1、第第8章章 无线局域网无线局域网n8.1 引言引言n8.2 802.11标准标准n8.3 802.11网络系统结构网络系统结构n8.4 802.11 系统服务系统服务n8.5 802.11 MAC层概述层概述n8.6 802.11MAC协议协议n8.7 802.11 物理层概述物理层概述n8.8 802.11的安全性的安全性8.1 引言引言n8.1.1 WLAN的引入的引入n8.1.2 WLAN的技术发展的技术发展n8.1.3 WLAN技术概况技术概况8.1.1 WLAN的引入的引入n如何理解如何理解 WLAN？nWLAN：Wireless Local Area Networkn直观理解直观理
2、解 在小范围内通过无线传输方式将站点互联起来在小范围内通过无线传输方式将站点互联起来n小范围：典型小范围：典型100m，增大发射功率可适当增大范围，增大发射功率可适当增大范围n无线传输：无线传输：2.4GHz频段和频段和5GHz频段频段nWLAN的功能的功能n为小范围内固定或移动站点提供无线接入与数为小范围内固定或移动站点提供无线接入与数据通信服务据通信服务8.1.1 WLAN的引入的引入n需求需求为为WLAN的引入提供了契机的引入提供了契机n自由接入的需求自由接入的需求n宽带无线数据接入的需求宽带无线数据接入的需求n特定应用场合无线数据通信的需求特定应用场合无线数据通信的需求n游牧接入（如大
3、学校园的来访者等）游牧接入（如大学校园的来访者等）n布线不便不宜布线不便不宜n教室、会议厅、仓库、车间教室、会议厅、仓库、车间n历史古建、家庭网络历史古建、家庭网络n临时通信的需求（露天活动等）临时通信的需求（露天活动等）n技术技术的进步为的进步为WLAN的发展提供了支撑的发展提供了支撑n尽管尽管WLAN技术复杂，实现困难，但：技术复杂，实现困难，但：n核心技术已相当成熟：协议、纠错、编码、调制核心技术已相当成熟：协议、纠错、编码、调制n长期努力，长期努力，WLAN已得到较大发展已得到较大发展 n近期发展迅速，成为网络方面的研究热点近期发展迅速，成为网络方面的研究热点8.1.2 WLAN的技术
4、发展的技术发展nWLAN经历了漫长发展历程经历了漫长发展历程n1990年：成立新的工作组：年：成立新的工作组：802.11n2019年：历经十年，发布正式标准年：历经十年，发布正式标准n201999年：年：2Mbps、11Mbps、54Mbpsn2019年：年：54Mbps，进入快速发展期，进入快速发展期n2019年：安全性标准的增强年：安全性标准的增强802.11in2019年：增强年：增强MAC的的QoS标准标准802.11en2019年年:正式标准发布第正式标准发布第2版版n新的标准还在制定中新的标准还在制定中8.1.3 WLAN的技术概况的技术概况nWLAN是一种共享信道的无线数据网络
5、是一种共享信道的无线数据网络nWLAN主要研究主要研究MAC层和物理层技术层和物理层技术n信道分配采用平等争用的方式信道分配采用平等争用的方式n基本基本MAC 协议：协议：CSMA/CAn工作频段：工作频段：n免照频段：免照频段：2.4GHz（ISM频段）和频段）和5GHz（国家基础（国家基础设施）设施）n工作方式工作方式:n只能是半双工方式只能是半双工方式n且无线覆盖范围内同时只能允许一个站点发送，否则，且无线覆盖范围内同时只能允许一个站点发送，否则，将发生冲突将发生冲突8.2 WLAN的标准化的标准化8.2.1 标准化组织标准化组织8.2.2 IEEE标准惯例标准惯例8.2.3 IEEE8
6、02.11基本标准基本标准8.2.4 IEEE802.11增补标准增补标准8.2.5 正在制定中的标准正在制定中的标准8.2.1 WLAN的标准化组织的标准化组织n标准化组织标准化组织nIEEEn研究内容研究内容n主要研究主要研究WLAN的物理层和的物理层和MAC层层n现有标准系列：现有标准系列：n已推出一系列关于物理层、已推出一系列关于物理层、MAC层以及扩展协议层以及扩展协议nWi-Fi组织推动组织推动WLAN产品市场化产品市场化8.2.2 802.11基本标准基本标准n802.11基本标准基本标准nIEEE std 802.11-2019n物理层：物理层：2Mbps，DSSS/FHSS2
7、.4GHz、IRnIEEE 802.11,2019 Editionn编辑版，未经过正式投票表决编辑版，未经过正式投票表决n网管改变：网管改变：CMIP-SNMPnIEEE std 802.11-2019nIEEE 802.11-20 xxnIEEE P802.11-REV-ma/D7.0n2019/07/21：91%approval nISO/IEC 8802.11:2019(E)8.2.3 802.11增补标准增补标准n物理层（物理层（PMD）增补标准）增补标准nIEEE 802.11b-2019n11Mbps2.4GHz，CCK/DSSSnIEEE 802.11a-2019n54Mbps
8、5GHz，OFDMnIEEE 802.11g-2019n54Mbps2.4GHz，OFDMnIEEE 802.11n-20 xxn 100Mbps，D1.02：600Mbps、MIMO8.2.3 802.11增补标准增补标准n其他增补标准其他增补标准nIEEE 802.11h-2019n欧洲，欧洲，5GHz运行运行n频谱管理、发射功率管理频谱管理、发射功率管理nIEEE 802.11j-2019：日本，：日本，5GHz运行运行nIEEE 802.11i-2019nMAC的安全性增强的安全性增强nIEEE 802.11e-2019n MAC的的QoS增强增强8.2.4 802.11制定中的标准制
9、定中的标准n一些制定中的新标准一些制定中的新标准n802.11n：新一代高速网：新一代高速网nHigh Throughputn802.11p：汽车无线网：汽车无线网nWireless Access in the Vehicular Environmentn802.11s：无线：无线Mesh网网nMesh Networkingn其他任务组其他任务组(TG)也在制定各自负责的标准也在制定各自负责的标准n802.11r/11u/11k/11m/11v/11w/11yn802.11T、WNG8.2.5 Wi-FiWiFi：Wireless Fidelity 802.11产品互操作性认证的非盈利专业组织
10、产品互操作性认证的非盈利专业组织致力于推动致力于推动802.11系列标准的推广应用，促进系列标准的推广应用，促进802.11无线接入产品的规模发展无线接入产品的规模发展对不同厂商的对不同厂商的802.11芯片和设备进行标准化认证芯片和设备进行标准化认证和测试和测试帮助推动与保证设备的兼容性和互操作性帮助推动与保证设备的兼容性和互操作性对通过一致性和互操作性测试的产品发放获得对通过一致性和互操作性测试的产品发放获得“WiFi认证认证”标志标志因而：获得因而：获得WiFi认证的产品将成为大规模提供宽认证的产品将成为大规模提供宽带服务的最具竞争力的产品带服务的最具竞争力的产品8.3 WLAN网络系统
11、结构网络系统结构n8.3.1 无线数据传输环境无线数据传输环境n8.3.2 基本网络结构基本网络结构n8.3.3 网络单元网络单元n8.3.4 网络系统构成网络系统构成n8.3.5 分发系统分发系统DSn8.3.6 参考模型参考模型8.3.1 无线数据传输环境无线数据传输环境nWLAN使用的无线介质与有线介质很不相同使用的无线介质与有线介质很不相同nWM：wireless mediumn外来信号易于侵入共享的无线介质外来信号易于侵入共享的无线介质n站点移动形成动态拓扑站点移动形成动态拓扑n物理移动，或信号变化形成逻辑移动物理移动，或信号变化形成逻辑移动n缺乏全连通性，可形成隐蔽站点和暴露站点缺
12、乏全连通性，可形成隐蔽站点和暴露站点n无线通信的广播环境不能简单认为是无线通信的广播环境不能简单认为是“总线型总线型”n传播时延可能变化，可能不对称传播时延可能变化，可能不对称8.3.1 无线数据传输环境无线数据传输环境n无线介质影响系统的设计与性能无线介质影响系统的设计与性能n无线覆盖没有明确的易于确定的边界无线覆盖没有明确的易于确定的边界n边界之外的站点不一定接收不到网络帧边界之外的站点不一定接收不到网络帧n边界之内的站点未必可以良好接收网络帧边界之内的站点未必可以良好接收网络帧n覆盖区域与实际环境关系很大覆盖区域与实际环境关系很大n信号强度与分布信号强度与分布n建筑物阻拦建筑物阻拦n外界
13、干扰外界干扰 WALN中的中的隐藏站点隐藏站点A AB BC CA A覆盖覆盖B B，C C覆盖覆盖B B，B B覆盖覆盖ACAC，但但A A与与C C彼此不覆盖，导致：彼此不覆盖，导致：A A、C C 侦听不到彼此的载波侦听不到彼此的载波 （载波侦听失效！）（载波侦听失效！）隐藏站点：隐藏站点：在同一无线频率下，彼此不能感知对方的发在同一无线频率下，彼此不能感知对方的发 送信号，这类站点互为隐藏站点送信号，这类站点互为隐藏站点图中：图中：A、C互为隐藏站点（终端），彼此不能感知对方互为隐藏站点（终端），彼此不能感知对方fff会出现：会出现：A A、C C同时向同时向B B发送发送 ，且彼，且
14、彼 此认为没有冲突，此认为没有冲突，实际上冲突会在实际上冲突会在B B处发生处发生隐藏终端问题：加剧冲突，严重影响隐藏终端问题：加剧冲突，严重影响WLANWLAN的性能的性能WLAN中的暴露站点中的暴露站点n图中，图中，C和和B互为暴露站点（终端）互为暴露站点（终端）n当当B向向A发射时，发射时，C因侦听到因侦听到B的载波，误认为不可以向的载波，误认为不可以向D发射发射n其实，其实，B和和A的通信并不影响的通信并不影响C与与D的通信的通信n暴露终端问题，降低信道的使用效率暴露终端问题，降低信道的使用效率8.3.2 基本网络结构基本网络结构n无线数据网络结构分类无线数据网络结构分类n无中心网与有
15、中心网无中心网与有中心网n网络结构中是否有一个中心站点网络网络结构中是否有一个中心站点网络n单跳网与多跳网单跳网与多跳网n一跳一跳(Hop)：等价于有线网络的一条链路：等价于有线网络的一条链路n多跳：存在路由、动态路由、自组织网等问题多跳：存在路由、动态路由、自组织网等问题n4种基本类型种基本类型n无中心单跳网无中心单跳网n无中心多跳网无中心多跳网n有中心单跳网有中心单跳网n有中心多跳网有中心多跳网8.3.2 基本网络结构基本网络结构nWLAN的基本网络结构的基本网络结构n由由IEEE 802.11定义定义n802.11当前只定义了单跳网当前只定义了单跳网n802.11中的定义中的定义n无中心
16、网：称为无中心网：称为Ad hoc模式模式n有中心网：网络结构中有一个中心站点有中心网：网络结构中有一个中心站点APn称为称为infrastructure模式模式n也称也称AP模式模式nAP：Access Point，接入点，接入点n802.11正在发展多跳网正在发展多跳网(802.11s)，称为无线，称为无线Mesh网网WLAN无中心（无中心（Ad-hoc模式）结构模式）结构n无中心网无中心网n称为称为Ad hoc模式模式n网络结构无中心站点网络结构无中心站点n所有站点平等所有站点平等n站点之间的通信站点之间的通信n是一种单跳的对等网络是一种单跳的对等网络n站点之间直接通信站点之间直接通信n
17、适合少用户小范围的临时适合少用户小范围的临时组网组网fWLAN 有中心（有中心（AP模式）结构模式）结构n网络结构有一个中心站点网络结构有一个中心站点n称为称为infrastructure模式模式n中心站点称为：中心站点称为：APn其它站点为从节点其它站点为从节点n站点之间的通信站点之间的通信n从站点之间不能直接通信从站点之间不能直接通信n从节点与从节点与AP直接通信直接通信n从节点之间经从节点之间经AP中继中继n特别适用于接入网特别适用于接入网nAP上联上层网络上联上层网络n其他站点通过其他站点通过AP接入接入nAP控制其他站点接入控制其他站点接入APAPf18.3.2 网络结构网络结构-有
18、中心多跳网（拓展）有中心多跳网（拓展）n也称无线也称无线Mesh网网n近年来发展的热点近年来发展的热点n如：如：802.11、802.16n从站点可多跳中继接入从站点可多跳中继接入n在在BWA中很有价值中很有价值nBroadband Wireless Acces8.3.2 网络结构网络结构-无中心多跳网（拓展）无中心多跳网（拓展）n网络层不存在中心节点网络层不存在中心节点n常是全动态路由常是全动态路由n常是拓扑自组织网常是拓扑自组织网n抗毁性十分好抗毁性十分好n目前研究的热点目前研究的热点n网络结构的研究网络结构的研究n平面结构平面结构n分层结构分层结构n动态路由协议的研究动态路由协议的研究n
19、平面路由协议、分层路由协议平面路由协议、分层路由协议n按需路由协议等按需路由协议等n链路协议的研究链路协议的研究n十分适用于军用通信十分适用于军用通信n是军方的长期研究题目是军方的长期研究题目nAd hoc、MANET8.3.3 基本网络单元基本网络单元 服务区概念：服务区概念：Service Area （SA）n802.11站点可以相互通信的区域站点可以相互通信的区域n表示一个无线网络覆盖区域的概念表示一个无线网络覆盖区域的概念n一个具有明确边界的二维图形一个具有明确边界的二维图形（主观认为）（主观认为）n实质上仅仅是一个概念性的区域实质上仅仅是一个概念性的区域n是是802.11协议的作用范
20、围协议的作用范围n实际上并不存在一个边界明确的静态覆盖区实际上并不存在一个边界明确的静态覆盖区n站点的无线电场强是一个动态的三维图站点的无线电场强是一个动态的三维图n电波传播特性动态变化、无论电波传播特性动态变化、无论STA是移动还是静止是移动还是静止n场强逐渐减弱，并无明显边界场强逐渐减弱，并无明显边界8.3.3 基本网络单元基本网络单元n802.11中的基本网络单元中的基本网络单元nService Set，服务组，由协调功能控制的一，服务组，由协调功能控制的一组站点组站点nBSS：Basic Service Set，基本服务组，基本服务组nESS：Extended Service Set，
21、扩展服务组，扩展服务组APDistribution SystemAP8.3.3 基本网络单元基本网络单元 BSSnBSS是一个基本的是一个基本的WLAN的单元网络的单元网络n位于同一基本服务区的一组站点位于同一基本服务区的一组站点n基本服务区基本服务区BSA：Basic Service Area n一个一个BSS内的站点可简单地相互通信内的站点可简单地相互通信nAd_hoc模式：站点直接互通通信模式：站点直接互通通信nAP模式：通过模式：通过AP中继中继n不同不同BSS间的站点不能直接通过无线信道通信间的站点不能直接通过无线信道通信nIBSSn不与其他系统互连，自成一个独立的小系统，通常不与其
22、他系统互连，自成一个独立的小系统，通常适合适合Adhoc模式模式IBSSIBSS8.3.3 基本网络单元基本网络单元 ESS的概念：的概念：nESS是一个扩展的基本是一个扩展的基本WLAN网络单元网络单元n位于同一扩展服务区的一组站点位于同一扩展服务区的一组站点n扩展服务区扩展服务区ESA：Extended Service Area n通过通过DS互连多个互连多个BSS形成形成n通常，互连通常，互连AP而形成而形成nDS：分发系统（：分发系统（Distribution System）n互连互连AP的系统，如以太网的系统，如以太网（也可以是其他网络）（也可以是其他网络）DSDSAPAPAPAPB
23、SS1BSS1BSS2BSS2ESSESS8.3.3 基本网络单元基本网络单元 ESS的概念：的概念：nBSS内内站点间的通信站点间的通信、站点站点到到DS的通信都靠的通信都靠AP转发转发n同一个同一个ESS的站点可以在不同的的站点可以在不同的BSS之间之间“漫游漫游”n802.11标准不支持不同标准不支持不同ESS之间的移动与之间的移动与“漫游漫游”DSDSAPAPAPAPBSS1BSS1BSS2BSS2ESSESS8.3.4 WLAN系统构成系统构成8.3.5 分发系统分发系统DSn概念概念nDS互连互连BSS形成更大的形成更大的ESSn802.11声明：声明：DS仅是一个逻辑概念仅是一个
24、逻辑概念n可以是有线网络或无线网络可以是有线网络或无线网络n可以是可以是802网络或非网络或非802网络网络n这可使这可使802.11标准有更大的适应性标准有更大的适应性n实现实现nDS通常用以太网桥实现通常用以太网桥实现n可以更容易实现与以太网的兼容和整合可以更容易实现与以太网的兼容和整合n这些措施使得业界称这些措施使得业界称802.11网络为网络为“无线以太网无线以太网”nDS也可用也可用WLAN网桥实现网桥实现8.3.5 分发系统分发系统DSn以太网作为以太网作为DS互连互连BSSnAP此时桥接此时桥接WLAN与以太网与以太网nAP有两个物理接口有两个物理接口nWLAN无线接口：与无线接
25、口：与BSS内站点通信内站点通信n以太网接口：连接到以太网接口：连接到DSDS：以太网：以太网AP802.11MAC802.11PHY802.3MAC802.3PHYRelayDSSTAAPAP8.3.5 分发系统分发系统DSn无线网络作为无线网络作为DS互连互连BSS（例：（例：802.11）n通常通常DS与与BSS采用不同物理层标准的采用不同物理层标准的WLAN，如：，如：nBSS采用采用802.11bnDS采用采用802.11anAP此时桥接此时桥接802.11b与与802.11anAP具有两个物理接口具有两个物理接口nWLAN802.11b无线接口：与无线接口：与BSS内站点通信内站点
26、通信nWLAN802.11a无线接口：连接到无线接口：连接到DSAP802.11MAC802.11bPHY802.11MAC802.11aPHYRelayDSSTA8.3.6 802.11参考模型参考模型MACMAC子层子层物理层，进一步分为两个子层物理层，进一步分为两个子层8.3.6 802.11参考模型参考模型nMAC子层子层n向高层提供向高层提供MAC服务服务n成帧，介质访问，差错控制等等成帧，介质访问，差错控制等等nPHY的层次结构的层次结构nPLCP：物理层汇聚协议（介质无关）：物理层汇聚协议（介质无关）nphysical layer convergence protocoln使不同
27、的使不同的PMD能力适合统一的能力适合统一的PHY服务服务n将将MPDU映射成适合于映射成适合于PMD系统收发的帧格式系统收发的帧格式nPMD：物理介质相关子层：物理介质相关子层nphysical medium dependentn适应多种物理层技术的特点适应多种物理层技术的特点,例如例如nIR、FHSS、DSSS、CCK_DSSS、OFDM8.4 系统服务系统服务8.4.1 系统服务概述系统服务概述8.4.2 站点提供的服务站点提供的服务SS8.4.3 分发系统提供的服务分发系统提供的服务 DSS8.4.4 服务之间的关系服务之间的关系8.4.1 系统服务概述系统服务概述n802.11定义了
28、一些系统服务定义了一些系统服务nIEEE 802.11 architectural servicesn802.11-2019：定义了：定义了9种服务种服务n11i增强增强1种，种，11h增加增加2种，种，11e增加增加2种种n系统服务功能系统服务功能n支持支持STA之间的数据投递：之间的数据投递：6种种n接入控制和机密性：接入控制和机密性：3种种n频率管理：频率管理：2种，种，11h增加增加nQoS设施：设施：2种，种，11e增加增加8.4.1 系统服务概述系统服务概述n根据服务提供者可以对服务分类根据服务提供者可以对服务分类nSTA提供的服务：提供的服务：SSnDS提供的服务：提供的服务：D
29、SSn最基本的服务是：最基本的服务是：MSDU投递投递nMSDU deliveryn在在STA之间投递之间投递MSDUn这是这是 WLAN的基本任务的基本任务n注意注意:nAP既有站点的功能，又具有既有站点的功能，又具有DS的功能的功能n因此因此AP既提供既提供SS，也提供，也提供DSS8.4.2 站点提供的服务站点提供的服务SSn站点提供的服务与接入控制和安全性相关站点提供的服务与接入控制和安全性相关n802.11基本标准中定义的基本标准中定义的SSn认证认证/解除认证：解除认证：Authentication/Deauthenticationn机密性：机密性：Confidentiality（
30、2019版原为：版原为：privacy）n802.11i大大增强了此功能大大增强了此功能nMSDU投递：投递：MSDU deliveryn802.11h增补标准中增加的增补标准中增加的SSn频率管理：频率管理：nDFS（动态频率选择）（动态频率选择）/TPC（发射功率控制）（发射功率控制）n802.11e增补标准中增加的增补标准中增加的SSnQoS设施：设施：n高层定时器同步（高层定时器同步（Higher layer timer synchronization）nQoS流量调度（流量调度（QoS traffic scheduling）8.4.2 SS认证认证/解除认证解除认证n802.11中认
31、证的概念中认证的概念nSTA之间的链路级认证之间的链路级认证n不是端到端认证也不是用户到用户认证不是端到端认证也不是用户到用户认证n端到端：信息源站到信息目的站端到端：信息源站到信息目的站n就接入控制而言，就接入控制而言，802.11中认证的安全性十分弱中认证的安全性十分弱n802.11中认证的目的中认证的目的n确定站点在确定站点在WLAN中的唯一身份中的唯一身份n得到其他站点的认可，成为得到其他站点的认可，成为BSS的成员的成员n采用采用MAC地址作为站点唯一的身份地址作为站点唯一的身份n802.11中认证的方式中认证的方式n开放式认证开放式认证n共享密钥认证共享密钥认证8.4.2 SS机密
32、性机密性n机密性：机密性：Confidentialityn99版中称为版中称为privacy，802.11i大大增强大大增强nSTA可选择适当加密算法用于特定关联可选择适当加密算法用于特定关联n机密性的目的就是对数据加密，提高安全性机密性的目的就是对数据加密，提高安全性n3种加密算法以保护数据流种加密算法以保护数据流nWEPnwired equivalent privacy，基于，基于RC48算法算法nTKIPnTemporal Key Integrity Protocol，基于，基于RC48算法算法nCCMPnCTR with CBC-MAC Protocol，基于，基于AES标准标准8.4
33、.3 分发系统提供的服务分发系统提供的服务DSSnDS提供的服务支持信息分发与移动性提供的服务支持信息分发与移动性n802.11基本标准中定义的基本标准中定义的DSSn分发：分发：Distributionn整合：整合：Integrationn关联关联/解除关联解除关联/重新关联重新关联nAssociation/Disassociation/Reassociationn站点的移动支持站点的移动支持n802.11e增补标准中增加的增补标准中增加的SSnQoS流量调度（流量调度（QoS traffic scheduling）8.4.3 DSS分发与整合分发与整合n信息在信息在DS内的分发内的分发n分
34、发：分发：Distribution n当当802.11 STA通过通过DS发送帧时必须使用发送帧时必须使用n即：即：ESS中中BSS之间的站点发送数据时使用之间的站点发送数据时使用n802.11不指定不指定DS如何分发信息如何分发信息n通常用以太网桥实现：简单实用、易于理解通常用以太网桥实现：简单实用、易于理解n整合：整合：Integration n当信息不是发向另一个当信息不是发向另一个WLAN而是发向接到而是发向接到DS的一的一个有线个有线LAN时，使用整合服务时，使用整合服务nDS的出口点不是另一个的出口点不是另一个AP而是一个而是一个“portal”时时n此功能将此功能将WLAN与有线
35、与有线LAN有机整合成一体有机整合成一体8.4.3 DSS关联关联/解除关联解除关联/重新关联重新关联n关联：关联：Associationn建立建立AP/STA映射，使映射，使STA得以引用得以引用DSSnDS分发信息需知分发信息需知STA接入何接入何APn即：即：STA关联到何关联到何APn解除关联：解除关联：Disassociationn终止现存关联终止现存关联n在在ESS内通知内通知DS现存关联无效现存关联无效n重新关联：重新关联：Reassociationn将当前关联从一个将当前关联从一个AP移到另一移到另一APn用此服务支持用此服务支持STA的的BSS跃迁跃迁8.4.3 DSS对移动
36、性的支持对移动性的支持n移动类型移动类型n802.11定义了定义了3种类型的站点移动种类型的站点移动n非跃迁：非跃迁：No-transitionn静止，或仅在一个静止，或仅在一个BSS内移动内移动nBSS跃迁：跃迁：BSS-transition:n在一个在一个ESS内的内的BSS之间移动之间移动nESS跃迁：跃迁：ESS-transitionn从一个从一个ESS的的BSS移动到另一移动到另一ESS中的中的BSSn不同类型的移动需要不同的关联服务支持不同类型的移动需要不同的关联服务支持n802.11并不直接定义对站点并不直接定义对站点ESS跃迁的支持跃迁的支持n需要高层协议更多的的支持需要高层协
37、议更多的的支持8.4.4 系统服务之间的关系系统服务之间的关系n服务之间服务之间n并不是完全独立的，存在一定关系并不是完全独立的，存在一定关系n对于对于IBSS（Adhoc）方式）方式n都是站点的服务都是站点的服务n站点之间通信之前，只需要通过认证站点之间通信之前，只需要通过认证n对于对于AP模式模式n需要提供需要提供SS和和DSSn站点在通过站点在通过AP转发数据之前转发数据之前n先认证，后关联先认证，后关联n认证成功且关联成功，才能获得整合认证成功且关联成功，才能获得整合和分发服务和分发服务n即即AP才能为站点提供接入和转发服务才能为站点提供接入和转发服务n注意：在已关联的状态下，解除认注
38、意：在已关联的状态下，解除认 证将同时解除关联证将同时解除关联状态状态1非认证非关联非认证非关联状态状态2已认证非关联已认证非关联状态状态3已认证已关联已认证已关联成功认证成功认证解除认证通知解除认证通知解除关联通知解除关联通知解除认证解除认证通知通知成功关联成功关联或重新关联或重新关联8.4.4 服务之间的关系服务之间的关系n注意：注意：IEEE 802.11-2019/Fig.8 有错有错?8.5 MAC层概述层概述n8.5.1 MAC层功能层功能n8.5.2 MAC服务服务n8.5.3 MAC结构结构n8.5.4 MAC帧格式帧格式n8.5.5 站点典型接入过程站点典型接入过程8.5.1
39、 MAC层功能层功能n向高层提供向高层提供MAC服务服务n成帧、发送与接收成帧、发送与接收MAC帧帧n信道访问控制信道访问控制nPCFnDCFCSMA/CAn分片与合片分片与合片n分片连传分片连传n差错控制（确认差错控制（确认+重传）重传）n电源自动管理电源自动管理nMAC采用无连接协议采用无连接协议8.5.2 MAC服务服务n8.5.2.1 服务的概念服务的概念n8.5.2.2 MAC服务类型服务类型n8.5.2.3 MAC服务原语服务原语8.5.2.1 服务的概念服务的概念MAC实体实体nMAC服务：服务：MAC层向邻接上层提供的能力层向邻接上层提供的能力nMAC_SAP：MAC向上层提供
40、服务的点向上层提供服务的点nPHY_SAP：MAC实体使用实体使用PHY服务的那一点服务的那一点nMSDU：MAC服务数据单元服务数据单元n通过通过MAC层提交到对等层提交到对等MAC实体的数据组（实体的数据组（DATA）nMPDU：MAC协议数据单元协议数据单元n对等对等MAC实体根据实体根据MAC协议交互的数据单元协议交互的数据单元MAC实体实体8.5.2.2 MAC服务种类服务种类n数据服务：数据服务：Data servicen为对等为对等LLC实体提供实体提供MSDU交换能力交换能力n若协议栈为若协议栈为IPoverMAC，则为对等，则为对等IP实体提供实体提供n安全服务：安全服务：S
41、ecurity servicesn提供认证服务及提供认证服务及WEP、TKIP、CCMP机制机制nMSDU排序服务：排序服务：MSDU orderingn802.11允许两种排序服务允许两种排序服务n严格排序（严格排序（Strictly ordered：MSDU发送接收同序发送接收同序n可重新排序服务：实施可重新排序服务：实施QoS管理时采用（管理时采用（802.11e）8.5.2.3 MAC服务原语服务原语nMA-UNITDATA.requestn本地本地LLC实体请求实体请求MAC实体将实体将MSDU 发送到对等发送到对等LLC实体实体n对等实体可为：单一实体或一组实体对等实体可为：单一实
42、体或一组实体n本地本地MAC实体从实体从MAC SAP接收原语，加上头部成帧并发送接收原语，加上头部成帧并发送nMA-UNITDATA.indicationnMAC实体告知实体告知LLC实体收到实体收到MSDUn仅收到有效仅收到有效MAC帧且目的帧且目的MAC匹配的站点才会产生该原语匹配的站点才会产生该原语nMA-UNITDATA-STATUS.indicationnMAC实体告知实体告知LLC相应相应request原语处理的状态信息，如：原语处理的状态信息，如：nMSDU被成功传送被成功传送n无法投递（已超过重传次数）无法投递（已超过重传次数）n无法投递（无有效无法投递（无有效BSS）n。n
43、注意：仅具有本端意义注意：仅具有本端意义8.5.3 MAC结构结构n802.11-2019MAC层提供两种信道访问服务层提供两种信道访问服务n分布协调方式：分布协调方式：DCFn提供争用型服务，并且是提供争用型服务，并且是PCF的基础的基础n点协调方式：点协调方式：PCFn提供无争用服务提供无争用服务nPCF方式在产品中方式在产品中 几乎没采用几乎没采用n802.11-2019增强型增强型MAC结构结构见见P2328.5.3 信道访问方式信道访问方式DCFnDCF:Distributed Coordination Functionn802.11的基本的基本MAC访问机制、访问机制、MAC子层的
44、子层的基础基础n提供争用型服务提供争用型服务n使用使用CSMA/CA协议协议nCSMA/Collision Avoidancen适用于适用于Adhoc和和AP模式的网络模式的网络8.5.3 信道访问方式信道访问方式PCFnPCF：Point Coordination Functionn提供无争用服务提供无争用服务n对无线信道访问的集中仲裁机制对无线信道访问的集中仲裁机制n由由APAP仲裁访问请求，类似于轮询仲裁访问请求，类似于轮询n仅适用于仅适用于AP模式模式n实际并未得到应用实际并未得到应用8.5.4 802.11的的MAC帧格式帧格式n8.5.4.1 通用通用MAC帧格式帧格式n8.5.4
45、.2 MAC帧的控制字段帧的控制字段FCn8.5.4.3 MAC帧的类型帧的类型/子类型子类型n8.5.4.4 MAC帧的帧的Duration/ID字段字段n8.5.4.5 MAC帧的序列控制字段帧的序列控制字段SCn8.5.4.6 MAC帧地址字段及应用帧地址字段及应用8.5.4.1 MAC帧通用格式帧通用格式nMAC帧：即帧：即MAC PDUnMAC帧各字段帧各字段nFC字段：帧控制段字段：帧控制段nDuration/ID字段：持续时间，虚拟侦听使用字段：持续时间，虚拟侦听使用n地址段：可以多达地址段：可以多达4个个，随帧类型而定，随帧类型而定nSC字段：序列控制段，分片合片用字段：序列控
46、制段，分片合片用n帧体：封装帧体：封装MSDU及及WEP控制信息等控制信息等nFCS：帧校验序列，根据：帧校验序列，根据CRC-32生成生成2266626023124FrameControlDuration/IDAddr1 Addr2 Addr3SequenceControlAddr4FrameBodyFCS8.5.4.2 MAC帧的控制字段帧的控制字段FCProtocolVersiontypeSubtypeToDSFromDSMoreFragRetryPwtMgtMoreDataWEPOrder2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 Bits:：定义了定义了3种帧类型种帧类型管理帧管理帧
47、控制帧控制帧数据帧数据帧定义了每种定义了每种帧的不同子帧的不同子帧类型帧类型To DS:1入入DS的数据帧的数据帧From DS:1出出DS的数据帧的数据帧其他帧该两位其他帧该两位置置01：还有：还有后续分后续分片片0：无后：无后续分片续分片1：重传帧重传帧0：非：非重传帧重传帧对于站点：对于站点：1：省电：省电0：活动：活动对于对于AP：永远置永远置01：表示：表示至少还至少还有一个有一个被缓存被缓存的帧要的帧要传给省传给省电的站电的站点点1：数据：数据帧或认证帧或认证子帧用子帧用WEP加密加密0：不加：不加密密1：采用：采用严格排序严格排序服务等级服务等级0：可能：可能重新排序重新排序0
48、1 2 3 4 5 6 88.5.4.3 MAC帧类型帧类型/子类型字段子类型字段nFC中的中的Type字段定义了字段定义了MAC帧类型帧类型n00：管理帧：管理帧 n01：控制帧：控制帧 n10：数据帧：数据帧 n11：保留：保留nFC中的中的Subtype字段定义字段定义MAC帧子类型帧子类型n管理帧子类型管理帧子类型n关联关联/解除关联解除关联/重新关联、认证、信标等重新关联、认证、信标等n控制帧子类型控制帧子类型n数据帧子类型数据帧子类型n含含data的帧、不含的帧、不含data的帧的帧8.5.4.4 MAC帧的帧的Duration/ID字段字段nDuration/ID 字段：字段：1
49、6 bitn在不同的帧中有不同的含义在不同的帧中有不同的含义Duration/ID含义与用途含义与用途bit15bit14bitS13-00032767下一帧的持续时间，在下一帧的持续时间，在DCF方式下，方式下，虚拟载波侦听时站点更新虚拟载波侦听时站点更新NAV100固定值固定值32768，PCF方式发送帧方式发送帧111-2019节能轮询帧节能轮询帧PS-Poll，站点请求，站点请求AP为其缓存的帧为其缓存的帧10116383保留保留112019163838.5.4.5 MAC帧的序列控制字段帧的序列控制字段SCnSC：Sequence Control，16bitnSN：序号，：序号，12
50、bit，n序号序号0-4095采用递增方式循环使用采用递增方式循环使用n结合结合SA，形成帧唯一标识，形成帧唯一标识nFN：分片号，：分片号，4bitn用于分片用于分片/合片过程合片过程n若一个帧仅有一个段（未分段），则若一个帧仅有一个段（未分段），则FN总是为总是为0n注意：重传的注意：重传的MPDU其其SN和和FN序号不变序号不变8.5.4.6 MAC帧地址字段及应用帧地址字段及应用nTo/FromDS决定了帧中地址段的表示决定了帧中地址段的表示nBSSID：AP模式下，可使用模式下，可使用AP的的48位位MAC地址地址 Ad-hoc模式下，使用某站点的地址（发送信标帧的站点）模式下，使用
