引言

无线局域网（WLAN）是无线网络技术中最普及和应用最广泛的部分，它使得用户能够在有限的覆盖范围内（如家庭、办公室、校园、咖啡馆）实现灵活、便捷的无线接入。本讲将深入探讨WLAN的基本概念、核心协议标准IEEE 802.11系列以及其关键技术与工作机制。

一、无线局域网（WLAN）概述

1. 定义与特点：WLAN使用无线电波（主要是2.4GHz和5GHz频段）或红外线作为传输介质，在局部范围内替代传统有线局域网。其核心优势在于移动性、灵活性和易于部署，但也面临安全性、干扰和带宽限制等挑战。
2. 基本组成：一个典型的WLAN包含两个主要部分：

• 无线站点（Station， STA）：即客户端设备，如笔记本电脑、智能手机、平板电脑等。

• 接入点（Access Point， AP）：作为连接无线网络和有线网络（如以太网）的桥梁，负责管理其覆盖区域（基本服务集）内的STA，并协调它们对共享无线介质的访问。

二、IEEE 802.11标准体系

IEEE 802.11是WLAN事实上的全球标准家族，其不同修订版（后缀字母）提供了不同的物理层和MAC层技术。

1. 核心标准演进：

• 802.11（1997）：原始标准，速率仅1-2 Mbps。

• 802.11b（1999）：工作在2.4GHz，最高11 Mbps，推动了WLAN的首次普及。

• 802.11a（1999）：工作在5GHz，最高54 Mbps，采用OFDM技术，抗干扰能力强。

• 802.11g（2003）：2.4GHz频段的54 Mbps标准，向后兼容802.11b。

• 802.11n（2009）：引入MIMO（多输入多输出）和信道绑定（40MHz）技术，理论速率可达600 Mbps，工作在2.4GHz和5GHz双频。

• 802.11ac（2013）：“千兆Wi-Fi”，仅工作在5GHz，支持更宽信道（最高160MHz）、更多空间流（8x8 MIMO）和MU-MIMO（多用户MIMO），理论速率可达数Gbps。

• 802.11ax（2019/2020）：“高效无线网络”，即Wi-Fi 6。在2.4GHz和5GHz工作，核心目标是提升高密度环境下的网络效率和容量，引入了OFDMA（正交频分多址）和BSS Coloring（基础服务集着色）等关键技术。

• 802.11be（预计2024）：“极高吞吐量”，即Wi-Fi 7。预计支持320MHz信道、4096-QAM、多链路操作等，目标峰值速率超过40 Gbps。

三、关键技术机制

1. 介质访问控制（MAC）：

• CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）：这是802.11 MAC层的核心协议。由于无线环境下难以检测冲突（“隐藏终端”问题），因此采用“避免”而非“检测”策略。主要步骤包括：载波侦听、随机退避（使用退避计时器）、请求发送/清除发送（RTS/CTS）握手（可选，用于解决隐藏终端问题）。

1. 网络架构与工作模式：

• 基本服务集（BSS）：WLAN的基本构建块，由一组相互通信的STA组成。分为两种类型：

• 基础设施BSS：包含一个AP和多个与之关联的STA。这是最常见模式。

• 独立BSS（IBSS）：即Ad-hoc模式，STA之间直接通信，无需AP。

• 扩展服务集（ESS）：由多个通过分布式系统（通常是有线网络）互联的BSS构成，为用户提供更大的移动范围，STA可在不同BSS间无缝漫游。

1. 移动性与关联过程：

• 扫描：STA通过主动扫描（发送探询请求）或被动扫描（监听信标帧）来发现网络。

• 认证与关联：发现AP后，STA需经过认证（开放系统认证或共享密钥认证）和关联两个步骤，才能通过AP接入网络。

四、安全机制演进

WLAN安全至关重要，其标准历经演变：

1. WEP（有线等效保密）：早期协议，已被证明存在严重安全漏洞，已遭弃用。
2. WPA/WPA2（Wi-Fi保护访问）：

• WPA：作为WEP的临时替代，采用TKIP加密和802.1X认证。

• WPA2：强制实施AES-CCMP加密协议，提供了强大的安全性，成为长期主流标准。

1. WPA3（2018年发布）：最新安全标准，提供更强大的保护，包括：对开放网络使用OWE（机会无线加密）、对个人网络使用SAE（同步认证等价）协议取代易受攻击的PSK握手、为企业和敏感数据提供192位安全套件。

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本讲系统介绍了无线局域网的基础架构、IEEE 802.11标准家族的关键演进脉络（从11b到Wi-Fi 6/7），并解析了其核心的MAC协议（CSMA/CA）、网络组织方式以及安全机制的发展。理解这些基础是进一步学习WLAN高级特性（如Mesh网络、定位服务、 QoS保障等）和进行网络规划、部署与故障排查的基石。随着Wi-Fi 6/7的普及和物联网的兴起，WLAN将继续向着更高速度、更低延迟、更大容量和更智能化的方向发展。