[802.11] mac帧格式

帧格式

主要有3部分组成：

1. mac heaad:包括帧控制（Frame Control）、时长（Duration）、地址（Address）等
2. frame body:代表数据域。这部分内容的长度可变，其具体存储的内容由帧类型（type）和子类型（sub type）决定
3. fcs（Frame Check Sequence，帧校验序列）：用于保障帧数据完整性

MAC head

Frame Control域

长度：共2字节，16bit

Protocol Version

代表802.11 MAC帧的版本号。目前的值是0。

Type和Subtype

这两个字段用于指明MAC帧的类型。802.11中MAC帧可划分为三种类型，分别是control、data和management，每种类型的帧用于完成不同功能。

To DS和From DS

只用在数据类型的帧中。表示帧的源和目的地址

More Fragments

表明数据是否分片。只支持data和management帧类型。

Retry

如果该值为1，表明是重传包。

Power Management

表明发送该帧的STA处于活跃模式还是处于省电模式，PM为1表示STA将进入PS状态，否则将进入Active状态。

802.11规范为STA定义了两种和电源相关的状态：
//通常ap无ps模式，有线电源供电

1. Active模式。
2. PS（Power Save）模式。处于PS模式下，无线设备将关闭收发器（transceiver）以节省电力。
   关闭收发器节省电力的同时保证数据传输连贯性：
   a)AP了解与其关联的STA电源状态，当sta处于ps模式，AP缓存数据待sta激活后再将数据发送给sta
   b)AP定时发送缓存数据，sta在ps模式会定期接受，当接受到ap的缓存数据时则激活进入Active模式并通过PS-POLL控制帧来接收ap缓存帧

PM字段无用场景：
1.AP不缓存的管理帧
2.AP发送的帧
3.STA发送给还未与之关联的AP的帧中

More Data

PM字段=1：ap有缓存数据。AP为那些处于省电模式下的STA缓冲一些数据帧，而STA会定时查询是否有数据要接收。
More Data表示剩余缓存数据。即ap的缓存数据sta是否都获取完毕，如果该值为0，表明STA已经接收完数据帧

Protected Frame

表明数据是否加密。

Order

指明接收端必须按顺序处理该帧。

Duration/ID域

共2字节16bit
其具体含义根据Type和Subtype的不同而变化，大体分为2类：

1. 对于PS-POLL帧，该域表示AID的值。其中最后2位必须为1，而前14位取值为1～2007。这就是该域取名ID之意
2. 对于其他帧，代表离下一帧到来还有多长时间，单位是微秒。这就是该域取名Duration之意

Address域

IEEE 802.3[19]协议，MAC地址特点：

1. MAC地址可用6字节的十六进制来表示
2. MAC地址的组成包括两个部分。0～23位是厂商向IETF等机构申请用来标识厂商的代码，也称为“组织唯一标识符”（Organizationally Unique Identifier，OUI）。后24位是各个厂商制造的所有网卡的一个唯一编号
3. 第48位用于表示这个地址是组播地址还是单播地址，0是单播，1是组播
4. 第47位表示该MAC地址是全球唯一的还是本地唯一。故该位也称为G/L位

地址定义

802.11 MAC帧头部分共包含五个MAC地址定义：

1. BSSID
   在基础型BSS中，它为AP的mac地址。
   在IBSS中则是一个本地唯一MAC地址。
   MAC广播地址来说，其名称为wildcard BSSID。

2. 目标地址（Destination Address，DA）
   MAC数据包最终接收者

3. 源地址（Source Address，SA）
   最初发出MAC数据包的地址

4. 发送STA地址（Transmitter Address，TA）
   将MAC数据包发送到WM中的STA地址

5. 接收STA地址（Receiver Address，RA）
   接收者也是STA，那么RA和DA一样。
   如果接收者不是无线工作站，而是比如以太网中的某台PC，那么DA就是该机器的MAC地址，而RA则是AP的MAC地址（中转）。表明该帧将先发给AP，然后由AP转发给PC。
   

Address1 接收

Address2 发送

Address3 携带其他信息帮助mac帧传输

Sequence Control域

长16位，前4位代表片段编号（Fragment Number），后12位为帧顺序编号（Sequence Number）
Sequence Number：STA每次发送数据帧时都会设置一个帧顺序编号。注意，控制帧没有帧顺序编号。另外，重传帧不使用新的帧顺序编号。
Fragment Number：用于控制分片帧。如果数据量太大，则MAC层会将其分片发送。每个分片帧都有对应的分片编号

管理帧

格式

管理帧中的Frame Body携带具体的管理信息数据，802.11的管理信息数据大体可分为两种类型：

1. 定长字段：指长度固定的信息，规范称为Fixed Field
2. 信息元素：指长度不固定的信息。显然这类信息中一定会有一个参数用于指示最终的数据长度

定长字段

Authentication Algorithm Number：认证过程中所使用的认证类型
0：代表开放系统身份认证（Open System Authentication）。
1：代表共享密钥身份认证（Shared Key Authentication）。
2：代表快速BSS切换（Fast BSS Transition）。
3：代表SAE（Simultaneous Authentication of Equals）。用于两个STA互相认证的方法，常用于Mesh BSS网络。
65535：代表厂商自定义算法

Beacon Interval field：表示发送Beacon信号之间间隔的时间，单位为Time Units

Capability Information（性能信息）：用于宣告此网络具备何种功能

ESS/IBSS：基础结构型网络中，AP将设置ESS位为1，IBSS位为0。相反，IBSS中，STA设置ESS位为0，而IBSS位为1。Mesh BSS中，这两个位都为0。
Privacy：如果传输过程中需要维护数据机密性（data confidentiality），则AP设置该位为1，否则为0。
Spectrum Mgmt：如果某设备对应MIB中dot11SpectrumManagementRequired为真，则该位为1。根据802.11 MIB对dot11SpectrumManagementRequired的描述，它和前面介绍的TPC（传输功率控制）和DFS（动态频率选择）功能有关。
Radio Measurement：如果某设备对应MIB中的dot11RadioMeasurementActivated值为真，则该位置为1，用于表示无线网络支持Radio Measurement Service

Reason Code：该字段长2字节。用于通知Diassociaton、Deauthentication等操作（包括DELTS、DELBA、DLS Teardown等）失败的原因

Status Code：该字段长2字节，用于反馈某次操作的处理结果。0代表成功

信息元素

Element ID：表示不同的信息元素类型
Length：表示Information字段长度
根据Element ID的不同，Information中包含不同的信息

802.11上层协议封装

RFC 1042规定SNAPheader（Sub Network Access Protocol，子网访问协议）转换方法，在MAC headers和Type之间增加了4个字段。

DSAP（Destination Service Access Point，目标服务接入点）。
SSAP（Source Service Access Point，源服务接入点）。
Control（控制字段，值被设定为0x03，代表Unnumbered Information，即未编号信息）。
OUI（固定为0x000000）。