1.1  网络组件

802.11网络包含四种主要实体元件，如图 1-1 所示

　　　　　　　　图 1-1：802.11 LAN 的组成元件

这些组成元件包括：

l  工作站（Station）

l  接入点（Access Point ）

l  无线介质（Wireless medium)

l  分布式系统（Distribution system)

工作站（Station）

配置网络的目的，是为了在工作站间传送数据。所谓的工作站（station ），是指配备无线网络接口的计算设备，即带有无线网卡的通信设备。通常，工作站是以电池供电的膝上型（laptop ）或手持式（handheld）计算机。然而，工作站不见得就是携带型( portable ）计算设备。有时候，使用无线网络之目的是为了省去拉线的麻烦，桌上型(desktop ) 电脑一样可以使用无线局域网络。

接入点（Access Point ）

802.11网络所使用的帧必须经过转换，方能被传递至其他不同类型的网络。具备无线至有线( wireless-to-wired) 桥接功能的设备称为接入点（access point，简称 AP）；接入点的功能不仅于此，但桥接(bridging ）最为重要。

无线媒介（Wireless medium)

802.11标准以无线媒介（Wireless medium）在工作站之间传递帧。其所定义的物理层不只一种；这种架构允许多种物理层同时支持 802.11 MAC - 802.11 最初标准化了两种射频( radio frequency ，简称 RF)物理层以及一种红外线（infrared ）物理层，然而事后证明 RF物理层较受欢迎。

分布式系统（Distribution system)

当几个接入点串连以覆盖较大区域时，彼此之间必须相互通信，才能够掌握移动式工作站的行踪。而分布式系统(distribution system ) 属于802.11的逻辑元件，负责将帧（frame）转送至目的地。802.11并未规范分布式系统的技术细节。大多数商用产品，是以桥接引擎（bridging engine）和分布式系统媒介（distribution system medium）共同组成分布式系统。分布式系统是接入点间转送帧的骨干网络，通常就称为骨干网络（backbone network）。所有在商业上获得成功的产品，几乎都是以 Ethernet 为骨干网络。

1.2   网络类型

基本服务集（basic service set 简称BSS）是 802.11网络的基本元件（building block），由一组彼此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，称为基本服务区域 (basic service area) ，此区域受限于所使用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。BSS 分为两种，如图 1-2 所示。

　　　　　　图 1-2：独立型与基础型基本服务组合

  1.2.1 独立型网络

图左为独立式基本服务集（independent BSS ，简称IBSS）。在 IBSS中，工作站彼此可以直接通信，两者问的距离必须在可以直接通信的范围内。最低限度的 802.11网络，是由两部工作站所组成的 IBSS。通常，IBSS 是由少数几部工作站针对特定目的而组成的临时性网络。

常见的情况是在会议室中支持个别会议之用。会议一开始，与会人员彼此会形成一个IBSS 以便传递数据。当会议结束，IBSS 随即瓦解。正因为持续时问不长、规模甚小且目的特殊， IBSS 有时被称为特设 BSS（ad hoc BSS）或特设网络（ad hoc network ）。

 1.2.2 基础型网络

图右为基础型基本服务组合（为了避免混淆，不可将 infrastructure BSS 简称为IBSS）。判断是否为基础型网络，只要检视是否有接入点参与其中。接入点负责基础型网络所有的传输，包括同一服务区域中所有行动节点之间的通信。位于基础型基本服务组合的移动式工作站，如有必要跟其他移动式工作站通信，必须经过两个步骤。首先，由开始对话的工作站将帧传递给接入点。其次，由接入点将此帧转送至目的地。既然所有通信都必须通过接入点，基础型网络所对应的基本服务区域就相当于接入点的传送范围。

虽然这种做法比直接传送耗费较多的资源，不过它有两个主要的优点：

1. 基础型基本服务集被界定在接入点的传输范围。所有移动式工作站都必须位于接入点的传输范围之内，不过移动式工作站之间的距离则无限制。允许移动式工作站彼此直接通信虽然可以省下一些频宽，不过代价是相对提高了物理层的复杂度，因为每部工作站都必须维护与服务区域中其他工作站的邻接关系。
2. 接入点在基础型网络里的作用是协助工作站节省电力。接入点可以记住有哪些工作站处于省电状态，并且为之暂存帧，以电池供电的工作站可以关闭无线收发器，只有在传输或接收来自接入点的暂存帧时才会加以开启。

在基础型网络里，工作站必须先与接入点建立连接，才能取得网络服务。所谓连接 (association），是指移动式工作站加入某个 802.11网络的程序。逻辑上，这相当于 Ethernet插上网线。整个过程并不对称，因为开始连接过程的必然是移动式工作站，对于移动式工作站而言，关联必须独一无二；每部移动式工作站同时问只能与一部接入点连接。802.11标准并未限制接入点可服务的移动式工作站数量。当然，实作上还是必须以限制。不过实际上，无线网络的传输量相对较低，很少需要予以限制。

 1.2.3 扩展服务区域

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。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。所有位于同一个ESS 的接入点将会使用相同的服务集识别码（service set identifier，简称 SSID），通常就是使用者所谓的网络「名称」。

802.11并未规范非得使用何种骨干技术，只要求骨干必须提供一组特定的服务功能。图1-3所示的ESS 是四个BSS 的联集（只要所有接入点均隶属同一个 ESS ）。实际部署时，BSS 之间的重叠程度可能较图 1-3 更高。在实际生活中，总是希望扩展服务区域是连续的；不可能要求使用者从 BSSl走到BSS2 时还要绕道 BSS3。

隶属同一个 ESS 的工作站可以相互通信，即使这些工作站位于不同的基本服务区域，或是在这些基本服务区域中移动。为了让 ESS 里的工作站能够彼此通信，无线媒介必须能够在第二层（链路层）进行连接。由于接入点扮演著桥接器的角色，因此 ESS 里的工作站若要彼此通信，则骨干网络也必须能够在第二层进行连接。

扩展服务区域是 802.11网络所支持的最高价抽象概念。ESS 所属的接入点会彼此合作，让外界能够使用单一 MAC地址与 ESS 里其他工作站通信，不论其置身何处。在图 1-3 中，路由器可使用单一 MAC地址传递帧给移动式工作站；由该工作站所连接的接入点负责传送帧。路由器无须在意移动式工作站位于何处，而是靠接入点传送帧。

　　　　　　　　图 1-3:扩展服务组合

1.2.4 多组BSS 所构成的环境：虚拟AP

举例而言，各机关单位总会有固定的访客，其中许多人手上就有 802.11设备，而且需要（或者强烈想要）与网际网络连接。这些访客并非可信的用户，通常为了满足这些访客的上网需求，将会在相同的实体设施上另辟两个扩展服务组合。目前的 802.11芯片组已经可以使用相同的物理层来建立多组网络。以当前的芯片组而言，每部接入点的硬件设备可以建立两组 BSS ，其中一组可供客户访问，称之为 guest，另外一组则供内部使用，称之为 internal 。在此 AP当中，各SSID被分别连接至不同的 VLAN  guest网络会被连接至为不知名或不可信用户所准备的 VLAN，而且被置于防火墙外。

在无线电波领域内，无线设备将会发现两组不同的网络，然后依其所需连接至适合的网络。（当然，要访问内部网络必须经过身份认证，以防止未经授权人士使用）连接至guest 网络的使用者会被引导至访客所使用的 VLAN，而连接至 internal 网络的用户则必须经过身份认证，然后被引导至内部网络。

上述所虚构的例子，说明了虚拟接入点的扩展情况。每个 BSS 就像一部自给自足的 AP，拥有自己的 ESSID 、MAC地址。身份认证配置以及加密设置。虚拟接入点也可以用来建立具不同安全等级（security level ）的平行网络( parallel network ）。目前， 802.11芯片组最多可以建立 32甚至 64组BSS ，对各种情况而言，应该都已经够用了。

 1.2.5 强健安全网络（Robust Security Network ）

早期无线局域网络内建的安全机制已被证明是不堪一击。2004年6 月成为标准的 802.11i，规范了一组经改良的安全机制，目的是提供坚固而安全的网络连接。一旦使用 802.11i所定义的、经改良的身份认证与私密性协议，就可称之为强健安全网络连接(robust security network associations，简称 RSNAs）。产品可以通过硬件、软件或软硬件兼具的方式支持 802.11i，这取决于该设备所使用的架构。不支持此协议的硬件被归类为 pre-RSN 。有些pre-RSN 设备可以通过升级的方式来支持802.11i。

1.3   再论分布式系统

既然读者已经了解如何建构扩展服务集，我打算回过头来重新理解分布式系统这个概念。802.11是以能提供无线工作站哪些服务来描述分布式系统。分布式系统可借由串连接入点来提供移动性（mobility）。当帧传送至分布式系统，随即会被送至正确的接入点，而后由接入点转送至目的地。

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。若要传送帧给某部移动式工作站，分布式系统必须负责将之传递给服务该移动式工作站的接入点。以图1-3 的路由器为例。该路由器仅会以某移动式工作站的 MAC为目的地址，如图 1-3 所示，ESS 的分布式系统必须负责将帧传递给正确的接入点。显然，有部分传递机制属于 Ethernet 所构成的骨干网络，不过该骨干网络并不代表整个分布式系统，因为它无法在多部接入点间做出选择。以 802.11的语言来讲，Ethernet 所构成的骨干网络是个「分布式系统媒介」，但并非分布式系统的全部。要找出分布式系统的其他成份，我们必须检视接入点本身。

目前市面上大部分接入点都是扮演桥接器的角色。这些接入点至少具备一个无线网络界面，以及一个 Ethernet 界面。Ethernet 界面可用来连接既有的网络，而无线界面则成为该网络的延伸。这两种网络媒介之间的帧转送，是由「桥接引擎」加以控制。

　　　　　　　　图 1-4：在一般 802.11 接入点中常见的分布式系统

接入点、骨干网络以及分布式系统之间的关系如图 1-4 所示。接入点具备两种不同的界面，分别连接至同一个桥接引擎。图中的箭头代表往返桥接引擎的可能路径。帧将会通过桥接器送至无线网络；任何由桥接器的无线端口所送出的帧都会传给所有已连接的工作站。每部已连接的工作站均可传递帧至接入点。最后，桥接器的骨干端口可以直接与骨干网络互动。在图1-4 中，分布式系统是由桥接引擎及有线骨干网络所组成。

在基础型网络里，移动式工作站所送出的每个帧都必须用到分布式系统。这并不难理解。毕竟，每部工作站都必须连接至分布式系统。无线工作站在基础型网络里必须依赖分布式系统才能彼此通信，因为它们无法直接连接。工作站 A 要传送帧给工作站 B 的惟一方式，是通过接入点里桥接引擎的转达（relay）。不过桥接器本身属于分布式系统的组成元件。虽然分布式系统所使用的是哪些组成元件似乎纯粹是技术上的考虑，但实际上 802.11 MAC 里某些功能与分布式系统有十分密切的关系。

 1.3.1 接入点间的通信是分布式系统的一部分

分布式系统包含了管理关联的方式。一部无线工作站在同一时问只能与一部接入点关联。如果某工作站己经与某接入点关联，位于同一个 ESS 的其他接入点必须能够得知此工作站。如图 1-3 所示，AP4 必须得知所有与 AP1 关联的工作站。如果一部与 AP4 关联的无线工作站送出帧给一部与API 关联的工作站，AP4 的桥接引擎必须通过 Ethernet 所构成的骨干网络将此帧送给 API，如此AP1 才能够将之传递至最终目的地。要实作整个分布式系统，接入点必须通知其他工作站所关联的接入点。

 1.3.2 无线桥接器与分布式系统

到目前为止，我们都假定分布式系统媒介就是既有的固定式网络。虽然情况通常是如此，但802.11 规格有明确提到，无线媒介本身也可以做为分布式系统。此种无线分布式系统(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。无线桥接器可用来快速连接不同的网段，十分适合访问供应商（access provider ）使用。市面上大部分的 802.11接入点均支持无线桥接功能。

1.4   网络界限

由于无线媒介的性质使然，802.11网络的界限（boundary）可说是相当模糊。事实上，某种程度的模糊是必要的。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。图1-5 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 BSS4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接入点问的空隙。

　　　　　　　　图 1-5：ESS 中彼此重叠的 BSS

不同类型的 802.11网络彼此亦可重叠。在接入点所涵盖的基本服务区域中，亦可以另辟独立型BSS 。图1-6 显示了此二者在空间上的重叠。一部接入点位于图 1-6 的上方，其基本服务区域以阴影表示。两部工作站以基础结构模式运作，通过接入点彼此通讯。三部工作站设置为独立型BSS ，彼此间可以直接通信。虽然这五部工作站被指派至两个不同的 BSS ，它们所使用的还是相同的无线媒介。工作站只有通过 802.11MAC所规范的规则才能够访问媒介；这些规则在设计上就已考虑到，如何能够让多个 802.11网络并存于相同的空间中。这两个 BSS 必须分享单一无线信道的频宽，因此共存的 BSS 之间必然会有性能上的抵消。

　　　　　　　　　　图 1-6：不同类型的无线网络彼此重叠

802.11相关术语及其设计(一)