無線局域網標准CSMA協議分析

　　無線局域網標准的802.11的MAC協議與802.3標准的MAC協議非常相似。在802.3協議中，MAC協議使用的是一種叫做CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)，即載波監聽多路訪問/沖突檢測機制。這個協議解決了如何在有線以太網上檢測和避免當兩個或兩個以上的網絡設備需 要同時進行數據傳輸時網絡上的沖突。其工作原理可以總結為先聽後說，邊聽邊說;一旦沖突，立即停說;等待時機，然後再說。但其並不適合無線局域網，在無線 局域網中，無線電波傳輸距離受限，不是所有的節點都能夠都能監聽到信號;而且，無線網卡工作在半雙工模式下，設備無法一邊接收數據信號，一邊傳送數據信 號。另一方面，無線帶寬本就不高，一旦發生碰撞，重新發送數據，會降低吞吐量。

　　為此，在802.11中對CSMA/CD進行了一些修改，采用了新的協議CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)，即，載波監聽多路訪問/沖突避免機制，利用ACK信號來避免沖突的發生，也就是說，只有當STA收到網絡上返回的ACK信號後才確 認送出的數據已經正確到達目的地址。

　　CSMA/CA協議

　　為了盡量避免碰撞，802.11標准規定，所有的STA在完成幀的發送後，必須在等待一段很短的時間才能發送下一幀，這段時間叫做幀間間隔 IFS。幀間間隔的長短取決於該站要發送的幀的類型。高優先級的幀需要等待的時間較短，因此可以優先獲得發送權，但低優先級幀就必須等待較長的時間。若低 優先級幀還沒來得及發送而其他高優先級幀已發送到媒體，則媒體變為忙態因而低優先級幀就只能再推遲發送了。這樣就減少了發生碰撞的機會。至於各種幀間間隔 的具體長度，這取決於使用的物理層特性。

　　SIFS，即短(Short)幀間間隔。SIFT是最短的幀間間隔，用來分隔開屬於一次對話的各幀。在這段時間內，一個STA應當能夠從發送方 式切換到接收方式。使用SIFS的幀類型有：ACK幀、CTS幀、由過長的MAC幀分片後的數據幀，以及所有回答AP探詢的幀和在PCF方式中接入點AP 發送出的任何幀。

　　PIFS，即點協調功能幀間間隔(比SIFS長)，是為了在開始使用PCF方式時(在PCF方式下使用，沒有爭用)優先獲得接入到媒體中。 PIFS的長度是SIPS加一個時隙時間(slot time)的長度。時隙的長度是這樣確定的：在一個基本服務集BSS內，當某個站在一個時隙開始時接入到信道時，那麼在下一個時隙開始時，其它站就都能檢 測出信道以轉變為忙態。

　　DIFS，即分布協調功能幀間間隔(最長IFS)，在DCF方式中用來發送數據幀和管理幀。DIFS的長度比PIFS再多一個時隙長度。

　　為了盡量減少碰撞的機會，802.11標准采用了一種叫做虛擬載波監聽地的機制，這就是讓源站把它要占用的信道時間(包括目的站發回確認幀所需 時間)寫入到所發送的數據幀中，(即在首部中的“持續時間”字段中寫入需要占用信道時間，以微秒為單位，一直到目的站把幀確認完為止)，以便使其他所有的 站在這一段時間都不要發送數據。“虛擬載波監聽”的意思是其他各站並沒有監聽信道，而是由於這些站都知道了源站正在用信道才不發送數據。這種好像是其他站 都監聽了信道。 當站點檢測到正在通信中傳送的幀“持續時間”字段時，就調整自己的網絡分配向量NAV。NAV指出了信道處於忙狀態的持續時間。信道處於忙狀態就表示：或 者是由於物理層的載波監聽檢測到信道忙，或者是由於MAC層的虛擬載波監聽機制指出了信道忙。

　　CSMA/CA工作原理

　　(1)首先檢測信道是否有STA在使用，如果檢測出信道空閒，則等待DIFS時間後，才送出數據。