无线局域网（Wireless Local Ara Network，WLAN）

一、无线局域网的组成

无线局域网可分为两大类：（1）有基础设施的；（2）无基础设施的。

1. IEEE802.11

对于有基础设施的无线局域网，1997年IEEE制定出无线局域网协议802.11系列标准。简单来说，802.11是无线以太网的标准，使用星形拓扑。

无线局域网的中心叫做接入点AP（Access Point），是无线局域网的基础设施，也是一个链路层设备。所有在无线局域网中的站点，对网内或网外的通信，都必须通过接入点AP。

802.11无线局域网的MAC层使用CSMA/CA协议。

802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集BSS，一个基本服务集BSS包括一个接入点和若干个移动站。各站在本BSS以内之间的通信，或者与外部站点的通信，都必须通过本BSS的接入点。一个基本服务集BSS所覆盖的地理范围称为一个基本服务区BSA，其范围直径一般不超过100米。

安装AP时，必须为该AP分配一个不超过32字符的服务集标识符SSID和一个通信信道。SSID是指使用该AP的无线局域网的名字。

无线局域网通常使用2.4GHz和5GHz频段，每一个频段又再划分为若干个信道，供各个无线局域网使用。在2.4GHz频段中有大约85MHz的带宽可用。802.11b标准定义了11个部分重叠的信道集，相邻信道的中心频率相差5MHz，而每个信道的带宽约22MHz。

一个基本服务集可以是孤立的单个服务集，也可通过接入点AP连接到一个分配系统DS，然后再连接到另一个基本服务集，构成一个扩展服务集ESS。

一个移动站若要加入一个基本服务集BSS，就必须先与某个接入点AP建立关联。只有已关联的AP才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的AP才能向其他站点发送数据帧。

 2. 移动自组网络

 另一类无线局域网是无固定基础设施的无线局域网，又称为自组网络。这种自组网络没有上述基本服务集中的接入点AP，而是由一些平等的移动站相互通信组成的临时网络。

 固定接入（fixed access）—— 在作为网络用户期间，用户设置的地理位置保持不变。

移动接入（mobility access）—— 用户设备能够以车辆速度移动时进行网路通信。当发生切换（用户移动到不同蜂窝小区）时，通信仍然是连续的。

便携接入（portable access）—— 在受限的网络覆盖面积中，用户设备能够在以步行速度移动时进行网络通信，提供有限的切换能力。

游牧接入（nomadic access）—— 用户设备的地理位置至少在进行网络通信时保持不变。

二、802.11局域网的物理层

 三、802.11局域网的MAC协议

 1. CSMA/CA协议

802.11 标准设计了独特的MAC层，通过协调功能（Coordination Function）来确定在基本服务集BSS中的移动站，在什么时间能发送数据或接收数据。

 802.11的MAC层在物理层的上面，包括两个子层：

（1）分布式协调功能DCF（Distributed Coordination Function）

DCF不采用任何中心控制，而是在每一个节点使用CSMA机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权。

（2）点协调式功能PCF（Point Coordination Function）

PCF使用集中控制的接入算法，用类似探询的方法把发送数据权轮流交给各个站，从而避免了碰撞的产生。

目前大量使用的无线局域网都是使用上述的分布协调功能DCF。

2. 时间间隔DIFS的重要性

分布式协调功能帧间间隔：DIFS（DCF IFS）

短帧间间隔：SIFS（Short Inter-Frame Spacing）

站点A要向站点B发送数据，A监听信道，若信道在时间间隔DIFS内一直都是空闲的，A就可以在t0时间发送数据帧DATA。

B收到数据帧后，必须进行CRC检验，若检验无差错，再从接收状态转为发射状态，发送确认ACK。B开始发送确认的时刻，实际上必然滞后于B收完DATA的时间，滞后的时间是SIFS。

从A发送数据帧DATA开始，到收到确认ACK为止的这段时间（DATA+SIFS+ACK），必须不允许任何其他站发送数据，这样才不会发生碰撞。

 

 802.11标准定义了比SIFS更长的时间间隔DIFS，以及凡在空闲时间想发送数据的站点必须等待时间DIFS后才能发送，以确保确认帧ACK得以优先发送。

3. 争用信道的过程

现假定站点A和B通信的过程中，站点C和D也要发送数据。但C和D检测到信道忙，因此必须推迟接入（defer access）,以免发生碰撞。

CSMA/CA规定，所有推迟接入的站，都必须在争用期执行统一的退避算法开始公平地争用信道。

争用期也称为争用窗口CW（Contention Window）。争用窗口由许多时隙（time slot）组成。在下一个时隙开始时，每个站点都能检测出在前一个时隙开始时信道是否忙。

  

站点若想发送数据，并检测信道连续空闲时间超过DIFS时，即可立即发送数据，而不必经过争用期。当（1）要发送数据时检测到信道忙；（2）已发出的数据帧未收到确认，重传数据帧；（3）接着发送后续的数据帧 时发送数据必须经过争用期的公平竞争。

 

4. 对信道进行预约

参考：

谢希仁. 计算机网络 第8版. 北京：电子工业出版社, 2021.12.