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  • 802.11网络协议细节(三)

          

    1.3.7   Frame Control 位

    所有帧的开头均是长度两个元组的 Frame Control  (帧控制)位,如图 1-10 所示。Frame Control 位包括以下次位:

    Protocol 位

    协议版本位由两个 bit构成,用以显示该帧所使用的 MAC版本。目前,802.11 MAC 只有一个版本;它的协议编号为 0 。未来IEEE 如果推出不同于原始规格的 MAC版本,才会出现其他版本的编号。到目前为止,802.11 改版尚不需用到新的协议编号。

     

                  图 1-10:Frame control 位

    Type  与 Subtype  位

    类型与次类型位用来指定所使用的帧类型。为了抵抗噪声与提升可靠性,802.11 MAC 内建了一些管理功能,有些功能之前已经提过,如RTS/CTS与应答。表1-1 显示了 type 与subtype位跟帧类型的对应关系。

    如表1-1 所示,最高效 bit会最先出现,恰好与图 1-10 相反。因此,Type次位是 frame control位的第三个 bit之后跟着第二个 bit(b3 b2 ),而 Subtype 次位则是第七个 bit之后跟着第六、第五以及第四个 bit(b7 b6 b5 b4)。

    表1 表 1-1:Type与Subtype 位的值与名称:

     

    表1 表 1-1:控制帧Type与Subtype 位的值与名称

     

    表1 表 1-1:数据帧Type与Subtype 位的值与名称

     

    表1 表 1-1:管理帧Type与Subtype 位的值与名称

    TO DS与From DSbit

    这两个bit用来指示帧的目的地是否为传输系统。在基础网络里,每个帧都会设定其中一个DS bit 。你可以根据表 1-2 来解读这两个 bit。

    表2 表 1-2 :To DS 与From DSbit所代表意义:

      

    More fragments bit

    此bit的功能类似 IP 的More fragmentsbit。若较上层的封包经过 MAC分段处理,最后一个片段除外,其他片段均会将此 bit设定为 1 。大型的数据帧以及某些管理帧可能需要加以分段;除此之外的其他帧则会将此 bit设定为0 。实际上,大多数数据帧均会以最大的以太网长度进行传送,不过帧分段并不常用。 

    Retry bit

    有时候可能需要重传帧。任何重传的帧会将此 bit设定为 1 ,以协助接收端剔除重复的帧。

    Power management bit

    802.11网卡通常以 PC Card 的型式出现,主要用于以电池供电的膝上型或手持式电脑。为了提高电池的使用时间,通常可以关闭网卡以节省电力。此 bit用来指出传送端在完成目前的基本帧交换之后是否进入省电模式。1 代表工作站即将进入省电模式,而 0 则代表工作站会一直保持在清醒状态。基站必须行使一系列重要的管理功能,所以不允许进入省电模式,因此基站所传送的帧中,此 bit必然为 0 。

    More data bit

    为了服务处于省电模式的工作站,基站会将这些由“传输系统”接收而来的帧加以暂存。基站如果设定此 bit,即代表至少有一个帧待传给休眠中的工作站。

    Protected Frame bit

    相对于有线网络,无线传输本质上就比较容易遭受拦截。如果帧受到链路层安全协议的保护,此bit会被设定为 1 ,而且该帧会略有不同。之前,Protected Frame bit 被称为 WEP bit。

    Orderbit

    帧与帧片段可依序传送,不过发送端与接收端的 MAC必须付出额外的代价。一旦进行“严格依序”传送,此 bit被设定为 1。

    1.3.8   Duration/ID 位

    Duration/ID 位紧跟在frame control  位之后。此位有许多功用,有三种可能的形式,如图1-11 所示。

     

                  图 1-11:Duration/ID 位

     1.3.8.1  Duration :设定NAV

    当第15个bit被设定为0 时,Duration/ID 位就会被用来设定 NAV。此数值代表目前所进行的传输预计使用介质多少微秒。工作站必须监视所收到的任何帧头,并据以更新 NAV。任何超出预计使用介质时间的数值均会更新 NAV,同时阻止其他工作站访问介质。

     1.3.8.2 免竞争期间所传送的帧

    在免竞争期间(contention-free period ,简称 CFP),第 14个bit为0 而第15个bit为1。其他所有bit均为0 ,因此 duration/ID 位的值为 32768 。这个数值被解读为 NAV。它让没有收到Beacon(信标)帧『注』的任何工作站,得以公告免竞争期间,以便将 NAV更新为适当的数值,避免干扰到免竞争传输。

    注   Beacon 帧是管理帧的次类型(subtype),因此字首以大写表示。

     1.3.8.3  PS-Poll帧

    在PS-Poll(省电模式-轮询)帧中,第 14与第 15个bit会被同时设定为1。移动式工作站可以关闭天线以达到省电目的。休眠中的工作站必须定期醒来。为确保不致丢失任何帧,从休眠状态醒来的工作站必须送出一个 PS-Poll帧,以便从基站取得之前暂存的任何帧。此外,醒来的工作站会在 PS-Poll 帧中加入连接识别码(association ID,简称 AID),以显示其所隶属的BSS 。AID 包含在 PS-Poll帧中,其值介于 1-2,007。而介于 2,008-16,383 的值目前保留并未使用。

    1.3.9   Address 位

    一个802.11帧最多可以包含四个地址位。这些位地址位均经过编号,因为随着帧类型不同,这些位的作用也有所差异。基本上,Address 1 代表接收端,Address 2 代表传送端,Address 3 位被接收端拿来过虑地址。举例而言,在基础网络里,第三个地址位会被接收端用来判定该帧是否属于其所连接网络。『注』

    注 :802.11 规定工作站应该忽略那些不属于相同 BSSID 的帧,不过大多数产品并未正确实现 BSSID 过虑功能,还是会将接收到的所有帧传给上层协议。

    802.11所使用的定位模式,乃是依循其他 IEEE 802 网络所使用的格式,包括以太网。地址位本身的长度有 48个bit。如果传送给实际介质的第一个 bit为0,该地址位代表单一工作站(单点传播[unicast] )。如果第一个 bit为1 ,该地址代表一组实际工作站,称为组播(多点传播[multicast] )地址。如果所有 bit均为1 ,该帧即属广播(broadcast),因此会传送给连接至无线介质的所有工作站。

    这些长度 48个bit的地址位有各种不同的用途:

    l  目的地址

    和以太网一样,目的地址(Destination address )是长度 48个bit的IEEE MAC 识别,码,代表最后的接收端,亦即负责将帧交付上层协议处理的工作站。

    l  源地址

    此为长度 48个bit的IEEE MAC 识别码,代表传输的来源。每个帧只能来自单一工作站,因此Individual/Group bit 必然为0 ,代表来源地址(Source address )为单一工作站。

    l  接收端地址

    此为长度 48个bit的IEEE MAC 识别码,代表负责处理该帧的无线工作站。如果是无线工作站,接收端地址即为目的地址。如果帧的目的地址是与基站相连的以太网结点,接收端即为基站的无线界面,而目的地址可能是连接到以太网的一部路由器。

    l  传送端地址

    此为长度 48个bit的IEEE MAC 识别码,代表将帧传送至无线介质的无线界面。传送端地址通常只用于无线桥接。

    1.3.10  Basic Service Set ID (BSSID)

    要在同一个区域划分不同的局域网络,可以为工作站指定所要使用的 BSS (基本服务集)。在基础网络里,BSSID (基本服务集标识)即是基站无线界面所使用的 MAC地址。而对等(Ad hoc )网络则会产生一个随机的 BSSID ,并将Universal/Localbit 设定为1,以防止与其他官方指定的MAC地址产生冲突。

    要使用多少地址位,取决于帧类型。大部分的数据帧会用到三个位:来源、目的以及 BSSID 。数据帧中,地址位的编号与排列方式取决于帧的传送路径。大部分的传输只会用到三个地址,这解释了为什么在帧格式中,四个地址位都有其中三个位相邻的。

    1.3.11  顺序控制位

    此位的长度为 16个bit,用来重组帧片段以及丢弃重复帧。它由4 个bit的fragment number(片段编号)位以及 12个bit的sequence number (顺序编号)位所组成,如图 1 -12所示。控制帧未使用顺序编号,因此并无sequence control 位。

     

                图 1-12:Sequence Control 位

    当上层帧交付 MAC传送时,会被赋予一个 sequence number (顺序编号)。此位的作用,相当于已传帧的计数器取 4096的模(modulo)。此计数器由 0 起算,MAC每处理一个上层封包就会累加 1。如果上层封包被切割处理,所有帧片段都会具有相同的顺序编号。如果时重传帧,则顺序编号不会有任何改变。

    帧片段之间的差异在于 fragment number (片段编号)。第一个片段的编号为 0 。其后每个片段依序累加 1 。重传的片段会保有原来的 sequence number 协助重组。

    具备QoS 延伸功能的工作站对 sequence control 位的解读稍有不同,因为这类工作站必须同时维护多组传送队列。

    1.3.12  帧主体

    帧主体(Frame Boby )亦称为数据位,负责在工作站间传送上层数据(payload)。在最初制定的规格中,802.11帧最多可以传送 2304个bit组的上层数据。(实际上必须能够容纳更多的数据,以便将安全性与 QoS 相关标头纳入)802.2 LLC 标头具有 8 个bit组,最多可以传送2296 个bit组的网络协议数据。防止分段必须在协议层加以处理。在IP 网络中,Path MTU Discovery(路径最大传输单位查询;RFC1191)将可避免大于 1500个bit组的帧传递。

    802.11与其他链路层技术不同之处,表现在两个比较显著的方面。首先,在802.11帧中并无任何上层协议的标记可供区别。上层协议是以额外标头 type 位加以标记,同时将其作为 802.11所承载数据的开始。其次,802.11通常不会将帧填补至最小长度。802.11所使用的帧并不大,随着芯片与电子技术的进展,目前已经没有填补的必要。

    1.3.13  帧检验序列(FCS )

    和以太网一样,802.11帧也是以帧检验序列(frame check sequence ,简称 FCS )作为结束。FCS 通常被视为循环冗余码(cyclic redundancy check,简称 CRC),因为底层的数学运算相同。FCS 让工作站得以检查所收到的帧的完整性。FCS的计算范围涵盖 MAC标头里所有位以及帧主体。虽然 802.3 与802.11计算 FCS 的方法相同,不过 802.11所使用的 MAC 标头与802.3 的不同,因此基站必须重新计算 FCS 。

    当帧送至无线界面时,会先计算 FCS ,然后再由 RF或IR 链路传送出去。接收端随后会为所收到的帧计算 FCS ,然后与记录在帧中的 FCS 做比较。如果两者相符,该帧极有可能在传输过程中并未受损。

    在以太网上,如果帧的FCS 有误,则随即予以丢弃,否则就会传送给上层协议处理。在802.11网络上,通过完整性检验的帧还需接收端送出应答。例如,接收无误的数据帧必须得到正面应答,否则就必须重传。对于未能通过 FCS 检验的帧,802.11并未提供负面应答机制;在重传之前,工作站就必须等候应答超时。

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