WiFi基本知识 802.11 WIFI工作原理、连接过程、认证和关联过程等

1. IE802.11简介

2. 频谱划分

WiFi总共有14个信道，如下图所示：

1）IEEE 802.11b/g标准工作在2.4G频段，频率范围为2.400—2.4835GHz，共83.5M带宽

2）划分为14个子信道

3）每个子信道宽度为22MHz
4）相邻信道的中心频点间隔5MHz
5）相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频率重叠)
6）整个频段内只有3个（1、6、11）互不干扰信道

3. 接收灵敏度

4. 2.4GHz中国信道划分

802.11b和802.11g的工作频段在2.4GHz（2.4GHz-2.4835GHz），其可用带宽为83.5MHz，中国划分为13个信道，每个信道带宽为22MHz

北美/FCC 2.412-2.461GHz(11信道)

欧洲/ETSI 2.412-2.472GHz(13信道)

日本/ARIB 2.412-2.484GHz(14信道）

5. SSID和BSSID

1）基本服务集（BSS）

基本服务集是802.11 LAN的基本组成模块。能互相进行无线通信的STA可以组成一个BSS（Basic Service Set） 。如果一个站移出BSS的覆盖范围，它将不能再与BSS的其它成员通信。

2）扩展服务集（ESS）

多个BSS可以构成一个扩展网络，称为扩展服务集（ESS）网络，一个ESS网络内部的STA可以互相通信，是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。连接BSS的组件称为分布式系统（Distribution System，DS）。
3）SSID

服务集的标识，在同一SS内的所有STA和AP必须具有相同的SSID，否则无法进行通信。

SSID是一个ESS的网络标识(如:TP_Link_1201)，BSSID是一个BSS的标识，BSSID实际上就是AP的MAC地址，用来标识AP管理的BSS，在同一个AP内BSSID和SSID一一映射。在一个ESS内SSID是相同的，但对于ESS内的每个AP与之对应的BSSID是不相同的。如果一个AP可以同时支持多个SSID的话，则AP会分配不同的BSSID来对应这些SSID。

BSSID(MAC)<---->SSID

6. AP种类

FAT AP和FIT AP比较如下图所示：

7. 无线接入过程三个阶段
STA（工作站）启动初始化、开始正式使用AP传送数据帧前，要经过三个阶段才能够接入（802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯，功能包括扫描、接入、认证、加密、漫游和同步等功能）：
1）扫描阶段（SCAN）
2）认证阶段 (Authentication)
3）关联（Association）

7.1 Scanning

802.11 MAC 使用Scanning来搜索AP，STA搜索并连接一个AP，当STA漫游时寻找连接一个新的AP，STA会在在每个可用的信道上进行搜索。
1）Passive Scanning（特点：找到时间较长，但STA节电）
通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络，该帧提供了AP及所在BSS相关信息：“我在这里”…
2）Active Scanning （特点：能迅速找到）

STA依次在13个信道发出Probe Request帧，寻找与STA所属有相同SSID的AP,若找不到相同SSID的AP，则一直扫描下去..

7.2 Authentication

当STA找到与其有相同SSID的AP，在SSID匹配的AP中，根据收到的AP信号强度，选择一个信号最强的AP，然后进入认证阶段。只有身份认证通过的站点才能进行无线接入访问。AP提供如下认证方法：
1）开放系统身份认证(open-system authentication)
2）共享密钥认证(shared-key authentication）
3）WPA PSK认证（ Pre-shared key）
4）802.1X EAP认证

7.3 Association

当AP向STA返回认证响应信息，身份认证获得通过后，进入关联阶段。
1） STA向AP发送关联请求
2） AP 向STA返回关联响应
至此，接入过程才完成，STA初始化完毕，可以开始向AP传送数据帧。

7.4 认证和关联过程

7.5 漫游过程