WiFi 网络模式与帧结构

IEEE 802.11标准是WiFi网络物理层和MAC层的通信标准，定义了多种网络结构，包括IBSS (Independent Basic Service Set), BSS (Basic Service Set), ESS (Extended Service Set)和MBSS (Mesh Basic Service Set)。在不同的网络结构下，网络设备的功能集不同，它们形成通信链路的方式也不同。

IBSS

IBSS

设备工作在IBSS模式下形成的网络，一般称为Ad Hoc网络。设备可以与通信范围内的所有其他设备形成通信链路。但是，当距离超过了通信范围后，设备在链路层上是无法直接进行数据传输的，除非所有设备在网络层使用了某种路由协议。

BSS 与 ESS

BSS & ESS

BSS是WiFi最常用的网络结构。AP (Access Point)是BSS网络的创建者和管理者，所有设备与AP建立通信链路。普通设备之间进行通信，是需要AP进行转发的。STA 1 要与 STA 2进行通信时，经过的链路为STA 1 $\rightarrow$ AP $\rightarrow$ STA2。一个AP和所有与它关联的设备组成一个BSS。多个AP可以设置相同的BSSID，并通过DS (Distribution System)进行连接，此时AP与所有设备形成的网络称为ESS。

WDS

IEEE 802.11标准没有定义DS的具体实现形式，只要能为提供Portal和Integration功能集的系统都可以成为DS。DS可以是有线的，也可以通过无线系统实现。利用WiFi设备实现的DS，称为WDS (Wireless Distribution System)。在WDS中，WiFi设备利用了IEEE 802.11定义的4 地址帧结构，在链路层实现网络覆盖范围的扩展。但是，WDS是一种非标准模式，IEEE 802.11没有定义WDS的具体实现方式；现有的WDS系统完全依赖与WiFi芯片厂商的解决方案；来自不同厂商的设备在WDS模式下的兼容性很差。

MBSS

MBSS

MBSS是IEEE 802.11s定义的一种网络结构。与IBSS相似，设备可以与临近的其他设备直接进行通信。但是，与IBSS不同，MBSS有链路层的路由协议 (结合了树状路由和AODV)，即使两个设备之间的距离超过了通信范围，它们也是可以通过其他设备的转发实现通信。不同的MBSS也可以通过DS将Mesh Gateway连接起来，形成更大规模的网络。

帧结构

WiFi网络处于不同的模式时，设备之间进行通信的帧结构是不同的。其中，一个重要差别是数据包中包含的地址信息。WiFi中数据包帧结构如下图所示。

Frame Structure

对于Address 1 , Address 2, Address 3, Address 4, TO DS, From DS，不同网络模式下，它们有不同的配置。IBSS模式下，To DS=0, From DS=0；BSS模式下，To DS=0, From DS=1或者To DS=1, From DS=0；WDS模式下，To DS=1, From DS=1。MBSS比较特殊，在Frame Body中特别定义了Mesh Control field用于容纳其控制参数和扩展地址信息。

Address Fields

参考文献

1. IEEE Std 802.11TM-2 2012