WIFi是以IEEE 802.11(一种无线局域网标准)为标准的一种实现。随着标准的不断修订,其传输速度在不断增加。现今第六代的传输速率可达9.6Gbit/s。下表为第一代到第六代的相关信息。对每一代仅列出了比较常见的标准,另外也有一些不常见的标准。在多个厂商兼容802.11b后,802.11网络才开始大规模流行。

世代时间标准工作频段速率调制高级天线技术带宽
第一代1997IEEE 802.112.4GHz2Mbit/sDSSS20MHz
第二代 2000IEEE 802.11b2.4GHz 11Mbit/sDSSS20MHz
第三代 1999IEEE 802.11a5GHz 54Mbit/sOFDM20MHz
第三代 2003IEEE 802.11g2.4GHz 54Mbit/s DSSSOFDM20MHz
第四代2009IEEE 802.11n2.4GHz 、5GHz 600Mbit/sMIMO-OFDM最多4条空间流20/40MHz
第五代2013IEEE 802.11ac5GHz 6.9Gbit/sMIMO-OFDM最多8条空间流 20/40/80/160MHz
第六代2020IEEE 802.11ax5GHz 9.6Gbiy/sOFDMA最多8条空间流 20/40/80/160MHz
WIFI版本

网络成员和结构

  • 站点(Station),网络最基本的组成部分。
  • 基本服务单元(Basic Service Set,BSS)。网络最基本的服务单元。最简单的服务单元可以只由两个站点组成。站点可动态连结(associate)到基本服务单元中。
  • 分配系统(Distribution System,DS)。分配系统用于连结不同的基本服务单元。逻辑上,分配系统使用的介质(Medium)和基本服务单元使用的介质完全不同,尽管物理上它们可能会是同一个介质,例如同一个无线频段。
  • 接入点(Access Point,AP)。接入点即有普通站点的身份,又有连接到分配系统的功能。
  • 扩展服务单元(Extended Service Set,ESS)。由分配系统和基本服务单元组合而成。这种组合是逻辑上,并非物理上。不同的基本服务单元物有可能在地理位置相去甚远。分配系统也可以使用各种各样的技术。
  • 关口(Portal)。也是一个逻辑成分,用于将无线局域网和有线局域网或其它网络联系起来。

这里有3种介质,站点使用的无线介质,分配系统使用的介质,以及和无线局域网集成一起的其它局域网使用的介质。物理上它们可能互相重叠。IEEE 802.11只负责在站点使用的无线的介质上的寻址(Addressing)。分配系统和其它局域网的寻址不属无线局域网的范围。

IEEE802.11没有具体定义分配系统,只是定义了分配系统应该提供的服务(Service)。整个无线局域网定义了9种服务:

  • 5种服务属于分配系统的任务,分别为,连接(Association)、结束连接(Diassociation)、分配(Distribution)、集成(Integration)、再连接(Reassociation)。
  • 4种服务属于站点的任务,分别为,鉴权(Authentication)、结束鉴权(Deauthentication)、隐私(Privacy)、MAC数据传输(MSDU delivery)。

帧结构

一般802.11的帧结构由9个字段构成。

802.11帧结构

Frame Control

Frame control

所有的802.11帧都是由2字节的帧控制字段开始的,包括如下的字段:

  • Protocol([0:1]):表示该帧所使用的MAC版本,目前只有一个版本协议编号为0。
  • Type([2:3]):表示帧类型。在802.11中定义了三种帧分别是:管理帧(Type=00b)、控制帧(Type=01b)、数据帧(Type=10b)。
  • Subtype([4:7]):对于Type定义的三种帧,进行了进一步的细化,详细参见表1。
  • ToDs([8]):表示该帧是BSS向DS发送的帧。
  • FromDs([9]):表示该帧是DS向BSS发送的帧。
  • More Frag([10]):说明了长帧分包发送的情况,为1表示该帧之后还有其它帧,为0表示该帧为最后一帧。
  • Retry([11]):任何重传的帧都会将此位设定为1,以协助接收端剔除重复的帧。
  • Pwr Mgmt([12]):只是该帧传送结束之后,Station应采用的电源管理模式。1表示Station即将进入省电(power-save)模式, 0表示将进入激活(active)模式。
  • More Data([13]):针对处于省电模式的Station,AP会将从分布系统中接收来的帧加以缓存。AP将此位置1表示至少还有一帧需要传给休眠中的Station。
  • Protected Frame([14]):如果该帧经过WEP(Wired Equivalent Privacy)加密处理则置1,否则置0。
  • Order([15]):在分段传送长帧的时候,将该位置1,表示接收端需要严格按照顺序处理该帧。

Type和SubType描述了帧的具体类型,主要有管理帧,控制帧和数据帧三种类型:

Type Subtype 功能描述
管理帧2b’00 4b’0000 关联请求(Association Request)
4b’0001 关联响应(Association Response)
4b’0010 重新关联请求(Reassociation Request)
4b’0011 重新关联响应(Reassociation Response)
4b’0100 探测请求(Probe Request)
4b’0101 探测响应(Probe Response)
4b’1000 信标(Beacon)
4b’1001 通知传输指示消息(Announcement traffic indication message, ATIM)
4b’1010 取消关联(Disassociation)
4b’1011 身份验证(Authentication)
4b’1100 解除身份验证(Deauthentication)
控制帧2b’01 4b’1010 省电-轮询(Power Save(PS)-Poll)
4b’1011 请求发送(Request to Send, RTS)
4b’1100 清除发送(Clear to Send, CTS)
4b’1101 确认接收(Acknowledgment, ACK)
4b’1110 无竞争周期结束(Contenion-Free-End, CF-End)
4b’1111 CF-End + CF-ACK
数据帧2b’10 4b’0000 数据(Data)
4b’0001 Data + CF-ACK
4b’0010 Data + CF-Poll
4b’0011 Data + CF-ACK + CF-Poll
4b’0100 空数据(Null)
4b’0101 CF-ACK(无数据传送)
4b’0110 CF-Poll(无数据传送)
4b’0111 Data + CF-ACK + CF-Poll
4b’1000 Qos Data
4b’1001 Qos Data + CF-ACK
4b’1010 Qos Data + CF-Poll
4b’1011 Qos Data + CF-ACK + CF-Poll
4b’1100 Qos空数据(Null)
4b’1101 Qos CF-ACK(无数据传送)
4b’1110 Qos CF-Poll(无数据传送)
4b’1111 Qos Data + CF-ACK + CF-Poll

管理帧的主要作用是维护接入点和无线客户端之间的通信;控制帧主要负责客户端与接入点的数据交换;数据帧指携带传输的数据的帧。

Duration ID

Duration ID(持续时间)占2个字节,主要用来记载网络分配矢量NAC的值,用来限制访问介质的时间。

Duratioin ID

Address

address有五种类型:

  1. BSSID,基本服务集标识符
  2. DA,目的地址
  3. SA,源地址
  4. RA,接收端地址
  5. TA,发送端地址

根据Frame Control中的ToDS和FromDS来确定其具体功能:

功能To DSFrom DSAddress1(接收端)Address2(发送端)Address3Address4
IBSS00DASABSSID未使用
To AP(基础结构型)10BSSIDSADA未使用
From AP(基础结构型)01DABSSIDSA未使用
WDS(无线分布式系统)11RATADASA
Address

Seq-crl

Seq-crl(Sequence Control)格式式如下,顺序编号4096的模数,从0开始,每处理一个上层封包就加1
若上层封包分片处理,所有帧分片采用相同顺序编号;对于重传帧,顺序编号不变

Seq-crl

Frame Body字段

Frame Body字段中记录的是通信中实际的数据,所以该字段也是数据字段。它最多可以传送2304个字节的数据(为了能够支持WEP(无线加密协议), 各供应商在具体实现的时候通常是支持2312个字节的数据)。802.11的LLC(逻辑链路控制)需要占8个字节,因此最多可以承载2296个字节数据。

FCS字段

FCS字段叫做帧校验序列(Frame Check Sequence, FCS),主要用来进行校验数据,确保传输过程没有发生错误(如果发生错误,将进行重传)。通常使用循环冗余校验CSC(Cyclic Redundancy Check)校验位进行校验。

参考

  1. Wi-Fi – 维基百科,自由的百科全书 (wikipedia.org)
  2. IEEE 802.11 – 维基百科,自由的百科全书 (wikipedia.org)
  3. 无处不在的小土-802.11帧结构 (gaoyichao.com)
  4. 无线射频专题《协议类,IEEE 802.11/802.11b/802.11a/802.11g/802.11n/802.11ac标准简介》_物联网研究室-BBC的博客-程序员秘密 – 程序员秘密 (cxymm.net)
  5. 802.11 PHY层帧格式汇总 – 代码天地 (codetd.com)
  6. 802.11帧格式 – 代码天地 (codetd.com)
  7. 802.11 帧格式和分类详解 – 肉滚滚和代码 – 博客园 (cnblogs.com)
  8. 802.11 MAC层 – 北落不吉 – 博客园 (cnblogs.com)
最后修改日期: 2021-12-17