无线局域网入门(1)

无线局域网入门：导论

我们最近收到了许多针对我们首篇网络指南的读者来函，在这里我们先对各位的一些共同疑问做回答：

是的，我们在未来会针对更多类型的产品做测试，主要会着眼在低价产品上。

是的，在Linux上做测试的确很重要。

是的，我们的测试项目与方法，在日后会包含重负荷网络环境的实用需求。

是的，路由器（router），集线器（hub）和其它网络设备也包含在我们未来文章的探讨范围内。

如果您有任何意见，请寄到haowave@21cn.com.

我们仍旧秉持一贯的作风，以这篇文章来作为深入无线网络的第一步。当然往后我们还会接触更多产品，不过在这一篇入门中，我们选择了Compex的C-Kit 811WL-U来作为实务测试的模板。这并不是因为这款产品的性能如何，或是有任何特殊理由才选择它，纯粹只是随机的选择而已。

无线网络历史概观

说到无线网络的历史起源，可能比各位想象的还要早。无线网络的初步应用，可以追朔到五十年前的第二次世界大战期间，当时美国陆军采用无线电信号做资料的传输。他们研发出了一套无线电传输科技，并且采用相当高强度的加密技术。当初美军和盟军都广泛使用这项技术。这项技术让许多学者得到了一些灵感，在1971年时，夏威夷大学（University of Hawaii） 的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络。这被称作ALOHNET的网络，可以算是相当早期的无线局域网络（wireless local area network，WLAN）。这最早的WLAN包括了7台计算机，它们采用双向星型拓扑（bi-directional star topology，请参考http://www.its.bldrdoc.gov/fs-1037/以及http://www.webopedia.com/－这两个网站都是不错的计算机、通讯用语的信息来源）横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛（Oahu Island）上。从这时开始，无线网络可说是正式诞生了。

虽然目前几乎所有的局域网络（LAN）都仍旧是有线的架构，不过近年来无线网络的应用却日渐增加。主要应用范围在学术界（像是大学校园）、医疗界、制造业和仓储业等。而且相关的技术也一直在进步，对企业而言要转换到无线网络也更加容易、更加便宜了。

无线网络架构

拓扑（Topology）：网络组件的物理（真实）或逻辑（虚拟）分布形式。

根据以上的定义，我们可以将拓扑看成是「许多节点（是计算机、网络打印机、服务器等等）在互通网络上的分布形式」。目前有线网络有五大网络拓扑，分别是总线（Bus），令牌环状（Ring），星型（Star），树状（Tree）以及网状（Mesh）拓扑，不过在无线网络中，只有星状和网状两种才有意义。

星型拓扑（star topology）是目前最常见的一种，这种架构包含一个通讯用的中央计算机或是存取点（Access Point，AP）。数据封包由源节点发出后，由中央计算机接收，并且转发到正确的无线网络目标节点。

这台中央计算机，可以用来当作与有线LAN的通讯桥梁，并且用来存取其它有线客户端、互连网或是其它网络设备等等。在我们稍后介绍的产品中，Compex SoftBridge程序就扮演着「软件桥接器（Bridge）」的角色，让您不需要使用特殊的硬件或AP就可以和有线客户端与服务端通信。借着这套软件，任何有接上有线网络，并且还配备一块无线网卡（Network Interface Card，NIC）的计算机都可以担任桥接器的任务。

网状拓扑（mesh topology）和星型拓扑有些不一样，主要是网状拓扑并没有中央计算机。每个节点都可以与同在一个网段的其它计算机可由沟通。

IEEE 802.11，802.11a和802.11b规格标准

为了让WLAN技术能够被广为接受和使用，这些技术必须要建立一种业界标准，以确保各厂商生产的设备都能具有兼容性与稳定性。这些标准是由IEEE（电机电子工程师协会，The Institute of Electrical and Electronics Engineers）所制定的，最早的规格IEEE 802.11是在1997年提出，接着在1999年9月又提出了IEEE 802.11a和IEEE 802.11b。 初期的规格制定了在RF射频频段2.4GHz上的运用，并且提供了1Mbps、2Mbps和许多基础信号传输方式与服务的传输速率规格。IEEE 802.11a和IEEE 802.11b标准则分别为5.8GHz和2.4GHz频段做定义。这两组新的标准也定义了IEEE 802.11a中5Mbps，11Mbps到54Mbps速率的新物理层。这些标准可以在ISM（Industrial，Scientific and Medical－工业、科研与医疗应用）频段上使用，这些频道包括902-928MHz（可利用频宽26MHz），2.4-2.4835 GHz（可利用频宽83.5 MHz），以及5.725-5.850 GHz（可利用频宽125MHz），最后一项也符合IEEE 802.11a标准的最高资料速率应用。

这些业界标准定义了无线通讯的物理层（physical/PHY layer）以及媒介存取控制层（Media Access Control/MAC layer）。在这里所谓的「层（layer）」简单来说就是一些相关功能的集合，这些功能与其它各自相关的功能有所区别。而在无线网络中层代表的意义，我们用个比喻来说明好了：假设您现在要把一本书（代表数据封包）从房间一角的书架上，拿到另一角的书桌上，那么MAC层就可以当成是一个人把书给拿起来的动作，而PHY层则代表了人在房间中走动的动作。

标准中定义的PHY层还包括两种不同的射频通讯调制方案：分别为直接序列扩频技术（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）以及跳频扩频技术（Frequency Hopping Spread Spectrum，FHSS）。两种方式都是由军方所研发，并且针对高可靠性、正确性和安全性而设计，它们各有一套独特的方法来传送资料。.

FHSS技术是将可用的频宽带区域分割成好几个通道，它使用的窄频载波借着2到4阶的高斯频移键控（Gaussian Frequency Shift Keying，GFSK）不断的改变。换句话说，传送时的频率会在收发双方节点都知道的范围间，利用伪随机技术（pseudorandom）做任意变动。这对PHY层加入了一些安全性。有心的黑客基本上没有办法知道接下来要切换到哪一组频率来接收整个信号。另外FHSS也有一项优点，就是可以让许多网络共存在一个物理区域中。

DSSS采用的方法则不太一样。DSSS将资料流与一组较高频率的数字代码结合。每一个资料位都被对映成一组只有收发两方才知道的位样式。这个位样式称作碎片代码（chipping code），它是一串有高有低的信号，并且各代表原本的位。接着将碎片代码反转，以代表资料流中相对的位。如果传输同步正确，那么这种方式可以提供独立的错误校正功能，并且对干扰的容错率也比较高。

MAC层定义的是存取PHY层的方法，机动性管理与无线电资源控制等。在数据传输上，这和有线以太网络的定义差不多，不同的地方是在数据碰撞（data collision）的处理方式。在有线网络标准中，数据封包可以被任意的送到网络上，只有在两个封包于某些情况下互相碰撞（collide）时，才会有其它方式来确保资料封包被正确送到目的地。在802.11标准中有定义到避免碰撞（collision avoidance）的机制。在这些标准中，无线网络中的接收端在成功收到资料封包后，会回复确认（ACK）封包给发送端。如果发送端没有收到ACK封包，那么它会等待一段时间后，再尝试重送封包。

但不幸的是，802.11标准中仍然有一些必须要解决的问题存在。制定标准的目的，无非是要达到标准化（Standardization）以及互操作性（interoperability）的目标。不过在标准中仍旧有一些与厂商间互操作性有关的问题。这些包括AP点漫游协议，在标准规格中没有明确制定出由某个AP范围移动到另外一个AP范围时的处理机制。另外无论设备是否符合标准，到目前为止还没有一套完整的测试方法来测试无线网络。