无线WDS的技术实现及实际应用

1、目录wds的技术实现及实际应用01 802.11简介01.1 802.11无线架构11.2 无线包结构12 wds简介32.1 什么是wds32.2 wds网络建立过程42.3 wds工作原理42.4 wds的安全机制62.5 我司无线路由上wds的配置72.6 标准wds的特点92.7 三地址wds92.8 三地址wds的特点10wds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60

2、0mbps。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

3、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 distribution 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

4、，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

5、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；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

6、，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

7、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：l 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；l 如果站点是独立基本服务集（ibss）的成员，则地址3是该独立的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

8、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repeater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（a

9、uthentication）。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wd

10、s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，ap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

11、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，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

12、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、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

13、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 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

14、地址3mac地址4pc 1 station 1station 1pc 1pc 2-station 1station 2station 2station 1pc 2pc 1station 2pc 2pc 2station 2pc1-如图2-3，三个station通过wds互联，station 2 wds station 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

15、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 4directionpc2station 3station 3pc 2pc 1-pc 1station 3station 2station 2station 3pc 1pc 2station 2station 1station 1station 2pc 1pc 2station 1pc1pc 1station 1pc 2-pc 1station 1s

16、tation 1pc 1pc 2-pc2station 1station 2station 2station 1pc 2pc 1station 2station 3station 3station 2pc 2pc 1station 3pc 2pc 2station 3pc 1-2.4 wds的安全机制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

17、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repe

18、ater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

19、 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

20、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-wr841n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 1stat