概述
MAC架构
- 前言
- 一、802.11帧封装
- 1.基本概念
- 2.MAC子层
- 3.物理层
- 二、802.11帧格式
- 1.基本概念
- 2.帧控制字段
- 3.时长/ID字段
- 4.地址字段
- 5.序列控制字段
- 三、数据帧
- 四、控制帧
- 1.RTS
- 2.CTS
- 3.ACK
- 五、管理帧
前言
主要介绍上层信息如何进行802.11帧的封装、802.11帧的三种类型和主要子类型。还会介绍在MAC层完成的功能及完成这些功能所需要的特定802.11帧。
一、802.11帧封装
1.基本概念
- 当数据在计算机间传递的过程中,它从OSI模型上层逐步向下移动至物理层,最终在物理层被转移到其他设备。每层都在数据上添加包头信息。在4~7,添加了IP报头。网络层往下发,就会达到数据链路层,即MAC层。
- 802.11数据链路层分为两个子层,上层是逻辑链路控制子层LLC,下层是媒体访问控制MAC子层。
- 数据移交给LLC后即成为MAC服务数据单元(MSDU)。
- 具体的流程图如下
2.MAC子层
- LLC将MSDU发送到MAC子层后,需要给MSDU增加MAC报头信息。被封装后的MSDU称为MAC协议数据单元MPDU,也就是MAC帧。
- 这个FCS就是做校验的,也就是32bit的CRC。
- 这样二层就封装好了,就进入下一步物理层操作了。
3.物理层
- 物理层也被分为两个子层,上层是物理层汇聚协议PLCP子层,下层是物理媒介相关PMD子层
- PLCP将MAC子层的数据变成协议数据单元PPDU。PMD会经过调制,按照bit进行传输。
- 物理层的PLCP就是MAC层的MPDU。只是OSI层次不同。
二、802.11帧格式
1.基本概念
IEEE 802.11MAC帧按照功能分,分为三种:
- 数据帧:用户间传输的数据报文
- 控制帧:协助发送数据帧。例如最常见的ACK报文。
- 管理帧:负责STA和AP之间的能力级的交互、认证、关联灯管理工作。
帧的组成:
- MAC首部:最大30字节,IEEE 802.11n最大36字节,最复杂。
- 帧主体:数据部分。可变长。
- 帧尾校验序列:其实就是FCS(CRC)。
2.帧控制字段
- 字段长2字节,共16bit。
- 协议版本字段:长2bit,可以与IEEE 802.11兼容
- 帧类型和子类型:分为管理、控制、数据帧。
- 到DS和从DS字段:各占1bit,具体含义如下:
- 更多分片字段:正常接受的最大数据帧位1500字节,为了提供传输效率,当网络质量较差的时候,我们需要将数据帧分片传输。
- 重传字段:长度1bit,如果收到干扰或者碰撞导致数据帧发送失败,会重新传出。
- 功率管理:长度1bit,站点活跃模式为1,节能模式为0,一般为0
- 更多数据字段:站点处于PS模式才有意义,标示AP缓存了更多的数据。
- 受保护帧:为1时候,数据被加密。
- 排序字段:保留字段
3.时长/ID字段
“时长/ID”字段占16位。最高位为“0”时该字段表示持续期,这样除了最高位以外还有15位来表示持续期,这样持续期不能超过215-1=32767,单位为us,其被用于更新网络分配向量(Network
Allocation Vector,NAV)。如果在一个PS-Poll
帧中两个高位比特被设置的话,余下的14个比特就被解读为关联标识符(Association ID,AID)。
4.地址字段
- IEEE 802.11网络节点按照功能以及位置可分为4类:源端、传输端、接收端及目的端口。对应的地址就是源地址SA,传输地址TA、接受地址RA、目的地址DA。
- IEEE 802.11帧中的几个地址字段的含义:
5.序列控制字段
- 占16位,序号子字段占12位,分子字段占4位。
- 序号控制的作用是使接收方能够区分分开是新传送的帧还是因为出现差错而重传的帧。
三、数据帧
- 当帧控制字段中的‘帧类型’字段为“10”时,代表该帧为数据帧。不同的子类型值标识了不同的数据帧。
- 数据帧通用格式:
- 不是所有字段都出现,地址4字段只在Ad-hoc组网时才出现。Qos控制只在类型为Qos的数据帧中出现。HT控制只在Qos数据帧中出现。
四、控制帧
- 当帧控制字段中的帧类型为1时候,这个帧才是控制帧,不同的子类型值标识了不同的控制帧。
子类型值为“0111”的“控制包裹”帧是在IEEE 802.11n中新引入的,其可以替换普通的控制帧。该帧复制了其所替换的控制帧中的所有字段,并在其基础上增加了一个“HT 控制”字段,近似于将原先的帧包裹起来,故而得名“控制包裹”。
1.RTS
- 请求发送帧RTS帧用于对信道进行预约,其包括源地址、目的地址和本次通信所需的时间,具体格式如下:
- RTS帧的源地址代表接下来数据传送目的站点的地址,该站点为接下来的数据或者管理帧的直接接收方。RTS的目的地址部分为发送本RTS帧的站点的地址。
2.CTS
- 允许发送帧CTS,用于对信道预约进行响应。其包括源地址和本次通信所需的时间。
CTS帧的源地址与之前RTS帧中目的地址相同,该站点为接下来的数据或者管理帧的直接发送方。RTS 帧的目的地址部分为发送本RTS帧的站点的地址。
“时长”字段是一个以us为单位的时间值,其值等于RTS帧中获得的值减去一个SIFS的时长,再减去CTS帧的时长。
3.ACK
- 用于对接收到数据帧的确认。
ACK帧的源地址是从其前一个数据、管理、BAR、BA或 PS-Poll帧的地址2字段中复制得到的,以确认对前一个帧的正确接收。
五、管理帧
- 当帧控制字段中的“帧类型”字段为“00”时,代表该帧为管理帧。不同的子类型值标识了不同的管理帧。
- 管理帧的帧格式:
管理帧的帧格式与帧的子类型无关,且地址字段不随帧的子类型而改变。其中,帧主体由每个管理子类型帧定义的必须固定字段和信息元素组成,且它们只能以特定的顺序出现。
最后
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