class 4

class 4: 介质访问子层¶

0. Overview¶

介质访问子层（meta access control sublayer，MAC）是位于数据链路层相对较底层的位置。

1729133101435

1. 信道分配问题¶

信道往往需要共享，也有不同方法的局域网拓扑（总线、星型、环型等），因此需要考虑如何分配信道。

这里讨论的信道分配不仅仅是之前物理层上的时域/频域复用，而是进一步考虑同时同频情况下的分配问题。

1.1 静态分配方法¶

静态分配方法：TDM/FDM

排队论分析：（M/M/1排队系统模型）：

M：顾客到达时间间隔分布
帧到达时间间隔服从指数分布
设平均到达率为 $\lambda$ 帧/s
M：服务时间分布
帧长度服从指数分布
设帧平均长度为 $1/\mu$ 位/帧
信道容量为 $C$ 位/s，则信道服务率为 $\mu C$ 帧/s
1：服务器数目

1729133398637

结论：信道等分的份数越多，每个用户的延迟越大，且成正比（增大N倍）。

问题：资源分配不合理；有资源浪费，延迟大

适用于：

用户数量少、数量固定
通信量大、流量稳定

1.2 动态分配方法：多路访问协议¶

2. 多路访问协议¶

2.1 随机访问协议¶

特点：冲突不可避免

2.1.1 ALOHA协议¶

原理：想发就发，没有限制。

特点：

冲突：两个或以上的帧
随时可能冲突
冲突的帧会被完全破坏
破坏的帧需要重传

数学描述：

帧时：发送一个标准长的帧所需的时间
一个帧时内用户产生的新帧：N
一个帧时内信道中产生的帧（包括重传）：G

则当G=N时，信道恰好不会冲突（一个帧时传一个帧，产生一个新帧）；而G>N时会产生冲突，需要重传。

1729133996400

性能分析：

吞吐量（S）：在发送时间T内发送成功的平均帧数
显然， $0<S<1$
当S=1时，就是G=N（恰好不会产生冲突，且效率最高）
运载负载（网络负载）（G）：时间T内所有通信站总共发送的帧数平均值（包括重发）
不发生冲突时，G=S
发生冲突时，G>S
$P_0$ ：一帧发送成功的概率，定义 $P_0=\frac{S}{G}$
假设传播延迟为D（即帧占用信道传播的时间），那么冲突危险期为2D（在这一时间段内可能帧会重合）
则该段时间内生成帧均值为2G,不遭受冲突的概率为 $P_0=e^{-2G}$

1729134500668

由上述描述可知： $S = P_0G = e^{-2G}G$

可以对S进行分析，发现 $G=0.5$ 时达到最大，S的最大值为0.184。

即，纯ALOHA信道的利用率最高为18.4%。

2.1.2 分隙ALOHA（slotted ALOHA）协议¶

分隙ALOHA就是将时间分成时隙（时槽）

时隙的长度对应一帧的传输时间
帧的发送必须在时隙的起点
因此，冲突只发生在时隙的起点，因此冲突危险期为D（只有在同一帧时内产生的帧才会冲突）

通过Slotted ALOHA，冲突危险期直接减半，因此S最大值为0.368，恰好是纯ALOHA的两倍。

但代价是，每一帧不可随意发送，需要承担最多一个帧时的时间的overhead。

1729134857094

2.1.3 载波侦听多路访问协议（CSMA，carrier-sense multiple access）¶

原理就是通过侦听信道中的载波判断信道中是否有人在发送信息，从而减少出现冲突。

特点：先听后发

2.1.3.1 非持续式CSMA¶

特点：

侦听发现介质空闲，就发送
如果介质忙，就等待一个随机分布的时间，再重复侦听

优点：

等待一个随机事件可避免再次冲突的可能性

缺点：

如果等待时间内介质上没有数据发送，这段时间是浪费的

2.1.3.2 持续式（1-持续式）CSMA¶

特点：

侦听发现介质空闲，则发送
若介质忙，则**持续侦听**，一旦空闲立即发送
如果发生冲突，等待一个随机分布的时间再进行侦听

优点：

延迟时间要小于非持续式

缺点：

如果两个以上的站同时处于持续侦听的状态，那么一旦介质空闲就必定会发生冲突。

2.1.3.3 p-持续式CSMA¶

特点：

侦听发现介质空闲，则p概率发送，1-p概率等待一个时间单元发送
如介质忙，持续侦听，一旦空闲立即发送
如果发送已推迟一个时间单元，再重复侦听

1-持续式CSMA是p-持续式的特例

分析¶

CSMA不能避免完全不会发生冲突，因为会出现下述状况：

同时传送（持续式CSMA发生的冲突）
传播延迟问题（即A正在使用信道，但载波传播具有延迟，导致B误以为信道空闲）

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冲突窗口：发送站发出帧后能检测到冲突（碰撞）的最长时间。

它的树枝上等于最远两站传播时间的两倍，即2D（D为单边延迟）。

2.1.2 CSMA/CD（1-持续）¶

CSMA with Collision Detection

原理：先听后发，边发边听

1. 经侦听，介质空闲则发送
1. 介质忙则持续侦听，一旦空闲立即发送
1. 若发生冲突，等待一个随机分布的时间再重复1
1. 发送的过程中同时侦听是否发生冲突；若发生冲突则发送Jam（强化）信号

自然要求：

发送帧的时间不能太短，至少一个冲突窗口的时间（2D）

2.2 受控访问协议¶

特点：可避免冲突，但有Overhead

2.2.1 位图协议¶

竞争期：每个站在自己的时槽内发送竞争比特（表示要传输数据）
传输器：按序发送（明确了使用权，避免冲突）

假设：有N个用户，需要N个时隙，每帧d比特；

信道利用率：

在低负荷条件下： $\frac{d}{d+N}$
在高负荷条件下： $\frac{d}{d+1}$

具体计算方式：n个征用周期需要预留n个比特来记录哪些用户“举手”了，而确定发送需求后就会直接按照这些比特按顺序发送帧（每个帧为d比特）。

因此，如果“举手”的人越少，那么预留记录的比特占比就会更大（在只有一个人举手的情况下就是 $\frac{d}{d+N}$ ）；反之，如果“举手”的人越多，那么这种做法越有效，所有人举手的情况就是 $\frac{Nd}{Nd+N} = \frac{d}{d+1}$ 。

问题：无法进行优先权控制

2.2.2 令牌传递¶

令牌：发送权限

令牌的运行：发送工作站去抓取，获得发送权

除了环，令牌也可以运行在其它拓扑上，如令牌总线

发送的帧需要目的站或发送站将其从共享信道上去除；防止无限循环

缺点：令牌的维护代价

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2.2.3 二进制倒计数协议¶

为每个站点编号，序号长度相同

有数据发送的站点从高序号到低序号排队，高者得到发送权

每个站点逐位发送自己的编号
如果站点发现别的站点序号比自己大（比如有人发1，而自己该位为0），则放弃该轮的发送
如上所述发送一轮，就可以决定哪个数据先发送

注意：这个协议只能发现最大的那一个，换言之只能够实现单个帧的选取-传播过程，因此往往用于低负载的场景

特点：高序号的站点优先

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由于是通过二进制编码进行通信，因此信道利用率变为了： $\frac{d}{d + log_2 N}$

二进制编码为位图编码在低负载场景下的overhead进行了优化。

注：如果规定每个帧的帧头为发送地址，即竞争的同时也在发送。则效率为100%

即：所有发送人同时发送，每发送一个bit就会有约一半的发送者放弃发送，因为帧的帧头就是发送地址，所以成功选中的发送人（们）事实上已经在传输数据了，所以效率为100%。

2.3 有限竞争协议¶

特点：结合了上述二者的优势

即上述两种方法复用，在低负荷时使用CSMA/CD，在高负荷时使用受控访问协议。

2.3.1 自适应树搜索协议（Adaptive Tree Walk Protocol）¶

原理：

**一般**从根节点开始：
第一层：所有站点竞争
左侧继续竞争
右侧在下一时隙继续竞争
特别地，如果只有一个站点竞争，它直接获得信道

注意：如果workload很低，甚至可以不需要从根节点开始，可以直接从子节点开始扫描。

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3. 以太网¶

3.1 以太网的历史¶

设计者：Bob Metcalfe

发展历程：

3Mbps（1973）
10Mbps（3Com公司，10Mbps）
IEEE成为以太网官方标准组织（1985）
IEEE发表10Base5标准，即粗以太网（1986）
Kalpana推出以太网交换机（1989）
Cat-3双绞线 10Base-T以太网（1991）
10BaseF标准（光纤以太网标准）（1994）
100Mbps快速以太网（1995）
1000Base-T千兆网（1998）
万兆以太网（2002）
40G/100G以太网（2010）
200G/400G以太网（2014）

3.2 经典以太网¶

最高速率为10Mbps
采用**曼彻斯特编码**
使用**同轴电缆**和**中继器**连接
主机采用CSMA/CD协议
MAC帧格式有两种标准：
DIX Ethernet V2
IEEE 802.3 Ethernet

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其中，目的地址和源地址就是MAC地址（物理地址）

即事实上，所谓物理地址与物理层无关，它是指MAC地址，属于数据链路层

MAC地址的长度为6字节，通常由12个16进制数表示。

MAC地址举例：

单播（unicast）：5C-26-0A-7E-4E-4C
广播（broadcast）：FF-FF-FF-FF-FF-FF
组播（multicast）：01-00-5E-00-00-00

MAC地址是全球每个网卡的唯一标识，因此MAC地址的分配是全球性的。（由OUI管理）

但事实上MAC地址是可以自己修改的

限制（为保证MAC协议正常工作）：

任意两个收发器间距离不得超过2.5km（避免RTT过长）
任意两个收费发起经过中继器不能超过4个

根据上述架构可知：

最小帧长为46+18=64B
最大帧长为1500+18=1518B（即，MTU=1500B）

如果数据字段不足46字节，那么需要填充整数字节（padding）至46字节（往往通过在数据段后添加00补位）以保证MAC帧不少于64字节。

以太网规定最短有效帧长为64字节，凡是长度小于64字节的帧都是异常中止的无效帧。

即：保证冲突一定发生在前64字节内，如果发生冲突，传输的帧就必然是小于64字节的。
检查出的无效帧直接丢弃；以太网不负责重传帧（这是数据链路层其他部分的事情）

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校验和（FCS，frame check sequence）

使用CRC32计算除校验和外的其他字段

特别的，在CSMA/CD检测到冲突时，会：

立即终止传输
发出一个短冲突加强信号
等待一段**随机时间**后重发

随机时间的计算方法为：二进制指数后退（Binary exponential backoff）

即：

确定基本退避时间槽（为一个争用期， $2\tau$ ，以太网中设置为512比特时间）
定义重传次数k， $k=min\{重传次数，10\}$
从 $[0,1,...,2^k-1]$ 中随机取一个数r，时延就是 $r\times2\tau$
当重传次数达到16次，就丢弃该帧并向高层报告。

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3.3 交换式以太网¶

集线器（Hub）：在交换机之前组建以太网的方法

Hub的所有端口内部都是联通的
使用同一根总线
和Repeater一样，也是物理层设备

使用Hub扩展以太网

集线器不能增加容量
用集线器组成更大的局域网都在一个冲突域中
即：A向B发送时，C不能向D发送（因为使用同一根总线）
Hub级联：限制网络的可扩展性

交换机（Switch）

工作在数据链路层，根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发
交换机通过告诉背板把帧传送到目标端口

混杂模式（promiscuous mode）：

Hacker
网络分析

与Hub不同的是，Switch不再局限于单一总线，而是通过高速背板连接所有端口，这意味着可以并行传输，每个端口都有独立的冲突域

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3.4 快速以太网¶

快速以太网（Fast Ethernet）

带宽 100Mbps
比特时间：10ns（ $\frac{1}{100Mbps}$ ）
电缆的最大长度降低到十分之一（这是因为速度变快，最短帧长变大，为了保持最短帧长不变，需要等比例缩小电缆的最大长度）
保留原来的工作方式
自动协商（autonegotiation）
线缆类型

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3.5 千兆以太网¶

千兆以太网（Gigabit Ethernet）

带宽 1000Mbps
保留原来的工作方式
全双工和半双工两种方式工作
半双工使用CSMA/CD（为了向后兼容）
全双工不需要使用CSMA/CD
流量控制和巨型帧
线缆类型

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3.6 万兆以太网¶

万兆以太网（10-Gigabit Ethernet）

带宽 10Gbps
常记为10GE，10GbE或10GigE
只支持全双工，不再使用CSMA/CD
保持兼容性
重点是超高速的物理层

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3.7 40G/100G以太网¶

40GbE/100GbE

带宽 40Gbps/100Gbps
支支持全双工
保留帧格式和MAC方法
保留802.3的最小帧和最大帧大小

3.8 总结¶

以太网的优点：

灵活性
简单性
兼容性
易维护
易扩展
可靠性
廉价

4. 数据链路层交换¶

本节将针对交换机内部的原理进行分析。

4.1 原理¶

物理层设备扩充网络（Hub或Switch）：

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1729737095443

这种新建Hub层的连法，导致冲突域变得更大，更容易发生冲突。

因此考虑用其他的方式扩充网络：

4.1.1 网桥¶

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网桥的内部实体是一系列站地址和接口的映射

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当转发接口不一致时，网桥会将数据包转发到正确的接口

当转发接口一致时，网桥会直接丢弃这份信息

解释：可以从分隔冲突域的目的考虑，新建Hub层之所以扩大了冲突域，就是因为同一Hub内部的信息交换会影响到其他Hub，那么只需要隔离同一Hub内部信息交换，不让它传到其他Hub，就能够实现隔离了。

理想的网桥是**透明**的：

即插即用，无需任何配置（即对接口等参数的设置）
网络中的站点无需感知网桥的存在与否

如何实现网桥的透明：

MAC地址表的构建：逆向学习源地址

由于一开始没有对接口等参数的配置，因此需要构建MAC地址表。可以通过分析从站点发来的数据获取站点的MAC地址，然后将其与端口的映射加入到MAC地址表中。

如果发现MAC地址表中已存在对应映射，就更新状态与时间戳

设置老化的时间（默认300s），当老化时间到期时，该数据被清除（为了实现即插即用）。

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总结：MAC地址表通过如下三种操作构建：

增加表项：帧的源地址对应的项不在表中
删除表项：老化时间到期
更新表项：帧的源地址在表中，更新时间戳

但因此也存在一定的安全隐患：

例如通过频繁改变发送方MAC，让网桥的表溢出，或者通过伪造MAC来攻击网桥
工作模式

根据情况的不同，一共有三种工作模式（假设B向D发送数据帧）：

逆向学习源地址
根据目的地址查询MAC地址表
1. 找到目的地址对应的端口
2. 1. 端口与发送端口不一致：转发（Forwarding），转发到对应端口
3. 1. 端口与发送端口一致：过滤（Filtering），丢弃数据包
4. 1. 端口无法找到：泛洪（Flooding），广播到所有端口（代价很大，且存在安全隐患，浪费网络资源）

特别的，只对于如下两种目的地址的帧需要泛洪：

广播帧：目的地址为 FF-FF-FF-FF-FF-FF
未知单播帧：MAC地址表中不存在目的地址

4.1.2 链路层交换机¶

执行数据链路层交换算法

多端口透明网桥，网桥的现代名称
即插即用

POE（Power Over Ethernet）交换机：

常接：网络摄像机、AP、IP电话等
主要电源：无需电源（受电端）、无需专门布线

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1729738570580

交换方式：

从带宽角度：
对称交换：出入带宽相同
非对称交换：出入带宽不同
从转发时机角度：
存储转发模式（Store and Forward）
直通模式（Cut-through）
无碎片模式（Fragment-Free）

存储转发模式：

特点：转发前必须接收整个帧，执行CRC校验
缺点：延迟大
优点：不转发出错帧、支持非对称交换，将过滤所有的错误帧

直通交换：

特点：一旦接收到帧的目的地址，就开始转发
缺点：可能转发错误帧、不支持非对称交换
优点：延迟非常小，可以边入边出

无碎片交换：

特点：上述两者的折中：接收到帧的前64字节再开始转发
缺点：仍可能转发错误帧，不支持非对称交换
优点：过滤了冲突碎片，延迟和转发错帧的性能介于上述两种方法之间

4.1.3 生成树协议¶

4.1.3.1 问题¶

这是为了保证交换机传输的可靠性建立的协议。

简单的方法就是配置多个交换机，如果其中一个无法使用，还可以使用其他交换机进行传输。

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问题为：

广播风暴：交换机在物理环路上无休止地泛洪广播流量，无限循环，迅速消耗网络资源

1729740034821

重复帧：帧会通过不同的交换机线路传输到目的地址，这会导致目的地址收到多个重复的帧

1729740077133

MAC地址表不稳定：由于物理环路的存在，因此帧进入交换机的端口会频繁变化

1729740128496

4.1.3.2 生成树协议的方法¶

生成树协议的目的，就是打破物理环路，获得一个无环的生成树

参与构建生成树的交换机：互相接收、发送BPDU（桥协议数据单元）
选举产生根桥、根端口、指定端口，形成生成树

BPDU包含如下信息：

根桥ID（Root ID）：被选为根的桥ID
桥ID为8字节，由2字节的priority和6字节的MAC地址组成
根路径开销（Root Path Cost）：到根桥的最短路径开销
指定桥ID（Designated ID）：生成和转发BPDU的桥ID
指定端口ID（Designated Port ID）：发送BPDU的端口ID

选举过程：

选举根桥（Root Bridge）
为每个非根桥选出一个根端口（Root Port）
为每个网段确定一个指定端口（Designated Port）
选举根桥：
同一广播域（广播域：主机发送广播帧（引发泛洪），所有能够接收到该帧的节点与主机）中的所有交换机参与选举
桥ID最小的交换机作为生成树的根
比较桥ID的方法：
- 优先级高的桥优先作为根桥
- 相同优先级的桥，MAC地址小的桥优先作为根桥
给定广播域内只有一个根桥
根桥的所有端口都处在**转发状态**（可以接收/发送数据帧）
为每个非根桥选一个根端口：
每个非根桥，通过比较每个端口到根桥的根路径开销，选出根端口
具有最小根路径开销的端口为根端口
如果多个端口路径开销相同，则端口ID最小的端口为根端口
非根桥只有一个根端口，根端口处于**转发状态**

根路径开销：根桥根路径开销为0；非根桥的根路径开销为到根桥路径上所有端口开销之和

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1729740782396

为每个网段确定一个指定端口：
对每一个网段，在所有连接到它的交换机端口中进行选择：
**一个**具有最小根路径开销的端口，作为该网段的指定端口
若有多个端口具有相同的最小根路径开销，则选择端口ID最小的端口作为指定端口
指定端口处于**转发状态**，负责该网段的数据转发
连接该网段的其他端口若既不是指定端口，也不是根端口，则阻塞

根桥的所有连接端口都是指定端口。

4.1.3.3 出错时生成树协议的重构方法¶

当由于交换机或链路故障导致网络拓扑改变时，重新构造生成树。

快速生成树协议（RSTP，Rapid Spanning Tree Protocol）：

是STP的优化版，在IEEE802.1W中定义，在IEEE802.1D中整合起来

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4.2 虚拟局域网¶

4.2.1 原理¶

广播域：广播帧能够到达的范围

缺省情况下：交换机的所有端口同属于一个广播域，无法隔离广播域
广播帧在广播域中传播，占用资源、降低性能、具有安全隐患

因此，我们希望通过交换机将**广播域**也隔离开来。

支持VLAN的交换机：

一个VLAN（Virtual LAN）对应一个广播域
交换机通过划分VLAN，来分割广播域

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1729742038260

注意：这样的方法是隔断了不同VLAN成员的二层通信（数据链路层通信），它们仍然可以通过三层设备（路由器等）进行通信。

4.2.2 VLAN¶

基于端口的VLAN（最常见）
创建VLAN
指定成员端口（即创建一个VLAN到端口的映射，与MAC地址表类似）
基于MAC地址的VLAN
创建一个VLAN到MAC地址的映射表
优点：主机在更换端口时，VLAN不会改变
基于协议的VLAN
需要服务器的参与，创建VLAN到协议的映射表
基于子网的协议
基于子网划分VLAN，与子网掩码一起使用
一个子网就是一个VLAN

4.2.3 其他问题¶

注意：同一个交换机可能具备隶属于多个不同VLAN的端口，因此不仅需要对端口进行VLAN划分，还需要对传输的数据帧进行VLAN划分。

如何区分不同VLAN的数据帧？

在数据帧中携带VLAN标记
VLAN标记由交换机添加/剥除，对终端站点透明

1729742355582

更多的端口类型：

Access链路类型端口
一般用于连接用户设备（无需识别802.1Q帧的设备）
Access端口只能加入一个VLAN
一旦Access端口加入VLAN，连接在该端口的设备被视为属于该VLAN
Trunk链路类型端口
一般用于连接交换机（支持802.1Q帧的设备）
干道链路允许多个VLAN流量通过

5. 无线局域网¶

5.1 无线局域网概述¶

无线局域网（WLAN）：以无线信道作为传输介质的计算机局域网

设计目标：

小的覆盖范围（受限的发射功率）
无需授权的频谱（ISM频段）
高速率应用
支持实时和非实时应用

重要组织：

IEEE 802.11
WiFi联盟（WFA）

5.2 无线局域网组网模式¶

基础架构模式

分布式系统（DS）
访问点（AP）
站点（STA）
基本服务集（BSS）
扩展服务集（ESS）
站点间通过AP转发

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自组织模式（Ad hoc）

站点（STA）
独立基本服务集（IBSS）
站点之间直接通信
共享同一无线信道

5.3 无线局域网体系结构¶

1729743150694

需要解决的问题：

有限的无线频谱带宽资源
共享的无线信道
组网模式管理

5.4 802.11 物理层¶

频段：2.4GHz、5GHz
调制技术：DPSK → QPSK → CCK → 64-QAM → 256-QAM → 1024-QAM
直接序列扩频（DSSS）→ 正交频分多路复用（OFDM）→ 正交频分多址（OFDMA）
单天线 → 单用户多入多出（SU-MIMO）→ 多用户多入多出（MU-MIMO）
目的：提升传输速率，增强可靠性，支持高密度接入

5.5 802.11 MAC层¶

问题：如何进行collision detection?

冲突检测困难
在接收端，发送功率和接收功率相差太大
站点在发送时关闭接收功能，无法在发送时同时检测冲突
同一BSS中，不是所有的站点都能互相感知到对方发送的信号
隐藏终端问题（由于距离太远/障碍物，导致无法检测到竞争对手的存在）
暴露终端问题，降低网络的吞吐量（由于侦听到其他站点的发送而误以为信道忙，导致不发送）（但事实上侦听错了，不会出现冲突）

1729743403721

改进：CSMA/CA协议（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoid）：

当信道空闲时间大于IFS（帧间隙），立即传输
当信道忙时，延迟知道当前传输结束+IFS时间
开始随机退后过程
从（0, CWincow）中选择一个随机数作为退后计数器（backoff counter）
通过侦听确定每个时间槽是否活动
如果没有活动，则减少退后时间
退后过程中如果信道忙，则挂起退后过程
当前帧传输结束后回复退后过程

1729743682466

竞争窗口（CWindow）的选择：

应与网络负载情况相适应
二进制指数退后算法

差错检测：32位CRC校验

确认重传：采用**停等**机制（发送数据、等待确认、超时重传）

之所以不用流水线，是因为WiFi传输速率很高，没有必要使用流水线

不同帧间隙控制优先级：

SIFS（Short IFS）：最高优先级（ACK/CTS/轮询响应等）
PIFS（PCF IFS）：中等优先级（SIFS+1槽口时间），轮询服务
DIFS（DCF IFS）：最低优先级（SIFS+2槽口时间），异步数据服务

结合CSMA/CA协议的定义可知：帧间隙控制优先级越高，帧间隙越小，则越有机会抢占信道。

可选机制：RTS-CTS机制

目的：通过信道预约来避免长帧冲突

简要过程：

1. 发送端发送信息前先发RTS，指明传输时间（ $SIFS+CTS+SIFS+DATA+SIFS+ACK$ ）
1. 接收端收到后，回送CTS，指明传输时间（ $SIFS+DATA+SIFS+ACK$ ）
其他站点收到RTS和CTS，则维护NAV（即在这段时间内不再发送数据）NAV：network allocation vector

1730444517675

特点：RTS和CTS很短，即使发生冲突，信号浪费也较少

如何应对无线链路较高的出错率：

解决办法：采用较小的帧（将用户数据帧分段的机制对用户透明）
$F_i$ 帧中携带 $F_{i+1}$ 的传输时间

EDCA（802.11e）（不要求掌握）

5.6 802.11 帧结构¶

802.11的帧格式一般如下结构：

1730445213720

其中主要的字段解释：

帧控制：多种用途
持续时间：下一个要发送的帧可能持续的时间（用于RTS/CTS等）
地址1-地址4：每个地址的含义基于“去往DS”和“来自DS”域段确定
当帧是从源发向AP时（去往DS为1，来自DS为0），则地址1为AP地址，地址2为源地址，地址3为目的地址
当帧是从AP发向目的地址时（去往DS为0，来自DS为1），则地址1为目的地址，地址2为AP地址，地址3为源地址
总之，地址1为接收地址，地址2为发送地址。
顺序控制：过滤掉重复帧，或用于分片组合
QoS控制域段：存放数据流的QoS信息
数据：0-2312字节
CRC校验：802.11采用4个字节的校验码

5.7 无线局域网的构建¶

基础架构模式：

通过AP接入有线网络（互联网络）
关键：如何关联到AP：
BSSID：AP的MAC地址，标识AP管理的基本服务集
SSID：32字节网名，标识一个扩展服务集（ESS），包含一个或多个服务集
关联阶段：扫描（scan）、认证（authentication）、关联（association）

被动扫描：

AP周期性发送Beacon帧，站点在每个可用的通道上扫描Beacon帧
Beacon帧提供的AP相关信息：timestamp, beacon interval, capabilities, SSID, supported rates, parameters, traffic indication map(TIM)

主动扫描：

站点依次在每个可用的通道上发出包含SSID的Probe Request帧，AP在收到Probe Request后，回送Probe Response帧
Probe Resonse帧包含的AP相关信息：timestamp, beacon interval, capabilities, SSID, supported rates, parameters

认证过程：

1. 当站点找到与其有相同SSID的AP，在SSID匹配的AP中，根据收到的AP信号强度选择一个信号最强的AP，然后进入认证阶段。
主要认证方式：
- 开放系统身份认证（open-system authentication）
- 共享密钥认证（shared-key authentication）
- WPA PSK认证（pre-shared key authentication）
- 802.1X EAP认证（802.1X authentication）

关联过程：

身份认证通过后进入关联阶段
站点向AP发送关联请求（association request）
AP收到请求后，回送关联响应（association response）
AP维护站点关联表，并记录站点的能力

自组织模式

站点先寻找具有指定SSID的IBSS是否存在，如果存在，则加入；若不存在，则自己创建一个IBSS，发出Beacon，等其他站来加入
IBSS中的所有站点参与Beacon发送（保证健壮性），每个站点在Beacon窗口竞争Beacon的产生。对于每个站点：
确定一个随机数k
等待k个时间槽
如果没有其他站点发送Beacon，则开始发送Beacon

站点漫游：

当前的AP的通道质量下降时，站点漫游到不同的AP
通过扫描功能发现通道质量过呢更好的AP
主动扫描/被动扫描
站点向新的AP发送重新关联请求（Reassociation request）
若AP接受了重关联请求：
AP向站点返回重关联响应（Reassociation response）
如果重关联成功，则站点漫游到新的AP
新的AP通过分布系统通知之前的AP

站点睡眠管理：

目的：延长电池的续航时间

5.8 前沿WiFi技术¶

Wi-Fi 6：

核心目标：解决网络容量和传输效率问题、降低传输时延，相对于Wi-Fi 5，在高密部署场景中将用户平均吞吐量提升4倍以上，并发用户数提升3倍以上
核心技术：
OFDMA频分复用技术（实现多站点并行传输）
DL/UL MU-MIMO技术（增加系统容量，提升用户的平均吞吐量）
高阶调制技术（1024-QAM）（提升单条空间流的传输速率）
BSS着色机制（信道合理划分和利用）
扩展覆盖范围