华为WLAN基本业务配置

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WLAN基本业务简介
介绍WLAN的定义、目的和受益。

定义
无线局域网WLAN（Wireless Local Area Network）广义上是指以无线电波、激光、红外线等来代替有线局域网中的部分或全部传输介质所构成的网络。本文介绍的WLAN技术是基于802.11标准系列的，即利用高频信号（例如2.4GHz或5GHz）作为传输介质的无线局域网。

802.11是IEEE在1997年为WLAN定义的一个无线网络通信的工业标准。此后这一标准又不断得到补充和完善，形成802.11的标准系列，例如802.11、802.11a、802.11b、802.11e、802.11g、802.11i、802.11n、802.11ac等。

目的
以有线电缆或光纤作为传输介质的有线局域网应用广泛，但有线传输介质的铺设成本高，位置固定，移动性差。随着人们对网络的便携性和移动性的要求日益增强，传统的有线网络已经无法满足需求，WLAN技术应运而生。目前，WLAN已经成为一种经济、高效的网络接入方式。通过WLAN技术，用户可以方便地接入到无线网络，并在无线网络覆盖区域内自由移动，彻底摆脱有线网络的束缚。

受益
网络使用自由：凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。在办公大楼、机场候机厅、度假村、商务酒店、体育场馆、咖啡店等场所尤为适用。

网络部署灵活：对于地铁、公路交通监控等难于布线的场所，采用WLAN进行无线网络覆盖，免去或减少了繁杂的网络布线，实施简单，成本低，扩展性好。

基本概念

• 工作站STA（Station）：支持802.11标准的终端设备。例如带无线网卡的电脑、支持WLAN的手机等,如图4-1所示。
  图4-1  集中式网络架构图
  
  
• 无线控制器AC（Access Controller）：在集中式网络架构中，AC对无线局域网中的所有AP进行控制和管理。例如，AC可以通过与认证服务器交互信息来为WLAN用户提供认证服务，如图4-1所示。
• 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。
  • 瘦接入点FIT AP（FIT Access Point）：在集中式网络架构的瘦接入点（FIT AP）架构中提供STA的无线接入服务，区别于传统的FAT AP，只提供可靠、高性能的无线连接功能，其他的增强功能统一在AC上集中配置，如图4-1所示。
    
  
  
• 无线接入点控制与规范CAPWAP（Control And Provisioning of Wireless Access Points）：由RFC5415协议定义的，实现AP和AC之间的互通的一个通用封装和传输机制，如图4-1所示。
• 射频信号：提供基于802.11标准的WLAN技术的传输介质，是具有远距离传输能力的高频电磁波。本文指的射频信号是2.4G或5G频段的电磁波。
• 虚拟接入点VAP（Virtual Access Point）：是AP设备上虚拟出来的业务功能实体。用户可以在一个AP上创建不同的VAP来为不同的用户群体提供无线接入服务。
• 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。
  根据标识方式又可以分为以下两种：
  • 基本服务集标识符BSSID（Basic Service Set Identifier），表示AP上每个VAP的数据链路层MAC地址。VAP与BSSID的关系如图4-2所示。图4-2  VAP与BSSID的关系图
    
    
  • 扩展服务集标识符ESSID（Extended Service Set Identifier），是一个或一组无线网络的标识，例如图4-2所示的“guest”或“internal”。STA可以先扫描所有网络，然后选择特定的SSID接入某个指定无线网络。通常，我们所指的SSID即为ESSID。
    多个AP可以拥有同一个ESSID以对用户提供漫游能力，但是BSSID必须唯一，因为数据链路层的MAC地址是唯一的。
    
    
    
    
  
  
• 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。
• 扩展服务集ESS（Extend Service Set）：由多个使用相同SSID的BSS组成。
  图4-3表示了SSID、BSSID、BSS与ESS的关系。
  图4-3  SSID、BSSID、BSS与ESS的关系图
  
  
  

802.11协议标准介绍
802.11协议简介

802.11协议标准在802家族中的角色位置如图4-4所示，包含物理层和数据链路层。

图4-4  802.11协议标准在802家族中的角色位置

• 物理层
  802.11各协议标准对应的物理层技术有所不同，包括：跳频扩频FHSS（Frequency Hopping Spread Spectrum）技术、直接序列扩频DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）技术、正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术和多入多出MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术。不同技术又决定了不同的频段和传输速率，如表4-1所示。
  表4-1  不同标准对应关系表
  协议标准
  物理层技术
  支持频段（GHz）
  支持传输速率(Mbit/s)
  是否兼容其他协议标准
  商用情况
  
  802.11FHSS/DSSS2.41，2不兼容早期标准，目前产品均支持
  802.11bDSSS2.41，2，5.5，11不兼容早期标准，目前产品均支持
  802.11aOFDM56，9，12，18，24，36，48，54不兼容实际应用较少
  802.11gDSSS/OFDM2.41，2，5.5，11，6，9，12，18，24，36，48，54兼容802.11b目前大规模商用
  802.11nOFDM/MIMO2.4，5支持速率由调制编码方案MCS（Modulation and Coding Scheme）决定。理论支持最大速率为600。兼容802.11a、802.11b和802.11g目前大规模商用
  802.11acOFDM/MIMO5支持速率由调制编码方案MCS、空间流数、信道带宽、GI长度决定。理论支持最大速率为1300。兼容802.11a和802.11n目前未大规模商用
  
• 数据链路层
  在有线局域网中，802.3标准使用了载波侦听多址访问冲突检测CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）机制来协调不同的设备对有线介质的竞争访问。CSMA/CD机制的基础是所有站点都能听见对方，而无线局域网中的无线信号覆盖范围有限，并非所有的站点都能够听见对方。因此，802.11标准提出了载波侦听多址访问冲突避免CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）机制。
  
  

802.11 MAC帧结构802.11 MAC帧由帧头（MAC Header）、帧主体（Frame Body）和帧校验（FCS）字段组成，主要依靠帧头中各属性字段的设置来确定帧的类型。802.11 MAC帧格式如图4-5所示。图4-5  802.11 MAC帧格式


802.11 MAC最大帧长为2348字节。以下依次说明每个字段的含义：

• 帧控制（Frame Control）字段：
  • Protocol Version：帧使用的MAC版本，目前仅支持一个版本，编号为0。
  • Type/Subtype：标识帧类型，包括数据帧、控制帧和管理帧。
    • 数据帧：负责传输数据报文，包括一种帧主体部分为空的特殊报文（Null帧）。STA可以通过Null帧通知AP自身省电状态的改变。
      802.11支持省电模式，即在业务空闲没有数据传输的情况下STA可以关闭天线来节省电力。
      
      
      
    • 控制帧：协助数据帧的传输，负责无线信道的清空、信道的获取等，还用于接收数据时的确认。常用的控制帧有：
      • ACK：接收端接收报文后，需要回应ACK帧向发送端确认接收到了此报文。
      • 请求发送RTS（Request To Send）/允许发送CTS（Clear To Send）：提供一种用来减少由隐藏节点问题所造成冲突的机制。发送端向接收端发送数据之前先发送RTS帧，接收端收到后回应CTS帧。通过这种机制来清空无线信道，使发送端获得发送数据的媒介控制权。
        
    • 管理帧：负责对无线网络的管理，包括网络信息通告、加入或退出无线网络，射频管理等。常用的管理帧有：
      • Beacon：信标帧，AP周期性地宣告无线网络的存在以及支持的各类无线参数（例如，SSID、支持的速率和认证类型等）。
      • Association Request/Response：关联请求/应答帧，当STA试图加入到某个无线网络时，STA会向AP发送关联请求帧。AP收到关联请求帧后，会回复应答帧接受或拒绝STA的关联请求。
      • Disassociation：去关联帧，STA可以发送Disassociation帧解除和AP的关联。
      • Authentication Request/Response：认证请求/应答帧，STA和AP进行链路认证时使用，用于无线身份验证。
      • Deauthentication：去认证帧，STA可以发送Deauthentication帧解除和AP的链路认证。
      • Probe Request/Response：探测请求/应答帧，STA或AP都可以发送探测帧来探测周围存在的无线网络，接收到该报文的AP或STA需回应Probe Response，Probe Response帧中基本包含了Beacon帧的所有参数。
        
      
      
  • To DS/From DS：标识帧是否来自和去往一个分布式系统（Distribution System，其实就是指AP）。例如都为1，表示AP到AP之间的帧。
  • More Frag：表示是否有后续分片传送。
  • Retry：表示帧是否重传，用来协助接收端排除重复帧。
  • Pwr Mgmt：表示STA发送完成当前帧序列后将要进入的模式，Active或Sleep。
  • More Data：表示AP向省电状态的STA传送缓存报文。
  • Protected Frame：表示当前帧是否已经被加密。
  • Order：表示帧是否按顺序传输。
    
• Duration/ID字段：根据填充值的不同，其作用包括：
  • 实现CSMA/CA的网络分配矢量机制，表示STA占用信道的时间，即信道处于忙状态的持续时间。
  • 标识该MAC帧为无竞争周期CFP（Contention-Free Period）内所传送的帧：此时填充值固定为32768时，表示STA一直占用信道，其他STA不能竞争。
  • 在PS-Poll帧（即省电-轮询帧）中，Duration/ID字段表示关联标识符AID（Association ID），用来标识STA所属的BSS。STA的工作模式包括激活模式（Active）和省电模式（Sleep），STA进入省电模式后，AP会缓存到此STA的数据帧。当STA从省电模式切换到激活模式时，STA可以向AP发送PS-Poll帧来获取缓存的数据帧。AP可根据收到的PS-Poll帧中的AID来下发缓存的数据帧给对应的STA。
    
• Address n字段：表示MAC地址。4个Address位填法不固定，需要和Frame Control字段中的To DS/From DS位结合来确定。例如，帧从一个STA发往AP，与从AP发往STA，4个Address字段的填法是不一样的。Address n字段填写规则如表4-2所示。表4-2  Address n字段填写规则
  To DS
  From DS
  Address 1
  Address 2
  Address 3
  Address 4
  说明
  
  00目的地址源地址BSSID未使用管理帧与控制帧。例如，AP发送的Beacon帧。
  01目的地址BSSID源地址未使用如图4-6中的(1)，AP1向STA1发送的帧。
  10BSSID源地址目的地址未使用如图4-6中的(2)，STA2向AP1发送的帧。
  11目的AP的BSSID源AP的BSSID目的地址源地址如图4-6中的(3)，AP1向AP2发送的帧。
  图4-6  WLAN网络组网图
  
  
• Sequence Control字段：用来丢弃重复帧和重组分片，包含两个子字段：
  • Fragment Number：用于分片帧；
  • Sequence Number：用于检验重复帧，当设备收到一个802.11 MAC帧，其Sequence Number与之前收到的帧重复，则丢弃该帧。
    
• QoS Control字段：该字段只存在数据帧中，用来实现基于802.11e标准的WLAN QoS功能。
• Frame Body字段：也称为数据字段，负责传输上层有效载荷（Payload）。在802.11标准中，传输的载荷报文也被称为MSDU（MAC Service Data Unit）。
• 帧校验序列FCS（Frame Check Sequence）字段：用于检查接收帧的完整性。类似于Ethernet中的CRC。
  

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