WLAN基础培训学习教案课件.pptx

1、会计学1WLAN基础培训董晓荔基础培训董晓荔l2.4G ISM:工业,科学和医疗频段l5.8G 无授权的国家信息基础实施频段第1页/共123页and Electronics Engineers)美国电气和电子工程师协会Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)是一家全球及非营利性的行业协会，致力于通过其测试和认证方案确保基于IEEE 802.11标准的无线局域网产品的可互操作性。可互操作性。第2页/共123页标准标准描述描述备注备注802.11工作在2.4G频段，采用FHSS调制解调技术，2Mbps已批准802.11a工作在5G频段，采用OFDM调制解调技术，54Mbps已批准802.11

2、b工作在2.4G频段，采用DSSS调制解调技术，11Mbps已批准802.11e对服务等级（Quality of Service,QoS）的支持已批准802.11g工作在2.4G频段,采用OFDM调制解调技术,54Mbps已批准802.11h传输功率控制(TPC),动态频率选择（DFS）欧洲要求802.11i强健安全网络已批准802.11k该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范制定中802.11n工作在2.4G、5.8G采用MIMO OFDM最大速率600Mbps已批准802.11sMesh网状网标准制定中802.11ac工作在5GHz，目标1Gbps指定中第3页/共123页应用层应用层表示

3、层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层LLCLLCMACMACMAC Layerl载波侦听冲突避让机制载波侦听冲突避让机制CSMA/CAl接入控制接入控制l加密、漫游、节电加密、漫游、节电Physical Layerl2.4GHz&5.8GHzlFHSS DSSS OFDM MIMOl1-54 Mbps 600Mbpsl100-500m 覆盖范围覆盖范围第4页/共123页2WLAN基础知识（物理层）2.1RF射频属性2.2RF射频行为特性2.3RF相关计算2.4WLAN 物理层重要参数2.5802.11abgn介绍第5页/共123页第6页/共123页AP

4、天线馈线电场电场电场电波传输方向磁场磁场电场和地面垂直为垂直极化电场和地面平行为水平极化第7页/共123页频率越高 提供的带宽越大频率越高,衰减越大，覆盖区域越小1 second第8页/共123页第9页/共123页AP 100500mW网卡网卡3050mW移动电话移动电话2001000mW微波炉7001000WPower振幅越大、能量越大第10页/共123页主信号主信号同相同相90异相异相180 异相异相第11页/共123页异相降低振幅第12页/共123页2WLAN基础知识（物理层）2.1RF射频属性2.2RF射频行为特性2.3RF相关计算2.4WLAN 物理层重要参数2.5802.11abg

5、n介绍第13页/共123页第14页/共123页AP天线馈线无线电磁波在传播过程中，不断扩散，能量逐渐减小第15页/共123页振幅减小，能量减弱信号穿过水分时，将会被吸收。水分可能包含在无线传输路径中的树叶和人体中体育馆、会展中心等人群密集区域需要考虑人体的吸收AP天线馈线墙墙体体第16页/共123页AP天线馈线第17页/共123页无线信号从一个介质到达另一个介质时发生折射,改变传播方向信号在穿透密度不同的大气和墙体时会发生折射AP天线馈线AP天线馈线AP天线馈线AP天线馈线冷空气湿润空气第18页/共123页第19页/共123页AP天线馈线第20页/共123页-30dbm-45dbm-30dbm

6、-60dbm-30dbm-45dbm-30dbm-60dbm材质厚度 角度 障碍物 衰减量2.4GHz衰减量（dB)1364461845第21页/共123页计算公式LP=32.4+（20log10F）+（20log10D）LP 自由空间损耗F 电磁波频率D 传播距离（km）AP100mW 天线馈线Client天线馈线馈线1000m衰减多少？第22页/共123页020406080100120124101001000dB距离（m）距离每增加一倍衰减增加距离每增加一倍衰减增加6dB5GHz比比2.4GHz衰减高衰减高6dB结合结合1m、10m、100m、1000m的衰减可以估算实际的衰减的衰减可以估

7、算实际的衰减5G2.4G46第23页/共123页信号在传播链路中发生反射、散射、衍射，到达接收端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的耦合，接收信号与原始信号相比出现随机变化。AP天线馈线Client天线馈线第24页/共123页菲涅尔区域是一个椭圆球体，如下图。实际传播中，如果椭圆球体内存在阻挡物，直射波和反射波（绕射波）的路径差小于半个波长，相位差的影响小于/2，这样会大大影响无线电波的传播效果，这个椭圆球体的半径就是第一菲尼尔区域半径。电磁波主要通过第一菲涅尔区域传播，近似于自由空间传播第25页/共123页第26页/共123页2WLAN基础知识（物理层）2.1RF射频属性2.2RF射频

8、行为特性2.3RF相关计算2.4WLAN 物理层重要参数2.5802.11abgn介绍第27页/共123页第28页/共123页n10lg（P/1mW）P为功率值为功率值n100mW=10lg（100/1mW）=20dBm 10W=40dBmdBn是一个表示功率相对值，表示功率增加多少和减少多少n27dBm-20dBm=7dB 增加7dBn20dBm-27dBm=-7dB 减少-7dB第29页/共123页dBm mW对应表对应表dBmmWdBmmW0 dBm1 mW0 dBm1 mW1 dBm1.25 mW-1 dBm0.8 mW3 dBm2 mW-3 dBm0.5 mW6 dBm4 mW-6

9、dBm0.25 mW7 dBm5 mW-7 dBm0.20 mW10 dBm10 mW-10 dBm0.10 mW12 dBm16 mW-12 dBm0.06 mW13 dBm20 mW-13 dBm0.05 mW15 dBm32 mW-15 dBm0.03 mW17 dBm50 mW-17 dBm0.02 mw20 dBm100 mW-20 dBm0.01 mW30 dBm1000 mW(1 W)-30 dBm0.001 mW40 dBm10,000 mW(10 W)-40 dBm0.0001 mW+3db 功率增加一倍、功率增加一倍、+10db功率增加功率增加10倍倍-3db 功率减少一倍

10、、功率减少一倍、-10db功率减少功率减少10倍倍第30页/共123页指射频发射机在指定方向上的辐射功率，单位为dBm。EIRPEIRP=36dBm=设备发射功率20dBm-线路衰减-1dB+发射天线增益+17dBi第31页/共123页AP20dBm 天线(17dBi)馈线（1dB）Client接收灵敏度-90dB天线(17dBi)馈线馈线系统增益=43dB=设备发射功率20dBm-线路衰减-1dB+发射天线增益+17dBi-传输损耗-100dB+接收天线增益+17dBi-接收灵敏度-（-90dB）1000m 衰减100dB第32页/共123页2WLAN基础知识（物理层）2.1RF射频属性2.

11、2RF射频行为特性2.3RF相关计算2.4WLAN 物理层重要参数2.5802.11abgn介绍第33页/共123页第34页/共123页TX:20dBmRSSI:-30dBm第35页/共123页和，误码率明显升高调制解调方调制解调方式式最大接收电最大接收电平平OFDM-30dBmCCK-20dBm第36页/共123页调制方式调制方式OFDMOFDMOFDMOFDMCCKCCKDQPSKDBPSK传输速率传输速率54 Mb/s48 Mb/s36 Mb/s24 Mb/s11 Mb/s5.5 Mb/s2 Mb/s1 Mb/s接收灵敏度接收灵敏度 dBm(for BER=10%)-68-69-75-7

12、9-83-87-91-94第37页/共123页提供的带宽越高，SNR要求越高第38页/共123页0 0101020203030404050506060123456速率SNR成正比第39页/共123页第40页/共123页2WLAN基础知识（物理层）2.1RF射频属性2.2RF射频行为特性2.3RF相关计算2.4WLAN 物理层重要参数2.5802.11abgn介绍第41页/共123页802.11802.11b802.11a802.11g802.11n标准发布时间标准发布时间19971999199920032009频率范围频率范围 2.4G2.4G5.8G2.4G2.4G5.8G非重叠信道非重叠信

13、道 33533、5调制传输技术调制传输技术BPSK/QPSKFHSSCCKDSSS64QAMOFDMCCK/64QAMOFDMMIMO OFDM物理发送速率物理发送速率1,21,2,5.5,116,9,12,18,24,36,48,546,9,12,18,24,36,48,54协议规范最高600Mbps兼容性兼容性N/A与11g产品可互通与11b/g不能互通与11b产品可互通兼容11abg第42页/共123页1,2,5.5,11 Mbps(DSSS/802.11b)6,9,12,18,24,36,48,54 Mbps(OFDM)向后完全兼容802.11b标准单台AP TCP最大吞吐量约为24M

14、bps，网络最大吞吐量72Mbps（3*24）第43页/共123页北美地区:1-11中国、欧洲:1-13日本、1-13，14（11b only）1、6、11为完全无重叠信道在同一个区域可以存在3个接入点(AP)1 123456 6789101111121322Mhz2.402Ghz2.483Ghz14第44页/共123页2.4GHz频段信道分配表信道中心频率(MHz)信道低端/高端频率(MHz)124122401/2423224172406/2428324222411/2433424272416/2438524322421/2443624372426/2448724422431/2453824

15、472426/2448924522441/24631024572446/24681124622451/24731224672456/24781324722461/2483信道间隔5MHz信道宽度22MHz，从中心频率左右扩展11MHz第45页/共123页水平部署垂直部署第46页/共123页第47页/共123页5.8GHz频段信道分配表信道中心频率 (MHz)信道低端/高端频率 (MHz)14957455735/575515327655755/577515757855775/579516158055795/581516558255715/583514914920Mhz5.745Ghz5.825G

16、hz1531531571571611611651655.8 GHz信道的使用信道间隔20MHz信道宽度20MHz，从中心频率左右扩展10MHz第48页/共123页水平部署垂直部署第49页/共123页11bAP11gAP11aAPDSSS-CCK覆盖范围覆盖范围OFDM覆盖范围覆盖范围第50页/共123页第51页/共123页3WLAN基础知识（MAC层）3.1WLAN网络术语3.2WLAN MAC原理3.3WLAN 安全机制第52页/共123页第53页/共123页第54页/共123页SSID AUTELANBSS第55页/共123页扩展服务集 ESS(Extended Service Set)S

17、SID AUTELANSSID AUTELANESS第56页/共123页基本服务集标示符 BSSID(Basic Service Set Identifier)STA 根据根据BSSID选择选择AP接入接入Virtual AP即在一个无线射频卡上实现多个即在一个无线射频卡上实现多个SSID，类似于在逻辑上划分了几个，类似于在逻辑上划分了几个AP每个每个BSSID可以有独立的可以有独立的 ESSID、MAC、安全认证机制、不同的业务、安全认证机制、不同的业务VLAN第57页/共123页Point-to-PointPoint-to-Multipoint第58页/共123页全冗余网状网、通过无线链路

18、形成一条主路径和多条备份路径其中一台或多台AP接入有线网络，其余AP通过无线链路通讯一般采用双频AP，5.8G做mesh 回传，2.4G做接入11g mesh不建议超过3跳第59页/共123页3WLAN基础知识（MAC层）3.1WLAN网络术语3.2WLAN MAC原理3.3WLAN 安全机制第60页/共123页802.11帧概览管理帧管理帧加入和退出加入和退出WLAN、AP间漫游间漫游BeaconProbe RequestProbe ResponseAuthenticationDeauthenticationAssociation RequestAssociation ResponseDis

19、associationReassociation RequestReassociation Response控制帧控制帧获得信道使用权和收到数据确认获得信道使用权和收到数据确认ACKRTSCTS数据帧数据帧数据传递数据传递DATA发现网络认证关联及漫游确认预约信道第61页/共123页ACK丢失单播帧ACK单播帧ACK单播帧开始下一个单播帧发送数据重传RetryRetry单播数据包丢失第62页/共123页Tx FrameSIFSRx ACKDIFSSTA1随机竞随机竞争窗口争窗口DIFSTx FrameSTA2Rx FrameStation 1SIFSTx ACKRx FrameStation

20、2AP短帧间隔（Short interframe space，简称SIFS）SIFS 用于高优先级的传输场合，例如RTS/CTS 以及ACK。经过一段SIFS（时间），即可进行高优先级的传输。一旦高优先级传输开始，介质即处于忙碌状态，因此相较于必须等待较长时间才能传输的帧，SIFS 消逝后即可进行传输的帧优先级较高。分布式帧间隔（DCF interframe space，简称DIFS）DIFS 是竞争式服务中最短的介质闲置时间。如果介质闲置时间长于DIFS，工作站可以立即对介质进行访问。DIFS随机竞随机竞争窗口争窗口随机竞随机竞争窗口争窗口随机竞随机竞争窗口争窗口DIFSSIFSRx ACK

21、SIFSTx ACK第63页/共123页隐藏节点 Hidden Node Problem 802.11bDSSS-CCK802.11gOFDM由于距离原因，听不到对方发送数据由于障碍物原因，听不到对方发送数据由于协议原因，听不到对方发送数据第64页/共123页STA-2APRTS/CTS（Request TO Send/Clear TO Send）STA-1RTSCTSCTSFrameACKSTA1发送RTS 帧启动发送数据帧过程。RTS 作用：预约无线链路的使用权，并要求接收到这一消息的其他的工作站保持listen状态。AP收到RTS，回复CTS。CTS作用，令附近的工作站保持listen状

22、态。等到RTS/CTS 完成交换过程，STA1 发送要传送的帧，无须担心来自其他隐藏节点的干扰。AP收到STA1的帧后，回复ACK予以确认，STA1数据帧发送完成。第65页/共123页RTS/CTS应用场合隐藏节点问题较为严重场合，需要手动调低RTS/CTS阈值，默认为2347Byte802.11g混合模式802.11b工作站无法解码802.11g OFDM调制的无线信号。当网络中存在802.11b客户端时，802.11b/g接入点采用RTS/CTS或CTS to self来避免冲突。RTS/CTS或CTS to self携带传输OFDM数据所需要的时间，并以802.11b能够接受的调制解调方

23、式发送。由于引入额外的开销，网络的总体吞吐量降低。第66页/共123页Max Data(Mbps)Max Data(Mbps)Throughput(Mbps)Throughput(Mbps)802.11b802.11b11116 6802.11g(no legacy support)802.11g(no legacy support)54542222802.11g(mixed mode,RTS/CTS)802.11g(mixed mode,RTS/CTS)54548 8802.11g(mixed mode,CTS to self)802.11g(mixed mode,CTS to self)5

24、4541414802.11a 802.11a 54542525以下两种情况会使运行802.11g的AP启动802.11g保护功能：一、802.11b的客户端和运行802.11g的AP相关联；二、运行802.11g的AP探测到周边同一信道内的运行802.11b的AP或无线客户端整体网络性能大约降低一半第67页/共123页 步骤1：扫描发现网络 步骤2：认证 步骤3:关联 步骤4:数据收发 管理帧管理帧加入和退出加入和退出WLAN、AP间漫游间漫游BeaconProbe RequestProbe ResponseAuthenticationDeauthenticationAssociation R

25、equestAssociation ResponseDisassociationReassociation RequestReassociation Response发现网络认证关联及漫游第68页/共123页Scanning802.11MAC 通过扫描来实现寻找和加入一个网络当STA漫游时寻找一个新的AP扫描分为两种Active ScanningPassive Scanning第69页/共123页Active ScanningProbe RequestProbe ResponseSTA主动广播Probe Request,（ssid为null），当前信道所有AP发送Probe Response响

26、应，STA根据信号强度决定接入哪个APAP1AP2AP1的信号强，我选择AP1第70页/共123页Page 72BeaconBeaconBeaconBeaconBeaconCMCC第71页/共123页Authentication requestAuthentication Response(success)Authentication requestPlain text challengeCipher text challengeAuthentication Response(success)预置Key用Key加密明文密文解密和明文比较预置KeyOpen-system Authenticati

27、on过程Shared-Key Authentication过程121234第72页/共123页Reassociation RequestAssociation RequestAssociation ResponseAssociationDisassociationReassociation ResponseRSSINew AP位置Old APt1t2t3t1t2STA 接入APSTA在AP间漫游第73页/共123页Page 75第74页/共123页Null帧（通知进入节电状态）Beacon（TIM）Sleep缓存帧DATA（发送缓存帧）Beacon（TIM）Beacon（TIM）PS-poll

28、（获取缓存帧）Associattion requestListen Internal 3802.11节电第75页/共123页FrameBody 有效载荷（0-2312）FCS CRC校验423666260-23124802.11 MAC头第76页/共123页Page 78第77页/共123页To DS=0 To DS=1From DS=0 管理帧、控制帧、IBSS 数据帧STA 发送数据帧到DSFrom DS=1 STA从DS接收数据帧DS内部的帧DS:Ethernet Distribution SystemFrom DSTo DS第78页/共123页第79页/共123页SA/TARA(BSS

29、ID)DARA/DATA(BSSID)SATASADARASA 网络层数据的发送者DA 网络层数据的接收者TA 802.11数据的发送者RA 802.11数据的接受者802.11地址字段AP1AP2第80页/共123页Page 82More Fragment（MF）1 分片0 最后一个帧Retry1 重传帧0 无重传Power Management（Pwr Mgt）1 节电模式0 非节电模式More Data（MD）1 AP有为节电模式的STA缓存的帧0 无缓存帧Protected Frame（Frame）1 被加密保护（WEP WPA/WPA2）0 不加密Order1 严格的序列0 无序列要

30、求第81页/共123页3WLAN基础知识（MAC层）3.1WLAN网络术语3.2WLAN MAC原理3.3WLAN 安全机制第82页/共123页通过防火墙进行网络边界控制互联网服务器用户安全的内部网络 第83页/共123页网络边缘模糊、穿透防火墙的新手段层出不穷用户停车场上的黑客非法接入点服务器互联网漏洞层出不穷第84页/共123页加密加密如何保证数据不被窃取认证认证如何对接入网络的用户验证其合法身份安全网安全网络络Page 86第85页/共123页Page 87第86页/共123页SSIDnMAC地址过滤nAP建立MAC地址白名单或黑名单，允许或拒绝特定的MAC地址接入n问题：可以伪造MAC

31、地址Page 88第87页/共123页4802.11n技术介绍4.1802.11n技术概述技术概述4.2802.11n增强的物理层增强的物理层4.3802.11n高效的高效的MAC层层4.4802.11n网络部署网络部署第88页/共123页更好的用户体验高带宽广覆盖更稳定802.11n802.11n的优势第89页/共123页802.11n802.11n的优势第90页/共123页OFDM 改进改进FEC前向纠错前向纠错40Mhz通道绑定通道绑定数据包聚合数据包聚合Block Ack块确认块确认增强的物理层增强的物理层高效的高效的MAC层层MIMO多输入多输出多输入多输出Short GI短帧间隔第

32、91页/共123页4802.11n技术介绍4.1802.11n技术概述技术概述4.2802.11n增强的物理层增强的物理层4.3802.11n高效的高效的MAC层层4.4802.11n网络部署网络部署第92页/共123页一、优化结构、提升速率 由“圆”变成“方”，装载的货物更多了，空间利用更合理第93页/共123页第94页/共123页二、短帧间距，加速发送每10分钟第95页/共123页400ns的保护间隔，速率可以提升10%左右。65Mbps*（1+10%）=72.2Mbps第96页/共123页安全第一l800ns提高为400ns后l因码间干扰导致数据损坏的可能性也增加了l因此在反射过于强烈的

33、环境不建议开启400ns第97页/共123页三、信道绑定，双倍带宽第98页/共123页l将两个相邻的20MHz信道绑定l频宽增加一倍、速率提高为两倍多l对于20MHz频宽，为了减少相邻信道的干扰，在其两侧预留了一小部分的带宽边界。而通过40MHz绑定技术，这些预留的带宽也可以用来通讯，可以将子载波从104（522）提高到108。n（72.2*2）/104）*108=150Mbps第99页/共123页四、多入多出，速率倍增装货区装货区装货区卸货区卸货区卸货区第100页/共123页两路空间流第101页/共123页l 1*2:1 一个发送 两个接收 一路空间流 150Mbpsl 2*2:2 两个发送

34、 两个接收 两路空间流 300Mbpsl 2*3:2 两个发送 三个接收 两路空间流 300Mbps不变，进一步改善接收效果l 3*3:2 三个发送 三个接收 两路空间流 300Mbps不变，进一步改善接收发送效果l2*2:22*3:23*3:2可以明显的改善接收发送效果，同时大幅提高了设备的成本和能耗，3*3:2以上对接收发送的改善效果不明显第102页/共123页l大部分厂商都只实现了2路路空间流第103页/共123页第104页/共123页第105页/共123页MRC最大合并比波束赋形空间复用MRC最大合并比波束赋形空间复用MRC最大合并比波束赋形空间复用第106页/共123页注意:标准指定

35、速率最多到600Mbps(4 个空间流)目前芯片不支持Key benefits:1.第二空间流加倍速率2.通道绑定基本上加倍了速率3.短的数据间隔增加了大概 10%的速率第107页/共123页第108页/共123页4802.11n技术介绍4.1802.11n技术概述技术概述4.2802.11n增强的物理层增强的物理层4.3802.11n高效的高效的MAC层层4.4802.11n网络部署网络部署第109页/共123页五、聚合发送，效率更高第110页/共123页第111页/共123页帧聚合A-MPDUl 大部分厂商采用了A-MPDU实现帧聚合第112页/共123页没有帧聚合帧聚合+块确认BACK第

36、113页/共123页4802.11n技术介绍4.1802.11n技术概述技术概述4.2802.11n增强的物理层增强的物理层4.3802.11n高效的高效的MAC层层4.4802.11n网络部署网络部署第114页/共123页工作模式协商速率实际测试数据20MHz单流 65Mbps或72.2 Mbps 40Mbps左右20MHz双流 130Mbps或144Mbps 90Mbps左右40MHz单流150Mbps 110Mbps左右40MHz双流300Mbps 170Mbps左右第115页/共123页第116页/共123页l802.11n向下兼容802.11ag，802.11ag的终端接入802.1

37、1n网络后，由于MIMO技术提高了SNR，因此802.11ag的网络最大吞吐量54Mbps范围有所扩大。同时802.11n的网络性在802.11ag终端和802.11n终端混合接入时，网络整体吞吐量较纯802.11n终端接入有一定的下降，此时802.11n终端的速率还是高于802.11ag的终端性能（本数据来自移动研究院，干扰环境下单空间流测试）一、11n向下兼容性（二）第117页/共123页lIntel网卡在2.4G频段默认只开启20MHz模式l2.4G部署采用20MHz模式，1、6、11间隔部署l5.8G开启40MHz模式，5.8G中国可以使用149、153、157、161、165多台AP

38、采用2+1的方式部署AP1 149+153AP2 157+161AP3 165第118页/共123页11ag。如果要获得11n的高吞吐量，请采用AES的加密算法。第119页/共123页第120页/共123页类别室内放装型室分合路型边缘信号场强 不低于-75dBmAP设备容量在接入用户带宽512kbit/s情况下，单AP并发支持用户按照2530用户考虑单双流配置配置为单双流自适应模式仅支持单流设备频率同时2.4GHz和5.8GHz频段仅支持2.4GHz频段频率规划2.4GHz频段在蜂窝组网、建议采用3个互不重叠的20M信道组网；5.8GHz频段干扰相对较少，建议采用两个40M、一个20M组网方案；在干扰较少、AP数量较少或链状部署的情况下，采用一个或两个40M组网方案；在AP密集部署，干扰不易控制时可采用5个20MHz信道组网。2.4GHz频段在较多干扰环境下，建议采用三个互不重叠的20M信道组网；在干扰较少、AP数量较少时，可采用1个40M、1个20M频段组网；(以上数据来自移动研究院)第121页/共123页Q&A北京傲天动联北京傲天动联 技术服务部技术服务部第122页/共123页