3 企業(yè)版，即 WPA3-SAE 和 WPA3-802.1X 。WPA3 為不同網(wǎng)絡(luò)提供了額外功能：WPA3 個人版增強了對密碼安全的保護，而 WPA3 企業(yè)版的用戶可以選擇更高級的安全協(xié)議，保護敏感數(shù)據(jù)。
對比 WPA2 個人版，WPA3 個人版能提供更可靠的基于密碼的身份驗證。這是由于 WPA3 個人版使用了更安全的協(xié)議：對等實體同時驗證 SAE（ Simultaneous Authentication of Equals ）。SAE 取代了 WPA2 個人版的 PSK 認證方式，可以有效地抵御離線字典攻擊，增加暴力破解的難度。SAE 能夠提供前向保密，即使攻擊者知道了網(wǎng)絡(luò)中的密碼，也不能解密獲取到的流量，大大提升了 WPA3 個人網(wǎng)絡(luò)的安全。WPA3 個人版只支持 AES 加密方式。
SAE 在 WPA/WPA2-PSK 原有的四次握手前增加了 SAE 握手，實質(zhì)上是為了動態(tài)協(xié)商成對主密鑰 PMK 。WPA/WPA2-PSK 的 PMK 只與 SSID 和預(yù)共享密鑰有關(guān)，而 SAE 引入了動態(tài)隨機變量，每次協(xié)商的 PMK 都是不同的，提升了安全性。
企業(yè)、政府和金融機構(gòu)為了更高的安全性可以采用 WPA3 企業(yè)版。WPA3 企業(yè)版基于 WPA2 企業(yè)版，提供一種可選模式：WPA3-Enterprise 192bit ，這個模式的優(yōu)點有：
數(shù)據(jù)保護：使用 192 位的 Suite-B 安全套件，增加密鑰的長度。
密鑰保護：使用 HMAC-SHA-384 在 4 次握手階段導(dǎo)出密鑰。
流量保護：使用伽羅瓦計數(shù)器模式協(xié)議 GCMP-256（ Galois Counter Mode Protocol ）保護用戶上線后的無線流量。
管理幀保護：使用 GMAC-256（ GCMP 的伽羅瓦消息認證碼，Galois Message Authentication Code ）保護組播管理幀。
WPA2 企業(yè)版支持多種 EAP 方式的身份驗證，但是 WPA3 企業(yè)版僅支持 EAP-TLS 的方式。
能夠自行進行無線控制和安全管理功能的 AP 叫做胖 AP 。通過一臺或多臺 AP 搭建無線網(wǎng)絡(luò)時，常使用胖 AP ，配置簡單，費用低廉。有多臺 AP 的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，如果想修改安全策略等參數(shù)時，就需要一臺一臺的配置。
在大規(guī)模辦公區(qū)部署無線網(wǎng)絡(luò)時，需要管理的 AP 數(shù)量非常龐大，不適合單臺 AP 單獨管理。這種情況下，AP 只保留最基本的配置，安全策略等參數(shù)就通過無線控制器進行統(tǒng)一配置和管理，這類 AP 就叫做瘦 AP 。
AP 支持 CAPWAP ，就可以通過這個協(xié)議連接到無線控制器，AP 只需要完成 MAC 管理和數(shù)據(jù)幀控制，認證和安全等功能全部交給無線控制。
在無法布線的樓宇之間、在物理位置較遠的站點之間，可以通過無線橋接進行無線連接。無線橋接是通過無線上連，有線下連的方式組網(wǎng)。
在通信距離較長時，需要使用定向天線來增強某個特定方向的電波強度。
AP 上連無線接口當做 STA ，連接其它 AP 釋放的 SSID 。AP 下連無線接口釋放相同的 SSID ，讓 STA 接入，這就是無線中繼。通過連接中繼器，將 STA 收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給擁有相同 SSID 的 AP ，就能擴大無線網(wǎng)絡(luò)的范圍。一級中繼器連接后，網(wǎng)絡(luò)吞吐率會減半。
無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)都是有理論的最大速率，比如：常見的以太網(wǎng)的 10Gbit/s 和 WiFi 6 的 9.6Gbit/s ，這些是說在進行數(shù)據(jù)通信時，傳輸?shù)臉O限速率。
由于無線網(wǎng)絡(luò)中使用了 CSMA/CA 的沖突回避協(xié)議，數(shù)據(jù)在發(fā)送時有等待的時間。因此，WiFi 6 的最大理論速率是 9.6Gbit/s ，實際使用時最大速度可能不到 80% 。
STA 能夠進行通信的最大距離半徑叫做覆蓋范圍。根據(jù) STA 和 AP 的距離不同，最大速率也會不同，離 AP 越遠，通信延遲越大，數(shù)據(jù)傳輸速率也越低。在沒有障礙物時，無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍是同心圓的形狀分布。
IEEE 802.11a/b/g 使用 OFDM 調(diào)制方式提供了八個數(shù)據(jù)傳輸速率，DSSS 調(diào)制方式提供了四個速率。
IEEE 802.11n 使用 OFDM 調(diào)制方式，可以調(diào)制方式和符號速率搭配，定義 0 ~ 31 個 MCS 索引，每個 MCS 索引都有一個數(shù)據(jù)傳輸速率。
數(shù)據(jù)傳輸速率根據(jù)信道帶寬和保護間隔（ GI ）的組合，在每個 MCS 中有四種模式。
使用 20MHz 的信道帶寬叫做 HT20 模式，使用 40MHz 的信道帶寬叫做 HT40 模式。
MIMO 技術(shù)可以把數(shù)據(jù)分割成多個數(shù)據(jù)流（ stream ），每條獨立的數(shù)據(jù)流通過多個天線使用相同的頻帶同時發(fā)送。在 HT40 模式時，單個數(shù)據(jù)流有 150Mbit/s 的吞吐率，在 IEEE 802.11n 標準中，最多四條數(shù)據(jù)流，理論上最大 600Mbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率。
在 HT20 模式下，單個數(shù)據(jù)流最大是 75Mbit/s 的吞吐率。使用 2.4GHz 頻帶時，如果每條信道使用 20MHz 的帶寬，最多有三條信道同時工作，如果使用 40MHz 的帶寬，就只有一條可用信道，所以在 2.4GHz 頻帶下，幾乎不使用 HT40 模式。
保護間隔在 800ns 的基礎(chǔ)上，又添加了 400ns 。
MIMO 使用天線的多個無線通信通道，讓速率大幅上升?？臻g上，互相獨立的多個天線會同時發(fā)送頻率相同的無線信號，各個同頻信號叫做空間數(shù)據(jù)流。各空間數(shù)據(jù)流由發(fā)送天線進行路徑分割，最終到達多個接收天線。
發(fā)送方使用空間編碼（ STC ）把發(fā)送信號在時間和空間上進行重組，形成并列傳輸信號，然后通過 M 個天線發(fā)送通信電波。接收方通過 N 個天線接收多徑傳輸?shù)臒o線電波，同樣使用空時解碼（ STD ），對信號進行分離組合，從而成功接收所有信號。
在多徑傳輸中，通過使用多條路徑，可以和天線數(shù)量（空間數(shù)據(jù)流）形成正比，來提高無線數(shù)據(jù)的傳輸速度。
支持 802.11n 標準的 AP 有多個天線。空間流的數(shù)量也依賴于天線的數(shù)量，通常使用 a × b ：c 或 a × b 表示 AP 的天線數(shù)量。a 表示發(fā)送天線或發(fā)送的無線信號數(shù)量，b 表示接收天線或接收的無線信號數(shù)量，c 表示可以利用的最大空間流數(shù)量。比如，現(xiàn)在的 WiFi 6 AP ，也就是 802.11ax 標準的 AP ，最大支持 8 × 8 ：8 的數(shù)量，表示 8 根發(fā)送天線和 8 根接收天線組成，使用 8 個空間流進行無線數(shù)據(jù)傳輸。
WiFi 5 ，也就是 802.11ac 標準。對比 802.11n ，WiFi 5 主要有四個方面的提升：更寬的頻寬綁定、更多的空間流、更先進的調(diào)制技術(shù)、更靈活的 MIMO 機制。
信道綁定：802.11n 引入了信道綁定技術(shù)，是把兩個 20MHz 的信道捆綁在一起。而 WiFi 5 能夠支持 160MHz 的信道，也就是綁定了 8 個信道。如果 802.11a/b/g 是單車道的話，而 802.11n 就是雙車道，到來 WiFi 5 就達到八車道。
八條數(shù)據(jù)流：WiFi 5 沿用了 802.11n 的 MIMO 技術(shù)，采用多天線技術(shù)，可以不消耗更多帶寬和不增加傳輸功耗的前提下，增加數(shù)據(jù)吞吐量。更多的天線設(shè)計，可以把數(shù)據(jù)分散到多天線上，讓每 Hz 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更多，還增加了可靠性。如果說信道綁定是增加了一條馬路的車道數(shù)量，那么 MIMO 技術(shù)就是增加馬路的數(shù)量，大大提升了馬路承載能力，可以通過更多的車流量。
256QAM 調(diào)制技術(shù)：在信號調(diào)制方面，802.11n 是采用 64QAM ，而 WiFi 5 則達到了 256QAM 。QAM 發(fā)射信號集一般用星座圖表示，每一個星座點對應(yīng)一個信號，星座點數(shù)越多，傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱?，常見的形式?16QAM 、64QAM 、256QAM ，WiFi 5 協(xié)議標準采用的是 256QAM ，所以單載波承載的數(shù)據(jù)量可以達到 8bit ，而802.11n只能達到 6bit 。
多用戶 MIMO（ MU-MIMO ）：多用戶 MIMO 技術(shù)可以提高單個AP無線接入的終端數(shù)，緩解高密部署的問題。802.11n 技術(shù)中，同一時間 MIMO 只允許單用戶使用，而 WiFi 5 可以支持多用戶 MIMO，這意味著單個 802.11ac 的 AP 可以向兩個或多個設(shè)備傳送不同的數(shù)據(jù)流。
WiFi 5 計算最大速率時，使用 160MHz 模式、 256-QAM 調(diào)制方式、400ns 的保護間隔時長，WiFi 5 單條流速率可達 866.7 Mbit/s，八條流速率高達 6.9Gbit/s。
WiFi 6 ，其實就是 802.11ax 標準。對比 WiFi 5 ，WiFi 6 的提升是更完整的頻帶覆蓋、更高階的調(diào)制方式、更全面的 MU-MIMO 、引入 OFDMA 技術(shù)、新增 TWT 機制。
同時支持 2.4GHz 和 5GHz 頻段：WiFi5 只支持 5G 頻段，雖然 5G 的頻段資源豐富，但穿透力差，在信號覆蓋較弱。而 WiFi 6 同時支持 2.4GHz 和 5GHz 頻段，2.4G 信號覆蓋效果更好，完整涵蓋低速與高速設(shè)備。
高階調(diào)試方式：WiFi 6 支持 1024-QAM ，高于 WiFi 5 的 256-QAM ，單載波承載的數(shù)據(jù)量可以達到 10bit，意味著更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。
完整 MU-MIMO ：WiFi 5 引入 MU-MIMO 功能，但是支持數(shù)據(jù)下載，上傳數(shù)據(jù)時還是走得 SU-MIMO 。而 WiFi6 是完整版的 MU-MIMO 功能，支持數(shù)據(jù)上行和下行。8 × 8 MU-MIMO ，表示最多可以同時支持八個終端傳輸數(shù)據(jù)。雖然 AP 可以接入多個終端，但是沒使用 MU-MIMO 技術(shù)之前，都是一個接著一個收發(fā)數(shù)據(jù)的，AP 每次只能和一個終端傳輸數(shù)據(jù)，只是時間間隔是毫秒級，我們無法感知而已。WiFi 6 就是真正意義上的八個終端同時傳輸數(shù)據(jù)了，適用于高密的無線網(wǎng)絡(luò)場景。
OFDMA 技術(shù)：WiFi6 在在 OFDM 的基礎(chǔ)上加入多址（即多用戶）技術(shù)，從而演進成 OFDMA 。實際上 OFDMA 將幀結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，細分成若干資源單元，為多個用戶服務(wù)。
以 20MHz 信道為例，在 OFDM 方案（即 WiFi 4/WiFi 5 ）里每一幀由 52 個數(shù)據(jù)子載波組成，但由于這一幀只為一個終端服務(wù)。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包太小時（像聊天記錄）?？蛰d的子載波也無法分配給其他終端。
而在 OFDMA 方案（即 WiFi 6 ）里每一幀由 234 個數(shù)據(jù)子載波組成，每 26 個子載波定義為一個 RU（資源單元），每個 RU 可以為一個終端服務(wù)，簡單除一下，每一幀就可以被分成 9 份，最多可以同時為 9 個用戶服務(wù)。
用卡車來貨來解釋這個技術(shù)最方便直觀了。OFDM 技術(shù)是為每一個客戶發(fā)一次貨車。不管貨物多少，來一單發(fā)一趟，這樣不免就有貨車空載的現(xiàn)象。而 OFDMA 技術(shù)會將多個訂單合在一起發(fā)貨，讓卡車盡量滿載上路，使得運輸效率大大提升。
不但如此，WiFi6 下 OFDMA 和 MU-MIMO 的效果可以疊加。兩者呈現(xiàn)出一種互補關(guān)系，OFDMA 適用于小數(shù)據(jù)包的并行傳輸提高信道利用率和傳輸效率。而 MU-MIMO 則適用于大數(shù)據(jù)包的并行傳輸，提高單用戶的有效帶寬，同樣能減少時延。
TWT機制：WiFi 6 加入了 TWT 機制（ Target Wake Time ）。TWT 機制是專門針對類似智能家居這樣的低速設(shè)備而設(shè)置的。例如配置 2.4GHz 頻段、20MHz 頻帶的 WiFi 終端。AP 會自動生成一個數(shù)據(jù)交換用的喚醒時間，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸不高的時段，依次喚醒這些低速設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，比如下載最新數(shù)據(jù)庫、上傳生成數(shù)據(jù)等操作。這樣慢速設(shè)備不再長時間占用帶寬，可以有效避免網(wǎng)絡(luò)擁堵。這也是一種優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率的技術(shù)手段。
WiFi 6 計算最大速率時，使用 160MHz 模式、1024-QAM 調(diào)制方式、800ns 的保護間隔時長，WiFi 6 單條流速率可達 1.2 Gbit/s，八條流速率高達 9.6Gbit/s。
無線干擾的詞典解釋是，兩個相同種類的波在某點相遇時，那么這個點的振幅就是兩個波振幅之和的現(xiàn)象。
在電氣傳輸過程中，會產(chǎn)生電磁波，但出現(xiàn)預(yù)料之外的電磁波，就是造成干擾現(xiàn)象的原因。比如突然出現(xiàn)的雷聲，會造成收音機出現(xiàn)雜音等。
在無線通信中，不同頻率的無線電波，都有各自的傳輸路徑，在各個傳輸路徑上進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，這個傳輸路徑就叫做信道（ channel ）。
在電磁波能夠到達的范圍內(nèi)，出現(xiàn)多個 AP 在同一個信道內(nèi)進行通信，就會發(fā)送干擾現(xiàn)象。雷電、微波爐的電磁波，如果和 AP 的電磁波發(fā)生重合，就會破壞傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，造成無法通信的結(jié)果，這也屬于干擾現(xiàn)象。
防止打雷這種電磁波帶來的影響是很困難的，但是避免來自其它 AP 的干擾，還是可以通過修改信道配置做到的。
WLAN 標準中，使用 2.4GHz 和 5GHz 頻帶，各個頻帶都有多條信道。在設(shè)置 AP 時，為了防止干擾，需要把相同信道的 AP 隔離開來。
世界各個地區(qū) WiFi 2.4G 和 5G 信道并不是完全相同的，下面我們就來看看中國的 WLAN 信道有哪些？
WLAN 的 2.4G 信道頻寬是 83.5MHz ，頻率范圍是 2.4 ~ 2.4835 GHz ，實際一共劃分了 14 個信道，中國是使用前面的 13 個信道，信道編號是 1 ~ 13 。每個信道的有效寬度是 20 MHz ，另外還有 2MHz 的強制隔離頻帶，類似公路上的隔離帶。對于中心頻率是 2412 MHz 的信道 1 ，頻率范圍是 2401 ~ 2423 MHz 。
但并不是說，只要選擇數(shù)字不同的信道，就一定不會發(fā)生干擾。信道 1 使用的頻率和 信道 2 ~5 是有一部分的重合，因此還是會發(fā)生干擾。這樣看來，肯定不會發(fā)生干擾的信道組合是 1 、6 、11 。大家還可以想想，還有哪些不會發(fā)生干擾的信道組合？
WLAN 的 5G 信道頻寬資源就豐富些，一共是 700MHz 的頻寬，頻率范圍是 5.15 ~ 5.85 GHz ，中國一共有 13 個 20MHz 信道，信道編號是 36 、40 、44 、48 、52 、56 、60 、64 、149 、153 、157 、161 、165 ，并且所有信道都是互不干擾的，可以直接使用。
從 802.11n 開始，可以同時使用相鄰的信道，組成 40MHz 、80MHz 、160MHz 的頻寬進行數(shù)據(jù)傳輸。
WLAN 通信中，離開 AP 多遠依然能夠進行通信？這個答案取決于天線。天線根據(jù)不同的用途，分為不同的種類。
按水平方向圖特性，可分為全向天線、定向天線、智能天線。
全向天線在水平面內(nèi)的所有方向上輻射出的電波能量都是相同的，但在垂直面內(nèi)不同方向上輻射出的電波能量是不同的。方向圖輻射類似白熾燈輻射可見光，水平方向上 360 度輻射。
定向天線在水平面與垂直面內(nèi)的所有方向上輻射出的電波能量都是不同的。方向圖輻射類似手電筒輻射可見光，朝某方向定向輻射，相同的射頻能量下可以實現(xiàn)更遠的覆蓋距離，但是是以犧牲其它區(qū)域覆蓋為代價的。
智能天線在水平面上具有多個定向輻射和 1 個全向輻射模式。天線以全向模式接收終端發(fā)射的信號；智能天線算法根據(jù)接收到的信號判斷終端所在位置，并控制 CPU 發(fā)送控制信號選擇最大輻射方向指向終端的定向輻射模式。
按照極化方式劃分，可以分為單極化天線和雙極化天線。單極化和雙極化在本質(zhì)上都是線極化方式，通常有水平極化和垂直極化兩種。
在無線網(wǎng)絡(luò)的通信距離中，室內(nèi)覆蓋的范圍一般在幾十米到一百米之間，室外覆蓋的范圍可達幾百米。
WiFi 的高度普及，具有極大的商業(yè)價值，新標準推出的時間也越來越快。目前還在 WiFi 6 的推廣階段，2022 年 1 月 WiFi 聯(lián)盟就已經(jīng)宣布了 Wi-Fi 6 的第 2 版標準，它改進了上行鏈路以及所有支持頻段（ 2.4GHz、5GHz 和 6GHz ）的電源管理。甚至在 WiFi 7 標準尚未統(tǒng)一時，聯(lián)發(fā)科就進行了首個 WiFi 7 技術(shù)的現(xiàn)場演示。
但是，不要忽略了無線網(wǎng)絡(luò)在實際使用時，速率是要對稱協(xié)商的。有 WiFi 6 的 AP ，還需要支持 WiFi 6 的 STA ，才能協(xié)商出 WiFi 6 的高速率，這才算是真正用上了 WiFi 6 。如果拿個 WiFi 5 的 STA 連接 WiFi 6 的 AP ，最后也只能協(xié)商出 WiFi 5 的速率，并不能發(fā)揮 WiFi 6 的功能。小伙伴們，你們現(xiàn)在都是用的 WiFi 幾 呀？歡迎留言，說說實際的 WiFi 體驗！
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