前文我們對傳統的有線網絡的MAC協議進行了分析，接下來我們在對無線網絡的MAC也進行一個詳細的介紹。那么無線網絡中的MAC工作方式是如何的呢？無線局域網(WLAN)中MAC所對應的標準為IEEE 802.11,IEEE 802.11 MAC綜合了兩種工作方式: 分布控制(DCF)和中心控制(PCF)兩種工作方式:

1.分布控制方式(DCF),類似CDMA/CD,利用載波監聽機制,適用于分布式網絡,傳輸具有突發性和隨機性的普通分組數據, 支持無競爭型實時業務及競爭型非實時業務｡

2.中心控制方式(PCF),建立在DCF工作方式之上并且僅支持競爭型非實時業務,適用于具備中央控制器的網絡｡

分布控制方式(DCF)

DCF機制是MAC協議層中最基本的媒體接入控制機制｡DCF機制基于CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance載波監聽多址接入/碰撞避免) , 并以RTS/CTS消息交換機制作為輔助的介質訪問方式｡

CSMA/CA協議

CSMA作為隨機競爭類MAC協議,算法簡單而且性能豐富,所以在實際局域網的使用中得到了廣泛的應用｡但是在無線局域網中,由于無線傳輸媒體固有的特性及移動性的影響,無線局域網的MAC在差錯控制､解決隱藏終端等方面存在應有別于有線局域網｡因此WLAN與有線局域網所采用的CSMA具備一定的差異｡WLAN采用CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance)協議,其與CSMA/CD最大的不同點在于其采取避免沖突工作方式｡

與CSMA/CD不同,WLAN媒體訪問控制(MAC)層采用的CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance)協議,由于在RF傳輸網絡中沖突檢測比較困難,所以該協議用避免沖突檢測代替802.3協議使用的沖突檢測,采用沖突避免機制盡量減小沖突碰撞發生的概率,以提高網絡吞吐性能與遲延性能｡協議使用信道空閑評估(CCA)算法來決定信道是否空閑,通過測試天線能量和決定接收信號強度RSSI來完成｡并且使用RTS､CTS和ACK幀減少沖突｡數據加密與普通局域網的等同加密(WEP)算法一樣,使用64位密鑰和RC4加密算法｡

CSMA/CA工作過程:        
 
當發射端希望發送數據時,首先檢測介質是否空閑,若是介質為空閑時,送出RTS(Request To Send請求發送),RTS信號包括發射端的地址､接收端的地址､下一筆數據將持續發送的時間等信息,接收端收到RTS信號后,將響應短信號CTS(Clear To Send),CTS信號上也RTS內記錄的持續發送的時間,當發射端收到CTS包后,隨即開始發送數據包,接收端收到數據包后,將以包內的CRC(Cyclic Redundancy Check,循環冗余校驗)的數值來檢驗包數據是否正確,若是檢驗結果正確時,接收端將響應ACK包,告知發射端數據已經被成功地接收｡當發射端沒有收到接收端的ACK包時,將認為包在傳輸過程中丟失,而一直重新發送包｡

CSMA/CA與CSMA/CD的區別

1.載波檢測方式:因傳輸介質不同,CSMA/CD與CSMA/CA的檢測方式也不同｡CSMA/CD通過電纜中電壓的變化來檢測,當數據發生碰撞時,電纜中的電壓就會隨著發生變化;而CSMA/CA采用能量檢測(ED)､載波檢測(CS)和能量載波混合檢測三種檢測信道空閑的方式｡

2.信道利用率比較:CSMA/CS協議信道利用率低于CSMA/CD協議信道利用率｡但是由于無線傳輸的特性,在無線局域網不能采用有線局域網的CSMA/CD協議｡信道利用率受傳輸距離和空曠程度的影響,當距離遠或者有障礙物影響時會存在隱藏終端問題,降低信道利用率｡ #p#

具體最高的信道利用率與傳輸速率有關｡在IEEE802.11b無線局域網中,在1Mbit/s速率時最高信道利用率可到90%,而在11Mbit/s時最高信道利用率只有65%左右｡

虛擬介質檢測機制(VCS)

在802.11標準網絡內,MAC協議所有接收到RTS與CTS信號的無線設備,都將采用虛擬介質檢測(Virtual Carrier Sense)機制,設置NAV(Network Allocation Vector,網絡分配矢量),并使用在RTS和CTS中包含的duration字段信息來設置MAC協議參數NAV,duration字段指明了源和目的主機為傳輸數據將要占用信道的時間長度｡當物理層內的NAV指針打開時,設備將認為此時的物理介質正為其他設備所占用而停止發送與接收數據｡NAV的值隨著時間推移不斷減小,在NAV值減到零之前,主機不會發起傳輸嘗試｡

虛擬介質檢測(VCS)機制設置使其它主機預先知道信道中正在進行的傳輸情況,從而有效提高了數據幀成功傳輸的概率｡但是VCS機制增加了RTS和CTS的開銷,降低了有效數據傳輸速率｡NAV的設計有助于解決無線局域網內隱藏節點的問題｡

中心控制方式(PCF)

PCF(Point Coordination Function)機制基于輪詢機制,可以用于支持無競爭型實時業務｡

PCF工作過程:

希望發送數據的主機首先向AP(Acess Point)發送Association Request(連接請求)幀,并在幀的功能性能字段的CF-Pollable(可輪詢CF)子字段中表明希望加入輪詢表｡在收到AP的ACK信息以后,主機被列入輪詢列表｡輪詢列表中的主機按連接標識(Association ID:AID )升序排列｡AID是由AP主機分配的16bit標識符｡

AP發出Beacon幀表明CFP期間的開始｡然后AP依次向輪詢列表中的主機發出Poll幀給AP,或發送Data幀給其它非AP主機;如果在PIFS時間間隔內沒有響應,則表明主機無數據要發,AP繼續發出下一個Poll幀｡

輪詢中特殊情況:

MAC協議在一個CFP期間,如果輪詢列表中的主機沒有輪詢完,那么在下次CFP期間將從未輪詢主機開始輪詢;如果輪詢列表中的主機已經輪詢完,還剩有一段時間,AP將隨機選擇主機發出輪詢幀｡輪詢結束過程:AP發出End幀,表明CFP期間的結束,CP期間的開始｡