计算机网络-介质访问控制子层-无线LAN

Posted 2020-11-22 mengxiaoleng

【计算机网络】-介质访问控制子层-无线LAN

802.11体系结构和协议栈

802.11网络使用模式:

有架构模式(Infrastructure mode)
无线客户端连接接入点AP，叫做有架构模式

自组织模式(Ad hoc mode)
没有AP点，只是客户端与客户端相互连接，这叫做自组织模式，但是这是未来的趋势

802.11 协议栈

802.11物理层

网卡兼容多个物理层，如802.11 a/b/g

802.11 MAC子层协议

802.11没有像以太网那样采用CSMA/CD原因

1.无线电几乎都是半双工的。无线电介质中像以太网那样的冲突检测机制根本不起作用。802.11试图避免冲突，802.11采用CSMA/CA协议
2.不同站的传输范围可能有所不同。会出现隐藏站和暴露站问题

带冲突避免的CSMA(CSMA/CA)

1.通过侦听，确定在一个很短的时间内没有信号；然后倒计数空闲时间槽，当有帧在发送时暂停该计数器；当计数器递减到0，该站就发送自己的帧
2.若帧发送成功，目标站立即发送一个短确认
3.若没收到确认，则可推断出传输发生了错误。这种情况下，发送方要加倍后退选择的时间槽数，再重新试图发送
4.如此反复，连续像以太网那样依指数后退，直到发送成功或达到重传的最大次数

CSMA/CA机制下发送帧

1.首先对于站A来说，站A先朝站D发送，之后站D回复给站A一个ack帧，告诉它收到了，在这段时间内别的站都不能发送
2.之后对于站B和站C，他们从开始发送都一直在监听着信道，终于当A和D之间的相互发送结束之后，他们准备发送了，两个站都先倒计数空闲时间槽，当有帧在发送时暂停该计数器；当计数器递减到0，该站就发送自己的帧，通过这样C开始发送，B只能又开始监听等待空闲
3.当C和D之间相互发送完，B再倒计数空闲时间槽，当有帧在发送时就暂停该计数器；当计数器递减到0，站B就发送自己的帧，显然B这次Backoff之后，可以发送了，结果它发送，然后D回复给它ack帧结束.

总结:
1.CSMA/CA插入退避槽以避免冲突
2.MAC对无线错误使用ACKs/重传

802.11支持两种操作模式

DCF(分布式协调功能)

1.没有使用任何的中心控制手段
2.使用CSMA/CA (带冲突避免CSMA)这个协议中既用到了物理的监听手段也用到了虚拟的监听手段。CSMA/CA支持两种操作方法。

• 第一种模式是，当一个站想要发送数据，它首先先监听信道，如果信道现在是空闲状态的话，它就开始发送，但是它在发送的过程中不会监听信道，而是直接送出整个帧，但是这可能会导致对于接受方收到的是由于被干扰而损坏的帧，如果信道恰巧不是那么闲着，那么发送方就推迟到信道空闲开始发送，假如发生冲突的话，那么冲突的站就等待一段随机时间之后再重新传送。
• 第二种模式采用了虚拟信道监听方法
  例子:
  
  
  前提条件:
  1.A希望朝B发送数据，C位于A的无线范围内
  2.D在B的范围内，但是不在A的范围内

过程:
对于A和B的角度:
1.A决定向B发送一个数据，协议开始工作，首先A超B发送一个RTS帧，这个帧的目的请求一个给B发送帧的许可，换句话说也就是问问B，我要给你发一个东西，我能不能发
2.B收到这个这个请求帧RTS帧之后，它可能决定给予许可，告诉A你发吧，B发送一个CTS帧给A
3.A在征得B允许之后，也就是收到RTS之后，就开始发送出数据了，并开启一个ACK计时器，这个ACK计时器是干什么的呢，是确定B是否按时成功接收了数据并回复了ACK帧，如果B成功接收数据并回复了ACK帧，那么终止协议交换过程，如果超时了那么一切从头再来。

对于C和D的角度:
1.由于C也在A的范围内，因而它也是可以收到A发送出来的RTS帧的，但是它知道目的地址不是它，所以不会回复CTS，但是它知道甭管咋说，有人要发送数据了，为了全局考虑，它虽好闭嘴，就不要再发送任何信息了，直到人家传输完成之后，它怎么知道人家啥时候传输完成呢？这是由于它可以从RTS帧中推算出人家要传送多长时间，它是如何保持安静的呢?有一种信号叫做NAV（网络分配向量），它不被发送出去，它是一种内部的提醒信号，用来保持一段时间的安静。
2.D没有收听到RTS，但是它在B的范围内，所以它收到了CTS，所以在B发送CTS之后，它也声明了NAV信号，表示闭嘴。

3.所有802.11必须支持DCF

PCF(点协调功能)
1.使用AP点控制自己覆盖范围内的一切活动
2.PCF是可选的，802.11可以选择支持，也可以选择不支持

概念总结:

1.为了减少究竟哪个站在发送的模糊不清，802.11定义信道侦听包括物理侦听和虚拟侦听
2.网络分配向量(NAV),有了虚拟侦听，每个站可保留的一个信道何时要用的逻辑记录，这通过跟踪NAV获得的,每个帧携带一个NAV字段，说明这个帧所属的一系列数据将传输多长时间
3.可选RTS/CTS机制使用NAV来防止隐藏站在同一时间发送(几乎没有价值的设计)。该机制如下所示
4.注意：NAV信号是不传输的，只是由站内部使用，提醒自己保留一定时间内的安静
5.使用NAV（网络分配向量）和可选RTS/CTS（通常不使用）的虚拟信道感知避免了隐藏终端

MAC的一些机制

不同的退避时段支持服务质量，短时间间隔用于首选访问，例如控制、VoIP
MAC还具有其他机制，例如，节能

802.11帧结构

1.帧具有由“帧控制”指定的不同类型
2.数据帧有3个地址要通过ap
3.802.11标准定义了三种不同类型的帧用于通信，包括数据帧、控制帧、管理帧