无线WDS的技术实现及实际应用

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1、目录WDS 的技术实现及实际应用01802.11 简介 01.1 802.11 无线架构11.2 无线包结构12WDS 简介 32.1什么是 WDS32.2WDS 网络建立过程42.3WDS 工作原理42.4WDS 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.

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 80211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

3、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 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

4、布式系统(DS),在0SI 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12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1-2无线数据帧结构帧控制域结构XXXXXXXX XXXXXXXX

5、输入dsE与输出dsE是否更參数据域重传标志功率控制，是否艇分轻标志是否加密子类型輻美型=ooW，1嚎据帧，o琏制Ifi 协諛皈本总为o,不为o丢弃图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。输入DS输IDS地址4地址2地址3地址400DASABSSID01DABSSIDSA10BSSIDSADA11RATADAS

6、A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，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S

7、TA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

8、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

9、， 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(Au then ti ca tion)。DUT2回应告知鉴权认证已通过。DUT1 发起关联请求(AssociationRequest),被关联的SSID是“TP-LINK_92”。DUT回复关

10、联回 应(Association Response)告知关联成功，WDS连接成功。_p-.inkT_ee:7?:f2 iji-L-nkTjx:旺:胡:EEE 3C2.L1 Authentiodan,环=型F=0, :ags=cp-.inkT.bc:li-LJnkT_e2:77:f2 :eeeAuthentiotian,环=山 =0, Fag5=cpinkT.ee :7?:f 2 幵-L-nkT:：旺:胡:E=E aC2.L： Assad at ion Request, 5N=29L3, FN=0; ：lags=J 5SK=-?-L1.2p-.inkT_bc:63:a5 iji-L-nkT.eE

11、：: :EEE 3C2.L1 Association Response. SN=1, FC. Flaqs=)PC1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

12、 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 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

13、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 19 Station 1Station 1PC 1PC 2-Station Station 2Station 2Station 1PC 2PC 1Station 29 PC 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

14、中继模式，也是桥接模 式；Station 3是远端设备，处于中继模式。F8-D1-1LC5-34-2D(4 / )Staboti 274-EA-3A-3C-G3-A36WDS(W /Sladon 39i-0C-6D-EE-77-F200-2 2-F8-5 4- 3 9-EAF8-DL 11-15-B1-B7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。ICMP2 0.000156 ID.10.LO.

15、166 0. OOOiO ID. 10. L0.156 0.OOOS61 10.10.L0.1S65 0.051S9 ID.10.LO.1506 0. 0620L210.10. L0.15010.10.ID.16010.10.LD.16D10. 10.10.16010.1G.ID.16610.10.10.166ZCMFZCMFZCMPZCMFICMP7 0. 0S222310.10. L0.16010. 10.10.166ZCMP6 0. 0C4B8410.10. L0.16010. 10.10.165ZCMFEzho Oi na) recuest Echo ：!nc：) recuestEha

16、 (i na)Echo nc：) replyEchoEzhoreplyreplyreply图 2- 4 PC2 ping PC1 数据包*MAC 1MAC 2MAC 3MAC 4DirectionPC29Station 3Station 3PC 2PC 1-TPC 1Station 39Station 2Station 2Station 3PC 1PC 2Station 29Station 1Station 1Station 2PC 1PC 2Station 19PC1PC 1Station 1PC 2-PC iTStation 1Station 1PC 1PC 2-TPC2Station S

17、tation 2Station 2Station 1PC 2PC 1Station 2TStation 3Station 3Station 2PC 2PC 1Station 3TPC 2PC 2Station 3PC 1-ping来回pp2.4 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WDS的配置可以分为两类：无线路由和无线

18、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。Wireless SettiiigsSSIEkrP-LINK 4B992EReginncWarning:| Unrted StatesEnsure ycli select a ccrre： county10 co

19、nlonm local InccrredsetiincE maf cause inierferEnce.Channel:;Aulo 千Channel VVidlh:|Adtcmalic 亍 |Rats：130 DM bps|7 Enahie Wireiess Rouler RadioSSUXto be bridged):BSSiD(tot)g Dncigecn：Key typ&:WEP index:Auchi ype；Pas-swordtp Enahl SSID BroadcaslTEnahleWDSSave图 2- 5 TL-WR1043ND Wireless Settings 页面AP L

20、istAP Count: 19IDBSSIDSSIDSignalChannelSecurit;Choose1FF-25-0A-EC-00-00B rem APO26dB1OFFConned200-19-EO-B5-98-84TP-LltJK23dB1QFFConned300-0A-EB-00-23-15TP-LltJK_00231529dB1QFFConned400-19-EO-94-E1-F4TP-LltJKjnuyangihi40dB1QNConned5D S-5 D-4C-13-12-06TL19dB2OFFConned600-1D-0F-70-40-01TP-LltJK_7040015

21、5dB2OFFConned7D S-5 D-4C-13-12-00TP-LltJK_131.20827dB3OFFConned000-0A-EB-13-7B-00TP-LirJK_13?B0021 dB4OFFConnedg0A-1D-0F-2E-55-31TP-LirJK_2E5531_334dB4OFFConned1000-0A-EB-13-09-19TP-LirJK_13091951dB5OFFConned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

22、。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。Wireless SettingsMAC or ARRegiDn;Warning:Max T)t FiateOpe I tn Liun M ode;Re pe mt e rUnited StatesTEnsure you selects ?o：TC3tccuntPto conform local aw !ricollect -eltiiigs may ；;ajs

23、e ：riLej erei ut.2 D/40 MHz-引 0MbpsTIVI Enable Wireless Radio3 a vs图 2- 7 TL-WA901ND 的 Wireless Settings 页面AP UstAF Count 1EIDBSSIDSSIDSignalChannelSgcuritChooM74-EA-3A-AA-0B-BFTP-LINK_AAD8BF41clB1OFFConnect274-EA-3A-4E-2C-58rkw-siinSdB1ONConnect306 6OC 06 35-7ETP-LFMCI357E54d62OFFConnect百F3-D1 11 4

24、B AE -BETP-UNK_254372dB5ONCoiinect540-16-9F-2B-15-C6IP-LtNK. _PocKetAP_2B1 &C69dElSOFF仁 onriECtflOO-IF-SC-DI-OS-flD39dBBDM匚 Dnneert图2- 8点击Survey按钮后出现的APList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。SccurrtyWEP仲Autc-nriiaElE*WLP Kay ForaartHaxacGmiEiiKeytfiTE

25、P屉：sKey 2:口isoMed Key3:Dlsaaed vtoy 4:BisaMed ，WPASHFA2-P5lriUpeI uh:KUPM-FSKVEn-c-rypii on:wrP-SK P-ts-swurd.1生址B79D&iY&j w etLs- ASCII stisiactej benres皿 & and S-3 ar HaxiEfesamjJ char-iSere-3 4K1 z-4.併4口 Ktj Li p-daw Period:dfirTrinimum it- 30. 0 h*iij ng 四血笆:图2- 9选择Repea ter模式后的Wireless Securi t

26、y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

27、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PC1图2- 10

28、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 1Station1TStation2Station 2Station 1PC 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

29、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 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。