IEEE 802.11協議基礎知識整理


1. IEEE 802.11協議族成員

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2. 頻譜划分

WiFi總共有14個信道,如下圖所示:在這里插入圖片描述

  • IEEE 802.11b/g標准工作在2.4G頻段,頻率范圍為2.400—2.4835GHz,共83.5M帶寬
  • 划分為14個子信道
  • 每個子信道寬度為22MHz
  • 相鄰信道的中心頻點間隔5MHz
  • 相鄰的多個信道存在頻率重疊(如1信道與2、3、4、5信道有頻率重疊)
  • 整個頻段內只有3個(1、6、11)互不干擾信道

3. 802.11網絡的基本元素

3.1 BSS(Basic Service Set)

  • Stations (STA):任何的無線終端設備
  • AP (Access Point):一種特殊的STA

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3.2 DS(Distribution System,分布式系統)

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3.3 SSID(Service Set ID 服務集識別碼)

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3.4 ESS(Extended Service Set,采用相同的SSID的多個BSS形成的更大規模的虛擬BSS)

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4. 802.11MAC層工作原理

802.11MAC層負責客戶端與AP之間的通訊。主要功能包括:掃描、接入、認證、加密、漫游和同步。

4.1 802.11MAC 報文類型

4.1.1 數據幀

用戶的數據報文
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4.1.2 控制幀

協助發送數據幀的控制報文,例如:RTS、CTS、ACK等
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RTS和CTS用於信道預約,CF-End+CF_ACK和ACK用於確認正確接收到幀。

  • ACK幀
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4.1.3 管理幀

負責STA和AP之間的能力級的交互,認證、關聯等管理工作。例如:Beacon、Probe、Association及Authentication等
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ATIM:Announcement Traffic Indication Message,ATIM僅在ATIM窗口期間傳送,ATIM沒有負載。

4.2 用戶接入管理過程

STA (工作站)啟動初始化、開始正式使用、AP 傳送數據幀之前,要經過三個階段才能接入:

  • 掃描(Scaning)
  • 認證(Authentication)
  • 關聯(Association)
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4.2.1 Scaning

802.11MAC 使用Scanning功能來完成Discovery

  • 尋找和加入一個網絡
  • 當STA漫游時尋找一個新的AP

Scaning功能的兩種方式

  • Passive Scanning
    通過偵聽AP定期發送的Beacon幀來發現網絡。
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  • Active Scanning
    在每個信道上發送Probe request報文,從Probe Response中獲取BSS的基本信息。
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4.2.2 Authentication

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4.2.3 Association

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5.AP種類

FAT AP和FIT AP比較如下圖所示:
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6. 802.11幀格式

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6.0 OSI模型

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6.1 802.11 MAC Header(MAC頭)

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6.1.1 Frame Control(幀控制域)

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• Protocol Version(協議版本):通常為0;
• Type(類型域)和Subtype(子類型域):共同指出幀的類型;
• To DS:表明該幀是BSS向DS發送的幀;
• From DS:表明該幀是DS向BSS發送的幀;
• More Frag:用於說明長幀被分段的情況,是否還有其它的幀;
• Retry(重傳域):用於幀的重傳,接收STA利用該域消除重傳幀;
• Pwr Mgt(能量管理域):1:STA處於power_save模式;0:處於active模式;
• More Data(更多數據域):1:至少還有一個數據幀要發送給STA ;
• Protected Frame: 1:幀體部分包含被密鑰套處理過的數據;否則:0;
• Order(序號域):1:長幀分段傳送采用嚴格編號方式;否則:0。

6.1.2 Duration/ID(持續時間/標識)

表明該幀和它的確認幀將會占用信道多長時間;對於幀控制域子類型為:Power Save-Poll的幀,該域表示了STA的連接身份(AID, Association Indentification)。

6.1.3 Address(地址域)

Address(地址域):源地址(SA)、目的地址(DA)、傳輸工作站地址(TA)、接收工作站地址(RA),SA與DA必不可少,后兩個只對跨BSS的通信有用,而目的地址可以為單播地址(Unicast address)、多播地址(Multicast address)、廣播地址(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位序列號(Sequence Number)和表示MSDU和MMSDU的每一個片段的編號的4位片段號組成(Fragment Number)。

6.2 Frame Body(幀體部分)

包含信息根據幀的類型有所不同,主要封裝的是上層的數據單元,長度為0~2312個字節,可以推出,802.11幀最大長度為:2346個字節;

6.3 FCS(校驗域)

包含32位循環冗余碼。

6.4 地址格式

  1. 方案一:
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    A和B 在同一個IBSS,A->B (Ad hoc無線自組網中的數據幀的地址格式)。

  2. 方案二:
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    從AP發出的無線數據幀中的地址格式。

  3. 方案三:
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    發到AP的無線數據幀中的地址格式。

  4. 方案四:
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    通過無線分布系統傳輸的無線數據幀中的地址格式。

7. AP種類

FAT AP和FIT AP比較如下圖所示:


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