n基础知识解析课件

1、802.11n 基础知识2011年06月20日第1页，共57页。MAC帧的基本格式控制帧介绍管理帧介绍802.11 MAC 功能介绍802.11 物理层基础知识第2页，共57页。MAC帧基本格式一 802.11 mac 帧 1.1 Mac 帧基本格式 1.1.1 Frame Control字段 帧控制域(Frame Control)占用 2 个字节。 Protocol Version 用显示该帧所使用的 MAC 版本，目前 802.11 MAC 只有一个版本，编号为 0。 Type 和 Subtype 用来表示帧类型。第3页，共57页。MAC帧基本格式Retry位置 1 表示当前帧是重传的。

2、Pwr Mgt位置1表示发送完当前帧，STA 进入省电模式；为 0 则表示 STA 会保持在清醒状态。AP的这个位始终为 0。 More Data 表示是否有数据发送给待传送给休眠中的 STA，1 表示有，0 表示没有。 Protecete Frame 设置 1 表示当前帧有加密，0 表示没有加密。 Order设置 1 表示严格依次（strict ordering）传送。 第4页，共57页。MAC帧基本格式下面是用ominipeek抓包查看到得frame control字段，可以看到，所有的字节都会被抓出来，而且在ominipeek中也有解释。这些值往往会很有用，比如下面这个报文是一个重传报文

3、，而网络中重传报文太多，肯定会对网络质量产生影响。第5页，共57页。MAC帧基本格式1.1.2 Duration/ID 字段第6页，共57页。MAC帧基本格式目前有 3 种功能： 1 Bit 15 设置为 0 的，Duration/ID 字段用来设定 NAV，此数值表示当前所进行的传送预计使用媒介多少微秒。 2 Bit 14 设置为 0，Bit 15设置为 1，表示无竞争周期所传送的帧。其他 Bit 都置 0。 3 Bit 14 和 Bit 15 都设置为 1，用于 PS-Poll 帧。STA 从休眠状态苏醒后，发送 PS-Poll帧，Bit0-13设置为 AID（关联标识符，associat

4、ion ID） ，以表示其所隶属的 BSS。 目前我们的应用都是第一种功能，第2和第3种功能很少能见到。Duration域在ominipeek中也可以看到。下面的duration域为229毫秒第7页，共57页。MAC帧基本格式Address1 表示接收端的地址，Address1 为广播或组播时候，必须同时检查 BSSID，STA只响应同一个 BSS 内的广播或组播。 Address2 表示发送端的地址。 Address3 供接入点与分布式系统过滤用。 WDS 会使用 4 个地址，RA和 TA为 AP 地址，SA和 DA为 STA地址。如下图： 1.1.3 Address 字段第8页，共57页。

5、MAC帧基本格式1.1.4 Sequence Control 字段第9页，共57页。MAC帧基本格式Sequence Control包含 4 位的片断编号（Fragment Number）和 12 位的顺序编号（Sequence Number） 。该字段主要功能是重组帧片断以及丢弃重复帧。 第10页，共57页。MAC帧基本格式1.1.5 帧主体 Frame Body用于 STA之间传递有效载荷。 Frame Body最小长度为 0。 Frame Body最大长度为(MSDU + ICV + IV)的最大长度，其中 MSDU 最大长度为 2304。ICV + IV长度 8 字节（用于 wep）

6、。因此 Frame Body最大长度为 2312。 数据帧类型第11页，共57页。MAC帧基本格式数据帧有用于竞争服务（contention-based service）的，也有用于无竞争服务（contention-free service）的。我司现在都是有竞争的服务1.1.6 FCS FCS 对帧进行 CRC 校验。第12页，共57页。MAC帧基本格式1.1.7 数据帧 Duration 字段 数据帧 Duration字段设置遵循4个规则： 1、CFP内传递的任何帧必须将 Duration设定为 32768。 2、目的地为广播或组播的帧，Duration设定为0。 3、如果 Frame C

7、ontrol的 More Fragments为0，表示该帧已无其余片断。该帧只要为本身的确认预订媒介使用权。Duration设定为 1 个 SIFS 加 1 个 ACK。如下图14、如果Frame Control的More Fragments为1， Duration设定为2个ACK加上3个SIFS及下个帧所需要的时间。如下图2第13页，共57页。MAC帧基本格式图1图2第14页，共57页。MAC帧基本格式1.1.8 Null帧 STA使用 Null 帧通知 ap改变省电状态。 第15页，共57页。控制帧介绍二控制帧 2.1 控制帧的 Frame Control 字段控制帧的 To DS、Fro

8、m DS、More Frag、Retry、More Data、Protected Frame、Order位必须为 0。 第16页，共57页。控制帧介绍2.2 RTS对于比较大的帧，为了防止重传引起网络性能下降。采用 RTS 取得媒介的控制权。帧的大小采用驱动程序中 RTS threshold（阀值）来定义。注意，RTS/CTS机制只用于单播帧，组播和广播不使用。 RTS 的 duration 需要 3 个 SIFS、1 个 CTS、最后的 ACK 再加上传送第一个帧或帧片段所需要的时间。第17页，共57页。控制帧介绍2.3 CTS 第18页，共57页。控制帧介绍CTS仅仅用于回复 RTS。 C

9、TS的duration采用RTS的duration值减去传送SIFS和CTS所需要的时间。 第19页，共57页。控制帧介绍2.4 ACKACK用于对收到的帧进行应答。 如果 More Fragments 位为 0，表示数据传送已结束，duration 设定为 0。 如果 More Fragments 位为 1，duration 计算方法和 CTS类似，采用从收到帧的 duration减去传送 ACK和 SIFS 的时间。 第20页，共57页。控制帧介绍2.5 PS-Poll STA 从省电模式苏醒后，会传送一个 PS-Poll 帧给 ap 以取得缓存帧。PS-Poll 不包含duration

10、信息。但是所有收到 PS-Poll的 STA，都会以 SIFS 加上 ACK 所需要时间来更新 NAV，使得 AP 发送 应答不会与 STA冲突。第21页，共57页。管理帧介绍三 管理帧 3.1 管理帧结构 管理帧 mac 基本结构都相同，与帧的子类无关。管理帧使用固定字段或信息元素与其他系统交换信息。管理帧的 Frame body包含固定字段（fixed field）和信息元素（information element）。其中固定字段的长度是固定的，信息元素则是长度不定的数据块。第22页，共57页。管理帧介绍固定字段因长度与次序固定，不需要以字段标头来界定。标准列出了 10 种固定字段： 1、

11、Authentication Algorithm Number 身份验证算法编号，用来区分是开放系统身份验证还是共享密钥身份验证。 2、Authentication Transaction Sequence Number 身份验证处理序列号，用以追踪身份验证的进度。 3、 Beacon interval信标间隔用来设定 Beacon信号之间相隔多少时间单位。 第23页，共57页。管理帧介绍4、 Capability Information 性能信息，传送 beacon信号时候，用来通告网络具备何种性能。 5、 Current AP Address 当前接入点地址，用于表明当前关联ap的mac地

12、址，这个字段的用途是便于关联和重关联。 6、 Listen interval 聆听间隔就是以 Beacon interval 为单位计算出的休眠时间。STA以聆听间隔定期醒来，聆听往来消息。 7、 Association ID 关联标识符，当 STA与 AP 关联时候，会被分配一个 AID 协助控制和管理。第24页，共57页。管理帧介绍8、 Timestamp 时间戳用来同步BSS中的STA。 9、 Reason Code 原因代码表示取消关联和取消身份验证的原因。 10、 Status Code 状态码用来表示某项操作成功或失败。 信息元素是管理帧的可变长组件。信息元素包含一个 Elemen

13、t ID，一个 Length字段以及一个长度不定的字段。第25页，共57页。管理帧介绍3.2 Beacon 帧 定期发送Beacon，主要是用来声明某个网络的存在。STA根据 Beacon 得知某个网络存在，从而调整加入该网络所必须的参数。 第26页，共57页。管理帧介绍3.3 Probe Request 帧 3.4 Probe Reponse 帧 AP 以 Probe Reponse 应答 Probe Request，Probe Reponse 包含 Beacon 的所有参数，STA根据它调整加入网络所需要的参数。第27页，共57页。管理帧介绍第28页，共57页。管理帧介绍3.5 ATIM

14、帧3.6 Disassociation 帧与 Deauthentication 帧 Disassociation 用来取消关联，Deauthentication 用来解除身份验证。Reason Code 字段表明原因。第29页，共57页。管理帧介绍3.7 Association Request 帧 3.8 Reassociation Request 帧 第30页，共57页。管理帧介绍3.9 Association Response和Reassociation Response帧3.10 Authentication 帧 第31页，共57页。管理帧介绍3.11 Action 帧 Action帧用

15、来要求STA采取必要的操作。 Category表示种类（比如 0 表示频谱管理） 。 操作细节由动作（Action）和元素（Elements）两个域指定。 第32页，共57页。管理帧介绍控制帧与管理帧的种类较多，在ominipeek中，在protocol栏中，会对所有的帧进行区分，这是就可以根据这些帧的前后顺序，来判断AP的工作流程是否正常。第33页，共57页。管理帧介绍3. 12 帧传送、关联与身份验证状态 第34页，共57页。管理帧介绍802.11 网络所能传送的帧，依据关联状态和身份验证状态不同而有所不同。 802.11 网络中，STA存在 3 种状态： 1、初始状态，未经认证且未关联

16、2、已经认证但尚未关联 3、已经认证且已关联 STA在状态 1，只能发送如下帧：第35页，共57页。管理帧介绍STA在状态 2，只能发送如下帧：STA在状态 3，只能发送如下帧： 第36页，共57页。802.11 MAC 功能 四 802.11 MAC 功能4.1 扫描 在无线领域，STA 在加入任何兼容的无线网络前，必须经过一番识别工作，在所在区 域识别现有网络的过程称为扫描（scanning） 。扫描的目的是发现并加入网络。扫描包括被动扫描和主动扫描。被动扫描是通过监听 AP 的 Beacon 帧实现的。 第37页，共57页。802.11 MAC 功能 主动扫描时， STA会发送 Prob

17、e Request 来请求网络响应。当网络受到搜寻其所属的 ESS 的 Probe Request 时候，会采用 Probe Response 应答。第38页，共57页。802.11 MAC 功能 4.2 认证 无线身份认证包括 802.11 身份认证和 802.11i 身份认证。 802.11 身份认证包括开放系统身份认证和共享密钥身份认证。 802.11i 另外还规定了 802.1X 身份认证。 wlan 技术白皮书安全有详细描述。 4.3 关联 基本关联过程包括关联请求（Association request）和关联响应（Association response）。 第39页，共57页。

18、802.11 MAC 功能 重新关联（reassociation）是指关联关系从旧 AP 转至新 AP 的过程。第40页，共57页。4.4 DCF分布式协调功能DC（Distributed Coordination Function）是802.11 MAC 媒介访问方式的基础。 DCF的主体是 CSMA/CA （Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）机制。 无论是在IBSS（Ad-hoc BSS）还是 Infrastructure BSS（AP BSS）中，所有 STA都应该具有 DCF。DCF利用 CSMA/CA机制，比

19、较理想的解决了不同 STA 间可能发生的冲突问题,使得多个STA能共享同一传输媒介。 CSMA/CA 机制要求每个STA在发送帧之前，必须先对信道进行载波侦听（CS， Carrier sense）。STA如果发现该信道未被占用，就可使用该信道来发送帧。反之，STA必须延缓（defer）帧的传送，直到发现信道是空闲的才能进行传送。 第41页，共57页。802.11 MAC 功能 如同 IEEE802.3，在 802.11 系统中，当 STA 发现信道空闲，不能立即开始发送数据，而必须等待一段固定长度的时间，该时间段称为“帧间距” （Inter-Frame Space，IFS） 。与 IEEE80

20、2.3 不同，IEEE 802.11 在帧的传送上引入了优先级机制。即，不同优先级的帧使用不同长度的 IFS。优先级越高的帧使用的帧间距越短，其越能更早的侦知信道空闲，因此其使用信道的机会就越大。IEEE 802.11定义了如下四种 IFS：（1） SIFS（Short IFS） ：短帧间距。能够使用 SIFS 的有：ACK帧；CTS帧；fragment burst 中第一个 fragment之后的所有 fragment； 以及 PCF 机制中各 STA对 PC poll 的响应等等情况第42页，共57页。802.11 MAC 功能（2） PIFS（PCF IFS） ：PCF 帧间距。在进行

21、PCF 免竞争式传输时，STA传送帧之前所必须等待的时间。 我司AP无此模式。 （3） DIFS（DCF IFS） ：DCF帧间距。在进行DCF竞争式传输时，STA传送帧之前所必须等待的时间。 （4） EIFS（Extended IFS） ：延长的帧间距。STA进行重传时所必须等待的时间。其中 ，SIFS PIFS DIFS DATA-SIFS-ACK” 。因为无法预见后续究竟有几个 fragment 需要传输，所以，这个 “可预见的” 信道占用时间只是声明了后续一次 fragment 传递与回应过程的耗费时间。几个典型帧所携带的 Duration 取值见下表。 其中，由于多播帧和广播帧不能使用消息确认机制，因此不需要 ACK回应，后续无需占用信道。所以多播帧和广播帧所携带的 Duration 值为 0。第50页，共57页。802.11 MAC 功能4.4.4 分片和重组 为了提高传输成功率，802.11 推荐将 MSDU 分成若干小片段进行传输。根据分片门限 FragmentationThreshold，对 MSDU 进行分片。可降低受干扰机率，且即使重传也可减少所重传浪费的带宽。 第51页，共5