邓凡平WIFI学习笔记2： WiFi 协议
作者：互联网
ISO/IEC 8802将Data Link Layer划分成了两个子层。
·媒介访问控制子层（MAC Sub Layer）：该子层的目的是解决局域网（Local Area Network，LAN）中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权问题。目前LAN中常用的媒介访问控制方法是CSMA/CD（争用型介质访问控制）。
·逻辑链路控制子层（LLC Sub Layer）：该子层实现了两个站点之间帧的交换，实现端到端（源到目的），无差错的帧传输和应答功能及流量控制功能。
·有线网络最常使用的方法（此处仅考虑以太网）是CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，载波监听多路访问/冲突检测机制）。其主要工作原理是：工作站发送数据前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。并且工作站在发送数据时，边发送边继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送数据并等待一段随机时间，然后再重新尝试发送。
无线网络主要采用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance，载波监听多路访问/冲突避免机制）方法。无线网络没有采用冲突检测方法的原因是：如果要支持冲突检测，必须要求无线设备能一边接收数据信号一边传送数据信号，而这种设计对无线网络设备来说性价比太低
CSMA/CA主要使用两种方法来避免碰撞。
·设备发送数据前，先监听无线链路状态是否空闲。为了避免发生冲突，当无线链路被其他设备占用时，设备会随机为每一帧选择一段退避（backoff）时间，这样就能减少冲突的发生。
·RTS-CTS握手。设备发送帧前，先发送一个很小的RTS（Request To Send）帧给目标端，等待目标端回应CTS（Clear To Send）帧后才开始传送。此方式可以确保接下来传送数据时，其他设备不会使用信道以避免冲突。由于RTS帧与CTS帧长度很小，使得整体开销也较小。
，802.11提供了三种情况供用户选择以处理。
·使用RTS和CTS帧。
·当数据帧的长度超过某一数值时才使用RTS和CTS帧。
·不使用RTS和CTS帧。
尽管协议经过了精心设计，但冲突仍然会发生。例如，站B和站C同时向站A发送RTS帧。这两个RTS帧发生冲突后，使得站A收不到正确的RTS帧因而站A就不会发送后续的CTS帧。这时，站B和站C像以太网发生冲突那样，各自随机地推迟一段时间后重新发送其RTS帧。
协议还定义了SDU和PDU两个概念。当上一层调用MAC的request原语时，会把要发送的数据传给MAC层。这个数据被称为MSDU。对MAC层来说，MSDU其实就是MAC要发送的数据，即载荷（Payload）。MAC层处理Payload时还会封装MAC层自己的一些头信息。这些信
息和MSDU共同构成了MAC层的Protocol Data Unit（简写为MPDU）
独立型BSS（Independent BSS）：这种类型的BSS不需要AP参与。各STA之间可直接交互。这种网络也叫ad-hoc BSS（一般译为自组网络或对等网络）。
·基础结构型BSS（Infrastructure BSS）：所有STA之间的交互必须经过AP。AP是基础结构型BSS的中控台。
·BSSID（BSS Identification）：每一个BSS都有自己的唯一编号。在基础结构型网络中，BSSID就是AP的MAC地址，该MAC地址是真实的地址。IBSS中，其BSSID也是一个MAC地址，不过这个MAC地址是随机生成的。
·SSID（Service Set Identification）：一般而言，BSSID会和一个SSID关联。BSSID是MAC地址，而SSID就是网络名。网络名往往是一个可读字符串，因为网络名比MAC地址更方便人们记忆。
规范定义了三个服务用于处理安全性，分别如下。
·Authentication和Deauthentication：这两个服务用于Access Control，译为身份验证以及解除身份验证。
·Confidentiality：原本称为私密性（privacy）服务，后来对这部分内容实施了加强。规范中提到的数据加密方法有WEP、TKIP、CCMP。
·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。
·More Data：和省电模式有关。AP会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。该参数表示AP中还有缓冲的数据帧。如果该值为0，表明STA已经接收完数据帧了（下节将介绍省电模式相关的内容）。
·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。
AP需要定时发送自己的数据缓存状态。因为STA也会定期接收信息（相比发送数据而言，开启接收器所消耗的电力要小）。一旦STA从AP定时发送的数据缓存状态中了解到它还有未收的数据，STA则会进入Active模式并通过PS-POLL控制帧来接收它们。
PM为1表示STA将进入PS状态，否则将进入Active状态。
配合PM使用的字段就是More Data。根据前文介绍，STA通过PS-POLL来获取AP端为其缓存的数据帧。一次PS-POLL只能获取一个缓存帧。STA怎么知道缓存数据都获取完了呢？
原来More Data值为1表示还有缓存帧，否则为0。虽然MAC帧中没有字段说明AP缓存了多少帧，但通过简单的0/1来标示是否还有剩余缓存帧也不失为一种好方法。
Duration/ID域占2字节共16位，其具体含义根据Type和Subtype的不同而变化，不过大体就两种，分别代表ID和Duration。
·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。
·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。
·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。·第48位用于表示这个地址是组播地址还是单播地址。如果这一位是0，表示此MAC地址是单播地址；如果这位是1，表示此MAC地址是组播地址。例如01-XX-XX-XX-XX-XX为组播地址。另外，如果地址全为1，例如FF-FF-FF-FF-FF-FF，则为MAC广播地址。
·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。
·字节序为Big-endian，即最高字节在前
·比特序为Little-endian，即最低位在前。
，Address 1用作接收端，Address 2用作发送端。Address 3携带其他信息用于帮助MAC帧的传输
管理帧中的Frame Body将携带具体的管理信息数据
1）Authentication Algorithm Number：该字段占2字节，代表认证过程中所使用的认证类型。其取值如下。
·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。
2）Beacon Interval field：该字段占2字节。每隔一段时间AP就会发出Beacon信号用来宣布无线网络的存在。其单位为Time Units（规范中
缩写为TU。注意，一个TU为1024微秒。这里采用2作为基数进行计算）。一般该字段会设置为100个TU。
3）Capability Information（性能信息）：该字段长2字节，一般通过Beacon帧、Probe Request和Response帧携带它。该字段用于宣告此网络具备何种功能
4）Current AP Address：该字段长6字节，表示当前和STA关联的AP的MAC地址。
5）Listen Interval：该值长2字节，和省电模式有关。其作用是告知AP，STA进入PS模式后，每隔多长时间它会醒来接收Beacon帧。AP可以根据该值为STA设置对应的缓存大小
6）Association ID（AID）：该字段长2字节。STA和AP关联后，AP会为其分配一个Association ID用于后续的管理和控制（如PS-POLL帧的使用）。
7）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。
8）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
Beacon帧：AP定时发送Beacon帧用来声明某个网络。
2）Probe Request/Response帧：STA除了监听Beacon帧以了解网络信息外，还可以发送Probe Request帧用于搜索周围的无线网络。规范要求由送出Beacon帧的STA回复Probe Response帧，这样，在基础结构型网络中，Beacon帧只能由AP发送，故Probe Response也由AP发送。IBSS中，STA轮流发送Beacon帧，故Probe Response由最后一次发送Beacon帧的STA发送。
3）Association Request/Response帧：当STA需要关联到某个AP时，将发送此帧。
4）Authentication帧：用于身份验证
由Scan.request的ScanType参数可知，802.11规定了两种扫描模式。
·ACTIVE模式：这种模式下，STA在每个Channel（信道）上都会发出Probe Request帧用来搜索某个网络。具体工作方式是，STA首先调整到某个信道，然后等待来帧指示（表明该信道有人使用）或超时时间ProbeDelay。两个条件满足任意一个，STA都将发送Probe
Request帧，然后STA在该信道上等待最少MinChannelTime时间（如果在此时间内信道一直空闲），最长MaxChannelTime时间。
·PASSIVE模式：这种模式下，STA不发送任何信号，只是在ChannelList中各个信道间不断切换并等待Beacon帧。根据前述介绍可知，在基础结构型网络中AP会定时发送Beacon帧以宣告网络的存在。所以，PASSIVE模式下，STA能根据Beacon帧来了解周围所存在的无线网络。
标签：WIFI,STA,地址,WiFi,Beacon,发送,AP,MAC,邓凡平 来源： https://blog.csdn.net/kv110/article/details/99742155