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无线局域网
目前，无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）有三大协议簇（由一系列相关标准组成的一组标准）：IEEE 802.11、欧洲电信标准协会（ETSI）的高性能局域网（the High Performance Radio Local Area Network，HiperLAN）和日本无线工业及商贸联合会（ARIB）的移动多媒体接入通信（Mul-timedia Mobile Access Communication，MMAC）技术。其中，IEEE 802.11系列标准是无线局域网的主流标准 [1] ，为某一区域内的固定工作站或移动工作站之间的无线连接提供一种规范 [2] ，主要针对网络的物理层（Physical Layer）和介质访问控制（Media Access Control，MAC）子层技术进行了标准化。
1987年，IEEE 802.4工作组开始进行无线局域网的研究，最初的目标是开发无线令牌总线网的MAC协议。经过研究发现，令牌总线不适合无线信道的控制。为此，在1990年，IEEE 802委员会成立802.11工作组，专门致力于制定无线局域网的MAC协议和物理介质标准 [3] 。IEEE 802.11标准的演进路线如图2-1所示。
图2-1 IEEE 802.11标准的演进路线
IEEE 802.11协议簇已在无线局域网的应用中取得了很大成功，此系列标准已经经历了二十多年的发展，目前仍在不断改进和完善之中，以适应安全认证、漫游和QoS等方面的需要。IEEE 802.11协议簇见表2-1。
表2-1 IEEE 802.11协议簇
（1）IEEE 802.11（WiFi 0）
IEEE 802.11标准于1997年6月公布，是第一代无线局域网标准。IEEE 802.11工作在2.4GHz免费频段，支持1Mbit/s和2Mbit/s的数据传输速率。它定义了3个物理层（两个扩频传输技术和1个红外线传输技术）和介质访问控制（MAC）层规范，允许无线局域网和无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。IEEE 802.11主要用于解决办公室局域网和校园网中用户终端的无线接入问题。
（2）IEEE 802.11a（WiFi 1）
IEEE 802.11a工作在5GHz频段，在整个覆盖范围内可以提供高达54Mbit/s的传输速率。IEEE 802.11a的MAC层采用CSMA/CA机制，物理层采用OFDM技术调制。虽然IEEE 802.11a的传输速率高，但成本也高。
（3）IEEE 802.11b（WiFi 2）
1999年9月通过的IEEE 802.11b工作在2.4GHz频段，其数据传输速率可以为11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s或更低，可根据噪声状况自动调整。当工作站之间距离过远或干扰太大、信噪比低于某个门限时，传输速率能够从11Mbit/s自动降到5.5Mbit/s，或者根据直接序列扩频技术调整到2Mbit/s和1Mbit/s。与IEEE 802.11a一样，IEEE 802.11b采用CSMA/CA机制，物理层调制方式为补码键控（Complementary Code Keying，CCK）的DSSS，即HR/DSSS。IEEE 802.11b的成本较低，但是与IEEE 802.11a不兼容，并且数据传输速率较低。
（4）IEEE 802.11g（WiFi 3）
2003年，为了解决IEEE 802.11a相关设备价格高和IEEE 802.11b数据传输速率低的问题，IEEE正式批准了具有高兼容性和高数据传输速率的IEEE 802.11g。IEEE 802.11g是对IEEE 802.11b的一种高速物理层扩展。与IEEE 802.11b一样，IEEE 802.11g工作于2.4GHz频段，采用的调制方式包括IEEE 802.11a中的OFDM与IEEE 802.11b中的CCK。上述两种调制方式的结合，既达到了用2.4GHz频段实现IEEE 802.11a的54Mbit/s的数据传输速率的目的，又确保了与IEEE 802.11b产品的兼容。
（5）IEEE 802.11n（WiFi 4）
为了实现高带宽、高质量的无线局域网服务，使无线局域网达到近乎以太网的性能水平，IEEE 802.11工作组提出了802.11n标准。IEEE 802.11n采用软件无线电技术和多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术，将数据传输速率提高到300Mbit/s，甚至理论值高达600Mbit/s。IEEE 802.11n不仅增加了物理层的传输速率，还提高了MAC层的效率。此外，覆盖范围问题一直是IEEE 802.11无线接入技术的“软肋”，而IEEE 802.11n草案采用智能天线技术，通过多根（一般为3根天线）独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并减少其他信号的干扰。因此，如果说从IEEE 802.11b发展到IEEE 802.11g只不过是技术升级，那么发展到IEEE 802.11n则是技术换代。
（6）IEEE 802.11ac（WiFi 5）
IEEE 802.11ac是在IEEE 802.11a标准之上扩展建立起来的。在通道的设置上，IEEE 802.11ac沿用了IEEE 802.11n的MIMO技术，为其传输速率达到Gbit/s量级奠定了基础。其第一阶段的目标是传输速率达到1Gbit/s，即达到有线电缆的传输速率。
IEEE 802.11ac的每个通道的工作频宽由IEEE 802.11n的40MHz提升到80MHz，甚至160MHz，再加上大约10%的实际频率调制效率提升，最终理论传输速率跃升至1Gbit/s。当然，实际传输速率可能在300Mbit/s～400Mbit/s之间，接近IEEE 802.11n实际传输速率的3倍（IEEE 802.11n无线路由器的实际传输速率在75Mbit/s～150Mbit/s之间），足以在一条信道上同时传输多路压缩视频流。
此外，IEEE 802.11ac向后兼容IEEE 802.11全系列的所有标准和规范，包括IEEE 802.11s（无线网状架构）和IEEE 802.11u等。在安全性方面，它将完全遵循IEEE 802.11i（安全标准）的所有内容，使得无线连接能够在安全性方面达到企业级用户的需求。根据IEEE 802.11ac的实现目标，它可以帮助企业或家庭实现无缝漫游，并且在漫游过程中能支持无线产品相应的安全、管理和诊断等应用。
（7）IEEE 802.11ax（WiFi 6）
2019年9月，WiFi联盟宣布启动WiFi 6认证计划，该计划旨在使采用IEEE 802.11ax WiFi无线通信技术的设备达到既定标准。WiFi 6在2019年秋季获得IEEE的批准。2022年1月，WiFi联盟发布了WiFi 6的第2版标准（WiFi 6 Release 2）。WiFi 6的第2版标准改进了上行链路与所有支持频段（2.4GHz、5GHz）的电源管理，适用于家庭和工作场所的路由器与设备，以及智能家居IoT设备。WiFi 6主要使用了OFDMA（正交频分多址）、MU-MIMO（多用户多输入多输出）等技术，MU-MIMO技术允许路由器同时与多个设备通信，而不是依次进行通信。MU-MIMO允许路由器一次与四个设备通信，WiFi 6将允许与多达8个设备通信。WiFi 6还利用了其他技术，如OFDMA和发射波束成形，二者的作用分别是提高效率和提升网络容量。WiFi 6的最高传输速率可达9.6Gbit/s。
（8）IEEE 802.11be（WiFi 7）
WiFi 7是在WiFi 6的基础上引入了320MHz带宽、4096-QAM、Multi-RU、多链路操作、增强MU-MIMO、多AP协作等新兴技术。相较WiFi 6，WiFi 7将提供更高的数据传输速率和更低的时延。WiFi 7将能够支持高达30Gbit/s的吞吐量，大约是WiFi 6的3倍。
目前，IEEE 802.11be（WiFi 7）标准的开发工作仍在进行中，整个标准将按照两个Release发布，对于Release1，在2021年年底发布第一版草案Draft1.0，预计在2022年年底发布正式标准；Release2在2022年年初启动，预计在2024年年底完成标准发布。
在IEEE 802系列标准中，将OSI参考模型中的数据链路层分为逻辑链路控制（Logic Link Control，LLC）子层和介质访问控制（MAC）子层，将物理层分为汇聚子层（Physical Layer Convergence Protocol Sublayer，PLCP）和介质依赖子层（Physical Medium Dependent，PMD），如图2-2所示。
图2-2 OSI参考模型和IEEE 802参考模型
IEEE 802.11标准位于物理层和MAC子层。MAC子层决定访问介质的机制与传送数据的规则，传送数据的规则包括MAC帧格式、数据帧的拆分和重组。至于传送与接收的细节，则由物理层负责，不同的物理层使用不同的调制、编码技术，把MAC层协议数据单元（MAC Protocol Data Unit，MPDU）形成相应格式的帧。目前为止，IEEE 802.11协议簇定义了如图2-3所示的7种物理层。
图2-3 IEEE 802.11协议簇定义的物理层
IEEE 802.11基本规范定义了三种物理层技术，包括了两个扩频技术和一个红外线传输技术。其中，采用扩频技术的物理层包括跳频扩频（Frequency-Hopping Spread-Spectrum，FHSS）物理层和直接序列扩频（Direct-Sequence Spread-Spectrum，DSSS）物理层，后来，IEEE 802.11陆续加入了其他不同的物理层，如IEEE 802.11b规定了高速率直接序列扩频（High Rate Direct Sequence Spread Spectrum，HR-DSSS）物理层，IEEE 802.11a规定了正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM）物理层，IEEE 802.11g规定了增强速率物理层（Extend Rate Physical，ERP）。
1.基本物理层技术
IEEE 802.11标准的基本规范定义了采用不同技术的3种物理层：一个红外线技术和两个扩频技术。
（1）红外线传输技术
红外线传输技术使用0.85μm或者0.95μm波段上的漫射传输方式，它允许两种传输速率：1Mbit/s和2Mbit/s。与可见光一样，红外线不能穿过不透明物体，它或者沿直线传播或者以衍射的方式传播。目前，红外线传输技术在无线局域网中很少使用，这是因为采用红外线方式进行传输的无线局域网存在以下问题：
· 红外线穿透性差，传输距离较短；
· 红外线很容易受到其他干扰源的影响；
· 红外线的性能不稳定；
· 红外线对高速移动的应用的支持不好。
（2）扩频技术
扩频技术是传输信息时所用信号带宽远大于传输信息所需最小带宽的一种信号处理技术，传输信号的频带扩展过程通过扩频码调制方法实现，这种调制方式基本上与所传信息的带宽无关，在接收端，再通过用相同的扩频码进行解扩来恢复原来的信息。IEEE 802.11采用两种不同方式的扩频技术：FHSS和DSSS，这两种技术在运行机制上是完全不同的。
第一种扩频技术是FHSS。在采用定频通信的系统中，发射机的载波频率是固定不变的，因此，在受到干扰时，通信质量会下降，严重时甚至会使通信中断。与定频通信相比，跳频通信中发射机的载波频率不是固定的，而是在一个预定的频率集合中随时跳变的。从每一个瞬间来看，它是在单一载波上通信的，然而，从总体来看，它的载波可以在很宽的频率范围上跳变，具有很好的抗干扰能力，但带宽仍然较低。
FHSS是最先得到广泛应用的物理层技术，这是因为它通过将数据信号分散到比原始带宽更宽的频带上，从而增加了数据传输的安全性和抗干扰性。另外，跳频系统可以更加高效地利用频带资源，还可以支持多用户同时使用同一频段。但是，随着用户对带宽要求的不断提升，FHSS技术已经不能满足现代无线通信的需求，因为该技术使得传输的数据被分散到比原始带宽更宽的频带上，从而造成了一定的传输效率损失。此外，跳频系统也容易受到频道状况变化的影响，从而影响通信质量。因此，随着无线通信技术的发展，跳频系统的优势已经逐渐消逝，相关的产品也渐渐淡出市场。
另一种扩频技术是DSSS。DSSS标准使用11位的chipping-Barker序列将数据编码发送，数字信号中的每一个比特1或者0编码为一个11位Barker码，将这个序列转化成波形，称为一个Symbol，然后在媒介中传播。该标准被限制在1Mbit/s或2Mbit/s的传输速率上。Symbol传送的基础速率是1Mbit/s，传送的机制称为双相相移键控（Binary Phase Shifting Keying，BPSK）。采用四相相移键控（Quadrature Phase Shifting Keying，QPSK）技术则能够达到2Mbit/s的传输速率。DSSS能够达到比FHSS更快的传输速率。
2.HR-DSSS物理层
IEEE 802.11b规范了HR-DSSS，增加了两个传输速率：5.5Mbit/s和11Mbit/s。IEEE 802.11b采用了一种更先进的编码技术——补码键控（Complementary Code Keying，CCK），抛弃了原有的11位Barker编码技术。CCK的核心编码中有一个由64个8位编码组成的集合，这个集合中的数据能够被正确地互相区分。对于5.5Mbit/s的传输速率，使用CCK串来携带4位数字信息，而对于11Mbit/s的传输速率，则使用CCK串来携带8位数字信息。两种传输速率都将QPSK作为调制的手段，不过信号的调制速率为1.375Mbit/s。这也是IEEE 802.11b获得高传输速率的机理。
为了在有噪声的环境下获得较好的传输速率，IEEE 802.11b采用了动态速率调节技术，允许用户在不同的环境下自动使用不同的连接速度。在理想状态下，用户以11Mbit/s的传输速率全速连接，然而，当用户离开理想的11Mbit/s传输速率范围，或者受到干扰时，传输速率自动按序降为5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s。同样，当用户回到理想环境的时候，连接速度会增加到11Mbit/s。速率调节机制是由物理层自动实现的，不会对用户和其他上层协议产生任何影响。
3.OFDM物理层
IEEE 802.11a是高速无线局域网协议，使用5GHz的高频频段和OFDM技术来满足高速的要求，最大传输速率可达54Mbit/s。OFDM技术将20MHz的高速数据传输信道分解成52个平行传输的低速子信道，其中的48个子信道用来传输数据，其余4个保留信道用于差错控制。
OFDM的基本原理是把高速的数据流分成许多速度较低的数据流，然后将它们同时在多个副载波频率上进行传输，从而提高数据传输速率并改进信号的质量，克服干扰。OFDM技术已经被IEEE 802.11工作组选为一种重要的WLAN传输调制方式。
4.ERP
为了在低频段实现高速传输，IEEE 802.11g使用了ERP，规定了五种调制方式：ERP-DSSS、ERP-CCK、ERP-OFDM、DSSS-OFDM和ERP-PBCC。IEEE 802.11g使用2.4GHz频带，可以提供相当于IEEE 802.11a的传输速率。相比使用5GHz频带的IEEE 802.11a，IEEE 802.11g能够传输更远的距离。IEEE 802.11g制定的物理层在现有技术的基础上做了一些改动，主要是提供向下兼容性。
IEEE 802.11g能够与IEEE 802.11a和IEEE 802.11b兼容，能够同时支持IEEE 802.11b的CCK和IEEE 802.11a的OFDM技术。此外，IEEE 802.11g还支持分组二进制卷积编码（Packet Binary Convolutional Coding，PBCC）。
5.MIMO物理层
IEEE 802.11n采用软件无线电技术和MIMO技术，将数据传输速率提高到300Mbit/s，甚至理论值高达600Mbit/s，为无线移动局域网提供带宽和速度保证。之所以能在传输速率上有比较大的突破，是因为IEEE 802.11n标准采用了MIMO技术，这是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术能在不增加频谱带宽的情况下，成倍提高通信系统的容量和频谱利用率，是新一代移动通信系统的关键技术。
MIMO系统在发射端和接收端采用两副以上的天线（可以表示为2×2、2×3、2×4等），以及双信道（20MHz和40MHz）和双频带（2.4GHz和5GHz），不但可以得到很高的传输速率，而且能与IEEE 802.11b/g设备兼容。其中，2×3和2×4的配置可以得到比2×2更高的传输速率和更好的质量。
6.IEEE 802.11各种物理层的比较
表2-2对IEEE 802.11各种物理层进行了比较，可以看出，采用MIMO物理层的IEEE 802.11具有最高的传输速率，应用前景良好。
表2-2 IEEE 802.11物理层
IEEE 802.11标准定义了MAC子层。MAC子层位于各种物理层之上，不仅规范访问机制、控制数据的传输，还定义了MAC帧格式，负责帧的拆分与重组操作以及与骨干网络之间的交互等。
1.CSMA/CA
在介绍IEEE 802.11的MAC子层前，首先回顾一下有线以太网的MAC子层技术。在采用IEEE 802.3的有线以太网中，MAC子层使用带冲突检测的载波监听多路访问（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）来控制对传输介质的访问。载波监听多路访问（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）主要用来判断介质是否处于可用状态 [4] ，它是一种“先侦听，后会话”的协议：在发送数据之前，工作站先侦听传输介质是否空闲，再决定是否传输数据 [5] 。由于没有中心控制点，因此各个工作站都能独立地决定数据帧的发送与接收，当有超过1个的工作站侦听到传输介质空闲而同时发送数据时，就会发生冲突，这使发送的数据帧都成为无效帧，浪费了发送数据帧的时间。
CSMA/CD的工作原理可用四个字来描述：“边听边说”，即一边发送数据，一边检测是否产生冲突。工作站在发送数据时，一边发送，一边继续监听，若监听到冲突，则立即停止发送数据，等待一段随机时间，再次尝试发送数据。CSMA/CD的优点是原理简单，易于实现，网络中各工作站处于平等地位，不需要集中控制和优先级控制。但是，在网络负载变大时，冲突增多，从而导致发送时间变长并且效率下降。
IEEE 802.11的MAC子层和IEEE 802.3的MAC子层相似，都是采用CSMA机制。但是，无线局域网中的冲突检测机制存在一定问题，因为要在发送数据的同时检测冲突，设备必须能够一边传送数据信号，一边接收数据信号，而这在无线系统中是无法办到的。鉴于上述原因，IEEE 802.11采用了带冲突避免的载波监听多路访问（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA）机制。
IEEE 802.11中CSMA/CA的基本工作过程是工作站在发送数据前必须检测传输介质是否处于空闲状态，如果是处于忙碌状态，那么工作站必须利用二进制指数后退（Binary Exponential Backoff，BEB）算法等待随机的时间，然后再次尝试发送并重新检测传输介质是否处于空闲状态等，从而降低信号发生冲突的概率。
此外，与CSMA/CD不同的是，CSMA/CA采用了两次握手模式的确认机制，接收站在接收到数据帧时，将等待一小段时间，再向发送站发送ACK信息，从而对收到的数据帧进行确认。也就是说，所有传送出去的数据帧只有在得到ACK信号的响应后才能确认数据已经正确到达目的地（即数据链路层的下一跳节点）。如果发送站在一定时间内没有收到接收站的ACK信息，那么发送站将按BEB机制重新发送数据帧。通过上述等待和确认机制，CSMA/CA在不采用“边听边说”模式的情况下，也能够保证完成数据的传输。
2.隐藏站点和暴露站点问题
无线网络中存在两个必须解决的问题：隐藏站点问题和暴露站点问题。在无线网络中，将由于站点间距离太远或其他原因，而不能发现潜在竞争者的问题称为隐藏站点问题。如图2-4所示，站点A可以与站点B和C直接通信，而站点B与站点C由于某些因素（如距离过远）无法直接通信，甚至无法感知对方的存在。从站点B的角度来看，站点C就是隐藏节点。在这种情况下，站点B和C有可能在同一时间向站点A发送数据，这会造成站点A无法响应任何数据的问题。此时，只有站点A知道有冲突发生，而站点B和C则无从得知数据传送已发生错误。
图2-4 隐藏站点问题
暴露站点与隐藏站点正好相反。我们将无线网络中由于非竞争站点与发送站点距离太近，从而导致非竞争站点不能发送数据的问题称为暴露站点问题。如图2-5所示，站点A向站点B发送数据，站点C试图向站点D发送数据，由于站点C在站点A的信号覆盖范围内，因此，当它收到站点A正在发送数据的消息时，错误地认定自己不能向站点D发送数据。
图2-5 暴露站点问题
在无线网络中，由站点隐藏和站点暴露所导致的冲突问题难以监测，因为设备无法同时收发数据。为了解决这个问题，IEEE 802.11在MAC子层上采用了RTS/CTS（Request to Send/Clear to Send，请求发送/允许发送）机制。RTS/CTS采用两次握手机制，发送站先发送一个请求发送帧RTS，接收站在收到RTS帧后，等待一定时间后，向发送站发送确认帧CTS。RTS和CTS都能够让接收到这一信号的其他工作站停止传送数据，并根据RTS和CTS帧中所携带的信息进行相应的退避。等到RTS/CTS完成交换过程，发送站和接收站就可以开始正常的数据收发，从而避免冲突的发生。
RTS/CTS机制有助于缓解隐藏站点问题和暴露站点问题。在图2-6中，站点B向站点A发送数据前，需要先向站点A发送RTS帧进行请求，站点A回应CTS帧，站点B在收到CTS帧后才向站点A发送数据，站点C也可以收到站点A发送的CTS帧，可是站点C没有发送过RTS帧，所以站点C知道自己处于隐藏站点的情况，就不会向站点A发送数据。
图2-6 RTS/CTS机制解决隐藏站点问题
在图2-7中，站点B和C都可以收到站点A发送的RTS帧，但只有站点B向站点A回复CTS帧，站点A收到CTS帧后就向站点B发送数据。此时，站点C可以向站点D发送RTS帧，站点A和D都可以收到，但只有站点D向站点C回复CTS帧，收到CTS帧后，站点C才可以向站点D发送数据。
但是，RTS/CTS机制不能完全解决站点隐藏和站点暴露问题，例如，站点D向站点C回复的CTS帧有可能被站点A向站点B发送的数据“淹没”。此外，由于整个RTS/CTS传输过程占用了网络资源，增加了额外的网络负担，因此一般在需要时才采用。
图2-7 RTS/CTS机制解决暴露站点问题
3.MAC子层的协调功能
MAC子层的无线介质访问是由特定的协调功能控制的。IEEE 802.11的MAC子层定义了分布式协调功能（Distributed Coordination Function，DCF）、点协调功能（Point Coordination Function，PCF）和混合协调功能（Hybird Coordination Function，HCF）。DCF用于竞争机制，PCF用于非竞争机制，HCF是DCF和PCF的混合机制。
帧间间隔（Inter-Frame Space，IFS）在协调介质的访问上起重要作用。在CSMA/CA机制中，IEEE 802.11规定在连续发送的两个帧间必须有一个时间间隔，并定义了四种不同的帧间间隔：短帧间间隔（Short Inter-Frame Space，SIFS）、DCF帧间间隔（DIFS）、PCF帧间间隔（PIFS）和扩展帧间间隔（EIFS）。发送数据前所需等待的时间长短体现了该数据的优先级，不同的帧间间隔提供不同的介质访问优先级。当介质空闲时，高优先级的数据比低优先级的数据在发送数据前所需等待的时间短。帧间间隔的关系如图2-8所示，SIFS是最短的帧间间隔，拥有最高的优先级，可用于RTS/CTS帧和ACK帧；PIFS主要用在PCF无竞争模式中，其优先级低于SIFS；DIFS用于DCF竞争模式中，其优先级比SIFS和PIFS都低。EIFS不是固定的时间间隔，帧传输出现错误时会用到它，其长度最长并且优先级最低。
图2-8 帧间间隔的关系
（1）分布式协调功能DCF
当使用DCF时，IEEE 802.11使用CSMA/CA机制，采用“尽力而为”（best effort）的方式工作，提供了类似以太网的基于竞争的服务。在DCF中，工作站之间可以直接通信，不需要中心控制节点。
DCF的基本原理：工作点在传送数据前，首先检查介质是否处于空闲状态，如果介质是空闲且空闲时间超过DIFS，则工作点发送数据帧。为了避免冲突的发生，如果介质是正在被占用，则工作站必须延迟对介质的访问，采用退避（backoff）机制来避免发生冲突。
DCF采用的退避机制是在前面提到的BEB机制。在发生冲突后，时间被分成离散的时槽。具体来说，在第一次冲突发生后，每个站点随机等待0或1个时槽之后再重试发送。在第二次冲突发生后，每个站随机等待0、1、2或3个时槽之后再重试发送。也就是说，在第 i 次冲突发生后，随机在0～2 i -1之间选择一个数，然后等待这么长的时间，其中2 i -1是竞争窗口（Contention Window，CW）的大小。
如图2-9所示，站点B和C都想发送数据，但此时介质被站点A占用。由于ACK确认帧所使用的短帧间间隔（SIFS）短于DCF帧间间隔（DIFS），因此，在站点A发送完数据后，ACK确认帧会优先在信道上传输。在介质被站点A和ACK确认帧占用的过程中，站点B和C都在不断尝试发送数据，这里假设站点B和C都分别进行了三次尝试（也就是发生了三次冲突）。这时，站点B随机选择退避7个时槽，而站点C选择退避4个时槽。因此，在完成ACK确认帧的传输后，等待一个DCF帧间间隔和4个时槽，站点C获得了信道使用权，即站点C比站点B先传送数据。
图2-9 DCF举例
（2）点协调功能PCF
PCF提供的是无竞争服务（Contention-Free Service）。由于DCF不提供任何延迟或带宽的保证，因此它难以满足一些对延迟和带宽敏感的服务的要求，这时可采用PCF。在PCF中，由称为点协调者（Point Coordinator，PC）的基站对其他工作站进行协调，决定哪一个工作站可以发送数据。在PCF模式中，传输顺序完全由基站控制，不会出现冲突。但是，PCF需要具有管理功能的基站，该基站能够和所有工作站通信，并且能够承受较重的计算负担。
PCF采用轮询策略，AP在确认介质空闲了PIFS后，向所有在基础型服务集合中的站点发送一个信标（beacon）帧，信标帧的详细格式将在后面介绍的MAC帧格式中说明。信标帧包含非竞争访问时段（Contention Free Period，CFP）的最大时间、信标间隔和BSS标识 [6] 。所有在此BSS中的站点收到该信标帧后，必须停止一切发送行为，并在CFP内保持“沉默”。AP中的PC维护着一个轮询表，并按照这个顺序对各站点进行轮询以检查该站点是否有数据传送。有数据要发送的站点必须在被轮询到时才可以发送数据，而其他站点必须处于等待状态，这样就避免了冲突的发生。
PCF允许工作站经过PIFS后即可传送帧，PIFS比DIFS短，这样PCF就有比DCF高的优先级。所有的IEEE 802.11标准都必须支持DCF，而PCF则是可选的。
（3）混合协调功能HCF
有些应用需要提供比“尽力而为”更高一级的服务质量，却不需要用到PCF那么严格的时机控制，此时可以采用HCF。HCF允许工作站维护多组服务队列，针对需要更高服务质量的应用，提供更多的无线媒介访问机会。
4.MAC帧格式
IEEE 802.11 MAC子层的帧由帧头（Frame Header）、帧实体（Frame Body）和帧校验（FCS）组成。帧头部分包括帧控制（Frame Control）字段、持续时间（Duration/ID）字段、4个地址（Address）字段和顺序控制（Seqctl）字段，如图2-10所示。
图2-10 IEEE 802.11 MAC帧格式
帧格式中主要字段的说明如下。
· 帧控制（Frame Control）：此字段含有工作站之间发送的控制信息，包括很多子字段，在此不再详述。
· 持续时间（Duration）：此字段有多种功能，有三种可能的形式，由第14和15个比特决定。当第15个比特为0时，表示Duration（Nav）；当第14、15个比特为01时，表示CFP帧；当第14、15个比特为11时，表示PS-poll帧。
· 地址（Address1~Address4）：一个IEEE 802.11 MAC子层的帧最多可以有4个地址字段，以数字编号，帧类型不同，这些字段的作用也有所差异。
· 顺序控制（Seqctl）：该字段由4位的片段编号子字段和12位的顺序编号子字段组成，用于重组帧片段以及丢弃重复帧。
· 帧实体（Frame Body）：承载在工作站之间传递的上层有效载荷，如带IP头的IP分组，其长度为0~2312B。
· 帧校验（FCS）：采用CRC校验码。每一个在无线网络中传输的数据帧都被附加校验位以检验它在传送的时候是否出现错误。
IEEE 802.11 MAC协议支持三种类型的帧：数据帧、控制帧和管理帧。帧的类型在帧控制字段的Type位标识，在Sub Type位进一步标识。Type位的长度为2bit，00表示管理帧，01表示控制帧，10表示数据帧。Sub Type位的长度为4bit，表示三种帧类型的不同子类型，具体值不一一列出。
（1）数据帧
数据帧将上层协议的数据置于帧实体中加以传递。
（2）控制帧
控制帧用于协助数据帧的传递，管理无线媒介的访问。控制帧没有Data域和Sequence域，关键信息在Sub Type域，通常为RTS、CTS或者ACK。
（3）管理帧
管理帧的作用非常重要，负责维护数据链路层的各种功能。管理帧中有一种比较重要的帧——信标帧，在基础型结构的网络中，由AP负责定期传送。该帧用来声明某个网络的存在，信标可以让移动的工作站知道该网络的存在，从而调整加入该网络的参数。信标帧的具体格式如图2-11所示。
信标帧中的各个字段在信标中不一定会全部用到，可选（Optional）字段只有在需要时才会使用。例如，只有在使用跳频（Frequency Hopping，FH）或直接序列（Direct-Squence，DS）物理层技术时，才会用到FH和DS参数集（Parameter Set）；CF参数集只用于支持PCF的AP所发送的帧等。
图2-11 信标帧的具体格式
5.MAC帧的分段与重组
IEEE 802.11 MAC子层还提供了帧的分段与重组功能。帧的分段功能是指超过特定大小的数据帧在传送时被拆分成几个较小的数据帧分批传送，这些数据帧有相同的帧序号和一个递增的帧片段编号，以便在接收端重组。
将较大的帧分段为多个较小的帧，在网络拥挤或者存在干扰的情况下，是非常有用的特性，可以大大降低被干扰的数据量，减少数据帧被重传的概率，从而提高无线网络的整体性能。接收端的MAC子层负责将收到的被分段的大数据帧进行重组，因此，对于上层协议，这个过程是完全透明的。