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IEEE 802.11 WLAN的协议体系结构如下图所示。其中LLC子层与以太网一样都是IEEE 802.2。
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MAC层分为MAC子层和MAC管理子层。MAC子层负责访问和分组拆装，MAC管理子层负责ESS漫游、电源管理和登记过程中的关联管理。物理层分为物理层汇聚协议（Physical Layer Convergence Protocol, PLCP）、物理介质相关（Physical Medium Dependent, PMD）子层和PHY管理子层。PLCP子层主要进行载波监听和物理层分组的建立，PMD子层用于传输信号的调制和编码，而PHY管理子层负责选择物理信道和调谐。
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IEEE 802.11定义了3种PLCP帧格式来对应3种不同的PMD子层通信技术。
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SYNC是0和1的序列，共80比特作为同步信号。SFD的比特模式为0000110010111101，用作帧的起始符。PLW代表帧的长度，共12位，所以帧最大长度可以达到4096字节。PSF是分组信令字段，用来标识不同的数据速率。起始数据速率为1Mb/s，以0.5的步长递增。PSF=0000时，代表数据速率为1Mb/s;PSF为其他数值时，则在起始速率的基础上增加一定倍数的步长，例如PSF=0010，则1Mb/s+0.5Mb/s×2=2Mb/s。16位的CRC是为了保护PLCP头部所加的，它能纠正2比特错。MPDU代表MAC协议数据单元。
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与前一种不同的字段解释如下：SFD字段的比特模式为1111001110100000。Signal字段表示数据速率，步长为100kb/s，比FHSS精确5倍。Service字段保留未用。Length字段指MPDU的长度。
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DFIR的SYNC比FHSS和DSSS的都短，因为采用光敏二极管检测信号不需要复杂的同步过程。Data rate字段=000，表示1Mb/s;Data rate字段=001，表示2Mb/s。DCLA是直流电平调节字段，通过发送32个时隙的脉冲序列来确定接收信号的电平。MPDU的长度不超过2500字节。
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802.11标准为MAC子层定义了3种访问控制机制：一是通过CSMA/CA方式进行分布式协调功能（DCF），用于支持争用服务；二是通过点协调功能（PCF）来支持无争用服务；三是通过RST/CST来支持信道预约。下图所示是DCF和PCF之间的关系。
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为了尽量避免碰撞，所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的通称是帧间间隔（IFS）。有3种帧间间隔。
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.SIFS：短（Short）帧间间隔，长度为28μs，是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。
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.PIFS：点协调功能帧间间隔（比SIFS长），是为了在开始使用PCF方式时（在PCF方式下使用，没有争用）优先获得接入到媒体中。PIFS的长度是SIFS加一个时隙（slot）长度（其长度为50μs），即78μs。
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.DIFS：分布协调功能帧间间隔（最长的IFS），在DCF方式中用来发送数据帧和管理帧。DIFS的长度比PIFS再增加一个时隙长度，因此DIFS的长度为128μs。
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802.11 MAC层定义的分布式协调功能（Distributed Coordination Fuction, DCF）利用了CSMA/CA协议，在此基础上又定义了点协调功能（Point Coordination Fuction， PCF）。DCF是数据传输的基本方式，作用于信道竞争期。PCF工作于非竞争期。两者总是交替出现，先由DCF竞争介质使用权，然后进入非竞争期，由PCF控制数据传输。
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PCF是在DCF之上实现的一个可选功能，在Ad-hoc网络中没有PCF。它由AP集中轮询所有移动站，将发送数据权轮流交给各个站，从而可避免碰撞的产生，为它们提供无争用服务。这种机制适用于对时间敏感的业务，如分组话音等。轮询过程中使用PIFS作为帧间隔时间。由于PIFS比DIFS小，因此点协调能够优先CSMA/CA获得信道，并把所有的异步帧都推后传送。
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WLAN是开放系统，各站点共享传输介质，而且通信站具有移动性，因此，必须解决信息的同步问题、漫游问题、保密问题和节能问题。
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信标是一种管理帧，由AP定期发送，用于进行时间同步。同步方式有主动扫描和被动扫描两种。
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所谓主动扫描，就是终端在预定的各个频道上连续扫描，发射探试请求帧，并等待各个AP回答的响应帧；收到各AP的响应帧后，工作站将对各个帧中的相关部分进行比较以确定最佳AP。
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终端获得同步的另一种方法是被动扫描。如果终端已在BSS区域，那么它可以收到各个AP周期性发射的信标帧，因为帧中含有同步信息，所以工作站对各帧进行比较后，可确定最佳AP。
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IEEE 802.11定义了3种移动方式：无转移方式、BSS转移和ESS转移。
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.无转移方式是指终端是固定的，或者仅在BSA内部移动。
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.BSS转移是指终端在同一ESS内部的多个BSS之间移动。
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为了达到与有线网络同等的安全性能，IEEE 802.11采取了认证和加密措施。
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IEEE 802.11提供的加密方式采用有线等价协议（Wired Equivalency Protocol， WEP）。WEP是一种对称性的加密技术，即加密和解密都使用同样的算法和密钥，其加密算法是RC4流加密协议，密钥长度最初为40位（5个字符），后来增加到128位（16个字符）。使用静态WEP加密，可以设置4个WEP Key；使用动态WEP加密时，WEP Key会随时间变化而变化。
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2004年6月公布的IEEE 802.11i标准是对WEP协议的改进。802.11i定义了新的密钥交换协议（Temporal Key Integrity Protocol, TKIP）和高级加密标准（Advanced Encryption Standard, AES）。TKIP提供了报文完整性检查，每个数据包使用不同的混合密钥（per-packet key mixing），每次建立连接时生成一个新的基本密钥（re-keying），这些手段的使用使得诸如密钥共享、碰撞攻击和重放攻击等无能为力，从而消除了WEP协议的安全隐患。
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IEEE 802.11允许空闲站处于睡眠态，在同步时钟的控制下周期性地唤醒处于睡眠态的空闲站，由AP发送的信标帧中的TIM（业务指示表）指示是否有数据暂存于AP，若有，则向AP发探询帧，从AP接收数据，然后进入睡眠态；若无，则立即进入睡眠态。
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