欢迎大家一起学习探讨通信之WLAN。为了减少帧交互中额外资源占用开销，提高WiFi网络系统整体运行效率，802.11n协议引入定义了聚合功能。本节将基于协议定义内容和实例，详细分析“A-MSDU"和“A-MPDU”两种聚合功能。

关键字

S1G(Sub 1 GHz)：支持运行在1Ghz以下的设备。

DMG(directional multi-gigabit)：支持吞吐大于1Gb/s的设备。

好。先回顾下“MSDU”的定义。

基于OSI模型，802.11协议将“数据链路层”定义分为“LLC子层”和“MAC子层”。

在OSI模型数据从第7层传送到第3层，在第3层将IP Header添加到来自第4层到第7层的数据中，并将数据封装成一个IP包。

接下来IP包被送到数据链路层，在LLC子层，添加LLC数据，并对其与IP数据包进行封装，封装后的数据包格式，802.11协议定义称为：MAC Service Data Unit，缩写(MSDU)，其长度最大为2304个字节。

简单的来说，MSDU的定义为一个IP包数据加上LLC数据。关于802.11协议对“数据链路层”的定义介绍见《WiFi基础学习到实战(二)》。

MAC子层提供服务可对某些场景的MSDUs进行排序。

在上层协议不支持对MSDUs重新排序时，应该选择严格顺序服务。当使用严格顺序服务时，该STA应该关闭MAC省电功能，阻止其休眠。

如下图所示，在MAC Header的control字段使用1bit表示是否使用严格顺序。

“1”表示MSDU或分片，在使用严格顺序服务传输。

在探讨802.11聚合功能前，先通过抓包实例分析，同时使能“A-MSDU”和“A-MPDU”聚合功能，帧的组成形式。如下图所示，A-MPDU包含3个A-MPDU子帧。

前两个A-MPDU子帧都包含一个A-MSDU。A-MSDU聚合由两个A-MSUD子帧组成，如下图所示。

通过抓包实例，同时使能“A-MSDU”和“A-MPDU”聚合功能，帧组成形式如下图所示。接下来，开始详细分析A-MSDU和A-MPDU组成得各个字段。

注：协议规范【原】

1. MSDU format is part of the IEEE 802 family of LAN standards, and as such all MSDUs are LLC PDUs as defined in ISO/IEC 8802-2: 1998.

2. If a higher layer protocol using the data service cannot tolerate this possible reordering, the optional StrictlyOrdered service class should be used.

1.1 A-MSDU聚合

A-MSDU是包含有相同TID和地址等符合A-MSDU聚合规则的MSDU，将MSDU称作A-MSDU子帧。802.11协议定义了“基本A-MSDU子帧”，“短A-MSDU子帧”和“动态A-MSDU子帧”三种格式。

1.1.1 基本A-MSDU子帧格式

基本A-MSDU子帧由A-MSDU子帧Header，MSDU和Padding组成。长度为4字节对齐。协议定义格式如下图所示：

• A-MSDU子帧Header：由DA，SA和长度组成。该字段与802.3帧格式相同。

• DA：A-MSDU子帧包含的目的地址。占6个字节。

• SA：A-MSDU子帧包含的原地址。占6个字节。

• Length：指明MSDU的长度。占2个字节。

802.11n协议A-MSDU聚合子帧都使用的为该子帧格式。

1.1.2 Short A-MSDU子帧格式

短A-MSDU子帧格式由A-MSDU子帧Header，MSDU和Padding组成。A-MSDU子帧Header仅包含Length，占2个字节，表示MSDU的长度。其他字段与基本A-MSDU子帧相同。协议定义格式如下图所示：

使用在设备间直连数据传输场景，A-MSDU子帧的SA/DA值和优先级相同。需要转发的帧无法使用。

1.1.3 动态A-MSDU子帧格式

动态A-MSDU子帧格式由A-MSDU子帧Header，MSDU和Padding组成。A-MSDU子帧header包含子帧控制字段，动态配置调整DA和SA字段。其他字段与基本A-MSDU子帧格式相同。协议定义格式如下图所示：

子帧控制字段占2个字节。格式如下图所示。

• Bit0-13：表示MSDU的长度。

• Bit14：表示DA是否存在。

• Bit15：表示SA是否存在。

动态A-MSDU子帧格式仅被S1G STA传输数据使用。

1.1.3 A-MSDU聚合相关规定

• A-MSDU中仅包含DA和SA映射到相同的RA和TA的MSDUs。但RA和TA填充规则与是否携带A-MSDU无关。

• A-MSDU子帧通过Padding字段确保其4字节对齐，除最后一个A-MSDU子帧无Padding。

• A-MSDU生存周期只有当包含所有的MSDU生存周期到期，该A-MSDU生存周期才会被终止。因此，存在组成A-MSDU的MSDU生存周期已过，还会被传输的情况。

• 设备间A-MSDU传输，其A-MSDU的长度不应超过彼此指定的最大接收长度。

• A-MSDU支持的最大长度，受支持MPDU最大长度的约束。

• A-MSDU将被传递给MAC子层，添加MAC Header，封装为一个MPDU传输。

1.2.1 A-MSDU聚合抓包实例

下图为抓到的A-MSDU聚合帧。其由2个A-MSDU子帧组成，其MSDU长度都为1508个字节，如下图所示。

第1个A-MSDU子帧长度：

1524 = 1508(MSDU) + 14(Header) + 2(Padding)

第2个A-MSDU子帧长度：

1522 = 1508(MSDU) + 14(Header)。

第1个子帧长度通过padding字段填充2字节【ae dd】，整个子帧长度4字节对齐。

第2个子帧长度，因A-MSDU最后一个子帧无padding字段，无填充，未作4字节对齐。如下图所示，

1.2.2 A-MSDU聚合相关协商字段

802.11n协议定义支持“7935字节”和“3839字节” 两种A-MSDU最大长度。

在HT Info字段用1bit表示，如下图所示。

• “1”表示A-MSDU最大长度“7935”。

• “0”表示A-MSDU最大长度“3839”。

BA聚合协商时，在BA Action帧中，使用1bit表示是否支持A-MSDU聚合。

下表为不同协议定义支持的A-MSDU最大长度。

注：协议规范【原】

1. The A-MSDU subframe header contains three fields: DA, SA, and Length. The order of these fields and thebits within these fields are the same as the IEEE 802.3™ frame format.

2. In the Basic A-MSDU subframe, each A-MSDU subframe (except the last) is padded so that its length is amultiple of 4 octets. The last A-MSDU subframe has no padding.

3. A non-S1G STA transmitting an A-MSDU shall not use the Dynamic A-MSDU frame format.

4. The Short A-MSDU subframe structure is used only between a pair of STAs that communicate directly.

2.1 A-MPDU聚合

在分析A-MPDU聚合前，先来看下A-MDPU聚合帧的一般格式，如下图所示。

EOF Padding字段格式

• EOF Padding子帧：包含0个或多个EOF Padding子帧。一个EOF Padding子帧是一个A-MPDU子帧，其MPDU长度为0, EOF字段为1。

• EOF Padding字节：占0-3字节，为了实现A-MPDU子帧4字节对齐。

如下图实例A-MPDU聚合抓包。A-MPDU聚合包含4个A-MPDU子帧。

由上可知，A-MPDU是由多个拥有相同TID，RA地址和Key ID等信息的MPDU组成。MPDU格式详细介绍见《WiFi基础学习到实战(二)》。

注：协议规范【原】

1. All of the MPDUs within an A-MPDU are addressed to the same RA.

2. All protected MPDUs within an A-MPDU have the same Key ID.

2.1.1 A-MPDU子帧格式

协议定义A-MPDU子帧格式如下图所示。

MPDU 界定符：占4字节。每个bit定义如下图所示。

• bit0：指示帧的结束。

  • • EOF字段在HT PPDU的所有A-MPDU子帧中应设置为0。

    • EOF字段在VHT/S1G PPDU中仅包含一个MPDU长度非0的A-MPDU子帧时，设置为1。

    • EOF字段在VHT/S1G PPDU中包含MPDU长度非0的A-MPDU子帧个数大于1，设置为0。

• bit1：保留位。

• bit2-15：表示MPDU的长度。如为0，表示MPDU不存在，用于填充，满足最小MPDU开始时间需求。

• bit16-23：对bit0-16进行校验。

• bit24-31：界定符标记，用于发现确定其是MPDU的界定符。固定填充为“0x4E”。

MPDU长度字段由2bit高位和14bit的低位组成。HT帧格式时，高位2bit用作保留位。协议定义如下。

• • VHT 帧格式：Lmpdu = Llow + Lhigh * 4096  (最大值：16384 = 4096 + 3 * 4096)

• • HT 帧格式：Lmpdu = Llow (最大值：4096)

• • DMG帧格式：Lmpdu = L （最大值：16384 = 2 ^ 14）

• 每个A-MPDU子帧由MPDU界定符和MPDU组成。

• 非最后一个A-MPDU子帧都包含Padding，确保子帧长度为4字节对齐。

• HT和DMG PPDU，最后一个A-MPDU子帧不包含Padding。

• VHT和S1G PPDU，最后一个A-MPDU子帧包含Padding。

注：协议规范【原】

1. In VHT PPDU or S1G PPDU， an A-MPDU subframe with EOF set to 0 shall not be added after any A-MPDU subframe with EOF set to 1。

2. In VHT PPDU or S1G PPDU， an A-MPDU subframe with EOF set to 1 and with MPDU Length field set to 0 shall not be added before an A-MPDU subframe that contains an S-MPDU。

3. The EOF field shall be set to 0 in all A-MPDU subframes that are carried in an HT PPDU.

2.1.2 A-MPDU聚合长度

A-MPDU聚合最大长度就为可接收PSDU的长度。下表为不同PPDU支持MPDU和A-MPDU的最大长度。

HT PPDU支持的A-MPDU聚合最大长度为65535。在HT capa info中的A-MPDU参数字段，如下图所示。

HT Capa字段中A-MPDU相关参数占1字节，定义如下：

• bit0-1：表示支持A-MPDU最大长度。

  计算公式：Length = 2^(13 + bit0-1） - 1。

  如实例 Length = 2^16 -1 = 65535。

• bit2-4：表示MPDU最小传输占用时间。占用3bit。如实例space为16us。

  • • “0” 表示无限制  “1” 表示1/4 us

    • “2” 表示1/2 us  “3”表示1 us

    • “4” 表示2 us   “5”表示4 us

    • “6”表示8 us    “7”表示16 us

• bit5-7：保留位。

2.1.3 最小的MPDU开始Spacing字段

802.11协议对MDPU最小长度做了限制，即通过最小的MPDU开始Spacing字段。WiFi设备不应该在目标接收设备指定的最小时间内，传输多个MPDU。

在A-MPDU聚合中，连续的两个MPDU字节长度L应等于或大于：

L >=  Tmmss * rate / 8。

• Tmmss：即最小的MPDU开始Spacing字段对应的值。

• rate：当前PHY传输数据的速率。

为了满足A-MPDU中两个连续MPDU传输要求，应使用长度为0的MPDU界定符进行填充。

2.1.4 A-MPDU解聚合

• 基于A-MPDU聚合格式，接收方需要检测到MPDU界定符，并校验其是否有效。

• 找到有效的的MPDU界定符后，将可获取到MPDU内容。下一个MPDU界定符在当前MPDU后的第1个4字节。直到PPDU结束。

• 如MPDU界定符无效，则继续查找MPDU界定符，直到找到有效的MPDU界定符或PSDU结束。

因此，即使接收有错误，接收端根据有效的MPDU界定符可恢复1个或多个MPDU内容。

注：协议规范【原】

1. The purpose of the MPDU delimiter is to locate the MPDUs within the A-MPDU so that the structure of the A-MPDU can usually be recovered when one or more MPDU delimiters are received with errors.

2.1.5 A-MPDU聚合相关规定及说明

相关规定

• WiFi设备支持接收的A-MPDU最大长度将在支持协议指定的字段内指明。如HT PHY将在HT Capa element中，VHT PHY将在VHT Capa element。

• A-MPDU中的所有MPDU都拥有相同的Duration值。且参考PPDU最后一个MPDU Duration值。

• PLCP Header中指明PPDU是否为A-MPDU聚合，同时，指明其长度。

• WiFi设备不应传输大于接收端支持A-MPDU长度的PPDU帧。

相关说明

• 场景1：PLCP Preamble信息解析无效或丢失。则整个A-MPDU将会被传输失败。

• 场景2：聚合传输过程中，某个界定符解析无效或丢失，则只会丢失当前A-MPDU子帧。

• 场景3：聚合传输过程中，使用界定符填充，遇到界定符EOF为1，长度为0。则将继续检测连续4字节子帧界定符。

注：协议规范【原】

1. A STA indicates in the Maximum A-MPDU Length Exponent field in its HT Capabilities element the maximum A-MPDU length that it can receive in an HT PPDU.

2. The Duration/ID fields in the MAC headers of all MPDUs in an A-MPDU carry the same value.

3. A STA shall not transmit an A-MPDU in an HT PPDU that is longer than the value indicated by the Maximum A-MPDU Length Exponent field in the HT Capabilities element received from the intended receiver.

4. The reference point for the Duration/ID field is the end of the PPDU carrying the MPDU. Setting the Duration/ID field to the same value in the case of A-MPDU aggregation means that each MPDU consistently specifies the same NAV setting.

本节分析了802.11协议定义的“A-MSDU”和“A-MPDU”聚合功能，基于实例和协议规定，分析了其聚合组成，每个聚合子帧的组成格式及相关各个字段的含义。“A-MSDU”子帧格式有三种定义格式“Basic A-MSDU子帧”，“Short A-MSDU子帧”和“Dynamic A-MSDU子帧”，使用在不同的场景和PHY类型中。

“A-MPDU”子帧格式由“界定符”，“MPDU”和“Padding”三个字段组成。界定符中包含当前子帧的标识字段和MPDU长度，接收端根据其获取A-MPDU中的MPDU数据。第二十五节探讨就到此，后续期待共同继续探讨学习。

注：

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