WLAN技术白皮书.doc

长篇：无线局域网技术白皮书合集

1-1 WLAN的优点
＞＞机动性

　　驱策无线通讯与行动运算最根本的创意原动力，可以说是机动性。过去几年来手机与家用手提式无绳电话的普及，就是个最好的说明。轻薄短小而携带方便的笔记本电脑，也已经渐渐开始取代笨重的桌上型计算机。

　　然而，光是只有笔记本电脑、甚至个人数字助理PDA是不够的，走到哪、用到哪，仅只为基本的需求，保持信息的传递与无时无刻的网络连结，让个人计算机不再只是个能够移动的孤儿，但是网络线所带来的不便与限制难以克服，这就是非得靠无线通讯不可了。因此，无线局域网络WLAN为计算机带来了相当的机动性，已彻底颠覆传统的生活与工作状态。

　　许多读者应该还有印象，几年前在公司开会时，一定是人手一条RJ45网络线，大家抢着去连接墙上或桌上的网络线插孔，整个会议桌上可谓凌乱不堪，还有人不小心就会被网络线绊倒呢！现在时代不同了，有了WLAN人们可以携带着个人的笔记本电脑，从一地点漫游到另一个区域，不再受到线缆的拘束与羁绊，无论室内还是户外都能够让人撷取网络信息，在无线局域网络涵盖范围内，皆可随处上网。对于一些机动性需求较高的工作，WLAN无啻是项打破传统藩篱的伟大福音！

＞＞方便性

　　无线局域网WLAN的好处之一，还包括其弹性与便利性。由于不需要大量布线，架设上较传统网络方便，也极少需要管路来架设网络线缆，对网管人员而言，不仅可以大幅度缩减建构网络的时间，将来若网络拓扑需要更动时，也不用太过大费周章的进行重新拉线。譬如说传统的以太网络应用在办公室的环境下，也许遇到部门间偶尔人事上的调动、组织的重编，那么网络的架构很可能就得需要修改，即使只是增添一两个员工，都有可能让额外的网络线铺设大费周章。在这种情况下，WLAN由于以无线电波连接取代铜线或光纤电缆，调整上就方便多了！就算办公桌挪来挪去，也不需要为了网络线插孔的移动而伤脑筋，信息就有如空气一般随手可得，适合网管人员弹性规划运用，对商业上的应用极具吸引力。

＞＞扩充性

　　无线局域网WLAN还有另一个优点，那就是良好的扩充性。传统有线网络的铺设下，一般网管往往为了预防以后额外的架设需要，造成初次架设时非必要的浪费。以一个2.4GHZ下的WLAN而言，若当有更多使用者加入该网络时，可以在同个定点扩充至三个互不干扰的无线网络，显着扩充了其带宽负荷量。因此，WLAN可大可小，扩充与升级都较传统有线网络来得方便。只要增加无线接入点AP就可以拓展整个网络的涵盖范围与容量，也因此对SOHO族或中小企业而言，安装WLAN对网管人员而言，绝对是项明智之举。

＞＞投资报酬

　　在商业上无线局域网WLAN广受重用的最大因素，莫过于其投资报酬ROI，否则投资若不能回收，岂不是亏钱的蠢事吗？在千禧年网络业达康泡沫之后，许多企业对网络设备的投资都开始紧缩，少数在开支上还有显着增长的，非WLAN莫属。我们甚至可以说唯有无线网络在科技业不景气的寒冬里绽放。

　　或许一开始的网络设备较为昂贵，然而安装成本低廉，加上无线网络的检修较为方便，不怕虫蛀鼠咬，可靠度高，长期维护成本亦相对下降。重点是WLAN提升了效率与机动性，甚至无形中助长了生产力，使得投资报酬率升高，也让企业对WLAN的应用与发展寄予厚望。美国波音公司就是个很好的例子，他们善用WLAN于制造飞机的厂房，不仅网络铺设上更具弹性，更增加了工作生产力，可谓一举数得。

　　此外，传统网络的铺设往往需要开挖，耗费许多时间与金钱，何况有些地方根本就非常不易布线，线缆的绕路与特别的架设也隐藏了不少成本。因此无线网络也常被应用于远距离建筑物彼此的信息骨干，或者是无线ISP服务。以一般仅1.5MBPS的T1网络而言，每月的租金大约是4千至8千元不等，租凭同等宽带无线网络服务至少可省50%月费。

　　倘若自已架设WLAN桥接器来连接散居附近各地的建筑物，不仅无需负担巨额的月租费，更可完全掌握网络的维护与管理，不必受制于专线电话或网络公司的服务，绝对是经济实惠的IT方案。随着网络语音VOIP在商业上应用的进展，WLAN可与之建构于办公室的信息语音网络，特别用在大区域、低密度的连网，都可以协助企业大幅降低电话联机等营运开销。WLAN在商业上的用途 ，凭借着随之而来的高度投资报酬率，前景一片光明。

1-2WLAN的应用范围

　　还在为家里纠缠不清的网络缆线烦恼吗？家用WLAN安装简易，无须在墙上破坏与屋顶钻孔拉线导致有碍观瞻，不仅让美观的装潢与崭新科技应用完美的融合，更能让您随时随地在家高速飙网。想象一下您的孩子用无线网络与朋友玩着电视游乐器或计算机游戏，您可以躺在床上舒服地浏览网页、回复电子邮件，或者躺在您的摇椅轻松实时财经股市信息，上网购物买菜，全家在无线网络上分享着电影档案、数字照片以及打印机等，汲取信息就有如呼吸般轻松自然。无线网络的便捷彻底改变了我们的生活形态，数字家庭的崭新概念也为我们带来许多的乐趣！

　　如何有效增进企业网络的效率与安全性，并且以新型态IT信息科技提助生产力已是二下一世纪企业经营最重要的课题。随着无线通讯的普及化，行动通讯让办公环境不再受到网络线缆的束缚。WLAN不仅能减少布线、使得网络架构变得更容易，并且大幅增加可靠性伸布建一般办公室网络外，在某些临时搭建的办公室、工地、随时准备迁徙作战的军营与基地、以及布线困难的仓库与厂房，更能发挥其机动上网的特色。这其中又以无线条形码扫描器与

　　WLAN的结合，最为重要。由于仓储工作人员需要在仓库与各部门间经常走动，随身携带的条形码扫描器必须实时将数据传回服务器，并且从数据库撷取货品信息，在此情况下唯有无线网络可以解决这样的需求。零售商也可以运用这样的技术，用轻便的平板计算机与条形码扫描器取代易出错的纸笔记账，让商品的管理更有效率，亦更为精准。商业界巧妙运用WLAN整合管销系统与货运系统，已是股不可抵挡的趋势。

　　善用WLANA的医疗网络，效果更是如虎添翼。现在不少大医院和小诊所都开始布建无线网络，在综合医院里用WLAN往往架设在护理站以及附近的走道，架设的过程对住院病患的干扰最小，而医生和护士可以拿着笔记型计算机或个人数字助理PDA看病或巡房，不仅可以实时同步更新病理数据库中的病例表，提升医疗记录的效率和可靠性，更可简化医院的行政效率和管理的复杂度。在小诊所内医师可以携带着一台笔记型计算机或平板计算机，游走于不同的看诊室，从此看诊室不需要处处设置计算机及网络，对于成本控制与操作效率上都有正面的帮助。

　　此外，ISP亦可始运用成本较为低廉的WLAN技术提供互联网服务，尤其对于某些布线较为困难的偏远地带、或低密度的住宅，有些ISP有鉴于XDSL或有线电视网络架设成本偏高与往后营收不易，开始提供所谓的末段宽带服务。

　　无线上网已是全世界运动！尤其来在科技厂的推广下，配备无线网络卡的笔记本电脑与个人数字助理PDA愈来愈普及，信息变得有如空气一般随手可得，这俨然对分秒必争的商务人士是项振奋的消息，对日渐依赖网络通讯的大众也是项方便的利多。因此，公众无线网络的撷取与架设亦日形重要，今日美国已有超过一万个，提供WI-FI无线上网服务，往后预计每年都将以倍数成长。许多机场与饭店，甚至快餐连锁餐厅都开始提供无线上网服务，著名的星巴克咖啡即是最好的案例，吸引了不少商务人士以及年经学子的驻留与消费。

　　想象一个随处皆可收发电子邮件、浏览网站、交换讯息的地方，却无网络线的羁绊与束缚，是多么新潮而令人向往啊！无论从自营的咖啡厅、茶馆、餐厅、宿舍公寓或高尔夫球场，到连锁旅馆、公园广场、度假中心，皆开始提供无线上网服务。WLAN不仅胁助业者吸引更多消费者慕名光顾，更能协助业者回收宽频网络之投资成本，甚至进而获得更大利润，亦能让消费者无时不刻享受无线飙网的便利与乐趣，达到经营者与消费者之间互惠双赢的终极目标。例如目前我国许多国际机场、宾馆酒店等，都开始设置无线上网服务，嘉惠民众。对于临时搭建的贸易展会、信息展或研讨会，WLAN更是提供信息上网服务的最佳选择。

　　以上都是无线局域网络在现实生活中应用的例子，无线网络摆脱了网络线缆的束缚，随着计算机低耗电设计的改进，甚至未来燃料电池的推出，人类的数字生活正在一步步朝着完全无线的梦想前进。

1-3WLAN的发展历史

　　广义而言，无线局域网络可归类为光束，高频无线电波两大种。经光作为传输媒介的无线网络时，两个端点必须在可以互相看得到的一直线，也就是所谓的LOS，中间若有阻隔则通讯就会停摆，相信拥有笔记本电脑的读者大多都能了解，毕竟IRDA红外线传输已大量内建于商用笔记本电脑及PDA等，有鉴于光束难以穿透大多障碍物，无线网络的应用开始朝着高频无线电波的方向走，包括窄带微波。由于源自军事应用的展频通讯具备高可靠性，高保密性而且不易受到干扰的特性。现在已蔚为主流。而展频技术主要又分为直接序列展频DSSS，跳频展频两类。关于这两种展频技术的原理与应用，我们会在往后的章节作番简介与比较。

　　在本书中我们仅将焦点放在目前最广泛使用的WLAN，俗称WI-FI的的IEEE802.11技术。话说二次世界大战以来，无线通讯即蓬勃发展，然而大多应用在军事、学术研究和政俯机关，欠缺广泛的通讯标准。继广为采纳的IEEE802.3以太网络标准制订，在公元1997年，国际电子电机协会IEEE制订了所谓的IEEE802.11无线局域网络协定。在最早的IEEE802.11标准中,无线传输的方式包括了上述DSSS和FHSSS两种展频,以及经外线传输等共三种无线传输技术,数据传输速率高达1MBPS或2MBPS.
　　早期这些IEEE802.11产品非常昂贵,其中以AT&T WAVELAN最具代表性,由于1MBPS至2MBPS的通讯速率已不符合现今高速网络的需求,因此基本的IEEE802.11网络设备已不再生产.笔者不推荐各位去购买现在可能相当便宜的老旧802.11产品,还是可以运用在建筑物间点对点PTP无线传输,起码好处是不易受现今广为采用的DSSS无线网络所干扰.
　　为推广IEEE802.11应用、解决各家产品兼容性的问题，无线以太网络兼容性联盟WECA在这样的需求下被成立。大家耳熟能详的WI-FI认证标准，就是这个组织负责测试和颁发，若要确保兼容性无虑，建议还是采用获得WI-FI认证的WLAN产品。

1-4 802.11协议标准
　与其谈起国际标准OSI，七层网络模型不切实际的陈腔滥调，不如以现在常用的TCP/IP通讯协议模型来看IEEE802.11无线网络协议。从最接近使用者的应用层，到时中间由网络操作系统负责的传输层、网络层、以至于底部接近硬件的数据链路层、物理层都是环环相扣、缺一不可IEEE802.11及其相关衍生协议,则是坐落于底部的第一与第二层,这样的好处是可以和其它原有的上层网络协议与应用程序兼容,简单地说,就是使用者本来在以太网络上执行的程序,不须为了更换为无线网络设备而重写,只要安装适当的驱动程序,就可以使用WLAN,享受无线上网的便利.
　　详细一点来解释,我们常用的网络应用例如:WWW、FTP、TELNET与电子邮件等，都是靠其底下的TCP/IP因特网通讯协议支撑。在传输层主要分TCP与UDP两种，前者是确保点对点间数据传输的可靠无误，最为广泛运用；而后者因为没有流量控制、也不在乎数据包的顺序，适合实时语音传输或视频通讯。在TCP或UDP底端的则是以IP为主的网络层，主要用来做寻址与数据包的传递旅行。再往底层探讨，我们会遇到控制最底部硬件的数据链路层，而这一层主要的任务就是用实体传输设备将数据帧传送出去，并将结果尽量无误的送回上面的网络层。因此数据链路层包含了以IEEE802。2标准为主的逻辑链路控制协议与控制共享媒体存取的协议，处理在无线广播网络中的秩序，排除传输媒介存取冲突的问题。事实上在一个无线广播网络中的秩序，排除传输媒介存取冲突的问题。事实上在一个无线局域网络中，每个网络实体的商务辨别是靠每张每张网络卡独一无二的MAC地址。除了本书探讨的IEEE802.11无线局域网络协议，常用IEEE802.14缆线调制解调器网络、以及俗称蓝牙的IEEE802.15无线个人网络WPAN都属于这个层级的网络通讯协议.
　　以IEEE802.11为主的通讯协议,在数据链路层与物理层还有不少衍化出来的徒子徒孙,这些都是学术界与工业界为改善无线通讯品质、针对不同目标所制订出来的标准。每个802。11后面跟的字母代表一个研究对象，IEEE对不同的研究主题成了个别的小团体，这其中又以802。11在通讯速度上已不敷使用，为了提升通讯速度以将妥善运用，IEEE于1999年进一步延伸了2.4GHZ频段的802.11b与5GHZ频段的802.11a,速度分别为11MBPS与54MBPS.由于2.4GAZ使用较为频繁,2003年夏天IEEE又为该频段制订了高达54MBPS的802.11g 标准.
　　论述至此,在进一步了解802.11A,802.11B或802.11G前,我们必须先从无线电波操作频率的观点来看其划分,联邦通讯总署FCC乃美国管理通讯频段与法规的机关,他们限制了无线通讯的操作频率,尤其以应用于工业,科学与医疗的所谓的频段最广为WLAN使用.由于不需要特殊的执照才能操作,ISM频段包含了以900MHZ,2.4GHZ与5.8GHZ三个为主频率划分,广泛用于家用及商用无线系统,想必家里有安装无线电话的读者必然不陌生.
　　900MHZ的ISM频段几乎没有受到WLAN的重视,一般的IEEE 802.11,802.11B或802.11G都是操作在2.4GHZ的ISM频段,注意高速IEEE802.11A虽然是操作在5GHZ的频段,但更精确地说,它并不是全然在5.8GHZ的ISM频段,而是用所谓的5GHZ UNI频段,该频段与ISM的5.8GHZ频段有部分重迭,5GAH的WLAN在室内仅能使用其UNII的低频与中频,而室外应用则被限制相对中频及高频.
　　ISM固然方便,然而因为不需要使用执照猫画虎而被广泛运用,所以彼此的干扰就比较严重.邻居的WLAN就很可能跟您的无线网络抢频段而发生冲突,更糟糕的是目前的商用无线电话和厨房的微波炉,都与使用UNII的网络设备相冲突. 不少人家里若有人的电话接通,则网络就有可能发生断讯或不稳的情况,在那种情况下使用干扰较低的UNII频段多少避免这类的困扰.
>>IEEE 802.11b
　　当今使用最广泛的莫过于操作于IEEE802.B,这个协定于1999年被定案,以CCK通讯调变及IEEE802.11相容.其中DBPSK被用于1MBS的组态,而效率加倍的则用于2MPS.此外,有种当初为了与IEEE 802.11FHSS产品兼容所开发的PBCC,某些号称可达到的802.11B产品,即由此而来.
　　各国对于2.4GHZ频段开放程度的不同,也因此为何在美国的WLAN信道选择的是从1到11,而欧洲大多地区的信道选择可以人1到13.由于同一地区内使用的信道最好不要重叠,以相隔25MHZ以上避干扰,一般两个信道的数字差别在5以上,都可以视为没有互相干扰的频道.我们可以清楚地看到第1,6,11共三个不重叠的信道可同时同地使用.这就是为何最大带宽容量是用三去乘以11MBPS来计算.这对布建网络而言,是个非常重要的观念与技巧.
　　由于802.11b技术已相当成熟,在芯片设计业者与无线网络设备制造厂竞争下,价钱已经相当低廉,尽管数据实际吞吐量仅达3-5MBPS,但已足够一般人无线上网的基本需求,加上CPU大厂极力推展及迅驰的助益下,802.11b网卡已成大多新出厂的笔记本电脑或PDA内建选购的配备.
>>IEEE 802.11A
　　其实IEEE 802.11A是与802.11B于1999年九月十六日同时推出的标准,该标准使用正交频分复用OFDM调变技术,理论上可达54MBPS高速设备传输.在实测上对数据的真正吐吞量可达到27MBPS上下,某些无线通讯芯片厂商运用其独家技术.可以将理论传输速率推至72MBPS,甚至用合并信道的方式,达到108MBPS.但在标准中,802.11A支持以下速率模式:6\9\12\18\24\36\48\54MBPS.
　　此外,802.11在UNII频段上通讯受到其它装置的干扰较小,加上非重叠信道的数量较多,每一阶段的UNII频段都可有各别四个非重叠信道可供增加带宽容量,困此802.11A不仅传输速率高而且稳定,对高密度负荷的使用环境,也是较为适当的.同一定点可建立高达八个非重叠信道的通讯,最大载容量高达432MBPS,相当适合企业内部办公室WLAN应用.
　　可惜的是802.11A的成本较为高昂,与使用2.4GHZ频段的802.11B互不兼容,且802.11A的PCMCIA网卡只能接受32BIT的数据接口带宽,支持5GHZ外接可拆换天线机种也较少见,在业界缺乏关爱的眼神下,单纯802.11A产品已多销声匿迹.现在市面上几乎只有2.4和5GHZ的双频机.当然,5GHZ产品最让人诟病的无非还是其较短通讯距离,与一般802.11B室内100至150英尺的通讯距离比起来,802.11A可能只有25至75英尺的通讯距离,而且5GHZ的无线电波对障碍物的穿透性较差,比起2.4GHZ的无线电波衰减来得快,只适合小区域的高速无线通讯,然而,对于想要局限无线电波涵盖范围的办公室应用而言,有些人认为802.11A的特点还有助于网络安全,不易受到建筑物外黑客的监听与侵入,至于这点看法就见仁见智了.

>>IEEE 802.11G
　　由于使用802.11B的群众不在少数,但是其通讯速度实有更上一层楼的空间,因此融合了802.11特有的OFDM调变技术,与802.11B向下兼容性与2.4GHZ频率通讯距离的高速IEEE802.11G标准于公元2003的夏天被定案.虽然说802.11G理论最大速率是54MBPS,一般实测结果大约介于20MBPS至25MBPS之间,较802.11A略低,但已比老旧的802.11B快了许多倍.比起讯号衰减剧烈的802.11A,802.11G可以在相同速率下达到更远的通讯距离.
　　事实上，IEEE 802.11A 与IEEE 802.11G相较之下也非是一无是处,例如802.11G的最大带宽容量受限于2.4GHZ仅有同时至多三个非重迭信道,也只能有54MBPS*3=162MBPS.在自由市场竞争下,802.11G会逐步成为主流,而已相当成熟的802.11B则能以廉价攻势抢攻低阶家庭市场,至于802.11A则会与802.11G结合成为高阶的产品,互补共荣.例如在办公室内,用802.11A的5GHZ频段串连各别的WLAN,同时以802.11B/G的2.4GHZ频段提供无线上网.在数字家庭的应用上,更可以利用受干扰较小的802.11A传输随选视讯VOD或作为其它多媒体影音传输之用,而802.11B/G亦可同时提供上网,两者相辅相成,应用方面充分发挥其组合的力量.
　　除了802.11与物理层的802.11A,802.11B,802.11G外,还有一些制订中的协议标准,比较重要的包括用以改善无线传输安全性的802.11i;针对实时影音传输应用QOS设计的802.11E,另外还有再度向100MBPS以上传输速度挑战的802.11N等,都是最近业界瞩目的发展焦点.目前80211I已有部分草拟为WPA;而部分会放在802.11E的技术也形成了WME,这两个重要的技术标准预计在2004年的六月份定稿,以上这些草拟中的标准我们会在之后的章节逐步探讨.

1-5 其它同类WLAN技术
　　当然，这世界上还是有好几种IEEE 802.11之外的无线局域网络技术,除了我们之前略微论及的红外线与镭射光通讯,无线电讯方面还有欧洲的HIPERLAN.家用的HOMERF标准,以及不少人都听过的蓝牙,以下就这几种WLAN技术简短做些介绍.
　　HIPERLAN技术标准由欧洲电信标准协会制订,运用在5GHZ及17GHZ高频.ETSI之于欧洲正如FCC之于美国一样,所以事实上HIPERLAN/I支持高达24MBPS的传输,使用UNII的中低频段,而其通讯距离亦达到45.7公尺.新推出的HIPERLAN/2标准更拓展至三个UNII频段,支持至54MBPS高速传输,不仅和802.11A比起来丝毫不逊色,若以技术层面来说,HIPERLAN/2可以说更为优秀.不仅利用无线异步传送模式相关技术,支持802.LP,RSVP等QOS技术,保密编码上更使用虚拟专用网VPN惯用的DES与3DES确保通讯安全,然而IEEE在工业界毕竟还是声势浩大,因此802.11大体上还是方为使用,且802.11也是为了因应欧洲规格无线局域网络酝酿而生.
　　另一种广为人知的WLAN,即以跳频技术运用于2.4GHZ的HOMERF,主要用来连接家里的电话,视听娱乐与其它信息设备,最新的HOMERF2.0可达10MBPS,并向下支持5MBPS,1.6MBPS及0.8传输速度.
　　不少人认为蓝牙技术也是IEEE 802.11的手下败将,事实上蓝牙是应用于相当低的耗电等级,例如LMW,,2.5MW,因此它的微型通讯网路距离也是相当短,传输速率也不高.但是对于无线连接手机,无线耳机,甚至打印机或数字个人助理PDA而言,都是相当轻巧方便的无线网络方案.不过,蓝牙最大的缺点是它依然操作于2.4GHZ频段,而且使用高达每秒1600次的FHSS跳频技术,与我们的IEEE 802.11B/G网络的操作频段有所冲突,然而在本书截稿前,已有芯片设计厂商宣称将这两种技术和平共存于同一组芯片中,这无非振奋人心的消息.
1-6 我国WLAN的展望
　　根据工研究院的统计资料，我国台湾于公元2003年已掌握全球高达80%的无线局域网设备的生产占有率。是台湾继个人计算机后另一个世界第一的傲人成就！目前我国台湾厂商WLAN量产技术颇受肯定，业界已呈百家争鸣，一片欣欣向荣。就世界上现今最大的WLAN市场一北美洲而言，在公元2003年已以四百多万的无线局域网络使用者，预计在2007年前更能暴增至三千一百多万人口。
　　尽管无线局域网络产口的荣景是可以预期的，但我们从统计与预测中可以看出些有趣端倪。首先是2004年后，堪称经典的802.11B标准将逐步功成身退,仅能操作于5GHz频段的纯802.11A产品也跟着淘汰.随着高速802.11G的推广,自2003年后该技术将使得802.11G无线网络产品成为主流,而且又频802.11A/B/G产品亦将因为无线网络安全性的改进,大肆进攻办公室等其它商业用途,并且预计在2005年达到倍数的高成长.
　　另外值得注意的是,无线局域网络产品核心一无线网络卡亦有出货方面的消长.原本占最大比例的接口网络卡开始大量消退,取而代之的是迷你PCI接口无线网络卡或模块的崛起.
　　由于许多WLAN网络设备都以迷你PCI通讯模块取代以往的内建PCMCIA适配卡,因此迷你PCI接口的占有率节节上升.不过最新的趋势是系统芯片SOC将微处理与无线网络卡基频芯片整合,可大幅省成本,是各厂争相开发的新技术.
　　尽管我国台湾在WLAN产量全球市场占有率达80%,属于世界第一,然而根据研院发布的数据展示,我国台湾无线通讯的产值仅达全球30%,在产量与产值的不对称情况下,随着全球无线产品通路竞争的白热化,生产代工WLAN可以说是赚辛苦钱.我国台湾业者除了进一步挑战高价值的无线芯片设计,自立研发无线通讯芯片及其相关网络技术,促进其零组件进一步国产,更应该着眼于高获利的系统整合与智能加值服务,而非仅将气力摆在压低制造成本,以高品质的产品规划出完整解决方案与服务,走出削价竞争的循环,如此WLAN霸业才有前途.
　　以加值服务而言,最有商机的莫守于应用WLAN的公众无线上网服务,我国于公元2003年已有超过百处的公众无线上网热点,各大电信运营商于未来更将设置许多公众无线网络,无线宽带上网计划等,看准全球科技趋势,不遗余力地推广宣导,以促进全民无线上网,提升我国无线局域网产业的竞争力.
2-1 IEEE 802.11网络架构
　　大体来说,IEEE 802.11所定义的基本构成原件,包括移动端STA端和无线接入点AP,而整个架构是建立在基本服务集BBS,亦即可以互相通讯的无线移动端STA所形成的基本集合.
　　当所有的行动通讯移动端STA都是以无线进行连结,而且在该基本服务集BSS中并无网络线连结的情况下,我们称之为独立工基本的服务集IBSS,这样的小型网络一般用作计算机之间的信息交流,简单的说,就是种同侪间点对点的传输模式,我们常称之为AD-DOC模式,如果说您想用您的笔记本电脑与附近的另一台笔记本电脑传递数据,那么这种通讯模式就够了.注意在这种模式下,IBSS内的无线移动端并不能作为传递中枢,意思是说一台移动端要与另一台通讯时,必须在其通讯距离内直接无线连接,而且不能经过其它移动端转接.这种模式跟一般笔记本电脑与数字个人助于是PDA所使用的红外线无线传输模式,在概念上相当类似,可以说是最基本的通讯模式.
　　另一种架构则是用一台无线接入点AP当作彼此之间的通讯协调的枢纽,又称为基础架构式基本服务集,大家不妨把这样的通讯方式想象成家时有台无线电话机,手机,与手机之间的对讲,都必须靠那部电话母机作为通讯中枢,这样应该就比较有概念了!在这样的网络架构下,任何一台移动端STA要与其它移动端STA传递讯息,都必须经由无线接入点AP,因此比起IBSS通讯架构,在带宽上的利用效能只有其一半而已,然而由于无线接入点AP可以扮演数据缓冲区的角色.亦作为无线网络的空中交通协调者,亦即担任基地台的无线接入点AP负责了整个无线网络讯息的交换,因此可以架构较大的无线局域网络,而且在移动端STA端的无线网络卡可以操作在耗电较低的省电模式,所以利还是远多于弊.
　　最常用的一种架构,应该算是扩展式服务集ESS,我们可以说扩展式服务集ESS是一群基础架构式基本服务集,不过无线接入点AP之间是用无线网络加以衔接的.这种架构的好处是可以有线网络扩充或延伸无线局域网,一般我们会用以太网络交换机连接各个无线局域网络,以构成一个较具规模的扩展的服务集ESS,对使用者而言,每个扩展式服务集ESS都有一个名称以作识别,也就是以后我们常会提及的SSID或ESSID.当移动端STA的无线局域网络卡与无线接入点AP同个无线网域,数据传输才会被许可,同个扩展式服务集ESS下ESSID要保持一致,如此移动端STA从一个通讯细胞移动到另一个通讯细胞或BSS下,还能够漫游到该网络.
　　上述扩展式服务集ESS,使用所谓的分布式系统DS,作通讯骨干来连接所有的无线接入点AP.这DS事实上是抽象地存在于每个无线存取点AP的通讯协议中,无线接入AP会决定是否要将移动端STA的通帧架在该基础架构式基本服务集内传输,还是往其它BSS的AP传输,或者是传出整个ESS外的网络.目前AP与AP之间的沟通还没有个固定的标准,不过AP之间的通讯协议IAPP正在被研拟中,可望日后成为IEEE802.11F标准.
　　事实上,DS在IEEE 802.11协议中并没有强制性地去规定如何实现,所以只要是把移动端STA在数据链路层的数据框架传递出去,或与其它其本服务集BSS交换信息,都算是分布式系统DS运作范围.总之IEEE 802.11无线局域网络协议其实是相当复杂的,在这里我们仅介绍其基本的网络架构与核心协议,较为艰深的部分我们留作第七章再探讨.接着我们来探讨802.11协议中DS的通讯服务机制.

2-2 无线上网认证与关联步骤
　　在计算机网络协议的运作本身，就好比职管联系通讯员一样，任劳任怨地处理上面派来的指令，收发并传递信息，并且接照协议过程中的状态，根据规定的程序来作处理，也因此我们必须对协议本身定义出服务机制，以界定其职权，在IEEE 802.11协议中,我们总共有九种服务机制,而它们又可以分为两大类,移动端服务和分布式服务.
　　基本上,移动端服务必须实现于无线网络中,该项服务提供了身份认证,解除认证,隐私保护,数据传递等四种服务.认证的过程主要是用来识别每台在无线局域网络中的机器,若没有通过认证,则此移动端STA无法被加入该无线局域网络中的机器,所以认证的机制是IEEE 802.11中最基本的一项,有了认证服务,当然也有解除认证服务的机制,用以消除之前认证通过后的使用权限.就好像员工要来上班,都先要获得老板的许可,拿到了识别证才能进来,若要离开那个岗位,亦即原有的权力消失,一般来说都必须缴回识别证.这样类似的机制也就被IEEE 802.11拿来管理无线局域网络的存取.
　　第三种服务，乃用以保护使用者数据的安全与隐私，IEEE 802.11希望能提供与有线网络同等的稳私保障,也就是的谓的WEP,这部分我们在第八章也会深八讨无线网络的安全,读者在此只要知道WEP是项用数据加密的方式来保护空中传递的信息即可.至于最后一项数据服务,顾名思义就是像其它IEEE 802网络协议一样,稳定地从一个媒体访问控制MAC位置传递数据至另一个MAC,也就是在最小数据重复与数据顺序错乱的情况下,把数据从一台机器传送到无线局域网上的另一台机器,就是那么简单.

　　在一个独立式基本服务集IBSS架构下的无线局域网络,上述的通讯协议服务机制已经足够,但在扩展服务集ESS架构下,就需要额外的分布式服务,包括了建立关连性服务,解除关连性服务,重建关连性服务,传播服务,以及整合服务.这些服务机制,如果各位读者对上章IEEE 802.11架构还有印象,这一层薄到不能再薄,却又角色相当重要的通讯协议服务,是介于逻辑路控制LLC以及媒体方问控制MAC这两层之间.换句话说,DS是高于MAC,低于LLC的,用来决定在ESS网络架构下如何传送OSI第二层数据帧.关于OSI与TCP/IP的基本概念.

　　由于是无线通讯,移动端STA与无线接入点AP之间是没有实体联机的,因此为了用来建立移动端STA与无线接入点AP之间的逻辑联机,我们需要一个服务机制将它们建立关连,这就是建立关连性服务的立意.有了这个服务机制,无线接入点AP方能支持移动端STA去占据网络资源,并且得知要怎么把数据帧往何处传递.这样的服务只发生在移动端STA进入该无线局域网络时,通常我们在使用无线局域网络卡时,在选定搜寻到无线接入点AP后按下连接的按键,里面的动作就包含了建立通讯关连.如此,计算机才知道要跟哪一台AP打交道.AP端也才知道要跟哪些周遭的局域网卡进行通讯.

　　重建关连性服务跟上述的建立送连性服务,很相像,唯一差别就是重建关连性服务保有先前无线接入点AP与哪一台移动端STA间关连信息,移动端STA的无线网络卡会一直胜这样的服务以取得AP间的联系,尤其是移动端STA在整个扩展式服务集ESS内漫游时.关于这点,我们第一下会用个实例来说明,读者自然会明白.

　　有了这些关连性建立,当然也有解除关连性服务,就好像人世缘灭一样,凡事有始有终.所以当移动端STA不再需要无线接入点AP的服务时,或者当移动端STA打算离开整个无线局域网时,逻辑上就必须去切断它们之间的通讯联机.如果今天一台AP要关机时,它会通知已建立关连的STA解除其关连.同理,倘若STA的计算机要关机,或者使用者把无线网络卡退出机器,则AP也会释放出原来被占据的网络资源,以供其它人使用.

　　至于传播服务,就是无线接入点AP用来传递其接收的数据帧,当一台AP接受到移动端STA的数据,AP上会传播服务会决定到底是该把数据送到该基本服务集BSS内的其它移动端,还是藉由整个分布式系统DS传送到网络上其它的AP,使得数据最终可以送到目的地.最后,整合服务是用来连结IEEE 802.11无线局域网络及其它局域网络,不管对象是无线还是有线网络.例如IEEE802.3以太网络与IEEE 802.11无线局域网络的帧数据结构有些差异,因此整合服务主要是用来对同一层数据帧作协议上翻译的动作,以确保数据在不同网络间可以顺利传递无误.

　　实际上在IEEE 802.11中,每台机器都要去维护两个状态值,也就是认证状态,关连状态,随着状态的不同,限制着不同层级间的通讯数据帧类别.至于这些类别,详细的部分我们在进阶的第七章会有所描述.到这里读者可能会觉得雾里看花,不过没关系,我们紧接着用个实际的例子来解释.相信聪明的读者必然会豁然开朗,假设我们有一台配备着无线网络卡的笔记本电脑,也就是通讯协议概念上的移动端STA,起初它必须经由认证,与关连的程序,取得与第一台无线接入点APL的通讯.

　　当移动端STA由左到右往中间AP2前进时,它可以预先开始跟AP2打交道,并且进行认证的工作,但注意此时STA还是经由AP1进行通讯,它只是开始试图脚踏两条船而已,等到移动端STA更接近AP2时,为了确保更佳的通讯效果,它也许会决定喜新厌旧.于是乎跟AP2以重建关连的方式取得通讯连接,这时通讯新欢AP2会通知移动端的旧爱AP1,终结其关连状态,告诉它不用再管那台计算机了,现在通讯管辖已经转移,请原来的AP1稍安勿躁,继续等候下个春天.万一AP2要挂了,那么AP2会主动知会移动端STA解除关连,就好像铁达尼号电影里的剧情,男主角快要溺死时跟罗丝小姐说你不要管我,你快走吧.可怜的移动端STA只好继续它漫游的旅程,向最近的AP3要求认证与送连,以确保其通讯的畅通.这样宛如八点档连续剧的画面,在无线局域网络中不断地上演.这绝对不是开玩笑,其实通讯协议都是人制订出来的,多少有点人性的味道在,读者若能心神领会,必可掌握无线通讯协议的奥秒.

2-3 常见无线局域网络装置

　　在上面的章节，我们把IEEE802.11无线局域网络的通讯协议作了基本的介绍,希望枝节繁琐的协议和它们的专用词汇没有把读者吓晕.接着我们以实务的角度接触无线局域网络.在我们进一步探讨IEEE802.11无线局域网络协议前,从一个比较生活化的立场,带领大家认识市面上常见的无线局域网络装置,包括各式接口无线网络卡,无线接入点,以及各类网络应用,例如,无线桥接器,无线中继器,与现今家庭与小型办公室最热门的无线家用路由器等,让读者了解IEEE 802.11无线局域网络产品的应用方式,并提供简单的选购建议.

>>PCMCIA接口无线网卡

　　笔记本电脑是无线局域网络最常见的移动端STA,也因此在无线局域网络市场上最热门的产品无非是PCMCIA接口为大宗的无线网卡.常见的PCMCIA接口有TYPE I ,TYPE II ,TYPE III三种规格.现在16位的网络卡已经少见,市场上的主流是TYPE II 的32位数据带宽的CARDBUS适配卡,或者称之为PC卡,一般这种PCMCIA接口无线网卡的天线,在插入计算机后都露在外面,以得到比较强的收讯,前端通常都有LED指示电源与数据无线传输的状况.唯有相当少的PCMCIA无线网卡可以更换或增添外接天线,以增强收讯.

>>PCI接口无线网卡

　　常见的无线网卡除了PCMCIA接口,还有32位数据带宽的PCI接口无线网卡,主要用于桌上型计算机或者其它组件的干扰,通常无线网卡的核心会用金属包起来,尤其是其高频RF电路部分.有些老式的PCI接口无线网卡,其实是用张PCMCIA无线网卡构成的,有的甚至可以将PC卡抽拔出来使用在笔记本电脑,然而这种设计由于成本的缘故已经较为少见了,此外,如同我们在第一章尾声时提到的,迷你PCI适配卡已经蔚为风尚,广泛内建于新型的笔记本电脑及其它WLAN设备中,但使用者在DIY升级本身的迷你PCI卡须特别谨慎,尤其不能伤及RF天线的金属连接器,不过目前市面上很难买到迷你PCI卡,主要流通于计算机周边OEM代工产业中.

>>USB接口无线网卡

　　另一种近来崛起的无线网卡,则是属于方便的万用序列总线USB接口.好处是一卡在手,不公可用于桌上型计算机,也可以随着笔记本电脑