WLAN拓扑介绍

802.11基本概念介绍

802.11基本元素综述：

• SSID（Service Set Identifier）服务集标识符。

  SSID技术可以将一个无线局域网分为几个需要不同身份验证的子网络，每一个子网络都需要独立的身份验证，只有通过身份验证的用户才可以进入相应的子网络，防止未被授权的用户进入本网络。

• BSA（Basic Server Area）：BSS的覆盖范围称为基本服务区。

• BSS（Basic Service Set）基本服务集：

  是802.11网络的基本组件，由一组相互通信的工作站所构成。工作站之间的通信在某个模糊地带进行着，称为基本服务区域（Basic Service Area），此区域受限于所使用的无线媒介的传播特性。只要位于基本服务区域，工作站就可以跟同一个BSS的其他成员通信。

• ESS（Extended Service Set）扩展服务集：

  是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。

• BSSID（Basic Service Set Identifier）基本服务集标识：

  实际上就是AP的MAC地址，用来标识AP管理的BSS，在同一个AP内BSSID和SSID一一映射。在一个ESS内SSID是相同的，但对于ESS内的每个AP与之对应的BSSID是不相同的。如果一个AP可以同时支持多个SSID的话，则AP会分配不同的BSSID来对应这些SSID。

SSID：

服务集标识符SSID（Service Set Identifier）：表示无线网络的标识，用来区分不同的无线网络。例如，当我们在笔记本电脑上搜索可接入无线网络时，显示出来的网络名称就是SSID。SSID由最多32个字符组成，且区分大小写，配置在所有AP与STA的无线射频卡中。

BSA(Basic Service Area):基本服务区域，相当于一个无线单元。在该覆盖区域内的成员站点之前可以保持相互通信。由于周围环境经常会发生变化，BSA的尺寸和形状并非总是固定不变的。

AP支持多SSID:

图：AP支持多SSID的示意图

早期的802.11芯片只能够创建单一BSS（基本服务集）。即为用户提供一个逻辑网络。随着WLAN用户数目的增加，单一逻辑网络无法满足不同种类的用户需求。

多SSID技术可以将一个无线局域网分为几个子网络，每个子网络都需要独立的身份验证，只有通过身份验证的用户才可以接入相应的子网络，防止未授权用户进入该网络。

如上图，AP上配置两个扩展服务集，也就是两个SSID，一个是Internal给内部员工使用，一个是Guest给访客使用，在此AP中，各SSID被分别关联至不同的VLAN，而不同的VLAN有不同的访问权限。这样就用同一个AP实现了不同用户的无线接入。

BSS:

工作站STA（Station）：支持802.11标准的终端设备。

接入点AP（Access Point）：为STA提供基于802.11标准的无线接入服务，起到有线网络和无线网络的桥接作用。

基本服务集BSS（Basic Service Set）：一个AP所覆盖的范围。在一个BSS的服务区域内，STA可以相互通信。

BSS分为：Independent BSS和Infrastructure BSS两种。BSS的服务范围可以涵盖整个小型办公室或家庭，不过无法服务较广的区域。

• 独立基本服务集（Independent BSS 简称IBSS）。在IBSS中，工作站相互之间可以直接通信，但两者间的距离必须在可以通信的范围内。最低限度的802.11网络是由两个工作站所组成的IBSS。通常，IBSS是由少数几个工作站为了特定目的而组成的暂时性网络。比如：在会议室中支持个别会议之用。会议开始，与会人相互形成一个IBSS以便传输数据；当会议结束，IBSS随即瓦解。正因为持续时间不长，规模小且目的特殊，IBSS有时被称为特设BSS（ad hoc BSS）或特设网络（ad hoc network）。

  注：“ad hoc”系拉丁文，原意是“特别的”、“针对特殊情况的”，由于ad hoc网络的点对点性质，亦称为点对点网络。

• Infrastructure BSS（基础结构模式基本服务集）。判断是否为基础结构型网络，只要查看是否有接入点参与其中即可。接入点负责基础结构性网络所有的通信，包括统一服务区域中所有移动节点之间的通信。

ESS:

扩展服务集ESS（Extend Service Set）：由一个或多个BSS组成。

802.11允许我们将几个BSS串联为扩展服务集（Extended Service Set，简称ESS），借此扩展无线网络的覆盖区域。所谓ESS，就是利用骨干网络将几个BSS串联在一起。最常见的ESS由多个接入点构成，接入点的覆盖小区之间部分重叠，以实现客户端的无缝漫游。华为建议信号覆盖重叠区域至少应保持在15%~25%以上。

BSSID：

• 所有位于同一个ESS的接入点将会使用相同的服务组标示符（Service Set Identifier，简称SSID）,通常就是用户所谓的网络“名称”。802.11并未规定非得使用何种骨干技术，只要求骨干技术必须提供一组特定的服务功能。
• SSID是Service Set Identifier的缩写，意思是：服务组标示符。SSID技术可以将一个无线局域网分为几个需要不同身份验证的子网络，每一个子网络都需要独立的身份验证，只有通过身份验证的用户才可以进入相应的子网络，防止未被授权的用户进入本网络。
• BSSID实际上就是AP的MAC地址，用来标识AP管理的BSS，在同一个AP内BSSID和SSID一一映射。在一个ESS内SSID是相同的，但对于ESS内的每个AP与之对应的BSSID是不相同的。如果一个AP可以同时支持多个SSID的话，则AP会分配不同的BSSID来对应这些SSID。

WLAN拓扑结构介绍

Ad-Hoc拓扑：

图：Ad-Hoc拓扑结构

• 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。

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。

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

• 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组网拓扑：

WDS基本概念：

• WDS(Wireless Distibution System)无线分布式系统：通过无线链路连接两个或者多个独立的优先局域网或者无线局域网， 组建一个互通的网络，从而实现数据访问。
• 无线WDS技术提高了整个网络结构的灵活性和便捷性。
• 在WDS部署中，网络结构可分为：点对点方式和点对多点方式。

WDS工作原理：

• WDS可把有线网络的资料，透过无线网路当中继架构来传送，借此可将网络资料传送到另外一个无线网络环境，或者是另外一个有线网络。因为透过无线网络形成虚拟的网络线，所以称为无线网络桥接功能。
• 无线网络桥接功能通常是指的是一对一，但是WDS架构可以做到一对多，并且桥接的对象可以是无线网络卡或者是有线系统。所以WDS最少要有两台同功能的AP，最多数量则要看厂商设计的架构来决定。即WDS可以让无线AP之间通过无线进行桥接（中继），在这同时并不影响其无线AP覆盖的功能。

相比传统的有线网络，WDS具有以下优势：

1. WDS无需架线挖槽，可以实现快速部署和扩容。
2. 有线网络连接除电信部门外，其它单位的通信系统在公共场所没有敷设电缆的权力，而无线桥接方式则可根据客户需求使用2.4G和5.8G免许可的ISM频段灵活定制专网。
3. 有线网络运维故障排查难度大，而WDS只需维护桥接设备，故障定位和修复快捷。
4. WDS组网快，支持临时、应急、抗灾通信保障。

WDS应用场景：

图:上图应用场景为室外P2P组网方式。

WDS应用场景举例：

1. 在室内场景部署WDS，可以根据业务需求及室内建筑布局，灵活选择P2P、P2MP等多种组网方式。在室内网线敷设困难或覆盖区域与交换机距离过远时，采用WDS桥接可以作为一种有效的解决方案，但通常受限于建筑障碍物的遮挡，使得WDS在室内的应用受到较大约束。
2. 在室外场景部署WDS，可以根据业务需求及室外建筑布局，灵活选择P2P、P2MP等多种组网方式。当需要连接的两个局域网之间有障碍物遮挡或者传输距离太远时，可以考虑使用无线中继的方法来完成两点之间的无线桥接。

WDS组网拓扑-点对点：

图：WDS点对点组网拓扑

WDS通过两台设备实现了两个网络无线桥接，最终实现两个网络的互通。实际应用中，每一台设备可以通过配置的对端设备的MAC地址，确定需要建立的桥接链路。

P2P无线网桥可用来连接两个分别位于不同地点的网络，Root AP和Leaf AP应设置成相同的信道。

WDS组网拓扑-点对多点：

图：点对多点

点对多点的无线网桥能够把多个离散的远程的网络连成一体，结构相对于点对点无线网桥来说较复杂。在点到多点的组网环境中，一台设备作为中心设备，其他所有的设备都只和中心设备建立无线桥接，实现多个网络的互联。但是多个分支网络的互通都要通过中心桥接设备进行数据转发。

例如：图中LAN Segment 2想要跟LAN Segment 3通信的话需要通过AP1(Root AP)。

WDS组网拓扑-手拉手：

图:手拉手模式

根据AP在WDS网络中的实际位置，AP射频网桥的工作模式有三种，分别为root模式、middle模式、leaf模式。

• root模式：AP作为根节点直接与AC通过有线相连，另以AP型网桥向下供STA型网桥接入。
• middle模式：AP作为中间节点以STA型网桥向上连接AP型网桥、以AP型网桥向下供STA型网桥接入。
• leaf模式：AP作为叶子节点以STA型网桥向上连接AP型网桥。

手拉手模式为WDS典型室内组网场景，在家庭、仓库、地铁或者公司内部，由于不规则的布局，墙体等物体对WLAN信号的衰减，导致一台AP的覆盖效果很不理想，许多地方存在信号盲区，这时采用WDS技术，通过WDS桥接AP，不仅可以有效地扩大无线网络覆盖范围，还可以避免因重新布线带来的经济损耗。

对于对带宽要求不是很敏感的用户来说，此方式较为经济实用的。

WDS组网拓扑-背靠背：

图：背靠背模式

背靠背模式为WDS典型室外组网场景，当需要连接的网络之间有障碍物或者传输距离太远时，可以采用背靠背组网方式，通过两个WDS AP有线级联背靠背组成中继网桥。这种组网方式可以保证长距离网络传输中保证无线链路带宽。

对带宽要求较高的用户，可采用两个WDS AP背靠背有线直连作为Repeater AP， 两个方向工作于不同的信道，保证无线链路带宽。

Mesh组网拓扑：

Mesh基概念：

图：Mesh组网拓扑

无线Mesh网络WMN（Wireless Mesh Network）是指利用无线链路将多个AP连接起来，并最终通过一个或两个Portal节点接入有线网络的一种星型动态自组织自配置的无线网络。

传统的WLAN网络中，STA与AP之间是以无线信道为传输介质，AP的上行链路则是有线网络。如果组建WLAN网络前没有有线网络基础，大量的时间和成本消耗在构建有线网络过程中，对于组建后的WLAN网络，如果需要对其中某些AP位置进行调整，则需要调整相应的有线网络，操作困难。综上所述，传统WLAN网络的建设周期长、成本高、灵活性差的弊端，使其在应急通信、无线城域网或有线网络薄弱地区等应用场合不适合部署。而Mesh网络只需要安装AP，建网速度非常快。

Mesh网络中AP的三种角色：

- MPP(Mesh Portal Point)：连接无线Mesh网络和其它类型的网络，并与Mesh网络内部MP/MAP节点进行通信。这个节点具有Portal功能，通过这个节点，Mesh内部的节点可以和外部网络通信。
- lMP(Mesh Point)：在Mesh网络中，使用IEEE 802.11MAC和PHY协议进行无线通信，并且支持Mesh功能的节点。该节点支持自动拓扑、路由的自动发现、数据包的转发等功能。MP节点可以同时提供Mesh服务和用户接入服务。
- MAP(Mesh Access Point)：任何支持AP功能的Mesh Point，可以为STA提供接入功能。

Mesh组网拓扑：

图：Mesh组网拓扑

红色虚线代表Mesh回传链路，圆圈代表用户接入信号覆盖。

在Mesh网络，AP之间通过无线连接，可以解决单点故障问题。Mesh网络的优点包括：

• 快速部署：Mesh网络设备安装简便，可以在几小时内组建，而传统的无线网络需要更长的时间。
• 动态增加网络覆盖范围：随着Mesh节点的不断加入，Mesh网络的覆盖范围可以快速增加。
• 健壮性：Mesh网络是一个对等网络，不会因为某个节点产生故障而影响到整个网络。如果某个节点发生故障，报文信息会通过其他备用路径传送到目的节点。
• 灵活组网：AP可以根据需要随时加入或离开网络，这使得网络更加灵活。
• 应用场景广：Mesh网络除了可以应用于企业网、办公网、校园网等传统WLAN网络常用场景外，还可以广泛应用于大型仓库、港口码头、城域网、轨道交通、应急通信等应用场景。
• 高性价比：Mesh网络中，只有Portal节点需要接入到有线网络，对有线的依赖程度被降到了最低，省却了购买大量有线设备以及布线安装的投资开销。

室外Mesh组网典型应用场景：

图：室外Mesh组网典型应用场景

室外场景一般范围开阔，通过选取不同的天线，两台MP 可以相距几十公里实现网络互连。因此，Mesh 技术可以用于跨建筑物或者跨区域的数据传输，解决了有线网络部署受施工条件限制，以及部署成本高，灵活性低的问题。所以Mesh 组网适用于校园、种植园、山区、高楼等场景中。

注意：室外场景中的障碍物主要为树木、高大建筑物等，如果传输距离很远，还要考虑地球的球面弧度， 因此实际组网中要根据实际情况灵活选用和安放天线。