无线局域网（IEEE 802.11）

2026 大纲 三（六）3 IEEE 802.11 无线局域网。无线为什么做不了碰撞检测、隐蔽站成因、DCF 接入流程、退避与冻结、NAV 数值怎么算，都在 CSMA/CA 协议；本篇讲 802.11 这套系统本身。

一、机制之外，这套系统是怎么组起来的

上一节讲的是协议机制——怎么避免碰撞、怎么退避、怎么预约。但 802.11 不只是一个接入协议，它是一整套局域网：谁和谁算一个网、帧长什么样、一份数据要走几跳。

而这套系统里最要紧的一件事，恰恰是上一节没提的：基础设施模式下，两台无线主机之间没有直接链路，一切都必须经过 AP 中转。 这一条决定了本节后半的全部内容——包括 802.11 的帧为什么需要四个地址，而以太网两个就够。

组网层次：BSS、ESS 与 BSSID

一个 AP 加它服务的所有 STA 组成一个 BSS；AP 的 MAC 地址就是 BSSID（不是 SSID 那个网络名称）；多个 BSS 经分配系统 DS（通常是有线以太网）连成 ESS。

基础设施模式下 STA 之间也必须经 AP：关联是 STA 与 AP 之间建立的，两台 STA 之间没有直接链路关系，而且它们可能互为隐蔽站。代价很实在——同一份数据在无线信道上传两遍，有效吞吐减半。

另一种是自组网（Ad Hoc）模式：无 AP、节点对等、拓扑动态变化，因而没有 PCF 子层。

⚠️ 自组网与移动 IP 不是一回事：后者仍基于固定互联网的路由选择协议，前者有自己的路由协议且可以不和互联网相连。

标准家族：变的全是物理层

标准	别名	频段	最高数据率	物理层技术
802.11b	Wi-Fi 1	2.4 GHz	11 Mb/s	扩频
802.11a	Wi-Fi 2	5 GHz	54 Mb/s	OFDM
802.11g	Wi-Fi 3	2.4 GHz	54 Mb/s	OFDM
802.11n	Wi-Fi 4	2.4 / 5 GHz	600 Mb/s	MIMO + OFDM
802.11ac	Wi-Fi 5	5 GHz	数 Gb/s	MIMO + OFDM
802.11ax	Wi-Fi 6	2.4 / 5 GHz	数 Gb/s	MIMO + OFDM

具体速率数字不必记，要记的是这张表隐含的一句话：a/b/g/n/ac/ax 变的全是物理层——频段、调制、天线（MIMO/OFDM）换了一轮又一轮，MAC 层始终是同一套 CSMA/CA（教材原文："以上几种标准都使用共同的媒体接入控制协议"）。

MIMO = Multiple Input Multiple Output（多入多出），即空间上分集使用多个空间通道；OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplexing（正交频分复用）。

别名的由来也顺带一说：新标准原本是在 802.11 后加英文字母，但 26 个字母很快用完，只好改用两个字母；名字太难记，Wi-Fi 联盟才用 Wi-Fi 4/5/6 作为 802.11n/ac/ax 的别名，随后把 Wi-Fi 1/2/3 追认给最早的三种。

二、MAC 层的两个子层

子层	全称	是否必需	控制方式	向上提供
DCF	分布协调功能（Distributed Coordination Function）	必须实现	不采用任何中心控制，各节点用 CSMA 机制的分布式接入算法争用信道	争用服务
PCF	点协调功能（Point Coordination Function）	选项	用 AP 集中控制整个 BSS 内的活动，"用类似于探询的方法把发送数据权轮流交给各个站"	无争用服务

DCF 必须实现，PCF 是选项。 PCF 适合分组话音这类时间敏感业务，但目前大量使用的无线局域网都是用 DCF，PCF 实践中几乎没被用起来。

这两个子层正好对应本章讲过的两条路线：DCF 是随机接入，PCF 是受控接入——要实时性保证就得放弃争用，这条权衡在本章出现过不止一次。

链路层确认的实质是停止-等待协议：802.11 在 CSMA/CA 之外还使用停止等待——发一帧、等一个 ACK、再发下一帧。无线误码率高且发送方无法边发边监听，只能靠接收方显式确认。

⚠️ 802.11 的 ACK 与 TCP 的 ACK 完全不同层：前者是 MAC 层逐帧确认，后者是运输层端到端确认。

三、一轮传输的形状

间隔	全称	用途	长度
SIFS	Short IFS	CTS、ACK、分片后续帧	最短
PIFS	PCF IFS	集中协调（PCF）下使用	中等
DIFS	DCF IFS	普通数据帧、RTS	最长

判断某帧等哪个，判据在上一节：接续上一次传输的等 SIFS，新发起传输的等 DIFS。落到一轮完整的 RTS/CTS 传输上，形状是固定的——一个 DIFS 打头，此后每两帧之间夹一个 SIFS。

802.11g，时隙 $= 9 μ s$ ，SIFS $= 10 μ s$ ，DIFS $= 28 μ s$ ，所有帧以 $12$ Mb/s 的基本速率发送（控制帧走基本速率是为了保证所有站都能解出来），RTS $= 20$ B、CTS $= 14$ B、ACK $= 14$ B、数据帧 $= 1500$ B，随机退避时隙数为 4，忽略传播时延。

各帧传输时延 $T = L \times 8 / (12 \times 10^{6})$ ，依次是 $13.33 / 9.33 / 1000 / 9.33 μ$ s；退避 $= 4 \times 9 = 36 μ s$ 。

序	环节	时长（ $μ s$ ）	说明
1	DIFS	28	信道空闲后，新发起传输必须等 DIFS
2	退避（4 个时隙）	36	H 检测到过信道忙，必须进争用期
3	RTS 传输	13.33	H 发出信道预约请求
4	SIFS	10	AP 需时间处理并转为发送状态
5	CTS 传输	9.33	AP 允许发送，同时让隐蔽站设 NAV
6	SIFS	10	接续传输，用最短间隔
7	DATA 传输	1000	数据帧本体
8	SIFS	10	AP 做 CRC 校验并转发送状态
9	ACK 传输	9.33	链路层确认
	合计	约 1126.0

只有第 1 个间隔是 DIFS，其余全是 SIFS——CTS、DATA、ACK 都是"接续上一次传输"，只有最开始那次是"新发起"。本例 4 个帧之间有 3 个间隙，故 3 个 SIFS。 $n$ 个帧之间有 $n - 1$ 个 SIFS，别多也别少。

用时序表反查 NAV 是最好的自检手段：NAV 定义为"本帧结束之后剩余的占用时间"，在时序表上就是"这一行以下所有行的和"。RTS 里的 NAV = 第 4~9 行之和 $= 1048.66 μ s$ ，CTS 里的 = 第 6~9 行之和 $= 1029.33 μ s$ ，差值 $19.33 = SIFS + T_{CTS}$ ✓ 两种算法对上，说明时序表没有漏项也没有多算。

⚠️ 计时起点决定 DIFS 算不算："从信道空闲起"要算第 1 行，"从开始发送数据帧起"要从第 7 行数起，两者相差整整一个 DIFS 加退避。读题时先把起点圈出来。

效率： $1000 / 1126.0 \approx 88.8 %$ ——即使是满载帧，一轮里也有超过 11% 的时间花在帧间间隔、退避和控制帧上。若数据帧只有 100 字节（ $T_{DATA} \approx 66.7 μ s$ ），总时间约 $192.7 μ s$ ，效率跌到约 34.6%，这正是"RTS/CTS 只对长帧划算"的量化依据。

四、MAC 帧格式与四个地址

帧控制	持续期	地址 1	地址 2	地址 3	序号控制	地址 4	帧主体	FCS
2 B	2 B	6 B	6 B	6 B	2 B	6 B	0–2312 B	4 B

首部合计 $2 + 2 + 6 + 6 + 6 + 2 + 6 = 30$ 字节，加上帧主体最多 2312 B 与 FCS 4 B，数据帧最大 2346 字节。持续期字段就是写 NAV 时长的地方（以微秒为单位）；帧控制字段里的"去往 AP" 与 "来自 AP" 两个比特决定四个地址各自的含义。（RTS 20 B 有接收 + 发送两个地址，CTS / ACK 14 B 只有接收地址。）

为什么以太网两个地址够、802.11 要四个。 以太网一跳直达：帧从源网卡发出、被目的网卡收下。但 802.11 基础设施模式里 AP 是必经的中继——STA 发给 AP 的帧，接收方是 AP，目的地却是别的机器，于是必须把"下一跳"和"最终目的"分开写。

核心规律只有一句：地址 1、2 是"这一跳"，地址 3、4 是"整条路"。

地址 1 永远是接收地址（直接接收这一帧的节点）；
地址 2 永远是发送地址（实际发出这一帧的节点）；
地址 3、4 由"去往 AP / 来自 AP"两个比特决定。

教材反复用括号强调"接收地址不是目的地址""发送地址不是源地址"——按这条规律推，比背下面这张表可靠。

场景	去往 AP	来自 AP	地址 1（接收方）	地址 2（发送方）	地址 3	地址 4
站 → 站（自组网）	0	0	目的 STA	源 STA	BSSID	—
站 → AP	1	0	AP 的 BSSID	源 STA	目的地址	—
AP → 站	0	1	目的 STA	AP 的 BSSID	源地址	—
AP → AP（DS 内转发）	1	1	接收 AP	发送 AP	目的地址	源地址

"在有基础设施的网络中一般只使用前三种地址，很少使用仅在自组移动网络中使用的地址 4。"这与 IP 数据报是同构的——802.11 相当于把端到端与逐跳这两层信息同时塞进了一个链路层帧首部。

逐场景填一遍

设 AP 的 MAC 为 $B S S I D$ 、无线主机 H 为 $M A C_{H}$ 、同 BSS 内另一台无线主机 K 为 $M A C_{K}$ ；AP 经有线以太网连到路由器 R，R 在该子网一侧接口的 MAC 为 $M A C_{R}$ 。

（一）H 访问 Internet 上某台服务器，H → AP。 方向是"站发往 AP" ⇒ 去往 AP $= 1$ 、来自 AP $= 0$ 。

地址	值	依据
地址 1（接收地址）	$B S S I D$	直接接收这一帧的是 AP
地址 2（发送地址 = 源地址）	$M A C_{H}$	实际发出这一帧的是 H
地址 3（目的地址）	$M A C_{R}$	本子网内的下一个三层设备

地址 3 填的是默认网关的 MAC，不是远端服务器的。 目的 IP 不在本网段 ⇒ H 把帧交给默认网关 R；它不可能知道 Internet 上服务器的 MAC——MAC 地址只在一个子网内有意义，这与有线网络的行为完全一致。

（二）AP 转出的 802.3 帧（802.3 只有两个地址）：目的地址 $= M A C_{R}$ ，源地址 $= M A C_{H}$ （不是 $B S S I D$ ）。AP 把 802.11 帧的地址 2 与地址 3 分别搬到 802.3 帧的源、目的地址上，自己在这次转换中是透明的。

这与路由器形成鲜明对比：路由器每转发一次都会把源 MAC 换成自己的接口地址，AP 不会。判据很简单——AP 工作在二层、是格式翻译器，路由器工作在三层、是一跳节点。

（三）H 访问同 BSS 内的 K。 H → AP 仍是去往 AP $= 1$ ：地址 1 $= B S S I D$ 、地址 2 $= M A C_{H}$ 、地址 3 $= M A C_{K}$ 。注意地址 1 仍是 BSSID——即使 K 就在旁边，帧也必须先交给 AP。

（四）AP → K。 方向是"AP 发往站" ⇒ 来自 AP $= 1$ ：地址 1（接收地址 = 目的地址） $= M A C_{K}$ 、地址 2（发送地址，不是源） $= B S S I D$ 、地址 3（源地址） $= M A C_{H}$ 。

把（三）（四）连起来看，同一份数据在无线信道上传了两遍，四个地址在两跳里正好"对调"：

	地址 1	地址 2	地址 3
H → AP	$B S S I D$	$M A C_{H}$	$M A C_{K}$
AP → K	$M A C_{K}$	$B S S I D$	$M A C_{H}$

规律：地址 1、2 永远是"这一跳的收 / 发"，地址 3 永远补上被挤掉的那一端。 站→AP 时被挤掉的是"真正的终点"，AP→站时被挤掉的是"真正的起点"。

本节小结

组网：AP + 它服务的 STA = BSS，AP 的 MAC 就是 BSSID，多个 BSS 经 DS 连成 ESS；基础设施模式下 STA 之间也必须经 AP 中转，吞吐减半。自组网无 AP、没有 PCF 子层。a/b/g/n/ac/ax 变的全是物理层，MAC 层始终是同一套 CSMA/CA。
MAC 层两个子层：DCF 必须实现、争用服务、就是 CSMA/CA；PCF 是选项、集中探询、无争用服务，实践中用的都是 DCF。链路层确认本质是停止-等待协议；帧间间隔 SIFS < PIFS < DIFS，接续传输等 SIFS、新发起等 DIFS。
四个地址是本篇的核心：地址 1 永远是接收地址、地址 2 永远是发送地址（这一跳的两端），地址 3、4 由"去往 AP / 来自 AP"决定（整条路的两端）。访问 Internet 时地址 3 填默认网关的 MAC；AP 转出 802.3 帧时把自己抹掉，它是二层的格式翻译器而非一跳节点。

考点速记

本节在真题里被考过的形式，是这一章里最规整的一道地址题——给一张"主机 H — AP — 路由器 R — Internet"的图，问 H 发出的 802.11 数据帧 F 的地址 1、2、3 分别是什么（cn-2017-35）。

三步就够，全部来自第四部分那条规律：

判方向。H 是站、AP 是接入点，这一帧是"站发往 AP" ⇒ 去往 AP $= 1$ 、来自 AP $= 0$ 。
填地址 1、2（这一跳的两端）。地址 1 是接收方即 AP 的 MAC，地址 2 是发送方即 H 的 MAC。这两个永远不用想。
填地址 3（被挤掉的那一端）。站→AP 时被挤掉的是"真正的终点"，所以地址 3 是目的地址。题面说 F 封装的是"访问 Internet 的 IP 分组"，目的 IP 不在本网段 ⇒ 地址 3 填默认网关 R 那个接口的 MAC。

四个选项就是这三个 MAC 的四种排列，分岔口有两个：一是地址 1 与地址 2 有没有搞反（接收在前、发送在后），二是地址 3 有没有填成 AP 或 H 的地址。只要记住"地址 1 是接收方"这一条，前两个位置就锁死了。

本节其余内容——BSS/ESS/BSSID、DCF 与 PCF、802.11 标准家族、一轮传输的时序表——在真题里不单独成题，但它们各有下游：

一轮传输的时序表是 CSMA/CA 那两道时间计算题（cn-2024-36、cn-2026-35）的骨架，题目问的 NAV 与总时长都能在表上一行行数出来。
RTS/CTS 与 NAV 的机制同样在 CSMA/CA 篇组织，本节的练习区里会显示那几道题——练习区比本节内容宽属正常，因为它们挂的是同一批 topic。
"AP 转出 802.3 帧时源地址仍是原始 STA" 这一条，与数据包的网络之旅那套"MAC 逐跳变、IP 全程不变"的方法是同一件事的两个版本。

易错：地址 1 是接收地址、地址 2 是发送地址，与"目的/源"不是一回事。 站→AP 时接收地址是 AP，目的地址却在地址 3 里。

易错：访问 Internet 时地址 3 填的是默认网关的 MAC，不是远端服务器的。 MAC 只在一个子网内有效。

易错：AP 转出 802.3 帧时源地址仍是原始 STA 的 MAC，不是 BSSID。 AP 是二层翻译器，不像路由器那样改写源 MAC。

易错：同一 BSS 内两台 STA 通信也必须经 AP，地址 1 仍是 BSSID。数据在无线信道上传两遍。

易错：DCF 必须实现、PCF 是选项，而且实际用的都是 DCF。自组网没有 PCF 子层。

易错：802.11 的各修订版变的都是物理层，MAC 层始终是 CSMA/CA。 "802.11n 改用了新的介质访问控制协议"是错的。

教材出处

谢希仁《计算机网络》（第 8 版）印刷 p411，9.1 节：移动自组网络与移动 IP 的辨析——"移动 IP 的核心网络功能仍然是基于在固定互联网中一直在使用的各种路由选择协议。但移动自组网络是把移动性扩展到无线领域中的自治系统，它具有自己特定的路由选择协议，并且可以不和互联网相连"；以及 802.11 别名的由来（Wi-Fi 4/5/6 对应 802.11n/ac/ax）。
同书印刷 p412，9.1.2 802.11 局域网的物理层：标准家族表（802.11b/a/g/n/ac/ax 的频段、最高数据率、物理层技术），以及关键结论——"以上几种标准都使用共同的媒体接入控制协议"；MIMO 与 OFDM 的全称（脚注）。
同书印刷 p413，9.1.3 节：无线不能做碰撞检测的原因、隐蔽站的定义与三条特点、CA 的含义（详见 CSMA/CA 篇引证）。
同书印刷 p414：链路层确认与停止等待协议——"802.11 局域网在使用 CSMA/CA 的同时，还使用停止等待协议……无线站点每通过无线局域网发送完一帧后，要等到收到对方的确认帧后才能继续发送下一帧。这就是链路层确认"；MAC 层两个子层（图 9-6）——DCF"不采用任何中心控制，而是各个节点使用 CSMA 机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权。因此 DCF 向上提供争用服务。802.11 标准规定，所有的实现都必须有 DCF 功能"，PCF"是选项，是用接入点 AP 集中控制整个 BSS 内的活动，因此自组网络就没有 PCF 子层……用类似于探询的方法把发送数据权轮流交给各个站"；以及"我们目前大量使用的无线局域网都是使用上述的分布协调功能 DCF"；CSMA/CA 协议要点三条。
同书印刷 p415–p418：DIFS 的重要性、虚拟载波监听与 NAV、争用期与退避、RTS/CTS 信道预约、RTS 20 字节与 CTS 14 字节及数据帧最长 2346 字节、预约非强制（详见 CSMA/CA 篇引证）。同页（p418）还给出数据率自适应——"802.11 标准并没有对无线局域网数据率的自适应算法有具体的标准或规定……如果连续发送两个数据帧但都没有收到确认，就认为信道的质量较差，这时就把数据率调慢一挡……这与协议 TCP 中的拥塞控制的处理思路是相似的"。
同书印刷 p419，9.1.4 802.11 局域网的 MAC 帧：三种帧类型（控制帧、数据帧、管理帧）；数据帧三大部分——"MAC 首部，共 30 字节。帧的复杂性都在帧的 MAC 首部"、"帧主体，也就是帧的数据部分，不超过 2312 字节。这个数值比以太网的最大长度长很多"、"帧检验序列 FCS 是 MAC 尾部，共 4 字节"；RTS 与 CTS/ACK 的帧格式；四个地址的定位规则——"地址 1 永远是接收地址（即直接接收数据帧的节点地址）。地址 2 永远是发送地址（即实际发送数据帧的节点地址）。地址 3 和地址 4 取决于数据帧中的'来自 AP'和'去往 AP'这两个字段的数值"；以及"AP 的 MAC 地址就是……BSSID"。
同书印刷 p420：两个具体例子的完整地址填写——同一 BSS 内 A 发往 B（A→AP 与 AP→B 两跳的三个地址，教材用括号反复强调"接收地址不是目的地址""发送地址不是源地址"）；以及 A 与 B 分处不同子网时经路由器 R 的情形——"地址 3：目的地址（不是接收地址）是本子网中路由器 R 接口 1 的地址 $M A C_{R - 1}$ "，"当接入点 AP₁ 收到 802.11 数据帧后，就转换成 802.3 帧（802.3 帧只有两个地址），其目的地址是 $M A C_{R 1}$ ，而源地址是 $M A C_{A}$ （而不是接入点 AP₁ 的地址 BSSID₁）"。

真题练习

2026Q352分 2024Q362分 2022Q479分 2020Q372分 2018Q352分 2017Q352分 2011Q362分

无线局域网（IEEE 802.11）

一、机制之外，这套系统是怎么组起来的

组网层次：BSS、ESS 与 BSSID

标准家族：变的全是物理层

二、MAC 层的两个子层

三、一轮传输的形状

四、MAC 帧格式与四个地址

逐场景填一遍

本节小结

考点速记

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