无线WDS的技术实现及实际应用.docx

1、无线WDS的技术实现及实际应用WDS的技术实现及实际应用1 802.11简介IEEE 802.11包含一系列的无线标准，其中802.11a/b/g/n定义了四种不同工作速率和工作频段，分别是54Mbps/5GHz、11Mbps/2.4GHz、54Mbps/2.4GHz、2.4/5GHz最高达600Mbps。在无线局域网的范畴中，WiFi指无线相容性认证，确保了无线设备可以相兼容，即符合WiFi标准的两个无线设备之间可以互联通信，WDS即其中一种互联方式。1.1 802.11无线架构802.11局域网是基于蜂窝系统的结构，由很多个基本子集构成，即BSS（Basic Service Set），用来

2、描述一组相互通信的移动设备，通常包含一个wireless Access Point，也可以不包含。不包含AP的是独立模式的基本服务集（IBSS），由若干个Client构成，相互对等，如Ad-hoc模式。每个基本服务集都有一个唯一的标识，称为BSSID。虽然一个无线局域网可以只由一个AP构成，只含有一个单元，但绝大多数的无线局域网是由多个单元构成的，每个AP通过主链路相连接（有线）。由多个子单元构成的无线局域网可称为分布式系统（Distribution System or DS）。当各个AP通过无线方式相连接构成分布式系统，这种系统可以称为无线分布式系统（Wireless Distributio

3、n System or WDS）。WDS的作用简单的说就是让无线AP之间通过无线进行桥接，同时不影响其无线AP的覆盖功能。目前很多无线AP都具有WDS功能，本文将主要讲述WDS技术原理及实际应用。一个完整的无线局域网可以包含有多个不同的单元（BSS）和分布式系统（DS），在OSI模型的网络层看来，就是一个完整的802网络，按标准可以称为扩展服务集（Extended Service Set or ESS）。ESS也有一个标识的名称，即ESSID。图 1- 1 无线局域网架构1.2 无线包结构无线MAC层帧类型主要有三种，分别是数据帧，管理帧和控制帧，包含下面三个部分：MAC头部，包括帧的控制、持

4、续时间、地址和顺序控制信息；变长的帧体，它包括了有关帧类型的特定信息。例如在数据帧中，帧体包括了上层数据；帧校验序列，包含一个32比特位的IEEE循环冗余校验码。无线数据帧结构如下图所示图12 无线数据帧结构图 1- 3 帧控制域结构从无线数据帧结构，可以看出无线帧中是预留了四个MAC地址的，但并不是所有的无线数据包中都会有四个MAC。管理帧和控制帧一般只包含两个MAC，数据帧一般是三个，只有涉及到AP至AP的传输才会有第四个MAC地址。帧控制域控制着无线帧的结构，其中最后两位（输入DS域与输出DS域）控制着无线MAC地址的排序。当00时，指IBSS的模式，两个设备间直接通信，如Ad-hoc；

5、01时，指AP to Client；10时，指Client to AP；11时，指AP to AP。地址1被站点用来进行地址匹配。如果STA受到的帧的地址1是某STA的IEEE MAC地址，则该STA将其与自己的IEEE MAC地址比较，如果相同，则该STA会将其转发到上层协议栈；如果不同，则丢弃。当地址1为组地址时，BSSID用来保证STA收到广播或者更多多播帧是发自所属BSS。通俗的讲，地址1就是数据包该到达的下一个设备的MAC。地址2用于标志帧的发送方IEEE MAC地址。在需要ACK帧的情况下，目的STA可以使用2来引导ACK帧。地址2必须为发送方的IEEE MAC地址。地址3携带有额

6、外的用于帧过滤或者指向DS的信息。当STA收到从AP发来的帧后会用地址3来标志该帧的源STA。AP收到从STA发来的帧后，会将该地址作为DS转发该帧的真正目的地址。RA（Receiver Address）是无线分布式系统WDS上该数据包接收AP的地址，也是数据包经此AP转发下一跳的发送方地址（地址2）。TA（Transmitter Address）是WDS上作为数据包发送AP的地址，该AP负责发送此帧。简单数据帧的BSSID有以下决定：如果AP是数据接收方或者某一接收方与之关联，则BSSID是AP的MAC地址，可能是地址1也可能是地址2；如果站点是独立基本服务集（IBSS）的成员，则地址3是该

7、独立的BSSID。2 WDS简介2.1 什么是WDSWDS即Wireless Distribution System，是无线网络部署延展系统的简称，指用多个无线网络相互联结的方式构成一个整体的无线网络。简单地说，WDS就是利用两个(或以上)无线宽带路由器/AP通过相互连接的方式将无线信号向更深远的范围延伸。利用WDS技术，AP之间可以舍弃传统的有线网络进行互联，每个AP可以作主设备、中继设备和远端设备。WDS技术和其他无线扩展技术相比，一个显著的特点就是在各个AP之间传输数据时，保留了客户端的MAC地址，而且客户端的数据传输只牵扯到了MAC地址，跟IP地址无关。WDS也可以被看作Repeate

8、r模式，因为WDS可以满足在桥接的同时又可以连接客户端；repeater并不一定是WDS，因为有三地址的repeater模式。2.2 WDS网络建立过程DUT1 WDS连接DUT2，首先DUT1会扫描周围的无线信号，寻找匹配的无线BSSID。找到匹配的BSSID，即发送鉴权请求（Authentication）。DUT2回应告知鉴权认证已通过。DUT1发起关联请求（Association Request），被关联的SSID是“TP-LINK_92”。DUT回复关联回应（Association Response）告知关联成功，WDS连接成功。图 2- 1 WDS网络建立过程2.3 WDS工作原理从

9、模式上讲，WDS具有三种工作模式，分别是自学习模式、中继模式和桥接模式。自学习模式属于被动模式，也就是说它能自动识别并接受来自其他AP的WDS连接，但其本身不会主动连接周围的WDS AP。所以这种WDS模式只能用于主接入点路由器或AP上，只能用于被扩展的主AP上，而不能用于通过WDS扩展其它AP。中继模式是功能最全的WDS模式，在此模式下，AP既可以通过WDS实现无线网络范围的扩展，同时也具有AP的功能，接受无线终端的连接。桥接模式和有线网络中的网桥很像，它从一端接收数据包，并把它转手转发到另一端。WDS的桥接模式除了不再同时具有AP功能之外，其它和中继模式基本相同，所以在WDS桥接模式下，A

10、P不再接受无线网络终端的连接，你也搜索不到它的存在。从角色来分，WDS网络中成员又可以分为主设备（Main），中继设备（Rely）和远端设备（Remote）。具有Internet连接或者局域网络出口的设备通常被作为主设备，通过以太网线接入主干网；处于网络中间用来中继信号的设备为中继设备；无线WDS网络边缘提供无线接入并将数据向主设备转发的设备为远端基站。 有如图2-1所示拓扑，Station 1和Station 2通过WDS方式建立连接，PC 1连接Station 1，PC 2连接Station 2，其中Station 2上配置WDS连接前端Station 1。Station 1处于自学习模式

11、，接收Station 2的WDS请求，被扩展。Station 2处于中继模式，连接Station 1，并提供自身的无线供客户端连接。但这是一个完全对称可逆的拓扑，即PC1和PC2在整个网络中是对等的，不存在主和辅的关系。下面就以PC1向PC2发包为例介绍数据包的传输过程和MAC头部的变化。图 2- 2 WDS拓扑1A. PC 1 to Station 1PC 1并不知道整个网络的拓扑，也不需要知道，它只需要了解它所连接的station和想要通信的目的主机的MAC，PC 1完全忽略了Station 2的存在。此时，输入DS位置1，输出DS位置0，三个MAC地址分别是Station 1、PC 1、

12、PC 2。Station 1是下一跳的MAC地址，也是接收站点的SSID MAC；PC 1是源MAC，也是发送方的MAC；PC 2是目的MAC。B. Station 1 to Station 2无线四地址传输是只存在于Station与Station之间的，所以此过程中无线帧也是四地址结构。输入和输出DS位都置1，四个MAC地址依次是：Station 2、Station 1、PC 2、PC 1。Station 2和Station 1分别是接收方和发送方的MAC，处于三号位的PC 2仍然是目的MAC，最后是源MAC PC 1。C. Station 2 to PC 2Station 2 to PC

13、2是一个简单的基站到客户端的过程，输入DS位置0，输出DS位置1。此时MAC依次是PC 2、Station 2、PC 1。PC 2是目的地址，也是下一跳MAC地址；Station 2是发送方的MAC地址，也是其SSID的MAC；PC 1是源MAC地址。MAC地址1MAC地址2MAC地址3MAC地址4PC 1 Station 1Station 1PC 1PC 2-Station 1 Station 2Station 2Station 1PC 2PC 1Station 2 PC 2PC 2Station 2PC1-如图2-3，三个Station通过WDS互联，Station 2 WDS Stati

14、on 1，Station 3 WDS Station 2。其中Station 1是主设备，处于自学习模式；Station 2是中继设备，属于中继模式，也是桥接模式；Station 3是远端设备，处于中继模式。图 2- 3 WDS拓扑2接下来，就从数据包看看数据在图2-3拓扑具体的转发过程。在PC2上ping PC1，ping包要被转发四次才能到达PC1，如下图2-4所示。PC2回复的Ping Reply包同样需要经过四个相反的过程才能到达PC1。图 2- 4 PC2 ping PC1数据包*MAC 1MAC 2MAC 3MAC 4DirectionPC2 Station 3Station 3P

15、C 2PC 1- PC 1Station 3 Station 2Station 2Station 3PC 1PC 2Station 2 Station 1Station 1Station 2PC 1PC 2Station 1 PC1PC 1Station 1PC 2-PC 1 Station 1Station 1PC 1PC 2- PC2Station 1 Station 2Station 2Station 1PC 2PC 1Station 2 Station 3Station 3Station 2PC 2PC 1Station 3 PC 2PC 2Station 3PC 1-2.4 WDS的

16、安全机制WDS系统不支持密钥动态分配机制，所以不支持WPA/WPA2企业级加密，只支持WEPWPA/WPA2-PSK，在安全性方面仍存在一定的缺陷。但APPLE公司的Airport Express的6.1.1的firmware中，宣称了对WDS时WPA加密的支持。2.5 我司无线路由上WDS的配置我司产品WDS的配置可以分为两类：无线路由和无线AP。无线路由器：在Wireless Setting页面，勾选Enable WDS，然后再点击Search按钮搜索周围的无线WiFi信号。在随后出现的AP List中选择想要WDS连接的AP，点击Connect。SSID和BSSID将会被自动填上。设置加

17、密后再保存重启设备即可。无线路由上的WDS有个优点就是可以有自己的无线SSID和加密，用户可以通过SSID来区分哪个是前端设备。图 2- 5 TL-WR1043ND Wireless Settings页面图 2- 6 点击Search按钮后出现的AP List页面无线AP：无线AP上的WDS指的是Repeater模式。11G与11N的配置界面略有不同，本文以TL-WA901ND为例介绍。在Wireless Setting页面，选择Operation Mode为Repeater后，点击Survey按钮搜索周围的无线信号。找到想要连接的无线网络，点击Connect后AP的MAC地址将被自动填入，点

18、击保存。图 2- 7 TL-WA901ND的Wireless Settings页面图 2- 8 点击Survey按钮后出现的AP List页面如何前端设备已加密，还需要到Wireless Security页面设置加密。由于只支持WEP和WPA-PSK/WPA2-PSK加密，所有没有WPA/WPA2选项。图 2- 9 选择Repeater模式后的Wireless Security页面AP上的Repeater设置成功后，没有自己的SSID和加密，PC等设备只能搜索到一个无线网络，这样的优点是可以实现无线漫游，客户端根据信号强度自动切换无线基站。2.6 标准WDS的特点WDS组网用途广泛，主要是因为

19、有这么几个特点：数据帧中包含有无线各节点的MAC地址，从数据包中可以看出各节点的MAC，网络结构清晰明朗； 完全在数据链路层传输，不涉及IP层寻址，无需维护IP&MAC映射关系，减少无线节点负担，效率高； 数据的收发完全对称,网络中各节点之间是对等的； 支持生成树协议（STP），抑制广播风暴，支持链路备份。2.7 三地址WDS 三地址WDS是一种非标准但又广泛使用的无线组网方式，如我司AP中的Universal Repeater。通过这种方式组成的无线局域网中，不存在4地址的无线帧，全部以三地址形式发送。如图2-3所示，TL-WA801ND Universal Repeater连接到了TL-W

20、R841N上，PC2和PC3连接到TL-WA801ND。从MAC层看，TL-WA801ND就是一个类似“网关”的设备，维护着一张IP与MAC的对应表，做着更换源MAC与目的MAC，寻址转发的工作。整个网络是不对称的，TL-WR841N是主设备，TL-WA801ND是从设备，所以PC1到PC3和PC3到PC1是不同的过程。下面就仔细分析下图 2- 10 三地址WDS拓扑示意图PC1 to PC3MAC 1MAC 2MAC 3目的IP源IPPC 1 Station 1Station 1PC 1Station 2PC 3PC 1Station1Station2Station 2Station 1PC

21、 1PC 3PC 1Station2PC 3PC 3Station 2PC 1PC 3PC 1在整个数据传输过程中，Station 2 作了一个根据IP地址寻找对应MAC地址，修改目的MAC重新发送的动作。下面是PC 3到PC 1的过程。PC3 to PC1MAC 1MAC 2MAC 3目的IP源IPPC 3 Station 2Station 2PC 3PC 1PC 1PC 3Station2Station1Station 1Station 2PC 1PC 1PC 3Station1PC 1PC 1Station 1Station 2Pc 1PC 3PC 3发送给PC 1的包，在Station

22、 2处被修改了源MAC，Station 2将自己的MAC作为源MAC将数据包发送出去，即外面的设备不知道PC 3的存在，而PC 3清楚外面的拓扑结构。2.8 三地址WDS的特点三地址WDS的使用非常广泛，是由于其灵活性高，只涉及到标准的无线协议，不用考虑前端设备是否支持四地址WDS的连接。它连接前端设备时，是将自己作为一个客户端，一个只有一个MAC却有多个IP的Client。不过三地址的WDS需要网络层的参与，每个设备都维系这一个IP与MAC的对应表，如果DUT找不到IP地址对应的MAC，则对数据包作丢弃处理。由于三地址WDS模式网络不透明，前端DUT上的设备不知道后端设备的MAC地址，对于组播数据的传输有着很多不利的影响，需要对网络层进行修改。下面，从各个案例讨论三地址WDS的弊端。