TCP/IP协议(3): Wi-Fi(IEEE 802.11) 协议 —— 构成无线局域网的基本协议

TCP/IP协议(3): Wi-Fi(IEEE 802.11) 协议 —— 构成无线局域网的基本协议

关于 Wi-Fi(IEEE 802.11) 协议

• 关于 IEEE 802.11

IEEE 802.11是一套媒体访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范，用于在900兆赫和2.4、3.6、5 和 60 GHz 频段实现无线局域网(WLAN)计算机通信。
(IEEE 802.11 is a set of media access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications for implementing wireless local area network (WLAN) computer communication in the 900 MHz and 2.4, 3.6, 5, and 60 GHz frequency bands.)

• 关于 Wi-Fi

Wi-Fi 是基于 IEEE 802.11 标准的无线电局域网设备技术。Wi-Fi 是 Wi-Fi 联盟的商标。
(Wi-Fi or WiFi (/ˈwaɪfaɪ/) is technology for radio wireless local area networking of devices based on the IEEE 802.11 standards. Wi‑Fi is a trademark of the Wi-Fi Alliance.)

IEEE 802.11 网络的拓扑结构

上图描述了常见的一种 IEEE 802.11 网络的拓扑结构, 其基本组成元素如下：

• 站(STA): **接入点(AP)**和连接的移动设备。

• 接入点(AP, Access Point ): 将无线设备和有线网络连接的设备。

• 基本服务集(BSS, Basic Service Sets )：AP 及其相关的站，以 BSSID 标识。

• 分布式系统(DS, Distribution System)：一个交换机、一个有线网络或者一个无线网络线网络或者一个无线网络。

• 扩展服务集(ESS，Extended Service Sets ): AP 直接通过分布式系统连接，形成扩展服务集，以 ESSID 标识。

IEEE 802.11 的帧格式

• 帧控制(Frame Control): 指定该帧的形式和功能。

帧控制主要由以下字段组成:

字段名	占用位数(bit)	描述
协议版本(Protocol Version)	2	目前使用的版本号是 0
类型(Type)	2	标识当前帧的类型：控制帧, 数据帧 和 管理帧
子类型(SubType)	4	提供帧之间额外的区别
ToDS 和 FromDS	2	标识的目的地是否为传输系统
更多片标识位(More Fragment)	1	标识该包是否还有后续的帧
重试标识位(Retry)	1	该帧是否是重传的帧
能量管理位(Power Management)	1	标识发送方在完成帧交换后的电源管理状态
More Data	1	基站如果设定此位，代表至少有一个帧待传送给休眠的工作站
Protected Frame	1	标识该帧是否由某种协议加密保护
Order	1	标识该帧是否严格有序传输

• 数据帧: 携带数据的帧。
• 控制帧：用于流量控制，省电模式-轮询等功能。
• 管理帧：用于创建、维护、终止站和接入点之间的连接。也被用于确认是否采用加密，传输网络名称，支持哪种传输速率等。

• 持续时间(Duration)/ID: 该字段可以是持续时间(Duration), 免竞争期间(Contention-Free Period (CFP)) 和 关联ID(Association ID (AID))。

• 地址(Address): IEEE 802.11 帧一共有四个地址字段。Address 1 是接收器地址， Address 2 是发送器的地址，Address 3 是接收器用来过滤的， Address 4 只存在在扩展服务集(Extended Service Set, ESS) 中的 **接入点(Access Point, AP)**之间，或 Mesh Network 的中间节点之间传输的数据帧中。

• 顺序控制(Sequence Control): 标识帧的顺序以及消除重复帧。

• QoS Control(Quality of Service Control): IEEE 802.11e 中新增，用于 QoS 数据帧。

• HT Control: IEEE 802.11n 新增的控制域。

• 帧体(Frame Body): 携带的数据。

• 帧校验序列(Frame Check Sequence, FCS): 用于帧的完整性校验。

参考文献

• Wi-Fi - Wikipedia
• IEEE 802.11 - Wikipedia
• W.Richard Stevens等著,《TCP/IP 详解(卷一: 协议)》