私も同じような状態になりました。
私は他社製の無線LANルータを使用しています。
NECのAtermWR9500Nという製品です。
http://121ware.com/product/atermstation/product/warpstar/wr9500n-hp/
この製品は2.4GHz帯と5GHz帯を同時に使用できるデュアルバンドwi-fiの機能があります。
iPad2を5GHz帯で使用、iPhone4Sは2.4GHz帯でwi-fiを使用しました。(iPhone4Sが5GHz帯に対応していないため)
MacBook Pro(mid2009/10.6.8 Snow Leopard)を同じルータに有線で接続(AirMacは切に設定)
iTunes 10.6.1を利用してiPad2とwi-fi同期はなんの問題も無く接続できるのですが、iPone4Sはwi-fi同期ができませんでした。
USBでMacと接続するとiTunes左側のデバイスの項目にiPhoneがマウントされるのだが、USBを外すとデバイスの項目からiPhoneがアンマウントされてしまう。iPhone上でwi-fi同期をタップしても同期できない。
iPhone上でのwi-fiは安定していて問題なくインターネットにも接続できる。
同じモデムに繋がっているローカルエリアなのになぜだろうと思いました。
ルータの設定が原因だと考え、ブラウザからルータに直接アクセスして無線LANの設定と状態を見ました。
すると、ネットワーク分離機能というチェック項目があり、5GHz帯のネットワークは無効になっているが、2.4GHz帯のネットワークが有効になっていました。
この機能を無効に設定し、念のためルータの電源の入れ直し、Macの再起動、iPhone iPadの再起動を行った所改善されました。
自分の環境下ではセキュリティ対策であるネットワーク分離機能が有効になっていたのが原因だと思われます。
http://www.aterm.jp/function/guide13/wireless_cmx/list/8150/m01_m36.html
こんな事にはあまりならないと思いますが、例として報告させて頂きます。
長々と電話サポートに受け答えをして頂いたApple電話サポートの方、ありがとうございました。