802.11基本概念介绍【802.11 无线网络权威指南学习总结1】

1、802.11网络技术介绍

IEEE 802 规格的重心放在 OSI 模型最底下的两层，因为它们同时涵盖了实体(physical，简称 PHY）与数据链路（data link）元件。只要是 802 网络，就必然会同时具备 MAC 与 PHY 两种元件。MAC （介质访问控制 media access control，简称 MAC）是一组用以决定如何访问介质与传送数据的规则，至于传送与接收的细节则交由PHY 负责。

如下图所示，802.5 则是 Token Ring 规格。此外，802 协议堆叠还包括其他成员。802.2 所规范的链路层(link layer），称为逻辑链路控制层(Logical Link Control，简称 LLC），可供所有底层局域网络技术所使用。802 网络管理功能规范于 802.1。而 802.1 的范围涵盖桥接(802.1D）以及虚拟局域网络（802.1Q）

以无线波(radio wave）为物理层，还需要比较复杂的 PHY。802.11 将 PHY 进一步划分为两个组成元件：一是物理层收敛程序（Physical Layer ConvergenceProcedure，简称 PLCP），负责将 MAC 帧对映到传输介质；另一是实际搭配介质 Physical Medium Dependent，简称PMD），负责传送这些帧。PLCP 横跨 MAC 与物理层，如图 2-2 所示。在 802.11 网络中，PLCP将帧传至空中之前，会在其中加入一些栏位。

以太网用 CSMA/CD 进行传输控制，而 IEEE 802.11 的 WLAN 采用的是 CSMA/CA 。

CSMA/CD ，全称 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ，即载波侦听多路访问/冲突检测协议。

载波侦听（ Carrier Sense ），是指网络中的各个设备在发送数据前，都要确认确认线路上有没有数据传输。如果有数据传输，就不发送数据；如果没有数据传输，马上发送数据。

多路访问（ Multiple Access ），是指网络上所有设备收发数据，共同使用同一条线路，而且发送的数据是广播型。

冲突检测（ Collision Detection ），是指设备在发送数据帧的同时，还必须监听线路情况，判断是否发生冲突。也就是说，同一时刻，有没有其它设备也在发送数据帧。

以太网的冲突域是指数据发送时，检测出冲突，当发生冲突时等待一段随机时间再次发送。而在 WLAN 中，如果遇到其它设备正在发送数据，那么就在设备发送完成后，再等待一段随机时间，采继续发送数据。这就是冲突避免（ CA ，Collision Avoidance ）。因为在对方设备发送完后直接发送数据，也有可能会造成无线传输冲突。

以太网中，传输介质是网线或光纤，能够通过电气信号检测冲突的发生。但由于无线网络不会产生电气信号，因此需要使用 CSMA/CA 来替代 CSMA/CD 。

2、802.11 LAN 的组成元件

STA ，全称 Station ，即工作站，是指配有无线网卡的无线终端，比如：手机、电脑等。

AP ，全称 Wireless Access Point ，即无线AP ，用来连接 STA 和有线网络的网络设备。

DS ，全称 Distribution System ，即分发系统，让不同 BSS 内的 AP 通过 DS 互连，STA 可以从一个 BSS 移动到另一个 BSS 。AP 之间可以是无线互连，也可以是有线互连，通常是使用有线互连。DS 是 BSS 之间进行逻辑连接的基础，让 STA 在 BSS 之间能够实现漫游。

IBSS ，全称 Independent Basic Service Set ，即独立基本服务集，包含一个及以上 STA 的无线网络，也叫做 ad-hoc 无线网络，无法访问 DS 时使用的模式。

BSS ，全称 Basic Service Set ，即基本服务集，由一个 AP 和一个及以上 STA 组成的无线网络。BSS 内所有的 STA 通信都是通过 AP 完成，AP 不仅能连接有线网络，还可以在 STA 和其它 STA 或 DS 节点之间进行桥接。

ESS ，全称 Extended Service Set ，即扩展服务集，同一有线网络连接的、两个及以上的 AP 组成，和一个子网概念类似。所有位于同一个 ESS 的基站将会使用相同的服务组合识别码（set identifier，简称 SSID），通常就是使用者所谓的网络「名称」。

802.11 规格有明确提到，无线介质本身也可以做为传输系统。此种无线传输系统(wireless distribution system，简称 WDS）的配置通常称为「无线桥接器」(wireless bridge）配置，因为它允许网络工程师在链路层连接两个局域网络。由于无线介质的性质使然，802.11 网络的界限（boundary）可说是相当模糊。

由于无线介质的性质使然，802.11 网络的界限（boundary）可说是相当模糊。和移动电话网络一样，允许基本服务区域彼此重叠，不仅可让工作站转换基本服务区的成功机率提高，也可以提供最高层次的网络覆盖率。如下图右边的基本服务区域彼此重叠地十分明显。这意味著，当工作站从 BSS2 移动至 BSS 斗时不致失去信号；这也同时意味，就算 AP3（或者 AP4）失灵，也不致瘫痪整个网络。另一方面，如果 AP2 故障，则整个网络就会被分割为两个彼此隔开的区域，位于 BSS1 的工作站只要离开 BSS1 所涵盖的范围而进入 BSS3 或 BSS4，就会失去与 BSS1 的连接。如何填补这些「空隙」(coverage holes）以避免网络瘫痪，乃是网络设计阶段必须注意的事项；有些新产品提供动态电波调整功能，可以在实际运作时自动填补基站问的空隙

802.11网络服务

传输系统服务负责将基站连接至传输系统，基站的主要功能是将有线网络所提供的服务延伸至无线网络；方法是对无线端提供「传输」与「整合」服务。传输系统另外一项重要的功能是管理移动式工作站的连接。为了维护连接数据以及工作站的位置信息，传输系统还提供了「连接」、「重新连接」以及「解除连接」等服务。

802.11网络的移动性

BSS 转换

工作站持续监控来自所有基站的信号强度与信号品质。在延伸服务区域中， 802.11 提供了 MAC 层次的移动性。附接至「传输系统」的工作站，可以将所送出的帧，定位到某部移动式工作站的 MAC 地址，并让基站充当该移动式工作站的最终转运点（final hop）。传输系统上的工作站无须知道某部移动式工作站的确切位置，只要该移动式工作站位于同样的服务区域。图 2-9 展示了 BSS 转换的过程。本图有三部基站被赋予相同的 ESS。一开始，以 t=1 表示，配备 802.11 无线网卡的膝上型电脑，位于 AP1 的基本服务区，并与 AP1 处于连接的状态。当该膝上型电脑离开 AP1 的基本服务区，并于 t=2 进入 AP2 的范围时，就发生所谓的 BSS 转换。该移动式工作站会使用「重新连接」服务与 AP2 连接，而 AP2 则会开始送出帧给该移动工作站。

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ESS 转换

所谓 ESS 转换，是指从某个 ESS 移动至另一个 ESS。802.11 并未支持此类转换，不过允许工作站在离开第一个 ESS 的范围之后，与第二个 ESS 里的基站连接。可以确定的是，较上层的连接必然会因此而断线。比较正确的说法是， 802.11 所支持的 ESS 转换，仅能够让工作站比较容易与新的「延伸服务区域」之基站连接。要能够维持较高层次的连接，必须得到协议族的支持。以 TCP/IP 写例，要支持无间隙的 ESS 转换，必须使用 Mobile IP。图 2-10 展示了 ESS的转换过程。图 2-10 中，四个基本服务区组成了两个延伸服务区。目前尚未支持，从左边的 ESS无间隙地转换至右边的 ESS。之所以支持 ESS 转换，是因为移动式工作站会立即与第二个 ESS里的基站连接。只要离开第一个 ESS 的范围，任何作用中的网络连接都会随之断线。