802.11 媒体访问机制

10 、802.11媒体访问控制机制
802.11媒体访问控制机制：

1. CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)
   目的：避免多个设备在同一时刻抢占线路的情况。
   可以从三点理解CSMA/CD
   
   CS：载波侦听，在发送数据之前进行侦听，以确保线路空闲时减少冲突的机会；
   MA：多址访问，每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收；
   CD：冲突检测，由于两个站点同时发送信号，信号叠加后会使线路上电压的摆动值超过正常值的一倍，因此可以判断冲突发生，同时边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个随机时间之后继续发送。

CSMA/CD工作流程：

工作过程：

1. 终端设备不停地检测共享线路的状态；
2. 如果线路空闲则发送数据
3. 如果线路不空闲则一直等待
4. 如果有另一个设备同时发送数据，两个设备发送的数据必然会产生冲突，导致线路上的信号不稳定。
5. 终端设备检测到这种不稳定信号后马上停止发生自己的数据
6. 终端设备发送一连串干扰脉冲，然后等待一段时间之后会在进行发送数据
7. 发送干扰脉冲的目的是为了通知其他设备，特别是跟自己在同一时刻发送数据的设备，线路上已经产生了冲突，检测到冲突后等待的时间是随机的。

2、CSMA/CA（载波侦听多址访问/冲突避免）
在802.11无线局域网中，对CSMA/CD进行了一些调整，采用了新的协议CSMA/CA；

802.11无线局域网协议中，CSMA/CD冲突的检测碰撞会浪费宝贵的传输资源，所需代价较大，因此802.11 转而使用冲突避免（CSMA/CA）机制。
CS：载波侦听，在发送数据之前进行侦听，以确保线路空闲，减少冲突的机会。
MA：多址访问，每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。
CA：冲突避免，802.11允许工作站使用请求发送（RTS）和允许发送（CTS）帧来清空传送区域，避免来自其他工作站的干扰。

CSMA/CA工作机制

3、隐藏终端节点
无线网络的界限比较模糊，有时并不是每个节点都可以跟其他节点直接通信，导致节点间发送冲突，隐藏终端节点是指在接收者的通信范围内且在发送者通信范围外的终端节点。
下图：PC1，PC2是发送者，AP是接收者。

如上图所示，AP可以直接跟PC1和PC2通信，不过某些因素导致PC1和PC2无法直接通信。（这与障碍物的关系并不大,PC1和PC2之间可能只是因为距离远，无法收到对方的无线电波）。
从PC1的角度来看，PC2属于隐藏节点。PC1和PC2有可能在同一时间传送数据，这会造成AP无法辨识任何信息。
此外，PC1和PC2将无从得知错误发生，因为只有AP才知道有冲突发生。

3.1 隐藏节点—RTS/CTS（CSMA/CA机制解决该问题）
通过RTS/CTS帧在发送数据帧之前 先对信道 进行预约。

1.PC1 发送RTS，AP向PC1 返回CTS。
PC2 不能接收到PC1 发送的RTS，却可以接收到AP发送的CTS，所以PC2 保持安静，不能发送数据

4、 暴露终端节点
暴露终端节点是指在发送者的通信范围内且在接收者通信范围之外的节点；

AP1和AP2属于同一个信道，当PC1向AP1发送数据时，同时PC2也希望向AP2发送数据。
根据CSMA/CD协议，PC2侦听信道，它将听到PC1正在发送数据，于是错误地认为它此时不能向AP2发送数据，
但实际上它的发送不会影响AP1的数据接收，这就导致PC2所谓暴露节点问题的出现。

4.1 暴露终端—RTS/CTS
通过RTS/CTS帧在发送数据帧之前确认信道不会发生冲突。

PC1向AP1发送RTS，AP1向PC1返回CTS。
PC2如果收到AP1发送的CTS则保持安静，不能传输数据；
如果只收到PC1发送出的RTS而没收到CTS,可以传输数据。
所以此时PC2并没有收到AP1发给自己的CTS，PC2此时可以发送数据给AP2。

5、 帧间间隔

帧间间隔 (Interframe Space，简称 IFS）所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续侦听）才能发送下一帧。这段时间的通称为帧间间隔 IFS 。
帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。
高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权，但低优先级帧就必须等待较长的时间。
若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态，因而低优先级帧就只能再推迟发送了，这样就减少了发生碰撞的机会。
短帧间间隔（Short interframe space，简称 SIFS）SIFS，即短(Short) 帧间间隔，长度为10微妙（802.11g时为例），是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收方式。
使用 SIFS 帧间间隔的场合：应答 ACK 帧、应答 CTS 帧、过长的 MAC 帧分片后的数据帧、应答 AP 探询帧、PCF 方式中接入点 AP 发送出的任何帧。
PCF（point coordination function）帧间间隔 （PCF interframe space，简称PIFS） PIFS，即点协调功能帧间间隔（比SIFS长），是为了在开始使用 PCF 方式时（在PCF方式下使用，没有争用）优先获得接入到媒体中。
PIFS 长度:SIFS 加一个时隙(slot)长度（其长度为微妙），即30微妙。
DCF（distribute coordination function）帧间间隔（DCF interframe space，简称DIFS）DIFS，即分布协调功能帧间间隔，在 DCF 方式中用来发送数据帧和管理帧。
DIFS是竞争式服务中最短的媒体闲置时间。如果媒介闲置时间长于DIFS，则工作站可以立即对媒体进行访问。

5.1 RTS/CTS with CSMA/CA

上图说明了NAV 如何保障整个程序不受干扰。
工作站对介质的访问操作可用加上阴影的条状图来表示，每个条状图均会标上帧类型。没有任何操作之处会标上帧间隔。
此图底部，NAV 线上的条状图代表NAV 计时器。
NAV 是由RTS 与CTS 帧之标头来载送的。
此时其他工作站就必须暂缓访问介质，因为虚拟载波侦听机制将会指出，介质正处于忙碌状态。