网络架构及特性简介

IEEE 802.11 Wireless LAN 网络1. 网络架构及特性简介由于可携式计算机(包含笔记型计算机(notebook)和掌上型计算机(laptop)普及率 的快速成长，无线局域网络对今日的计算机及通讯工业来讲，将成为一项重要的观念及技术。 在无线局域网络的架构中，计算机主机不需要像在传统的有线网络里，必需保持固定在网络 架构中的某个节点上，而是可以在任意的时间作任何的移动，也能对网络上的资料作任意的 接入。大体说来，无线网络有四项特性与传统的有线网络不同：一、无线网络的目的地址(Destination Address)通常不等于目的位置(Destination Location)：在有线网络里，一个地址通常就代表一个固定的位置，然而在无线网络里，这件事不一 定成立，因为在无线网络中，事先被给定地址的一部计算机，随时都有可能会移动到不同的 地方。二、无线网络的传输媒介会影向整体网络的设计：无线网络的实体层和有线网络的实体层基本上有很大的不同，无线网络的实体层有下列 特性：点和点之间的连结范围是有限的，因为这牵涉到讯号强弱的关系。使用了一个需要共享的传输媒介。传送的讯号未被保护，易受外来噪声干扰。在资料传送的可靠性来讲，较有线网络来的差。具有动态的网络拓朴结构。因为上述的原因，使得设计整个网络的软硬体架构，就会和传统的有线网络不同。举例 而言，由于讯号传送范围的受限，使得无线局域网络硬体架构的设计，就必需考虑到只能在 一个有着合理几何距离的区域内。三、无线网络要有能力处理会移动的工作站：对无线网络来讲，一个重要的要求就是，不但能处理可携式的工作站(portable station)， 更要能处理移动式的工作站(mobile station)，可携式的工作站也会从某一个位置移动到另一 个位置，但长时间来看，它通常还是会固定在某一个位置上。而移动式的工作站就有可能在 短时间内不断的移动，且会在移动中仍对网络上的资料作存取。四、无线网络和其它IEEE 802网络层间的关系不同：为了达到网络的透明化，无线局域网络希望做到在逻辑链接层就能和别的网络相通，这 使得无线局域网络必需将处理移动性工作站及保持资料传送可靠性的能力全做在网络媒介 接入层(MAC Layer)中，这和传统有线网络在媒介接入层所需具有的功能是不同的。无线局域网络正逐渐受到重视，为了使各种竞争产品之间能兼容互通，标准的制定就成 了重要的工作，而IEEE 802.11无线局域网络(wireless LAN)的标准就在这样的情况下诞 生。IEEE 802.11主要目的是要制定一套适合在无线局域网络环境下作业的通讯协议，最重 要的工作，就是要制定出MAC层和实体层。因此IEEE 802.11的参考模式主要分成两部份，第一部份是制定出适用于所有无线网 络系统的MAC规格，设计出和实体层无关的MAC协议。第二部份则是制定出和传输媒 介相关的PHY规格。IEEE 802.11所支持的每一种传输讯号频宽，都有不同的PHY规格。 例如，915MHz频宽、2.4GHz和5.2GHz频宽以及红外线频宽等，都有不同的PHY规格。 此外功率的管理和时限性的服务等也包括在IEEE 802.11的定义范围内。本章讨论的重点将 着重在IEEE 802.11所制订出的MAC通讯协议上。IEEE 802.11无线局域网络的主要特性如下：(1) 多重传输速率：IEEE 802.11可以让工作站使用不同的传输速率(单位为100kbps) 在网络上通讯。例如0.5 Mbps, 1 Mbps或2 Mbps。(2) 帧为 IEEE 802.11 帧。(3) 传输媒介为无线电。(4) 基本通讯协议为 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)。如果同时有二个或二个以上的工作站传送帧将造成冲撞，发生冲撞的帧视为无 效并丢弃。IEEE 802.11所采用的CSMA/CA通讯协议虽可避免大部分不必要的冲撞，但仍 无法完全排除冲撞的现象。因此只适合用来传送非实时性的资料。(5) 提供两种传送服务。分布式协调功能(Distributed Coordination Function, DCF)使 用CSMA/CA，适合传输非实时信息。集中式协调功能(Point Coordination Function, PCF) 由网络协调者(Point Coordinator)掌控并且以轮询(polling)的方式安排工作站传送帧的时 机及顺序。由于工作站传送的时间可事先安排，因此可提供保证传送延迟的服务。非实时传输使用之频宽不保证公平分配。在DCF部份，由于工作站利用CSMA/CA通 讯协议来互相竞争传送帧的机会，并没有轮流传送的特性，因此每个工作站实际使用的频宽 量可能不同。(6) 提供认证(Authentication)及资料保密(Privacy)功能。无线电是一种开放性的介 质，任何人都可以很容易的干扰或窃听。任证是确任对方的身分，免得在不知情的状况下， 因为与陌生人通讯而泄漏重要的信息。保密是利用加密(Encryption)及解密(Decryption) 的技术来保护传送的资料，使得窃听者即使窃听到资料也无法得知其内容。(7) 较不适合多媒体信息传输。虽然网络提供保证的传送延迟服务，但目前最高的传 送速率只有2 Mbps。此频宽尚不足以应付具有实时要求的多媒体信息。如果无线网络上同 时存在许多工作站，则每一部工作站平均分配到的频宽将更少。2. 无线局域网络硬件架构要了解无线局域网络硬件架构之前，要先了解无线局域网络协议的功能需求，因为 IEEE 802.11就是根据这些需求，拟订了一套无线局域网络系统的基本架构。IEEE 802.11 将最低的功能频宽订为1Mbps，这对于一般性的操作，像档案传输、程序加载、交易处理 等，是绝对必要的。对于需要传输实时数据的应用软件，像数字式声音、影像等，IEEE 802.11 也提供了时限性(time bounded)的服务。另外，IEEE 802.11也定义了包括财务、办公室、学 校以及工业大楼等各种环境中的可靠操作需求。此外，还定义了行动式的计算机系统至少必 须支持每小时几哩的行人速度。而为了整合这些需求，IEEE 802.11就制订出两种不同类型 的无线局域网络基本架构：有基础架构的无线局域网络(Infrastructure Wireless LAN)无基础架构的无线局域网络(Ad Hoc Wireless LAN)所谓的基础架构通常指的就是一个现存的有线网络分布式系统(wired distributionsystem)，在这种网络架构中，会存在一种特别的节点，称作接入点(access points)，这个接 入点的功能就是要将一个或多个的无线局域网络和现存的有线网络分散系统相连结，以提供 某个无线局域网络中的工作站，能和较远距离的另一个无线局域网络的工作站通讯，另一方 面也促使无线局域网络中的工作站，能接入有线分布式系统中的网络资源。这一类型的无线 网络通讯范围，通常是以同一栋建筑物出现，例如，商店、医院、或是同一栋楼层。无基础架构的无线局域网络主要是要提供不限量的用户，能实时架设起无线通信网路， 在这种架构中，通常任二个用户间都可直接通讯，这一类的无线网络架构在会议室里经常用 得上。IEEE 802.11所制订的架构允许无基础架构的无线局域网络和有基础架构的无线局域网络同时使用同一套基本接入协议。然而，一般讨论IEEE 802.11无线局域网络 硬体架构，还是偏重在有基础架构的无线网络上。IEEE 802.11所定义的无线网络硬体架构，主要由下列组件所组成(参考图13-1)：图13-1无线网络硬体架构组成组件Wireless Medium (WM)：无线传输媒介，无线局域网络实体层所使用到的传输媒介。Station (STA)：工作站，任何设备只要拥有IEEE 802.11的MAC层和PHY层的接口，就 可称为一个工作站。Station Services (SS)：工作站服务，提供工作站送收资料的服务。Basic Service Area (BSA):在有基础架构的无线局域网络中，每一个几何上的建构区块 (building block)就称为一个基本服务区域(Basic Service Area,简称BSA)，每一建构区块 的大小依该无线工作站的环境和功率而定。Basic Service Set (BSS):基本服务区中所有工作站的集合。Distribute System (DS)：分布式系统，通常是由有线网络所构成，可将数个BSAs连结起来。 Access Point (AP):接入点，连结BSS和DS的设备，不但具有工作站的功能，还提供工 作站具有接入分布式系统的能力，通常在一个BSA内会有一个接入点。Extended Service Area (ESA):数个BSAs经由DS连结在一起，所形成的区域，就叫作一 个扩充服务区。Extended Service Set (ESS)：数个经由分布式系统所连接的BSS中的每一基本工作站集，形 成一个扩充服务集。Distribution System Services (DSS)：分布式系统所提供的服务，使得资料能在不同的BSSs 间传送。IEEE 802.11无线网络系统与传统的有线局域网络相连结是经由一个称为 埠接器 (Portal)的连结设备，如图13-2所示。端口接器的主要功能是将资料从有线局域网络送入 无线网络系统，或将来自无线局域网络的资料送入有线局域网络中。这之间除了必须考虑通 讯协议的不同外也要考虑到传输媒介的差异。图13-2无线局域网络与有线局域网络之相连结3. 无线局域网络软件架构IEEE 802.11的软体架构主要可分为工作站软体和分布式系统软体二部份。标准中并无 规定应如何实作此分布式系统软体，取而代之的是，它描述了这个分布式系统应提供那些服 务才能满足整个系统所需。因此，无线网络的软件架构可看成是由下列二大类的服务所组成 (参考图13-3)：工作站服务(Station Services,简称SS),由工作站所提供。此类服务提供工作站具有正 确送收资料的能力，另外也考虑传送资料的安全性。包含下列两种服务：身份确认服务(Authentication)隐密性服务(Privacy)分布式系统服务(Distribution System Services,简称DSS)，由分布式系统所提供。此类 服务使MAC帧能在同一个ESS中的不同BSS间传送。无论工作站移动到那里，也都要 能收到它该收到的资料，这类服务大部份是由一个特别的工作站呼叫使用，此工作站本身也 同时提供这些服务，因此也称为接入点Access Point,简称AP)。接入点是唯一同时提供SS 和DSS的无线网络组件，它也是工作站与分布式系统间的桥梁。分散系统提供下列五种服 务：联结服务(Association)取消联结服务(Disassociation)分送服务(Distribution)整合服务(Integration)重联结服务(Reassociation)IEEE 802.11所指定的七种服务中有五种是用来支持使媒介接入服务资料单元(MAC service data unit,简称MSDU)能在不同的BSS间传送。另外二种则是用来控制工作站对 IEEE 802.11局域网络的接入，及资料的隐私性。其功能分述如下：分送服务(Distribution):此服务的主要工作就是将分布式系统中的资料送到该送到的地 方。以图13-3为例，假设有一笔帧要从工作站1送到工作站4，一开始这笔帧会先被 送到工作站2 (输入接入点)，接着工作站2会透过分送服务将这笔帧送到工作站3(输 出接入点)，而工作站3再透过无线媒介将帧送达工作站4。IEEE 802.11并没有规定分散 系统要如何将帧正确的送达目的位置，但它说明了在联结(Association)、取消联结 (Disassociation)及重联结(Reassociation)等服务中该提供那些信息，使得分散系统可以 决定该笔帧该送往那个输出接入点，而将帧送达正确的目的地位置。整合服务(Integration):此服务的主要目的是要使帧能在分散系统和现存的传统局域网 络间传送。如果分送服务知道该笔帧的目的地位置是一个现存的IEEE 802.x有线局域网 络，则该笔帧在分散系统中的输出点将是埠接器而不是接入点。分送服务若发现该帧是要被 送到埠接器将会使得分散系统在帧送达端口接器后接着驱动整合服务，而整合服务的任 务就是将该笔帧从分散系统转送到相连的局域网络媒介。其中整合服务要做的主要工作就是 将不同的地址空间做一个转换。为了要了解以下所将要介绍的联结(Association)、取 消联结(Disassociation)及重联结(Reassociation)等服务的意义，我们先介绍一个叫做移 动性(mobility)的观念，IEEE 802.11对工作站，定义了三种程度的移动性，分别描述 如下：无变动：此程度的移动性又可分为以下两种型式：静止(工作站根本就没动)及区域性 的移动(工作站只在一个基本服务区内移动)。基本服务区的变动：工作站会从一个基本服务区移动到另一个基本服务区，但仍保持在 同一个扩充服务区内。扩充服务区的变动:工作站会从某一个扩充服务区内的基本服务区移动到另一个扩充服 务区内的基本服务区。联结服务(Association)：此服务的主要目的是要在工作站和接入点之间建立一个通讯联 机。当分布式系统要将资料送给工作站时，它必需事先知道这个工作站目前是透过那个接入 点来接入分布式系统，这些信息就是由联结服务来提供。一个工作站在被允许藉由某个接入 点送资料给分散系统之前，它必须先和此接入点作联结，通常在一个基本服务区内有一个接 入点，因此任何在这个基本服务区内的工作站想和外界作通讯，就必须先向此接入点相联结。 此动作类似注册，因为当工作站作完联结的动作后，接入点就会记住此工作站目前在它的管 辖范围之内。请注意在任一瞬间，任一个工作站只会和一个接入点作联结，这样才能使得分 散系统能在任一时候知道哪一个工作站是由哪一个接入点所管辖。然而，一个接入点却可同 时和多个工作站作联结。联结服务都是由工作站所激活的，通常工作站会藉由激活联结服务 来要求和接入点作一个联结。重联结服务(Reassociation)：此服务的主要目的是要将一个移动中工作站的联结，从一 个接入点转移到另一个接入点。当工作站从一个基本服务区移动到另一个基本服务区时，它 就会激活一个重联结的服务，此服务会将工作站和它所移入的基本服务区内的接入点作 一个联结，使得分散系统将来能知道此工作站目前已由另一个接入点所管辖了。重联结的服 务也都是由工作站所激活的。取消联结服务(Disassociation)：此服务的主要目的是取消一个联结。当一个工作站传送 资料结束时，可以激活取消联结服务。另外，当一个工作站从一个基本服务区移动到另 一个基本服务区时，它除了会对新的接入点激活重联结服务夕卜，也会对旧的接入点激活 取消联结服务。此服务可由工作站或接入点来激活。不论是哪一方激活，另一方都不能 拒绝。接入点可能因为网络负荷的原因，而激活此服务对工作站取消联结。身份确认服务(Authentication)：此服务的主要目的是用来确认每一个工作站的身份。 IEEE 802.11支持一种叫做盘问/响应(Challenge/Response，简称C/R)的身份确认方法。 一般C/R身份确认的方法主要有下列三个步骤：声明身份(Assertion of Identity)盘问声明(Challenge of Assertion)响应盘问(Response to Challenge)以下为C/R身份确认方法的实例声明(Assertion)：我是工作站4盘问(Challenge)：证明你的身份响应(Response)：这是我的密码结果(Result)：如果密码OK，工作站就完成身份确认IEEE 802.11通常要求双向式的身份确认。在任一瞬间，一个工作站能同时和多个工作 站(包含接入点)作身份确认的动作。身份确认的服务是属于工作站服务。隐密性服务(Privacy)；此服务的主要目的是避免传送资料的内容被窃听。无线网络和 有线网络不太相同的地方，其中一点就在于无线网络的资料是在空气这开放的介质中传播， 因此任何只要装有IEEE 802.11适配卡的工作站都能接收到别人的资料，所以资料的保密 性若做的不好，资料就很容易被别人所窃听。隐密性服务的主要功能就是提供一套隐 密性服务的算法(privacy algorithm)将资料做加密与解密。隐密性服务也是属于工作 站服务。FrameControlDuration/IDAddress1Address2Address 3SequenceControlAddress4Frame BodyCRCI AC Header，I图13-4 MAC帧格式4. 帧格式IEEE 802.11的 MAC帧格式如图13-4所示，其中包含：帧标头(Header)： 30字节，此部份主要包括了控制信息(control information),地址 (addressing)，顺序号码(sequencing number)，持续时间(duration)等字段。资料：长度不一(0 - 2312字节)，此部份依帧型态(frame type)有所不同。错误检查码:4字节，记录帧的检查码，采用CRC-32技术。2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 字节4.1帧控制字段帧控制字段之格式如图13-5所示。其中2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 位ProtocolVersionTypeSubtypeToDSFromDSMoreFlagRetryPwrMgtMoreDataWEPOrder图13-5帧控制字段格式Protocol Version : 802.11 标准版本，目前值为 00。Type and Subtype :帧型态，目前定义的有三种：Data帧,Control帧,Management帧。 每一种型态有可分为若干次型态，如表13-1所示。To DS :此旗标值为1表示此Data帧(包括广播或群播帧)要传送给分布式系统。若 为其它种类的帧，则其值应为0。From DS :此旗标值为1表示此Data帧(包括广播或群播帧)是由分布式系统传送 下来。若为其它种类的帧，则其值应为0。To DS与From DS之组合有四种，期代表意义 如表13-2所示。More Fragments :此旗标值为1表示工作站尚有其它片段(Fragments)待传送。若为其 它种类的帧，则其值应为0。Retry :此旗标值为1表示此Data帧(或Management帧)为重送之帧。接收端可依 此信息来丢弃重复之帧。Power Management :此旗标用来显示工作站之电源管理模式。其值为1表示此工作站 处于省电模式，其值为0表示此工作站处于正常模式。所有由AP传送的帧上此值都必须 为 0。More Data :此旗标由AP用来通知处于省电模式之工作站说AP目前仍有MSDUs 欲传送给该工作站。在Data帧上其值为1表示至少还有一个MSDU待转送。若为其它 种类的帧，则其值应为0。WEP :此旗标值为1表示此Data帧(或Management帧)中所携带的资料已经过WEP 算法处理过。若为其它的帧，则其值应为0。Order :此旗标值为1表示此Data帧经由严格依序服务等级(Strictly-Ordered service class)来传送。若为其它的帧，则其值应为0。表13-1各式帧型态及次型态Type valueb3 b2Type DescriptionSubtype Valueb7 b6 b5 b4Subtype Description00Management0000Association Request00Management0001Association Response00Management0010Reassociation Request00Management0011Reassociation Response00Management0100Probe Request00Management0101Probe Response00Management0110-0111Reserved00Management1000Beacon00Management1001ATIM00Management1010Disassociation00Management1011Authentication00Management1100Deauthentication00Management1101-1111Reserved01Control0000-1001Reserved01Control1010PS-Poll01Control1011RTS01Control1100CLS01Control1101ACK01Control1110CF End01Control1111CF End+CF-Ack10Data0000Data10Data0001Data+CF-Ack10Data0010Data+CF-Poll10Data0011Data+CF-Ack+CF-Poll10Data0100Null Function (no data)10Data0101CF-Ack (no data)10Data0110CF-Poll (no data)10Data0111CF-Ack+CF-Poll (no data)10Data1000-1111Reserved11Reserved0000-1111Reserved表13-2 To DS与From DS组合与意义To DSFrom DS 值代表意义To DS = 0From DS = 0Data帧由一个工作站直接传送给另外一个在相同 BSS中的工作站To DS = 1From DS = 0Data帧传送给分布式系统To DS = 0From DS = 1Data帧由分布式系统传下来To DS = 1From DS = 1由一个AP传给另外一个AP的 WDS帧表13-3 Duration /ID字段意义Bit 15Bit 14Bits 13-0用途00-32767Duration由此帧结束后起算，单位为us)100在免竞争期间所传送之帧使用之固定值(32768)101-16383保留110保留111-2007在PS-Poll帧中，指定工作站之ID1120013-16383保留4.2 Duration/ID 字段Duration /ID字段长度为16位，其用法如下(请参考表13-3)：若帧为控制型态(Control Type),且次型态为PS-Poll,则此字段代表一个SID,其最左边两个 位都是1,而剩下的14位则是传送此帧之工作站之SID。SID值的范围为1到2007。若为其它帧，则此字段代表一个duration,其值依各帧型态而定。不过对于所有在免竞争期 间所传送的帧来说，此字段之值应设为32768。当Duration/ID字段的内容小于32768时，表示其为一个duration值，应该被拿来修正NAV (Net Allocation Vector)o4.3地址字段MAC帧格式中共有四个地址字段。这些字段用来记录BSSID (BSS Identifier),起始工作 站地址(Source Address, SA),目地的工作站地址(Destination Address, DA),传送工作站地址 (Transmitter Address, TA)，及接收工作站地址(Receiver Address, RA)。其中目地的工作站地 址(DA)可以是各别或群播地址。是该帧的最终目的地。起始工作站地址(SA)是产生此帧 的工作站地址。传送工作站地址(TA)是指在无线媒介上传送此帧的工作站地址。接收工作 站地址(RA)则是指在无线媒介上接收此帧的工作站地址。每一个地址长度都是符合IEEE 802标准之48位。有些帧并不需要用到所有的地址字段。有些地址字段在使用时和其在地 址字段的相对地址(1-4)有关而与地址型态无关。例如当一个工作站接收到一笔帧时，都是用 Address 1的内容来判断该帧是否传送给自己。而CTS帧(ACK帧)中的RA则等于RTS 帧(需要被回复之帧)中的Address 2的内容。每个BSS都有一个具唯一性的辨识码(BSSID,长度为48位)，对于有基础架构的 BSS，此辨识码为接入点(AP)中的工作站的地址。对于无基础架构的BSS (IBSS),此辨识 码最左边两个位为01,而剩下的46位则以随机数产生。广播性BSSID (48位都为1)只 能用在管理帧且次型态为Probe (Type = 00, Subtype = 0100或0101)。4.4 顺序控制字段(Sequence Control)顺序控制字段包含两个次字段：顺序号码(Sequence Number, 12位)及片段号码 (Segment Number, 4位)，如图13-6所示。其中顺序号码为该帧携带之MSDU的顺序号码。 每一个MSDU都有一个顺序号码，其值由0开始，到4095,然后重复轮流使用。由同一个 MSDU切割出来的片段都应该使用相同的顺序号码。片段号码则是指该片段在原来MSDU 所切割出来的片段顺序。第一个片段(或没有切割的MSDU)其值为0。以后则依序加一， 到15为止，然后重复轮流使用。4 12位Fragment NumberSequence Number图13-6顺序控制字段5. 各式帧型态之格式5.1控制帧控制帧之控制字段内容如图13-7所示。ProtocolVersionTypeSubtypeToDSFromDSMoreFlagRetryPwrMgtMoreDataWEPOrderProtocolVersionControlSubtype0000PwrMgt000图13-7控制帧之控制字段内容RTS帧格式如图13-8(a)所示，其中RA应该是无线媒介上的一个地址，也就是待送 Data帧或Management帧的立即目的地地址。TA则是传送此帧之工作站之地址。Duration 的值(单位是us)应该等于传送该待送Data帧或Management帧，加上一个CTS帧， 加上一个ACK帧及加上三个SIFS帧间隔的时间。如果Duration计算的结果不是整数， 则进位为整数。如250.1 us及2413.7 us可分别进位为251 us及248 us。CTS帧格式如图13-8(b)所示，其中CTS帧中的RA内容应该等于前一个对应之 RTS帧中之TA内容。Duration的值(单位是us)应该等于前一个对应之RTS帧中之 Duration值减掉传送此CTS帧及一个SIFS帧间隔的时间。如果Duration计算的结果不 是整数，则进位为整数。(RTS/CTS协议即请求发送/允许发送协议，相当于一种握手协议，主要用来解决”隐藏 终端”问题。隐藏终端”(Hidden Stations)是指，基站A向基站B发送信息，基站C未侦 测到A也向B发送，故A和C同时将信号发送至B，引起信号冲突，最终导致发送至B的 信号都丢失了。”隐藏终端”多发生在大型单元中(一般在室外环境)，这将带来效率损失， 并且需要错误恢复机制。当需要传送大容量文件时，尤其需要杜绝”隐藏终端”现象的发生。 IEEE802.11提供了如下解决方案。在参数配置中，若使用RTS/CTS协议，同时设置传送上 限字节数-一旦待传送的数据大于此上限值时，即启动RTS/CTS握手协议：首先，A向B 发送RTS信号，表明A要向B发送若干数据，B收到RTS后，向所有基站发出CTS信号， 表明已准备就绪，A可以发送，其余基站暂时”按兵不动”，然后，A向B发送数据，最后， B接收完数据后，即向所有基站广播ACK确认帧，这样，所有基站又重新可以平等侦听、 竞争信道了。)ACK控制帧格式如图13-8(c)所示，其中ACK帧中的RA内容应该等于前一个对应 之Data帧,Management帧，或PS-Poll控制帧中之 Address 2字段内容。如果前一个对应 之 Data帧或 Management帧中之帧控制字段中之More Fragment旗标为0，贝9 Duration的 值应设为零。如果More Fragment旗标为1，则Duration的值(单位是us)应该等于前一 个对应之Data帧或 Management帧中之 Duration值减掉传送此 ACK帧及一个SIFS帧 间隔的时间。如果Duration计算的结果不是整数，则进位为整数。省电轮询(Power Save Poll, PS-Poll)帧之格式如图13-8(d)所示。其中BSSID是隶属于 AP中之工作站之地址，TA是传送此帧之工作站之地址，而SID则是传送帧之工作站之SID 值，此值是AP先前经由Association Response分配给该工作站的。SID值的最左边两个位 都是1。所有收到PS-Poll轮询帧的工作站都应该修正其NAV值。修正时所使用的duration 值为传送一个ACK帧所需要的时间加上一个SIFS帧间隔。免竞争周期结束(Contention-Free End, CF-End)帧之格式如图13-8(e)所示。其中BSSID 是隶属于AP中之工作站之地址，而RA则是广播地址。Duration值应设为0。免竞争周期结束回复(Contention-Free End Acknowledge, CF-End+CF-Ack)帧之格式如 图13-8(f)所示。其中BSSID是隶属于AP中之工作站之地址，而RA则是广播地址。 Duration值亦应设为0。2 2 6 6 4字节FrameControlDurationRA1TACRC(a) RTS帧格式2 2 64字节FrameControlDuration丁1 CRC1(b) CTS帧格式2 2 64字节FrameControlDuration广11 CRC1(c ) ACK帧格式2 2 6 6 4字节FrameControlBSSIDTACRC(d) PS-Poll 帧格式2 2 6 6 4字节FrameControlDuration、BSSIDCRC(e) CF-END帧格式2 2 6 6 4字节FrameControlDurationBSSIDCRCCF-End + CF-Ack 帧格式图13-8 MAC控制帧格式5.2数据帧数据帧的格式与次型态无关，如图13-9所示。数据帧的四个地址的内容与To DS及 From DS位有关，其用法如表13-4所示。其中N/A代表该字段可取消。2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 字节FrameControlDuration/IDAddress 1Address 2Address 3SequenceControlAddress 4FrameBodyCRC图13-9数据帧格式表13-4 Address字段内容To DSFrom DSAddress 1Address 2Address 3Address 400DASABSSIDN/A01DABSSIDSAN/A10BSSIDSADAN/A工作站在决定要不要收一个数据帧时是依据Address 1的内容来判断的。如果Address 1 的内容与自己的地址相同则可接收。如果Address 1的内容是一个群体地址，则BSSID也要 一并检查，以确定该广播或群播帧是来自相同的BSS。如果接收帧的工作站需要传送回复信 息时，则以Address 2字段的内容为回复地址。DA代表此帧的最终目的地地址，而SA则 代表产生此帧的工作站地址。在DS是无线分布式系统下，RA代表接受此帧的下一个工作 站地址，此工作站应属于某一个连结在无线分布式系统上的接入点(Access Point)。TA则 代表在无线分布式系统上传送此帧的工作站地址，此工作站也应属于某一个连结在无线分布 式系统上的接入点。BSSID的值则依据传送此帧之工作站之性质来决定。如果该工作站是 一个接入点或已经与某一个接入点建立连结关系，则此BSSID的值为隶属于该接入点的工 作站的地址。如果该工作站为一个独立BSS (IBSS)的成员，则此BSSID的值为该IBSS的 BSSID 值。5.3管理帧管理帧之通用格式如图13-10所示。各式管理帧之格式则如下所述。2 2 6 6 6 2 0-2312 4 字节Frame Duration DA SA BSSID Sequence Frame Body CRCControlControl图13-10管理帧格式5.3.1各式管理帧之格式图13-11所示为各式管理帧之帧主体。顺序信息批注1Timestamp2Beacon Interval3Capability Information4SSID5Supported Rates6FH Parameter Set注17DS Paramter Set注28CF Parameter Set注39IBSS Parameter Set注410TIM注5Beacon帧主体顺序信息批注1Reason CodeDisassociation 帧主体顺序信息批注1Capability Information2Listen Interval3SSID4Supported Rates(c ) Association Request 帧主体顺序信息批注1Capability Information2Status Code3Station ID (SID)4Supported RatesAssociation Response 帧主体顺序信息批注1Capability Information2Listen Interval3Current AP Address4SSID5Supported RatesReassociation Request 帧主体顺序信息批注1Capability Information2Status Code3Station ID (SID)Supported RatesReassociation Response 帧主体顺序信息批注1Capability Information2SSID3Supported Rates(g) Probe Request 帧主体顺序信息批注1Timestamp2Beacon Interval3Capability Information4SSID5Supported Rates6FH Parameter Set注17DS Parameter Set注28CF Parameter Set注39IBSS Parameter Set注4(h) Probe Response 帧主体顺序信息批注1Authentication Algorithm Number2Authentication Transaction Sequence Number3Status Code注64Challenge Text注7(i) Authentication 帧主体AuthenticationAlgorithm NumberAuthenticationTransaction Sequence NumberStatus CodeChallenge TextOpen System1保留不包含Open System2Status不包含Shared Key1保留不包含Shared Key2Status包含Shared Key3保留包含Shared Key4Status不包含(j) Challenge Text信息呈现时机顺序信息批注1|Reason CodeDeauthentication 帧主体图13-11管理帧之各类主体格式注1 : FH Parameter Set只能出现在实体层采用跳频技术(Frequency Hopping)之工作 站所传送之Beacon帧中。注2 : DS Parameter Set只能出现在实体层采用直接顺序技术(Direct Sequence)之工作 站所传送之Beacon帧中。注3 : CF Parameter Set只能出现在具有PCF功能之AP所传送之Beacon帧中。注4 : IBSS Parameter Set只能出现在隶属于一个独立BSS (IBSS)之工作站所传送之 Beacon 帧中。注 5 : TIM (Traffic Information Map)只能出现在 AP 所传送之 Beacon 帧中。注6 :在某些Authentication帧中，Status code应该被保留并且设为零，如表中所定义。注7 : Challenge Text只能出现在某些Authentication帧中，如表中所定义。5.3.2管理帧主体组件为了方便起见，管理帧中必要且固定长度的字段称为固定字段(Fixed Fields)，必要但 不固定长度或属于选项的字段称为信息组件(Information elements)o以下分别说明这两部 份。固定字段管理帧可能包含的固定字段有10种，如下所述：Authentication Algorithm Number (2字节)：记录工作站采用之认证演算方法(0: Open System, 1: Shared Key)。Authentication Transaction Sequence Number (2 字节)：记录认证过程中的帧交换顺 序。Beacon Interval (2 字节)：记录 Beacon 帧预计传送时 间(Target Beacon Transmission Time, TBTT)的间隔，单位为 Kus。Capability Information (2字节)：记录所要求或响应之功能。此字段又分为5个次字段:ESS (Bit 0)Independent BSS (Bit 1)CF-Pollable (Bit 2)CF Polling Request (Bit 3)Reserved (Bits 4-15)协调者所传送的Beacon帧及Probe Response帧中，ESS = 1, IBSS = 0。属于IBSS的 工作站所传送的Beacon帧及Probe Response帧中，ESS = 0, IBSS = 1。工作站为了侦测 ESSs而传送的Probe帧中，ESS =1。工作站为了侦测IBSSs而传送的Probe帧中，IBSS =1。工作站如果想同时侦测所有存在的ESSs及IBSSs，则可同时设定ESS =1, IBSS=1。 可轮询工作站在传送 Association及Reassociation帧时，应设定CF-Pollable = 1。协调者 所传送的 Beacon 帧， Association Response 帧，Reassociation Response 帧，及 Probe Response帧时，应设定CF-Pollable = 1。可轮询工作站如果欲加入被轮询名单中，则在传 送 Association及 Reassociation帧时，应设定CF-Polling Request = 1。协调者在传送响应 这些要求的 Association Response 及 Reassociation Response 帧时，也应设定 CF-Polling Request = 1，表示已经将提出要求的工作站加入轮询名单中。Current AP Address (6字节)：记录工作站目前连结的接入点的MAC地址。Listen Interval (2字节)：处于省电模式之工作站应该醒来接收Beacon帧的时间间隔 (单位为Beacon Interval)o协调者可依据此参数了解工作站的行为并且决定属于该工作站 之帧之储存时间。Reason Code (2 字节)：记录产生非邀请性管理帧(Disassoication 或 Deauthentication) 的理由。Station ID (SID) (2字节):记录在连结期间协调者所分配的工作站识别码SIDi(14位， 其值介于12007)。此字段之最左边两个位都应设为1。在TIM信息组件中，协调者利 用SID0 (不代表工作站)来显示其是否储存广播或群播帧。Status Code (2字节)：记录要求帧的处理结果。Status Code = 0表示成功，其余代表失 败的原因。Timestamp (8 字节)：记录传送此帧之工作站之 TSFTIMER 值(Timing Synchronization Function Timer )。此值为网络上工作站间达成同步运作的参考时间值。信息组件：所有帧中所携带的信息组件(Information Elements)都使用相同的格式来表达(如图13-12(a) 所示)：一个字节的组件识别码(Element ID)字段，一个字节的信息长度(Length)字段， 以及不固定长度的信息(Information)字段。目前已经定义的组件种类则如表13-5所示。表13-5信息组件种类及代码讯息组件组件识别码SSID0Supported Rates1FH Parameter Set2DS Parameter Set3CF Parameter Set4TIM5IBSS Parameter Set6Reserved7-15Challenge Text16Reserved for Challenge Text extention17-31Reserved32-255SSID (Service Set Identity)组件的格式如图 13-12(b)所示。其中 SSID 是一个 ESS (Extended Service Set)或IBSS (Independent BSS)的识别码。长度字段值若等于零表示所携 带的是广播 SSID (broadcast SSID)。Supported Rates组件的格式如图13-12(c)所示。此组件主要是让工作站来声明其所能 接收的有哪些传输速率。信息字段中的每一个字节携带一种可接收的传输速率(单位是100 kbps)。速率的表示式依管理帧的种类而有所不同，在Beacon, Probe Response, Association Response,及Reassociation Response等四种管理帧中之速率表示法如下：如果该速率属于 aBSSBasicrateSet所定义的速率，则最左边的位(第七位)应设为1。否则最左边的位应设 为0。例如假设 1Mbps (=10x100 kbps)于aBSSBasicrateSet中有定义，则其代码为 10001010 (0x8A)。又假设 2Mbps (=20x100 kbps)于 aBSSBasicrateSet 中无定义，其代码 为00010100 (0x14)。在其它种类的管理帧中之速率表示法则忽略最左边位的值。例如 10010100 (0x94)及 00010100 (0x14)都代表 2Mbps。FH Parameter Set 组件的格式如图 13-12(d)所示。以跳频技术(Frequence Hopping, FH) 为实体层传输技术之工作站间必须达到彼此同步的状态才能正确的通讯。此组件主要携带完 成此任务所需要的参数。信息字段内容包含Dwell time(单位为kus)，Hop Set, Hop Pattern, 及Hop Index;其中Hop Set表示所使用的频率跳跃顺序组(Hopping Sequence Set)，例如北 美地区目前已制定三组频率跳跃顺序组。CF Parameter Set组件的格式如图13-12(e)所示。此组件携带支持PCF功能所需要的参 数。信息字段内容包含 CFP Count, CFP Period, CFPMaxDuration,及 CFPDurRemaining ;其 中CFP Count记录在下次免竞争周期开始前应该出现几次 DTIM (包含目前这次),CFP Period记录免竞