无线网卡

一种终端无线网络设备

无线网卡(英文名称Wireless network interface controller,缩写为WNIC),是一种终端无线网络设备,它能够帮助计算机连接到无线网络上,例如WiFi或者蓝牙。无线网卡需要配合无线路由器或者无线AP使用,以提供无线网络信号进行连接。

无线网卡可以根据不同的接口类型区分为USB无线 上网卡 ; 台式机 专用的PCI接口无线网卡; 笔记本电脑 专用的PCMCIA接口无线网卡;笔记本电脑内置的MINI-PCI无线网卡,迅驰机型和非迅驰的无线网卡标配机型均使用这种无线网卡。

1997年,IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)正式批准了802.11标准系列的最初版本,该标准是首个获得国际认可的相关协议,定义了介质访问接入控制层(MAC层)和物理层,总数据传输速率设计为2Mbps;在1999年9月又提出了IEEE 802.11a标准和IEEE 802.11b标准。 2009年,IEEE 信息技术 标准规范修正案 5,定义了对 802.11 物理层 (PHY) 和 802.11 媒体访问控制层 (MAC) 的修改,最大吞吐量至少为 100Mb/s,IEEE 802.11n为无线网卡的主流标准。

发展历程

在早期的无线网卡 芯片组 中,主芯片共四片,即 MAC 芯片、 基带 处理芯片、 中频 处理芯片和 射频 处理芯片。而随着制造工艺的发展,众多厂商设计出了由两片(甚至单元)芯片构成的无线网卡,即将同为 数字信号 的MAC芯片和基带处理芯片合为一体,而将中频和射频芯片合为一体,从而设计出体积更小,功耗更低的无线网卡。

此外,随着 无线局域网 的发展和日渐广泛的应用,无线网卡芯片组已经直接集成到 笔记本电脑 中了。 英特尔 的Centrino“迅驰”移动计算技术是新一代笔记本电脑使用的创新技术,这种创新的技术不仅为笔记本电脑系统带来崭新的性能和低功耗,并把无线通信和安全功能集成在本机芯片中。从产品实体上看,Centrino 移动技术 由三部分组成,分别是 Intel PentiumM处理器 、Intel855PM系列 芯片组 和IntelPRO/2100 无线网络 连接系统。后者集成IEEE802.11b无线网卡芯片组,支持Wi-Fi认证的无线网络;支持 无线局域网 安全标准,诸如IEEE 802.1x,WEP,WEP++;且采用了智能频率扫描技术来减少功耗。

结构组成

无线网卡由硬件和软件两部分组成。

硬件结构

无线网卡硬件的典型结构,由网络接口处理器(NIC)、 基带 数字处理器 (BBP)、 中频 处理单元(IF)和 射频 处理单元(RF)、收发转换和天线等部分组成。 总线 接口一般有PCMCIA、USB、PCI、MiniPCI、ISA、Cardbus等形式。

NIC和相关软件实现了 无线局域网 标准(如IEEE802.11)规范的 MAC 层功能(因此 NIC也称为MAC芯片),主要负责接入控制,是基带处理单元与主机之间的接口。在主机有数据要发送时,NIC负责接收主机发送的数据,按照一定的格式封装成帧,然后根据多址接入协议把数据帧发送到信道中去。当接收数据时,NIC根据接收帧中的目的地址判断是否是发往本机的数据,如果是则接收该帧信息,并进行CRC(循环 冗余校验 ),拆去帧头,把数据提交给主机。为了实现上述功能,NIC还需要完成发送和接收 缓存 的管理,一般通过 总线 接口进行DMA操作和I/O操作,与终端设备交换数据。

RF、IF和BBP等三个单元组成一个无线收发信机(可以是扩频通信机),用来实现 物理层 功能(串/并变换、调制/解调、扩频/ 解扩 、加/解扰、加/解密等),并与NIC进行必要的信息交换。无线收发信机在发送数据时由 基带处理器 先进行(扩频)调制,IF处理单元把(扩频)调制后的信号上变频到 中频 载波 上进行放大滤波处理后,再由RF单元上变频到 射频 上由天线辐射出去。在接收数据时执行相反的操作。收发转换和天线完成收发转换、RF信号辐射和(分集)接收。

软件结构

无线网卡的软件主要由无线网卡的固件(Firmware)、驱动程序(Driver)和 配置管理 软件等三部分组成。

网卡 固件是无线网卡上最基本的控制系统,主要基于MAC芯片来实现对整个网卡的控制和管理。固件完成最底层、最复杂的传输/发送功能和其他功能(如在IEEE802.11中提供的认证、解除认证、登录和重登录等服务)。它向下提供与 物理层 的接口;向上提供一个程序开发接口,为程序开发人员开发附加的移动主机应用程序提供支持。

无线网卡的驱动程序使用固件提供的软件编程接口,对无线网卡进行控制,配合固件完成数据的收发以及对 信息帧 的处理,并向驱动程序接口(如Windows下的NDIS(Network Driver Interface Specification)、Linux驱动程序接口等)提供无线网卡信息查询和设置的接口。无线网卡的 配置管理 软件则利用驱动程序提供的信息查询和设置接口,向用户实时提供无线网卡的状态,同时用户还可使用该软件对无线网卡的参数进行必要的配置。

工作原理

当物理层接收到信号并确认无错后,提交给 MAC-PHY子层。经过拆包后把数据上交MAC层。然后判断是否是发给本 网卡 的数据。若是,则上交;否则,丢弃。如果物理层接收到的发给本网卡的信号有错,则需要通知发送端重发此分组信息。当网卡需发送数据时,首先通过空闲信道评估(CCA)机制判断当前信道是否处于空闲状态。若空闲,随机退避一段时间后发送;否则,暂不发送。由于网卡为时分双工工作,所以,发送时不能接收,接收时不能发送。

性能参数

无线网卡的主要性能参数包括:覆盖距离、传输 速率 和误码率。

驱动系统

无线网卡是一个硬件设备,驱动该设备则需要安装相应的应用程序,安装 USB 无线网卡需要首先将无线网卡插入 USB 端口,根据对应的系统安装相应的驱动程序,如为 Windows 系统,则通过 网卡 找到无线网卡信息后,选择对应的 无线网络 进行连接。

目前 Linux 作为嵌入系统使用比例较高的应用操作系统,Linux 下的 USB 网卡的设备驱动主要由以下部分组成:网络协议接口、网络设备接口、设备驱动功能和网络媒介四层。驱动程序中最主要的工作是完成设备驱动层的相关工作,USB 无线网卡驱动程序首先应向 USB 子系统注册,然后通过 Vendor id 和 device id 来判断硬件是否已接入 总线 。

无线网卡标准

IEEE 802.11

1990年IEEE 802 标准化委员会成立IEEE 802.11 无线局域网 标准 工作组 。该标准定义 物理层 和媒体访问控制( MAC )规范。

IEEE 802.11a

1999年制定完成。该标准规定无线局域网工作频段在5.15~5.825GHz ,数据传输 速率 达到54 Mbps/72 Mbps (Turbo ),传输距离控制在10~100米。

IEEE 802.11b

1999年9月被正式批准,又称Wi-Fi标准。该标准规定无线局域网工作频段在2.4GHz~2.4835GHz ,数据传输速率达到11 Mbps 。

IEEE 802.11g

2001年11月批准,该标准可以视作对流行的802.11b 标准的提速(速度从802.11b 的11 Mb/s 提高到54Mb/s ,仍然工作在2.4G 频段)。802.11g 接入点 支持802.11b和802.11g客户设备。同样,采用802.11g 网卡 的 笔记本电脑 也能访问现有的802.11b接入点和新的802.11g接入点。

IEEE 802.11n

2009年,IEEE 信息技术 标准 - 局域网 和城域网 - 特定要求 - 第 11 部分:无线 LAN 介质访问控制 ( MAC ) 和 物理层 (PHY) 规范修正案 5,定义了对 802.11 物理层 (PHY) 和 802.11 媒体访问控制层 (MAC) 的修改,以便可以启用能够实现更高吞吐量的操作模式,最大吞吐量至少为 100Mb/s,在 MAC 数据服务 接入点 (SAP) 处测量。 IEEE 802.11n为无线网卡的主流标准。

产品分类

按运作分类

独立 以太网控制器 是一个带有处理器、内部存储器和网路线接口的设备,可以通过PCI-E接口与电脑 主机板 相连,若是电脑主机板内建的网卡坏了,就可以用 独立显卡 来取代。

集成 网卡 是一个带有讯号接受器和发射器的零件,可以将独立的网卡集成到电脑的主机板上,相较于独立网卡,体积较小,因此比较省空间,但无法独立运作。

按接口类型分类

按无线速率和频段分类

150M单频、300M单频、450M单频; AC650M双频、AC1300M双频、AC1900M双频、AC3200M双频、AX3000双频等。 速率 越高用户能体验到的速度就越快,当然价格也会更高。无线 网卡 为被动设备,双频网卡支持2.4G和5G,但同时只能有一个频段在工作,这一点和双频 路由器 是不同的。

按天线形态分类

内置天线指天线隐藏在壳体内部,优点是 网卡 小巧轻便,缺点是天线性能较差。

外置天线指带有外置的天线,优点是天线性能更好,缺点是占用空间更大。

按是否免驱分类

驱动版:需要单独下载驱动以完成网卡的驱动安装。

免驱版:网卡内置驱动,插入电脑后,驱动自动完成安装。

特点

USB接口

USB接口无线网卡 PnP ,无需供电,连接方便,高速传输, 兼容性 强。只要提供有USB接口, 台式机 和笔记本上均适用。

U盘型USB

此类无线网卡一般都有数据延长线,它的USB接头可以直接接入电脑的USB接口,U盘型的USB无线网卡的天线都内置,不便于调节天线的指向,而它的延长线在一定程度上减少了这方面的不足。但其小巧的优势却是其他无线网卡不能比拟的。

盒型USB

盒型的USB无线网卡都带有一条数据延长线,多数为天线外露,这些设计使它更容易在桌面上放置,以便于使用者能让它有更好的方向指向,使无线信号的接收效果最佳。但是,其体积通常比U盘型无线网卡大。

PCI接口

PCI接口无线网卡用于 台式机 ,可以直接插在台式机主板的PCI插槽中。安装比USB接口的无线网卡复杂。仅适用与台式机。

PCMCIA接口

PCMCIA无线网卡属于 笔记本电脑 专用,除非使用转接卡,PCMCIA无线网卡是不能在台式机上使用的。这种类型的无线网卡连接操作并不复杂,跟USB接口差不多,比PCI接口无线网卡操作简单。仅适用于 笔记本电脑 (使用转接卡除外)。

安装方式

外接式|USB网卡

USB 网卡是插在电脑USB 接口的网路接收器,属于外接式网卡,可随插随用,通常体积小、携带方便,不过因为外接关系,提升网路速度的效果与PCI 网卡相比,通常较低一些。

内接式|PCI-E网卡

PCI-E 以太网控制器 则是插在电脑PCI-E接口的网路接收器,属于内接式网卡,因此使用时必须先确认是否与电脑内建设备相容,避免与内建的有线网卡有冲突,导致无法安装。优点则是网路传输速度会更稳定快速。

发展趋势

主要发展方向

近一两年来,随着 无线网络 设备价格不断走低,越来越多的用户开始购买和使用无线网络设备。作为构建无线网络的核心设备,无线网卡之间的竞争已经从产品竞争过渡到了提供高附加值的增值竞争阶段,能提供更多附加价值的产品会得到更多用户的青睐。

面临的挑战

无线网络可能会受到干扰,如其他无线设备、建筑物结构等因素的影响,导致信号不稳定,影响上网体验。其次,无线网卡的安装相对复杂,对于非 计算机 专业人士来说,可能需要一定的 技术支持 。此外,无线网卡的费用可能会比有线网络高一些。

一般架设 无线网络 的基本设备就是无线网卡和一个AP,但由于Wi-Fi使用频段为国际公用的2.4GHz,该频段各类民用无线 通信设备 非常混乱复杂,包括个人电脑、无线网卡、AP 网桥 、 微波 通信等,这些对Wi-Fi设备与AP之间的通信会造成严重的 电磁干扰 。

参考资料

  1. 无线网卡是什么? 亚马逊云科技 2023-12-26
  2. 无线网卡的分类与使用 IT168 2023-12-25
  3. IEEE 802.11n-2009 IEEE 2023-12-26
  4. 无线网卡的几种常见规范简介 惠普客户支持 2023-12-26
  5. 无线网卡怎么用?一篇带你了解无线网卡功用、种类、特色与挑选守则 tp-link 2023-12-26
  6. 超全的无线网卡知识,看完收藏 comfast 2023-12-25
  7. 台式机无线网卡:摆脱束缚,自由上网! 腾讯云 2023-12-26