简单学:WiFi

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WiFi概述

WiFi (Wireless Fidelity 无线保真)

是基于 “IEEE 802.11” 系列标准的 “无线局域网(WLAN)” 技术

它允许子设备(如: 手机,电脑,平板,智能家具)通过无线信号连接到网络,无需依赖物理线缆(网线)

  1. wifi特点
  • 无线连接 :通过无线电波(主要是2.4GHz 和 5GHz 频段)传输数据, 设备只需要在信号覆盖范围内即可接入网络
  • 兼容性:遵循统一的802.11标准(如: wifi4对应802.11n, wifi6对应802.11ax等), 不同品牌设备可以互相兼容
  1. 工作原理

无线路由器(或无线接入点AP)作为信号发射源, 路由器通过有线方式(宽带,光纤)连接到互联网,再将网络信号转化为无线信号广播出去, 设备(手机,平板)通过内置的 “WIFI模组” 接收信号,实现上网功能

3.各代WiFi

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Wifi波长

电磁波数学图形表示, wifi也是通过“电磁波”传递数据。 image.png image.png image.png

Wifi信号强度

电磁波的功率单位

绝对功率: dBm(分贝毫瓦)

相对功率: dB(分贝)

WiFi信号强度的 dBm (分贝毫瓦) 范围可以用来评估信号的质量。一般情况下,信号强度的分类如下:

  • -30 dBm 到 -50 dBm: 极好,几乎没有干扰,信号非常强。
  • -50 dBm 到 -60 dBm: 良好,信号强度适中,适合所有网络应用。
  • -60 dBm 到 -70 dBm: 一般,信号强度可能会对性能产生一些影响,适用于基本的网络使用。
  • -70 dBm 到 -80 dBm: 较弱,信号强度低,可能会出现连接问题和较慢的网络速度。
  • 低于 -80 dBm: 很差,信号非常弱,连接可能不稳定或无法连接。

Wifi信道

信道 ~~ 车道

  • 2.4Ghz频段信道
  • 5Ghz频段信道
  • 6Ghz频段信道

为什么需要“车道”(信道)?

  1. 避免拥堵和碰撞:如果没有车道,所有汽车(数据)都挤在一起胡乱行驶,就会导致巨大的拥堵和碰撞(数据包冲突),谁也到不了目的地。划分车道后,汽车可以有序地在自己的车道上行驶。
  2. 多设备同时通信:你的路由器可以同时和你的手机、电脑、平板电脑通信,某种程度上就像让它们行驶在不同的车道上,互不干扰。

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无线网 OSI 模型

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物理层数据抽象与处理

802.11 无线 WiFi 网有三类帧:数据帧、管理帧、控制帧。与有线网相比,无线 WiFi 网会复杂很多。大部分应用软件开发对 WiFi 的控制帧和管理帧了解得并不多,因为它们在物理层和数据链路层就已经被处理了,上层应用很少能感知到。

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总结: Wi-Fi 的网络架构主要基于两个著名的模型:OSI 七层模型 和 TCP/IP 五层(或四层)模型。Wi-Fi 技术主要工作在其中的数据链路层物理层image.png

  • 从协议栈看:Wi-Fi 是 链路层 技术,实现了 802.11 协议族(MAC 和 PHY),为上层的 IP 协议提供了一个无线的传输通道。
  • 从组网看:最常见的模式是 基础架构模式,由 站点 (STA)  和 接入点 (AP)  组成 BSS-基本服务集(Basic Service Set)。多个 AP 通过 分布式系统 (DS)  互联形成 ESS-扩展服务集 (Extended Service Set),以实现大面积覆盖和无缝漫游。

简单来说,Wi-Fi 的架构就是  “在物理层和链路层用无线信号替代网线,并在上层保持与有线网络完全兼容”  的一套精巧设计。

拓展(简单了解): image.png (1)实时通信与音视频流:对实时性要求高的应用

  • SIP (Session Initiation Protocol) : 用于创建、修改和终止包含视频、语音、消息等的多媒体会话(VoIP 电话的基础)。
  • RTP (Real-time Transport Protocol) : 通常运行在 UDP 之上,用于传输实际的音频和视频流数据。它常与 SIP 或 WebRTC 一起使用。
  • WebRTC (Web Real-Time Communication) : 一个开源项目,允许网页浏览器之间进行实时音视频通信和数据交换,无需安装插件。

(2)网络基础架构与配置:这些协议在后台默默工作,确保设备能顺利接入网络并通信。

  • DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) : 自动为网络中的设备分配 IP 地址、子网掩码、网关等配置信息。
  • NTP (Network Time Protocol) : 用于同步网络中所有计算机的时间。

(3)远程管理与访问:允许用户远程控制另一台计算机或设备。

  • SSH (Secure Shell) : 通过加密的通道连接远程服务器,进行安全的命令行操作和管理。是 Telnet 的安全替代品。
  • Telnet: 早期的远程登录协议,因为不加密,所有信息(包括密码)都以明文传输,现在已很少用于生产环境。
  • RDP (Remote Desktop Protocol) : 微软开发的协议,用于提供图形化的远程桌面控制。

(4)域名解析:将人类可读的域名转换为机器可读的 IP 地址。

  • DNS (Domain Name System) : 虽然是协议,但它更像一个分布式的目录系统。它通常运行在 UDP 端口 53 上(有时也用 TCP)。

(5)文件传输:专注于文件的上传、下载和共享。

  • FTP (File Transfer Protocol) : 用于在网络上进行文件传输的标准协议。
  • TFTP (Trivial File Transfer Protocol) : 一个简化的 FTP,常用于局域网内或网络设备(如路由器、交换机)的固件升级和配置备份。
  • SFTP (SSH File Transfer Protocol) : 通过 SSH 协议加密传输文件,比传统的 FTP 安全得多。

Wifi连接流程概述

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Wifi数据安全

1.wifi生态中使用过的加密算法 image.png

2.认证方式

PSK ---》Pre-Shared Key 预共享密钥(密码)

SAE ---》 Simultaneous Authentication of Equals, 对等实体同时认证

image.png PSK认证: image.png AES加密2.png

SAE认证: image.png

AES加密3.png

学习总结,如有错误,请多多指导,谢谢!

参考:

(6 封私信) WiFi基础(二):最新WiFi信道、无线OSI模型与802.11b/g/n - 知乎

(6 封私信) WiFi基础(五):802.11帧结构与WiFi控制帧、管理帧、数据帧 - 知乎 感谢大哥