I detta avsnitt undersöker vi de olika topologierna (nätverksstrukturerna) som används i trådlösa LAN (WLAN). Genom att förstå hur dessa topologier fungerar kan vi designa trådlösa nätverk som är anpassade för olika miljöer och behov.
Vi går igenom hur olika WLAN-strukturer påverkar täckning, prestanda och mobilitet, samt hur enheter kommunicerar inom dessa nätverk.
802.11 trådlösa nätverkstopologier
Trådlösa LAN kan använda olika topologier. IEEE 802.11-standarden definierar två huvudsakliga driftlägen:
- Ad hoc
- Infrastruktur
Dessutom används ibland tethering, vilket är en praktisk variant av ett temporärt trådlöst nätverk. Tethering är en vanlig funktion i smartphones och surfplattor där enheten delar sin mobila internetanslutning genom att skapa en personlig hotspot.
Ad hoc
I ett Ad hoc-nätverk ansluter två eller flera enheter direkt till varandra i ett peer-to-peer-läge (P2P) utan att använda en accesspunkt (AP). Exempel på tekniker som kan använda denna typ av anslutning är Wi-Fi Direct och Bluetooth.
I IEEE 802.11-terminologi kallas ett Ad hoc-nätverk för ett Independent Basic Service Set (IBSS). Ad hoc-nätverk används främst för tillfälliga anslutningar mellan enheter och saknar den centrala hantering som finns i infrastruktur-nätverk.
Infrastruktur
I infrastruktur-läge ansluter trådlösa enheter till nätverket via en accesspunkt (AP) eller en trådlös router. Accesspunkten är vanligtvis ansluten till ett trådbundet nätverk, som i IEEE-terminologi kallas Distribution System (DS). Detta distributionssystem transporterar trafik mellan trådlösa klienter, andra accesspunkter, servrar och internet.
Infrastruktur-läget ger flera fördelar jämfört med Ad hoc:
- centraliserad hantering
- bättre säkerhet
- större täckningsområde
- stöd för roaming
Infrastrukturens topologier
I infrastruktur-läge finns två viktiga nätverksstrukturer: Basic Service Set (BSS) och Extended Service Set (ESS)
Basic Service Set (BSS)
Ett Basic Service Set (BSS) består av en accesspunkt (AP) och de trådlösa klienter som är anslutna till den. Alla klienter inom detta område kommunicerar via accesspunkten.
Varje BSS identifieras av ett Basic Service Set Identifier (BSSID), vilket vanligtvis är MAC-adressen för accesspunktens trådlösa interface.
Det geografiska område där en AP tillhandahåller trådlös täckning kallas Basic Service Area (BSA). Om två BSA är nära varandra kan en overlapping inträffa.
Extended Service Set (ESS)
För att täcka ett större område kan flera BSS kopplas samman till ett Extended Service Set (ESS).
I ett ESS flera accesspunkter ansluts till samma Distribution System och alla accesspunkter använder samma SSID. Detta gör det möjligt för trådlösa klienter att roama mellan olika accesspunkter utan att tappa anslutningen.
Upptäckt och anslutning till ett WLAN
För att en klient ska kunna kommunicera i ett WLAN måste den först detektera signaler och ansluta till en accesspunkt. Denna process kallas association. Processen består av tre steg:
- Upptäckt (Discovery)
- Autentisering (Authentication)
- Association
När dessa steg är genomförda kan klienten börja skicka och ta emot data i nätverket.
Passivt upptäcktsläge
I passivt läge skickar accesspunkter regelbundet ut beacon-ramar. Dessa ramar innehåller information som SSID, säkerhetsinställningar, godkända standarder och timinginformation.
Klienter lyssnar efter dessa beacon-signaler för att upptäcka vilka nätverk som finns tillgängliga.
Aktivt upptäcktsläge
I aktivt läge skickar klienten istället en probe request för att söka efter nätverk. Accesspunkter som matchar förfrågan svarar med en probe response som innehåller nätverksinformation.
Klienten kan söka efter ett specifikt SSID och skicka en broadcast-förfrågan för att hitta alla nätverk.
CSMA/CA
WLAN använder halv-duplexkommunikation, vilket innebär att en enhet inte kan sända och ta emot samtidigt. Eftersom en trådlös enhet inte kan upptäcka kollisioner medan den sänder används mekanismen Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA).
Denna metod försöker undvika kollisioner innan de uppstår. Förenklat fungerar processen så här:
- Enheten lyssnar på radiokanalen.
- Om kanalen är ledig väntar enheten en kort slumpmässig tid.
- Därefter skickas data.
- Mottagaren skickar en ACK-bekräftelse.
- Om ingen bekräftelse tas emot skickas ramen igen.
I vissa situationer kan även RTS/CTS-mekanismen användas för att minska risken för kollisioner.
802.11-ramstruktur
Alla lager-2-ramar, inklusive 802.11-ramar, består av tre huvuddelar: Header, Payload och Frame Check Sequence (FCS). 802.11-ramar liknar Ethernetramar men innehåller fler fält eftersom trådlös kommunikation kräver mer kontrollinformation.
De viktigaste fälten är:
- Frame Controll – Identifierar ramtyp och kontrollinformaiton
- Duration – Anger hur länge kanalen reserveras
- Address 1 – MAC-adress till mottagaren
- Address 2 – MAC-adress till sändaren
- Address 3 – Destination eller BSSID
- Sequence Control – Håller ordning på ramar
- Payload – Själva datainnehållet
- FCS – Felkontroll
I vissa fall används även ett fjärde adressfält, till exempel vid vissa typer av trådlösa bryggor.
Kort sammanfattning
I detta avsnitt har vi gått igenom de viktigaste strukturerna och mekanismerna i ett WLAN:
- WLAN kan använda Ad hoc eller infrastruktur-läge
- Infrastruktur-nätverk består av BSS och ESS
- Klienter ansluter genom discovery, autentisering och association
- WLAN använder CSMA/CA för att undvika kollisioner
- Kommunikation