WIFI无线网络之802.11s(Mesh)简介

概述

IEEE 802.11s 是 IEEE 802.11 协议族中专门用于 无线 Mesh 网络（Wireless Mesh Network, WMN） 的标准，于 2011 年正式发布。它是 IEEE 为构建标准化无线 Mesh 网络提供的底层协议框架，为传统 Wi-Fi 网络引入了多跳、自组织、自修复的网络能力。

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The IEEE 802.11s Extended Service Set Mesh Networking Standard - Scientific Figure on ResearchGate. Available from: https://www.researchgate.net/figure/EEE-80211s-terms-A-Mesh-Portal-MPP-connects-to-the-wired-Internet-a-Mesh-Point-MP_fig2_3200401 [accessed 23 Jan 2026]

IEEE 802.11s 是对 IEEE 802.11 标准的一种扩展，它允许多个无线节点彼此直接互联，而无需中间的接入点（AP）。如果你家中有一个 AP，并且你想将一个文件复制到另一台笔记本电脑 B，而这台笔记本电脑 B 与你的笔记本电脑 A 连接的是同一个 AP，那么 A 会先将数据传输给 AP，再由 AP 转发给笔记本电脑 B。因此，A 和 B 之间的所有通信都必须经过 AP。

然而，IEEE 802.11s 允许 A 和 B 直接通信，而无需借助 AP。不过，IEEE 802.11s 的真正强大之处在于其支持多节点的无线网络。借助 802.11s 网状网络标准，各个节点可以组成一个多跳网络，整个网络的所有链路均采用无线连接。这意味着搭建这个网络完全不需要任何有线基础设施。在许多场景中，这一点非常实用：例如，灾害救援队伍可以携带支持 IEEE 802.11s 的笔记本电脑。即使这些笔记本电脑彼此之间并不在直接可视范围内，它们也能通过该网络与其他笔记本电脑进行信息交换。

IEEE 802.11 标准定义了无线分布式系统（WDS）。典型的 WDS 实施案例见于大学校园，比如在整个校园内安装多个 AP，这些 AP 共用同一个 SSID。这些 AP 之间通过以太网等有线网络连接起来，但用户可以通过无线连接接入这些 AP。不妨把 IEEE 802.11s 看作是在上述场景中用无线链路取代了有线连接。这样一来，就省去了铺设和维护电缆等基础设施的成本。此外，这种设计还带来了极大的灵活性——无论是移动 AP 的位置，还是新增 AP，都变得更加方便。

802.11s 的核心目标与意义：

覆盖范围扩展：通过多跳中继，克服单 AP 覆盖有限的问题
网络冗余与可靠性增强：任意节点失效时，网络自动通过其他路径通信
部署成本降低：无需有线回传，适合难以布线的区域
动态拓扑适应：节点可自由加入/离开，网络自动调整路由

802.11s 网络架构与节点类型

Mesh 网络架构

Mesh 节点类型

节点类型	功能	说明
Mesh Point (MP)	基本 Mesh 节点，可转发数据、参与路由	构成 Mesh 网络的基本单元
Mesh Portal (MPP)	连接 Mesh 网络与外部网络（如 Internet）的网关	作为 Mesh 网络的出口点
Mesh Access Point (MAP)	既作为 MP 又提供传统 STA 接入服务	同时支持 Mesh 通信和普通 Wi-Fi 客户端

所有 MP 节点组成一个 **Mesh Basic Service Set (MBSS)**。

Mesh Point (MP) 一个网状节点（MP）支持一种对等链路管理协议，该协议用于发现邻近节点并对其进行跟踪。需要注意的是，邻居发现仅限于位于MP覆盖范围内的节点。对于与距离超过一跳的节点进行通信，MP还支持混合无线网状网络协议（HWMP）。这种协议之所以称为“混合”，是因为它同时支持两种路径选择协议。尽管这些协议与路由协议非常相似，但请务必注意，在IEEE 802.11s标准中，它们使用的是MAC地址进行“路由”，而非IP地址。因此，我们采用“路径”这一术语，而非“路由”，相应地，也使用“路径选择”来代替“路由”。
Mesh Portal (MPP) IEEE 802.11s网状网络可用于多种用途。其中之一便是提供廉价的互联网接入。在这种情况下，至少有一个节点，甚至可能部分节点会连接到互联网。连接到该网状网络的用户可通过这些称为“网状门户”（MPP）的网关节点访问互联网，这些MPP同时连接着网状网络和互联网。需要注意的是，一个MPP必须至少桥接两个接口，才能实现网关功能。
Mesh Access Point (MAP) MAP 是一种在传统 AP 的基础上增加了网状网络功能的设备。因此，它既可以作为 AP 使用，又可以同时成为网状网络的一部分。

802.11s 关键技术详解

1. Mesh 连接建立与拆除

(1) Mesh 连接建立

MP 在选出候选 Peer 后，可以与之发起 Mesh 连接建立过程
协商 Mesh 连接的双方需要确保使用相同的 Mesh profile
每个 MP 可以根据需要建立一条或多条 Mesh 连接
连接建立后，需要进行后续认证和安全协商，之后 Mesh 连接才可以参与 Mesh 数据转发

(2) Mesh 连接拆除

Mesh 连接双方中任一方，均可以主动向对方发送 Peer Link Close 消息
收到 Peer Link Close 消息的 MP，需要向对方 MP 回应一个 Peer Link Close 消息

2. Mesh 安全机制

802.11s 安全机制是为解决 Mesh 网络多跳性带来的新安全挑战而设计的：

(1) 认证方式

802.1x 认证：通过 Supplicant MP 与 AAA server 交互产生后续密钥协商用的种子密钥 MSK
PSK 认证：直接使用 PSK 作为密钥协商的种子密钥

(2) 密钥层次结构

Mesh 连接安全分支：用于协商 Mesh 连接使用加密密钥
密钥分发分支：用于协商 MKD 和 MA 间安全通信所用的密钥

(3) Mesh 安全关联建立

MSA 建立过程：包括 MSA 认证（可选）和四路握手
- 若使用 802.1x 认证，则需进行 MSA 认证，产生 PMK-MKD 和 PMK-MA
- MA 和 Supplicant MP 进行四路握手，生成最终用于加密的 PTK
Mesh 密钥持有者安全关联：Supplicant MP 转化为 MA 角色前，必须完成与 MKD 之间的安全关联

3. Mesh 选路协议

802.11s 标准中定义了多种选路协议，确保数据帧能始终通过最优链路传输：

选路协议	特点	适用场景
HWMP (Hybrid Wireless Mesh Protocol)	结合主动式和按需式两种模式	802.11s 强制要求的默认路由协议
Proactive (主动式)	类似 AODV 的树状路由（Root 向下广播 RANN 消息）	MPP 为中心的场景
On-demand (按需式)	类似 AODV，源节点发起路由请求	动态拓扑场景

对等链路管理协议（Peer Link Management Protocol）用于邻居（对等）发现与维护。当一个无线节点被配置为MP时，它会开始发送信标帧。其他位于该新节点覆盖范围内的节点，在接收到新节点的信标帧后，将启动对等链路管理协议有限状态机。

HWMP用于路径选择，这是为了找到一条通往非邻近节点的“路由”所必需的。HWMP主要包含两个部分：一个主动式部分，本质上是一种基于树状结构的分层路由协议；另一个按需式部分，则是对按需自组网路由协议（AODV）的一种改进。

4. Mesh 转发机制

Mesh 网络中的所有 MP 对数据帧均在二层进行标准的桥转发：

单播数据帧：
- 查找转发表项
- 若查到匹配表项，则由该表项对应的 Mesh 链路发送
- 若未匹配任何表项，则从所有处于活跃状态的 Mesh 链路发送
组播/广播数据帧：
- 从所有处于活跃状态的 Mesh 链路发送

802.11s 的关键特性

自组织与自发现：节点通过 Beacon 帧和 Probe Request/Response 自动发现邻近 MP，使用 Mesh ID 识别所属 Mesh 网络
链路管理：建立、维护、拆除 MP 之间的对等链路，支持四次握手认证
多跳转发：数据帧在 MP 之间逐跳转发，支持广播、组播、单播
QoS 支持：基于 EDCA（Enhanced Distributed Channel Access），继承自 802.11e，保证语音、视频等实时业务优先级
安全机制：支持 SAE（Simultaneous Authentication of Equals，WPA3 引入），链路级加密（CCMP/AES）
帧结构扩展：在标准 802.11 MAC 帧基础上增加 Mesh Control 字段，包含 TTL（Time to Live）、Sequence Number 和 Address 4 字段

802.11s 与相关标准的关系

802.11s ≠ Wi-Fi EasyMesh：EasyMesh 是 Wi-Fi Alliance 的商业认证方案，基于有线/无线混合回传，不依赖 802.11s
802.11s 是纯无线多跳标准，而多数消费级 Mesh 路由器使用专有协议 + 有线/点对点无线回传

802.11s 的应用与挑战

802.11s 的应用场景

应用场景	优势
智慧城市（路灯、监控）	无需布线，自组网
校园/工业园区	覆盖广，容灾强
应急通信（地震、火灾）	快速部署，自修复
农村宽带接入	低成本扩展最后一公里
大型场馆（体育馆、展会）	动态扩容，负载均衡