IEEE802.11各個版本

1 基本概念

2 信道分配

2.4GHz信道

5GHz信道

信道分配示例

3 MAC基本功能

3.1 信标 Beacon

3.2 掃描

3.3 認證

3.4 關聯

3.5 重關聯

3.6 去關聯

3.7 分布式信道接入

3.8 數據/ACK幀交換

3.9 RTS/CTS幀交換

4 MAC幀結構

5 PHY基本功能

6 PHY幀結構

802.11是無線協議，與有線的802.3以太網協議都在802協議家族中，都是報文交換通信方式。

有線以太網是使用網線點對點全雙工收發，無線802.11是以無線發射和接收的方式通信，優點是比有線更方便，缺點是空口數據隻能以半雙工、收發時分複用的方式進行傳輸，且多個設備存在發送數據競争，以及要對數據進行加密防止被竊聽 等等。

802.11網絡的一般工作方式為AP STA，協議層次如下

1）IEEE 802.11b/g标準工作在2.4G頻段，頻率範圍為2.400—2.4835GHz，共83.5M帶寬

2）劃分為14個子信道

3）每個子信道寬度為22MHz

4）相鄰信道的中心頻點間隔5MHz

5）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)

6）整個頻段内隻有3個（1、6、11）互不幹擾信道

802.11b和802.11g的工作頻段在2.4GHz（2.4GHz-2.4835GHz），其可用帶寬為83.5MHz，中國劃分為13個信道，每個信道帶寬為22MHz。

5GHz信道中心頻率範圍為4.915GHz~5.865GHz，一共約200個信道，但是每個國家和地區分配的信道一般隻有十幾個。

Hz信道。在這種分配方式下，可以使各個設備沖突避讓的程度達到最小，這樣的分配使網絡整體達到最優。

802.11ac中，多個網絡可以通過動态帶寬協商機制共享同一個寬信道，如下圖所示。

802.11ac隻工作在5GHz頻段，下面為802.11ac信道分配的一個示例。

圖中,每個AP使用的頻帶由“條形”表示，最短的條形是20MH主信道，第二長的是40MHz主信道，最長的是80MHz主信道，當兩個AP共用一個信道時，條形的顔色使用混合色。

(1)第一個AP上電時，選擇了信道40作為20MHz主信道，信道36、40作為40MHz主信道，信道36-48作為80MHz主信道；

(2)第二個AP上電時，選擇了信道52-64，主、輔信道分配如圖中所示；

(3)第三個AP上電時，沒有空閑的80MHz信道，要選擇幹擾最小的信道因此選擇信道44、48的40MHz信道；

(4)第四個AP上電時，同樣為了選擇幹擾最小的信道，選擇了信道52、56的40MHz信道；

(5)第五個AP上電時，已經沒有空閑的40MHz信道，因此選擇了信道48的20MHz信道。

在這種分配方式下，可以使各個設備沖突避讓的程度達到最小，這樣的分配使網絡整體達到最優。

802.11ac中，多個網絡可以通過動态帶寬協商機制共享同一個寬信道，如下圖所示。

圖中兩種顔色表示兩個網絡信道，20MHz主信道分别是56和60。在20/40MHz信道，兩個設備是獨立的，可以通過FDD方式同時使用兩個信道；在80MHz信道，兩個設備不能同時使用，是TDD，但是這個80MHz信道的存在使沒有競争情況下，一個設備的傳輸速率加倍。

通過掃描，也就是被動地尋找“信标”（Beacon幀）傳輸或者利用“試探請求”/“試探響應”交換來主動探測AP的存在，STA就能知道一個BSS的存在。

STA在BSS中的成員身份是動态的。STA可能上電打開或關閉，或者STA可能是移動的，并移進或移出BSS所覆蓋的區域。站點通過“關聯”到BSS來成為BSS的成員。當離開BSS時，STA則變成“去關聯”。在一個由多個基礎 BSS組成的ESS中，STA可以通過“重關聯”在ESS中從一個BSS遷移到另一個BSS。

1）基本服務集（BSS）

基本服務集是802.11 LAN的基本組成模塊。能互相進行無線通信的STA可以組成一個BSS（Basic Service Set） 。如果一個站移出BSS的覆蓋範圍，它将不能再與BSS的其它成員通信。

2）擴展服務集（ESS）

多個BSS可以構成一個擴展網絡，稱為擴展服務集（ESS）網絡，一個ESS網絡内部的STA可以互相通信，是采用相同的SSID的多個BSS形成的更大規模的虛拟BSS。連接BSS的組件稱為分布式系統（Distribution System，DS）。

3）SSID

服務集的标識，在同一SS内的所有STA和AP必須具有相同的SSID，否則無法進行通信。

SSID是一個ESS的網絡标識(如:TP_Link_1201)，BSSID是一個BSS的标識，BSSID實際上就是AP的MAC地址，用來标識AP管理的BSS，在同一個AP内BSSID和SSID一一映射。在一個ESS内SSID是相同的，但對于ESS内的每個AP與之對應的BSSID是不相同的。如果一個AP可以同時支持多個SSID的話，則AP會分配不同的BSSID來對應這些SSID。

BSSID(MAC)<---->SSID

STA（工作站）啟動初始化、開始正式使用AP傳送數據幀前，要經過三個階段才能夠接入（802.11MAC層負責客戶端與AP之間的通訊，功能包括掃描、接入、認證、加密、漫遊和同步等功能）：

1）掃描階段（SCAN）

2）認證階段 (Authentication)

3）關聯（Association）

802.11 MAC 使用Scanning來搜索AP，STA搜索并連接一個AP，當STA漫遊時尋找連接一個新的AP，STA會在在每個可用的信道上進行搜索。

1）Passive Scanning（特點：找到時間較長，但STA節電）

通過偵聽AP定期發送的Beacon幀來發現網絡，該幀提供了AP及所在BSS相關信息：“我在這裡”…

2）Active Scanning （特點：能迅速找到）

STA依次在13個信道發出Probe Request幀，尋找與STA所屬有相同SSID的AP,若找不到相同SSID的AP，則一直掃描下去..

當STA找到與其有相同SSID的AP，在SSID匹配的AP中，根據收到的AP信号強度，選擇一個信号最強的AP，然後進入認證階段。隻有身份認證通過的站點才能進行無線接入訪問。AP提供如下認證方法：

1）開放系統身份認證(open-system authentication)

2）共享密鑰認證(shared-key authentication）

3）WPA PSK認證（ Pre-shared key）

4）802.1X EAP認證

當AP向STA返回認證響應信息，身份認證獲得通過後，進入關聯階段。1） STA向AP發送關聯請求2） AP 向STA返回關聯響應至此，接入過程才完成，STA初始化完畢，可以開始向AP傳送數據幀。

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