80211帧格式解析

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802.11帧格式解析

2012-02-13 0 个评论

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1 MAC802.11数据帧格式

首先要说明的是mac802.11的帧格式很特别，它与TCP/IP这一类协议不同，它的长度是可变的。不同功能的数据帧长度会不一样。这一特性说明mac802.11数据帧显得更加灵活，然而，也会更加复杂。mac 802.11的数据帧长度不定主要是由于以下几点决定的

1.1 mac地址数目不定，根据帧类型不同，mac 802.11的mac地址数会不一样。比如说 ACK帧仅有一个mac地址，而数据帧有3个mac地址，在WDS模式（下面要提到）下，帧头竟然有4个mac地址。

1.2 802.11的管理帧所携带的信息长度不定，在管理帧中，不仅仅只有一些类似于mac地址，分片标志之类的这些信息，而且另外还会包括一些其它的信息，这些信息有关于安全设置的，有关于物理通信的，比如说我们的SSID名称就是通过管理帧获得的。AP会根据不同的情况发送包含有不同信息的管理帧。管理帧的细节问题我们会在后面的文章中讨论，这里暂时跳过。

1.3 加密（wep,wpa等）信息，QOS（quality of service）信息，若有加密的数据帧格式和没有加密的数据帧格式还不一样，加密数据帧格式还多了个加密头，用于解密用。然则QOS也是同样道理。

竟然mac 802.11数据帧那么复杂，我们就先从通用的格式开始说吧

帧控制(2 bytes)：

用于指示数据帧的类型，是否分片等等信息，说白了，这个字段就是记录了mac 802.11的属性。

*Protocol version：表明版本类型，现在所有帧里面这个字段都是0x00 *Type：指明数据帧类型，是管理帧，数据帧还是控制帧

*Subtype：指明数据帧的子类型，因为就算是控制帧，控制帧还分RTS帧，CTS帧，ACK帧等等，通过这个域判断出该数据帧的具体类型

*To DS/From DS：这两个数据帧表明数据包的发送方向，分四种可能情况讨论 **若数据包To DS为0，From DS为0，表明该数据包在网络主机间传输

**若数据包To DS为0，From DS为1，表明该数据帧来自AP **若数据包To DS为1，From DS为0，表明该数据帧发送往AP

**若数据包To DS为1，From DS为1，表明该数据帧是从AP发送自AP的，也就是说这个是个WDS(Wireless Distribution System)数据帧，至于什么是WDS，可以参考下这里的介绍 #传送门

*Moreflag：分片标志，若数据帧被分片了，那么这个标志为1，否则为0 *Retry：表明是否是重发的帧，若是为1，不是为0

*PowerManage：当网络主机处于省电模式时，该标志为1，否则为0. *Moredata：当AP缓存了处于省电模式下的网络主机的数据包时，AP给该省电模式下的网络主机的数据帧中该位为1，否则为0

*Wep：加密标志，若为1表示数据内容加密，否则为0 *Order 这个表示用于PCF模式下，这里不予讨论

生存周期/Associate ID (2 bytes):

先前不是讲过虚拟载波监听的一个机制么，他的Network Allocation Vector（NAV）就存在这里，这里叫duration，即生存周期。当然不是所有时候这个字段存放的NAV值。在特定类型数据帧中，它也可能表示Associate ID。一旦有主机关联到AP了，AP都会为主机分配一个Associate ID。比如在网络主机通知AP自己要进入省电模式（power saving）的时候，网络主机发给AP的通知数据帧里面，这个域就表示的是Associate ID而不是NAV了。当然还可以通过最高位来判断这个域的含义：

*在15bit为0的时候，该域表示duration

*在15bit为1，14bit为1的时候，表示Associate ID。

序列控制(2 bytes：4 bits/12 bits)：这个域分2部分，一个是分片序列号和标识帧列号。分片序列号就是记录分片序号的。比如一个帧A被分片成a1，a2，a3，那么a1，a2，a3这三个分片帧的分片序列分别是0,1,2。这个和IP分段原理一样的，该域占4个比特位。剩下的12个比特位就用于标识帧的序号，这个跟IP头里面的序列号一样。

MAC地址 1-4

这四个地址在不同帧中有不同含义。这些以后会讨论。以后我们可能会碰到以下类型的mac地址

RA(receiver address)：无线网络中，该数据帧的接收者 TA(transmitter address)：无线网络中，该数据帧的发送者

BSSID(Basic Service Set ID)：在infrastructure BBS中，BSSID就是AP的mac地址。但是在IBBS中，它是一个随机即生成的46位二进制序列，还有最高两位分别是Universal/Local标志位和Individual/Group标志位。IBBS的BSSID

中，Universal/Local标志位为1，表示本地MAC，Individual/Group标志位为0，表示是个人MAC。也就是说在IBBS中，BSSID地址应该类如

10xxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx（x表示随机数要么0要么1, 2进制表示）

DA(destine address)：该帧的目的mac地址 SA(source address)：该帧的源mac地址

这里的DA和SA含义和普通以太网中的含义一样，在无线网络中可能我们需要通过AP把数据发送到其它网络内的某台主机中。但是有的人会奇怪，直接在RA中填这台主机的mac地址不就久好了么。但是请注意RA的含义，说的是无线网络中的接收者，不是网络中的接收者，也就是说这台目的主机不再无线网络范围内。在这种情况下我们的RA只是一个中转，所以需要多出一个DA字段来指明该帧的最终目的地，当然，如果有了DA那必须有SA，因为若目的主机要回应的话，SA字段是必不可少的。(假设没有SA字段，那么目的主机回应的数据包就只能发送到源主机所属的AP上了~)

最典型的一个例子就是在WDS模式下，数据帧会有4个地址，RA，TA表示接收端和发送端，这两个地址用于无线传输的时候。还有2个地址是DA和SA，分别跟以太网中一样表示源地址和目的地址。WDS帧的格式如下图：

打个比方说，AP1有主机A，AP2有主机B。如果A要和B同学，那么A会首先发送数据帧给AP1，然后AP1发送帧给AP2 。这个

时候帧里面会有4个地址，分别是RA=mac(AP2)，TA=mac(AP1)，DA=mac(B)，SA=mac(A)。

WiFi协议物理层包结构(一)

(2011-05-18 09:07:13)

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杂谈

看了几篇文档,WiFi协议其实只是OSI7层协议的物理层协议和数据链路层的一部分.在对硬件进行测试时,其实我们测试的大部分只是物理层的性能.整天工作凌乱复杂,总是没有足够的时间去将协议的文档仔细的研读归类,在写这篇博客的时候其实还是处于混沌状态,只能把看到的东西暂时罗列在这里,看得多了也就自然会清晰起来.

在物理层的空中接口中,数据信息势必以某种格式进行传输.这种传输经常是一帧一帧的进行,每一帧都会按照一定的规矩,顺序进行排列,也就是帧结构,或者包结构.

无线局域网物理层有三部分组成:

.物理管理层(Physical Layer Managerment):为物理层提供管理功能,它与MAC层管理连接. .物理成汇聚子层(PLCP):MAC层和PLCP通过物理层服务访问点(SAP)利用原语进行通讯.MAC层发出指示后,PLCP就开始准备需要传输的介质协议数据单元(MPDUs).PLCP也从

点互相被称作隐藏节点）。如果在一个网络中，这样的隐藏节点很多，那么势必会影响网络的性能（因为数据一旦发送失败，就要重传，隐藏节点会导致重传的机率增大）。这个时候，可采用RTS和CTS机制。即：在A想要通信的时候，先广播发送RTS给AP，告诉AP“它想要通信”，同时接受到RTS的别的Station（它们对发送RTS的Station而言可见）会知道A将要发送数据，于是它们不会发送数据以免干扰A；AP收到RTS之后，会广播发送CTS，告诉所有在AP范围内的Station（包括对A而言的隐藏节点B）”A将要通信（同时也相当于告诉A，A可以无干扰的发送信息了）”，这样对A而言的隐藏节点B也知道有一个A的存在并且要发送信息了，于是B就不会干扰A了。这里，A和B两者可以在不同的网络上，也就是说，不同网络的工作站之间也可以通过RTS/CTS来清除相互的干扰。

（*）Beacon Interval：

表示无线路由定期广播其SSID的时间间隔。这个一般不会特别设置，就采用默认值即可。如果不广播了，那么Station端扫描的时候可能会发现不定期广播的AP对应的SSID的网络不见了，所以可能会断开连接。这里定期广播，表示AP会定时向其范围内广播SSID的信息，以表示AP的存在，这样Station进入一个区域之后，就能够通过扫描知道这个区域是否有AP的存在。当然，除了AP广播SSID以告知其无线网络存在之外，Station也可主动广播探寻包，在其能够覆盖的范围内询问是否有AP存在（即我们通常所说的扫描寻找接入点）。

（*）DTIM Interval：

DTIM/TIM表示告诉Station，AP在为Station做package buffer（例如Station睡眠的时候）的缓存时间。为了节省电池使用时间，处于无线网络中的Station可能会在一定时间之后自动进入休眠状态。这个时候，AP会为这个Station缓存发送给它的数据，而处于休眠状态的Station只会在一定时间间隔内给AP发送一个数据帧，以确认是否有发送给自己的数据存在。例如，当我们在主机上ping另外一台睡眠的机器的时候，收到另外一台机器响应的时间，要比它不睡眠的时候响应的时间长很多。

（*）Fragmentation Threshold：

表示一个package的分片阈值。我们可以设置分片大小，当发送的数据包超过这个阈值之后，802.11协议会自动对这个数据包进行分割。如果设置的这个分片值越小，那么整个数据包越容易传输成功（因为如果出错，那么只需要传送一个片段而不是整个包，无线wifi网络中数据传输时出错的概率比有线的

以太网要大的多的多），当然开销也越大（因为需要额外的信息标记每个分片，以及各个分片传输成功之后涉及到的重组问题）。 2、抓包

一般来说，我们的机器上面的软件抓取无线网卡上面的包的时候，其实这些包的目标地址都是这个机器的无线网卡，因为不是发给这个机器无线网卡的包都被网卡过滤了。所以如果我们想要抓取所处无线网络环境下所有的包的时候，需要给机器配备一种特殊的设备（sniffer就是嗅探器），然后再通过抓包工具抓取并分析。有一个硬件设备叫做AirPcap，就是做这个用的，大有几百到上千美金，它可以同时做为嗅探器或者无线网卡使用，不过做为嗅探器的时候，会抓取所有经过它的包。这个工具目前只有Windows上面的驱动，所以使用这个工具，只能在Windows上面，配合Wireshark抓包软件进行抓包。

这里假设采用AirPcap嗅探，Wireshark软件抓包（其它抓包软件，例如linux下面的tcpdump等分析类似）。不用图形方式详细展示具体的抓包过程以及分析方法了，主要说一下抓包（这里的包实际主要指的是网络层以下的包，更常见的称呼应该是数据帧）时候需要注意的问题。

（*）Wireshark展示包的时候，大致都是按照协议规定的字段展示，也些地方按照它自己特定的方式展示。因为这里着重讲述一些抓包时注意的基本原理上面的东西，所以不会对此进行过多阐述。大致就是：Wireshark软件中，对包展示的时候，按照协议规定的字段分别用Header和Body两个部分展示；另外，在Header之前还有两个部分是Wireshark为方便用户而展示的包的大小、时间等全局信息（例如见过表示这个包在B和G mode中的Channel 1时，用\表示）。所以，其实我们分析的时候，实际应该按照后面的Header和Body两个部分进行。后面将基于以上所述，进行进一步的讲解。

（*）抓包的时候，需要首先确认这个包是否是完整、正确的包。只要是校验位（checksum）不对的，就是错误的包，也无法确定接收的时候那里出了差错，所以这个包是应该忽略的，几乎没有分析的价值。另外，抓包的时候，由于干扰等原因，抓取的内容可能不是在实际传输所处的Channel上的包（例如在Channel 1上面嗅探，却嗅探到了Channel 2上的包）。

（*）抓取授权阶段的包，需要注意实际的授权是在后面进行的。Authentication的时候，开始阶段实际是Open的（即无授权），也就是说，开始实际已经建立好了连接，所以我们在抓包的时候，开始看到的一般都是通过验证，但是在后面紧接着采用了类似802.11x等安全加强的协议，来进行再次鉴权认证，如果这里无法通过则立即将已经建立的Association断开。这样的机制，

是因为原来的802.11没有充分考虑安全才会这样的，这样也兼容了以前的802.11。

（*）抓取的包的数据，要注意这个包是否是被加过密的。根据协议标准的描述，包中如果有dataprotected字段，则表示这个数据本身是被加了密的，不知道这个数据具体是什么，当然，如果有密码，wireshark也有一个可以按照这个密码解密的工具，有时候不好用。这里所说的数据加密和网络的加密不一样，可能访问网络本身是需要密码（网络是security的），而数据本身没有crpted（加密）。对于一个加了密的数据包，我们一般看不出来这个包到底是做什么用的或者什么类型的等等。

（*）抓包的时候，要注意包中指示的源和目的地址以及包的序号。在无线网络中通信的时候，我们抓包的时候可能会看到被抓取的包对应AP的MAC地址是不存在的，其实抓包时AP的MAC是BSSID，它和实际标注的MAC地址不一定一样（但是一般都差不多，也就是之后最后面的几位不一样）。有时候，我们看到抓取的包中的MAC地址有许多只相差几位，那么可能它们都属于一个设备（因为虽然设备可能只标注了一个网卡的MAC地址，但是它却“虚拟”出或者实际有多个MAC地址），所以当我们看到包中对应两个AP的MAC地址几乎一样的时候，一般来说，这两个MAC地址很可能就是一个设备的。还有在抓包的时候，一个地址上面的包的sequence（序号）是连续的，除非丢包了导致重复或者缺失。如果一个设备虚拟出来两个地址，那么也可能由于没有经过什么处理，导致这两个地址上面的包共同起来是连续的（如前所述，这两个地址和MAC很接近，应该是BSSID）。

（*）抓取的数据帧如果是广播帧则不需要确认（ACK），如果是单播帧，则一般需要确认（ACK）。例如，Probe帧是广播帧，所以它无对应的ACK确认帧，对Probe的回复则叫做Probe Response；注意ACK帧本身用于确认，是单播的，但是它本身却不需要再被确认了。从包中的目的MAC地址中，可以看出这个包是广播／多播帧还是单播帧。MAC第一个字节的第一个位是1，表示组播，前两位是1表示广播，第一个字节第一个位是0表示单播。这里注意，MAC不是值，而是一个Pattern，所以没有Endian之说，也没有那个位高，那个MAC大之说。例如：“a8:27:26:....:b7”，这里第一个字节就是a8（10101000），其第一个字节的第一位就是8的最“右”位，即“0”，所以它的第一个字节的第一个位是0，是一个单播地址。其实，这里涉及到大端小端问题，后面也会讲到，总之，以太网线路上按“Big Endian”字节序传送报文（也就是最高字节先传送），而比特序是”Little Endian”（也就是字节内最低位先传送）所以，一个十六进制表示法表示的MAC地址01-80-C2-00-00-00，传送时的bit顺序就是：1000 0000 0000 0001 0100 0011 0000 0000 0000 0000 0000 0000。

（*）使用Wire Shark在抓包或者显示包的时候，都可以设置过滤器（filter）。抓包时候设置的过滤器叫做capture filter，它是用BPF（berkerley package filter）这个比较通用的语言来描述（注意这不是Wireshark专用的filter语言，而是一个通用的语言）。但是抓包期间的过滤，有时候不准，所以我们一般先将所有的包抓取下来，然后用WireShark中显示的过滤器（即view filter）来显示我们关注的包，这里我们可以用macro来定义比较复杂的显示过滤条件。保存的时候，可以用按照显示过滤还是抓取过滤的方式保存内容。（*）尽量不要抓取Channel Width为40MHZ的Channel上的帧。我们还需要注意的是，使用Sniffer抓取无线网络包的时候，AirPcap无法正常抓取40MHZ Channel Width的包，或者说对抓取这个Channel Width上面的包支持不好。如果非要抓取40MHZ Channel Width的包，那么就在40或者36号Channel上面进行抓取，并在Wireshark上面设置“channel=36，offset+1”（平时offset都是0），这样能够抓取 Channel Width为40MHZ的包（但是，其他Channel上面的40mHZ的包还是无法抓取），这是由AirPcap内部的芯片固件的问题决定的（估计broad com芯片公司也不愿花过多的精力来支持这个很少有人用的抓包工具的这个功能）。

另外，假设一个无线工作站是基于Android系统的（例如智能手机或者平板电子书）那么我们可以利用“wpa_cli status”命令来可以查看当前设备的连接的SSID，BSSID，MAC，IP等信息，（这里“cli”=“command line interface”)。还有更“复杂”的命令“wc”和“wl”，其中wc是比较上层的命令，wl是下层的命令（是基于芯片是否支持的，例如wl在broadcom芯片上支持，但是在ti上面就没有了）。

三、一些原理

============================ 1、常见的帧

在802.11中的帧有三种类型：管理帧（Management Frame，例如Beacon帧、Association帧）、控制帧（Control Frame，例如RTS帧、CTS帧、ACK帧）、数据帧（Data Frame，承载数据的载体，其中的DS字段用来标识方向很重要）。帧头部中的类型字段中会标识出该帧属于哪个字段。（*）ACK帧

单播(unicast)帧都需要用ACK来确认，ACK本身不是广播帧，ACK在MAC上是unicast的，帧中有receive地址字段（用来标识是对谁的确认），但是它却不需要再确认了。ACK只有接收地址（receive）而无源地址（src）和序

号（sequence），因为发送和接受是一个整体，发送之后，其他人（除了这个发送的接受者）都不会再发送数据了（无线协议中的冲突避免机制），所以接受者会发送一个没有src的ack帧给receiver，而接收ACK的一端会根据这个知道它收到了一个ACK帧（其实根据协议，应当把发送单播帧和收到它相应的ACK看作一个原子的不可分割的整体，表示一次成功的通信）。

（*）Beacon帧

Beacon帧定时广播发送，主要用来通知网络AP的存在性。Station和AP建立Association的时候，也需要用到Beacon。Station可以通过Scan来扫描到Beacon，从而得知AP的存在，也可以在扫描的时候通过主动发送Probe来探寻AP是否存在。也就是说，建立Association的时候有主动的扫描或者被动的扫描两种方式。另外，Beacon还包含了关于Power Save、以及地区等信息。

（*）Association帧

通常Association帧都有Probe Request和相应的Probe Response。Association的Request中有其所需要的Channel以及Data Rate等状态，以便让AP决定是否让它与自己建立Association。而关联是否成功，主要是看Response中的Status code是否为Success。

（*）Data帧

Data Frame具有方向，这个方向用DS（分布式系统）字段来标识，以区分不同类型帧中关于地址的解析方式；其它的类型Frame例如Control Frame或者管理帧中，这个字段是全零。这个字段用两位表示，这两个位的含义分别表示“To Ds”和“From Ds”，大致含义如下：

（a）To DS：表示Station->AP，一般也叫Upload。（b）From DS表示AP->Station，一般也叫Download。

这里，我们可以大致将DS看做AP，To/From是从AP的角度来考虑的。To DS就是让AP干活。另外Data Frame中还有一个比较重要的字段就是Sequence，表示帧的序号。重传帧序号一样，但是多了一个Retry的字段表示该帧是重传的。为了便于理解，这里再次详细解释一下DS字段的含义：

To DS=0,From DS=0:表示Station之间的AD Hoc类似的通信，或者控制侦、管理侦。

To DS=0,From DS=1:Station接收的侦。 To DS=1,From DS = 0:Station发送的侦。 To DS=1,From DS = 1:无线桥接器上的数据侦。

这里，我们主要关注To DS和From DS分别是01和10的情况，DS虽然大致等于AP但是它不是AP，它其实是一个系统，从Station的角度来看，比较容易理解。并且To DS和From DS一定是无线网络上面数据侦才有的字段。

2、帧和大端小端

Ethernet和802.11都是按照Little Endian的方式来传输数据，也就是说，而MAC层传输的时候，是采用Little Endian的方式，一个字节一个字节的传输的，前面的低位字节先传输，后面的高位字节后传输（传输单位不是按位而是字节）；在协议标准上描述一个帧的时候，一般是先按照Little Endian的方式对其进行总体描述，然后具体细节说每个字段的值，这时候这个字段值是Big Endian方式表示的，这一点应当注意。

例如，协议标准中可能能对某个帧格式做如下的描述： |b0|b1|b2|b3|b4|b5|b6|b7|b8|b9|...|...|

这里，最低位b0在最前面，所以这里采用的就是小端的方式来描述帧的总体格式信息。传输的时候，就按照这里的方式，以字节为单位向物理层进行传输（先传b0~b7然后b8~b16等等）。但是，在解释这个帧的各个域的时候却采用大端的方式进行描述。假设b3=0,b2=1,b1=0,b0=0四者共同组成一个名字为“FLAG”的域，那么会有类似如下的描述： FLAG=4(即FLAG为0100)：表示XXX。

所以，协议标准中具体描述某个域的时候，一般直接用大端方式表示的数值(b3b2b1b0=0100)来描述；而传输数据帧或者在协议标准中描述整体帧的时候，中给出的却是小端的方式(b0b1b2b3=0010)。这里的每个字段都是帧的一个部分，在管理帧（后面会说）中长度不固定的部分又叫IE(information Element) 。另外注意，内存地址是用来标记每个字节的而不是位，所以内存里面大端小端也是以字节而不是位为单位的（前面描述“大端“、”小端”的时候却以位序而非字节序，这一点需要明辨，不要混淆）。假设奔腾的机器，CPU为32位，采用Little Endian方式，那么表示1这个int类型整数的时候，假设它在数值上是十六进制的\，那么存放在内存中却是由低位到高位依次存放的，由低到高地址依次为：\、\、\、\（也就是说小端方式存放在内存中的时候，是按照含有最低位的字节存放在低地址，注意是字节，在内存中“位”没有地址，所以没有大端小端一说）。在传递帧的时候，也是按照一个字节一个字节的传输，而一个字节内部在实际上其实没有什么端的分别，但是wireshark一律使用“b7b6b5b4b3b2b1b0”这样的方式来用大端的方式显示。总之，需要注意网络层下面的帧的大端小端问题（不是网络中的字节序，TCP/IP中规定的网络字节序是Big Endian），大致就是：协议规定，传输的时

候使用Little Endian；标准描述的时候用Big Endian和Little Endian都用；另外，Wire shark软件抓的包中，好象全都用Big Endian来进行标示（无论是信息窗口还是内存窗口都这样展示）。

3、CSMA/CA的机制

与以太网的CSMA/CD机制（冲突检测）相对，802.11采用的CSMA/CA机制（冲突避免）。采用这个机制，可以保证每次通信的原子性（即每次通信所需要传输的多种不同类型的帧之间没有夹杂其它通信的帧的干扰），大体过程是：（a）链路空闲下来之后，所有Station在发送帧之前都首先等待一段时间（即DIFS，又称帧间隔时间）；

（b）到达DIFS之后，所有的Station进入竞争时间窗口（就是竞争期间），将这个竞争时间窗口分割成多个Slot（退避时间间隔），然后每个Station随机选择一个Slot；

（c）当某个Station到达它的Slot对应的时间之后，就开始发送数据。这里，选择的Slot越靠前，则表示Station在DIFS之后再等待的时间（退避时间）越短，也就会越早发送实际数据；

（d）退避窗口的Slot有多个，选择的时候，可能某个Slot被多个站点同时选取，这个时候发送会产生真正的数据冲突（如果多个人同时发送，那么它们都要经过AP来转发，AP无法同时听见多个人的“说话声音”）那么Station就会再重新选择并发送；

（e）当一个Station发送数据之后，所有Station会检测到链路忙，于是放弃尝试发送，等那个Station发送完数据之后，链路开始空闲，于是又进入到（a）重新开始这个过程。

对于以上的机制，如果我们让某个Station经过DIFS之后，选择的Slot越小，就意味着它发送帧的机会越大，也就是说这个Station的优先权越高。这就是Qos（质量保证）的基本，前面也说过，Qos就是“以一定的优先级来保证传输的特定要求”，要获得这种优先级，就要有相应的条件（例如“花钱”）（有一种不常用的无竞争发送，其实就是DIFS之后，不退避而直接发送）。另外，其实对物理层上来说，所有的发送都是广播，单播与否只是在链路层以上分辨的。上面提到的检测链路是否忙，可以从链路上用软件方式进行（例如增加帧的特殊字段），也可以直接在物理层上进行，实际因为在物理层上成本较高，经常用的是前者，具体参见协议。软件检测大致的思路就是，进行一个通信的时候，这个通信包含多个帧，每个帧有不同的作用，发送的第一帧的时候，会通过其中的某个特殊字段（Duration字段，也叫NAV，即网络分配向量，是一个延迟时间值）告诉所有其它Station，在未来的一段时间内，链路被占用，以

完成整个通信过程。这样，其它Station在此期间就不会发送数据干扰这次通信了，以后这个通信的每一帧以及其ACK确认帧之间都会有一个很小的时间间隔（小于DIFS，即SIFS），并且每帧会视情况延长那个Duration字段，保证整个通信期间确实不会有其它人干扰，这样整个通信就是原子性的了。

4、帧的来源和目的地址

因为无线网络中没有采用有线电缆而是采用无线电波做为传输介质，所以需要将其网络层以下的帧格式封装的更复杂，才能像在有线网络那样传输数据。其中，仅从标识帧的来源和去向方面，无线网络中的帧就需要有四个地址，而不像以太网那样简单只有有两个地址（源和目的）。这四个地址分别是： SRC：源地址（SA），和以太网中的一样，就是发帧的最初地址，在以太网和wifi中帧格式转换的时候，互相可以直接复制。

DST：目的地址（DA），和以太网中的一样，就是最终接受数据帧的地址，在以太网和wifi中帧格式转换的时候，互相可以直接复制。

TX：也就是Transmiter（TA），表示无线网络中目前实际发送帧者的地址（可能是最初发帧的人，也可能是转发时候的路由）。

RX：也就是Receiver（RA），表示无线网络中，目前实际接收帧者的地址（可能是最终的接收者，也可能是接收帧以便转发给接收者的ap）。注意，其实，还有一个BSSID，用来区分不同网络的标识。在802.11帧中，有四个地址字段，一般只用到其中的三个，并且，这四个字段对应哪种地址或者使用哪些地址，根据帧中的另外一个DS字段以及帧的类型而有不同的解释。

举例：

（1）无线网络中的Station和以太网中的Host进行通信： Station<- - - - ->AP<---------->Host a）当Station->Host的时候：

首先Station->AP，这时候Src=Station,Dst=Host,Tx=Station,Rx=AP，然后AP->Host，这时候Src=Station,Dst=Host，因为AP转发的时候，是在以太网中，所以没有Tx和Rx。

b）当Host->Station的时候：

首先Host->AP，这时候Src=Host，Dst=Station，然后AP->Station，这时候，Src=Host,Dst=Station,Tx=AP,Rx=Station。（2）无线网络中的Station之间进行通信： Station1<- - - - ->AP<- - - - ->Station2

a）当Station1->Station2时

首先Station1->AP，Src=Station1,Dst=Station2,Tx=Station1,Rx=AP，然后AP->Station2，Src=Station1, Dst=Station2, Tx=AP, Rx=Station2。可见，在无线网络中，始终存在Tx和Rx，但是，这四个地址中还是只有三个地址足矣。

（3）当两个无线网络中的Station进行通信的时候：

Station1<- - - - ->AP1<- - - - ->AP2<- - - - - ->Station2 当Station1->Station2时：首先Station1->AP1，

Src=Station,Dst=Station2,Tx=Station1,Rx=AP1，然后AP1->AP2，Src=Station, Dst=Station2, Tx=AP1, Rx=AP2，然后AP2->Station2，Src=Station1,Dst=Station2,Tx=AP2,Rx=Station2。

注意，这个时候，AP起到桥接的作用，所以四个地址各不相同，同时，AP之间或者Station和AP之间的那部分连接，也可以是以太网。

综上可知，无线网络中的Station想要通信，必须经过AP来进行“转发”，其实，Tx和Rx是无线网络中的发和收，也就是Radio；而Src和Dst是真正的发送源和接收者。

5、Sleep和Power save(节电)

其实，无线网络中的Power save是指Station的Sleep（睡眠），并且这个Sleep并不是整个系统的Sleep，确切来说，应该是其wifi中Receiver（接收天线）的Sleep。Station在睡眠的期间还是可以Transmit（发送）的，只是当AP知道Station的Receiver处于Sleep状态时，就不会给Station发送帧了。Station在Sleep之前，会给AP发送一个特殊的帧，告诉AP说它（Station）要睡眠了，AP通过这个帧来记住是这个Station睡眠了，然后AP就不会给这个Station单独发送数据了。

当有和这个Station通信的包想通过AP转达的给这个Station时候，AP会帮这个Station将它们缓存起来，然后在Beacon广播帧中添加一个特殊的位（实际这个位是一个bitmap中的位，这个bitmap表示所有和该AP建立了关联的Station，而这个睡眠的Station的相应位为被置1则表示有消息要传达给这个Station），来表示这个Station有数据到达了（Beacon是定时广播的帧，前面说过它是用来通知无线网络，这个AP的状态），而不是直接发送给Station。而这个睡眠的Station，会在睡眠期间不时地醒来，以检查Beacon帧中的状态，当发现有给它的数据的时候，就会通过发送一个Power Poll的帧来收取数据，收取之后继续睡眠（所以ping一个睡眠状态的Station，响应的时间要慢好多）。

对于发送给这个Station的广播帧，其处理方式和普通帧有一点不同：当有广播帧要传达给这个Station的时候，AP会为这个Station缓存发送给它的广播帧，但是缓存的时间是DTIM（一般为300ms）。注意：单播帧缓存的时间不一定是多少，广播帧却缓存DTIM的时间。AP每发送一个Beacon的时候，都会将Dtim减少1，而Station睡眠的时候，会不时地醒来，查看一下Beacon帧中的dtim值。当Station发现其DTIM值变成0的时候，就醒来长一些的时间，看看有没有广播给它的数据，如果有的话就用类似Power Save Poll的帧接受，没有则继续睡眠。

这里，接收数据是根据是否有more data类似的字段来确认是否有更多的数据的；重发的帧是用类似retry的字段来标记。另外注意，当Station进行Sleep的时候，还是可以主动Tranmit消息的，当Station主动Transmit消息的时候，它会等待Reply，所以这个时候，Receiver是on的状态。用一个图示来标识Sleep，Receive，Transmit时的电源消耗状况，大致如下：

power ^

trans | ------------------------ | | | receive | -----------| | | | | sleep |--------| |--------------------

|----------------------------------------------------------------------> time

可见不同状态，电源消耗状态不同（传送比接收更耗电），另外，如果电源供电不足，在某个状态中就会出现通信失败的情况。（好像ap上面broadcom芯片中的睡眠之后，醒来立即重新发送的时候经常开始会失败，可能就是这个原因）。

6、建立Association

下面是Station和Ap建立开放Association的过程：（0）Ap周期性地广播Beacon帧

（1）Station广播Probe Request到达Ap

（2）Ap向Station发送Probe Reponse （3）Station向Ap发送ACK

（4）Station向Ap发送Authentication Request （5）Ap向Station发送ACK

（6）Ap向Station发送Authentication Reponse （7）Station向Ap发送ACK

（8）Station向Ap发送Association Request （9）Ap向Station发送ACK

（10）Ap向Station发送Association Reponse （11）Station向Ap发送ACK （12）Station和Ap开始相互通信。