无线局域网

无线局域网的体系结构

无线局域网的体系结构与以太网的体系结构略有不同，具体表现为无线局域网添加了逻辑链路控制（LLC）子层用于指定数据类型。

以太网和无线局域网的体系结构

具体的表示数据类型的方式是添加 2 字节的以太网类型字段，该字段的前缀为固定的 AAAA03000000
造成该不同的原因是以太网和无线局域网采用了不同的标准定义的 MAC 帧类型

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无线局域网的组网方式

无线局域网的最小构成单位是基本服务集

• 基本服务集中只包含工作站的称为独立基本服务集（IBSS）

IBSS

特点：
最大传输距离 100~300 米
是一个冲突域，终端数量受限制
由一个终端创建，其他终端加入

MAC 帧传输过程：
源终端向目的终端发送数据
目的终端正确接收到数据后回复应答帧

• 基本服务集中包含工作站和接入点（AP）的称为基本服务集（BSS）

BSS

特点：
存在称为 AP 的设备
终端通过 AP 互连
BSS 通过 AP 可以和其他网络实现互连

MAC 帧传输过程：
如果源终端和目的终端在同一个 BSS 里，终端之间的通信通过 AP 转发，并在传输过程中逐段确认

基本服务集所覆盖的地理范围称为基本服务区（BSA）

• AP-repeater 模式

  
  
  

  AP-repeater
  
  

  特点：
  多个 BSS 共享一个信道，任何两个终端通信前必须争用信道

  MAC 帧传输过程：

AP-repeater 的 MAC 帧传输过程

• 扩展服务集（ESS）

ESS

特点：
无线局域网相当于一个网段
AP 实现 MAC 帧在以太网和无线局域网之间的转发
AP 实现以太网 MAC 帧格式和无线局域网 MAC 帧格式的相互转换

MAC 帧传输过程：

ESS 中 MAC 帧的传输过程

ESS 中 MAC 帧的传输过程

• 分布式应用系统（WDS）
  无线网桥 是类似于交换机的，同时拥有无线链路和有线链路的端口的设备

WDS

特点：
无线链路实现无线网桥之间的互连
无线链路等同于以太网网段
无线链路由无线网桥的 MAC 地址唯一标识

MAC 帧传输过程：

WDS 中 MAC 帧的传输过程

无线局域网的 MAC 帧

MAC 帧格式

以太网和无线局域网的 MAC 帧格式

• 无线局域网的 MAC 帧分为控制、管理和数据三种类型
• 四个地址字段的含义由 “到 DS” 和 “从 DS” 确定
• “持续时间” 字段用于预留无线信道
• “顺序控制” 字段用于避免接收端接收到重复的 MAC 帧

应用方式	到 DS	从 DS	地址1	地址2	地址3	地址4
IBSS	0	0	目的终端	源终端	BSSID	无
终端 → AP	1	0	BSSID	源终端	目的终端	无
AP → 终端	0	1	目的终端	BSSID	源终端	无
WDS	1	1	接收端	发送端	目的终端	源终端
AP → AP	1	1	接收端	发送端	目的终端	源终端

注：
“到 DS” 位在 MAC 帧的接收端是 AP、网桥等设备时置为 1
“从 DS” 为在 MAC 帧的发送端是 AP、网桥等设备时置为 1
BSSID 是 Basic Service Set Identification 的缩写，被称为基本服务集标识符，是 IBSS 在创建时生成的 48 位数，一般是是 AP 的 MAC 地址，用于唯一标识该 IBSS

终端接入无线局域网的过程

对于 AP，需要配置：

• 用于和信道通信的信道，AP 可以自动选择信道

• 标示 AP 所在 BSS 的 SSID 密钥
• 用于鉴别接入终端的密钥 K

对于某个需要接入 BSS 的终端，需要配置：

• 选择 SSID

• 如果需要的话，提供密钥
• 信道通过同步过程确定

在同步过程中，终端需要完成的任务有：

• 搜索 AP 使用的信道

• 检测 AP 和终端配置的 SSID 是否相同
• 检测 AP 和终端支持的物理层标准和传输速率是否存在交集

同步过程分为被动同步过程和主动同步过程

被动同步过程

1. 每个 AP 周期性地按照固定时间间隔发送信标帧

2. 终端逐个信道侦听信标帧，13个信道逐一侦听就可发现附近所有 AP
3. 如果 AP 允许广播 SSID，信标帧携带 SSID，终端就会列出所有 SSID

主动同步过程

1. 终端发送探测请求，如果 AP 接收到该探测请求，立即发送探测响应

2. 13个信道探测一遍，就可发现附近所有 AP
3. 终端获取 AP 的 MAC 地址、信道、物理层标准及双方均支持的数据传输速率

AP 鉴别终端的过程

开放系统鉴别：

1. 终端向 AP 发送鉴别请求帧

2. AP 不进行任何鉴别操作就向终端回送鉴别响应
   在开放系统鉴别中，所有终端都能得到 AP 确认

共享密钥鉴别

1. 终端向 AP 发送鉴别请求帧

2. AP 响应鉴别请求，向终端发送明文 P
3. 终端使用密钥 K 加密 P，得到密文 Y，发送给 AP
4. AP 对密文进行解密，得到明文 Q，如果 P = Q，鉴别成功

终端与 AP 建立关联
前提：完成同步过程和鉴别过程，AP 具有终端接入需要的资源如关联表容量、允许建立关联的终端数量等
建立关联后，AP 将终端的 MAC 地址加入到 MAC 地址列表中，只有在 AP 的 MAC 地址列表中存在 MAC 地址的终端才能通过 AP 转发数据

参考资料：
无线局域网体系结构
无线局域网组网方式
无线局域网的 MAC 帧
终端接入无线局域网的过程