Wi-Fi - 快速指南

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什麼是 Wi-Fi?

WiFi 的含義是Wireless Fidelity（無線保真）。它基於 IEEE 802.11 系列標準，主要是一種區域網 (LAN) 技術，旨在提供樓宇內的寬頻覆蓋。

當前的 WiFi 系統支援 54 Mbps 的峰值物理層資料速率，並且通常在 100 英尺的距離內提供室內覆蓋。

WiFi 已成為住宅、辦公室和公共熱點場所的事實上最後一英里寬頻連線標準。系統通常只能提供距接入點約 1,000 英尺的覆蓋範圍。

WiFi 提供的峰值資料速率明顯高於 3G 系統，主要是因為它工作於更大的 20 MHz 頻寬，但 WiFi 系統並非旨在支援高速移動性。

WiFi 相對於 WiMAX 和 3G 的一個顯著優勢是其終端裝置廣泛可用。今天，絕大多數筆記型電腦都內建了 WiFi 介面。WiFi 介面現在也內置於各種裝置中，包括個人資料助理 (PDA)、無繩電話、蜂窩電話、相機和媒體播放器。

WiFi 是半雙工

所有 WiFi 網路都是基於競爭的 TDD 系統，其中接入點和移動臺爭用使用同一通道。由於採用共享介質操作，所有 WiFi 網路都是半雙工。

有一些裝置供應商出售 WiFi 網狀配置，但這些實現包含標準中未定義的技術。

通道頻寬

WiFi 標準定義了適用於 802.11b 的 25 MHz 固定通道頻寬和適用於 802.11a 或 g 網路的 20 MHz 固定通道頻寬。

Wi-Fi - 工作理念

無線電訊號

無線電訊號是使 WiFi 網路成為可能的關鍵要素。WiFi 天線傳送的無線電訊號被 WiFi 接收器接收，例如裝有 WiFi 卡的電腦和手機。每當電腦接收 WiFi 網路範圍內的任何訊號（對於天線通常為 300-500 英尺）時，WiFi 卡會讀取訊號，從而在使用者和網路之間建立網際網路連線，而無需使用線纜。

接入點由天線和路由器組成，是傳送和接收無線電波的主要來源。天線工作得更強大，具有半徑為 300-500 英尺的更長的無線傳輸距離，用於公共區域，而較弱但有效的路由器更適用於無線傳輸距離為 100-150 英尺的家庭。

WiFi 卡

你可以將 WiFi 卡視作將電腦連線到天線以直接連線網際網路的隱形線纜。

WiFi 卡可以是外部或內部的。如果電腦中未安裝 WiFi 卡，則你可以購買 USB 天線附件並將其外部連線到 USB 埠，或將裝有天線的擴充套件卡直接安裝到電腦（如上圖所示）。對於筆記型電腦，此卡將是插入筆記型電腦上 PCMCIA 插槽的 PCMCIA 卡。

WiFi 熱點

建立 WiFi 熱點是透過安裝接入點到網際網路連線來實現的。接入點在一個短距離上傳輸無線訊號。它通常覆蓋範圍在 300 英尺左右。當一個支援 WiFi 的裝置（例如掌上電腦）遇到一個熱點時，該裝置可以無線連線到該網路。

大多數熱點都位於公眾易於到達的地方，例如機場、咖啡店、酒店、書店和校園環境。802.11b 是全球熱點最常見的規範。802.11g 標準向下相容 .11b，但 .11a 使用不同的頻率範圍並需要獨立的硬體，例如 a、a/g 或 a/b/g 介面卡。最大的公共 WiFi 網路由私人網際網路服務提供商 (ISP) 提供；他們向想要接入網際網路的使用者收取費用。

世界各地的熱點正在不斷發展。事實上，T-Mobile USA 控制著分佈在公共場所（例如星巴克、Borders、Kinko's 和達美航空、聯合航空和美國航空的航空俱樂部）中的 4,100 多個熱點。甚至選定的麥當勞餐廳現在也提供 WiFi 熱點接入。

任何帶有整合無線功能的筆記型電腦、由製造商連線到主機板的無線介面卡或無線介面卡（例如 PCMCIA 卡）都可以接入無線網路。此外，所有帶有 Compact Flash、SD I/O 支援或內建 WiFi 的掌上電腦或 Palm 裝置都可以接入熱點。

一些熱點需要 WEP 金鑰才能連線，它被認為是私有和安全的。對於開放連線，任何帶有 WiFi 卡的人都可以訪問該熱點。因此，為了在 WEP 下接入網際網路，使用者必須輸入 WEP 金鑰程式碼。

Wi-Fi - IEEE 標準

802.11 標準是透過若干 WLAN 規範定義的。它定義了無線客戶端和基站或兩個無線客戶端之間的無線介面。

802.11 系列中有若干規範 −

• 802.11 − 這是無線 LAN 的規範，在 2.4 GHz 頻帶使用跳頻擴頻 (FHSS) 或直接序列擴頻 (DSSS) 提供 1 或 2 Mbps 的傳輸速率。

• 802.11a − 這是 802.11 的擴充套件，是無線 LAN 的規範，在 5 GHz 頻帶的傳輸速率高達 54 Mbps。802.11a 使用正交頻分複用 (OFDM) 編碼方案，而不是 FHSS 或 DSSS。

• 802.11b − 802.11 高速 WiFi 是 802.11 的擴充套件，是無線 LAN 的規範，在 2.4 GHz 頻帶提供高達 11 Mbps 的連線傳輸速率（根據訊號強度降級至 5.5、2 和 1 Mbps）。802.11b 規範僅使用 DSSS。請注意，802.11b 實際上是對 1999 年新增的原始 802.11 標準的修正案，允許無線功能與有線乙太網連線類似。

• 802.11g − 這是無線 LAN 的規範，在 2.4 GHz 頻帶提供 20 Mbps 以上的連線速率。

以下是對三個主要 WiFi 標準的技術比較。

Wi-Fi - 訪問協議

IEEE 802.11 無線區域網使用一種名為載波偵聽多路訪問衝突避免 (CSMA/CA) 的媒體接入控制協議。雖然該名稱類似於乙太網的載波偵聽多路訪問衝突檢測 (CSMA/CD)，但操作概念完全不同。

WiFi 系統是半雙工共享媒體配置，其中所有站都在同一無線電通道上傳輸和接收。無線電系統的一個基本問題是，當一個站傳送時，它無法“聽到”，因此不可能檢測到衝突。正因為如此，802.11 規範的開發者想出了一種稱為分散式控制功能 (DCF) 的衝突避免機制。

根據 DCF，只有在通道清晰時，WiFi 站才會傳輸。所有傳輸都被確認，因此如果一個站沒有收到確認，它就會假定發生了衝突，並在隨機等待間隔後重試。

隨著流量的增加或在移動站點彼此無法聽到的情況下，衝突的發生率將增加。

Wi-Fi - 服務質量 (QoS)

計劃在 WiFi 技術中結合服務質量 (QoS) 功能，採用 IEEE 802.11e 標準。802.11e 標準將包括兩個操作模式，其中任何一個都可以用於改善語音服務 −

• WiFi 多媒體擴充套件 (WME) − 強制性
• WiFi 排程多媒體 (WSM) − 可選

WiFi 多媒體擴充套件 (WME)

WiFi 多媒體擴充套件使用一種稱為增強多媒體分散式控制訪問 (EDCA) 的協議，該協議是原始 802.11 MAC 中定義的分散式控制功能 (DCF) 的增強版本。

增強部分是 EDCA 將為共享無線通道定義八個訪問優先順序級別。與原始 DCF 一樣，EDCA 訪問是一種基於爭用的協議，它採用一組等待間隔和退避計時器來避免衝突。但是，使用 DCF 的所有站點都使用相同的值，因此在通道上傳輸時具有相同的優先順序。

使用 EDCA 時，每個不同的訪問優先順序都會分配不同的等待間隔和退避計數器範圍。優先順序較高的傳輸分配較短的間隔。該標準還包括分組突發模式，允許接入點或移動站點保留通道並在序列中傳送 3 到 5 個分組。

WiFi 排程多媒體 (WSM)

可以使用可選的 WiFi 排程多媒體 (WSM) 提供真正一致的時延服務。WSM 的執行方式與原始 802.11 MAC 中定義的鮮有用到點控制功能 (PCF) 類似。

在 WSM 中，接入點會定期廣播一個控制訊息，該訊息強制所有站點將通道視為繁忙狀態，並且不嘗試傳輸。在那段時間內，接入點輪詢定義為時間敏感型服務的每個站點。

要使用 WSM 選項，裝置需要傳送一個描述頻寬、延遲和抖動要求的流量曲線。如果接入點沒有足夠的資源來滿足流量曲線，它將返回一個忙訊號。

Wi-Fi - 安全

安全性一直是 WiFi 的主要缺陷之一，儘管現在已經可以使用更好的加密系統。加密在 WiFi 中是可選的，並且已經定義了三種不同的技術。這裡給出了這些技術 −

有線等效保密 (WEP)

基於 RC4 的 40 位或 104 位靜態金鑰加密。

Wi-Fi 受保護訪問 (WPA)

這是 WiFi 聯盟的一個新標準，使用 40 位或 104 位 WEP 金鑰，但它會更改每個分組的金鑰。這種更改金鑰功能稱為臨時金鑰完整性協議 (TKIP)。

IEEE 802.11i/WPA2

IEEE正在敲定802.11i標準，該標準基於名為高階加密標準的更為強大的加密技術。Wi-Fi聯盟將符合802.11i標準的產品指定為WPA2。

然而，實施802.11i需要升級硬體。

Wi-Fi - 網路服務

隨著服務提供商開始使用Wi-Fi來提供其最初未針對其設計的服務，問題變得有些混亂。這兩個主要例子是無線ISP和全市Wi-Fi網狀網路。

無線ISP (WISP)

從Wi-Fi中衍生出來的一項業務是無線ISP (WISP)。這是一種利用無線LAN技術和在指定為熱點公共場所的共享網際網路連線來銷售網際網路接入服務的想法。

從技術角度來說，對服務的訪問受限於WLAN技術的傳輸範圍。您必須位於熱點（即距接入點100米範圍內）才能使用它。從業務角度來看，使用者要麼以月費訂閱特定運營商的服務，要麼按小時付費按需訪問服務。雖然月費基礎最具成本效益，但運營商間的訪問安排很少，因此您必須位於由您的運營商運營的熱點中才能訪問您的服務。

全市網狀網路

為了解決範圍受限的問題，例如Mesh Networks和Tropos Networks這樣的供應商已經開發了使用Wi-Fi無線電技術的網狀網路能力。

無線電網狀網路的想法是，可以透過許多接入點將訊息中繼到集中式網路控制檯。隨著移動站移動，這些網路通常能夠支援移動性，因為連線從一個接入點傳遞到另一個接入點。

一些市政當局使用Wi-Fi網狀網路來支援公共安全應用（即警車中的終端）並向社群提供網際網路接入（即全市熱點）。

Wi-Fi - 無線電調製

Wi-Fi系統使用兩種主要的無線電傳輸技術。

• 802.11b（<=11 Mbps） - 802.11b無線電連線使用一種稱為互補編碼鍵控（CCK）的直接序列擴頻技術。位元流使用一種特殊的編碼進行處理，然後使用正交相移鍵控（QPSK）進行調製。

• 802.11a和g（<=54 Mbps） - 802.11a和g系統使用64通道正交頻分複用（OFDM）。在OFDM調製系統中，可用的無線電波段被劃分為多個子通道，並且其中一些位元在各個通道上傳送。發射機使用二進位制相移鍵控（BPSK）、正交相移鍵控（QPSK）或兩種正交幅度調製級別（16 QAM或64 QAM）在64個子載波中對位元流進行編碼。一些傳輸資訊是冗餘的，因此接收器不必接收所有子載波即可重建資訊。

原始802.11規範還包括跳頻擴頻（FHSS）的選項，但這種技術在很大程度上已經被放棄。

自適應調製

Wi-Fi使用自適應調製和不同級別的正向差錯控制來最佳化傳輸速率和誤差效能。

隨著無線電訊號的功率損失或遇到干擾，誤位元速率將會增加。自適應調製意味著，在這些惡劣條件下，發射器將自動切換到更可靠、效率卻較低的調製技術。

Wi-Fi - 重大問題

有一些問題被認為是阻礙Wi-Fi技術緩慢採用的原因 -

• 安全問題 - 安全問題阻礙了Wi-Fi在企業界的採用。駭客和安全顧問已經演示了破解大多數Wi-Fi連線中使用的有線等效保密（WEP）等當前安全技術是多麼容易。駭客可以使用現成的材料和軟體入侵Wi-Fi網路。

• 相容性和互通性 − WiFi 的一個主要問題是其相容性和互通性。例如，802.11a 產品與 802.11b 產品不相容。由於不同的工作頻率，802.11a 熱點無法幫助 802.11b 客戶端。由於缺乏標準化、協調和認證，不同的供應商提供互不相容的產品。

• 計費問題 − WiFi 供應商還在尋找解決後端整合和計費問題的辦法，這些問題一直阻礙商業 WiFi 熱點的推廣。WiFi 計費所考慮的一些主意是按天、小時和無限月連線費用等。

Wi-Fi - 總結

WiFi 是一種通用無線網路技術，它利用無線電頻率傳輸資料。WiFi 允許進行高速網際網路連線，無需使用電纜。

術語 WiFi 是“無線保真”的縮寫，通常用來指無線網路技術。WiFi 聯盟宣稱擁有其作為 802.11x 標準認證裝置認證標誌的使用權。

WiFi 是一種自由——無需電纜的自由。它允許您幾乎從任何地方連線到網際網路——咖啡館、酒店房間或工作時的會議室。更重要的是——它比一般的撥號連線快將近 10 倍。WiFi 網路在未經許可的 2.4 無線電頻段內執行，分別為 11 Mbps（802.11b）或 54 Mbps（802.11a）的資料速率。

要訪問 WiFi，您需要啟用 WiFi 的裝置（筆記型電腦或 PDA）。這些裝置可以在任何配備了 WiFi 接入的場所無線傳送和接收資料。

接下來呢？

現在，無線的重點正在轉變為廣域，即 WiMax。WiMax 是全球微波互通性的縮寫，它在 IEEE 802.16 標準中進行了定義。它被設計為提供都會區寬頻無線接入（BWA）服務，並且正由 WiMax 論壇推廣。

WiMAX 與 WiFi 非常類似，但規模更大，速度更快。一個遊牧版本將使啟用了 WiMAX 的裝置能夠在一個很大的區域內進行連線，非常像現在的蜂窩電話一樣。

有關 WiMAX 的詳細資訊，您可以瀏覽我們的 WiMAX 教程。