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802.11协议学习笔记1、简介1.1IEEE802网络技术规格IEEE802家族是由一系列局域网络(LocalAreaNetwork,LAN)技术规格所组成，802.11属于其中一员。注：现在已经到802.11n了，高速率802协议主要是改动了osi模型的最底下的两层PHY：解决传送与接受的细节MAC：解决如何访问介质与传送数据的规则802.11/b/g/n一般处于2.4ghz频带，这三种协议互通，最近发布的802.11n具有5ghz高频2.4ghz这个频段被分为13个信道（CHina），每个信道间隔为5mhz。802.11b/g是基于扩频与22MHz的通道宽度，故无法实现13个信道不交叠。因此，只有三个通道可以实现频率不重叠，故在WLAN部署时，信道1，6和11为推荐信道。在信道资源不够用或者用户容量要求较高时，也可以采用四个非重叠信道1，5，9和13。而在5.8GHz频段，我国把5.725GHz到5.875GHz这一频段分成了5个信道，每个信道带宽为20MHz。虽然划分了5个信道（149，153，157，161，165），但一般设备只支持其中的4个信道（149，153，157，161）。1.2WLAN组成与网络结构1.2.1组成WirelessMedium(WM)：无线传输媒介，无线局域网络物理层所使用到的传输媒介。Station(STA)：工作站，任何设备只要拥有IEEE802.11的MAC层和PHY层的接口，就可称为一个工作站。StationServices(SS)：工作站服务，提供工作站收发数据的服务。BasicServiceArea(BSA)：每一个几何上的建构区块(buildingblock)就称为一个基本服务区域(BasicServiceArea,简称BSA)，每一建构区块的大小依该无线工作站的环境和功率而定。BasicServiceSet(BSS)：基本服务区中所有工作站的集合。DistributeSystem(DS)：分布式系统，通常是由有线网络所构成，可将数个BSA基本服务区域连结起来。AccessPoint(AP)：接入点，连接BSS和DS的设备，通常在一个BSA内会有一个接入点。ExtendedServiceArea(ESA)：数个BSA基本服务区域经由DS连结在一起，所形成的区域，就叫作一个扩充服务区。ExtendedServiceSet(ESS)：数个经由DS分布式系统所连接的BSS中的每一基本工作站集，形成一个扩充服务集。DistributionSystemServices(DSS)：分布式系统所提供的服务，使得数据能在不同的BSS基本服务集间传送。1.2.2WLAN的网络结构WLAN网络结构主要可分为：AD-HOC，基础架构模式，多AP模式，无线网桥模式，无线中继器模式。Ad-hoc的网络没有中心接入点来控制设备通讯，而是允许各设备之间直接进行通讯。Ad-hoc的网络不能与任何基础架构设备或其他有线网络设备通讯，只可与其他Ad-hoc设备进行通讯。Infrastructure基础架构模式的网络需使用接入点来控制无线网络通讯，通常由无线接入点AP、无线站点STA、分布式系统DS组成。多AP模式指多个AP和DS组成的基础架构模式网络，即ESA。无线网桥模式即采用一对AP以网桥模式，连通两段DS。无线中继器模式则类似接力的方式，进行信号延伸。2、802.11MAC2.1MAC访问与时钟控制2.1.1无线链路品质无线链路(radiolink)的数据传输会受到噪声于干扰的影响。多径衰落造成的布线死区（deadline）也可能导致帧无法传送，因此采用肯定确认机制（positiveacknowledgment），所有传出去的帧必须得到相应。、上述的流程为一个原子操作，即不可分割，必须完成这一套动作，否则就失败，不存在第三三种情况。2.1.2隐藏节点问题有可能因为距离的原因而导致站点无法接受对方的无线电波导致碰撞的问题相当难以监听，因为无线收发器通常是半双工模式。为了防止碰撞发生，802.11使用RTS/CTS(允许发送)。加上这两个消息，和之前的frameack构成一个原子操作。2.1.3介质访问协调CSDM/CA访问时有分布式协调功能控制（DCF，先检测链路是否处于空闲，如果传送者占据某个频道则随机延时（退避算法）），需要用到无竞争服务，可通过PCF协调。HCD是介于两者之间的混合型协调功能。载波监听有两种A）物理载波监听：昂贵，有时不管用B）虚拟载波NAV来实现，通过RST/CST标头来传送，只要NAV不为0即其他站不能访问该站点，也就不会被打断，直到收到ACK2.1.4帧间间隔A）短帧间间隔（shortinterframespace，SIFS），用于高优先级的传输场合（RTS/CTS）B）PCF帧间间隔（PCFinterframespace，PIFS），用于无竞争式服务中C）DCF帧间间隔（DCFinterframespace，DIFS），用于竞争式服务中最短的媒介闲置时间D）扩展帧间间隔（extendedinterframespace，EIFS），用于帧传输出错时才会用到帧接受无误则必须空出一段DIFS,否者空出一段EIFS，介质处于busy则准备指数型退避访问程序。一个帧一旦被发出则会启动重传计数器，MAC被赋予每个帧片段中最长的那一个，传送第一个片段后，存活计数器启动，超过这个时间就会被丢弃，不会重传剩余的片段。TCP可能检测到重传不过传给802.11的还是当新帧看待。计数器会归零。DIFS这段时间会试图传送之前拥塞的数据，之后的时间为竞争期或者是退避期，这个期间会用一个时槽来控制访问2.2帧的分段与重传当上层封包的大小超过网络管理人算所设定的阈值时，就会进行帧的分段，每个帧片段（fragment）都有相同的帧序号（framesequencenumber）以及一个递增的帧片段号（fragmentnumber）以便于重组，帧控制信息（framecontrolinformation）用来指示是否还有其他帧片段等待接收，构成整个帧的所有帧片段会在所谓的片段突发期进行传送。2.3帧的格式|framecontrol|duiration/ID|addr1|addr2|addr3|seq-ctl|addr4|frame-body|FCS|802.11帧分为三个部分：帧头（Macheader）、帧实体(body)、FCS域。分为MACheader、FrameBody和FCS。MACheader由4个字段构成，分别为：FrameControl、DurationID、Address、Seq-ctla)帧的控制段version字段：Protocol（协议版本）字段由两位构成，用显示该帧所使用的MAC版本。目前802.11MAC只有一个版本，它的协议编号为0。Type和subtypeToDS与FromDS位这两个位用来指示帧的目的地是否为分布式系统（distributionsystem）。在基础结构型网络里，每个帧都会设定其中一个DS位ToDS=0ToDS=1FromDS=所有管理与控制帧。IBSS里的数据帧（非基础结构型数据帧）基础结构型网络里无线工作站所传送的数据帧0FromDS=1基础结构型网络里无线工作站所收到的数据帧无线桥接器上的数据帧MF，moreframe此位的功能类似IP的“morefragments“位。若较上层的封包经过MAC分段处理，除了最后一个片段，其他片段均会将此位设定为1。大型的数据帧以及某些管理帧可能需要加以分段，除此之外的其他帧则会将此位设定为0retry，重传帧有时候可能需要重传帧。任何重传的帧会将此位设定为1以协助接收端剔除重复的帧。电源管理此位用来指出发送端在完成当前的原子帧交换之后是否进入省电（power-save）模式，1代表工作站即时入省电模式，而0则代表工作站会一直保持在清醒状态。Moredata位为了服务处于省电模式中的工作站，接入点会将这些从分布式系统接收来的帧加以缓存。接入点如果设定此位，即代表至少有一个帧等待给休眠中的工作站ProtectedFrame位相对于固定式网络，无线传送本质上就比较容易被拦截。如果帧受到链路层安全协议的保护，则此位会被设定为1，而且该帧会略有不同。之前的ProtectedFrame位被称为WEP位Order位帧与帧片段可依次传送，不过发送端与接收端的MAC必须付出额外的代价。一旦进行严格依序（strictordering）传送，则此位会被设定为1，否则这个位必然为0。Address位一个802.11帧最多可以包含四个地址位。这些位地址位均经过编号，因为随着帧类型不同，这些位的作用也有所差异.基本上Address1代表接收端Address2代表传送端Address3位被接收端拿来过虑地址。802.11所使用的定位模式，乃是依循其他IEEE802网络所使用的格式，包括以太网。地址位本身的长度有48个bit。如果传送给实际介质的第一个bit为0，该地址位代表单一工作站（单点传播[unicast]）。如果第一个bit为1，该地址代表一组实际工作站，称为组播（多点传播[multicast]）地址。如果所有bit均为1，该帧即属广播（broadcast），因此会传送给连接至无线介质的所有工作站。这些长度48个bit的地址位有各种不同的用途：目的地址和以太网一样，目的地址（Destinationaddress）是长度48个bit的IEEEMAC识别码代表最后的接收端，亦即负责将帧交付上层协议处理的工作站。源地址此为长度48个bit的IEEEMAC识别码，代表传输的来源。每个帧只能来自单一工作站，因此Individual/Groupbit必然为0，代表来源地址（Sourceaddress）为单一工作站。接收端地址此为长度48个bit的IEEEMAC识别码，代表负责处理该帧的无线工作站。如果是无线工作站，接收端地址即为目的地址。如果帧的目的地址是与基站相连的以太网结点，接收端即为基站的无线界面，而目的地址可能是连接到以太网的一部路由器。传送端地址此为长度48个bit的IEEEMAC识别码，代表将帧传送至无线介质的无线界面。传送端地址通常只用于无线桥接。BasicServiceSetID(BSSID)在基础网络里，BSSID（基本服务集标识）即是基站无线界面所使用的MAC地址。而对等（Adhoc）网络则会产生一个随机的BSSID，并将Universal/Localbit设定为1，以防止与其他官方指定的MAC地址产生冲突。要使用多少地址位，取决于帧类型。大部分的数据帧会用到三个位：来源、目的以及BSSID。数据帧中，地址位的编号与排列方式取决于帧的传送路径。大部分的传输只会用到三个地址，这解释了为什么在帧格式中，四个地址位都有其中三个位相邻的。顺序控制位控制帧未使用顺序编号，因此并无sequencecontrol位.当上层帧交付MAC传送时，会被赋予一个sequencenumber（顺序编号）。此位的作用，相当于已传帧的计数器取4096的模（modulo）。此计数器由0起算，MAC每处理一个上层封包就会累加1。如果上层封包被切割处理，所有帧片段都会具有相同的顺序编号。如果时重传帧，则顺序编号不会有任何改变。帧片段之间的差异在于fragmentnumber（片段编号）。第一个片段的编号为0。其后每个片段依序累加1。重传的片段会保有原来的sequencenumber协助重组。FCS，帧检验序列802.11中并没有提供对错误帧如何处理，每次都是等待接收端的回应，没有正面回答是否是正确的超时就重传。2.4802.11对上层协议的封装有两种方式802.1h和RFC10422.5广播和组播广播数据帧会在ADRESS1中填入广播地址组播数据帧会在Address1位中填入组播地址广播理帧会在Address1位中填入广播地址（Beacon、ProbeRequest以及IBSSATIM帧）2.5.1单点传播需要得到确认，否则认为丢失。2.5.2帧分段在链路层使用