无线局域网(WLAN)的MAC协议探讨

无线局域网（WLAN）的MAC协议探讨

胡萍王长林

（西南交通大学计算机与通信工程学院四川，成都 610031）

摘要：无线局域网(Wireless LAN,以下简称WLAN)是近年来发展迅速的无线数据通讯网。MAC作为无线局域网的关键技术之一，决定WLAN的网络性能。本文探讨了WLAN中MAC协议的网络工作方式,介绍了MAC典型技术CSMA/CS，最后提出WLAN中MAC发展趋势。

关键词：媒体访问控制无线局域网 IEEE802.11

Research on MAC Protocol of

Wireless Local Area Network(WLAN)

Hu Ping Wang Chang- lin

(School of Computer & Communication Engineering,

Southwest Jiaotong University, Sichuan 610031,China)

Abstract：Wireless local area network (Wireless LAN) is the wireless data communication network which has been rapidly developed in recent years. MAC, as one of the pivotal technologies, decides the quality of WLAN. Firstly this paper discusses the network operating mode of MAC in WLAN. Secondly CSMA/CA, the typical technology of MAC is analyzed. Finally, the trend of development of MAC in WLAN is pointed out.

Key words：MAC WLAN IEEE802.11

随着信息技术的飞速发展，人们对网络通信的需求不断提高，无线局域网（WLAN）作为计算机网络与无线通信技术相结合的产物，利用无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并让通信的移动化、个性化和多媒体应用得以实现。

媒体访问控制（MAC）作为局域网的关键技术之一,完全决定局域网的网络性能（诸如吞吐性能与迟延性能）等等。而无线局域网（WLAN）由于其传输介质以及移动性等特点，采用与有线局域网有所区别的MAC协议。

1OSI七层协议中数据链路层（DLL）内LLC层和MAC层OSI将网络通信协议体系区分为7个层，体系的最底层称为物理层，网络所采用的不同的传输介质，对应不同的物理层，如双绞线或同轴线。体系内第二层为数据链路层（Data link Sub-layer）,数据链路层的上半部为LLC(Logical Link Control Sub-layer)逻辑链路控制子层，负责将数据正确的发送到物理层，在数据链路层的下半部为MAC(Media Access Control)子层，负责控制与连接物理层的物理介质。

当发送数据时，MAC层要完成以下任务：首先它按规则从LLC层接收数据，然后执行媒体访问规程，查看网络是否可以发送；一旦网络可以发送，它将给数据附加上一些控制信息，把数据及控制信息以规定的格式（一般称做帧）送往物理层。

当接收数据时，MAC层要完成以下任务：首先它从物理层接收到数据帧并检查数据帧中的控制信息，从而判断是否发生传输错误。如数据正确，则去掉控制信息后把其送至LLC 层。

MAC层发送和接收数据流程如下图所示：

图1 MAC发送数据流程图2 MAC接收数据流程

2 传统有线局域网(LAN)的MAC协议

在网络标准内，各种传输介质的物理层对应到相对的MAC层，例如以同轴线为传输介质时，对应的MAC层标准为802.14,各个计算机连接成环状时，对应MAC标准为802.5。目前，最普及的网络标准称为以太网，其在MAC层定义为802.3。802.3的MAC层定义对传输介质的访问控制方式为CSMA/CD。

各种不同传输介质的物理层对应的不同的MAC层，如图3所示：

图3 不同传输介质的物理层对应的MAC层

2．1 CSMA/CD媒体访问控制协议

由于以太网（Ethernet）成为现存局域网络结构的绝大多形式，CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）载波监测多址接入协议也成为局域网采用最多的MAC协议。CSMA/CD适宜于总线型局域网拓朴结构的随机竞争型媒体访问控制。总线型网络

允许同一时刻只有一个节点（Node）发送数据，一旦两个或以上节点同时发送数据，则会发生数据碰撞，数据不能正常发送和接收。CSMA/CD协议就是尽可能保证网络上同时只有一个节点发送数据，减小数据“碰撞”概率。

CSMA/CD工作过程：

当MAC收到LLC（Logical Link Control Sub-Layer）发来的数据以后，首先监测网络电缆上是否具有数据，即载波传送。如果网络空闲，即没有载波传送，刚将数据装帧，经物理层发送出去。如果网络繁忙，则监测网络直到网络空闲，再将数据装帧发送。

2.2 IEEE 802.3 MAC帧格式

MAC层在发送数据时将数据装帧交物理层发送，图4绘出了IEEE 802.3 MAC帧格式。

图4 IEEE 802.3帧结构

Preamble:前导序列。由62比特交替出现的“0”“1”序列组成。设置目的：接收端物理层同步位时钟。

SFD:起始域。“11”表示有用数据开始。

Dest:目的地址域。由6字节组成。表目的节点地址。

Sourse:源地址域。由6字节组成。表源节点地址。

Length:长度域。由2字节组成。表数据域长度。

Data:数据域。46字节~1500字节之间。

FCS：校验域。4字节组成。

2.3 CSMA/CD为基础的MAC发展方向

随着10 BASE-T和10 BASE-FL等技术的出现，IEEE 802.3标准局域网拓朴结构已经开始由总线型结构向树型结构发展。因此，CSMA/CD为基础的MAC子层也需要被修改以适应双工工作模式局域网的发展。

3 无线局域网（WLAN）的MAC网络工作方式

无线局域网（WLAN）中MAC所对应的标准为IEEE 802.11，IEEE 802.11 MAC综合了两种工作方式: 分布控制(DCF)和中心控制(PCF)两种工作方式：

1.分布控制方式(DCF)，类似CDMA/CD，利用载波监听机制，适用于分布式网络，传输具有突发性和随机性的普通分组数据, 支持无竞争型实时业务及竞争型非实时业务。

2.中心控制方式(PCF)，建立在DCF工作方式之上并且仅支持竞争型非实时业务,适用于具备中央控制器的网络。

3.1分布控制方式(DCF)