IE工業(yè)工程IEEE80211協(xié)議與mac層介紹

1、IEEE 802.11 Wireless LAN 網(wǎng)絡(luò) 1. 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及特性簡介 由于可攜式計算機普及率的快速成長，無線局域網(wǎng)絡(luò)對今日的計算機及通訊工業(yè)來講， 將成為一項重要的觀念及技術(shù)。 在無線局域網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)中， 計算機主機不需要像在傳統(tǒng)的有 線網(wǎng)絡(luò)里，必需保持固定在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的某個節(jié)點上， 而是可以在任意的時間作任何的移動， 也能對網(wǎng)絡(luò)上的資料作任意的接入。 大體說來， 無線網(wǎng)絡(luò)有四項特性與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)不同： 一、無線網(wǎng)絡(luò)的目的地址 (Destination Address) 通常不等于目的位置 (Destination Location) ： 在有線網(wǎng)絡(luò)里， 一個地址通常就代表一個固定

2、的位置， 然而在無線網(wǎng)絡(luò)里， 這件事不一 定成立， 因為在無線網(wǎng)絡(luò)中， 事先被給定地址的一部計算機， 隨時都有可能會移動到不同的 地方。 二、無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介會影向整體網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計： 無線網(wǎng)絡(luò)的實體層和有線網(wǎng)絡(luò)的實體層基本上有很大的不同， 無線網(wǎng)絡(luò)的實體層有下列 特性： 點和點之間的連結(jié)范圍是有限的，因為這牽涉到訊號強弱的關(guān)系。 使用了一個需要共享的傳輸媒介。 傳送的訊號未被保護，易受外來噪聲干擾。 在資料傳送的可靠性來講，較有線網(wǎng)絡(luò)來的差。 具有動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)。 因為上述的原因， 使得設(shè)計整個網(wǎng)絡(luò)的軟硬體架構(gòu)， 就會和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)不同。 舉例 而言， 由于訊號傳送范圍的受限， 使得無線

3、局域網(wǎng)絡(luò)硬體架構(gòu)的設(shè)計， 就必需考慮到只能在 一個有著合理幾何距離的區(qū)域內(nèi)。 三、無線網(wǎng)絡(luò)要有能力處理會移動的工作站： 對無線網(wǎng)絡(luò)來講， 一個重要的要求就是， 不但能處理可攜式的工作站 (portable station) ， 更要能處理移動式的工作站 (mobile station) ，可攜式的工作站也會從某一個位置移動到另一 個位置， 但長時間來看， 它通常還是會固定在某一個位置上。 而移動式的工作站就有可能在 短時間內(nèi)不斷的移動，且會在移動中仍對網(wǎng)絡(luò)上的資料作存取。 四、無線網(wǎng)絡(luò)和其它 IEEE 802 網(wǎng)絡(luò)層間的關(guān)系不同： 為了達到網(wǎng)絡(luò)的透明化， 無線局域網(wǎng)絡(luò)希望做到在邏輯鏈接層就能和

4、別的網(wǎng)絡(luò)相通， 這 使得無線局域網(wǎng)絡(luò)必需將處理移動性工作站及保持資料傳送可靠性的能力全做在網(wǎng)絡(luò)媒介 接入層 (MAC Layer) 中，這和傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)在媒介接入層所需具有的功能是不同的。 無線局域網(wǎng)絡(luò)正逐漸受到重視， 為了使各種競爭產(chǎn)品之間能兼容互通， 標準的制定就成 了重要的工作，而 IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)絡(luò) (wireless LAN) 的標準就在這樣的情況下誕 生。 IEEE 802.11 主要目的是要制定一套適合在無線局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下作業(yè)的通訊協(xié)議， 最重 要的工作， 就是要制定出 MAC 層和實體層。 因此 IEEE 802.11 的參考模式主要分成兩部份，第一部份是制定

5、出適用于所有無線網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)的 MAC 規(guī)格，設(shè)計出和實體層無關(guān)的 MAC 協(xié)議。第二部份則是制定出和傳輸媒 介相關(guān)的 PHY 規(guī)格。 IEEE 802.11 所支持的每一種傳輸訊號頻寬， 都有不同的 PHY 規(guī)格。 例如， 915MHz頻寬、2.4GHz 和 5.2GHz 頻寬以及紅外線頻寬等， 都有不同的 PHY 規(guī)格。 此外功率的管理和時限性的服務(wù)等也包括在 IEEE 802.11 的定義范圍內(nèi)。 本章討論的重點將 著重在 IEEE 802.11 所制訂出的 MAC 通訊協(xié)議上。 IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)絡(luò)的主要特性如下： ( 1 )多重傳輸速率： IEEE 802.11 可以讓

6、工作站使用不同的傳輸速率 (單位為 100kbps) 在網(wǎng)絡(luò)上通訊。例如 0.5 Mbps, 1 Mbps 或 2 Mbps。 (2) 幀為 IEEE 802.11 幀。 (3) 傳輸媒介為無線電。 (4) 基本通訊協(xié) 議為 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidanee)。如果同時有二個或二個以上的工作站傳送幀將造成沖撞，發(fā)生沖撞的幀視為無 效并丟棄。 IEEE 802.11 所采用的 CSMA/CA 通訊協(xié)議雖可避免大部分不必要的沖撞，但仍 無法完全排除沖撞的現(xiàn)象。因此只適合用來傳送非實時性的資料。 ( 5)提

7、供兩種傳送服務(wù)。分布式協(xié)調(diào)功能 (Distributed Coordination Funetion, DCF) 使 用 CSMA/CA ，適合傳輸非實時信息。集中式協(xié)調(diào)功能 (Point Coordination Funetion, PCF) 由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者 (Point Coordinator) 掌控并且以輪詢 (polling) 的方式安排工作站傳送幀的時 機及順序。由于工作站傳送的時間可事先安排，因此可提供保證傳送延遲的服務(wù)。 非實時傳輸使用之頻寬不保證公平分配。 在 DCF 部份，由于工作站利用 CSMA/CA 通 訊協(xié)議來互相競爭傳送幀的機會， 并沒有輪流傳送的特性， 因此每個工作站

8、實際使用的頻寬 量可能不同。 ( 6)提供認證 (Authentieation) 及資料保密 (Privaey) 功能。 無線電是一種開放性的介 質(zhì)，任何人都可以很容易的干擾或竊聽。任證是確任對方的身分，免得在不知情的狀況下， 因為與陌生人通訊而泄漏重要的信息。保密是利用加密 (Eneryption) 及解密 (Deeryption) 的技術(shù)來保護傳送的資料，使得竊聽者即使竊聽到資料也無法得知其內(nèi)容。 (7)較不適合多媒體信息傳輸。雖然網(wǎng)絡(luò)提供保證的傳送延遲服務(wù)，但目前最高的傳 送速率只有 2 Mbps。此頻寬尚不足以應(yīng)付具有實時要求的多媒體信息。如果無線網(wǎng)絡(luò)上同 時存在許多工作站，則每一部工

9、作站平均分配到的頻寬將更少。 2無線局域網(wǎng)絡(luò)硬件架構(gòu) 要了解無線局域網(wǎng)絡(luò)硬件架構(gòu)之前，要先了解無線局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的功能需求，因為 IEEE 802.11 就是根據(jù)這些需求，擬訂了一套無線局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本架構(gòu)。 IEEE 802.11 將最低的功能頻寬訂為 1Mbps ，這對于一般性的操作，像檔案傳輸、程序加載、交易處理 等，是絕對必要的。 對于需要傳輸實時數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件， 像數(shù)字式聲音、 影像等， IEEE 802.11 也提供了時限性 (time bou nded)的服務(wù)。另外，IEEE 802.11 也定義了包括財務(wù)、辦公室、學(xué) 校以及工業(yè)大樓等各種環(huán)境中的可靠操作需求。 此外， 還定義了

10、行動式的計算機系統(tǒng)至少必 須支持每小時幾哩的行人速度。而為了整合這些需求， IEEE 802.11 就制訂出兩種不同類型 的無線局域網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)： 有基礎(chǔ)架構(gòu)的無線局域網(wǎng)絡(luò) (Infrastrueture Wireless LAN) 無基礎(chǔ)架構(gòu)的無線局域網(wǎng)絡(luò) (Ad Hoe Wireless LAN) 所謂的基礎(chǔ)架構(gòu)通常指的就是一個現(xiàn)存的有線網(wǎng)絡(luò)分布式系統(tǒng) (wired distribution system)，在這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，會存在一種特別的節(jié)點，稱作接入點 (access points),這個接 入點的功能就是要將一個或多個的無線局域網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)存的有線網(wǎng)絡(luò)分散系統(tǒng)相連結(jié)， 以提供 某個無線

11、局域網(wǎng)絡(luò)中的工作站， 能和較遠距離的另一個無線局域網(wǎng)絡(luò)的工作站通訊， 另一方 面也促使無線局域網(wǎng)絡(luò)中的工作站， 能接入有線分布式系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)資源。 這一類型的無線 網(wǎng)絡(luò)通訊范圍，通常是以同一棟建筑物出現(xiàn)，例如，商店、醫(yī)院、或是同一棟樓層。 無基礎(chǔ)架構(gòu)的無線局域網(wǎng)絡(luò)主要是要提供不限量的用戶，能實時架設(shè)起無線通信網(wǎng)路， 在這種架構(gòu)中，通常任二個用戶間都可直接通訊， 這一類的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在會議室里經(jīng)常用 得上。IEEE 802.11 所制訂的架構(gòu)允許無基礎(chǔ)架構(gòu)的無線局域網(wǎng)絡(luò)和有基礎(chǔ)架構(gòu)的無 線局域網(wǎng)絡(luò)同時使用同一套基本接入?yún)f(xié)議。然而，一般討論 IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)絡(luò) 硬體架構(gòu)，還是偏重

12、在有基礎(chǔ)架構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)上 。IEEE 802.11 所定義的無線網(wǎng)絡(luò)硬體 架構(gòu)，主要由下列組件所組成(參考圖 13-1): 分散式系統(tǒng) 圖 13-1 無線網(wǎng)絡(luò)硬體架構(gòu)組成組件 Wireless Medium (WM):無線傳輸媒介，無線局域網(wǎng)絡(luò)實體層所使用到的傳輸媒介。 Station (STA):工作站，任何設(shè)備只要擁有 IEEE 802.11 的 MAC 層和 PHY 層的接口，就 可稱為一個工作站。 Station Services (SS)：工作站服務(wù)，提供工作站送收資料的服務(wù)。 Basic Service Area (BSA):在有基礎(chǔ)架構(gòu)的無線局域網(wǎng)絡(luò)中，每一個幾何上的建構(gòu)區(qū)塊 (

13、building block) 就稱為一個基本服務(wù)區(qū)域 (Basic Service Area,簡稱 BSA)，每一建構(gòu)區(qū)塊 的大小依該無線工作站的環(huán)境和功率而定。 Basic Service Set (BSS):基本服務(wù)區(qū)中所有工作站的集合。 Distribute System (DS):分布式系統(tǒng)，通常是由有線網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成， 可將數(shù)個 BSAs連結(jié)起來。 Access Point (AP):接入點，連結(jié) BSS 和 DS 的設(shè)備，不但具有工作站的功能，還提供工 作站具有接入分布式系統(tǒng)的能力，通常在一個 BSA 內(nèi)會有一個接入點。 Extended Service Area (ESA):數(shù)個

14、BSAs 經(jīng)由 DS 連結(jié)在一起，所形成的區(qū)域，就叫作一 個擴充服務(wù)區(qū)。 Extended Service Set (ESS):數(shù)個經(jīng)由分布式系統(tǒng)所連接的 BSS 中的每一基本工作站集， 形 成一個擴充服務(wù)集。 Distribution System Services (DSS):分布式系統(tǒng)所提供的服務(wù)，使得資料能在不同的 BSSs 間傳送。 IEEE 802.11 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)絡(luò)相連結(jié)是經(jīng)由一個稱為 埠接器 (Portal)的連結(jié)設(shè)備，如圖 13-2 所示。端口接器的主要功能是將資料從有線局域網(wǎng)絡(luò)送入 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，或?qū)碜詿o線局域網(wǎng)絡(luò)的資料送入有線局域網(wǎng)絡(luò)中。 這之間除了

15、必須考慮通訊協(xié)議的不同外也要考慮到傳輸媒介的差異。 DS 分散式系統(tǒng) 圖 13-2 無線局域網(wǎng)絡(luò)與有線局域網(wǎng)絡(luò)之相連結(jié) 3. 無線局域網(wǎng)絡(luò)軟件架構(gòu) IEEE 802.11 的軟體架構(gòu)主要可分為工作站軟體和分布式系統(tǒng)軟體二部份。標準中并無 規(guī)定應(yīng)如何實作此分布式系統(tǒng)軟體， 取而代之的是，它描述了這個分布式系統(tǒng)應(yīng)提供那些服 務(wù)才能滿足整個系統(tǒng)所需。因此，無線網(wǎng)絡(luò)的軟件架構(gòu)可看成是由下列二大類的服務(wù)所組成 （參考圖 13-3）: DS 分散式昂統(tǒng) 圖 13-3 無線網(wǎng)絡(luò)軟體服務(wù)架構(gòu) 工作站服務(wù)（Station Services,簡稱 SS）,由工作站所提供。此類服務(wù)提供工作站具有正 確送收資料的能力

16、，另外也考慮傳送資料的安全性。包含下列兩種服務(wù)： 身份確認服務(wù)（Authentication） 隱密性服務(wù)（Privacy） 分布式系統(tǒng)服務(wù)（Distribution System Services,簡稱 DSS），由分布式系統(tǒng)所提供。此類 卜儲 FSS 服務(wù)使 MAC 幀能在同一個 ESS 中的不同 BSS 間傳送。 無論工作站移動到那里， 也都要 能收到它該收到的資料， 這類服務(wù)大部份是由一個特別的工作站呼叫使用， 此工作站本身也 同時提供這些服務(wù)，因此也稱為接入點 (Access Point, 簡稱 AP) 。接入點是唯一同時提供 SS 和 DSS 的無線網(wǎng)絡(luò)組件，它也是工作站與分布式系

17、統(tǒng)間的橋梁。分散系統(tǒng)提供下列五種服 務(wù)： 聯(lián)結(jié)服務(wù) (Association) 取消聯(lián)結(jié)服務(wù) (Disassociation) 分送服務(wù) (Distribution) 整合服務(wù) (Integration) 重聯(lián)結(jié)服務(wù) (Reassociation) IEEE 802.11 所指定的七種服務(wù)中有五種是用來 支持使媒介接入服務(wù)資料單元 (MAC service data unit, 簡稱 MSDU) 能在不同的 BSS 間傳送。 另外二種則是用來控制工作站對 IEEE 802.11 局域網(wǎng)絡(luò)的接入，及資料的隱私性。其功能分述如下： 分送服務(wù) (Distribution) ：此服務(wù)的主要工作就是將分

18、布式系統(tǒng)中的資料送到該送到的地 方。以圖 13-3 為例，假設(shè)有一筆幀要從 工作站 1 送到 工作站 4 ，一開始這筆幀會先被 送到工作站 2 ( 輸入接入點 )，接著工作站 2 會透過分送服務(wù) 將這筆幀送到工作站 3 ( 輸 出接入點),而工作站 3 再透過無線媒介將幀送達工作站 4。IEEE 802.11 并沒有規(guī)定分散 系統(tǒng)要如何將幀正確的送達目的位置，但它說明了在聯(lián)結(jié) (Association) 、取消聯(lián)結(jié) (Disassociation) 及重聯(lián)結(jié) (Reassociation) 等服務(wù)中該提供那些信息，使得分散系統(tǒng)可以 決定該筆幀該送往那個輸出接入點，而將幀送達正確的目的地位置。

19、整合服務(wù) (Integration) ：此服務(wù)的主要目的是要使幀能在分散系統(tǒng)和現(xiàn)存的傳統(tǒng)局域網(wǎng) 絡(luò)間傳送。如果分送服務(wù)知道該筆幀的目的地位置是一個現(xiàn)存的 IEEE 802.x 有線局域網(wǎng) 絡(luò)，則該筆幀在分散系統(tǒng)中的輸出點將是埠接器而不是接入點。 分送服務(wù)若發(fā)現(xiàn)該幀是要被 送到埠接器將會使得分散系統(tǒng)在幀送達端口接器后接著驅(qū)動整合服務(wù) ，而整合服務(wù)的任 務(wù)就是將該筆幀從分散系統(tǒng)轉(zhuǎn)送到相連的局域網(wǎng)絡(luò)媒介。 其中整合服務(wù)要做的主要工作就是 將不同的地址空間做一個轉(zhuǎn)換。 為了要了解以下所將要介紹的聯(lián)結(jié) (Association) 、取 消聯(lián)結(jié)(Disassociation)及重聯(lián)結(jié)(Reassociat

20、ion)等服務(wù)的意義，我們先介紹一個叫做 移 動性 (mobility) 的觀念， IEEE 802.11 對工作站，定義了三種程度的移動性 ，分別描述 如下： 無變動： 此程度的移動性又可分為以下兩種型式： 靜止(工作站根本就沒動)及區(qū)域性 的移動(工作站只在一個基本服務(wù)區(qū)內(nèi)移動) 。 基本服務(wù)區(qū)的變動： 工作站會從一個基本服務(wù)區(qū)移動到另一個基本服務(wù)區(qū)， 但仍保持在 同一個擴充服務(wù)區(qū)內(nèi)。 擴充服務(wù)區(qū)的變動： 工作站會從某一個擴充服務(wù)區(qū)內(nèi)的基本服務(wù)區(qū)移動到另一個擴充服 務(wù)區(qū)內(nèi)的基本服務(wù)區(qū)。 聯(lián)結(jié)服務(wù)(Association)：此服務(wù)的主要目的是要在工作站和接入點之間建立一個通訊聯(lián) 機。當分布式

21、系統(tǒng)要將資料送給工作站時， 它必需事先知道這個工作站目前是透過那個接入 點來接入分布式系統(tǒng)， 這些信息就是由聯(lián)結(jié)服務(wù)來提供。 一個工作站在被允許藉由某個接入 點送資料給分散系統(tǒng)之前， 它必須先和此接入點作聯(lián)結(jié)， 通常在一個基本服務(wù)區(qū)內(nèi)有一個接 入點，因此任何在這個基本服務(wù)區(qū)內(nèi)的工作站想和外界作通訊， 就必須先向此接入點相 聯(lián)結(jié)。 此動作類似注冊 ，因為當工作站作完聯(lián)結(jié)的動作后， 接入點就會記住此工作站目前在它的管 轄范圍之內(nèi)。 請注意 在任一瞬間， 任一個工作站只會和一個接入點作聯(lián)結(jié) ，這樣才能使得分 散系統(tǒng)能在任一時候知道哪一個工作站是由哪一個接入點所管轄。 然而， 一個接入點卻可同 時和多

22、個工作站作聯(lián)結(jié)。聯(lián)結(jié)服務(wù)都是由工作站所激活的，通常工作站會藉由激活聯(lián)結(jié)服務(wù) 來要求和接入點作一個聯(lián)結(jié)。 重聯(lián)結(jié)服務(wù)( (Reassociation)：此服務(wù)的主要目的是要將一個移動中工作站的聯(lián)結(jié)，從一 個接入點轉(zhuǎn)移到另一個接入點。 當工作站從一個基本服務(wù)區(qū)移動到另一個基本服務(wù)區(qū)時， 它 就會激活一個重聯(lián)結(jié)的服務(wù)，此服務(wù)會將工作站和它所移入的基本服務(wù)區(qū)內(nèi)的接入點作 一個聯(lián)結(jié)，使得分散系統(tǒng)將來能知道此工作站目前已由另一個接入點所管轄了。 重聯(lián)結(jié)的服 務(wù)也都是由工作站所激活的。 取消聯(lián)結(jié)服務(wù)(Disassociation)：此服務(wù)的主要目的是取消一個聯(lián)結(jié)。當一個工作站傳送 資料結(jié)束時，可以激活取消聯(lián)

23、結(jié)服務(wù) 。另外，當一個工作站從一個基本服務(wù)區(qū)移動到另 一個基本服務(wù)區(qū)時， 它除了會對新的接入點激活重聯(lián)結(jié)服務(wù)外，也會對舊的接入點激活 取消聯(lián)結(jié)服務(wù)。此服務(wù)可由工作站或接入點來激活。不論是哪一方激活，另一方都不能 拒絕。接入點可能因為網(wǎng)絡(luò)負荷的原因，而激活此服務(wù)對工作站取消聯(lián)結(jié)。 身份確認服務(wù)(Authentication):此服務(wù)的主要目的是用來確認每一個工作站的身份。 IEEE 802.11 支持一種叫做盤問/響應(yīng)(Challenge/Response,簡稱 C/R)的身份確認方法。 一般 C/R 身份確認的方法主要有下列三個步驟 ： 聲明身份 (Assertion of Ide ntity

24、) 盤問聲明(Challe nge of Assertio n) 響應(yīng)盤問(Respo nse to Challe nge) 以下為 C/R 身份確認方法的實例 聲明(Assertion):我是工作站 4 盤問(Challenge):證明你的身份 響應(yīng)(Response):這是我的密碼 結(jié)果(Result):如果密碼 0K，工作站就完成身份確認 IEEE 802.11 通常要求雙向式的身份確認。在任一瞬間，一個工作站能同時和多個工作 站(包含接入點)作身份確認的動作。 身份確認的服務(wù)是屬于工作站服務(wù) 。 隱密性服務(wù)( (Privacy)；此服務(wù)的主要目的是避免傳送資料的內(nèi)容被竊聽。無線網(wǎng)絡(luò)和

25、有線網(wǎng)絡(luò)不太相同的地方，其中一點就在于無線網(wǎng)絡(luò)的資料是在空氣這開放的介質(zhì)中傳播， 因此任何只要裝有 IEEE 802.11 適配卡的工作站都能接收到別人的資料，所以資料的保密 性若做的不好，資料就很容易被別人所竊聽。 隱密性服務(wù)的主要功能就是提供一套隱 密性服務(wù)的算法 (privacy algorithm)將資料做加密與解密。隱密性服務(wù)也是屬于工作 站服務(wù)。 Frame Control Duratio n/ID Address 1 Address 2 _ Address 3 Sequence Control Address 4 Frame Body CRC I - MAC Header - .

26、 圖 13-4 MAC 幀格式 4. 幀格式 IEEE 802.11 的 MAC 幀格式如圖 13-4 所示，其中包含： 幀標頭(Header): 30 字節(jié)，此部份主要包括了控制信息 (control information),地址 (addressing)，順序號碼 (sequencing number)，持續(xù)時間 (duration)等字段。 資料：長度不一(0 - 2312 字節(jié))，此部份依幀型態(tài) (frame type)有所不同。 錯誤檢查碼：4 字節(jié)，記錄幀的檢查碼，采用 CRC-32 技術(shù)。 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 字節(jié) 4.1 幀控制字段 幀控制字段之格式

27、如圖 13-5 所示。其中 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 位 Protocol Version Type Subtype To DS From DS More Flag Retry Pwr Mgt More Data WEP Order 圖 13-5 幀控制字段格式 Protocol Version : 802.11 標準版本，目前值為 00。 Type and Subtype :幀型態(tài)，目前定義的有三種 ：Data 幀，Control 幀，Management 幀。 每一種型態(tài)有可分為若干次型態(tài)，如表 13-1 所示。 To DS :此旗標值為 1 表示此 Data 幀(包括廣

28、播或群播幀) 要傳送給分布式系統(tǒng)。 若 為其它種類的幀，則其值應(yīng)為 0。 From DS :此旗標值為 1 表示此 Data 幀(包括廣播或群播幀)是由分布式系統(tǒng)傳送 下來。若為其它種類的幀，則其值應(yīng)為 0。To DS 與 From DS 之組合有四種，期代表意義 如表 13-2 所示。 More Fragments :此旗標值為 1 表示工作站尚有其它片段 (Fragments)待傳送。若為其 它種類的幀，則其值應(yīng)為 0。 Retry :此旗標值為 1 表示此 Data 幀(或 Management 幀)為重送之幀。接收端可依 此信息來丟棄重復(fù)之幀。 Power Management :此旗

29、標用來顯示工作站之電源管理模式。其值為 1 表示此工作站 處于省電模式，其值為 0 表示此工作站處于正常模式。所有由 AP 傳送的幀上此值都必須 為 0。 More Data :此旗標由 AP 用來通知處于省電模式之工作站說 AP 目前仍有 MSDUs 欲傳送給該工作站。在 Data 幀上其值為 1 表示至少還有一個 MSDU 待轉(zhuǎn)送。若為其它 種類的幀，則其值應(yīng)為 0。 WEP :此旗標值為 1 表示此 Data 幀(或 Management 幀)中所攜帶的資料已經(jīng)過 WEP 算法處理過。若為其它的幀，則其值應(yīng)為 0。 Order :此旗標值為 1 表示此 Data 幀經(jīng)由嚴格依序服務(wù)等級

30、(Strictly-Ordered service class)來傳送。若為其它的幀，則其值應(yīng)為 0。 表 13-1各式幀型態(tài)及次型態(tài) Type value b3 b2 Type Description Subtype Value b7 b6 b5 b4 Subtype Description 00 Management 0000 Association Request 00 Management 0001 Association Response 00 Management 0010 Reassociation Request 00 Management 0011 Reassociation

31、 Response 00 Management 0100 Probe Request 00 Management 0101 Probe Response 00 Management 0110-0111 Reserved 00 Management 1000 Beacon 00 Management 1001 ATIM 00 Management 1010 Disassociation 00 Management 1011 Authentication 00 Management 1100 Deauthentication 00 Management 1101-1111 Reserved 01

32、Control 0000-1001 Reserved 01 Control 1010 PS-Poll 01 Control 1011 RTS 01 Control 1100 CLS 01 Control 1101 ACK 01 Control 1110 CF End 01 Control 1111 CF End+CF-Ack 10 Data 0000 Data 10 Data 0001 Data+CF-Ack 10 Data 0010 Data+CF-Poll 10 Data 0011 Data+CF-Ack+CF-Poll 10 Data 0100 Null Function (no dat

33、a) 10 Data 0101 CF-Ack (no data) 10 Data 0110 CF-Poll (no data) 10 Data 0111 CF-Ack+CF-Poll (no data) 10 Data 1000-1111 Reserved 11 Reserved 0000-1111 Reserved 表 13-2 To DS 與 From DS 組合與意義 To DS From DS 值 代表意義 To DS = 0 Data 幀由一個工作站直接傳送給另外一個在相同 BSS 中的工作站 From DS = 0 To DS = 1 Data 幀傳送給分布式系統(tǒng) From DS

34、= 0 To DS = 0 Data 幀由分布式系統(tǒng)傳下來 From DS = 1 To DS = 1 由一個 AP 傳給另外一個 AP 的 WDS 幀 From DS = 1 表 13-3 Duratio n /ID 字段意義 Bit 15 Bit 14 Bits 13-0 用途 0 0-32767 Duratio n (由此幀結(jié)束后起算，單位為 us) 1 0 0 在免競爭期間所傳送之幀使用之固定值 (32768) 1 0 1-16383 保留 1 1 0 保留 1 1 1-2007 在 PS-Poll 幀中，指定工作站之 ID 1 1 20013-16383 保留 4.2 Durati

35、on/ID 字段 Duration /ID 字段長度為 16 位，其用法如下(請參考表 13-3): 若幀為控制型態(tài)(Control Type)，且次型態(tài)為 PS-Poll,則此字段代表一個 SID,其最左邊兩個 位都是 1,而剩下的14 位則是傳送此幀之工作站之 SID。 SID 值的范圍為 1 至 U 2007。 若為其它幀，則此字段代表一個 duration,其值依各幀型態(tài)而定。不過對于所有在免競爭期 間所傳送的幀來說，此字段之值應(yīng)設(shè)為 32768。當 Duration/ID 字段的內(nèi)容小于 32768 時,表示其為一個 durati on值，應(yīng)該被拿來修正 NAV ( Net Allo

36、cation Vector)。 4.3 地址字段 MAC 幀格式中共有四個地址字段。這些字段用來記錄 BSSID (BSS Identifier),起始工作 站地址(Source Address, SA)，目地的工作站地址 (Destination Address, DA)，傳送工作站地址 (Transmitter Address, TA)，及接收工作站地址 (Receiver Address, RA)。其中 目地的工作站地 址(DA)可以是各別或群播地址。是該幀的最終目的地。起始工作站地址 (SA)是產(chǎn)生此幀 的工作站地址。傳送工作站地址 (TA)是指在無線媒介上傳送此幀的工作站地址。接收工

37、作 站地址(RA)則是指在無線媒介上接收此幀的工作站地址。 每一個地址長度都是符合 IEEE 802 標準之 48 位。有些幀并不需要用到所有的地址字段。 有些地址字段在使用時和其在地 址字段的相對地址(1-4)有關(guān)而與地址型態(tài)無關(guān)。例如當一個工作站接收到一筆幀時， 都是用 Address 1 的內(nèi)容來判斷該幀是否傳送給自己。 而 CTS 幀(ACK 幀)中的 RA 則等于 RTS 幀(需要被回復(fù)之幀)中的 Address 2 的內(nèi)容。 每個 BSS 都有一個具唯一性的辨識碼 (BSSID,長度為 48 位),對于有基礎(chǔ)架構(gòu)的 BSS,此辨識碼為接入點 (AP)中的工作站的地址。對于無基礎(chǔ)架構(gòu)

38、的 BSS (IBSS),此辨識 碼最左邊兩個位為 01,而剩下的 46 位則以隨機數(shù)產(chǎn)生。廣播性 BSSID (48 位都為 1)只 能用在管理幀且次型態(tài)為 Probe (Type = 00, Subtype = 0100 或 0101)。 4.4 順序控制字段(Sequenee Control) 順序控制字段包含兩個次字段 ：順序號碼 (Sequenee Number, 12 位)及片段號碼 (Segment Number, 4 位),如圖 13-6 所示。其中順序號碼為該幀攜帶之 MSDU 的順序號碼。 每一個 MSDU 都有一個順序號碼，其值由 0 開始，到 4095,然后重復(fù)輪流使用

39、。由同一個 MSDU 切割出來的片段都應(yīng)該使用相同的順序號碼。片段號碼則是指該片段在原來 MSDU 所切割出來的片段順序。第一個片段(或沒有切割的 MSDU )其值為 0。以后則依序加一， 到 15 為止，然后重復(fù)輪流使用。 4 12 位 Fragme nt Number Seque nee Number 圖 13-6 順序控制字段 5. 各式幀型態(tài)之格式 5.1 控制幀 Protocol Version Type Subtype To DS From DS More Flag Retry Pwr Mgt More Data WEP Order Protocol Control Subtype

40、 0 0 0 0 Pwr 0 0 0 Version Mgt 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 位 圖 13-7 控制幀之控制字段內(nèi)容 RTS 幀格式如圖 13-8(a)所示，其中 RA 應(yīng)該是無線媒介上的一個地址，也就是待送 Data 幀或 Management 幀的立即目的地地址。 TA 則是傳送此幀之工作站之地址。 Duration 的值(單位是 us) 應(yīng)該等于傳送該待送 Data 幀或 Management 幀，加上一個 CTS 幀， 加上一個 ACK 幀及加上三個 SIFS 幀間隔的時間。如果 Duration計算的結(jié)果不是整數(shù)， 則進位為整數(shù)。如 250.1 us 及

41、2413.7 us 可分別進位為 251 us 及 248 us。 CTS 幀格式如圖 13-8(b)所示，其中 CTS 幀中的 RA 內(nèi)容應(yīng)該等于前一個對應(yīng)之 RTS 幀中之 TA 內(nèi)容。Duration的值(單位是 us)應(yīng)該等于前一個對應(yīng)之 RTS 幀中之 Duration值減掉傳送此 CTS 幀及一個 SIFS 幀間隔的時間。如果 Duration計算的結(jié)果不 是整數(shù)，則進位為整數(shù)。 (RTS/CTS 協(xié)議即請求發(fā)送/允許發(fā)送協(xié)議，相當于一種握手協(xié)議，主要用來解決 ”隱藏 終端問題。隱藏終端”(Hidden Stations)是指，基站 A 向基站 B 發(fā)送信息，基站 C 未偵 測到

42、A 也向 B 發(fā)送，故 A 和 C 同時將信號發(fā)送至 B，引起信號沖突，最終導(dǎo)致發(fā)送至 B 的 信號都丟失了。 ”隱藏終端”多發(fā)生在大型單元中(一般在室外環(huán)境) ，這將帶來效率損失， 并且需要錯誤恢復(fù)機制。當需要傳送大容量文件時，尤其需要杜絕 ”隱藏終端現(xiàn)象的發(fā)生。 IEEE802.11 提供了如下解決方案。在參數(shù)配置中，若使用 RTS/CTS 協(xié)議，同時設(shè)置傳送上 限字節(jié)數(shù)-一旦待傳送的數(shù)據(jù)大于此上限值時，即啟動 RTS/CTS 握手協(xié)議：首先，A 向 B 發(fā)送 RTS 信號，表明 A 要向 B 發(fā)送若干數(shù)據(jù)，B 收到 RTS 后，向所有基站發(fā)出 CTS 信號， 表明已準備就緒，A 可以發(fā)送

43、，其余基站暫時”按兵不動”，然后，A 向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，最后， B 接收完數(shù)據(jù)后，即向所有基站廣播 ACK 確認幀，這樣，所有基站又重新可以平等偵聽、 競爭信道了。) ACK 控制幀格式如圖 13-8(c)所示， 其中 ACK 幀中的 RA 內(nèi)容應(yīng)該等于前一個對應(yīng) 之 Data幀，Management幀，或 PS-Poll 控制幀中之 Address 2 字段內(nèi)容。如果前一個對應(yīng) 之 Data 幀或 Management 幀中之幀控制字段中之 More Fragment 旗標為 0，則 Duration的 值應(yīng)設(shè)為零。如果 More Fragment 旗標為 1，則 Duration的值(單位

44、是 us)應(yīng)該等于前一 個對應(yīng)之 Data 幀或 Management 幀中之 Duration值減掉傳送此 ACK 幀及一個 SIFS 幀 間隔的時間。如果 Duration計算的結(jié)果不是整數(shù)，則進位為整數(shù)。 省電輪詢(Power Save Poll, PS-Poll)幀之格式如圖 13-8(d)所示。其中 BSSID 是隸屬于 AP 中之工作站之地址，TA 是傳送此幀之工作站之地址， 而 SID 則是傳送幀之工作站之 SID 值，此值是 AP 先前經(jīng)由 Association Response 分配給該工作站的。 SID 值的最左邊兩個位 都是 1。所有收到 PS-Poll 輪詢幀的工作站

45、都應(yīng)該修正其 NAV 值。修正時所使用的 duration 值為傳送一個 ACK 幀所需要的時間加上一個 SIFS 幀間隔。 免競爭周期結(jié)束 (Contention-Free End, CF-End)幀之格式如圖 13-8(e)所示。其中 BSSID 是隸屬于 AP 中之工作站之地址，而 RA 則是廣播地址。Duration值應(yīng)設(shè)為 0。 免競爭周期結(jié)束回復(fù) (Co nte ntio n-Free End Ackn owledge, CF-E nd+CF-Ack) 幀之格式如 圖 13-8(f)所示。其中 BSSID 是隸屬于 AP 中之工作站之地址，而 RA 則是廣播地址。 Duration

46、值亦應(yīng)設(shè)為 0。 2 2 6 6 4 字節(jié) Frame Durati on RA 1 TA CRC Co ntrol RTS 幀格式 2 2 6 4 字節(jié) Frame Co ntrol Durati on RA 1 CRCI (b) CTS 幀格式 2 2 6 4 字節(jié) Frame Co ntrol Duration RA CRC 1 (c ) ACK 幀格式 2 2 6 6 4 字節(jié) Frame Co ntrol BSSID LTAJ CRC (d) PS-Poll 幀格式 2 2 6 6 4 字節(jié) Frame Co ntrol Duration BSSID 1 CRC (e) CF-END

47、 幀格式 2 2 6 6 4 字節(jié) Frame Co ntrol Duration LRA BSSID CRC CF-E nd + CF-Ack 幀格式 圖 13-8 MAC 控制幀格式 5.2 數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀的格式與次型態(tài)無關(guān)，如圖 13-9 所示。數(shù)據(jù)幀的四個地址的內(nèi)容與 To DS 及 From DS 位有關(guān)，其用法如表 13-4 所示。其中 N/A 代表該字段可取消。 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 字節(jié) Frame Control Duratio n/ID Address 1 Address 2 Address 3 Sequence Control Address 4

48、Frame Body CRC 圖 13-9 數(shù)據(jù)幀格式 表 13-4 Address 字段內(nèi)容 To DS From DS Address 1 Address 2 Address 3 Address 4 0 0 DA SA BSSID N/A 0 1 DA BSSID SA N/A 1 0 BSSID SA DA N/A 1 1 RA TA DA SA 工作站在決定要不要收一個數(shù)據(jù)幀時是依據(jù) Address 1 的內(nèi)容來判斷的。如果 Address 1 的內(nèi)容與自己的地址相同則可接收。 如果 Address 1 的內(nèi)容是一個群體地址， 則 BSSID 也要 一并檢查，以確定該廣播或群播幀是來自

49、相同的 BSS。如果接收幀的工作站需要傳送回復(fù)信 息時，則以 Address 2 字段的內(nèi)容為回復(fù)地址。 DA 代表此幀的最終目的地地址，而 SA 則 代表產(chǎn)生此幀的工作站地址。 在 DS 是無線分布式系統(tǒng)下， RA 代表接受此幀的下一個工作 站地址，此工作站應(yīng)屬于某一個連結(jié)在無線分布式系統(tǒng)上的接入點 (Access Point)。TA 則 代表在無線分布式系統(tǒng)上傳送此幀的工作站地址， 此工作站也應(yīng)屬于某一個連結(jié)在無線分布 式系統(tǒng)上的接入點。BSSID 的值則依據(jù)傳送此幀之工作站之性質(zhì)來決定。如果該工作站是 一個接入點或已經(jīng)與某一個接入點建立連結(jié)關(guān)系，則此 BSSID 的值為隸屬于該接入點的工

50、 作站的地址。如果該工作站為一個獨立 BSS (IBSS)的成員，則此 BSSID 的值為該 IBSS 的 BSSID 值。 5.3 管理幀 管理幀之通用格式如圖 13-10 所示。各式管理幀之格式則如下所述。 2 2 6 6 6 2 0-2312 4 字節(jié) Frame Durati on DA SA BSSID Sequenee Frame Body CRC Co ntrol | Control 1 1 圖 13-10 管理幀格式 5.3.1 各式管理幀之格式 圖 13-11 所示為各式管理幀之幀主體。 順序 信息 批注 1 Timestamp 2 Beae on In terval 3 C

51、apability In formati on 4 SSID 5 Supported Rates 6 FH Parameter Set 注 1 7 DS Paramter Set 注 2 8 CF Parameter Set 注 3 9 IBSS Parameter Set 注 4 10 TIM 注 5 Beacon幀主體 順序 信息 批注 1 Reason Code Disassociati on 幀主體 順序 信息 批注 1 Capability In formati on 2 Listen Interval 3 SSID 4 Supported Rates (c ) Associati

52、on Request 幀主體 順序 信息 批注 1 Capability In formati on 2 Status Code 3 Station ID (SID) 4 Supported Rates Associati on Resp onse 幀主體 順序 信息 批注 1 Capability In formati on 2 Listen Interval 3 Curre nt AP Address 4 SSID 5 Supported Rates Reassociati on Request 幀主體 順序 信息 批注 1 Capability In formati on 2 Statu

53、s Code 3 Station ID (SID) 4 Supported Rates Reassociati on Resp onse 幀主體 順序 信息 批注 1 Capability In formati on 2 SSID 3 Supported Rates (g) Probe Request 幀主體 順序 信息 批注 1 Timestamp 2 Beac on In terval 3 Capability In formati on 4 SSID 5 Supported Rates 6 FH Parameter Set 注 1 7 DS Parameter Set 注 2 8 CF

54、Parameter Set 注 3 9 IBSS Parameter Set 注 4 (h) Probe Respo nse 幀主體 順序 信息 批注 1 Authe nticati on Algorithm Number 2 Authe nticati on Tran sact ion Seque nee Number 3 Status Code 注 6 4 Challe nge Text 注 7 (i) Authe nticatio n 幀主體 Authe nticati on Algorithm Number Authe nticati on Tran sact ion Seque ne

55、e Number Status Code Challe nge Text Open System 1 保留 不包含 Open System 2 Status 不包含 Shared Key 1 保留 不包含 Shared Key 2 Status 包含 Shared Key 3 保留 包含 Shared Key 4 Status 不包含 (j) Challe nge Text 信息呈現(xiàn)時機 順序 信息 批注 1 Reason Code Deauthe nticati on 幀主體 圖 13-11 管理幀之各類主體格式 注 1 : FH Parameter Set 只能出現(xiàn)在實體層采用跳頻技術(shù) (

56、Freque ncy Hopp in g)之工作 站所傳送之 Beacon幀中。 注 2 : DS Parameter Set 只能出現(xiàn)在實體層采用直接順序技術(shù) (Direct Sequenee)之工作 站所傳送之 Beacon幀中。 注 3 : CF Parameter Set 只能出現(xiàn)在具有 PCF 功能之 AP 所傳送之 Beacon幀中。 注 4 : IBSS Parameter Set 只能出現(xiàn)在隸屬于一個獨立 BSS (IBSS)之工作站所傳送之 Beacon 幀中。 注 5 : TIM (Traffic In formation Map) 只能出現(xiàn)在 AP 所傳送之 Beaco n 幀中。 注 6 :在某些 Authentication 幀中，Status code 應(yīng)該被保留并且設(shè)為零，如表中所定義。 注 7 : Challenge Text 只能出現(xiàn)在某些 Authentication 幀中，如表中所定義。 5.3.2 管理幀主體組件 為了方便起見，管理幀中必要且固定長度的字段稱為固定字段 (Fixed Fields)，必要但 不固定長度或?qū)儆谶x項