80211MAC分离研究.doc

上周已经介绍过，对于我们开发的WCS采用的一种集中化构架的系统，如果想要这个集中式WLAN构架的成效够卓越，那么相关信息就要不断馈送到网络管理设备上。但是如果没有整体、精确及更新速度达到毫秒级的无线环境状态信息，中心设备就无法做出准确决策，而且如果中心控制器参与所有的接入点操作，它可能会影响那些对时序特别敏感的功能。因此，必须在其中寻求一种平衡。解决集中化架构平衡问题的一个方案是提供一个全新的802.11服务传送设计，在两种设备(即AP和中心WLAN交换机/设备)之间将802.11 MAC层的处理任务进行分割对于分离MAC结构，我的理解就是说要对接入点和中心交换机之间分配MAC处理任务，那么在此之前我们就要先了解802.11MAC802.11 MAC要了解802.11，首先就要知道的协议栈框架，如下图所示可以看出它与以太网协议栈的构造基本相同，只是在底层有一定的区别，下面我们对底层做以下分析：由上图可以看出在802.11中PHY完成了无线信号的传输，而MAC则要完成寻址、访问协调、帧校验序列生成/检查、LLC PDU界定等功能。 上图可以更好的理解802.11链路层架构：l 物理介质依赖层（PMD）：用来调制解调和编码/解码l 物理层汇聚协议（PLCP）：向上提供独立于传输技术的物理层访问点（SAP）l 802.11介质访问控制层：控制介质访问；用户数据分段；加密对于802.11MAC管理l MAC管理：1. 站与AP的关联，站的漫游2. 认证、加密、同步、能量管理3. MAC管理信息库的维护l PHY管理：1. 信道转换2. 物理管理信息库的维护l 站管理1. 协同两个管理层2. 高层功能对802.11MAC的构架有了基本的了解之后，我们下面主要了解802.11MAC提供的基本服务：l 异步数据服务1. 广播2. 组播3. best effort4. Ad hoc、APl 时限服务1. AP2. 需要AP控制介质访问以避免冲突了解了802.11MAC的基本服务后，现在对802.11服务做一个总结：l 控制访问和机密性（3）：Authentication、De-authentication、privacyl 用于支持MAC服务数据单元的传送1. 处理移动性：association、re- association、disassociation、distribution、integration2. 数据传递：MSDU（MAC Service Data Unit） delivery在分布式系统的消息分发中：l Distribution：1. 用在专电之间交换MAC帧；2. 从一个BSS站点发送到另一个BSS站点l Integration1. 但数据交换双方一个位于802.11LAN，另一个位于非802.11LAN时2. 涉及地址转换、传输介质变换逻辑和帧格式转换对于关联服务：Association：站点必须与所在BSS的AP建立关联，AP才能将此信息通报给ESS内的其他AP，以便路有和帧传递Re-Association：关联可从一个AP转换到另外一个，允许站点从一个BSS移动到另一个Disassociation：去联通告可由AP或者与之相关的站点出发，MAC管理机制防止没有通告的站点消失接入认证和私密服务：Authentication：802.11支持多种认证模式，且可以扩充，并没有强制任何特定的认证模式De- Authentication：一个原先已通过认证的站点离开网络是需要接触认证Privacy：用来防止消息内容被非指定接收者阅读在对802.11服务做了相关认识后，但是我们并不了解这些服务是如何被识别的，也是就是说服务的读取处理，这就需要我们对802.11MAC帧结构作一个分析：从上图我们可以看到802.11帧的完整结构，下面对802.11帧的各个字段作一个说明：l Frame control：这个字段虽然只有两个字节，但是它的作用很大，而且在实现MAC分离中主要是对该字段的读取l Duration/ID：表示下一个要发送的帧可能要持续的时间l Address 14：这四个地址分别代表了：A1物理接收者；A2物理发送者；A3逻辑发送者；A4逻辑接收者。但是值得注意的是：每个地址的真正含义是由Frame control中的DS解释的，我们会在后面做详细介绍l Sequence control：序列号用来过滤掉重复的帧l Data：数据存放地，可包含任意长度数据（02312字节）l Checksum：802.11采用的是4个字节的校验码下来我们对Frame control字段做一个详细的介绍：Protocol Version字段2bit长，大小不可变，用来表示该标准所有版本修订。对于现用的这个标准Protocol Version值为0。只有当新修订版本和先前标准编辑存在不兼容问题时，修订版本的级别会增加。如果一个MAC实体收到的框架带有更高的修订版本级别时，就会在不向STA或LLC发送提示的情况下丢弃此框架Type和Subtype字段Type字段2bit长，Subtype字段4bit长，type和subtype字段一起定义了框架功能。共有3种框架类型：控制，数据和管理。每种框架类型有定了几个次类型。在数据类型框架中，Subtype字段最重要的bit位 b7用来定义Qos次字段，下表定义了可用的type和subtype的结合可以看出在type/subtype字段确定了帧的功能：l 管理（00）：包含了11个子项：关联请求/响应、重新关联请求/响应、去联、探测请求/响应、beacon、ATIM（通信指示信息声明）、认证、取消认证l 控制（01）：包含了6个子项：ACK、RTS/CTS、Power save-poll、CF-end、CF-end+CF-ack、节能模式l 数据（10）：包含8个子项l 保留（11）对于to DS 和from DS字段，对他们信息的读取来决定A1A4的地址内容：以上我们对802.11MAC帧结构作了大致分析，现在开始研究相关的MAC分离在对MAC分离研究之前我们先了解AP如何对上述802.11mac功能的使用：上图为传统模式下的用户与AP网络连接流程，我们可以通过对上图的分析来研究MAC分离中AP应该保留什么样的MAC功能l 很多客户端偶尔发送“探查请求”以确定附近是否有强信号的AP可以提供适当的服务。对客户端做出响应的AP提供它们所工作的信道信息，以及可用的个别WLAN信息(比如SSID)。对于Probing操作，我认为对来自用户的探测请求帧的响应还是应交给AP自己去完成。因为该操作属于时间敏感操作，由AP操作可以提高系统的效率但是值得注意的是，在接收到探测请求的通知后，AP应向WCS提交该探测请求通知，因为这是出于安全的考虑，有WCS统一的提供安全策略可是网络安全性大大提高，而且这样有利于WCS统一管理用户，将用户平衡的分配在所有AP上，避免某个AP的服务量过大导致服务质量的下降。l 无线帧传输速率适应，用户和AP之间的数据交互握手也应放在AP中完成，原因很简单：这种基于每个帧的时间敏感的握手动作放在本地AP可以提高AP与用户之间的传输速率l 信标帧生成：通过AP生成beacons要比通过交换机生成更为有效l 控制帧的处理：RTS/CTS/ACK/PS-Poll/CF-End/CF-ACKl 同步l 重传除此之外AP还应具有的功能：l 在节能操作时对用户数据帧的缓存和传输放在AP中进行，这样可以减少用户所需的能量消耗l 在以前的研究中我们知道，在WCS中有个很重要的功能，可以根据信号质量作RF转换且平衡负载，这就要求AP为他提供实时的信号质量信息，并且AP还要检测每个广播频道的噪声，其他WLAN的情况，以遍WCS作相应的调整l 在Csico的WLAN white paper中提到了对欺骗AP的定位问题，这就要求AP具有检测它周边AP的能力，并实时上报l 最后就是2层加密了，为了数据传输的安全，数据在AP中就做了加密处理由上面的分析不难发现，AP只处理有实时要求的协议部分，所有其它功能都由WLAN交换机/设备处理，WLAN控制器所提供的一些MAC层功能包括：802.11认证、802.11关联和再关联(移动性)、802