网络设备硬核技术内幕 无线局域网篇 (一) 中了共军的奸计

我国有据可查的无线局域网通信可以追溯到1948年：

顾祝同在飞机上通过无线电话，指挥着黄维中了共军的奸计。

玩笑结束，言归正传。

我们知道，以太网802.3标准早在80年代就已经被IEEE所定义并广泛应用，但无线局域网802.11标准却在1997年才姗姗来迟。

和以太网一样，802.11是由IEEE定义的，采用2.4G非授权频段——也就是谁都可以用的频率，速率为2Mbps。

802.11的通信以空气为介质，两个设备之间的通信可以设备到设备(ad hoc)的方式进行，也可以在基站(Base Station, BS)或者访问点(Access Point，AP)的协调下进行。

AP和STA发送的数据包，在空间信道中，每个AP或STA都可以接收到。大家根据目的MAC判断是不是自己应当收取的数据包。如果是自身MAC，则进行下一步处理，否则将这个数据包丢弃。

可以看出，无线局域网与最初的以太网均使用共享介质，最大的区别在于传输介质是铜缆还是空气。因此，无线局域网(WLAN)也被称为无线以太网。

我们知道，以太网对于避免数据包发送冲突，采用了CSMA/CD的算法。CSMA指的是只有信道空闲一段时间后才可以发送，而CD指的是，一旦发现冲突，所有发送者立即停止发送，以避免碰撞产生的错误数据包。

而WLAN则对CSMA/CD做了一定的修改，叫做CSMA/CA。

CSMA还是那个CSMA：各个STA和AP都侦听信道(空气)是否空闲，只有信道(相对)空闲才可以启动发送。

而CD和CA的区别，则是冲突时的动作。

CA指的是“冲突避免”，而并非冲突检测。要知道，空间信道和铜缆信道不一样，如果像以太网那样，发生冲突立即停止发送，会导致WLAN基本不可用。

如下图所示：

如果B正在对A发送，发送过程中，C检测到链路并非空闲，不敢开始向D发送。

这是著名的“暴露基站”问题。

CSMA/CA算法就是解决这一问题的。

为了尽量避免碰撞，CSMA/CA协议采用了一系列算法。

1. IFS (InterFrame Space)帧间间隔，发送完一帧后强制等待监听一段时间才能发送下一帧，保证其他站可以发送高优先级帧；
2. VCS(Virtual Carrier Sense)虚拟载波监听，源站发送前向其他站预约信道占用，避免其他站误判信道空闲造成冲突。后面会详解VCS实现的方式；
3. 退避算法。检测到信道忙的时候通过“指数退避”来避免信道冲突。

这样就可以避免信道冲突造成的信道资源被严重浪费，而提高整体的吞吐量。

可以看出，WLAN的MAC实现比以太网复杂许多。当然，其数据帧头也比以太网要复杂。究竟复杂在哪里呢？

且听下回分解。