wifi是什么？读完这篇文章你就知道wifi到底是什么了？

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全文五千多字，篇幅较长，耐心阅读建议全文背诵且默写

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一、WiFi发源地：

对于wifi概念最早尝试在“夏威夷”alohanet夏威夷大学开发的计算机网络系统，首次公开演示提供无线分组数据网络系统。

二、WiFi概念：
在1971年提出后NCR和AT&T联合发明了“wave lan ”才被认为是WIFI真正先驱。接而1997年第一个无线协议版本{ IEEE 802.11} 才被发布。Ps:{IEEE 802.11}是指一组无线局域网通信所定义的标准。Wifi=IEEE802.11:当机器互联时，需要一定标准和协议规定，以使能够顺利沟通。
在1999年，Interbrand公司把这项技术推广到市场和消费者后将{IEEE802.11}协议改名为wifi。同时，Interbrand也创造了WIFI logo，其中代表WiFi产品互操作性的“阴”和“阳”两面。

三、Wi-Fi术语由来：
wi-fi这个术语常被人误解为“无线保真标准”（wireless fidelity)意思，实际上不代表任何意义。另外，WECA （后来的Wi-Fi联盟）采用术语 “Wi-Fi”作为无线网路技术专有名词，宣布正式名称:WI-FI Alliance。Wi-Fi定义：是将电子终端连接到无线局域网（wlan）基IEEE802.11协议的网络体系，通常使用2.4G UHF或5G SHF 的 ISM免费射频频段。

Ps:2.4GHz和 5GHz是免费使用且无需申请的频段。

四、Wi-fi与IEEE 802.11协议关系：

可以概述为IEEE 802.11是一种无线局域网标准，Wi-Fi是IEEE 802.11协议标准的一种实现。手机信号频段主要是“射频[RF]电磁波”（300kHz~300GHz）蓝牙、WiFi都在这个频段内，属于微波。

PS：无线电磁波在自由空间的衰减公式： L=32.5+20lgF+20lgD

五、无线衰减：

在无线传输过程中会被不同材质吸收，导致信号衰减，这也是无线衰减主要形式之一。无线衰减原因：由于电磁波二象性，同时具有粒子的性质，也具有波的性质，在传输过程中遇到障碍物会发生穿透，反射，衍射，折射，散射等现象而且物体材质密度越高，含有金属越多，对无线信号吸收越强烈，造成无线信号损耗越高，电子终端接受到无线信号是经过复杂过程后综合结果。

电磁波穿透不同材质损耗

2.4G频段衰减公式：L1=100+20lgD
5G频段衰减公式：L2=108+20lgD

由以上公式可以看出5G衰减相对于2.4G 要高，相应的覆盖的距离要小。

六、关于路由器2.4G和5G频段:

2.4G和5G频段优缺点

波长直观区别图

2.4G频段在我国只支持1~13 信道 （中心频率范围2412~2472）

信道：又被称为通道或频道，无线数据传输通道。

注：
1.每个信道的中心频率都是相隔5MHz的整数倍。
2.每个信道有效带宽为20MHz （能直接跑满数据才是有效）。
3.为了防止信道之间干扰，强制增设隔离带 2MHz。

注意：2.4G互不干扰信道1、6、11但是2.4G覆盖范围广，信道占用很多，几乎找不到干净信道可以使用。

2.4G在传统802.11标准中每20 MHz预留小部分带宽，可以绑定40 MHz带宽但是在2.4G频段干扰大，不是很建议使用40MHz。

5G支持11个信道,但是一些老旧设备无法支持149以上的信道，需要调整。
5G支持带宽有20/40/80/160 MHz,实际具体支持什么带宽，由路由器的soc决定。

由于电磁波物理特性可知：波长越长衰减越少，也跟容易绕过障碍物继续传播。

2.4G和5G频段连接建议：
如果电子终端距离路由器近，周围障碍物少则连5G
如果电子终端距离路由器远，障碍物多，根据情况可以选2.4G

七、天线多少对无线覆盖影响：

根据木桶原理，电子终端的无线网速取决于电子终端与路由器协商综合协商速率，依据电子终端支持的wi-fi协议类型以及无线信号衰减损耗等，这个速率会小于路由器支持最大速率，上限是路由器支持的最大速率。单纯提高无线功率并不一定可以取得好的效果，而且国家对路由器的无线功率有严格规定。“穿墙”卖点路由器只是一种营销手段，没有真正意义上的穿墙路由器。国家对路由器天线发射功率有限制，无线信号穿墙能力都不行。

八、无线功率：

无线功率单位:mW（毫瓦） 1W=1000mw

2.4G频段最大功率100mW
5G 频段最大功率500mW

无线功率的绝对值单位：dbm （分贝*毫瓦） 【注：可以认为是以1mw功率为基准的一个比值】
dbm计算公式：10lgP (P=功率值/1mW) 【lg表示以10为底的对数】

Eg:如果发射功率(P)为1mw,折算dbm后为0 dbm
0dbm=1mw
17dbm=50mw
20dbm=100mw
23dbm=200mw
27dbm=500mw

发射功率与dbm单位对应关系

简便公式一：dbm+10=发射功率*10
10dbm=0.01w
20dbm=0.1w
30dbm=1w
40dbm=10w
50dbm=100w

简便公式二：dbm+3=发射功率*240dbm+3dbm=43dbm=10*2w=20w

十、无线天线增益：

天线增益定义：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度，用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力。

注意：
天线增益均指最大辐射方向的增益。
同等条件下，增益越高，方向越好，覆盖距离增加。但是波速宽度会被压缩，从而导致覆盖均匀性变差。
天线是无源器件，不能产生能量。天线只是将能量有效集中向某个特定方向辐射或接受电池波额能力。
无线增益不会增强（提高）无线功率，只是让信号发射更集中一些，高dbi不是将无线信号增强，而是将信号更集中发射和接收。

无线增益大小单位：dbi
dbi表示天线增益的量，参考基准为全方位天线。
dbi数值越大，增益越高，垂直角度越小，传输距离越远，信号覆盖面越窄，信号死角越多。

十一、路由器天线：

路由器天线作用是收发无线波，无论是内置还是外置天线使用“全向天线”，在进行辐射时与电磁场强度方向垂直于地面的“垂直极化波”。

天线方向 :
全向天线：接收或发射任何一个方向的电磁波，发射电磁波从空间看是一个球面。
优点：结构简单，传输距离近
缺点：增益低，抗干扰性差

定向天线：接受或发射的电磁波是特定方向且只能在这个方向使用，发射电磁波从空间看是一个圆锥。
优点：增益高，抗干扰性强
缺点：结构复杂，传输距离远

两者区别在于借助于灯泡和手电筒思维方式。

电磁波传播领域：
当电磁波传播时“电场矢量”（电场有方向、大小）轨迹是一条直线时，称为“线级化波”“垂直极化波”和“水平极化波”都是“线极化波”。这个概念“垂直”和“水平”都是相对于“地面参考面”来说的。
水平极化波：电场矢量与地面平行时线极化波垂直极化波：电场矢量与地面垂直时线极化波

一般单极化天线通信采用“垂直极化波”，因为大地时良导体，采用水平极化波平行地面产生极化（感应）电流产生热能而使电场信号迅速衰减、损耗较大。

十二、路由器摆放的玄学：
路由器在摆放时位置远离地面（约1m)，减少无线信号衰减，更好在空气中传播。
尽量摆在中央位置，路由器周围少遮挡杂物，远离发电器防止干扰。
路由器的天线与地面垂直90°摆放，这样水平方向无线信号最强，覆盖范围最广，但是在天线的上方或下方为信号覆盖的薄弱点，接受效果会受到影响。
请勿将路由器天线紧凑在一起，避免无线信号相互干扰。
PS：影响信号质量好坏主要是路由器摆放位置与手机间障碍物多少，和天线摆放无关。

十三、路由器各项参数：
1.WLAN接入口，LAN输出口：上网方式：电话线、光纤、入户网线WLAN作用：连接入户网线的运营商提供付费带宽LAN作用：输出带宽给电子终端
2.千兆网口和百兆网口：1GHz=1000MHz Hz（赫兹）,即每秒的周期次数（周期/秒）
千兆网口：10/100/1000Mbps自适应的以太网口，可以提供最大1000M组网速度，提供高达1000/8=125M/S理论下载速度。
百兆网口：10/100Mbps自适应的以太网口，可以提供最大100M组网速度，提供高达100/8=12.5M/S理论下载速度。
万兆网口：1Gbps/10Gbps自适应的以太网口,这种网口是为了应对无线局域网高速传输需求。

十四、无线数据调制方式:
QAM :译为“正交振幅调制”，是一种调制技术。调制方式越高阶，转换过程中数据密度越高。所谓调制就是将电信号转换为无线过程，反之称为“解调”。

QAM编码采用二维（点阵）调制方式，实际应用中QAM数值是“2的n次方”。

比如：
WiFi5支持最高调制是256-QAM (2^8次方是256)，一次就可以携带传输8个bit数据信息。WiFi6支持最高调制是1024-QAM (2^10次方是1024)，一次就可以携带传输10个bit数据信息。

点阵传输

十五、无线传输技术:
SISO：意为“单用户单输出”，在使用网线上网时，网线就相当于一个物理信道。当使用无线上网时将每条信道（虚拟网线）合并到一起进行数据收发，提高网速。

MIMO：意为“多输入多输出”，是提升无线性能的关键技术，在802.11n标准（Wi-Fi 4）首次提出。在发送端和接收端都使用多天线的传输数据技术，则可以极大提高信道容量，提高传输的可靠性、传输范围和吞吐量。
注：严格意义上来说传统MIMO应该叫做SU-MIMO,虽然支持多天线同步传输，在同一信道同时刻只能与一个终端通信，多终端之间仍为串行传输。

MIMO涉及天线和路径、运用数量表示有多少天线及路径可以用于发送和接收信号？
Eg: 3×3意味着3个天线及路径发送和3个天线及路径接收。

1.空间流：涉及实际发送数据，每个空间流都是相对独立个体，每一份信号都是一个空间流。通常一个N向空间流可以向接受站发送N个独立“数据流”然后重建一个数据集。空间流越多，独立处理数据路数越多自然速率也越高。

2.整体带宽吞吐量=空间流+无线传输技术方式 eg: 3×3:3 表示3个空间流运用3个天线及路径发送和3个天线及路径接收。

3.数据流：是一组有序，有起点和终点的字节数据序列，其中包括输入流和输出流。

MIMO写法：A×B MIMO （A表示发送端天线数量；B表示接收端天线数量）

MIMO分为：
SU-MIMO （单用户多输入多输出） → 【一对一】
MU-MIMO （多用户多输入多输出）→ 【一对多】

注意：MU-MIMO是 在Wi-Fi 5中首次提出，但是Wi-Fi 5的MU-MIMO仅适用于下载。MU-MIMO解决了同一AP下多用户并发传输问题，将原来的HUB模式升级为交换模式。

SU-MIMO 和MU-MIMO工作模式区别：

前言：实际带宽连接速度是路由器和终端最后协商的结果。

SU-MIMO 路由信号一般是圆环，以路由器为圆心，向外发射信号根据信号质量，依次单独与终端通讯。当接入设备过多就会出现等待通讯情况，由此产生了网络卡顿。在SU-MIMO模式下每个终端平均分配带宽。但是,带宽只有在数据传输时才会占用。

MU-MIMO 路由信号在时域、频域、空域3个维度上分成多个部分，类似同时发出多个不同信号互不干扰且同时支持多部终端协同工作,有效减少数据传输延时。但是需要路由器和终端同时支持才能将资源得到最大化利用。

注：在实际情况中SU-MIMO和MU-MIMO终端传输方式需要一定场景触发，理论上不存在一直占用情况，路由器在发送过程中还是要交替变化传输方式。终端嗅探网络环境的信号质量变化，自己分组出现先后传输-等待的交替进行传输。

概要： WIFI制定标准，通过最大的提升是数据传输速率，通过更高调制方式，更大的频宽，来实现更高的传输速率。

十六、WI-FI 6（IEEE802.11ax）：

Wi-Fi 6向下兼容a/b/g/n/ac。
Wi-Fi 6在多用户技术支持上、下行链路的 MU-MIMO ；Wi-Fi 5只支持下行，链路最多4个用户。
Wi-Fi 6 支持OFDMA（正交频分多址）；Wi-Fi 5支持OFDM（正交频分复用）。
Wi-Fi 6 最高理论速度9.6Gpbs ；Wi-Fi 5最高理论速度6.9Gpbs。
Wi-Fi 6 支持 【TWT （目标唤醒时间技术）】，让设备自行协商唤醒时间用以发送和接受资料，目的延长电池寿命和降低电力消耗。
Wi-Fi 6 支持 【BSS着色（空间复用技术）】，实现更多同步传输，允许多个AP在同一信道运行，智能管理多用户同一时间并行传输，解决不同AP在相同信道并发冲突问题，减少同频干扰。BSS机制加入6bit的“颜色”，来指定不同AP监听信道是否被占用。

多路复用方案OFDMA和OFDM的区别：

OFDM：每一帧数据一次只能服务一个用户OFDMA：每一帧数据一次同时服务多个用户

OFDM的载波信号在同一时间数据只能发给一个用户;而OFDMA则可以在同一时间把多个用户的数据分到不同子载波（信道），但单一信道内子载波必须同时使用，发给多个用户同时服务。

OFDMA的技术优势跟MU-MIMO相似，两者的区别在于MU-MIMO的重点是解决多天线多信道之间的协同问题，OFDMA为解决单个信道使用效率的问题。

总概：

注：带宽最大理论速度计算：
Wi-Fi 4：150×4≈600Mbps
Wi-FI5: 867×8=6936Mbps≈6.9Gpbs
Wi-Fi 6：1201×8=9608Mbps≈9.6Gpbs

十七、MTU:

意为“最大传输单位”，也就是通过TCP/IP协议所传输的数据包最大有多少字，对于网速有极大的影响。多数网络设备默认MTU值是1500字节是由硬件网卡设置MTU，是一个硬性限制数据链路层的有效数据，最小46byte，最大一般1500byte，这里的最大就是MTU，MTU表示网络层必须将发给网卡API的包 <= 1500byte，否则调用失败。

原理：
“本地的MTU值”＞“网关的MTU值”，较大的数据包，就会被分拆开来传送，产生很多小的数据包，就会增加丢包率，降低网络速度。
“本机的MTU值”≤“网关的MTU值”，可以有效减少丢包，从而加快网页打开的速度。

路由器如何避免网络层”分片”(切成<=MTU的IP数据包)呢？
通常主机使用TCP访问服务器时，TCP握手时会携带MSS，和对方协商TCP最大传输单元，路由器只要充当中间人，将双方的MSS偷偷改小，就可以欺骗通信双方从而避免主机、服务器发超过默认数据包mtu字节IP报文。

设置方法：
Win键+R”，然后在运行窗口后输入“cmd”，再敲回车键。输入：ping -l XXXX-f www.baidu.com 【这条命令的意思是向 www.baidu.com（百度主页）发送一个探测请求，请求将一个不允许分割的 XXXX字节的数据包发送出去。】
如果能ping通，说明数据没有被拆包，可以通过网关直接发送出去。如果出现传输失败（需要拆分数据包但是设置DF），需要拆分数据包的情况。说明你刚才发送的数据包已经被拆分了，这时就需要修改MTU值。

输入“regedit”，打开注册表。HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters\Interfaces。在interfaces下面有很多个子项，每个子项代表着一个网卡。现在你需要确定你自己的网卡。首先知道自己的用来上网的网卡或者ip地址，然后用鼠标点击各个子项，查看其中的键值找到DhcpIPAddress的键值，如果与你的ip一致，则该子项为你要找的网卡在右侧单击鼠标右键，选择“新建”---“DWORD值”，输入名称“MTU”，再双击“MTU”，在弹出的修改窗口中，填入你刚才检测得出的最佳MTU值，选择“十进制”，确定。