IEEE 802.11协议基础知识整理
1. IEEE 802.11协议族成员
PHY:Physical Layer,物理层
MAC:Media Access Control,媒体访问控制子层(数据链路层中的一层)
2. 频谱划分
WiFi总共有14个信道,如下图所示:
- IEEE 802.11b/g标准工作在2.4G频段,频率范围为2.400—2.4835GHz,共83.5M带宽
- 划分为14个子信道
- 每个子信道宽度为22MHz
- 相邻信道的中心频点间隔5MHz
- 相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频率重叠)
- 整个频段内只有3个(1、6、11)互不干扰信道
3. 802.11网络的基本元素
3.1 BSS(Basic Service Set)(基本服务集,含服务端和客户端)
- Stations (STA)(站):任何的无线终端设备
- AP (Access Point)(访问接入点):一种特殊的STA
3.2 DS(Distribution System,分布式系统)(多个基本服务集组成分布式系统)
3.3 SSID(Service Set ID 服务集识别码)(一般指无线AP的ID)
3.4 ESS(Extended Service Set,采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS)
4. 802.11MAC层工作原理
802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯。主要功能包括:扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。
4.1 802.11MAC 报文类型
4.1.1 数据帧
4.1.2 控制帧
协助发送数据帧的控制报文,例如:RTS、CTS、ACK等
RTS和CTS用于信道预约,CF-End+CF_ACK和ACK用于确认正确接收到帧。
- ACK帧
4.1.3 管理帧
负责STA和AP之间的能力级的交互,认证、关联等管理工作。例如:Beacon、Probe、Association及Authentication等
ATIM:Announcement Traffic Indication Message,ATIM仅在ATIM窗口期间传送,ATIM没有负载。
4.2 用户接入管理过程
STA (工作站)启动初始化、开始正式使用、AP 传送数据幀之前,要经过三个阶段才能接入:
- 扫描(Scaning)
- 认证(Authentication)
- 关联(Association)
4.2.1 Scaning
802.11MAC 使用Scanning功能来完成Discovery
- 寻找和加入一个网络
- 当STA漫游时寻找一个新的AP
Scaning功能的两种方式
- Passive Scanning
通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络。
- Active Scanning
在每个信道上发送Probe request报文,从Probe Response中获取BSS的基本信息。
4.2.2 Authentication
4.2.3 Association(关联)
5.AP种类
6. 802.11帧格式
6.0 OSI模型
6.1 802.11 MAC Header(MAC头)
6.1.1 Frame Control(帧控制域)
• Protocol Version(协议版本):通常为0;
• Type(类型域)和Subtype(子类型域):共同指出帧的类型;
• To DS:表明该帧是BSS向DS发送的帧;
• From DS:表明该帧是DS向BSS发送的帧;
• More Frag:用于说明长帧被分段的情况,是否还有其它的帧;
• Retry(重传域):用于帧的重传,接收STA利用该域消除重传帧;
• Pwr Mgt(能量管理域):1:STA处于power_save模式;0:处于active模式;
• More Data(更多数据域):1:至少还有一个数据帧要发送给STA ;
• Protected Frame: 1:帧体部分包含被密钥套处理过的数据;否则:0;
• Order(序号域):1:长帧分段传送采用严格编号方式;否则:0。
6.1.2 Duration/ID(持续时间/标识)
表明该帧和它的确认帧将会占用信道多长时间;对于帧控制域子类型为:Power Save-Poll的帧,该域表示了STA的连接身份(AID, Association Indentification)。
6.1.3 Address(地址域)
Address(地址域):源地址(SA)、目的地址(DA)、传输工作站地址(TA)、接收工作站地址(RA),SA与DA必不可少,后两个只对跨BSS的通信有用,而目的地址可以为单播地址(Unicast address)、多播地址(Multicast address)、广播地址(Broadcast address)。
6.1.4 Sequence Control(序列控制域)
Sequence Control(序列控制域):由代表MSDU(MAC Server Data Unit)或者MMSDU(MAC Management Server Data Unit)的12位序列号(Sequence Number)和表示MSDU和MMSDU的每一个片段的编号的4位片段号组成(Fragment Number)。
6.2 Frame Body(帧体部分)
包含信息根据帧的类型有所不同,主要封装的是上层的数据单元,长度为0~2312个字节,可以推出,802.11帧最大长度为:2346个字节;
6.3 FCS(校验域)
包含32位循环冗余码。
6.4 地址格式
方案一:
A和B 在同一个IBSS,A->B (Ad hoc无线自组网中的数据帧的地址格式)。方案二:
从AP发出的无线数据帧中的地址格式。方案三:
发到AP的无线数据帧中的地址格式。方案四:
通过无线分布系统传输的无线数据帧中的地址格式。
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