Wi-Fi 网络结构

Wi-Fi 网络结构

• Wi-Fi 的网络结构包括两种模式：基础结构模式（Infrastructure mode）和 自组网模式（Ad Hoc）

• 基础结构模式

  • 无线网络中设备包括： 至少一个无线接入点（AP），若干个无线终端设备（STA）
  • 一个AP和若干个STA组成基本服务集合 （BSS Basic Service Set）
  • 两个或者多个基本服务集（BSS）构成扩展服务集 (ESS Extended Service Set)。
    

• 自组网模式

  • Ad Hoc (ADaptive Heuristic for Opponent Classification)， 是一种、无中心的、自组织无线网络。整个网络没有固定的基础设施，每个节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。
  • Ad Hoc模式又称为点对点（pear to pear）模式。
  • 在Wi-Fi中，Ad Hoc网络相当于独立式基本服务集（IBSS， Independent Basic Service Set）。IBSS由若干终端设备（STA）组成临时性网络，各个STA之间可以直接通信。
    

无线局域网与以太网的数据交换流程

• 无线局域网 -> 以太网

  1. AP 接收到数据帧后，检查帧的完整性。
  2. 确认该数据帧是否需要进一步处理，如果需要则进行解密。
  3. 解密完成后，判断是否数据帧分段，是否需要重组。
  4. 数据帧重组完成后，封装成Ethernet帧，计算FCS，然后转发到以太网。

• 以太网 -> 无线局域网

  1. AP 接收到Ethernet帧后，确认需要进一步处理。
  2. 对数据帧进行调度，分段，加密。
  3. 将数据帧封装成IEEE 802.11帧，计算FCS，然后发送无线局域网中。

IEEE 802.11组件

组件	说明
工作站 （STA，Station）	终端设备，网络最基本的组成部分
接入点（AP，Access Point）	提供无线和有线网络之间的桥接 接入点既有普通站点的身份，又有接入到分配系统的功能
无线媒介（Wireless medium）	空气等作为无线电波传输的媒介
基本服务集（BSS，Basic Service Set）	网络的基本服务单元 最简单的服务集由AP和STA组成，站点可以动态地关联(associate)到基本服务集 - 基础型BSS（Infrastructure BSS） - 独立型BSS（IBSS，Independent BSS）
分布式系统 ( DS, Distribution System)	分布式系统用于连接不同的基本服务集
扩展服务集（ESS，Extended Service Set）	由分配系统和基本服务集BSS组成，ESS是逻辑上，并非物理上集合 终端设备加入到某个ESS后，便可从该ESS中的一个BSS漫游到另一个BSS
关口（Portal）	逻辑成分，用于将无线局域网和有线局域网联系起来
BSSID（BSS Identification）	每个BSS都有唯一的编号 在Infrastructure BSS中，BSSID就是AP的MAC地址
SSID（Service Set Identification）	BSS的网络名，是一个字符串
MSSID / MBSSID （Multi-SSID / Multi-BSSID）	一个AP可以在逻辑上创建多个虚拟AP（Virtual AP），但它们仍工作在同一个硬件平台上，Virtual AP在MAC层模拟物理AP的功能 AP通过MSSID和MBSSID，让STA以不同的安全认证和加密方式连接网络

IEEE 802.11 服务

• 属于分配系统的5种服务：关联(Association），重新关联(Reassociation)，取消关联(Diassociation)，分配(Distribution)，集成(Integration)。
• 属于站点的4种服务：鉴权(Authentication)，结束鉴权(Deauthentication)，隐私(Confidentiality)， MAC数据传输(MSDU delivery)。

类型	说明
分布式（Distribution）	决定帧的目的地地址
整合（Integration）	将数据帧传到 IEEE 802.11外的其他网络
关联（Association）	STA与AP进行关联，建立连接
重新关联（Reassociation）	STA与AP重新关联，建立连接
取消关联（Disassociation）	将STA从网络中移除
身份验证（Authentication）	STA与AP在关联之前， 进行身份认证，鉴权
解除身份验证（Deauthentication）	终止身份认证，结束鉴权
机密性（Confidentiality）	加密数据，防止窃听
MSDU （MAC Service Data Unit）	将数据从发送端传输到接收端
传输功率控制（Transmit Power Control TPC）	降低STA的功率，减少干扰
动态频率选择（Dynamic Frequency Selection DFS）	AP选择传输信道，避免在5GHz频段干扰雷达

IEEE 802.11 服务分类

• 数据传输服务

类型	说明
Distribution Service	分布式服务（无线网络间各终端的数据传输）
Integration Service	整合服务（无线网络与有线网络间的数据传输）
Association	关联
Reassociation	重新关联（在ESS中移动时，发生重新关联）
Disassociation	取消关联

• 访问控制和数据机密性服务

类型	说明
Access Control	访问控制，包括鉴权（Authentication），取消鉴权（Deauthentication）
Confidentiality	私密性，包括WEP，TKIP，CCMP等数据加密算法

• 频谱管理服务

类型	说明
TPC	传输功率控制（Transmit Power Control），根据功率选择不同的AP进行关联，根据传输过程中的损耗，自动调整功率
DFS	动态频率选择（Dynamic Frequency Selection），根据设备支持的信道，选择合适信道的AP进行关联

• QoS服务和时间同步管理

类型	说明
Qos	服务质量保证（Qualtity of Service） ，针对音视频等实时性要求较高的数据传输
TSF	时间同步（Timing Synchronization Function），针对同步性要求较高的场合

• 无线电测量服务

类型	说明
Radio Measurement	提供查询当前信道的无线电相关信息，获取AP信息