(一)802.11无线网络权威指南学习笔记1-3

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一，无线网络导论

1，ISM频带

ISM频带，工业（industrial），科学（scientific），医疗（medical），ISM频带是保留给工业，科学，医疗使用的频带，在这些频带之内，只要功率符合要求，不需要申请许可证就可以使用。802.11

2，802.11b/g概述使用2.4GHz ISM频带，802.11a使用5GHz,

 

二，802.11网络概述,

1，IEEE 802.11是一个协议簇，主要包含以下规范（技术族谱）：

1）物理层规范：802.11b，802.11a，802.11g；

2）增强型MAC层规范：802.11i，802.11r，802.11h等；

3）高层协议规范：802.11f，802.11n，802.11p，802.11s等。

2，802.11和OSI模型的关系

IEEE802规范将重心放在OSI模型的最下面两层

2，网络类型

WLAN有以下三种网络拓扑结构：

1）独立基本服务集(Independent BSS, IBSS)网络(也叫ad-hoc网络)；

2）基础架构型基本服务集(Infrastructure Basic Service Set, BSS)网络；

3）扩展服务集(Extent Service Set, ESS)网络。

以上为WLAN的三种拓扑架构

 

3，网络服务

STA服务：

1），身份认证（Authentication），建立关联之前用来进行身份验证、

2），解除身份认证(Deauthentication)，副作用是终止当前关联

3），加密(Privacy)、用来防止窃听

4），MSDU传递(MSDU delivery)，用来传送数据至接收端

5），传输功率控制和动态频率选择

DS（分布式系统，AP）服务：

1），分布式，一旦接入点收到数据，就是使用分布式服务将帧送至目的地，

2），整合，整合由分布式系统提供服务，它让分布式系统得以连接至非802.11网络

3），关联(Association)、用来建立AP（作为网关使用）和移动特定工作站之间的关联，

4），解除关联(Deassociation)、

5），重新关联(Ressociation)。用来变更AP（作为网关使用）和移动特定工作站之间的关联，

4，移动性的支持

移动性是采用802.11网络的主要动机所在，在工作站移动时传送数据，就好比在移动时用手机通话。

802.11所提供的移动性存在于链路层的基本服务区域之间，就802.11而言，接入点之间可以出现3种转换

1，不转换；2，BSS转换；3，ESS转化。

 

三，802.11MAC基础

1，MAC所面临的挑战

1）射频链路品质

无线链路(radio link)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（dead line）也可能导致帧无法传送，因此采用肯定确认机制（positive acknowledgment），所有传出去的帧必须得到相应。

上图所列的步骤为一个原子操作，所谓原子操作，即不可分割的，非成即败，即完成所有的动作-成功，否则就失败，不存在第三种情况，和linux内核片成的原子变量一个解释

 

2）隐藏节点的问题

为了防止冲突发生，802.11允许工作站使用Request to send(RTS)请求发送以及Clear to Send(CTS)清除发送，由于RTS，CTS帧会延长帧交易的过程，因此RTS，CTS，数据帧，以及最后的相应帧均会被视为原子操作的一部分。

 

2，MAC访问模式与时机

1），ethernet之类的CSMA\CA访问是由分布式协调功能（distributed，coordination function，DCF）控制，

2），如果需要用到无竞争服务（contention-free service），可通过构建有DCF之上的（point coordination function，PCF）点协调功能，

3），介于两者之间的混合型协调功能（hybrid coordination function – HCF）

3，载波监听与网络分配矢量

载波监听功能（carrier sensing）主要用于来判断媒体是否处于可用的状态（物理载波监听，虚拟载波监听）

1），物理载波监听：有时不能提供所有必要的信息，价格昂贵，

2），虚拟载波是由网络分配矢量（network allocation vector，NAV）来实现的，802.11帧通常会包括一个duration字段，用来预定一段媒介的使用时间，NAV本身就是一个定时器，以微秒为单位，工作站将NAV设定为预计使用媒介的时间，只要NAV的值不为零，就代表媒介处于忙碌状态，反之，虚拟载波监听功能会显示媒介处于闲置状态。

 

4，帧间间隔

a，短帧间间隔（short interframe space，SIFS），用于高优先级的传输场合（RTS/CTS）

b，PCF帧间间隔（PCF interframe space，PIFS），用于无竞争式服务中

c，DCF帧间间隔（DCF interframe space，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（extended interframe space，EIFS），用于帧传输出错时才会用到

 

5，DCF的退避算法

6，帧的分段与重组

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（frame sequence number）以及一个递增的帧片段号（fragment  number）以便于重组，帧控制信息（frame control information）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，

7，帧的格式

 |  frame control  |   duiration/ID  |  addr1  |  addr2  |  addr3  | seq-ctl  |  addr4  |  frame-body  |  FCS  |

802.11帧分为三个部分：帧头（Mac header）、帧实体(body)、FCS域。分为MAC header、Frame Body和FCS。

MAC header由4个字段构成，分别为：Frame Control、Duration ID、Address、Seq-ctl,

1），帧控制字段

a，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802.11 MAC只有一个版本，它的协议编号为0。

b，type和subtype字段详解

Management frame（管理帧：Type=00）a
0000	Association request（关联请求）
0001	Association response（关联响应）
0010	Reassociation request（重新关联请求）
0011	Reassociation response（重新关联响应）
0100	Probe request（探测请求）
0101	Probe response（探测响应）
1000	Beacon（信标）
1001	ATIM（通知传输指示消息）
1010	Disassociation（取消关联）
1011	Authentication（身份验证）
1100	Deauthentication（解除身份验证）
1101～1111	Reserved（保留，未使用）
Control frame（控制帧：Type=01）b
1010	Power Save（PS）- Poll（省电－轮询）
1011	RTS（请求发送）
1100	CTS（清除发送）
1101	ACK（确认）
1110	CF-End（无竞争周期结束）
1111	CF-End（无竞争周期结束）＋CF-ACK（无竞争周期确认）
Data frame（数据帧：Type=10）c
0000	Data（数据）
0001	Data+CF-ACK
0010	Data+CF-Poll
0011	Data+CF-ACK+CF-Poll
0100	Null data（无数据：未传送数据）
0101	CF-ACK（未传送数据）
0110	CF-Poll（未传送数据）
0111	Data+CF-ACK+CF-Poll
1000	Qos Data c
1000~1111	Reserved（保留，未使用）
1001	Qos Data + CF-ACK c
1010	Qos Data + CF-Poll c
1011	Qos Data + CF-ACK+ CF-Poll  c
1100	QoS Null（未传送数据）c
1101	QoS CF-ACK（未传送数据）c
1110	QoS CF-Poll（未传送数据）c
1111	QoS CF-ACK+ CF-Poll（未传送数据）c

c，To DS与From DS位

这两个位用来指示帧的目的地是否为分布式系统（distribution system）。在基础结构型网络里，每个帧都会设定其中一个DS位

 

	To DS=0	To DS=1
From DS=0	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
From DS=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

 

d，MF，more frame

此位的功能类似IP的“more fragments“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0

 

e，retry，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。

 

f，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。

 

g，More data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

 

h，Protected Frame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Protected Frame位被称为WEP位

 

i，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（strict ordering）传送，则此位会被设定为1，否则这个位必然为0。