计算机网络 IEEE802.11介质访问控制
IEEE802.11标准及特点
IEEE802.11标准及特点IEEE 802.11标准及特点无线局域网和有线网络有机地结合，可灵活实现与有线网络之间的数据交换、移动访问和配置，这使得无线局域网成为一种灵活、方便的组网方案。
然而，由于最初的IEEE 802.11标准支持的数据传输速率较低，一般只有1Mbit/s或2Mbit/s，无法满足现在人们对可移动数据交换的需要，这在一定程度上已影响了无线局域网的发展。
诶了支持更高的数据传输速率，IEEE在802.11的基础上发布了802.11b标准，该标准也称为IEEE 802.11 High Rate，它的数据传输速率高达11Mbit/s，已超过了以太网(10Mbit/s)的数据传输率。
IEEE 802.11b标准的使用，不但使无线局域网在速度上得到了提升，而且还解决了不同厂家产品之间的兼容性等问题，已成为目前无线局域网产品遵循的主要标准。
目前，大量的无线局域网都遵循IEEE 802.11b标准。
除IEEE 802.11b标准之外，还有IEEE 802.11a、IEEE 802.11e和IEEE 802.11g标准等。
1.IEEE 802.11b与IEEE 802.11标准的比较在1997年，IEEE发布了第一个无线局域网标准802.11。
在1999年9月，IEEE批准并以官方的名义发布了IEEE 802.11b标准，该标准对IEEE 802.11标准进行了修改和补充，其中最重要的改进就是在IEEE 802.11a的基础上增加了两种更高速率5.5Mbit/s和11Mbit/s。
有了IEEE 802.11b无线局域网标准，移动用户将可以得到以太网级(10Mbit/s)的无线通信性能、速率和可用性，管理者也可以无缝地将多种局域网技术(如以太网、令牌环网等)集成起来，形成一种能够最大限度满足其商业和普通用户需求的网络，满足了用户对高速增长的数据业务和多媒体业务的通信需要。
同时，像已有的IEEE 802标准一样，IEEE 802.11标准集中在ISO模型的最低两层：物理层和数据链路层。
计算机网络原理 无线局域网标准IEEE802.11
计算机网络原理无线局域网标准IEEE802.111997年，IEEE通过了802.11标准，这是无线局域网领域内的第一个被国际上认可的协议。
IEEE802．11规定了无线局域网在2.4GHz波段进行操作，这一波段被全球无线电法规实体定义为扩频使用波段。
它对网络的物理层和介质访问控制层进行了规定，其中，对访问控制层的规定是重点。
在访问控制层以下，IEEE802．11规定了3种发送及接收技术：扩频（Spread Spectrum）技术、红外（Infared）技术和窄带（Narrow Band）技术。
而扩频又分为直接序列（DS，Direct Sequence）扩频技术和跳频（FH，Frequency Hopping）扩频技术。
直序扩频技术，通常又会结合码分多址CDMA技术。
在1999年，IEEE802．11标准得到了进一步的完善和修订，增加了两项内容：一是IEEE802．11a，传输速率为6Mbps~54Mbps，支持语音、数据、图像业务。
该速率可以满足室内、室外的各种应用场合。
另一种是IEEE802．11b标准，该标准可提供11Mbps的数据速率，是原来IEEE标准无线局域网的5倍。
利用IEEE802．11b，移动用户能够根据环境选择合适的局域网技术来构造自己的网络，满足他们的商业用户和其他用户的需求。
现在大多数的无线局域网产品都基于IEEE802．11b标准。
IEEE802．11定义了两种类型的设备：一种是无线站，通常是通过一台PC机加上一块无线网络接口卡构成的；另一种称为无线接入点（Ap，Access Point），它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。
一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口构成，桥接软件符合IEEE802．11d桥接协议。
接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合到有线网络上。
无线终端可以是IEEE802．11PCMCIA卡、PCI接口，ISA接口或者是在非计算机终端上的嵌入式设备（如手机）。
ieee802.11定义的介质访问控制方法
ieee802.11定义的介质访问控制方法
IEEE 802.11定义了两种介质访问控制方法（MAC）：分布式协调功能（Distributed Coordination Function，DCF）和基础设施模式（Infrastructure Mode）。
1. 分布式协调功能（DCF）：DCF是一种以CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，具有碰撞避免的载波监听多路访问）技术为基础的MAC方法。
它使用随机退避机制来避免碰撞。
在DCF中，设备在传输数据之前必须先监听信道，如果信道空闲，则可以开始传输数据。
如果信道被占用，则设备需要随机选择一个退避时间，在退避时间结束后再次尝试传输。
这种方法可以有效地避免多个设备同时传输导致的碰撞。
2. 基础设施模式（Infrastructure Mode）：基础设施模式是一种在无线局域网（WLAN）中使用的MAC方法。
它主要适用于无线接入点（Access Point，AP）和无线终
端之间的通信。
在基础设施模式中，AP充当一个中心控制器的角色，协调终端设备之间的通信。
终端设备需要首先关联到AP，并通过AP进行数据传输。
基础设施模式提供了更可靠和集中管理的通信方式，适用于大规模的无线网络环境。
无线局域网标准
无线局域网标准无线局域网（Wireless Local Area Network，简称WLAN）是一种利用无线通信技术实现的局域网。
它可以为移动用户提供无线接入，实现移动办公、移动商务和无线互联网接入等功能。
无线局域网标准是指无线局域网技术规范的统一标准，它对无线局域网的设计、实施和管理起着至关重要的作用。
本文将对无线局域网标准进行详细介绍，以帮助读者更好地了解和应用无线局域网技术。
无线局域网标准主要包括IEEE 802.11系列标准和Wi-Fi联盟制定的标准。
IEEE 802.11系列标准是无线局域网技术的国际标准，它定义了无线局域网的物理层和介质访问控制层的技术规范。
IEEE 802.11系列标准包括了很多具体的标准，如802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac等，它们分别对应不同的无线局域网技术。
Wi-Fi联盟制定的标准则是基于IEEE 802.11系列标准的基础上，对无线局域网的认证、互操作性和安全性进行了规范，以确保不同厂家生产的无线设备可以互相兼容和互操作。
在无线局域网标准中，物理层和介质访问控制层的技术规范是最为重要的部分。
物理层定义了无线局域网的无线传输技术和频谱利用规则，包括了调制解调、信道编码、频谱分配等技术。
而介质访问控制层则定义了无线局域网的接入方式和数据传输的管理方式，包括了帧结构、数据传输方式、接入机制等技术。
这些技术规范的制定，对于无线局域网的性能、容量、覆盖范围和安全性都有着直接的影响。
除了物理层和介质访问控制层的技术规范外，无线局域网标准还包括了对网络管理、安全性、互操作性和认证等方面的规范。
这些规范对于无线局域网的部署、运行和管理起着至关重要的作用，它们可以确保无线局域网能够稳定、安全、高效地运行，同时还可以保证不同厂家生产的无线设备可以互相兼容和互操作。
总的来说，无线局域网标准是无线局域网技术的基石，它对无线局域网的设计、实施和管理起着至关重要的作用。
IEEE 802.11、802.15、802.16、802.20标准简介
IEEE 802.11b标准
1999年9月被正式批准，又称Wi-Fi标准，目前最流行的 WLAN协议。该标准规定无线局域网工作频段在 2.4GHz~2.4835GHz，数据传输速率达到11 Mbps。该标 准是对IEEE 802.11的一个补充，采用点对点模式和基本 模式两种运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情 况在11 Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps、1 Mbps的不同速率 间自动切换，而且在2 Mbps、1 Mbps速率时与802.11兼 容。
IEEE 802.16系列标准简介
802.16标准简介
IEEE 802.16：宽带无线 MAN 标准 －WiMAX （ Broadband Wireless MAN Standard - WiMAX）
IEEE 802.16 是为用户站点和核心网络（如：公共电话 网和 Internet）间提供通信路径而定义的无线服务。无 线 MAN 技术也称之为 WiMAX。这种无线宽带访问标 准解决了城域网中“最后一英里”问题
802.11b使用直接序列（Direct Sequence）DSSS作为协 议。802.11b和工作在5GHz频率上的802.11a标准不兼容。 由于价格低廉，802.11b产品已经被广泛地投入市场，并 在许多实际工作场所运行。
IEEE 802.11g标准
2001年11月批准，该标准可以视作对流行的 802.11b标准的提速（速度从802.11b的11 Mb/s提高到54Mb/s，仍然工作在2.4G频段）。 802.11g接入点支持802.11b和802.11g客户设 备。同样，采用802.11g网卡的笔记本电脑也能 访问现有的802.11b接入点和新的802.11g接入 点。
计算机网络 IEEE 802.11物理介质规范
计算机网络IEEE 802.11物理介质规范在IEEE 802.11中，MAC层被划分为MAC子层和MAC管理子层；物理层分为物理层汇聚协议（Physical Layer Convergence Protocol，PLCP）、物理介质相关（Physical Medium Dependent，PMD）子层和PHY管理子层，如图8-3所示。
图8-3 IEEE 802.11WLAN协议模型在该模型中，物理层汇聚协议（PLCP）主要进行载波侦听的分析和针对不同的物理层形成相应格式的分组；物理介质相关（PMD）子层主要用于识别相关介质传输的信号所使用的调制和编码技术，它提供了在两个或多个STA之间用于发送和接收数据的接口；PHY管理子层负责为不同的物理层进行信道选择和调谐；站管理主要任务是协调物理层和MAC层之间的交互作用。
IEEE 802.11定义在2.4GHz和5.8GHz的ISM频段内，在PMD中使用FHSS、DSSS和DFIR （扩散红外线）三种技术，即它定义了3种PLCP帧格式来对应3种不同的PMD子层通信技术。
它们在运营机制上完全不同，没有互操作性可言。
1．FHSSIEEE 802.11定义了对应于FHSS通信的PLCP帧格式，它包括6个不同字段，如图8-4所示。
其中SYNC是0和1的序列，共80占比特作为同步信号；Start Frame Delimiter（SFD）用作帧的起始符，其比特模式为0000110010111101；PLW表示帧长度，共12位，因此帧的最大长度为4096bits；PSF是分组信令字段，用来标识不同的数据速率；Head Error Check是用于纠错的，在此常用CRC算法，他能够纠正2bits的错误；MPDU表示MAC协议数据单元。
80bits16bits12bits4bits16bits图8-4 用于FHSS通信的PLCP帧格式FHSS技术在2.400-2.4835GHz之间的ISM频带上划分为78个1MHz的子信道，它们又分为3组，每组有26个，分别对应的信道编号为（0，3，6，9，…，63，66，72，75）、（1，4，7，10，…，67，70，73，76）和（2，5，8，11，…，68，71，74，77）。
计算机网络 IEEE 802.11体系结构
计算机网络IEEE 802.11体系结构IEEE 802.11主要针对网络的物理层（PHY）和媒体访问控制（Media Access Control，MAC）子层进行了规定。
由于其在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，随后IEEE工作小组又相继推出了IEEE 802.11x系列标准。
这包括以下几个部分。
●IEEE 802.11a 在1999年推出，是对物理层的补充，它工作在5GHz频段，数据传输率为54Mbit/s。
●IEEE 802.11b 1999年推出，是对物理层的补充，它工作在2.4GHz频段，数据传输率为11Mbit/s。
●IEEE 802.11c 它符合802.1D的媒体接入控制层桥接。
●IEEE 802.11d 它是根据各国无线电规定而做的调整。
●IEEE 802.11e 它提供对服务质量（Quality of Service，QoS）的支持。
●IEEE 802.11g 2003年推出，是对物理层的补充，工作在2.4GHz频段，数据传输率为54Mbit/s。
●IEEE 802.11i 2004年推出，是对无线网络安全方面做出的补充。
IEEE 802.11体系结构是由无线站点（Station，STA）、无线接入点（Access Point，AP）、独立基本服务组（Independent Basic Service Set，IBSS）、基本服务组（Basic Service Set，BSS）、分布式系统（Distributed System，DS），和扩展服务组（Expand Service Set，ESS）六大部分组成，如图8-1所示。
扩展服务组（ESS）图8-1 IEEE 802.1体系结构1．无线站点（STA）STA通常是由一台计算机或笔记本加上一块无线网卡（Wireless LAN Card）构成。
其中，无线网卡分为台式计算机所使用的PCI或ISA插槽的网卡和笔记本所使用PCMCIA网卡。
IEEE 802 系列详解
IEEE 802将OSI的数据链路层分为两个子层，分别是逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）逻辑链路控制子层：是局域网中数据链路层的上层部分，IEEE 802.2中定义了逻辑链路控制协议。
用户的数据链路服务通过LLC子层为网络层提供统一的接口。
介质访问控制子层：是局域网中逻辑链路层的下层部分。
它提供寻址及媒体存取的控制方式，使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通讯，而不会互相冲突，上述的特性在局域网或城域网中格外重要。
MAC子层作为逻辑链路控制子层及物理层之间沟通的媒介，提供了一种寻址的方法，称为实体地址或MAC地址。
IEEE 802.1标准提供了一个对整个IEEE 802系列协议的概述，描述了IEEE 802标准和开放系统基本参照模型（即ISO的OSI 模型）之间的联系，解释这些标准如何和高层协议交互，定义了标准化的介质访问控制（MAC）层地址格式，并且提供一个标准用于鉴别各种不同的协议。
（IEEE 802.1高层局域网协议：定义了局域网体系结构、网络互连、网络管理与性能测试）IEEE 802.2 逻辑链路控制：定义逻辑链路控制（LLC）子层功能与服务IEEE 802.3 以太网路：定义CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层标准（它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。
以太网是当前应用最普遍的局域网技术）IEEE 802.11 无线局域网：定义无线局域网访问控制子层与物理层的标准IEEE 802.15 近距离无线个人局域网：定义近距离无线个人局域网访问控制子层与物理层的标准IEEE 802.16 宽带无线局域网：定义宽带无线局域网访问控制子层与物理层的标准IEEE802.1的功能：1. 802系列的局域网，城域网，个人网的体系结构。
2. 802系列网络之间以及与其他广域网的互连问题。
3.802网络的网络管理4. 介质访问控制（MAC）层及逻辑链路控制（LLC）层之上的协议层的一些问题。
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计算机网络IEEE802.11介质访问控制
通过对前面章节的学习，我们已经知道IEEE 802.3标准的以太网采用CSMA/CD的访问控制方法。
在这种戒指访问控制方式下，准备传输数据的设备首先检测载波信道，如果在同一时间内没有侦听到载波，那么这个设备就可以发送数据。
如果两个设备同时传送数据，就会发生冲突碰撞，并被所有冲突设备检测到，这种冲突便延缓了数据的重传，使得它们在间隔一段时间后才发送数据。
由于在无线网络传输中侦听载波及冲突检测都是不可靠的，而且侦听载波也是相当困难的。
另外，在通常情况下，无线电波经由天线发送出去时，是无法监视的，因此冲突检测实际上是做不到的。
而在IEEE 802.11x系列标准中的IEEE 802.11b标准定义的无线局域网中，使用的介质访问控制方式为载波监听多路访问/冲突避免（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance，CSMA/CA）。
在IEEE802.11介质访问控制中，将冲突检测（Collision Detection）变成了冲突避免（Collision Avoidance），其侦听载波技术由两种方式来实现，一种是实际的去侦听是否有电波在传送，然后加上优先权控制；另一种是虚拟的侦听载波，并告知其等待多久时间后可以传送数据，通过这样的方法来防止冲突发生。
具体的来讲，它定义了一个帧间隔（Inter Frame Spacing，IFS）时间和后退计数器。
其中，后者的初始值是由随机数生成器随机设置的，递减计数一直到归零为止。
其工作过程如下：
●如果一个工作站需要发送数据并且监听到信道忙，则产生一个随机数设置自己的后
退计数器并坚持监听。
●当监听到信道空闲后等待一个IFS时间，并开始计数。
最先完成技术的工作站开始
发送数据。
●其它工作站监听到有新的工作站开始发送数据后暂停计数，在新的工作站发送完成
后在等待一个IFS时间继续计数，直到计数完成后开始发送数据。
由于在两次IFS之间的时间间隔是各个工作站竞争发送的时间，它对于参与竞争的工作站是公平的，基本上是按照先来先服务的顺序来获得发送数据的机会。
在CSMA/CA中，通信方式将时间域的划分与帧格式紧密联系起来，以保证某一时刻只有一个站点在发送数据，它实现了网络系统的集中控制。
由于传输介质的不同，CSMA/CD 与CSMA/CA的检测方式也不同。
CSMA/CD是通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随之发生变化；而在CSMA/CA中是采用能量检测（ED）、载波检测（CS）和能量载波混合检测3中检测信道空闲的方式。