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Wi-Fi学习笔记

发布时间:2023-01-19 20:03:07浏览次数:

生活在这个时代的人们,对Wi-Fi一定不陌生。不过相比于Wi-Fi背后的技术知识,人们大多时候更关心眼前这个Wi-Fi热点的密码是多少。

这是一个科技飞速发展的时代,移动设备成为了上网的主力,越来越多的智能家居依托于物联网(IoT)走进了千家万户。

如果不保持学习就会跟不上时代的步伐,这次买路由器的时候,就深深感受到了这一点。什么Wi-Fi6、mesh组网,看得我一脸懵逼。

为了买到合适的路由器,不得不去恶补一些Wi-Fi的相关知识。

下面是这次学习的笔记,于己备忘,于人则是分享:

Wi-Fi是什么

Wi-Fi(发音:/ˈwaɪfaɪ/)是一个创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。

IEEE 802.11是什么

IEEE 802.11是现今无线局域网通用的标准,它是由电气和电子工程师协会(IEEE)所定义的无线网络通信的标准。虽然经常将Wi-Fi与802.11混为一谈,但两者并不等同。

IEEE 802.11的标准有很多,下面表格里的是最具代表性的几个标准:

标准代码

802.11b

802.11a

802.11g

802.11n

802.11ac

802.11ax

新命名

Wi-Fi4

Wi-Fi5

Wi-Fi6

发布时间

1999年

1999年

2003年

2009年

2013年

2019年

工作频段

2.4GHZ

5GHZ

2.4GHZ

2.4/5GHZ

5GHZ

2.4/5GHZ

信道带宽

20MHZ

20MHZ

20MHZ

20/40MHZ

20/40/80/160MHZ

20/40/80/160MHZ

MCS范围

0-7

0-9

0-11

调制

DSSS,CCK

OFDM

OFDM

OFDM

OFDM

OFDM,OFDMA

最高调制

CCK

64QAM

64QAM

64QAM

2560QAM

1024QAM

最大空间流

1

1

1

1

4

8

最高速率

11Mbps

54Mbps

54Mbps

150Mbps

3.5Gbps

9.6Gbps

现在的无线网络标准主要是采用802.11n和802.11ac 这类名称,普通用户看不懂不理解也无法记住。 无法记住这些标准自然也就无法辨别网络设备的先进性,有鉴于此WiFi联盟决定还是采用数字顺序的比较好。

所以现在大家常说的Wi-Fi6就是802.11ax标准。

2.4G和5G

传统的无线路由器只有一个2.4G频段的WiFi信号,而双频路由器除了有一个2.4G频段的WiFi信号,还有一个5G频段的WiFi信号。由于绝大数的无线路由器都工作在2.4G这个频段频,导致了信号之间的干扰较大,尤其是无线WiFi设备较多的地方,容易影响网速。

双频路由器增设5G频段,除了能很好地减轻无线信号相互干扰的问题,在速率上,也能明显提升。

网速不仅与信号强度有关,也与信道质量有很大的关系。穿过一堵墙后,2.4G频段可能有3格信号,5G频段可能只有2格信号,如果周围无线干扰太大,使用3格信号的2.4G频段观看视频经常会缓冲一下,而使用2格信号的5G频段观看视频就比较流畅。对于一些对网速、延迟等要求较高应用,如下载、语音、实时游戏等,使用5G信号更加合适。

下面表格里是2.4G和5G两种信号各自的优缺点:

频段

2.4G

5G

优点

2.4G信号频率低,在空气或障碍物中传播时衰减较小,传播距离更远。

5G信号频宽较宽,无线环境比较干净,干扰少,网速稳定,且5G可以支持更高的无线速率。

缺点

2.4G信号频宽较窄,家电、无线设备大多使用2.4G频段,无线环境更加拥挤,干扰较大。

5G信号频率较高,在空气或障碍物中传播时衰减较大,覆盖距离一般比2.4G信号小。

电磁波

Wi-Fi是通过电磁波来传递信号的。

依照波长的长短、频率以及波源的不同,电磁波可大致分为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。

无线电波分布在3kHz~300GHz的频率范围之间,其波长在 100km~1mm之间。

无线电波可大致分为:甚长波、长波、中波、短波、米波、微波。

波长在1毫米到1米范围的电磁波被统称为微波(Microwave),根据其波长可以进一步划分为:分米波、厘米波和毫米波。分米波(波长在1~10分米)是移动通信的主力频段。2G时代,GSM主要是用900MHz频段,后来引入1.8GHz。3G时代,UMTS主要是1.8GHz和2.1GHz,TD-SCDMA主要是2.3GHz和2.6GHz。4G时代,LTE继续沿用2G和3G的频段,此外还新引入了3.5GHz频段。

Wi-Fi信号所使用的电磁波属于微波,其中2.4GHz信号属于分米波,5GHz信号属于厘米波。

5G网络的5G,代表的则是英文5 Generation(第五代)的简称。指的是第五代蜂窝标准,是4G LTE和3G 的后续产品。与路由器上的5GHz频率没有任何关系。

波长(wavelength)是指波在一个振动周期内传播的距离。

真空光速定义值:c0=299792458m/s。

光速(Lightspeed)是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。

1983年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会上又通过了米的新定义:米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。

波长=波速x一个振动周期=波速x(1/频率)。

将上述波长公式转换为波速公式:波速=波长x频率。

因为波速恒定,接近于光速。故可认为波长和频率成反比,即波长越长,频率越低;波长越短,频率越高。

下面表格里是电磁波谱中的各个频段:

波长

频率

电磁波谱名称

100~10km

3~30kHz

甚长波/超低频VLF(无线电波)

10~1km

30~300kHz

长波LW/低频LF(无线电波)

1~0.1km

300~3000kHz

中波MW/中频MF(无线电波)

100~10m

3~30MHz

短波SW/高频HF(无线电波)

10~1m

30~300MHz

米波/甚高频VHF(无线电波)

1~0.1m

300~3000Mhz

分米波(微波、无线电波)

100~10mm

3~30GHz

厘米波(微波、无线电波)

10~1mm

30~300GHz

毫米波(微波、无线电波)

1000~0.76μm

0.3~395THz

红外线

0.76μm~0.40μm

395THz~750THz

可见光

0.40μm~0.01μm

750~30000THz

紫外线

10~0.1nm

3E16~3E18Hz

X射线

低于0.1nm

高于3E18Hz

伽马射线

天线的长短和波长成正比,所以和频率成反比,频率越高,波长越短,天线也就可以做得越短。

天线的大小需要是波长量级的。天线的长度并不等于一个波长,往往是1/4波长或者5/8波长。

长波或更低频率,其实也很早被用于专用的通信系统中。长波可以传输很长距离,并能够贴着地球表面传播(地面波)。当然,长波的发送和接收都是很不容易的,因为天线的大小需要是波长量级的。可以通过图片搜索“长波天线”来体验其巨大。由于这个原因,长波在通常的民用通信中基本用不上。

中波频段的波长在100~1000米,这个频段的电磁波不易被建筑物遮挡。虽然中波覆盖不如长波那么远,但是也可以用于城市区域的覆盖。中波频段主要被用于收音机。例如:上海广播电视台AM990,实际上就使用调幅技术(AM)、工作在990kHz的收音机频道。这种AM收音机便于制作,伴随了很多当代人的成长过程,沿用至今。

短波频段的波长在10~100米。这个波长有个独特的性质,可以被大气电离层反射回地面,通过来回发射可以实现长距离通信(称为“天波”)。因此,短波可以用于较长距离甚至环球的通信。短波的最常见应用是各种短波收音机频道。

比短波更高频率的VHF频段,波长在1~10米,所以被称为米波,也有称为超短波。这个频段主要用于调频收音机和电视广播。例如:上海广播电视台FM93.4,就是使用调频技术(FM)、频率为93.4MHz的收音机广播。例如:我国的无线电视广播,频道DS-1的频率是48.5~56.5MHz。

Mesh

Mesh网络即”无线网格网络”,是“多跳(multi-hop)”网络,是由ad hoc网络发展而来,是解决“最后一公里”问题的关键技术之一。

简单说那就是,你家的WiFi覆盖不到一些死角,但是我通过在有信号的地方放置一个路由器,这个路由器作为中继的Mesh节点,然后这个中继路由器就可以覆盖到那些死角。

利用mesh路由器系统可以实现全屋5G频段无线网络覆盖,并可以无缝漫游,在屋内移动各种应用包括游戏不掉线,是目前阶段下实现家庭全屋高速无线网络覆盖的最优解。

无线加密

WEP是一种老式的加密方式,在2003年时就被WPA加密所淘汰,由于其安全性能存在好几个弱点,很容易被专业人士攻破,不过,对于非专业人来说还是比较安全的。其次由于WEP采用的是IEEE 802.11技术,而现在无线路由设备基本都是使用的IEEE 802.11n技术,因此,当使用WEP加密时会影响无线网络设备的传输速率,如果是以前的老式设备只支持IEEE 802.11的话,那么无论使用哪种加密都可以兼容,对无线传输速率没有什么影响。

WPA/WPA2是一种最安全的加密类型,不过由于此加密类型需要安装Radius服务器,因此,一般普通用户都用不到,只有企业用户为了无线加密更安全才会使用此种加密方式,在设备连接无线WIFI时需要Radius服务器认证,而且还需要输入Radius密码。

WPA-PSK/WPA2-PSK是我们现在经常设置的加密类型,这种加密类型安全性能高,而且设置也相当简单,不过需要注意的是它有AES和TKIP两种加密算法。

TKIP:Temporal Key Integrity Protocol(临时密钥完整性协议),这是一种旧的加密标准。

AES:Advanced Encryption Standard(高级加密标准),安全性比 TKIP 好,推荐使用。

使用AES加密算法不仅安全性能更高,而且由于其采用的是最新技术,因此,在无线网络传输速率上面也要比TKIP更快。

2018年1月,Wi-Fi联盟宣布将于年内发布包含众多对安全性改进的WPA3,它将会取代WPA2。新标准为每个用户使用192比特加密和单独加密。Wi-Fi联盟还称,WPA3将缓解由弱密码造成的安全问题,并简化无显示接口设备的设置流程。该标准于2018年6月25日正式发布。

推荐的安全性设置:

  • WPA3 个人级是目前可用于 Wi-Fi 设备的最新、最安全的协议。它适用于所有支持 Wi-Fi 6 (802.11ax) 的设备以及某些旧款设备。
  • WPA2/WPA3 过渡级是一种混合模式,能够将 WPA3 个人级应用于支持这种安全协议的设备,同时允许旧款设备使用 WPA2 个人级 (AES)。
  • WPA2 个人级 (AES) 是您在无法使用上述任何更安全的模式时的适当之选。在这种情况下,还要选取 AES 作为加密或密码类型(如果可用)。

请勿创建或加入使用已弃用的旧安全协议的网络。下面这些安全性设置都不再安全,它们会降低网络可靠性和网络性能:

  • WPA/WPA2 混合模式
  • WPA 个人级
  • WEP,包括开放式 WEP、共享式 WEP、WEP 过渡安全网络或动态 WEP(附带 802.1X 的 WEP)
  • TKIP,包括名称中包含 TKIP 的任何安全性设置
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