WLANIEEE80211协议综述

1、IEEE 802.11 协议综述 1 IEEE 802.11系列协议标准的发展IEEE802.11系列协议标准是由国际电气和电子工程师联合会(IEEE)制定的，它以IEEE802.11标准为基础，包括与无线局域网相关的多个已经发布和正在编著的标准。图1展示了无线局域网在IEEE网络协议体系中位置。表1给出了每一种标准协议的名称、时间和简单的说明。IEEE 802.1体系结构、管理、LAN互连及高层接口IEEE802.2 逻辑链路控制（LLC）数据链路层物理层802.15无线个域网802.11无线局域网802.5令牌环网802.4令牌总线网802.3CDMA/CD以太网802.16无限城域网.图1：无线局域网在IEEE网络协议体系中位置表2： IEEE802.11系列协议标准协议名称发布时间说明IEEE 802.111997年定义了2.4GHz微波和红外线的物理层及MAC子层标准IEEE 802.11a1999年定义了5GHz微波的物理层及MAC子层标准IEEE 802.11b1997年扩展的2.4GHz微波的物理层及MAC子层标准(DSSS)IEEE 802.11b+2002年扩展的2

2、.4GHz微波的物理层及MAC子层标准(PBCC)IEEE 802.11c2000年关于IEEE 802.11网络和普通以太网之间的互通协议IEEE 802.11d2000年关于国际间漫游的规范IEEE 802.11e2004年基于无线局域网的质量控制协议IEEE 802.11F2003年漫游过程中的无线基站内部通信协议IEEE 802.11g2003年扩展的2.4GHz微波的物理层及MAC子层标准(OFDM)IEEE 802.11h2003年扩展的5GHz微波的物理层及MAC子层标准(欧洲)IEEE 802.11i2004年增强的无线局域网安全机制IEEE 802.11j2004年扩展的5GHz微波的物理层及MAC子层标准(日本)IEEE 802.11k2005年基于无线局域网的微波测量规范IEEE 802.11l暂无暂无IEEE 802.11m2006年基于无线局域网的设备维护规范IEEE 802.11n2007年高吞吐量的无线局域网规范(100Mbps)在表2中需要说明的是，标准的名称都采用小写的字母进行标注，惟有IEEE802.11F采用的是大写字母；发布时间为2004年及以后

3、的协议都是还没确定的，因为每一个协议的批准过程都是非常繁杂的，很可能出现延迟的情况。该综述将在后面选取部分协议标准进行详细的描述。IEEE 802.11cIEEE 802.11FIEEE 802.11dIEEE 802.11eIEEE 802.11hIEEE 802.11iIEEE 802.11jIEEE 802.11kIEEE 802.11aIEEE 802.11bIEEE 802.11gIEEE 802.11n网络层以上MAC层物理层 图3：IEEE 802.11系列协议中协议分布 如图3在IEEE 802.11系列协议标准中各种协议的分布中没有包含IEEE802.11标准。因为IEEE 802.11作为基础协议包含了物理层和MAC子层的内容，后续的速度扩展 （比如：IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g和未来的IEEE 802.11n）都延续了它所定义的MAC协议。该综述会对接触到的一些协议进行简单的描述，包括IEEE 802.11、IEEE 802.11a 、IEEE 802.b、IEEE 802.11e、IEEE 802.11g和最新的I

4、EEE 802.11n 。2 IEEE 802.11 a,b,g,n 协议的定义和标准 IEEE 802.11 IEEE 802.11是第一代无线局域网标准之一，也是国际电气和电子工程师联合会IEEE发布的第一个无线局域网标准，是其他IEEE802.11系列标准的基础标准。该标准定义了物理层和介质访问控制MAC协议的规范，允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。常常把IEEE802.11作为无线局域网的代名词。IEEE802.11标准有两个版本：1997年版和后来补充修订的1999年版。IEEE 802.11无线网络标准规定了3种物理层传输介质工作方式。其中2种物理层传输介质工作方式在2.42.4835 GHz微波频段（根据各国当地法规或规定不同，频段的具体定义也有所不同），采用扩频传输技术进行数据传输，包括跳频序列扩频传输技术(FHSS)和直接序列扩频传输技术(DSSS)。另一种方式以光波段作为其物理层，也就是利用红外线光波传输数据流。需要注意的是，虽然红外线同样适用于IEEE 802.11标准，但它是光学技术，并不使用2.4GHz频段。在IEEE 802.11

5、的规定中，这些物理层传输介质中，FHSS及红外线技术的无线网络则可提供1Mbps传输速率(2Mbps为可选速率),而DSSS则可提供1Mbps及2Mbps工作速率。多数FHSS厂家仅能提供1Mbps的产品，而符合IEEE 802.11无线网络标准并使用DSSS厂家的产品则全部可以提供2Mbps的速率，因此DSSS在无线局域网产品中得到了广泛的应用。虽然采用跳频序列扩频技术(FHSS)与采用DSSS的设备都工作在相同的频段中，但是由于它们运行的机制完全不同，所以这两种设备没有互操作性。IEEE 80211b 从性能上看，IEEE 802.11b的带宽为11Mbps，实际传输速率在5Mbps左右，与普通的10Base-T规格有线局域网持平。无论是家庭无线组网还是中小企业的内部局域网，IEEE 802.11b都能基本满足使用要求。由于基于的是开放的2.4GHz频段，因此IEEE 802.11b的使用无需申请，既可作为对有线网络的补充，又可自行独立组网，灵活性很强。 从工作方式上看，IEEE 802.11b的运作模式分为两种：点对点模式和基本模式。其中点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信

6、方式，即一台装配了无线网卡的计算机可以与另一台装配了无线网卡的计算机实施通信，对于小型无线网络来说，这是一种非常方便的互联方案；而基本模式则是指无线网络的扩充或无线和有线网络并存时的通信方式，这也是IEEE 802.11b最常用连接方式。此时，装载无线网卡的计算机需要通过“接入点”（无线AP）才能与另一台计算机连接，由接入点来负责频段管理及漫游等指挥工作。在带宽允许的情况下，一个接入点最多可支持1024个无线节点的接入。当无线节点增加时，网络存取速度会随之变慢，此时添加接入点的数量可以有效的控制和管理频段。从目前大多数的应用案例来看，接入点是作为架起无线网与有线网之间的桥梁而存在的。这一点，在随后的AP评测中，笔者还将详细阐述。 作为目前最普及、应用最广泛的无线标准，IEEE 802.11b的优势不言而喻。技术的成熟，使得基于该标准网络产品的成本得到了很好的控制，无论家庭还是企业用户，无需太多的资金投入既可组建一套完整的无线局域网。但IEEE 802.11b的缺点也是显而易见的，11Mbps的带宽并不能很好地满足大容量数据传输的需要，只能作为有线网络的一种补充。IEEE 80211a

7、就技术角度而言，IEEE 802.11a与IEEE 802.11b虽在编号上仅一字之差，但二者间的关系并不像其他硬件产品换代时的简单升级，这种差别主要体现在工作频段上。由于IEEE 802.11a工作在不同于IEEE 802.11b的5.2GHz频段，避开了当前微波、蓝牙以及大量工业设备广泛采用的2.4GHz频段，因此其产品在无线数据传输过程中所受到的干扰大为降低，抗干扰性较IEEE 802.11b更为出色。 高达54Mbps数据传输带宽，是IEEE 802.11a的真正意义所在。当IEEE 802.11b以其11Mbps的数据传输率满足了一般上网冲浪、数据交换、共享外设等需求的同时，IEEE 802.11a已经为今后无线宽带网的进一步要求做好了准备，从长远的发展角度来看，其竞争力是不言而喻的。此外，IEEE 802.11a的无线网络产品较IEEE 802.11b有着更低的功耗，这对笔记本电脑以及PDA等移动设备来说也有着重大意义。 然而，IEEE 802.11a的普及也并非一帆风顺，就像许多新生事物被人们所接受时要面临的问题一样，IEEE 802.11a也有其自身的“难言之隐”。 首

8、先，IEEE 802.11a所面临的难题是来自厂商方面的压力。眼下，IEEE 802.11b已走向成熟，许多拥有IEEE 802.11b产品的厂商会对IEEE 802.11a持谨慎态度。二者是竞争还是共存，各厂商的态度莫衷一是。从目前的情况来看，由于这两种技术标准互不兼容，不少厂商为了均衡市场需求，直接将其产品做成了a+b的形式，这种做法固然解决了“兼容”问题，但也带来了成本增加的负面因素。 其次，相关法律法规的限制，使得5.2GHz频段无法在全球各个国家中获得批准和认可。5.2GHz的高频虽然令IEEE 802.11a具有了低干扰的使用环境，但也带来了不利的一面太空中数以千计的人造卫星与地面站通信也恰恰使用5.2GHz频段。此外，欧盟也只允许将5.2GHz频率用于其自己制定的另一个无线标准HiperLAN。IEEE 80211g 不可否认，IEEE 802.11g的诞生为无线网络市场注入了一剂“强心针”，但随之带来的还有无休止的争论，争论的焦点自然是围绕在IEEE 802.11a与IEEE 802.11g之间。 与IEEE 802.11a相同的是，IEEE 802.11g也使用了Or

9、thogonal Frequency Division Multiplexing（正交分频多任务，OFDM）的模块设计，这是其54Mbps高速传输的秘诀。然而不同的是，IEEE 802.11g的工作频段并不是IEEE 802.11a的5.2GHz，而是坚守在和IEEE 802.11b一致的2.4GHz频段，这样一来，原先IEEE 802.11b使用者所担心的兼容性问题得到了很好的解决，IEEE 802.11g提供了一个平滑过渡的选择。 既然IEEE 802.11b有了IEEE 802.11a来替代，无线宽带局域网可谓已经“后继有人”了，那IEEE 802.11g的推出是否多余了呢？答案自然是否定的。除了具备高传输率以及兼容性上的优势外，IEEE 802.11g所工作的2.4GHz频段的信号衰减程度不像IEEE 802.11a的5.2GHz那么严重，并且IEEE 802.11g还具备更优秀的“穿透”能力，能适应更加复杂的使用环境。但是先天性的不足（2.4GHz工作频段），使得IEEE 802.11g和它的前辈IEEE 802.11b一样极易受到微波、无线电话等设备的干扰。此外，IEEE 802.11g的信号比IEEE 802.11b的信号能够覆盖的范围要小的多，用户可能需要添置更多的无线接入点才能满足原有使用面积的信号覆盖，这是“高速”的代价！IEEE 802.11n新兴的 802.11n 标准具有高达 600 Mbps 的速率，是下一代的无线网络技术，可提供支持对带宽最为敏感的应用所需的速率、范围和可靠性。802.11n 结合了多种技术，其中包括 Spatial Multiplexing MIMO (Multi-In, Multi-Out) （空间多路复用多入多

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