WLAN 协议


今年是 Wi-Fi 联盟成立20周年。

20-Anniversary

目录:

1.WLAN/Wi-Fi 傻傻分不清?

2.IEEE 802.11到底是个什么东西?

3.路由器是什么?

4.辟谣及理论分析优缺点

5.附:华硕 败家之眼 GT-AX 11000 802.11ax 路由器x三星Galaxy S10速度测试

6.附:各国可用信道列表

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Part1

什么是 WLAN,什么是 Wi-Fi?恐怕没几个人能解释清楚,这节就细扒一下WLAN和W-Fi的区别。

WLAN,全称 Wireless Local Area Network,即无线局域网,换言之,它是一套软硬结合的完整的服务系统,就像电脑。

WLAN最初用来在难以布线的地方连同网络,实际上是有线的备胎,现在大有赶超有线的趋势。

WLAN最早由苹果公司应用在消费级设备上,所以苹果实际上是第一个卖无线路由器的,但现在是无线路由器里最垃圾的。

Wi-Fi (/ˈwaɪfaɪ/) 全称 Wireless Friendly,是基于IEEE 802.11并且用于 WLAN 的一类无线技术的总称。

实际上,Wi-Fi 要不然指的是一类无线协议,要不然就是 Wi-Fi 联盟的商标。

最常见到 Wi-Fi 的地方,是在无线路由器的帖纸上,这意味着这台设备经过认证,交过专利费。

而卖这个贴纸的,是 Wi-Fi 联盟,Wi-Fi Alliance。 它的logo是

Wi-Fi-Alliance

虽然IEEE负责协议制定,但实际上这项任务是交给各大设备厂完成的,这些设备厂组建了Wi-Fi 联盟,推动了WLAN技术的发展。(IEEE是什么?请看下节。)

它还有这么多商标

TradeMark

所以,WLAN 就只能叫 WLAN,打开 WLAN 不能叫打开 WIFI(并且WIFI是错误写法),两者并不能混为一谈。

WLAN 重点除了网络,还有一点是局域。WLAN 的内网传输可以突破传统网络的带宽限制。

比如路由器支持 1.7Gbps,设备支持 1.7Gbps,那么我就可以在内网达到 1.7Gbps 的无线传输速率。

即使在运营商只购买了百兆宽带,照样能在内网达到千兆的速度。

再比如 DLNA 媒体投放(非常好用的功能)也需要 WLAN 支持,再或是 Miracast 投屏,再或是手机无线投屏,都需要 WLAN。

WLAN 具有无与伦比的内网连接速度优势,即 802.11ac 可以达到<3ms的延迟,而宽带(广域网)及5G,通常在20ms-40ms左右。

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Part2

什么是IEEE 802.11?

IEEE 是国际电子电器工程师协会,IEEE 总部在美国,下一任会长是日本人。

虽然 IEEE 在之前把华为资格撤了,不过别着急开喷,因为作为下一任会长的日本人对此也非常气愤,立志在任期让 IEEE 变为自由的组织。

IEEE 实际上是世界上最大的电子工程师协会,会员遍布全球,李开复就是会员之一,在中国也有上万会员。

IEEE 曾经主导定制了很多标准,因为各大企业都想开发自己的产品,谁也无法说服谁,于是 IEEE 便成为了最有资格发言的组织。

现在依然常见的水晶头网络协议/接口就是 IEEE 制定的,而 802.11 就是 IEEE 在无线网络方面制定的协议的一个总项。

细分 IEEE 802.11:

名词解释:工作频率:无线电波工作频率;频宽:无线电波使用的无线电频率的带宽,具体看这个 Zhihu

IEEE 802.11 第一版 :1997年确定,最早的无线局域网协议,传输速率2Mbps,工作频率2.4Ghz,频宽22mhz。

a:1999年,基础协议的的升级版,速率54Mbps,工作频率5Ghz,频宽22mhz。

b:1999年,基础协议的改进版,速率11Mbps,工作频率2.4Ghz,频宽22mhz。

g:2003年,b的改进版,速率54Mbps,工作频率2.4Ghz,频宽20mhz。

n:2009年,g的改进版,速率288/400Mbps,工作频率2.4/5Ghz ,频宽20/40mhz。

实际上,大家常说的 2.4Ghz WLAN 其实就是指802.11n,但它实际上支持5Ghz。

并且 LTE 中非常关键的技术,OFDM(多载波聚合)实际上从a开始就使用了,换句话说,这不是什么新奇技术。

另外华为在这个月的开发者大会上公布的iot芯片也有一个用的它,其他的2个芯片没写什么协议。

ac:2013年,n的升级版,速率346.8/800/1733.2/3466.8Mbps,工作频率 5Ghz,频宽20,40,80,80+80mhz,160mhz。

ac 就是大家常说的 5Ghz WLAN,现在大部分设备支持ac wave 1和ac wave 2,wave 1即频宽20/40mhz,wave 2即80/80+80mhz,支持1733.2Mbps的连接速率。

ad:2012年,速率达到了恐怖的6Gbps,工作频率60Ghz,频宽达到2160mhz。

该协议主要用于 VR 设备,高通和 Intel 曾经有发布过使用该协议的无线芯片。ad也叫 WiGig 1.0。

国外有过测试,国内还没见过,想知道结果的自己 Bing。

ax:2019年,ac 的升级版,速率最高 10.53Gbps,工作频率2.4/5/6Ghz,频宽20,40,80,80+80mhz。

而 Wi-Fi 1-6到底是什么呢?答案是,a/c/b/g/ac/ax 共计6种协议分别对应叫Wi-Fi 1-6,就好像菠萝和凤梨其实学名都是凤梨,但是商品名却又叫菠萝又叫凤梨(真假自己查,不信拉倒)。

而 WAPI 又是什么呢?其实 WAPI 只是安全方面的协议,并不是传输无线电波用的协议,WAPI只能规定怎么加密。

举例:送信员:张三,你有封李四的信,密码是你老婆生日。

送信员就是传输无线电波用的协议,我可以换成快递员,换成圆通的,换成中通的,换成 EMS 的,总之直接送信的人就是无线电波传输协议,也就是abgnacax。

李四告诉张三密码是他老婆生日,这样送信员就不知道信里写的是啥,张三老婆生日可以换成张三生日,他儿子生日,他爹的生日。

实在不行可以换成他老婆三围,这个“生日”“三围”就是加密协议,李四需要告诉张三怎么解开密码。

所以WAPI就是这么个东西。

实际上世界上大部分加密用的算法“生日/三围”都已经在上个世纪发明出来了,所以这个协议明目的就是让送信员知道每一个信的密码都是收信人的生日。

而 802.11i 实际上也是一样的东西,和 WAPI 的差别只在与用“生日”还是“三围”。

其实 802.11 还有 bc…….z等子项目,但是因为并未广泛使用,或者消费者涉及不到,这里暂且不提。

因为 a-z 都用完了,所以才出现 ab,ac,ad,ax 等等。

wikipedia 有个传输协议的大表,不过缺少非信号传输协议。

有的酷友/大佬 们所提的Mesh无线网络,实际上就是基于 802.11s,无线Mesh网络是一种多跳、机动性强、抗毁性强的无线网络结构。这玩意最开始是用来抗灾的。。。

如果路由器写了支持 IEEE 802.11s,大概率支持 mesh,如果没写,基本不支持。

有关 mesh 的详细分析可以看这个 CSDN

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Part3

什么是路由器

路由器就是连接两个以上个别网络的设备。

由于位于两个或更多个网络的交汇处,从而可在它们之间传递分组(一种数据的组织形式)。

路由器与交换机在概念上有一定重叠但也有不同:交换机泛指工作于任何网络层次的数据中继设备(尽管多指网桥),而路由器则更专注于网络层。

路由器与交换机的差别,路由器是属于OSI第三层的产品,交换机是 OSI 第二层的产品。

第二层的产品功能在于,将网络上各个计算机的 MAC 地址记在 MAC 地址表中,当局域网中的计算机要经过交换机去交换传递数据时,就查询交换机上的MAC地址表中的信息,将数据包发送给指定的计算机,而不会像第一层的产品(如集线器)每台在网络中的计算机都发送。

而路由器除了有交換机的功能外,更拥有路由表作为发送数据包时的依据,在有多种选择的路径中选择最佳的路径。

此外,路由器并可以连接两个以上不同网段的网络,而交换机只能连接两个。

路由器并具有IP分享的功能,如:区分哪些数据包是要发送至WAN。路由表存储了(向前往)某一网络的最佳路径,该路径的“路由度量值”以及下一个(跳路由器)。

这段我从中文wikipedia抄的。

无线路由器就是通过无线信号路由的路由器。

这句我自己写的。

在使用 WLAN 中,经常会看到各种 ID,实际上,BSSID=MAC 地址,它是基于硬件层的,全称Basic Service set(基本服务集) ID 和 Medium Access Control (介质访问控制) address,ESSID=无线网络名称,全称 Extend Service set ID,是软件层的。

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Part4

辟谣及理论分析优缺点

辟谣:

有人说WLAN致癌,什么5G也致癌,什么影响健康,都是 chedan,点名批评张朝阳,当初我觉得他挺牛逼,名牌大学毕业,说实话我非常羡慕,结果他搜狐5G大会先来个可能影响健康,彻底粉转黑,当年他接济马云,搜狐怕是撞大运起来的,后来被阿里巴巴超了,就是自做受,不思进取。

为什么我这样说,请自己百度可见光波长。

可见光频率在多少?390000-860000Ghz,现在民用也就用到 802.11ad,才60Ghz,军用的你也管不到是不是。

其次是能量,大家自行 Bing 一下,太阳能发电功率,看一看你家的路由器有没有那么大功率,正常太阳能可以达到 100w/m2,如果功率大就影响健康,你早就晒死了。

虽然紫外光确实会造成皮肤癌,但是也没看人人得皮肤癌,况且维生素D要依赖紫外光才能合成,紫外光的频率可是比可见光还高。

这是高频,有人说低频呢?实际上电磁炉频率在 2000hz 到 3000hz 左右,没看见谁家抵制电磁炉。

微波炉频率 2.4Ghz 左右,也没看美国人,日本人都因为电磁炉死光光。

优缺点:

高频信号易在介质中衰减,6Ghz 根据 IEEE 给出的数据,无遮挡也就能传输 100米,而且传输速率估计会低到不能用。

至于 ad,60Ghz 的信号连张a4纸都能挡住大部分。所以什么路由器宣传穿墙,都是xiachedan,顶多增加点功率,其实还收效甚微。

最佳天线长度约等于波长一半,所以那些支出挺老高的天线都是噱头,实际上的天线就是尖上一点点,支的高,是怕你用东西挡上,故意弄的不好折叠。

比如这个思科 802.11ax 路由器,完全没可见的天线。

Cisco-Router Cisco-Router

图片来源: configureterminal.com

经过换算,2.4Ghz 波长0.125m,就是12.5cm,天线长度就是6-7cm,5Ghz 就再减半,天线只需要3-3.5cm长,60Ghz 的 ad 只需要几毫米长。

高频信号传输数据多,是因为无线传输信号说白了就是利用电场的变换,高频能在更短的时间内变换更多次,所以传速率高。

在同时连接多个用户时,如果路由器的处理能力或者天线数量不足,即使支持诸如 802.11ac 等的高速协议,也会因为带宽不足而导致传输速率下降。

今年很火的 5G 也是同样问题,一套5G 天线给5个人用和给50个人用绝对是不一样的,所以不要看现在5G 测试很快,实际上4G 也不慢。

LTE Cat.20实际上支持 2Gbps 的速率,比如骁龙845,855,但是运营商带宽有限,不能给你分配那么多带宽。

并且5G 移动网络相比4G 提高了频率,这也导致家里用5G 肯定速度比室外用4G 慢,不要对5G 抱有过多的幻想。

曾经iPhone 为了3G 的视频通话加上了前置摄像头,然而到今天,中国也没有人直接用4G 主打的视频通话进行通话。

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Part5

附:

华硕 败家之眼 GT-AX 11000 802.11ax 路由器 x 三星 Galaxy S10 速度测试

这是我在油管上找到的一个湾湾媒体测的。

Youtube

该视频使用知识共享署名许可。

Galaxy 10支持 802.11ax 80mhz

Speed-ax

路由器支持4个Spatial Streams(空间流),最高处理能力4804Mbps。

Galaxy S10支持2个空间流 理论速度1200Mbps。

实际速度858Mbps,不比之前 UP主@老师好我叫何同学 测试的5G 速度慢多少。

所以你只需要一个802.11ax路由器 + Galaxy S10 就可以在家享受5G(毕竟也是5Ghz)

没有 S10怎么办?没事,Galaxy S7 开始支持的 ac 也凑合。

使用 ax 路由器 + ac 手机测试

Speed-ac Speed-ac

可以看到,使用802.11ac 的手机同样可以达到 700Mbps 左右的速度。

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Part6

各国可用信道

5Ghz

5Ghz-Channal

2.4Ghz

2.4Ghz-Channal