第3章 無線局域網(wǎng)

1、第3章 無線局域網(wǎng)第3章 無線局域網(wǎng)3.1 概述3.2 無線局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與服務(wù)3.3 無線局域網(wǎng)的協(xié)議體系3.4 IEEE802.11物理層3.5 IEEE802.11媒體訪問控制層3.6 其他IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)3.7 無線局域網(wǎng)安全 3.8 5G Wi-Fi 3.1 概述3.1.1 無線局域網(wǎng)的覆蓋范圍3.1.2 無線局域網(wǎng)的特點(diǎn)3.1.3 無線局域網(wǎng)的發(fā)展歷程與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)3.1.4 無線局域網(wǎng)的分類與應(yīng)用3.1.1 無線局域網(wǎng)的覆蓋范圍n 無線局域網(wǎng)是在局部區(qū)域內(nèi)以無線媒體或介質(zhì)進(jìn)行通信的無線網(wǎng)絡(luò)。n 局部區(qū)域就是距離受限的區(qū)域，是相對廣域而言。兩者的區(qū)別主要在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?/p>

2、圍不同(但覆蓋范圍界限的區(qū)別并不十分明顯)，從而引起網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方面的一些區(qū)別。n 介于廣域網(wǎng)WAN和局域網(wǎng)LAN之間還有一種局部網(wǎng)絡(luò)，稱為城域網(wǎng)n 比局域網(wǎng)覆蓋范圍更小的局部網(wǎng)絡(luò)稱為個(gè)(人區(qū))域網(wǎng)。n 廣義的無線局域網(wǎng)還包含無線城域網(wǎng)(WMAN)和無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)。n 無線網(wǎng)絡(luò)也可以粗略分為無線廣域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)兩種。 3.1.2 無線局域網(wǎng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):(1)移動(dòng)性(Mobility)(2)靈活性(Flexibility) (3)可伸縮性(Scalability)(4)經(jīng)濟(jì)性(Saving) 無線局域網(wǎng)的局限性(1)可靠性(Reliability) (2)帶寬與系統(tǒng)容量(3)兼容性(

3、Compatibility)與共存性(Coexistence)(4)覆蓋范圍(5)干擾(6)安全性(7)節(jié)能管理(8)多業(yè)務(wù)與多媒體(9)移動(dòng)性(10)小型化、低價(jià)格3.1.3 無線局域網(wǎng)的發(fā)展歷程與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)無線局域網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了四代:(1)第一代無線局域網(wǎng):1985年，F(xiàn)CC頒布的電波法規(guī)為無線局域網(wǎng)的發(fā)展掃清了道路。 (2)第二代無線局域網(wǎng)：基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng) ,設(shè)備大都工作于2.4GHZ頻段，傳輸速率為1-2Mb/S(3)第三、四代無線局域網(wǎng)：符合IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品已經(jīng)較為普及，歸為第三代無線局域網(wǎng)產(chǎn)品；而將符合IEEE 802.11a、Hi

4、perLAN2和IEEE 802.11g標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品稱為第四代無線局域網(wǎng)產(chǎn)品。 任務(wù)組：研究范圍和目標(biāo)狀 態(tài)MAC組為WLAN開發(fā)MAC機(jī)制已完成，作為IEEE 802.11的一部分；被ISO/IEC接納為8802-11：1999標(biāo)準(zhǔn)PHY組為WLAN開發(fā)三種PHY層機(jī)制：Infrared，DSSS和FHSS已完成，作為IEEE 802.11的一部分，并被ISO/IEC接納為8802-11：1999標(biāo)準(zhǔn)TGa開發(fā)適用于UNII頻段的PHY規(guī)范已完成，成為IEEE 802.1la標(biāo)準(zhǔn)，并被ISO/IEC接納為8802-11：1999(E)標(biāo)準(zhǔn)TGb開發(fā)2.4 GHz頻段的高速PHY規(guī)范已完成，成為

5、IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)b-corl糾正802.11b的MIB的不足和缺陷進(jìn)行中TGc向IEEE 802.1d標(biāo)準(zhǔn)提供所需要的信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)橋和802.11MAC互操作已完成，并作為IEEE 802.1d標(biāo)準(zhǔn)的一部分TGd為MIB定義新的PHY參數(shù)，并擴(kuò)展802.11以適應(yīng)一些國家的要求進(jìn)行中TGe增強(qiáng)MAC機(jī)制，改進(jìn)QoS和CoS，增強(qiáng)認(rèn)證和安全機(jī)制(已移至TGi)進(jìn)行中TGf制定IAPP協(xié)議進(jìn)行中TGg開發(fā)新的PHY規(guī)范，通過提高速率增強(qiáng)802.11b的性能和可用性已完成，成為IEEE 802.11g標(biāo)準(zhǔn)TGh提高802.11MAC和802.11aPHY的網(wǎng)絡(luò)管理和控制功能，提供動(dòng)態(tài)信道

6、選擇和功率控制進(jìn)行中TGi增強(qiáng)MAC機(jī)制，提高安全和認(rèn)證機(jī)制進(jìn)行中TGn利用智能天線技術(shù)提高傳輸速率、覆蓋范圍和系統(tǒng)容量進(jìn)行中5GSG和ETSI-BRAN合作，研究5GHz頻段的全球化和協(xié)調(diào)Ad Hoc Publicity通過研究應(yīng)用和操作來推廣802.11Ad Hoe Regulatory跟蹤各個(gè)國家的要求，確保802.11符合他們的要求IEEE802.11下的任務(wù)組 3.1.4 無線局域網(wǎng)的分類與應(yīng)用 無線局域網(wǎng)可根據(jù)不同的層次、不同的業(yè)務(wù)、不同的技術(shù)和不同的標(biāo)準(zhǔn)以及不同的應(yīng)用等進(jìn)行分類。 無線局域網(wǎng)的分類方法1 無線局域網(wǎng)的分類方法2 第3章 無線局域網(wǎng)3.1 概述3.2 無線局域網(wǎng)的體

7、系結(jié)構(gòu)與服務(wù)3.3 無線局域網(wǎng)的協(xié)議體系3.4 IEEE802.11物理層3.5 IEEE802.11媒體訪問控制層3.6 其他IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)3.7 無線局域網(wǎng)安全 3.8 5G Wi-Fi3.2 無線局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與服務(wù)3.2.1 無線局域網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)1.站STA(Station) 站(點(diǎn))也稱主機(jī)(Host)或終端(Terminal)，是無線局域網(wǎng)的最基本組成單元,包括以下幾部分： (1)終端用戶設(shè)備 (2)無線網(wǎng)絡(luò)接口 (3)網(wǎng)絡(luò)軟件無線局域網(wǎng)中移動(dòng)站的分類 移動(dòng)站的分類固定站半移動(dòng)站移動(dòng)站開機(jī)使用的移動(dòng)站固定固定固定/移動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)的移動(dòng)站固定固定/移動(dòng)固定/移動(dòng)舉例臺式機(jī)便攜

8、機(jī)掌上機(jī)、車載臺站STA(Station)無線局域網(wǎng)中的站之間可以直接相互通信，也可以通過基站或接入點(diǎn)進(jìn)行通信無線局域網(wǎng)所能覆蓋的區(qū)域范圍稱為服務(wù)區(qū)域(Service Area, SA), 由無線局域網(wǎng)中移動(dòng)站的無線收發(fā)信機(jī)及地理環(huán)境所確定的通信覆蓋區(qū)域稱為基本服務(wù)區(qū)(Basic Service Area, BSA), 是構(gòu)成無線局域網(wǎng)的最小單元，在一個(gè)BSA內(nèi)彼此之間相互聯(lián)系、相互通信的一組主機(jī)組成了一個(gè)基本業(yè)務(wù)組(Basic Service Set, BSS)2無線介質(zhì) 無線介質(zhì)是無線局域網(wǎng)中站與站之間、站與接入點(diǎn)之間通信的傳輸介質(zhì)?？諝馐菬o線電波和紅外線傳播的良好介質(zhì)。 無線局域網(wǎng)中的無

9、線介質(zhì)由無線局域網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)定義。3.無線接入點(diǎn) 無線接入點(diǎn)類似蜂窩結(jié)構(gòu)中的基站，是無線局域網(wǎng)的重要組成單元。是一種特殊的站，通常處于BSA的中心，固定不動(dòng)。 基本功能： (1)作為接入點(diǎn)，完成其他非AP的站對分布式系統(tǒng)的接入訪問和同一BSS中的不同站間的通信聯(lián)結(jié)。 (2)作為無線網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)的橋接點(diǎn)完成無線局域網(wǎng)與分布式系統(tǒng)間的橋接功能。 (3)作為BSS的控制中心完成對其他非AP的站的控制和管理。 4分布式系統(tǒng)DS 為了覆蓋更大的區(qū)域，把多個(gè)BSA通過分布式系統(tǒng)連接起來，形成一個(gè)擴(kuò)展業(yè)務(wù)區(qū)ESA，通過DS互相連接起來的屬于同一個(gè)ESA的所有主機(jī)組成一個(gè)擴(kuò)展業(yè)務(wù)組ESS。 分布式系統(tǒng)通過

10、入口(Portal)與骨干網(wǎng)相連 3.2.2 無線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)n 從物理拓?fù)浞诸惪?單區(qū)網(wǎng)SCN和多區(qū)網(wǎng)MCNn 從邏輯上看:對等式、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)式和線型、星型、環(huán)型 n 從控制方式方面來看:無中心分布式、有中心集中控制式n 從與外網(wǎng)的連接性來看：獨(dú)立WLAN和非獨(dú)立WLAN 1分布對等式拓?fù)?分布對等式網(wǎng)絡(luò)是一種獨(dú)立的(Independent) BSS(IBSS)，它至少有兩個(gè)站。是一種典型的、以自發(fā)方式構(gòu)成的單區(qū)網(wǎng)，該工作模式被稱作特別網(wǎng)絡(luò)或自組織網(wǎng)絡(luò)(Ad Hoc Network) 2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)集中式拓?fù)?ESS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?4.中繼或橋接型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?n 兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)(LAN或WLAN)或網(wǎng)

11、段通過無線中繼器、無線網(wǎng)橋或無線路由器等無線網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備連接起來。n 采用中繼或橋接型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫且环N拓展WLAN覆蓋范圍的有效方法。 3.2.3 無線局域網(wǎng)的服務(wù)n 與WLAN體系結(jié)構(gòu)和工作原理密切相關(guān)的服務(wù)主要有兩種類型:STA服務(wù)和分布式系統(tǒng)服務(wù)(DSS)，這兩種服務(wù)均由MAC層使用。n IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中定義了九種服務(wù)，三種用來移動(dòng)數(shù)據(jù)，其余六種是管理操作。 1.STA服務(wù)(SS)n 由STA提供的服務(wù)被稱為STA服務(wù)，它存在于每個(gè)STA和AP中。SS包括： (1)認(rèn)證(Authentication)wlan無明確邊界鏈路級認(rèn)證、傳輸層認(rèn)證、用戶到用戶認(rèn)證 (2)解除認(rèn)證(De

12、authentication)通知型服務(wù)不能被任何一方拒絕 (3)保密(Privacy)降低有線LAN的安全級別2.分布式系統(tǒng)服務(wù)(DSS)n 由DS提供的服務(wù)被稱為分布式系統(tǒng)服務(wù)。在WLAN中，DSS通常由AP提供。包括：(1)聯(lián)結(jié)(Association)(2)重新聯(lián)結(jié)(Reassociation) (3)解除聯(lián)結(jié)(Disassociation)(4)分布(Distribution)(5)集成(Integration)3服務(wù)之間的關(guān)系 n 對于通過WM進(jìn)行直接通信的STA均有認(rèn)證狀態(tài)(值為未被認(rèn)證和已認(rèn)證)和聯(lián)結(jié)狀態(tài)(值為未聯(lián)結(jié)和已聯(lián)結(jié))兩個(gè)狀態(tài)變量。這兩個(gè)變量為每個(gè)遠(yuǎn)端STA建立了三種本

13、地狀態(tài)：狀態(tài)1：初始啟動(dòng)狀態(tài)，未認(rèn)證，未聯(lián)結(jié)；狀態(tài)2：已認(rèn)證，未聯(lián)結(jié)；狀態(tài)3：已認(rèn)證，已聯(lián)結(jié)。狀態(tài)變量與業(yè)務(wù)之間的關(guān)系 第3章 無線局域網(wǎng)3.1 概述3.2 無線局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與服務(wù)3.3 無線局域網(wǎng)的協(xié)議體系3.4 IEEE802.11物理層3.5 IEEE802.11媒體訪問控制層3.6 其他IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)3.7 無線局域網(wǎng)安全 3.8 5G Wi-Fi3.3 無線局域網(wǎng)的協(xié)議體系1無線網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)2.IEEE 802.11x無線局域網(wǎng)協(xié)議體系IEEE 802.11x標(biāo)準(zhǔn)較為完整的協(xié)議體系 3.HiperLAN協(xié)議體系 歐洲WLAN產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的代表是以HiperLAN為典型的寬帶

14、無線接入網(wǎng)(BRAN)，它是以無線ATM(WATM)為基礎(chǔ)的面向連接業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)。 HiperLAN2的協(xié)議體系 4Wi-Fi聯(lián)盟的作用n 在無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的采納和市場化推進(jìn)中，Wi-Fi聯(lián)盟(論壇)起到了主導(dǎo)作用。 n 無線以太兼容性聯(lián)盟WECA1999年成立,后更名Wi-Fi聯(lián)盟，建立了用于驗(yàn)證802.11b產(chǎn)品互操作能力的一套測試程序。n 2004年起，驗(yàn)證的802.11b產(chǎn)品使用名稱是Wi-Fi。n Wi-Fi認(rèn)證已擴(kuò)展到802.11gn Wi-Fi針對802.11a產(chǎn)品開發(fā)了一個(gè)認(rèn)證過程，稱為Wi-Fi5 第3章 無線局域網(wǎng)3.1 概述3.2 無線局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與服務(wù)3.3 無線局域

15、網(wǎng)的協(xié)議體系3.4 IEEE802.11物理層3.5 IEEE802.11媒體訪問控制層3.6 其他IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)3.7 無線局域網(wǎng)安全 3.8 5G Wi-Fi3.4 IEEE802.11物理層3.4.1 初始的IEEE 802.11物理層(1)工作在2.4GHz的ISM波段上的直接序列擴(kuò)頻,數(shù)據(jù)速率為1Mb/s和2Mb/s。(2)工作在2.4GHz的ISM波段上的跳頻擴(kuò)頻，數(shù)據(jù)速率為1Mb/s和2Mb/s。(3)工作在波長介于850nm950nm的紅外波段上，其數(shù)據(jù)速率為1Mb/s和2Mb/s。 3.4.2 IEEE 802.11a1.信道結(jié)構(gòu) IEEE 802.11a使用通用網(wǎng)

16、絡(luò)信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)UNII的頻帶。UNII-1頻段(5.155.25GHz)用于室內(nèi)；UNII-2頻段(5.255.35GHz)用于室內(nèi)或者室外；UNII-3頻段(5.7255.825GHz)用于室外。2編碼和調(diào)制 IEEE 802.11a使用正交頻分多路復(fù)用OFDM。OFDM也稱多載波調(diào)制，在不同頻率上使用多個(gè)載波信號，在每個(gè)信道上發(fā)送若干位，類似于FDM。然而，在OFDM中，所有的子信道被指定給單個(gè)的數(shù)據(jù)源。3.物理層的幀結(jié)構(gòu) 3.4.3 IEEE 802.11b IEEE 802.11b是IEEE 802.11 DSSS模式的一個(gè)擴(kuò)充，提供了在ISM頻段上5.5 Mb/s和11 Mb/s的數(shù)

17、據(jù)速率。 為在相同的分片速度、相同帶寬下獲得更高的數(shù)據(jù)速率，使用了一種名為補(bǔ)碼鍵控(complementary code keying，CCK)的調(diào)制模式。 IEEE 802.11b物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 3.4.4 IEEE 802.11gnIEEE 802.11g將802.11b的數(shù)據(jù)率擴(kuò)展到20Mb/s以上，達(dá)到54Mb/s。n與802.11b相同，802.11g操作在2.4GHz范圍內(nèi)，二者兼容。n該標(biāo)準(zhǔn)使得802.11b的設(shè)備在連接到一個(gè)802.11g的AP上時(shí)仍能工作，802.11g的設(shè)備連接到一個(gè)802.11b的AP上時(shí)仍能工作。這兩種情況下都使用較低的802.11b的數(shù)據(jù)率。 IE

18、EE802.11g的物理層選項(xiàng) 數(shù)據(jù)率(Mb/s)調(diào)制模式數(shù)據(jù)率(Mb/s)調(diào)制模式1DSSS18ERP-OFDM2DSSS22ERP-PBCC55CCK或PBCC24ERP-OFDM6ERP-OFDM33ERP-PBCC9ERP-OFDM36ERP-OFDM11CCK或PBCC48ERP-OFDM12ERP-OFDM54ERP-OFDM3.4.5 IEEE 802.11nn為滿足不斷提高WLAN性能的要求，2003年下半年成立了IEEE802.11工作組TGn，目標(biāo)是通過修正IEEE802.11的PHY層和MAC層，能夠傳輸最低也要達(dá)100Mbps的有效數(shù)據(jù)率。n IEEE802.11n的兩

19、個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是MIMO無線通信和擴(kuò)展信道帶寬的OFDM。第3章 無線局域網(wǎng)3.1 概述3.2 無線局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與服務(wù)3.3 無線局域網(wǎng)的協(xié)議體系3.4 IEEE802.11物理層3.5 IEEE802.11媒體訪問控制層3.6 其他IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)3.7 無線局域網(wǎng)安全 3.8 5G Wi-Fi3.5 IEEE 802.11 媒體訪問控制層n 三個(gè)功能：n可靠的數(shù)據(jù)傳送n接入控制n安全 3.5.1 可靠的數(shù)據(jù)傳送n IEEE 802.11使用幀交換協(xié)議。當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)收到從另一個(gè)站點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)幀時(shí)，它向源站點(diǎn)返回一個(gè)確認(rèn)(ACK)幀。此交換被作為一個(gè)原子單元處理，它不會被其他站點(diǎn)發(fā)出的傳

20、送打斷。如果因?yàn)閿?shù)據(jù)幀被損壞或因?yàn)榉祷氐腁CK被損壞，源站點(diǎn)在一個(gè)短的時(shí)間周期中沒有收到ACK，它會重發(fā)該幀。n 為了更進(jìn)一步地增強(qiáng)可靠性，可以使用四幀交換。（RTS/CTS） 3.5.2 接入控制 n 分布接入?yún)f(xié)議n 集中接入?yún)f(xié)議 IEEE 802.11的協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 邏輯鏈路控制邏輯鏈路控制分布協(xié)調(diào)功能分布協(xié)調(diào)功能(DCF)點(diǎn)協(xié)調(diào)功能點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)2.4GHz調(diào)頻調(diào)頻擴(kuò)頻擴(kuò)頻1Mb/s2Mb/s2.4GHz直序直序擴(kuò)頻擴(kuò)頻1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s紅外紅外1Mb/s2Mb/s2.4GHz直序直序擴(kuò)頻擴(kuò)頻5.5Mb/s11Mb

21、/sMAC層層自由競爭的服務(wù)自由競爭的服務(wù)競爭服務(wù)競爭服務(wù)IEEE802.11IEEE802.11aIEEE802.11b802.11 MAC 使用使用 DCF 或或 PCFn 分布協(xié)調(diào)功能分布協(xié)調(diào)功能 DCF -爭用服務(wù)爭用服務(wù)（必選項(xiàng)）必選項(xiàng)） ( Distributed Coordination Function ) DCF 在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)使用在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)使用 CSMA 機(jī)制的機(jī)制的分布式分布式接接入算法，讓各個(gè)站通過入算法，讓各個(gè)站通過爭用信道爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。因此來獲取發(fā)送權(quán)。因此 DCF 向上提供爭用服務(wù)。向上提供爭用服務(wù)。n 點(diǎn)協(xié)調(diào)功能點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF -無爭用服務(wù)無爭用服務(wù)

22、（可選項(xiàng)可選項(xiàng)） ( Point Coordination Function ) PCF 使用使用 AP 集中控制集中控制的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流輪流交給各個(gè)站從而避免了沖突的產(chǎn)生交給各個(gè)站從而避免了沖突的產(chǎn)生1.分布協(xié)調(diào)功能n DCF子層利用一個(gè)簡單的載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入CSMA算法：如果一個(gè)站點(diǎn)有一個(gè)MAC幀要發(fā)送，它監(jiān)聽媒體。如果媒體空閑，站點(diǎn)可以發(fā)送，否則，該站點(diǎn)必須等到當(dāng)前發(fā)送已完成才能發(fā)送。n 為確保此算法起到平滑和公平的作用，DCF包括一套相當(dāng)一套相當(dāng)于優(yōu)先級模式的時(shí)延于優(yōu)先級模式的時(shí)延，用幀間間隔IFS實(shí)現(xiàn)。IEEE 802.11媒體接入的控制邏輯 等待需發(fā)

23、送的幀等待IFS發(fā)送幀媒體空閑？依舊空閑？等待IFS當(dāng)媒體空閑時(shí)，按指數(shù)率暫停發(fā)送幀依舊空閑？等待當(dāng)前發(fā)送結(jié)束NNYNYY802.11 MAC: CSMA802.11 CSMA 發(fā)送站：發(fā)送站：- 如監(jiān)聽到信道空閑如監(jiān)聽到信道空閑, 經(jīng)經(jīng)DIFS 時(shí)間后則發(fā)送整個(gè)時(shí)間后則發(fā)送整個(gè)幀幀（發(fā)（發(fā)送時(shí)不用沖突檢測）送時(shí)不用沖突檢測）-如果監(jiān)聽到信道忙，則堅(jiān)持如果監(jiān)聽到信道忙，則堅(jiān)持監(jiān)聽到不忙時(shí)，經(jīng)監(jiān)聽到不忙時(shí)，經(jīng)DIFS 時(shí)間后進(jìn)入競爭期，進(jìn)行時(shí)間后進(jìn)入競爭期，進(jìn)行二進(jìn)制指數(shù)退避（第二進(jìn)制指數(shù)退避（第 i 次次退避時(shí)，在退避時(shí)，在 2i+2 個(gè)時(shí)隙中個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)），退避后隨機(jī)選擇一個(gè)），退避

24、后重新嘗試發(fā)送重新嘗試發(fā)送-如果發(fā)后未收到如果發(fā)后未收到ACK(超時(shí)超時(shí))，則重發(fā)，則重發(fā)幀幀802.11 CSMA 接收站：接收站：- 如果接收正確，則在如果接收正確，則在SIFS時(shí)時(shí) 間后應(yīng)答一個(gè)間后應(yīng)答一個(gè) ACK 幀幀 其它站點(diǎn)：其它站點(diǎn)： 聽到信道上在發(fā)送數(shù)據(jù)，則推遲訪問聽到信道上在發(fā)送數(shù)據(jù)，則推遲訪問信道信道 NAV(Network Allocation Vector)時(shí)時(shí)間間802.11 MAC：CSMA802.11 MAC Q & AQ：無線站點(diǎn)監(jiān)聽時(shí)如何判定信道無線站點(diǎn)監(jiān)聽時(shí)如何判定信道“忙忙”？A：802.11 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在物理層的空中接口進(jìn)行載波監(jiān)聽，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在物理

25、層的空中接口進(jìn)行載波監(jiān)聽， 通過收到的相對信號強(qiáng)度是否超過一定的門限數(shù)值來通過收到的相對信號強(qiáng)度是否超過一定的門限數(shù)值來 判定是否有其他的無線站點(diǎn)在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。判定是否有其他的無線站點(diǎn)在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。Q：為何無線站點(diǎn)監(jiān)聽到信道空閑還要再等待？為何無線站點(diǎn)監(jiān)聽到信道空閑還要再等待？ A：因?yàn)榇藭r(shí)可能有多個(gè)站點(diǎn)都在監(jiān)聽，而其他的站點(diǎn)可因?yàn)榇藭r(shí)可能有多個(gè)站點(diǎn)都在監(jiān)聽，而其他的站點(diǎn)可 能有更高優(yōu)先級的幀要發(fā)送，如其有，就要讓高優(yōu)先能有更高優(yōu)先級的幀要發(fā)送，如其有，就要讓高優(yōu)先 級幀先發(fā)送（級幀先發(fā)送（高優(yōu)先級幀需等待的高優(yōu)先級幀需等待的幀幀間間隔時(shí)間較短，間間隔時(shí)間較短， 可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，低優(yōu)

26、先級幀需等待的可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，低優(yōu)先級幀需等待的幀幀間間隔時(shí)間間隔時(shí) 間較長，須等待較長時(shí)間。間較長，須等待較長時(shí)間。SIFS PIFS DIFS EIFS）幀間間隔幀間間隔 IFSn 所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時(shí)間（所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時(shí)間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時(shí)間的通稱為繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時(shí)間的通稱為幀間間隔幀間間隔 IFS (InterFrame Space)n 幀間間隔長度幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級高優(yōu)先級幀需要等待的時(shí)間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，但低優(yōu)幀需要等待的時(shí)間較短

27、，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，但低優(yōu)先級幀就必須等待較長的時(shí)間先級幀就必須等待較長的時(shí)間n 若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)，因而低優(yōu)先級幀就只能再發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)，因而低優(yōu)先級幀就只能再推遲發(fā)送了，這樣就推遲發(fā)送了，這樣就減少了發(fā)生碰撞的機(jī)會減少了發(fā)生碰撞的機(jī)會短幀間間隔短幀間間隔 SIFSn SIFS，即短即短(Short) 幀間間隔，長度為幀間間隔，長度為 10 s（802.11g時(shí)為例），是最短的幀間間隔，用來分隔開屬時(shí)為例），是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個(gè)站應(yīng)當(dāng)能夠在這

28、段時(shí)間內(nèi)從于一次對話的各幀。一個(gè)站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時(shí)間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。發(fā)送方式切換到接收方式。n 使用使用 SIFS 幀間間隔的場合：幀間間隔的場合： (1) 應(yīng)答應(yīng)答 ACK 幀幀 (2) 應(yīng)答應(yīng)答 CTS 幀幀 (3) 過長的過長的 MAC 幀分片后的數(shù)據(jù)幀幀分片后的數(shù)據(jù)幀 (4) 應(yīng)答應(yīng)答 AP 探詢幀探詢幀 (5) PCF 方式中接入點(diǎn)方式中接入點(diǎn) AP 發(fā)送出的任何幀。發(fā)送出的任何幀。PCF 幀間間隔幀間間隔 PIFSn PIFS，即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔（比即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔（比 SIFS 長），是為長），是為了在開始使用了在開始使用 PCF 方式時(shí)（在方式時(shí)（在 PCF

29、方式下使用，沒有方式下使用，沒有爭用）爭用）優(yōu)先獲得接入優(yōu)先獲得接入到媒體中。到媒體中。n PIFS 長度長度: SIFS 加一個(gè)時(shí)隙加一個(gè)時(shí)隙(slot)長度（其長度為長度（其長度為 20 s），），即即 30 sn時(shí)隙時(shí)隙(時(shí)間片時(shí)間片)長度選多長？長度選多長？ 在一個(gè)基本服務(wù)集在一個(gè)基本服務(wù)集 BSS 內(nèi)，若一無線站點(diǎn)在某個(gè)時(shí)隙開內(nèi)，若一無線站點(diǎn)在某個(gè)時(shí)隙開始接入到媒體，則在下一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，其他站都能檢始接入到媒體，則在下一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，其他站都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)，選定該長度作為時(shí)隙長度。測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)，選定該長度作為時(shí)隙長度。DCF 幀間間隔幀間間隔DIFS、延長延長幀幀

30、間間隔間間隔EIFSn DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔，在在 DCF 方式中方式中用用來來發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS 的長度比的長度比 PIFS 再增加一再增加一個(gè)時(shí)隙長度，因此個(gè)時(shí)隙長度，因此 DIFS 的長度為的長度為 50 sn EIFS，即延長即延長幀幀間間隔間間隔（最長的（最長的 IFS），），站點(diǎn)在進(jìn)行站點(diǎn)在進(jìn)行幀幀重發(fā)時(shí)所必須等待的時(shí)間重發(fā)時(shí)所必須等待的時(shí)間。EIFS的長度至少等于的長度至少等于DIFS再增加一個(gè)時(shí)隙長度，因此再增加一個(gè)時(shí)隙長度，因此 DIFS 的長度為的長度為 70 sn SIFS PIFS DIFS EIFS虛擬載

31、波監(jiān)聽虛擬載波監(jiān)聽 虛擬載波監(jiān)聽虛擬載波監(jiān)聽(Virtual Carrier Sense)： 源站將它還要占用信道的時(shí)間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需源站將它還要占用信道的時(shí)間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需時(shí)間）在其時(shí)間）在其 MAC 幀首部字段幀首部字段“持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間”中填入指示給所有其中填入指示給所有其他站，其他所有站會在這段時(shí)間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)他站，其他所有站會在這段時(shí)間都停止發(fā)送數(shù)據(jù), 這樣大大減少了這樣大大減少了沖突的機(jī)會。沖突的機(jī)會。 n “虛擬虛擬”是指其他站并沒有真正監(jiān)聽信道，而是檢測到源站是指其他站并沒有真正監(jiān)聽信道，而是檢測到源站發(fā)送發(fā)送幀幀中的中的“持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間”才不發(fā)送數(shù)

32、據(jù)，這種效果才不發(fā)送數(shù)據(jù)，這種效果好像是其他站好像是其他站都監(jiān)聽了信道。都監(jiān)聽了信道。n 當(dāng)一個(gè)站檢測到正在信道中傳送的當(dāng)一個(gè)站檢測到正在信道中傳送的 MAC 幀首部的幀首部的“持續(xù)時(shí)持續(xù)時(shí)間間”字段時(shí)，就調(diào)整自己的字段時(shí)，就調(diào)整自己的網(wǎng)絡(luò)分配向量網(wǎng)絡(luò)分配向量 NAV (Network Allocation Vector)，NAV 指出了必須經(jīng)過多少時(shí)間才能完成數(shù)指出了必須經(jīng)過多少時(shí)間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。隱終端隱終端(Hidden terminal)效應(yīng)效應(yīng)n 如只使用如只使用 CSMA，偵聽到信道偵聽到信道 “閑閑”

33、可能結(jié)果不正確，由于：可能結(jié)果不正確，由于： (a) 隱蔽站問題隱蔽站問題 - 在發(fā)送方偵聽不到在發(fā)送方偵聽不到: A, C 不能互相聽到，中間有障礙物、信不能互相聽到，中間有障礙物、信號衰減，號衰減，A、C 于是都發(fā)給于是都發(fā)給 B， B 處此時(shí)會產(chǎn)生沖突。處此時(shí)會產(chǎn)生沖突。 (b) 信號強(qiáng)度衰減問題信號強(qiáng)度衰減問題 - C 在發(fā)送在發(fā)送，由于信號傳輸衰減，傳到由于信號傳輸衰減，傳到 A 處時(shí)，處時(shí)，A 聽聽不到，不到，A 以為聽到信道閑，也發(fā)，以為聽到信道閑，也發(fā)， 接收站接收站 B 處此時(shí)產(chǎn)生沖突。處此時(shí)產(chǎn)生沖突。 隱終端是指在接收者的通信范圍內(nèi)而在發(fā)送者通信范圍是指在接收者的通信范圍內(nèi)

34、而在發(fā)送者通信范圍外的終端。外的終端。LocationSignal strengthABC暴露終端暴露終端(Exposed terminal)效應(yīng)效應(yīng)n 當(dāng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)節(jié)點(diǎn)B向節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)C也希望向節(jié)點(diǎn)也希望向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)。 根根據(jù)據(jù)CSMA協(xié)議，節(jié)點(diǎn)協(xié)議，節(jié)點(diǎn)C偵聽信道，它將聽到節(jié)點(diǎn)偵聽信道，它將聽到節(jié)點(diǎn)B正在發(fā)送數(shù)據(jù)，于正在發(fā)送數(shù)據(jù)，于是錯(cuò)誤地認(rèn)為它此時(shí)不能向節(jié)點(diǎn)是錯(cuò)誤地認(rèn)為它此時(shí)不能向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)， 但實(shí)際上它的發(fā)送不但實(shí)際上它的發(fā)送不會影響節(jié)點(diǎn)會影響節(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)接收，這就導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收，這就導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)C所謂暴露終端問題的出現(xiàn)所謂暴露終

35、端問題的出現(xiàn)。暴露終端是指在發(fā)送者的通信范圍之內(nèi)而在接收者通信范圍之是指在發(fā)送者的通信范圍之內(nèi)而在接收者通信范圍之外的終端。外的終端。ABCD改進(jìn)改進(jìn) CSMAn 目的目的: 為了盡可能避免沖突，要進(jìn)一步為了盡可能避免沖突，要進(jìn)一步 改進(jìn)改進(jìn)CSMAn 改進(jìn)改進(jìn): CSMA CSMA/CA CSMA/CA: CSMA with Collision Avoidance沖突避免沖突避免: 增加增加 RTS-CTS 交互交互進(jìn)一步改進(jìn)進(jìn)一步改進(jìn):n CSMA/CA: 信道預(yù)約信道預(yù)約l 發(fā)送站發(fā)送站: 發(fā)出短的發(fā)出短的 RTS幀幀(request to send)預(yù)約信道預(yù)約信道l 接收站接收站:

36、應(yīng)答短的應(yīng)答短的 CTS幀幀 (clear to send)同意預(yù)約同意預(yù)約n CTS 為發(fā)送站保留信道為發(fā)送站保留信道, 起起了通知其它了通知其它(可能隱蔽的可能隱蔽的)站點(diǎn)站點(diǎn)的效果的效果n 避免避免了隱蔽站點(diǎn)造成的沖突了隱蔽站點(diǎn)造成的沖突 沖突避免沖突避免: RTS-CTS 預(yù)約信道預(yù)約信道RTS 與與 CTS 為短為短幀幀:n由于由于RTS幀幀長長20字節(jié)，字節(jié)，CTS幀幀長長14字節(jié)，比最大數(shù)據(jù)字節(jié)，比最大數(shù)據(jù)幀幀長度長度2346字節(jié)要短很多，所以發(fā)生沖突可能性很小字節(jié)要短很多，所以發(fā)生沖突可能性很小n最后效果類似于沖突檢測最后效果類似于沖突檢測 協(xié)議設(shè)計(jì)精巧，碰撞很少會發(fā)生。但極少

37、數(shù)情況下協(xié)議設(shè)計(jì)精巧，碰撞很少會發(fā)生。但極少數(shù)情況下碰撞仍可能發(fā)生，如碰撞仍可能發(fā)生，如B和和C站同時(shí)向站同時(shí)向A發(fā)送發(fā)送RTS幀幀，這兩，這兩個(gè)個(gè)RTS幀幀就會發(fā)生碰撞，就會發(fā)生碰撞，A收不到正確的收不到正確的RTS幀幀，因而也，因而也不會發(fā)送后續(xù)的不會發(fā)送后續(xù)的CTS幀幀，這時(shí)，這時(shí)，B和和C發(fā)現(xiàn)超時(shí)后，會隨發(fā)現(xiàn)超時(shí)后，會隨機(jī)推遲一段時(shí)間后重新發(fā)送其機(jī)推遲一段時(shí)間后重新發(fā)送其RTS幀幀，推遲時(shí)間的算法，推遲時(shí)間的算法也是使用二進(jìn)制指數(shù)退避。也是使用二進(jìn)制指數(shù)退避。隱終端問題解決方式隱終端問題解決方式節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)A欲發(fā)送一數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)欲發(fā)送一數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)B, 首先首先A發(fā)送一發(fā)送一RTS給給B;

38、B發(fā)送發(fā)送CTS;A收到收到CTS后發(fā)送數(shù)據(jù)后發(fā)送數(shù)據(jù);C監(jiān)聽到監(jiān)聽到CTS，知道有節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)，知道有節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)，A和和B數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間時(shí)間C不會發(fā)數(shù)據(jù)包。不會發(fā)數(shù)據(jù)包。暴露終端問題解決方式暴露終端問題解決方式1、發(fā)送者發(fā)送發(fā)送者發(fā)送 RTS。2、接收者返回、接收者返回 CTS。3、鄰居節(jié)點(diǎn)：、鄰居節(jié)點(diǎn)： 如果收到如果收到 CTS則保持安靜，不能傳輸數(shù)據(jù)。則保持安靜，不能傳輸數(shù)據(jù)。 如果只收到如果只收到 RTS 而沒收到而沒收到 CTS,可以傳輸數(shù)據(jù)。可以傳輸數(shù)據(jù)。802.11 MAC: CSMA/CA計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)間(2i+2個(gè)時(shí)隙選一）以再次重新試圖接入信道二進(jìn)制指數(shù)退避二進(jìn)

39、制指數(shù)退避 (Binary Backoff)n 當(dāng)信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時(shí)，任何一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)當(dāng)信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時(shí)，任何一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀幀時(shí)，不僅都必須等待一個(gè)時(shí)，不僅都必須等待一個(gè) DIFS 間隔，間隔， 而且還要進(jìn)而且還要進(jìn)入入爭用窗口爭用窗口，并計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)間以便再次重新試圖，并計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)間以便再次重新試圖接入到信道，接入到信道， 這樣就減少了發(fā)生沖突的概率（當(dāng)多個(gè)這樣就減少了發(fā)生沖突的概率（當(dāng)多個(gè)站都打算占用信道時(shí)）站都打算占用信道時(shí)）n 以下情況不使用退避算法：以下情況不使用退避算法： 當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送的是它的第一個(gè)數(shù)據(jù)當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送的是它的第一個(gè)數(shù)據(jù)幀幀時(shí)，時(shí)， 并檢并檢測到

40、信道為空閑。測到信道為空閑。n 其余情況下，都必須使用退避算法。即：其余情況下，都必須使用退避算法。即：l在發(fā)送第一個(gè)幀之前檢測到信道為忙在發(fā)送第一個(gè)幀之前檢測到信道為忙l在每一次的重傳后在每一次的重傳后l在每一次的成功發(fā)送后在每一次的成功發(fā)送后Binary Backoff 802.11使用的二進(jìn)制指數(shù)退避算法（使用的二進(jìn)制指數(shù)退避算法（Binary Backoff）如下：如下： 第第 i 次退避時(shí)，在次退避時(shí)，在 2i+2 個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)。個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)。 例例 第第1次退避在次退避在8個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)（而不是象以太網(wǎng)個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)（而不是象以太網(wǎng)那樣第那樣第1次沖突后

41、在次沖突后在2個(gè)時(shí)隙中選）；個(gè)時(shí)隙中選）； 第第2次退避在次退避在16個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)（而不是象以太網(wǎng)那個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)（而不是象以太網(wǎng)那樣第樣第2次沖突后在次沖突后在4個(gè)時(shí)隙中選）。個(gè)時(shí)隙中選）。 。 然后根據(jù)該時(shí)隙數(shù)設(shè)置一個(gè)退避計(jì)時(shí)器進(jìn)行減然后根據(jù)該時(shí)隙數(shù)設(shè)置一個(gè)退避計(jì)時(shí)器進(jìn)行減1計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)器時(shí)間減小到時(shí)器時(shí)間減小到0時(shí)就開始發(fā)送數(shù)據(jù)。時(shí)就開始發(fā)送數(shù)據(jù)。若時(shí)間還未減到若時(shí)間還未減到0信道又信道又變?yōu)槊?，則凍結(jié)該計(jì)時(shí)值重新等待信道變?yōu)榭臻e、再經(jīng)過時(shí)間變?yōu)槊?，則凍結(jié)該計(jì)時(shí)值重新等待信道變?yōu)榭臻e、再經(jīng)過時(shí)間DIFS后后，繼續(xù)啟動(dòng)退避計(jì)時(shí)器（從剩下的時(shí)間開始）繼續(xù)啟動(dòng)退避計(jì)時(shí)器

42、（從剩下的時(shí)間開始）。這樣規(guī)。這樣規(guī)定有利于該繼續(xù)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器的站更早地接入信道中。定有利于該繼續(xù)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器的站更早地接入信道中。2. 點(diǎn)協(xié)調(diào)功能點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF （選項(xiàng)選項(xiàng)） n 前面講的是：前面講的是： 分布協(xié)調(diào)功能分布協(xié)調(diào)功能 DCF CSMA/CA, 爭用服務(wù)爭用服務(wù)（必選項(xiàng)）必選項(xiàng)） 所有的所有的 AP 、STA都須具有此功能都須具有此功能n IEEE 802.11 還有：還有： 點(diǎn)協(xié)調(diào)功能點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF 無爭用服務(wù)無爭用服務(wù)（可選項(xiàng)可選項(xiàng)） ( Point Coordination Function ), 某些某些 AP 有此功能有此功能 具有該功能的具有該功能的 AP 使用使

43、用集中控制集中控制的接入算法將發(fā)送數(shù)的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)據(jù)權(quán)輪流輪流交給各個(gè)站，從而交給各個(gè)站，從而避免了沖突的產(chǎn)生避免了沖突的產(chǎn)生。可以用在可以用在時(shí)間敏感時(shí)間敏感的服務(wù)場合，如音頻、視頻傳輸時(shí)；的服務(wù)場合，如音頻、視頻傳輸時(shí)；AP 通過使用短的幀間間隔通過使用短的幀間間隔 PIFS，可獲得優(yōu)先發(fā)送權(quán)；可獲得優(yōu)先發(fā)送權(quán)；AP 有了優(yōu)先發(fā)送權(quán)，就可以輪流向各個(gè)無線站點(diǎn)發(fā)送有了優(yōu)先發(fā)送權(quán)，就可以輪流向各個(gè)無線站點(diǎn)發(fā)送查詢請求，從而控制無線介質(zhì)的訪問。查詢請求，從而控制無線介質(zhì)的訪問。3.5.3 MAC幀MAC幀 幀控制域 不同的MAC幀類型 1.控制幀：6種子類型2.數(shù)據(jù)幀：8種子類型3.管理

44、幀：11種子類型MAC幀結(jié)構(gòu)IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中把無線局域網(wǎng)的MAC幀分為三種類型： 管理幀 控制幀 數(shù)據(jù)幀 MAC管理幀負(fù)責(zé)STA與AP之間的能力級的交互，認(rèn)證、關(guān)聯(lián)等管理工作。負(fù)責(zé)在工作站和AP之間建立初始的通信，提供關(guān)聯(lián)加入和認(rèn)證服務(wù)。 協(xié)助發(fā)送數(shù)據(jù)幀的控制報(bào)文（RTS、CTS、ACK等），當(dāng)工作站和AP之間建立關(guān)聯(lián)和認(rèn)證之后，控制幀為數(shù)據(jù)幀的發(fā)送提供輔助功能（請求或確認(rèn)等）。用戶的數(shù)據(jù)報(bào)文，數(shù)據(jù)幀的功能是向目的工作站傳送數(shù)據(jù)信息（如MSDU媒體服務(wù)數(shù)據(jù)單元），轉(zhuǎn)交給邏輯鏈路控制（LLC）子層。3.1 MAC幀主體框架結(jié)構(gòu)IEEE802.11定義了MAC幀格式的主體框架結(jié)構(gòu)，無

45、線局域網(wǎng)中發(fā)送的各種類型的MAC幀都采用這種幀結(jié)構(gòu)。站一旦形成正確的幀之后，MAC層將幀傳給物理層匯聚處理子層 Frame Duration Addr Addr Addr Sequence Addr Frame FCSControl ID 1 2 3 Control 4 Body 字節(jié)： 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 MAC幀由最長30字節(jié)的幀適配頭、長度可變（02312字節(jié)）的幀體信息和4字節(jié)的幀校驗(yàn)序列（FCS）組成。 IEEE 802.11 MAC幀一般框架結(jié)構(gòu) MAC幀結(jié)構(gòu)Frame Duration Addr Addr Addr Sequence Addr Frame

46、 FCSControl ID 1 2 3 Control 4 Body 字節(jié)： 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 一. MAC幀的主要字段 Duration/ID（持續(xù)時(shí)間/標(biāo)志）：在這個(gè)域內(nèi)包含發(fā)送站請求發(fā)送持續(xù)時(shí)間的數(shù)值，值的大小取決于幀的類型。通常每個(gè)幀一般都包含表示下一個(gè)幀發(fā)送的持續(xù)時(shí)間信息。網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)站都通過監(jiān)視幀中這一字段，來推測前邊的發(fā)送站尚需占用的時(shí)間，推遲自己的發(fā)送。Frame Control（幀控制）：這個(gè)字段載有在各工作站之間發(fā)送的控制信息。它又可劃分為若干子字段，子字段結(jié)構(gòu)說明如下頁：Addr 1，2，3，4（地址 1，2，3，4）：包含不同類型的地址，地

47、址的類型取決于發(fā)送幀的類型。這些地址類型可以包含基本服務(wù)組標(biāo)識（BSS-ID）、源地址、目標(biāo)地址、發(fā)送站（AP）地址和接收站（AP）地址。各段地址長度均為48位，且有單獨(dú)地址、組播地址和廣播地址之分。Sequence Control（序列控制）：該字段最左邊的4位由分段號子字段組成，這個(gè)子字段標(biāo)明一個(gè)特定的媒體服務(wù)數(shù)據(jù)單元（MSDU）的分段號。第一個(gè)分段號為0，后面的發(fā)送分段的分段號依次加1。站在數(shù)據(jù)接收時(shí)，可通過監(jiān)視序列號和分段號來判斷是否為重復(fù)幀。Frame Body（幀體）：這個(gè)字段的有效長度可變，所載的信息取決于發(fā)送幀的類型。如果發(fā)送幀是數(shù)據(jù)幀，那么該字段會包含一個(gè)LLC數(shù)據(jù)單元。MA

48、C管理和控制幀會在幀體中包含一些特定的參數(shù)。如果幀不需要承載信息，那么幀體字段的長度為0。FCS（幀校驗(yàn)序列）：發(fā)送工作站的MAC層利用循環(huán)冗余碼校驗(yàn)法CRC對幀前邊諸字段內(nèi)容運(yùn)算，計(jì)算一個(gè)32位的FCS，并將結(jié)果存入這個(gè)字段。MAC層利用下面的覆蓋MAC頭所有字段和幀體的生成多項(xiàng)式來計(jì)算FCS： G（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1結(jié)果的高階系數(shù)放在字段中，形成最左邊的位。接收端也利用相同的CRC校驗(yàn)，檢查接收幀中是否有數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生的差錯(cuò)。MAC幀結(jié)構(gòu)二. MAC幀的幀控制字段MAC幀中的幀控制字段（2字節(jié)）劃分為1

49、1個(gè)子字段，主要用來定義一個(gè)MAC幀的類型，是管理幀、控制幀還是數(shù)據(jù)幀。 ProtocolVersionTypeSub-typeToDSFromDSMoreFlagRetryPowerMgmtMoreDataWEPOrder2bit 2 bit 4 bit 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit MAC幀中的幀控制（Frame Control）字段的子字段結(jié)構(gòu)劃分 Protocol Version（協(xié)議版本）：用兩比特（bit1，bit0）表示MAC協(xié)議版本。對于當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議版本為0。因此，除非未來的新協(xié)議版本與過去的協(xié)議版本不兼容，協(xié)

50、議版本字段將一直保持為0。 Type（幀類型）：用兩比特（bit3，bit2）表示幀的類型。這個(gè)字段表明當(dāng)前的幀是管理幀、控制幀還是數(shù)據(jù)幀。表示方法如表1所示。 bit3，bit2 0，0 0，1 1，0 1，1幀類型管理幀控制幀數(shù)據(jù)幀保留表1 MAC幀的類型 Subtype (幀子類型)：用四比特（bit7，bit6，bit5，bit4）表示幀的類型的進(jìn)一步從功能上的劃分。這個(gè)字段說明幀的具體功能，如下表所示。To DS（到分布式系統(tǒng)）：只有一個(gè)位，發(fā)往分布式系統(tǒng)的幀，該字段置1，其它的幀則置0。例如某幀若是發(fā)往另一個(gè)AP的服務(wù)區(qū)里的時(shí)候， 要對該字段設(shè)置為1。From DS（來自分布式系統(tǒng)

51、）：也是只有一位，發(fā)自分布式系統(tǒng)的幀的該字段置1，其他的幀置0。當(dāng)某幀從一個(gè)AP發(fā)送到另一個(gè)AP時(shí)，To DS和From DS字段都要置1。More Frag（更多分段）：只有一位的字段，如果同一個(gè)MSDU還有其他分段存放在后繼的幀中，該字段置1。Retry（重發(fā)）：只有一個(gè)位。對于重發(fā)幀，該字段置1；其它幀置0。Power Management（電源管理）：該字段指明發(fā)送工作站在完成目前的幀交換序列之后的電源管理模式。如果工作站進(jìn)入睡眠模式，MAC層將該字段置1；置0則表示工作站處于激活模式。More Data（更多數(shù)據(jù)）：如果某工作站還有MSDU要發(fā)往處于節(jié)能模式的工作站，那么發(fā)送工作站將

52、該字段置1；其他種類的發(fā)送則置0。WEP（加密）：本字段置1表示向接收工作站聲明，幀體（Frame Body）已經(jīng)被WEP算法加工過了（數(shù)據(jù)已經(jīng)用密鑰加密）；其他情況本字段置0。Order（排序）：所有采用嚴(yán)格順序服務(wù)級別的數(shù)據(jù)幀，該字段置1。表明這些須按順序處理。MAC幀結(jié)構(gòu)控制幀類型值類型值 類型描述類型描述子類型值子類型值子類型描述子類型描述0l控制1010節(jié)能輪詢01控制1011請求發(fā)送01控制1100清除發(fā)送01控制1101確認(rèn)01控制1110自由競爭(contention-free，CF)結(jié)束01控制1111CF結(jié)束+CF確認(rèn)數(shù)據(jù)幀類型值類型描述子類型值子類型描述10數(shù)據(jù)0000數(shù)

53、據(jù)10數(shù)據(jù)0001數(shù)據(jù)+CF確認(rèn)10數(shù)據(jù)0010數(shù)據(jù)+CF輪詢10數(shù)據(jù)0011數(shù)據(jù)+CF確認(rèn)CF輪詢10數(shù)據(jù)0100空功能(無數(shù)據(jù))10數(shù)據(jù)0101CF確認(rèn)(無數(shù)據(jù))10數(shù)據(jù)0110CF輪詢(無數(shù)據(jù))10數(shù)據(jù)0111CF確認(rèn)+CF輪詢(無數(shù)據(jù))管理幀類型值類型值類型描述類型描述子類型值子類型值子類型描述子類型描述00管理0000連接請求00管理0001連接響應(yīng)00管理0010重連請求00管理0011重連響應(yīng)00管理0100偵測請求00管理0101偵測響應(yīng)00管理1000信號燈00管理1001宣布通信指示報(bào)文00管理1010拆除連接00管理1011認(rèn)證MAC管理幀負(fù)責(zé)在工作站和AP之間建立初始的

54、通信，提供連接加入和認(rèn)證服務(wù)。FrameControlDurationDASABSS-IDSequenceControlFrameBodyFCS字節(jié)： 2 2 6 6 6 2 0-2312 4 管理信息幀格式 在無競爭期（中心網(wǎng)絡(luò)控制方式規(guī)定的），管理幀的Duration字段被設(shè)置為32768D（8000H），從而管理幀在其它站獲得媒體訪問權(quán)之前，有足夠的時(shí)間建立通信連接。 在競爭期，管理幀的Duration字段設(shè)置如下： 目標(biāo)地址是組播或廣播地址時(shí)，Duration字段置0。 More Fragment位設(shè)置為0，且目標(biāo)地址是單個(gè)獨(dú)立地址時(shí)，Duration字段的值是發(fā)送一個(gè)響應(yīng)（ACK）幀

55、和一個(gè)短幀間隔所需的時(shí)間（微秒）數(shù)。 More Fragment位設(shè)置為1，且目標(biāo)地址是單個(gè)獨(dú)立地址時(shí)，Duration字段的值是發(fā)送下一個(gè)分段、兩個(gè)ACK幀和三個(gè)短幀間隔所需的時(shí)間微秒數(shù)。1-MAC管理幀結(jié)構(gòu)圖4 不同功能子類型管理幀的幀體元素 認(rèn)證算法 認(rèn)證處理序列號 信標(biāo)間隔 當(dāng)前AP地址 監(jiān)聽間隔 原因代碼 連接標(biāo)識 狀態(tài)碼 時(shí)戳 ESS服務(wù)組標(biāo)識 支持速率 跳頻參數(shù)設(shè)置 直擴(kuò)參數(shù)設(shè)置 無競爭參數(shù)設(shè)置 能力信息 業(yè)務(wù)指示表 IBSS參數(shù)設(shè)置 質(zhì)詢文本 分離幀信標(biāo)幀關(guān)聯(lián)請求關(guān)聯(lián)響應(yīng)重關(guān)聯(lián)請求重連接響應(yīng)探詢請求探詢響應(yīng)認(rèn)證幀解除認(rèn)證幀管理幀類型 幀體元素 各管理幀類型解釋見P84管理幀的功

56、能劃分子類型及其幀體元素當(dāng)工作站和AP之間建立連接和認(rèn)證之后，控制幀為數(shù)據(jù)幀的發(fā)送提供輔助功能。下圖表示一次成功數(shù)據(jù)幀發(fā)送過程中的控制幀流。 發(fā)送工作站 接收工作站 請求發(fā)送（RTS） 發(fā)送確認(rèn)（CTS）數(shù)據(jù)（DATA）應(yīng)答（ACK）一次成功數(shù)據(jù)幀發(fā)送過程中的控制幀流 2-MAC控制幀結(jié)構(gòu)不同功能子類型控制幀的結(jié)構(gòu)： 請求發(fā)送（RTS）：工作站向某接收工作站發(fā)送RTS幀，以協(xié)商數(shù)據(jù)幀的發(fā)送。Frame ControlDurationRATAFCS字節(jié)： 2 2 6 6 4RTS控制幀格式 Duration字段的值以微秒為單位，是工作站間發(fā)送一個(gè)CTS幀、一個(gè)DATA幀和一個(gè)ACK幀和三個(gè)短的幀

57、間間隔所需的時(shí)間。 字段RA和TA分別是接收地址和發(fā)送地址，各6字節(jié)。2-MAC控制幀結(jié)構(gòu)不同功能子類型控制幀的結(jié)構(gòu)： 清除發(fā)送（CTS）：收到RTS后，接收工作站向發(fā)送工作站返回一個(gè)CTS幀，以確認(rèn)發(fā)送工作站享有發(fā)送數(shù)據(jù)幀的權(quán)力。CTS控制幀格式 Duration字段的值以微秒為單位，等于RTS Duration字段的值減去發(fā)送CTS幀和SIFS間隔的時(shí)間。CTS控制幀中只有接收地址（RA）而沒有發(fā)送地址（TA）。Frame ControlDurationRAFCS字節(jié)： 2 2 6 4 2-MAC控制幀結(jié)構(gòu)交換RTS/CTS控制幀的意義：障礙物訪問節(jié)點(diǎn)AP 工作站A工作站BRTS/CTS控

58、制幀的交換可改善由于隱藏站點(diǎn)引發(fā)的訪問碰撞 為了防止由于隱藏站點(diǎn)和提高信道利用率帶來的碰撞，正在發(fā)送信息正在發(fā)送信息的工作站的工作站B應(yīng)該向應(yīng)該向AP發(fā)一個(gè)發(fā)一個(gè)RTS幀幀 ，請求占有一段時(shí)間的服務(wù)。如果AP接收這個(gè)請求，它會在這段時(shí)間內(nèi)向所有工作站廣播CTS幀。則該時(shí)段內(nèi)，包括A在內(nèi)的所有工作站都不會在企圖訪問媒體了。RTS/CTS交換同時(shí)進(jìn)行快速的碰撞推斷和傳送線路檢測。如果發(fā)送RTS的工作站沒有探測到返回的CTS，它會重復(fù)發(fā)送操作。其重發(fā)速度遠(yuǎn)比象發(fā)送一個(gè)很長的數(shù)據(jù)幀之后無ACK幀返回時(shí)的重發(fā)要快得多。2-MAC控制幀結(jié)構(gòu)不同功能子類型控制幀的結(jié)構(gòu)： 應(yīng)答（ACK）：工作站收到一個(gè)無誤的

59、幀（數(shù)據(jù)幀或管理幀）之后，會向發(fā)送工作站發(fā)送一個(gè)ACK控制幀，以確認(rèn)幀已經(jīng)被成功地接收。ACK控制幀格式 Duration字段的值以微秒為單位，當(dāng)前的數(shù)據(jù)幀或管理幀的控制字段中“更多分段”bit為0時(shí)，該Duration字段的值為0；如果前述如果前述的數(shù)據(jù)幀或管理幀的幀控制字段中更多分段的數(shù)據(jù)幀或管理幀的幀控制字段中更多分段bit為為1時(shí)，該時(shí)，該Duration字段的值等于前述的字段的值等于前述的數(shù)據(jù)幀或管理幀的數(shù)據(jù)幀或管理幀的Duration字段的值減去發(fā)字段的值減去發(fā)送送ACK幀和幀和SIFS間隔的時(shí)間間隔的時(shí)間。Frame ControlDurationRAFCS字節(jié)： 2 2 6 4

60、 ACK控制幀中只有接收地址（RA）而沒有發(fā)送地址（TA）。2-MAC控制幀結(jié)構(gòu)不同功能子類型控制幀的結(jié)構(gòu)： 節(jié)能輪詢（PS Poll）：當(dāng)工作站收到PS Poll控制幀后，會更新網(wǎng)絡(luò)分配矢量（NAV），NAV用于表明工作站多長時(shí)間內(nèi)不能發(fā)送信息，它包含對媒體未來通信量的預(yù)測。PS Poll控制幀格式 字節(jié)： 2 2 6 6 4 Frame ControlDurationBSS-ID TAFCS2-MAC控制幀結(jié)構(gòu)不同功能子類型控制幀的結(jié)構(gòu)： 無競爭終點(diǎn)（CF End）：CF End 控制幀標(biāo)明中心網(wǎng)絡(luò)控制方式（PCF）的無競爭期的終點(diǎn)。這類幀的Duration字段一般設(shè)置為0。CF End控制幀格式