跳至主要內容

WLAN的基本介绍

酷丁大约 9 分钟Wi-FiWLAN基本概念802.11无线网介绍

WLAN网络是由若干个IEEE 802.11基本元素组成的。

无线局域网WLAN(Wireless Local Area Network)是一种无线计算机网络,使用无线信道代替有线传输介质连接两个或多个设备形成一个局域网LAN(Local Area Network),典型部署场景如家庭、学校、校园或企业办公楼等。WLAN是一个网络系统,而我们常见的Wi-Fi是这个网络系统中的一种技术。所以,WLAN和Wi-Fi之间是包含关系,WLAN包含了Wi-Fi。

SSID

服务集(Service set)是无线局域网中的一个术语,用以描述802.11无线网络的构成单位(一组互相有联系的无线设备),使用服务集标识符(SSID)作为识别。可以分为独立基本服务集(IBSS)、基本服务集(BSS)和扩展服务集(ESS)三类。其中IBSS属于对等拓扑模式(又称Ad-Hoc模式、无线随意网络),而BSS和ESS属于基础架构模式。这些拓扑是原始的802.11规范中定义的,其他的如网桥、中继器等则是属于特定厂商的扩展或者WDS的拓扑模式。

基本服务集标识

基本服务集标识符(BSSID),表示的是AP的数据链路层的MAC地址。

在基本服务集中,所有无线设备关联到一个访问点上,该访问点连接其他有线设备(也可能不连接),并且控制和主导整个BSS中的全部数据的传输过程。BSS使用发射器的第二层地址(通常是MAC地址)作为其BSSID(基础服务集标识符),亦可以指定一个ESSID(扩展服务集标识符)来帮助记忆。

BSS的覆盖范围称为基本服务区(BSA)或是蜂窝。只有在BSS为构成单元,BSA为其覆盖范围的情况下,BSS和BSA才可以互换。
例如右图中,忽略其他有线网络设备,两个访问点虽然使用了同一个ESSID(扩展服务集标识符),但是二者的第二层地址不一样,因此是两个BSS,两台笔记本电脑分别属于这两个BSS。若是没有其他设备辅助,二者无法直接通信。

拓展服务集

在扩展服务集(ESS)中,无线设备关联到一个或多个访问点上。ESS实质上是多个BSS通过各种手段互相连接得来,ESS使用用户指定的ESSID作识别。

通过将多个BSS比邻安置,可以扩展网络的范围,如果这些BSS通过各种分布系统互联(无论是有线的还是无线的),拥有一致的ESSID,并且对于逻辑链路控制层来说可以认为是一个BSS的话,那么这些BSS可以被统一为一个ESS。

在同一个ESS中的不同BSS之间切换的过程称为漫游。一般而言,一个ESS中的BSS都会使用相同的安全机制以提供接近于无缝漫游的可能。两个BSS之间通常有15%左右的重叠范围来保证漫游时信号不会长时间丢失,并且设置在不同频段来防止相互干扰。

同样在右图中,两个访问点通过一台交换机实现了分布式系统,并且拥有一样的ESSID,这样一来两台分别属于不同BSS的电脑之间就可以互相通信,就好像都连接在同一台访问点上一样。

当图中Laptop0进入两个访问点信号重叠部分时,操作系统会自动判断信号强弱并切换关联的访问点。这样,在完全失去右侧访问点的信号前,会有足够的时间让电脑切换到左侧的访问点。这当中只需要几秒钟便可完成。

WLAN拓扑结构

Ad-Hoc拓扑:

Ad-Hoc拓扑的无线网络是由无线工作站组成,用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯,该网络无法接入到有线网络中,只能独立使用。无需AP,安全由各个客户端自行维护。
采用这种拓扑结构的网络,各站点竞争公用信道,但站点数过多时,信道竞争成为限制网络性能的要害,因此,这种拓扑结构比较适合小规模、小范围的WLAN系统组网。
点对点模式中的一个节点必须能同时“看”到网络中的其他节点,否则就认为网络中断,因此对等网络只能用于少数用户的组网环境,比如4至8个用户。

Ad-Hoc拓扑示意
Ad-Hoc拓扑示意

基础架构组网拓扑:

DS基本概念:

分布式系统(DIstribution System)是接入点间转发帧的骨干网络,因此通常称为骨干网络。

DS
DS

当几个接入点串联以覆盖较大区域时,彼此之间必须相互通信以掌握移动式工作站的行踪。分布式系统属于802.11的逻辑组件,负责将帧转送至目的地。分布式系统是接入点间转发帧的骨干网络,因此通常就称为骨干网络(backbone network)有在商业上
获得成功的产品几乎都是以Ethernet为骨干网络。

分布式系统必须负责追踪工作站实际的位置以及帧的传送,若要传送帧给某个移动工作站,分布式系统必须负责将之传递给服务改移动工作站的接入点。如图所示:如果STA1想要访问STA3,那么STA1将帧传给AP1,AP1连接的分布式系统必须负责将帧传送
给STA3连接的AP2,再由AP2将帧传送给STA3。

基本架构拓扑:

图:基础架构拓扑图
图:基础架构拓扑图

802.3网络引入一个AP,无线网络中所有主机通过AP来通信。
无线接入点也为半双工的模式,用于在无线STA和有线网络之间接收、缓存和转发数据,所有的无线通讯都经过AP完成。无线接入点通常能够覆盖几十用户,覆盖半径可达百米。AP可以连接到有线网络,实现无线网络和有线网络的互联。

由多个AP以及连接它们的分布式系统(DS)组成的基础架构模式网络,也称为扩展服务区(ESS)。扩展服务区内的每个AP都是一个独立的无线网络基本服务区(BSS),所有AP共享同一个扩展服务区标示符(ESSID)。
相同ESSID的无线网络间可以进行漫游,不同ESSID的无线网络形成逻辑子网。AP之间使用互相不重叠的信道,AP之间信号覆盖重叠区域为10%-15%。

WDS

WDS借助无线网络,不需要架线挖槽,即可快速部署和扩容。组网快,支持临时、应急、抗灾等通信保障。

点对点(P2P)

点对点指的是两台AP通过WDS拓扑结构实现了无线桥接,最终实现了两个网络的互联。实际应用中,每一台设备可通过配置对端设备的MAC地址确定需要简历的桥接链路。

点对多点(P2MP)

将多个离散的设备组成网络,比P2P方式复杂

中继桥接

指相隔较远的两台无线设备通过方式AP来进行中继。

无线Mesh

在传统的无线局域网(WLAN)中,每个客户端均通过一条与AP(Access Point)相连的无线链路来访问网络,形成一个局部的BSS(Basic Service Set)。用户如果要进行相互通信的话,必须首先访问一个固定的接入点(AP),这种网络结构被称为单跳网络。

而在无线Mesh网络中,任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器,网络中的每个节点都可以发送和接收信号,每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。

这种结构的最大好处在于:如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话,那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推,数据包还可以根据网络的情况,继续路由到与之最近的下一个节点进行传输,直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。

其实人们熟知的Internet就是一个Mesh网络的典型例子。例如,当我们发送一份E-mail时,电子邮件并不是直接到达收件人的信箱中,而是通过路由器从一个服务器转发到另外一个服务器,最后经过多次路由转发才到达用户的信箱。在转发的过程中,路由器一般会选择效率最高的传输路径,以便使电子邮件能够尽快到达用户的信箱。
与传统的交换式网络相比,无线Mesh网络去掉了节点之间的布线需求,但仍具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能。

在无线Mesh网络里,如果要添加新的设备,只需要简单地接上电源就可以了,它可以自动进行自我配置,并确定最佳的多跳传输路径。添加或移动设备时,网络能够自动发现拓扑变化,并自动调整通信路由,以获取最有效的传输路径。

参考资料

什么是WLAN?——HUAWEIopen in new window
服务集——维基百科open in new window
WLAN拓扑介绍——曹世宏的博客open in new window
无线Mesh网络——百度百科open in new window