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Linux 驱动开发之WIFI设备分析1（基于Linux6.6）---基础介绍

一、WiFi相关基础概念

1. WiFi（无线保真）

WiFi 是 Wireless Fidelity 的缩写，是一种无线通信技术，用于设备之间通过无线电波连接到互联网或本地网络。WiFi 允许设备（如手机、笔记本电脑、平板电脑、智能家电等）与无线接入点（通常是路由器）进行通信，从而实现互联网连接、文件共享等功能。

WiFi 的特点：

无线连接：WiFi 使用无线电波进行通信，不需要物理的电缆或线缆连接。
标准化：WiFi 基于 IEEE 802.11 标准，支持不同频段（通常是 2.4GHz 和 5GHz）。
应用广泛：WiFi 被广泛应用于家庭、办公室、咖啡厅、机场等公共场所的互联网接入。

简单来说，WiFi 是指一种使用无线技术（如 802.11 标准）来实现设备间通信的网络。

2. WLAN（无线局域网）

WLAN 是 Wireless Local Area Network 的缩写，指的是一种局域网络，使用无线技术连接设备，而不需要传统的有线网络连接。WLAN 是指在一个有限范围内（如家庭、办公室、学校等）构建的无线网络。WiFi 通常是在 WLAN 中实现无线连接的技术。

WLAN 的特点：

局域性：WLAN 的范围通常比较小，适用于一个建筑物或一个较小的区域，通常不会超出 100 米。
设备连接：通过无线接入点（AP，Access Point）或路由器，设备可以接入 WLAN 网络，进行互联网访问或设备间通信。
网络协议：WLAN 通常使用 WiFi（即 IEEE 802.11 标准）作为其无线通信协议。

简单来说，WLAN 是指一个无线局域网，它可以通过 WiFi 技术来连接设备。WLAN 不仅限于 WiFi，还可以包括其他类型的无线网络（如蓝牙、Zigbee 等），但在日常语境中，WLAN 和 WiFi 往往是同义的。

WiFi 与 WLAN 的关系

WiFi 是 WLAN 的实现技术：WiFi 是 WLAN 网络的核心技术之一。WLAN 是一个无线局域网的概念，而 WiFi 是实现 WLAN 的一种技术。可以把 WLAN 看作是无线网络的“框架”，而 WiFi 则是用来实现这一框架的具体通信标准（如 802.11a/b/g/n/ac/ax）。

例如：一个家庭网络通常会使用 WiFi 技术（如 802.11ac）来搭建 WLAN，这样家庭中的所有无线设备（智能手机、笔记本、电视等）都可以通过 WiFi 无线方式连接到 WLAN 网络中。

二、IEEE 802.11协议

Ethenet和Wifi采用的协议都属于IEEE 802协议集。其中，Ethenet以802.3协议做为其网络层以下的协议；而Wifi以802.11做为其网络层以下的协议。无论是有线网络，还是无线网络，其网络层以上的部分，基本一样。

2.1、802.11简介

IEEE802家族是由一系列局域网络(Local Area Network,LAN)技术规格所组成，802.11属于其中一员。虽然WI-FI使用了802.11的媒体访问控制层（MAC）和物理层（PHY），但是两者并不完全一致。

IEEE802.11协议族成员如下：

802.11基本规格涵盖了802.11 MAC 以及两种物理层(physical layer）：一是跳频展频（frequency-hopping spread-spectrum，简称FHSS）物理层，另一是直接序列展频（direct-sequence spread-spectrum，简称DSSS）物理层。802.11a所规范的物理层，主要是以正交分频多工(orthogonal frequency division multiplexing，简称OFDM）技术为基础.802.11将PHY进一步划分为两个组成元件：一是物理层收敛程序（Physical Layer ConvergenceProcedure，简称PLCP）,负责将MAC帧对映到传输介质；另一是实际搭配介质Physical Medium Dependent，简称PMD），负责传送这些帧。

2.2、802.11b

IEEE802.11b是无线局域网的一个标准。其载波的频率为2.4GHz，传送速度为11Mbit/s。IEEE802.11b是所有无线局域网标准中最著名，也是普及最广的标准。它有时也被错误地标为Wi-Fi。实际上Wi-Fi是无线局域网联盟（WLANA）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。在2.4-GHz-ISM频段共有14个频宽为22MHz的频道可供使用。IEEE802.11b的后继标准是IEEE802.11g，其传送速度为54Mbit/s。

2.3、802.11网络包含四种主要实体原件

a -- 工作站(Station)

具有无线网络接入功能的电子设备（笔记本，手持设备等）.

b -- 基站(Access Point)

802.11网络所使用的帧必须经过转换才能被传到其它不同类型的网络，具有无线至有线桥接功能的设备称为基站(Access Point,AP).此外基站还有其它功能.

c -- 无线介质(Wireless Medium)

802.11标准以无线介质（Wireless medium）在工作站之间传递帧.其所定义的物理层不只一种.

d -- 传输系统(Distribution System)

传输系统是基站间转送帧的骨干网络，通常就称为骨干网络（backbone network）当几部基站串连以覆盖较大区域时，彼此之间必须相互通信，才能够掌握移动式工作站的行踪。而传输系统(distribution system )属于802.11的逻辑元件，负责将帧（frame）转送至目的地。大多数商用产品，是以桥接引擎（bridging engine）和传输系统介质（distribution system medium）共同组成传输系统.

2.4、802.11 工作方式

802.11定义了两种类型的设备，一种是无线站，通常是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的，另一个称为无线接入点(Access Point, AP)，它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口(802.3接口)构成，桥接软件符合802.1d桥接协议。接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合到有线的网络上。无线的终端可以是802.11PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口的，或者是在非计算机终端上的嵌入式设备(例如802.11手机)。

802.11的数据链路层由两个之层构成，逻辑链路层LLC(Logic Link Control)和媒体控制层MAC(Media Access Control)。802.11使用和802.2完全相同的LLC之层和802协议中的48位MAC地址，这使得无线和有线之间的桥接非常方便。但是MAC地址只对无线局域网唯一。

802.11的MAC和802.3协议的MAC非常相似，都是在一个共享媒体之上支持多个用户共享资源，由发送者在发送数据前先进行网络的可用性。在802.3协议中，是由一种称为CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的协议来完成调节，这个协议解决了在Ethernet上的各个工作站如何在线缆上进行传输的问题，利用它检测和避免当两个或两个以上的网络设备需要进行数据传送时网络上的冲突。在802.11无线局域网协议中，冲突的检测存在一定的问题，这个问题称为"Near/Far"现象，这是由于要检测冲突，设备必须能够一边接受数据信号一边传送数据信号，而这在无线系统中是无法办到的。

三、WiFi相关知识进阶

3.1、频谱划分

WiFi总共有14个信道，如下图所示：

在 2.4GHz 频段，WiFi 信道的具体划分如下：

信道号	频率范围（MHz）	频道宽度
1	2401 - 2423 MHz	20 MHz
2	2406 - 2428 MHz	20 MHz
3	2411 - 2433 MHz	20 MHz
4	2416 - 2438 MHz	20 MHz
5	2421 - 2443 MHz	20 MHz
6	2426 - 2448 MHz	20 MHz
7	2431 - 2453 MHz	20 MHz
8	2436 - 2458 MHz	20 MHz
9	2441 - 2463 MHz	20 MHz
10	2446 - 2468 MHz	20 MHz
11	2451 - 2473 MHz	20 MHz
12	2456 - 2478 MHz	20 MHz
13	2461 - 2483 MHz	20 MHz
14	2466 - 2488 MHz	20 MHz

1）IEEE 802.11b/g标准工作在2.4G频段，频率范围为2.400—2.4835GHz，共83.5M带宽
2）划分为14个子信道
3）每个子信道宽度为22MHz
4）相邻信道的中心频点间隔5MHz
5）相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频率重叠)
6）整个频段内只有3个（1、6、11）互不干扰信道

3.2、SSID和BSSID

1）基本服务集（BSS）

基本服务集是802.11 LAN的基本组成模块。能互相进行无线通信的STA可以组成一个BSS（Basic Service Set）。如果一个站移出BSS的覆盖范围，它将不能再与BSS的其它成员通信。

2）扩展服务集（ESS）

多个BSS可以构成一个扩展网络，称为扩展服务集（ESS）网络，一个ESS网络内部的STA可以互相通信，是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。连接BSS的组件称为分布式系统（Distribution System，DS）。

3）SSID

服务集的标识，在同一SS内的所有STA和AP必须具有相同的SSID，否则无法进行通信

SSID是一个ESS的网络标识(如:TP_Link_1201)，BSSID是一个BSS的标识，BSSID实际上就是AP的MAC地址，用来标识AP管理的BSS，在同一个AP内BSSID和SSID一一映射。在一个ESS内SSID是相同的，但对于ESS内的每个AP与之对应的BSSID是不相同的。如果一个AP可以同时支持多个SSID的话，则AP会分配不同的BSSID来对应这些SSID。

BSSID(MAC)<---->SSID

3.3、无线接入过程三个阶段

STA（工作站）启动初始化、开始正式使用AP传送数据帧前，要经过三个阶段才能够接入（802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯，功能包括扫描、接入、认证、加密、漫游和同步等功能）：

1）扫描阶段（SCAN）
2）认证阶段 (Authentication)
3）关联（Association）

3.4、WiFi - 组成结构

一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网，也可不要AP，只需要每台电脑配备无线网卡。AP为Access Point简称，一般翻译为“无线访问接入点”，或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用，无线保真更显优势，有线宽带网络(ADSL、小区LAN等）到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够，甚至用户的邻里得到授权后，则无需增加端口，也能以共享的方式上网。