第四部分 IEEE802.11媒体访问控制
 
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MAC层具有三个主要功能：
  ●   无线介质访问           工作站是如何接入无线介质本身的
  ●   网络连接               工作站是如何连接到WLAN上的，并如何保持连接（甚至在漫游时也能连接）
  ●   提供数据验证和保密
 
在IEEE802.11标准中定义了两种无线介质访问控制的方法，它们是：
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1、  分布式访问方式（DCF）
 它采用具有冲突避免的载波侦听多路访问CSMA/CA协议进行无线介质的共享访问（RTS/CTS为辅）。是物理层兼容的工作站和访问节点（AP）之间自动共享无线介质的主要的访问协议。
 
2、中心网络控制方式（PCF）/ 点协调功能
 中心网络控制方式是一个无竞争访问协议，适用于节点安装有点控制器(中心控制器)的网络。 所有的工作站均服从中心控制器的控制，中心控制器用轮询法（polling）询问每个站有没有数据要发送，由于完全控制了各个站的发送顺序，因此不会有冲突产生。

 

 IEEE802.11允许WLAN轮流使用轮询方式和竞争方式。其中分布协调功能DCF是数据传输的基本方式，作用于媒体竞争期（CP），其核心是CSMA/CA技术。点协调功能PCF建立在DCF基础上，工作于非竞争期。两者总是交替出现，先由DCF竞争媒体使用权，然后进入非竞争期（CFP），由PCF控制数据传输。
PCF的优先级比DCF高。在传输时间敏感帧的无线局域网中，PCF使用最多。
DCF不能区分声音、视频和数据帧信息。
采用PCF或者DCF与PCF的组合能够实现对时间敏感性要求比较高的数据帧的快速传送。
 
为了使不同的MAC层操作能够相互配合，IEEE802.11定义了三种不同的分组传输帧间隔（IFS）或帧间隙。
 
–  DCF-IFS（DIFS）：分布式协调功能IFS，在数据帧传输之间需要一个标准的时间间隔（参见下表：单位微秒），这个时间在基本竞争的数据传输中使用，优先级最低，周期最长。
–  短IFS（SIFS）：具有最高的帧发送优先级，如对ACK之类的帧作立即回复，间隔最短。
–  PCFIFS（PIFS）：点协调功能IFS，为PCF操作而设计，优先组和间隔时间位于以上二者之间。当某个工作站对传输介质发出请求时，并且在得到同意的应答信号时使用这个时间。
 
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CSMA/CA简介:
 
•  CSMA/CA 与 CSMA/CD 的区别

–  CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化，其设计目的是要在发生冲突时处理冲突，而工作站必须同时完成发送和侦听操作；
–  CSMA/CA采用能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式，其设计的目的是要试图在发送信息的过程中避免发生冲突。
•  介质空闲时：所有的工作站均要等待一个随机时间 ，然后进行优先发送。而不是在当冲突发生后或试图重发之前，让发生冲突的两个工作站再等待一个随机时间。从而显的降低了冲突的次数。
–  工作站等待的这个时间用时隙进行度量。每个工作站都必须要等待一个随机的时隙来作为它的回退时间（一般为时隙的n倍）
•  明确的包确认机制：接收站会向发送站发出一个包确认（ACK）来确认该数据包已经被完整的收到。以便进行确认或重发。
 
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RTS/CTS （请求发送/允许发送 ）协议
 
•  相当于一种握手协议，主要用来解决“隐藏终端”问题。
–  IEEE802.11提供了如下解决方案。在参数配置中，若使用RTS/CTS协议，同时设置传送上限字节数----一旦待传送的数据大于此上限值时，即启动RTS/CTS握手协议：首先，A向C发送RTS信号，表明A要向C发送若干数据，C收到RTS后，向所有基站发出CTS信号，表明已准备就绪，A可以发送，其余基站暂时“按兵不动”，然后，A向C发送数据，最后，C接收完数据后，即向所有基站广播ACK确认帧，这样，所有基站又重新可以平等侦听、竞争信道了。
 
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网络连接

 
•   不能采用什么模式的无线局域网，它作为网络的一部分被接收之前，某个工作站必须要经历和其它无线工作站或者接入点的通信过程。这个通信过程称作为连接。
•   连接是通过扫描器来完成的。
•   传输频带是在接入设备AP（Access Point）上设置的，而工作站不须设置固定频带，并且工作站具有自动识别功能，工作站动态调频到AP设定的频带，这个过程称之为扫描（Scan）。
•   有两种类型的扫描：被动扫描、主动扫描。

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在被动扫描模式下， 被动的扫描指在一段时间（通常是10s）内所有工作站点对每一个可用信道进行侦听。工作站将能够侦听到来自所有处于工作状态的接入点所发出的信标祯。这个信标祯包含一个工作站和一个接入点在接入无线局域网过程中所必须交还的信息，这些交换信息包括传输时间、信标祯的发送频率、网络支持的传输速率以及接入点的服务集标识符（SSID）。服务集标识符是分配给接入点的唯一标志。

 

在主动扫描方式下，在主动扫描过程中，工作站首先在每个可用的信道上发送一个叫做探测祯的特殊形式的数据祯，工作站就需要等待所有可用的接入点返回一个叫做探测响应祯的回答信号。同标祯一样，探测响应祯也包含工作站和接入点开始对话所需的信息。

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协商建立连接：
 

l 一旦工作站接入到来自接入点的主动或被动扫描信息，它就开始和其中一个接入点进行协商。这个工作站会向接入点发出一个连接请求帧，这个帧包含工作站本身的性能和其所支持的传输速率。
l 接入点返回一个连接响应帧，该帧包含一个状态码和那个工作站的ID码。这时，该工作站就成为了无线网络中的一部分，可以进行数据传输了。

 

重新连接（漫游）

 

l 重连服务服务能使一个站点改变它当前的结合状态，也就是我们通常说的漫游功能。当一个站点从一个AP到另一个AP的覆盖范围，从一个BSS移动到另一个BSS时，就会启动重连服务。
l 重新连接就是寻找一个拥有更强信号接入点。
l 重新连接总是由工作站发起而不是接入点发起。当前的链路状态很差时，工作站重新扫描以寻找其它的接入点。
l 与新的接入点重新建立连接成功后，这个工作站将向原来的接入点发出一个解除连接的帧请求。

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分帧的大小要由无线局域网的管理员所决定，电性值是分祯大小是从256字节到2046字节。

 

注意   分帧和RTS/CTS不一定总是单独使用的，802.11标准允许它们同时被使用。

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单台工作站数据包发送过程分析图(过程略)：

多台工作站数据包发送过程分析图(过程略)：

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