802.11帧结构与WiFi控制帧、管理帧、数据帧
简介：
【9月更文挑战第26天】该内容详细介绍了802.11帧结构，包括帧头、帧体和帧尾三部分，并分别阐述了各部分的功能和作用。此外，还介绍了WiFi控制帧、管理帧和数据帧的功能及类型，涵盖了RTS/CTS、ACK、信标帧、关联请求/响应帧、认证帧等内容，解释了它们在网络通信中的具体应用。
- 802.11 帧结构概述
- 802.11 帧主要由三部分组成：帧头（MAC Header）、帧体（Frame Body）和帧尾（Frame Check Sequence，FCS）。
- 帧头：包含了许多重要的控制信息，如帧控制字段（Frame Control）、持续时间 / 标识符字段（Duration/ID）、地址字段（Address）等。帧控制字段用于指定帧的类型（如控制帧、管理帧、数据帧）、子类型等诸多信息。持续时间 / 标识符字段用于网络分配向量（NAV）的设置，以实现虚拟载波监听。地址字段可以包含源地址、目的地址、发送端地址和接收端地址等多种组合，具体取决于帧的类型和功能。
- 帧体：也称为有效载荷（Payload），对于数据帧而言，它包含了上层协议的数据单元，如 IP 数据包等；对于管理帧和控制帧，帧体则包含了与管理或控制操作相关的信息，如关联请求中的能力信息等。
- 帧尾：主要是用于进行循环冗余校验（CRC）的帧检查序列，接收端通过计算 CRC 来检查帧在传输过程中是否出现错误。
- WiFi 控制帧
- 功能：主要用于协助数据帧的传递，对无线介质的访问进行控制。例如，用于解决隐藏节点问题的请求发送（RTS）和允许发送（CTS）帧就属于控制帧。
- 类型和子类型：
- RTS/CTS：发送方发送 RTS 帧来请求发送数据的权限，接收方回应 CTS 帧表示允许发送。这一机制可以避免在无线环境中，因隐藏节点问题导致的数据冲突。例如，在一个有障碍物的无线环境中，节点 A 要向节点 B 发送数据，节点 C 可能因为障碍物而无法感知节点 A 的发送情况。此时，A 先发送 RTS，B 回应 CTS，C 收到 CTS 后就知道 B 即将接收数据，从而避免冲突。
- ACK（确认帧）：当接收方成功接收到数据帧后，会发送 ACK 帧来确认。这是一种可靠的数据传输机制。如果发送方在规定时间内没有收到 ACK 帧，就会认为数据传输失败，从而进行重传。
- WiFi 管理帧
- 功能：用于在 WiFi 网络的接入点（AP）和站点（STA）之间进行管理操作，包括网络的发现、关联、认证等过程。
- 类型和子类型：
- 信标帧（Beacon Frame）：由 AP 定期发送，用于宣告无线网络的存在。信标帧包含了网络的基本信息，如 SSID（服务集标识符）、支持的速率、加密方式等。STA 可以通过扫描信标帧来发现周围可用的 WiFi 网络。
- 关联请求 / 关联响应帧（Association Request/Association Response）：STA 在发现合适的 AP 后，会发送关联请求帧，其中包含了自身的能力信息（如支持的速率、加密算法等）。AP 收到请求后，会根据自身的资源和配置情况发送关联响应帧，告知 STA 是否允许关联。
- 认证帧（Authentication Frame）：用于 STA 和 AP 之间的身份认证过程。可以采用多种认证方式，如开放式系统认证（基本不进行身份验证）或基于共享密钥等更安全的认证方式。
- WiFi 数据帧
- 功能：用于在 WiFi 网络中传输用户数据，如 IP 数据包、TCP 或 UDP 段等。数据帧是承载上层应用数据的载体，其内容最终会被递交给上层协议进行处理。
- 特点：数据帧的帧体部分包含了要传输的实际数据，这些数据会经过网络层、传输层等多层协议的封装。数据帧的传输受到 MAC 层的控制，包括介质访问控制机制（如 CSMA/CA - 载波监听多路访问 / 冲突避免）的约束，以确保在共享的无线介质上高效、可靠地传输数据。例如，在一个繁忙的 WiFi 网络环境中，数据帧需要等待无线介质空闲后才能发送，发送时还可能需要使用退避算法来避免冲突。
