802.11协议数据帧详解（一）——802.11帧结构与分类

今天继续给大家介绍WLAN，本文主要内容是802.11帧格式。

一、802.11数据帧整体结构

IEEE802.11系列标准定义了WLAN无线网络数据帧的帧结构，和基本的物理层、MAC层通信标准。与802.3定义的以太网数据帧格式及通信方式不同，802.11定义的WLAN无线局域网由于通信介质和通信质量的问题，不能直接采用802.3的通信方式。在WLAN中，数据链路层面上的通信模式要比802.3以太网中的通信要复杂的多，因此802.11的帧格式也要相对复杂。
802.11无线数据帧最大长度为2346个字节，基本结构如下：

802.11帧中各个字段含义如下：
1、Frame Control 帧控制字段，含有许多标识位，表示本帧的一些类型等信息。 该字段将在下文中详细介绍。
2、Duration ID 持续时间和ID位，本字段一共有16bit，根据第14bit和15bit的取值，本字段有以下三种类型的含义：
（1）当第15bit被设置为0时，该字段表示该数据帧所传输要使用的时间，单位为微秒。（这与无线局域网传输介质有关，详情我将在后续博客CSMD/CA篇章中介绍。）
（2）当第15bit被设置为1，第14bit也为0时，该字段用于让没有收到Beacon新标帧（管理帧的一种）公告免竞争时间。
（3）当第15bit被设置为1，第14bit为1时，该字段主要用于STA告知AP其关闭天线，将要处于休眠状态，并委托AP暂时存储发往该STA的数据帧。此时该字段为一种标识符，以便在STA接触休眠后从AP中获得为其暂存的帧。
3、Address 与802.3以太网传输机制不同，802.11无线局域网数据帧一共可以有4个MAC地址，这些地址根据帧的不同而又不同的含义，但是基本上第一个地址表示接收端MAC地址，第二个地址表示发送端MAC地址，第三个地址表示过滤地址。关于Address字段的详解请见后文。
4、Seq-ctl 顺序控制位，该字段用于数据帧分片时重组数据帧片段以及丢弃重复帧。
5、Frame Body 帧所包含的数据包。
6、FCS 帧校验和，主要用于检查帧的完整性。

二、Frame Control字段详解

802.11帧中Frame Control字段格式如下：

上述字段含义如下：
1、Protocol 表示802.11协议版本，目前802.11数据帧 只有一个版本，该字段为0。
2、Type 表示802.11帧的类型。
3、SubType 具体到某一类型的802.11帧，更加详细的表明其类型。
4、To DS 表示该帧是否向无线工作站发送的帧。
5、From DS 表示该帧是否向AP上行网络发送的帧。
6、More Fragment 表示该帧是否有更多的分片。
7、Retry 表示该帧是否需要重传。
8、Power Management 如果此bit为1，则表示STA在发送完本帧后，将关闭天线处于休眠状态。（AP不允许关闭天线休眠，只有STA可以，因此AP发送的数据帧该字段恒为0）
9、More Data 表示在该帧传送完成后，将会有更多的数据，此bit只用于管理数据帧，在控制帧中此bit恒为0。
10、Protected 如果该bit为1，表示该帧受到链路层安全协议的保护。
11、Order 如果字段为1，表示帧和帧片段将会严格按照次序传送，但是这样会对发送与接收端带来额外的开销。

三、802.11数据帧Address字段详解

802.11帧中Address字段含义根据帧的不同而不同，具体如下表所示：

IBSS表示该数据帧从STA发往AP上行以太网；To AP表示该数据帧从STA发往AP；From AP表示该数据帧从AP发出，发往STA；WDS表示该数据帧用于无线网桥键发送数据。
上述四种情况如下图所示：
IBSS：

TO AP：

From AP：

WDS：

四、802.11数据帧分类

802.11规定无线局域网WLAN一共有三种类型的帧——数据帧、控制帧和管理帧。
数据帧负责在工作站之间传递数据，可能会因为所处的网络环境不同而有所差异；控制帧通常与数据帧配合使用，负责区域的清空、信道的取得以及载波监听的维护，并在收到数据帧后予以正面应答，借此以促进工作站之间数据传输的可靠性；管理帧负责监督，主要用来加入或退出无线网络，以及处理基站之间连接的转移事宜。
在802.11帧的Type字段中，Type=00表示本帧为管理帧，Type=01表示本帧为控制帧，Type=10表示本帧为数据帧。
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