802.11成帧细节

802.11帧主要有三种类型:

本文将从如下几个方面描述802.11的成帧细节。

数据帧

数据帧会将上层协议的数据置于帧主体中加以传递,图 1显示了数据帧的基本结构,会用到那些字段取决于该数据帧所属的类型。

不同的数据帧,帧中字段的含义不同,尤其表现在地址字段。地址字段的编号与功能取决于ToDS位与FromDS位的设定,因此所使用的网络类型会间接影响到地址字段的用法。下表列出了地址字段在数据帧中的各种用法。

Address 1字段代表帧接收端的地址;Address 2字段是发送端的地址,用来发送确认信息;Address 3字段则是供接入点与分布式系统过滤之用。每个BSS都会被赋予一个BSSID,它是一个长度为48位的二进制标识符,用来识别不同的BSS,在infrastructure BSS中,BSSID就是创建该BSS的接入点上无线接口的MAC地址。

以下通过三个实例来说明数据帧中地址字段的含义。

实例一:将帧传送至服务器时地址字段的用法

如下图所示,无线客户端将帧传送给服务器,则数据帧中Address 1为RA(BSSID),Address 2为SA/TA,Address 3为DA。

传送至接入点的数据帧如下图所示

实例二:将帧从分布式系统传送至无线客户端

如下图所示,分布式系统的服务器将帧发送至无线客户端,则数据帧中Address 1为RA/DA,Address 2为TA(BSSID),Address 3为SA。

来自接入点的数据帧如下图所示

实例三:无线分布式系统

无线分布式系统有时也称为无线桥接器,如下图所示,两条有线网络通过扮演无线桥接器的基站彼此相连,从客户端送至服务器的帧会经过802.11 WDS。WDS中的数据帧传输会用到四个地址,数据帧中Address 1为RA,Address 2为TA,Address 3为DA,Address 4为SA。

WDS帧如下图所示

在802.11网络中,移动式工作站会利用Null帧来通知接入点改变省电状态。如果移动式工作站没有数据要经过分布式系统传送,可以使用Null帧,同时将Frame Control字段的Power Management位设定为1,通知接入点该移动工作站即将进入省电模式,接入点需要开始为之缓存帧。Null帧的交互如下图所示。

控制帧

所有控制帧的Frame Control字段只有Sub type不同,如下图所示

RTS(请求发送)

RTS帧可用来取得媒介的控制权,以便传送“大型”帧,由网卡驱动程序中的RTS threshold来区分“大型”帧,RTS帧的格式如下图所示,RTS帧只包含帧头,帧主体不包含任何数据,帧头之后即为FCS。

CTS(清除发送)

CTS帧用于恢复RTS帧,并清空传送区域。其帧格式如下图所示。

ACK(确认)

ACK帧是MAC以及任何数据的传送所需要的确认,其格式如下图所示。

PS-Poll(省电-轮询)

当一个移动式工作站从省电模式中苏醒后,便会传送一个PS-Poll帧给接入点以取得任何缓存帧,PS-Poll帧的格式如下图所示。

PS-Poll帧使用管理标识符(association ID)来填充Duration/ID字段。关联标识符是接入点指定的一个数值,用来识别关联。虽然PS-Poll帧中并未包含duration信息,无法更新NAV,但是所有收到PS-Poll帧的工作站都会以短帧间间隔加上传送ACK信号所需要的时间来更新NAV,这一自动调整机制使得接入点在传送ACK信号时,不容易与移动式工作站发生冲突。

管理帧

管理帧负责监督,主要用来加入或退出无线网络以及处理接入点之间关联的转移事项。所有管理帧的MAC标头都一样,与帧的子类型无关。管理帧会使用信息元素来与其他系统交换信息,管理帧的基本结构如下图所示。

帧主体中大部分数据如果使用长度固定的字段,就称为固定字段(fixed field);如果字段长度不定,就称为信息元素(information element),信息元素是TLV结构的数据块。

固定字段

信息元素

信息元素通常包含一个Element ID字段、一个Length字段以及一个长度不定的字段,如下图所示。

管理帧的类型

Beacon(信标)帧

Probe Request帧

Probe Response帧

IBSS的通知传输指示消息(ATIM)帧

Disassociation帧与Deauthentication帧

Association Request帧

Reassociation Request帧

Association Response帧与Reassociation Response帧

Authentication帧

Action帧

帧传送、关联与身份验证状态

802.11整体状态图如下所示:

802.11成帧细节

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