局域网MAC协议简介

1.802.11标准的MAC层

802.11标准在设计MAC层时采用了独特的方法，通过协调功能来确定BSS中的移动站能够发送和接收数据的时间。MAC层包括两个子层，如图3-19所示。

图3-19　802.11的MAC层

1）分布协调功能

分布协调功能（Distributed Coordination Function，DCF）不采用任何中心来进行控制，而是在每一个结点使用CSMA机制的分布式算法，让各个站通过争用信道来获取发送权。

2）点协调功能

点协调功能（Point Coordination Function，PCF）用接入点AP集中控制整个BSS内的活动，所以在自组网络中没有PCF子层。PCF使用集中控制的接入算法，用类似于探询的方法把发送数据权轮流交给各个站，从而避免了碰撞的发生。

为了尽量避免碰撞，802.11规定所有站在完成数据发送后，必须等待一段很短的时间间隔后才能继续发送下一帧，这个时间间隔称为帧间间隔（Inter Frame Space，IFS）。IFS的长短取决于该站要发送的帧的类型，优先级较高的帧需要等待的时间较短，而优先级较低的帧将会等待更长的时间。如果优先级较高的帧持续到来，那么优先级较低的帧可能需要连续进行等待。

IFS的具体长度取决于所使用的物理层特性，目前最常用的时间间隔有两种。一是短帧间间隔（SIFS），这是最短的帧间间隔，长度为28μs，用来分隔开属于一次对话的各个帧，使用SIFS的帧主要包括：ACK帧、CTS帧、分片后的MAC帧、回答AP探询的帧、在PCF方式中接入AP发出的任何帧；二是分布协调功能帧间间隔（DIFS），比SIFS长得多，长度为128μs，主要用于发送DCF方式下的数据帧和管理帧。

2.CSMA／CA协议(www.xing528.com)

前文介绍的CSMA／CD协议在有线连接的局域网中得到了成功应用，但是这个协议却不能原封不动地移植到无线局域网中。在无线局域网中，CSMA部分没有问题，与有限局域网一样，需要进行监听，但是CD部分却不能使用，其原因主要在于：

（1）“碰撞检测”要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道，一旦检测到碰撞，就立即停止发送数据。由于无线信道的传输条件较为特殊，其信号强度的动态范围非常大，因此在802.11适配器上接收到的信号强度往往远小于发送信号的强度，因此，如果想在无线局域网的适配器上实现碰撞检测，那么硬件的开销就会比较大。

（2）即使我们能够在硬件上实现无线局域网的碰撞检测功能，但是依然无法避免碰撞的发生。

由此可见，无线局域网不需要碰撞检测，无线局域网中的站点一旦开始发送数据，就不能中途停止，而是一定要发完整个帧，且应当尽量减少碰撞的发生。所以，无线局域网采用CSMA／CA协议来替代CSMA／CD协议，其中，CA（Collision Avoidance）意为碰撞避免，是指要尽量降低碰撞发生的概率。

无线局域网在使用CSMA／CA协议的同时，还使用停止等待协议。和CSMA／CD算法相比较，CSMA／CA协议算法发生了变化，具体如下：

（1）若某个站点最初有数据要发送（这里“最初”的意思是指刚刚开始发送数据的状态，并非发送失败后的重传），并且这个站点检测到信道空闲，于是它在等待一个DIFS的时间后，就开始发送整个帧。

（2）若检测到信道忙，则该站点执行CSMA／CA协议的退避算法并冻结退避计时器。只要信道空闲，退避计时器就进行倒计时。

（3）当退避计时器的时间减到零时，站点发送整个数据帧，然后停止发送，等待确认。

（4）当发送站收到对上一帧的确认后，若要继续发送下一帧，则需要从步骤（2）开始，重新执行CSMA／CA协议的截断二进制指数退避算法。

（5）若发送站在规定时间内没有收到确认帧ACK，就必须重新传送刚刚的一帧，于是，发送站再次使用CSMA／CA协议争用接入信道。这个动作会不断重复，直到发送站接收到确认帧ACK为止，或者是经过多次重发失败后放弃本帧的发送。