模块六 · 无线网络和移动网络
802.11 的 MAC 与帧格式
共享无线信道上怎样协调发送？为什么一个无线数据帧可能要区分这一跳的收发方与原始源、目的？从电脑通过AP发包的例子展开。
本章要解决的问题：共享无线信道上怎样协调发送？为什么一个无线数据帧可能要区分这一跳的收发方与原始源、目的？从电脑通过AP发包的例子展开。
本章的证据来源：教材§7.3，纸书356–368页。讨论限定在常见802.11基础设施模式的数据帧及基本访问机制；具体时序和高级机制需按PHY、标准版本与配置核对。本轮在原始笔记工程阅读了wifi-overhead脚本，其核算不是实际吞吐测量。
先从一个例子理解概念
电脑A通过AP向局域网另一设备B发送数据。在无线这一跳，A的接收对象是AP，但数据最终要交给B；AP往A回送数据时，也要区分无线发送者和原始数据来源。
介质访问与确认
介质访问控制（MAC）规定共享信道上的发送规则；它不是网络安全中的消息认证码。ACK确认帧用于反馈某些无线单播帧的接收，未收到确认时可按规则重试。
收发方与源目的
接收地址RA、发送地址TA描述当前无线传输；目的地址DA、源地址SA描述该数据帧携带内容的目的与来源。它们可能重合，也可能需要分别表示。
基本访问：侦听、退避和确认
传统802.11分布式协调机制用载波侦听和随机退避降低碰撞概率。它仍可能碰撞，不能把“碰撞避免”解释成绝不会碰撞。
自身强发送信号、隐蔽站和接收位置不同等因素使无线碰撞检测困难，不能直接照搬共享有线以太网的CSMA/CD。这里是在解释标准基本设计，不声称无线技术在任何条件下都无法实现同时收发。
| 名称 | 基本作用 |
|---|---|
| SIFS（短帧间间隔） | 用于某些紧接的响应，例如ACK或CTS |
| DIFS（分布式帧间间隔） | 基本DCF中开始竞争发送前的一类等待间隔 |
| 随机退避 | 不同站点随机选择等待，信道忙时按规则暂停计数 |
在该机制下，SIFS短于DIFS，让响应在遵循同一规则的新竞争者之前获得机会；不能保证在干扰、碰撞或隐蔽站下ACK一定成功。
间隔、时隙长度依物理层等条件而异。旧稿16微秒、34微秒不能写成所有802.11模式的统一数值；现代QoS访问也有不同竞争参数与机制。
隐蔽站与RTS/CTS
假设A和C都能听见AP，但互相听不见。两者可能各自以为信道空闲，同时向AP发送，这就是隐蔽站场景。
RTS/CTS通过请求和允许发送等控制帧，帮助能收到相关帧的邻近站按持续时间暂缓竞争。它增加开销，也不能保证所有站都听到CTS或消除所有干扰，是需按条件使用的机制。
三地址不能固定解释成同一组角色
对这里的常见基础设施数据帧，To DS与From DS位标识与分布系统的方向，决定地址字段的角色：
| 方向 | To DS / From DS | 地址1 | 地址2 | 地址3 |
|---|---|---|---|---|
| 站点→AP | 1 / 0 | RA，即AP的BSSID | TA/SA，即站点 | DA，即目的地址 |
| AP→站点 | 0 / 1 | RA/DA，即站点 | TA，即AP的BSSID | SA，即源地址 |
地址3在上行是目的，在下行是源，不能永远叫“最终目的地”。 常见四地址数据帧需要分别表示RA、TA、DA与SA；管理帧、控制帧及其他模式的格式也不能直接套上表。
BSSID识别一个基本服务集；SSID是网络名称，同名网络可由多个BSSID/AP提供。因此扫描只显示一个SSID，不能证明只存在一个AP，更不能否定漫游。
帧类型与扫描结果
| 类别 | 例子或职责 |
|---|---|
| 管理帧 | 信标、探测及关联等 |
| 控制帧 | ACK、RTS、CTS等 |
| 数据帧 | 传送上层数据等 |
扫描可结合信标和探测响应等信息。系统展示的网络列表不是完整空口抓包；需结合BSSID和驱动能力理解，不能只由列表行数计算AP数量。
聚合怎样摊薄开销
无线发送不仅消耗数据比特的发送时间，还涉及竞争、前导、首部和确认等。A-MPDU把多个MAC协议数据单元组成一次PHY传输中的聚合，常结合块确认，摊薄重复开销。
收益依帧长、速率、重试、聚合规模和实现条件而变。聚合是重要的效率机制，不能由一次假设核算推出“所有现代帧都必须聚合”或固定提高12.7倍。
旧稿用协商速率和若干固定开销算出了92.4 Mbps、1173.8 Mbps等值。原脚本定义了DIFS却未计入总时间，也用同一个PHY速率计算数据和确认，聚合时未完整计入分隔、填充等开销。因此这些值只是其简化计算输出，不能当作真实802.11模式的精确吞吐或固定提升倍数。
本章小结
| 结论 | 条件 |
|---|---|
| 侦听与退避降低碰撞概率，不能保证无碰撞 | 按具体访问机制理解 |
| SIFS/DIFS用于基本时序，数值依PHY等条件 | 不是所有模式统一参数 |
| RTS/CTS可帮助处理某些隐蔽站场景 | 增加开销，不保证所有站可听见 |
| 地址字段需结合To DS/From DS和帧类型解释 | 地址3不恒为目的地址 |
| 一个SSID可对应多个BSSID/AP | 不能用网络名称数推断AP数 |
| 聚合可摊薄开销，收益依条件 | 已读原简化模型，不是吞吐测量 |
自测题
7 题 · 先自己答，再展开对照
SIFS和DIFS分别做什么？其具体数值对所有Wi-Fi都一样吗？
SIFS用于某些紧接响应，DIFS用于基本DCF的新竞争等待。SIFS更短使响应获得机会，但具体数值依PHY等条件，不是所有Wi-Fi统一值。随机退避是否保证绝不碰撞？
不能，只降低同时发送概率；可能随机选到相同时隙，也可能有隐蔽站或干扰。协商速率能直接当成应用吞吐量吗？旧稿开销模型又是什么性质？
不能，实际吞吐还受协议开销、竞争与重传等影响。已读原脚本是简化模型，存在未计入的开销和统一速率假设，本次未重新运行，更不是实际链路测速。A-MPDU聚合怎样改善效率？提高倍数是否固定？
将多个MAC数据单元放入一次PHY传输，摊薄竞争、前导和确认等开销。收益依聚合规模、帧长、速率与重试条件，不固定。地址3在站点到AP、AP到站点两个方向分别是什么？
在本章普通基础设施数据帧里，站点→AP的地址3是DA，AP→站点的地址3是SA，必须结合To DS/From DS解释。802.11帧的三大类是什么？一个SSID是否等于一个AP？
管理帧、控制帧、数据帧。一个SSID可由多个BSSID/AP提供，网络名称列表不是AP计数。RTS/CTS帮助处理什么问题？为什么不能保证所有站都避免碰撞？
帮助能收到控制帧的站处理某些隐蔽站竞争。控制帧可能收不到或碰撞，外部干扰等仍可能存在，所以不是彻底消除碰撞。
参考资料与适用范围
- 《计算机网络：自顶向下方法（原书第8版）》§7.3.2–7.3.4，纸书359–366页（PDF378–385页）：802.11访问、帧地址与同子网移动。
- IEEE 802.11工作组：规范及资料入口
修订核对日期：2026-10-13。帧地址表限定在注明的常见基础设施数据帧方向；复杂模式需核对相应规范。原核算脚本已阅读但未随网站打包，旧稿数字是未重新运行的历史观察，本次没有监视模式抓包或吞吐实测。