3.3.4　802.11 Service介紹[13] 本節對802.11規范定義的和數據傳輸相關的服務進行介紹。規范在各服務的邏輯聯系上往往一句帶過，使得很難把它們之間的關系搞清楚。對數據傳輸來說，其邏輯關系如下。 - DSS用于完成數據的傳輸。 - 由于有線和無線網絡的差異性，當數據需要傳輸到有線網絡時候，就通過IntegrationService在二者之間進行轉換。 - 由于存在transition，為了保證DSS能找到對應的STA，所以就存在association、reassociation服務。 - 當STA不再使用DSS時，就通過disassociation服務離開DS。 803.802.11規范定義了很多Service。Service就是無線網絡中對應模塊應該具有的功能。本節內容主要來自802.11規范4.4節到4.8節，集中介紹了802.11無線網絡應該提供的Service。 **1.802.11 Service的分類** 從模塊考慮，802.11中的Service分為兩大類別（Category），分別如下。 - SS（Station Service）：它是STA應該具有的功能。 - DSS（Distribution System Service）：它指明DS應具有的功能。 前文也提到過DS，其定義比較模糊。規范中還特別強調說802.11并不指明DS的具體實現，它只是從邏輯上指明DS應該具有的功能，也就是DSS。 * * * * * **提示**　雖然規范未說明DS到底是什么，但目前普遍認為DS就是指以太網。 * * * * * SS和DSS包含一些相同的服務。這是因為無線網絡中，SS和DSS將協同工作。以數據傳輸為例，STA和DS都需要支持MAC幀數據的收發。所以二者必然包含類似的服務。另外，802.11中的Service還可從其所代表的功能出發進行劃分以得到如下類別。 - 6種Service用于支持802.11 MAC層的數據傳輸（規范定義為MAC Service Data Unit Delivery）。 - 3種Service用于控制802.11 LAN的訪問控制（Access Control）和數據機密性（Data Confidentiality）。 - 2種Service用于頻譜管理（Spectrum Management）。 - 1種Service用于支持QoS。 - 1種Service用于支持時間同步。 - 1種Service用于無線電測量（Radio Measurement）。 接下來，本章將從功能劃分角度出發來介紹其中所涉及的服務。 **2.數據傳輸相關服務** 毋庸置疑的是，無線網絡最重要的一個功能就是傳輸數據了。對802.11來說，此處的數據就是無線MAC幀數據。規范一共定義了6種Service支持數據傳輸。其中，QoS traffic Scheduling服務和QoS有關，主要目的是滿足QoS的要求，本書不對這部分內容進行介紹。 （1）Distribution Service和Integration Service 本節介紹數據傳輸服務中的前兩位，Distribution Service（DS，分布式服務）和Integration Service（IS，整合服務）。前文也提到過DSS，其目的其實非常簡單。只要STA傳送任何數據都會使用這項服務。當AP接收到數據幀后，就會使用該服務將幀傳輸到目的地。任何使用接入點的通信都會通過該服務進行傳播。包括關聯至同一個AP的兩個STA之間的相互通信。規范還 特別繪制了示意圖來展示DS，如圖3-12所示。 - BSS1中的STA1想發送數據給BSS2中的STA4。 - STA1先要把數據傳輸給BSS1中的AP，即STA2。 - STA2通過使用DSS將數據傳輸給DS。 - DS根據相關的信息找到位于BSS2的AP，即STA3。 - STA3把數據傳遞給STA4。 :-:  圖3-12　DS示意圖 在上述過程中，DSS的作用就是把來自STA2的數據傳遞到正確的STA3。規范并未說明DS如何實現DSS，它只要求數據發送端傳遞足夠的參數使得STA3能被正確找到。 整合服務的使用也包含在圖3-12中。當DSS發現數據的目的端是LAN時，就需要把數據傳給Portal了。這時候，DS就會使用IS將無線數據進行必要的轉換，以發送到LAN中去。 同樣，規范并未指明IS的具體實現，不過讀者可知家用的無線路由器就實現了該功能。 （2）association、reassociation、disassociation服務 前文曾提到，規范要求使用DSS時，必須提供足夠的信息給它以保證數據能傳輸成功。這些足夠的信息就是由association（關聯）、reassociation（重新關聯）和disassociation（取消關聯）服務提供的。這些服務是如何幫助DSS的呢？回答這個問題前，先介紹Transition Type。 Transition Type對STA在無線網絡中移動的類型進行了分類，分別如下。 - No-Transition：即沒有移動。它包括固定不動的情況以及在某個AP無線覆蓋范圍內移動。 - BSS-Transition：即從ESS中的一個BSS切換到另一個BSS。根據前面對ESS的介紹，我們希望這種移動不影響網絡的使用。當然，要真正實現無縫切換，需要做一些其他工作。這部分內容由規范中的"Fast BSS Transition"一節描述。 - ESS-Transition：從一個ESS中的BSS切換到位于另外一個ESS的BSS。這種情況極有可能導致網絡切換，影響用戶使用。 當DS傳輸數據時，DSS需要知道和哪個AP建立聯系。所以，規范要求STA在傳輸數據前，必須要和一個AP建立關聯關系，這就需要使用association服務。關聯服務的目的在于為AP和STA建立一種映射關系。例如當圖3-12中的DS向BSS1發送數據時，它得知道STA1和STA2通過association服務建立了一種映射，這樣數據才能傳遞給STA1。 在同一時刻，一個STA只能和一個AP建立關聯關系。但AP可和多個STA建立關聯關系。關聯服務回答了這樣一個問題：哪個AP為STA X服務？ 當STA進行transition的時候（如BSS Transition），它就需要使用reassociation服務了。因為之前它和BSS1建立了關聯關系，此后它需要和BSS2建立關聯關系。這時就可以使用reassociation服務來完成該功能。reassociation服務只能由STA發起。 當STA不需要使用DSS，或者AP不再為某個STA服務時，就需要調用disassociation服務。這樣STA就不能再使用DSS傳輸數據了。相比關聯和重新關聯，STA和AP都可以調用取消關聯服務。 * * * * * **提示**　隨著Wi-Fi安全要求的提高，上述場景在強健安全網絡（Robust Security Network）中將有較大不同。 * * * * * * * * * * **規范閱讀提示** 1. 上述內容在RSN中大有不同。RSN主要為了增強WLAN的數據加密和認證性能，并且針對WEP加密機制的各種缺陷做了多方面的改進。關于安全方面的內容，我們留待后文再介紹。 2. 介紹Service的時候，規范中還有一段對MAC幀類型進行了非常簡單的介紹，即Service的具體調用是通過發送不同的MAC幀來觸發的。規范中MAC幀分為三大類型，分別是data（數據幀）、management（管理幀）和control（控制幀）。其中和service直接相關的是management幀，而control幀用于幫助傳輸data和management幀。關于MAC幀的詳細內容在3.3.5節。 * * * * * **3.訪問控制和數據機密性相關服務** 訪問控制和數據機密性（Access Control and Data Confidentiality）包括三個服務。其主要目的是解決無線網絡中安全防護相關的工作。相比有線網絡而言，安全性是無線網絡中非常重要的一部分。以訪問控制為例，在有線網絡中，例如你去一家公司參觀，只有在經過對方同意的情況下，才能使用有線上網。有線網絡控制由網管或相關人員實施。而無線網絡中，只要你在該公司內部無線網絡的覆蓋范圍內，都可以接入此網絡。很明顯，這時就需要對無線網絡實施訪問控制了。 在訪問控制的進一步上，數據機密性用于對數據的內容進行加密保護。因為即使實施了訪問控制，由于傳輸的數據還是通過無線網絡，那么理論上無線網絡覆蓋內的所有人都可以接收到該數據。如果不加密的話，數據內容就能被不相關的人窺竊了。 規范定義了三個服務用于處理安全性，分別如下。 - Authentication和Deauthentication：這兩個服務用于Access Control，譯為身份驗證以及解除身份驗證。 - Confidentiality：原本稱為私密性（privacy）服務，后來對這部分內容實施了加強。目前規范中提到的數據加密方法有WEP、TKIP、CCMP。 **4.頻譜管理服務** 頻譜管理服務包括TPC（Transmit Power Control，傳輸功率控制）服務和DFS（DynamicFrequency Selection，動態頻率選擇）服務。這兩個服務的目的在于滿足不同管制機構對無線電資源使用時的一些特定要求。 對TPC而言，當無線設備工作在5GHz頻段時，必須限制其各信道的最大發射功率，以避免干擾衛星服務。其主要特點包括： - 支持STA根據功率要求選擇和不同的AP關聯。 - 根據管制機構的要求，設定當前信道的最大傳輸功率。 - 根據傳輸過程中的損耗等信息來自動調整傳輸功率。 和TPC類似，DFS也是針對那些工作在5GHz頻段的無線設備，使其能夠根據情況動態選擇傳輸信道以避免干擾雷達系統。DFS的主要特點是針對信道（即不同頻率），包括： - 根據STA支持的信道情況去選擇合適的AP。 - 靜默某個信道，以支持雷達的使用該信道。 - 在使用某個信道前，先檢查是否有雷達系統已經使用該信道了。如果有，則必須停止在該信道工作以避免干擾雷達。 **5.QoS和時間同步服務** 規范對這兩個服務的介紹不多，故本書也不展開詳細討論。簡單來說，802.11規范支持使用任何一種合適的QoS機制以預留一些資源，例如RRP（Resource Reservation Protocol）。 時間同步服務目的是支持一些對同步性要求較高的應用（如視音頻播放等）。這些應用使用的同步方式可基于規范中定義的STA之間時間同步（Timing Synchronization Function，TSF）機制之上。 * * * * * **提示**　QoS來源于802.11e。 * * * * * **6.無線電測量服務** 無線電測量（Radio Measurement）服務所提供的功能如下。 - 為上層應用提供查詢無線電相關信息的接口。 - 通過無線電測量來獲取周圍AP的信息。 - 能夠在所支持的信道上進行無線電測量。 * * * * * **提示**　無線電測量服務來源于802.11k。 * * * * * **7.802.11 Service相關知識總結** 本節對802.11提供的服務進行了基本介紹。服務其實是從無線網絡所提供的功能的角度來考察無線網絡技術的。所有服務中最關鍵的三個如下。 - 數據傳輸服務：這是無線網絡的一個主要功能。 - 安全方面的服務：由于無線網絡的特殊性，所以安全性是它必須要考慮的問題。 - 無線電測量服務：無線電測量用于無線網絡組建。例如STA必須通過該服務去發現周圍的AP。 * * * * * **提示**　筆者認為，上述服務從文字描述上看起來并不復雜。但對軟件工程師來說，很難把上述知識和編程/代碼等聯系起來。不過沒有關系，下文的內容將更加具體。尤其是3.3.6節關于MLME（MAC Layer Management Entity）的介紹，其描述方式就很接近編程中的API介紹。 * * * * *