802.11MAC层、•CSMA/CA

802.11MAC层

• 简单地说：CSMA/CA就是站点在发送数据前，先听听信道忙不忙：如果不忙，表示
信道空闲没有其他站点冲突，可以发送数据；如果忙，表示存在冲突，需要等待一段
时间再发送数据。

• CSMA/CA的基础是载波侦听，802.11协议根据WLAN网络的媒体特点提出了两种载
波侦听方法，这两种侦听方式可同时进行，并且两种侦听方式中只要其中任一指示媒
体正在被使用，媒体就被认为处于忙态：
▫ 物理载波侦听: 由物理层所提供，取决于所使用的介质与调制方式。从接收射频
或天线信号检测信号能量，根据信号质量来估计信道的忙闲状态。
▫ 虚拟载波侦听: 由MAC层所提供，发送站点将它还要占用信道的时间“通知”
给其他站点，以便其他站点在这段时间都停止发送数据。
• 这里讲的“虚拟”是指其他站点并没有真正实际检测物理信道，而是其他站收到了
“发送站的通知”才不发送数据，达到了其他站点都监听了信道的效果。这里讲的
“通知”是指发送站点在其MAC帧首部中的Duration（持续时间）字段中填入了在本
帧结束后还要占用信道多少时间（以μs为单位），包括接收站点发送ACK帧所需的时
间。当除发送（源）和接收（目的）站点之外的其他站点检测到正在信道中传送的
MAC帧首部的Duration字段时，就调整自己的网络分配向量NAV（Network
Allocation Vector）。
• 无线局域网不能使用碰撞检测，只要开始发送数据，就一定把整个帧发送完毕。由此
可见，如果在无线局域网的发送过程中，一旦发生了碰撞，那么整个信道资源在这段
时间就白白浪费了。因此，无线局域网应当尽量减少碰撞的发生。
• 802.11局域网在使用CSMA/CA的同时，还使用停止等待协议。这是因为无线信道的
通信质量远不如有线信道的，因此无线站点每通过无线局域网发送完一帧后，要等到
收到对方的确认帧后才能继续发送下一帧。这叫做链路层确认。

• SIFS（Short IFS，短帧间间隔）
▫ 最短的等待时间，最高优先级。
▫ 用来分隔开属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时间内从发送方式切
换到接收方式。
▫ 使用 SIFS 帧间间隔的场合：应答 ACK 帧、应答 CTS 帧、过长的 MAC 帧分片
后的数据帧、应答 AP 探询帧、STAF 方式中接入点 AP 发送出的任何帧。
• DIFS（Distribute coordination function IFS，分布协调功能帧间间隔）：
▫ 等待时间最长，优先级最低。
▫ 在 DCF 方式中用来发送数据帧和管理帧。
▫ DIFS是竞争式服务中最短的媒体闲置时间。如果媒介闲置时间长于DIFS，则
STA可以立即对媒体进行访问。

• STA信道空闲需要再等待一个DIFS时间，是因为考虑到可能有其他的站有一高优先级
的帧要发送。如有，就要让高优先级帧先发送。
• 如果没有高优先级的帧，则准确开始发送数据。
• 在发送数据之前，使用RTS和CTS报文来避免报文冲突，也就是虚拟载波监听(Virtual
Carrier Sense)的机制，这就是让STA把它要占用信道的时间(包括AP发回确认帧所需
的时间)及时通知给所有其STA，以便使其他所有STA在这一段时间都停止发送数据，
这样就大大减少了碰撞的机会。
▫ “虚拟载波监听”是表示其他站并没有监听信道，而是由于其他站收到了“源
站的通知”才不发送数据。这种效果好像是其他站都监听了信道。所谓“源站
的通知”就是源站在其MAC帧首部中的第二个字段“持续时间”中，填入了在
本帧结束后还将要占用信道多少时间(以微秒为单位)，包括目的站发送确认帧
所需的时间。
• 当一个STA检测到正在信道中传送的MAC帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己
的网络分配向量NAV（Network Allocation Vector)。 NAV指出了必须经过多少时间
才能完成数据帧的这次传输，才能使信道转入到空闲状态。因此，某个站认为信道处
于忙态就有两种可能，一种可能是由于其物理层的载波监听检测到信道忙，另一种可
能就是由于MAC层的虚拟载波监听机制指出了信道忙。
• 当信道从忙态变为空闲时，任何一个站要发送数据帧时，只要不是要发送的第一个帧，
不仅都必须等待一个DIFS的间隔，而且还要进入争用窗口，并计算随机退避时间，以
便再次重新试图接入到信道。在以太网的CSMA/CA协议中，在监听到信道变为空闲时，就执行退避算法。