IEEE 802.11 延伸規格

自從 1997 年 IEEE 802.11 規範被提出以後，隨著市場大量的推展，基本規範中的 2 Mbps 傳輸速率已不敷應用環境需求。緊接著 IEEE 802.11 工作小組於 1999 研訂出新的延伸規格：IEEE 802.11a、IEEE 802.11b 和 IEEE 802.11g。目前大部份的無線區域網路都採用 IEEE 802.11b，相信 IEEE 802.11a 與 IEEE 802.11g 的產品也將會很快問世。基本上，這些延伸規格的運作原理都和 IEEE 802.11 相同，只不過再提昇傳輸技術，來提高傳輸速率，使無線網路的傳輸速率能接近於有線網路，進而使無線網路的應用範圍更為廣闊。

IEEE 802.11b 規範的實體層延伸自 802.11，為目前無線區域網路最普遍的規範，傳輸速率也接近『有』線的 Ethernet 網路，確實是『無線 Ethernet』（Wireless Ethernet）的代表作。802.11b 採用『高速直接展頻』（High Rate DSSS, HR/DSSS）技術，利用 2.4 GHz ISM 頻段，可提供的資料傳輸速率為 11 Mbps，使用的調變技術為 CCK（Complementary Code Keying）。為了相容於 IEEE 802.11 早期的 DSSS 規範，802.11b 規定其系統必須自動降低速率，使能與 2 Mbps 的 DSSS 相容。可見 IEEE 802.11b 中應提供兩種傳輸功能：其一為 HR/DSSS 模式，可提供 5.5 Mbps 與 11 Mbps 的傳輸速率；另一為 802.11 DSSS 模式，可提供 1 Mbps 和 2 Mbps 的速率，所以在 IEEE 802.11b 規範中有：1 Mbps、2 Mbps、5.5 Mbps、以及 11 Mbps 等四種傳輸速率。其中 1 Mbps 採用 DBPSK（Differential Binary Phase Shift Keying）調變技術，2 Mbps 採用 DQPSK（Differential Quadrature Phase Shift Keying），這兩種都採用 11-chip 的展頻碼。

至於高速傳輸模組（HR/DSSS）（5.5 Mbps 與 11 Mbps）是採用 CCK 調變方式，展頻碼長度為 8，而且建構於互補碼（Complementary Code）的機制下，這種展頻碼隨時間展開而形成一種複數型態的 8-chip 記號。HR/DSSS 是利用每個符號週期（Symbol Period）傳送的資料，來區別 5.5 Mbps 或 11 Mbps，在 5.5 Mbps 的傳輸模式下，每個符號週期傳送 4 個位元；而在 11 Mbps 的模式下，每個符號週期是傳送 8 個位元。

IEEE 802.11a 規範的實體層是採用 5 GHz 的 U-NII（Unlicensed Nation Information Infrastructure）頻段，使用 5.725 ~ 5.850 GHz 之間的頻段，因此有 125 MHz 的傳輸頻帶可以使用。另外，展頻傳輸系統是採用『正交分頻多工』（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）技術，OFDM 是利用多個頻道來同時傳送資料，以提高傳輸速率。而且 IEEE 802.11a 為了合乎各種情況使用，可採用不同的調變方式，提供多種傳輸速率，如表 15-8 所示。其中調變方式有 BPSK（Binary Phase-Shift Keying）、QPSK（Quadrature Phase-Shift Keying）以及 QAM（Quadrature Amplitude Modulation）。

傳輸速率	調變方式
6 Mbps	BPSK
9 Mbps	BPSK
12 Mbps	QPSK
18 Mbps	QPSK
24 Mbps	16 QAM
36 Mbps	16 QAM
48 Mbps	64 QAM
54 Mbps	64 QAM

OFDM 技術也如同傳統 FDM 技術一樣，都是將所使用的頻帶劃分為若干個小頻道，再分別將訊號載入每一頻道上，來提高傳輸速率。譬如，每一頻道可傳送 8 Kbits/s，則 100 個頻道便可以傳送 800 Kbits/s；至於將傳輸資料載入頻道的調變技術有 BPSK、QPSK 與 QAM 等技術。但 OFDM 與 FDM 有很大的不同點，在 FDM 技術上為了避免頻道之間的訊號互相產生干擾，頻道之間都必須預留某些空閒頻寬，如此便會造成許多頻寬的浪費。OFDM 不但不必預留空閒頻寬，甚至允許頻道之間的頻率互相重疊，可節省許多頻寬，也就是說，同一個頻帶頻寬，OFDM 所能劃分的小頻道比 OFM 技術還要多，亦是，所能承載的傳輸速率也比較高，如圖 15-44 所示。

從另一個觀點來看，OFDM 好像是一個多工技術，而非展頻技術。但由通訊連線的對象而言，它的確也可說是展頻技術的一種，這是因為雖然 OFDM 利用多個頻道來傳送資料（又稱為多重承載），但也可以依照通訊環境來更改每一頻道的傳輸速率，乃至停止某些頻道的傳送（此功能與 ADSL 連線相似）。此功能剛好可用來分辨多重路徑訊號的傳輸，在許多路徑到達的訊號之中，選擇功率較強的訊號，這也是 OFDM 應用於無線網路的主要原因。

在北美規格中，5 GHz NII 頻帶被切分為三個頻寬為 100 MHz 的頻段，較低頻帶（Lower Band）為 5.15 ~ 5.25 GHz、中頻帶（Middle Band）為 5.25 ~ 5.35 GHz、最高頻帶（Upper Band）為 5.725 ~ 5.825 GHz；並且規範各頻帶的輸出功率：Lower Band 為 40 mW、Middle Band 為 200 mW、Upper Band 為 800 mW，因此 Lower Band 和 Middle Band 比較適合於室內的無線網路使用，而 Upper Band 的輸出功率較強，可做為戶外網路聯結使用。

IEEE 802.11g 目前還是一個草案（2003 年之前）。由於 802.11a 雖然可將傳輸速率提高到 55 Mbps，但它所用的傳輸頻道為 5 GHz U-NII，並不相容於 802.11b 所使用的 2.4 GHz ISM 頻段。因此，802.11g 希望在 2.4 GHz ISM 頻段中將傳輸速率提高到 54 Mbps，並且保證能和現有的 802.11b 相容，皆採用 DSSS 展頻技術。

在 802.11g 規範中，它必須支援 OFDM 和 CCK 兩種調變方式，其中 OFDM 調變模式可以獲得較高的傳輸速率（大於 20 Mbps，最高可達 54 Mbps），而 CCK 則是與現有的 802.11b 相容。同時在草案中也提出兩個選項的調變模式：一者是由 Intersil 提出的 CCK/OFDM；另一者是 TI 提出的 PBCC-22（Packet Binary Convolution Coding）。在 CCK/OFDM 模式下，封包標頭（Header）採用 CCK 調變，而承載（Payload）採用 OFDM 調變方式；然而在 PBCC 模式下，封包標頭以 CCK 調變，承載則以 PBCC 調變上。

CCK、OFDM 與 PBCC 等調變模式之間最大的不同在於訊號的承載方式，CCK 與 PBCC 都是屬於『單一承載』（Single Carrier），而 OFDM 是屬於『多重承載』（Multiple Carrier）的調變模式。PBCC 與 CCK 的差異在於對訊號的處理，PBCC 使用 8-PSK 編碼，而 CCK 則採用 BPSK/QPSK 編碼方式。

在 IEEE 802.11 系列的標準裡，網路安全規範係採用 WEP（Wired Equivalent Privacy）協定，而通訊雙方是以『秘密鑰匙』（Secret Key）做為雙方處理資料的依據。處理方法是資料傳輸之前，以 RC4 演算法先產生 24 Bits 的起始向量（IV），並且與密匙兩項參數彙整演算，再和明文資料封包進行 XOR 運算，來完成加密處理，最後附加起始向量發送出去。

WEP 的安全缺失是在網路上蒐集大量封包後，便有機會歸納出初始向量的編碼型態，依序找出密匙，進而解讀出原始資料。舉例來說，若每個封包長度為 1500 Bytes，所有初始向量在 5 個小時內將會被使用完，也就是會產生另一個相同的初始向量，如此便可輕易找出初始向量的順序。

至於密匙長度方面，儘管 128 bits 要比 40 bits 長，但由於真正的關鍵在於 RC4 編碼演算法機制本身，如採用 128 bits，最多也僅能延長被破解的時間效果而已。更何況目前無線區域網路都只設定單一固定的密匙，也就是說，當網路封包被破解時，所有使用者的資料就完全曝露在駭客威脅之下，面臨資料遭到取、破壞或是成為免費的上網平台。

由上述可以瞭解，雖然無線區域網路提供了許多方便性，但它的安全性問題一直是最受詬病的。因此，提高無線網路安全的問題，也有許多方案被提出來，雖然這些方案還未成熟，仍值得我們來探討：

(1) 修正 WEP 機制：目前 IEEE 802.11e 工作小組正積極修正 WEP 機制，其中包含無線網路的 QoS、網路安全、以及用戶認證等功能。

(2) 採用 IPSec 技術：將 VPN（Virtual Private Network）的 IPSec 技術加入無線網路上，以提高網路安全。