局域網這個詞大家聽起來應該不陌生,但他是如何工作的呢?

通過這篇文章一起來學習一下:

1. 局域網概述

局域網的發展歷程

1969年誕生了世界第一個由大型主機構成的ARPANET網絡（是廣域網）之後，隨着PC的普及和對數據共享的需求，人們開始研究局域網（LAN），1973年誕生以太網（Ethernet）。

1980年美國DEC、Intel與Xerox三家公司聯合提出以太網規範（DIX Ethernet V1），這是世界上第一個局域網技術標準。82年升級爲DIX Ethernet V2，83年的以太網國際標準IEEE 802.3就是參照以太網的技術標準建立的，兩者基本兼容。

局域網的特點

局域網（LAN）：
地理範圍有限，以實現資源共享爲基本目的的高速計算機網絡。

特點：

本質特徵：分佈距離短、數據傳輸速度快、低誤碼率
網絡爲一個單位擁有，不受公共網絡束縛。
廣播式通道：多節點共享傳輸介質，因此使用廣播信道的局域網也被稱爲共享式局域網。技術關鍵是共享信道分配問題，亦稱爲介質訪問控制MAC。

雖然交換式局域網在有線領域已完全取代了共享式局域網，但無線局域網仍然使用的是共享媒體技術。

局域網主要技術要素

傳輸介質：雙絞線、基帶同軸電纜、光纖、無線。
網絡拓撲：要注意物理拓撲和邏輯拓撲
介質訪問控制方法：局域網中各節點對共享通信介質的使用方法，不同類型的局域網通常使用不同的介質訪問控制協議。

物理拓撲和邏輯拓撲

物理拓撲指網絡的幾何形狀，即通常意義的拓撲；
邏輯拓撲則指各節點信息在通信介質中傳輸的流動形式。

局域網體系結構

IEEE 802委員會爲局域網制定了一系列標準，它們統稱爲IEEE 802標準， 85年成爲ISO國際標準。包括局域網參考模型與各層協議（局域網體系結構）。

IEEE802局域網參考模型

爲了使數據鏈路層能更好地適應多種局域網標準，IEEE 802 委員會就將局域網的數據鏈路層拆成兩個子層：

邏輯鏈路控制 LLC (Logical Link Control)子層；
媒體接入控制 MAC (Medium Access Control)子層。

數據鏈路層的兩個子層

與媒體接入控制有關的內容都放在 MAC子層，而 LLC 子層則與傳輸媒體無關。

不管採用何種協議的局域網，對 LLC 子層來說都是透明的。

由於 TCP/IP 體系經常使用的局域網是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 標準中的幾種局域網，因此現在 802 委員會制定的邏輯鏈路控制子層 LLC（即 802.2 標準）的作用已經不大了。

很多廠商生產的適配器上就僅裝有 MAC 協議而沒有 LLC 協議。

IEEE 802爲局域網制定的協議

802.1 描述體系結構以及網絡管理和網絡互連等。
802.1Q：虛擬局域網（1998）
802.2 定義了邏輯鏈路控制(LLC)子層的功能與服務
802.3 CSMA/CD訪問控制方法與物理層規範。
802.3i: 描述10Base-T訪問控制方法和物理層技術規範。（1990）
802.3u: 100BASE-T訪問控制方法與物理層規範。
802.3z: 1000Base-X訪問控制方法和物理層技術規範。
802.3ab: 1000BASE-T訪問控制方法與物理層規範
802.3ac：描述VLAN的幀擴展（1998）
802.3ae：10GBase-X訪問控制方法和物理層技術規範。（2003）
802.4：描述Token-Bus訪問控制方法和物理層技術規範。
802.5 TOKEN-TING訪問控制方法與物理層規範
802.6：描述城域網（MAN）訪問控制方法和物理層技術規範（1994）。
802.7：描述寬帶網訪問控制方法和物理層技術規範。
802.8 ：FDDI局域網訪問控制方法與物理層規範
802.10：描述局域網網絡安全標準（1998）。
802.11：無線局域網訪問控制方法與物理層規範（1999）
802.16：描述寬帶無線訪問標準（Broadband Wireless Access Standards）。

IEEE 802.4：Token Bus 令牌總線

IEEE 802.4：Token Bus 令牌環

TOKEN RING介質訪問控制方法

令牌環訪問控制方式適用於環形邏輯拓撲結構局域網，是一種定時型（確定、有序）介質訪問控制方式。

令牌(TOKEN)是一種特殊的比特組合模式，哪一個節點獲取了它，就有權向環路發送數據。其訪問控制過程如下圖：
①截獲令牌並且發送數據幀
②接收與轉發數據
③取消數據幀並且重發令牌。

適配器（網卡）

網絡接口板又稱爲通信適配器 (Adapter) 或網絡接口卡 NIC (Network Interface Card)。網卡既連接局域網中的計算機，又連接局域網中的傳輸介質。

適配器的重要功能：

進行串行/並行轉換。
數據封裝與解封。
編碼與譯碼。
鏈路管理，主要是CSMA/CD協議的實現。

計算機通過適配器和局域網進行通信

MAC 層的硬件地址

在局域網中，硬件地址又稱爲物理地址，或 MAC 地址。

802 標準所說的“地址”嚴格地講應當是每一個站的“名字”或標識符。

但鑑於大家都早已習慣了將這種 48 位的“名字”稱爲“地址”，所以本書也採用這種習慣用法，儘管這種說法並不太嚴格。

IEEE 802 標準規定 MAC 地址字段採用 6 字節 ( 48位) 。

注意：如果連接在局域網上的主機或路由器安裝有多個適配器，那麼這些設備就有多個“地址”。準確些說，這種 48位“地址”應當是某個接口的標識符。

48 位的 MAC 地址

IEEE 的註冊管理機構 RA 負責向廠家分配地址字段 6 個字節中的前三個字節 (即高位 24 位)，稱爲組織唯一標識符。

地址字段 6 個字節中的後三個字節 (即低位 24 位) 由廠家自行指派，稱爲擴展唯一標識符，必須保證生產出的適配器沒有重複地址。

典型的Ethernet地址： 00-60-8C-01-28-12
000000001010000010001100 000000010010100000010010

適配器檢查 MAC 地址

適配器從網絡上每收到一個 MAC 幀就首先用硬件檢查 MAC 幀中的 MAC 地址。

如果是發往本站的幀則收下，然後再進行其他的處理。

否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。

“發往本站的幀”包括以下三種幀：

單播 (unicast) 幀（一對一）
廣播 (broadcast) 幀（一對全體）
多播 (multicast) 幀（一對多）

所有的適配器都至少能夠識別前兩種幀，即能夠識別單播地址和廣播地址。

有的適配器可用編程方法識別多播地址。

只有目的地址才能使用廣播地址和多播地址。

2. 共享式以太網

技術概述

最初的以太網是將許多計算機都連接到一根總線上。當初認爲這樣的連接方法既簡單又可靠，因爲總線上沒有有源器件。

共享式以太網（Ethernet）技術特點

共享式以太網（Ethernet）—指邏輯拓撲結構爲總線型的，採用CSMA/CD訪問控制方法的基帶局域網。Ethernet使用曼徹斯特編碼。

以太網提供的服務是不可靠的交付。當目的站收到有差錯的數據幀時就丟棄此幀，其他什麼也不做。差錯的糾正由高層來決定。

爲了通信簡便，採用較爲靈活的無連接的工作方式：

不必先建立連接就可以直接發送數據。
對發送的數據幀不進行編號，也不要求對方發回確認。

這樣做的理由是局域網信道的質量很好，因信道質量產生差錯的概率是很小的。

以太網的MAC幀格式

常用的以太網 MAC 幀格式有兩種標準：
DIX Ethernet V2 標準和IEEE 的 802.3 標準

兩者基本兼容，最常用的 MAC 幀是以太網 V2 的格式。

以太網 V2 的 MAC 幀格式

類型字段用來標誌上一層使用的是什麼協議，以便把收到的 MAC 幀的數據上交給上一層的這個協議。
數據字段的正式名稱是 MAC 客戶數據字段。
最小長度 64 字節 - 18 字節的首部和尾部 = 數據字段的最小長度（46字節）
當數據字段的長度小於 46 字節時，應在數據字段的後面加入整數字節的填充字段，以保證以太網的 MAC 幀長不小於 64 字節。
FCS:當傳輸媒體的誤碼率爲 1*10^-8 時， MAC 子層可使未檢測到的差錯小於 1 * 10^-14。
在幀的前面插入（硬件生成）的 8 字節中，第一個字段共 7 個字節，是前同步碼，用來迅速實現 MAC 幀的比特同步。第二個字段 1 個字節是幀開始定界符，表示後面的信息就是 MAC 幀。

無效的 MAC 幀

數據字段的長度與長度字段的值不一致；
幀的長度不是整數個字節；
用收到的幀檢驗序列 FCS 查出有差錯；
數據字段的長度不在 46 ~ 1500 字節之間。
有效的 MAC 幀長度爲 64 ~ 1518 字節之間。

對於檢查出的無效 MAC 幀就簡單地丟棄。以太網不負責重傳丟棄的幀。

幀間最小間隔IFG(Interframe Gap)

以太網幀間最小間隔爲96 bit 的發送時間，10M以太網相當於9600ns。

一個站在檢測到總線開始空閒後，還要等待9600ns才能再次發送數據。

爲了使剛剛收到數據幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準備（流量控制）。

以太網集線器及10BASE-T

傳統以太網最初是使用粗同軸電纜，後來演進到使用比較便宜的細同軸電纜，最後發展爲使用更便宜和更靈活的雙絞線。

採用雙絞線的以太網採用星形物理拓撲，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器 (hub)。

星形以太網 10BASE-T

1990 年，IEEE 制定出星形以太網 10BASE-T 的標準 802.3i。

使用無屏蔽雙絞線，採用星形拓撲。

每個站需要用兩對雙絞線，分別用於發送和接收。

雙絞線的兩端使用 RJ-45 插頭。

集線器使用了大規模集成電路芯片，因此集線器的可靠性提高。

10BASE-T 的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過 100 m。

10BASE-T 以太網在局域網中的統治地位

這種 10 Mbit/s 速率的無屏蔽雙絞線星形網的出現，既降低了成本，又提高了可靠性。具有很高的性價比。

10BASE-T 雙絞線以太網的出現，是局域網發展史上的一個非常重要的里程碑，它爲以太網在局域網中的統治地位奠定了牢固的基礎。

從此以太網的拓撲就從總線形變爲更加方便的星形網絡，而以太網也就在局域網中佔據了統治地位。

集線器的特點

集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統仍然像一個傳統的以太網那樣運行。
使用集線器的以太網在邏輯上仍是一個總線網，各工作站使用的還是 CSMA/CD 協議，並共享邏輯上的總線。
集線器很像一個多接口的轉發器，工作在物理層。
集線器採用了專門的芯片，進行自適應串音回波抵消，減少了近端串音。

傳統共享式以太網的不足及對策

不足：

傳統以太網技術建立在“共享介質”基礎上，CSMS/CD介質訪問控制方法用來保證每個結點都能夠“公平”地使用公共傳輸介質；
每個結點平均能分配到的帶寬隨着結點數的不斷增加而急劇減少；
網絡通信負荷加重時，衝突和重發現象將大量發生，網絡效率將會下降。

對策：

提高數據傳輸速率：10Mb/s→100Mb/s→10Gb/s →100Gb/s ；
將一個大型局域網劃分成多個用網橋或路由器互連的子網，導致了局域網互連技術的發展；
將“共享介質方式”改爲“交換方式”導致了“交換式局域網”技術的發展。

3. 交換式以太網

隨着局域網規模日益擴大，站點數目增多，網絡通信負載加重，具有更高性能的交換式以太網在有線領域已完全替代了共享式以太網。

網橋

網橋工作在數據鏈路層，它根據 MAC 幀的目的地址對收到的幀進行轉發。

使用網橋帶來的好處

網橋使各網段成爲隔離開的碰撞域，過濾了通信量。
擴大了物理範圍。
可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太網）的局域網。

使用網橋帶來的缺點

存儲轉發增加了時延。
在MAC 子層並沒有流量控制功能。
具有不同 MAC 子層的網段橋接在一起時時延更大。
網橋只適合於用戶數不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產生網絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。

網橋和集線器的不同

集線器工作在物理層，網橋工作在數據鏈路層。
網橋在轉發幀之前必須執行 CSMA/CD 算法。
若在發送過程中出現碰撞，就必須停止發送和進行退避。

以太網交換機（Swithch）

1990 年問世的交換式集線器 (switching hub) 可明顯地提高以太網的性能。

交換式集線器常稱爲以太網交換機 (switch) 或二層交換機 (L2 switch)，以太網交換機實質上就是一個多接口的網橋，可見交換機工作在數據鏈路層。

交換機內的電路讓每個計算機位於單獨的局域網網段上並與其他網段通過網橋連接。

交換機 (switch) 工作原理

共享式與交換式以太網的區別

共享式以太網平分網絡帶寬，網絡中的站點屬於同一個衝突域。

而交換技術受傳統的電路交換的啓示，讓通信的雙方擁有一條不受干擾的獨立信道。可以實現多對用戶之間的點－點通信。

交換式以太網的技術特點

以太網交換機能同時連通多對接口，使多對主機能同時通信（併發連接）；
以太網交換機是一種即插即用設備，其內部的幀交換表是通過自學習算法自動地逐漸建立起來的；
支持不同的傳輸速率和工作模式；
低交換延遲–基於硬件交換技術；
支持虛擬局域網服務。

獨佔傳輸媒體的帶寬而無碰撞地傳輸數據

對於普通 10 Mb/s 的共享式以太網，若共有 N 個用戶，則每個用戶佔有的平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的 N 分之一。

使用以太網交換機時，雖然在每個接口到主機的帶寬還是 10 Mb/s，但由於一個用戶在通信時是獨佔而不是和其他網絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對於擁有 N 對接口的交換機的總容量爲 N*10 Mb/s。這正是交換機的最大優點。

以太網交換機的兩種交換方式

存儲轉發方式
把整個數據幀先緩存後再進行處理。
直通 (cut-through) 方式
接收數據幀的同時就立即按數據幀的目的 MAC 地址決定該幀的轉發接口，因而提高了幀的轉發速度。
缺點是它不檢查差錯就直接將幀轉發出去，因此有可能也將一些無效幀轉發給其他的站。

在某些情況下，仍需要採用基於軟件的存儲轉發方式進行交換，例如，當需要進行線路速率匹配、協議轉換或差錯檢測時。

以太網交換機的自學習功能

以太網交換機運行逆向自學習算法自動維護交換表。

開始時，以太網交換機裏面的交換表是空的。

交換機的逆向自學習和轉發幀的步驟

交換機收到一幀後先進行自學習。查找轉發表中與收到幀的源地址有無相匹配的項目。如沒有，就在轉發表中增加一個項目（源地址、進入的接口和時間）。如有，則把原有的項目進行更新。

轉發幀,查找轉發表中與收到幀的目的地址有無相匹配的項目:

如沒有，則通過所有其他接口（但進入交換機的接口除外）按進行轉發。
如有，則按轉發表中給出的接口進行轉發。
若轉發表中給出的接口就是該幀進入交換機的接口，則應丟棄這個幀（因爲這時不需要經過交換機進行轉發）。

按照逆向自學習算法處理收到的幀和建立交換表

考慮到可能有時要在交換機的接口更換主機，或者主機要更換其網絡適配器，這就需要更改交換表中的項目。爲此，在交換表中每個項目都設有一定的有效時間。過期的項目就自動被刪除。

以太網交換機的這種自學習方法使得以太網交換機能夠即插即用，不必人工進行配置，因此非常方便。

從總線以太網到星形以太網

早期，以太網採用無源的總線結構。

現在，採用以太網交換機的星形結構成爲以太網的首選拓撲。

總線以太網使用 CSMA/CD 協議，以半雙工方式工作。

以太網交換機不使用共享總線，沒有碰撞問題，因此不使用 CSMA/CD 協議，而是以全雙工方式工作。但仍然採用以太網的幀結構。

虛擬局域網（Vlan）

在IEEE 802.1Q標準中是這樣定義的：虛擬局域網是由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組，而這些網段具有某些共同的需求.

只是給用戶提供的一種服務，而並不是一種新型局域網。它以軟件方式實現對邏輯工作組的劃分與管理。

一個邏輯工作組的結點可以分佈在不同的物理網段上，不受物理位置的限制，但它們之間的通信就像在同一個物理網段上一樣。

利用以太網交換機可以很方便地實現虛擬局域網 VLAN (Virtual LAN)。

當 B1 向 VLAN2 工作組內成員發送數據時，工作站 B2 和 B3 將會收到廣播的信息。
B1 發送數據時，工作站 A1，A2 和 C1都不會收到 B1 發出的廣播信息。

虛擬局域網限制了接收廣播信息的工作站數，使得網絡不會因傳播過多的廣播信息而引起性能惡化。

虛擬局域網使用的以太網幀格式

IEEE 批准了 802.3ac 標準，該標準定義了以太網的幀格式的擴展，以支持虛擬局域網。

虛擬局域網協議允許在以太網的幀格式中插入一個4字節的標識符，稱爲VLAN 標記 (tag)，用來指明發送該幀的計算機屬於哪一個虛擬局域網。

插入 VLAN 標記得出的幀稱爲 802.1Q 幀或帶標記的以太網幀:

4. 高速以太網

速率達到或超過 100 Mbit/s 的以太網稱爲高速以太網

100BASE-T 以太網

100BASE-T 在雙絞線上傳送 100 Mbit/s 基帶信號的星形拓撲以太網，仍使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 協議。

100BASE-T 以太網又稱爲快速以太網 (Fast Ethernet)。

1995 年IEEE已把 100BASE-T 的快速以太網定爲正式標準，其代號爲 IEEE 802.3u。

100BASE-T 以太網的特點

可在全雙工方式下工作而無衝突發生。在全雙工方式下工作時，不使用 CSMA/CD 協議。

MAC 幀格式仍然是 802.3 標準規定的。

保持最短幀長不變，但將一個網段的最大電纜長度減小到 100 m。

幀間時間間隔從原來的 9600ns改爲現在的 960ns。

100 Mbit/s 以太網的三種不同的物理層標準

100BASE-TX
使用 2 對 UTP 5 類線或屏蔽雙絞線 STP。
網段最大程度：100米。
100BASE-T4
使用 4 對 UTP 3 類線或 5 類線。
網段最大程度：100米。
100BASE-FX
使用 2 對光纖。
網段最大程度：2000米。

吉比特以太網

允許在 1 Gbit/s 下以全雙工和半雙工兩種方式工作。

使用 IEEE 802.3 協議規定的幀格式。

在半雙工方式下使用 CSMA/CD 協議，全雙工方式不使用 CSMA/CD 協議。

與 10BASE-T 和 100BASE-T 技術向後兼容。

吉比特以太網可用作現有網絡的主幹網，也可在高帶寬（高速率）的應用場合中。

吉比特以太網的物理層

使用兩種成熟的技術：一種來自現有的以太網，另一種則是美國國家標準協會 ANSI 制定的光纖通道 FC (Fiber Channel)。

吉比特以太網的配置舉例

10吉比特以太網 (10GE) 和更快的以太網

10 吉比特以太網（10GE）並非把吉比特以太網的速率簡單地提高到 10 倍，其主要特點有：

與 10 Mbit/s、100 Mbit/s 和 1 Gbit/s 以太網的幀格式完全相同。
保留了 802.3 標準規定的以太網最小和最大幀長，便於升級。
不再使用銅線而只使用光纖作爲傳輸媒體。
只工作在全雙工方式，因此沒有爭用問題，也不使用 CSMA/CD 協議。

10 吉比特以太網的物理層

更快的以太網

以太網的技術發展得很快,在 10GE 之後又制訂了 40GE/100GE（即 40 吉比特以太網和 100 吉比特以太網）的標準 IEEE 802.3ba-2010 和 802.3bm-2015。

40GE/100GE 只工作在全雙工的傳輸方式（因而不使用 CSMA/CD 協議），並仍保持了以太網的幀格式以及 802.3 標準規定的以太網最小和最大幀長。

100GE 在使用單模光纖傳輸時，仍然可以達到 40 km 的傳輸距離，但這是需要波分複用（使用 4 個波長複用一根光纖，每一個波長的有效傳輸速率是 25 Gbit/s）。

40GE/100GE 的物理層

端到端的以太網傳輸

以太網的工作範圍已經從局域網（校園網、企業網）擴大到城域網和廣域網，從而實現了端到端的以太網傳輸。

這種工作方式的好處有：

技術成熟；
互操作性很好；
在廣域網中使用以太網時價格便宜；
採用統一的以太網幀格式，簡化了操作和管理。

以太網從 10 Mbit/s 到100 Gbit/s 的演進

以太網從 10 Mbit/s 到 100 Gbit/s 的演進證明了以太網是：

可擴展的（從 10 Mbit/s 到 100 Gbit/s）；
靈活的（多種傳輸媒體、全/半雙工、共享/交換）；
易於安裝；
穩健性好。

5. 無線局域網

無線局域網的組成

無線局域網有兩種組網模式：無固定基站的自組網絡（Ad-Hoc）模式和有固定基站的基礎結構網絡（Infrastructure）模式。

有固定基礎設施的無線局域網

IEEE 802.11

對於有固定基礎設施的無線局域網，最有名的就是IEEE 802.11無線局域網。

實際上802.11既支持有固定基礎設施的網絡，也支持無固定基礎設施的網絡，但使用最多的是它的有固定基礎設施的組網方式。

凡使用802.11系列協議的局域網又稱爲Wi-Fi（Wireless Fidelity，即無線保真度）

與接入點 AP 建立關聯(association)

一個移動站若要加入到一個基本服務集 BSS，就必須先選擇一個接入點 AP，並與此接入點建立關聯。

建立關聯就表示這個移動站加入了選定的 AP 所屬的子網，並和這個 AP 之間創建了一個虛擬線路。

只有關聯的 AP 才向這個移動站發送數據幀，而這個移動站也只有通過關聯的 AP 才能向其他站點發送數據幀。

移動站與 AP 建立關聯的方法

被動掃描，即移動站等待接收接入站週期性發出的信標幀(beacon frame)。
信標幀中包含有若干系統參數（如服務集標識符 SSID 以及支持的速率等）。
主動掃描，即移動站主動發出探測請求幀(probe request frame)，然後等待從 AP 發回的探測響應幀(probe response frame)。

移動自組網絡

自組網絡(ad hoc network)是沒有固定基礎設施（即沒有 AP）的無線局域網。這種網絡由一些處於平等狀態的移動站之間相互通信組成的臨時網絡。

802.11的ad hoc模式允許在通信範圍內的各站點間直接進行通信，組成一個無中心不與外界網絡連接的自組網絡，支持站點間的單跳通信，但在標準中並沒有包括多跳路由功能。

移動自組網絡的應用前景

在軍事領域中，攜帶了移動站的戰士可利用臨時建立的移動自組網絡進行通信。

這種組網方式也能夠應用到作戰的地面車輛羣和坦克羣，以及海上的艦艇羣、空中的機羣。

當出現自然災害時，在搶險救災時利用移動自組網絡進行及時的通信往往很有效的，

幾種常用的 802.11 無線局域網

802.11局域網的MAC幀

802.11的MAC幀共有三種類型，即控制幀、數據幀和管理幀。

802.11 的 MAC協議

1. 使用CSMA/CA 協議

無線鏈路是無導向信道，故其比特錯誤比有線鏈路更加普遍。因爲：

遞減的信號強度；
外界干擾；
多路徑傳播；

無線局域網卻不能簡單地搬用 CSMA/CD 協議。這裏主要有兩個原因：

衝突檢測（CD）在無線局域網的設備中要實現這種功能花費過大。
即使我們能夠實現碰撞檢測的功能，無線鏈路中還存在隱蔽站問題。

當 A 和 C 檢測不到無線信號時，都以爲 B 是空閒的，因而都向 B 發送數據，結果發生碰撞。

這種未能檢測出媒體上已存在的信號的問題叫做隱蔽站問題(hidden station problem)

CSMA/CA 協議

無線局域網只能使用改進的 CSMA 協議。辦法是把 CSMA 增加一個碰撞避免(Collision Avoidance)功能。

802.11 就使用 CSMA/CA 協議。而在使用 CSMA/CA 的同時，還增加使用停止等待協議。

CSMA/CA 協議的基本原理：當一個終端節點要向另一個終端節點發送數據時，先進行通道的預約。

CSMA/CA協議只能用於有明確目標地址的幀，不能用於組播報文和光播報文傳輸。

衝突避免：交換RTS - CTS

2. 確認與幀間間隔

所有的站在完成發送後，必須再等待一段很短的時間（繼續監聽）才能發送下一幀。這段時間的通稱是幀間間隔 IFS (InterFrame Space)。

幀間間隔長度取決於該站欲發送的幀的類型。高優先級幀需要等待的時間較短，因此可優先獲得發送權。

若低優先級幀還沒來得及發送而其他站的高優先級幀已發送到媒體，則媒體變爲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。

幀間間隔

DIFS

SIFS，即短(Short)幀間間隔，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬於一次對話的各幀。一個站應當能夠在這段時間內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

PIFS，即點協調功能幀間間隔，它比 SIFS 長，是爲了在開始使用 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 SIFS 加一個時隙(slot)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媒體時，那麼在下一個時隙開始時，其他站就都能檢測出信道已轉變爲忙態。

SIFS

DIFS，即分佈協調功能幀間間隔（最長的 IFS），在 DCF 方式中用來發送數據幀和管理幀。DIFS 的長度比 PIFS 再增加一個時隙長度。

CSMA/CA 協議的原理

欲發送數據的站先檢測信道。在 802.11 標準中規定了在物理層的空中接口進行物理層的載波監聽。

通過收到的相對信號強度是否超過一定的門限數值就可判定是否有其他的移動站在信道上發送數據。

當源站發送它的第一個 MAC 幀時，若檢測到信道空閒，則在等待一段時間 DIFS 後就可發送。

爲什麼信道空閒還要再等待？這是考慮到可能有其他的站有高優先級的幀要發送。如有，就要讓高優先級幀先發送。

假定沒有高優先級幀要發送

源站發送了自己的數據幀。

目的站若正確收到此幀，則經過時間間隔 SIFS 後，向源站發送確認幀 ACK。

若源站在規定時間內沒有收到確認幀 ACK（由重傳計時器控制這段時間），就必須重傳此幀，直到收到確認爲止，或者經過若干次的重傳失敗後放棄發送。

3. 退避算法

爲避免碰撞，如果要發送數據的站發現信道忙在信道恢復空閒時並不是立即發送數據，而是要退避一段隨機的時間（大於DIFS）若信道仍然空閒才能發送數據

若發送方接收到確認要立即發送下一幀時，爲公平競爭，也要執行退避
當發送方沒有接收到確認，重傳幀時，要將隨機選擇退避時間的範圍擴大一倍。

退避算法的使用情況

僅在下面的情況下才不使用退避算法：
檢測到信道是空閒的，並且這個數據幀是要發送的第一個數據幀。

除此以外的所有情況，都必須使用退避算法。即：

在發送第一個幀之前檢測到信道處於忙態。
在每一次的重傳後。
在每一次的成功發送後。

計算機網絡與通信之局域網