MAC簡介

　　MAC即媒體介入控制層，屬于OSI模型中數(shù)據(jù)鏈路層下層子層。它定義了數(shù)據(jù)幀怎樣在介質上進行傳輸。在共享同一個帶寬的鏈路中，對連接介質的訪問是“先來先服務”的。物理尋址在此處被定義，邏輯拓撲（信號通過物理拓撲的路徑）也在此處被定義。線路控制、出錯通知（不糾正）、幀的傳遞順序和可選擇的流量控制也在這一子層實現(xiàn)。

　　MAC協(xié)議的種類

　　多個用戶，多址接入的核心問題就是：對于一個信道，多個用戶產生競爭的時候，如何采用一些協(xié)調機制，也就是采用何種MAC協(xié)議。例如兩種極端的MAC協(xié)議，一種是完全自由的方式，用戶自由發(fā)送，但是要解決一個問題是碰撞后如何辦，一種是完全排序，每個用戶都被規(guī)定了詳細的規(guī)則來發(fā)送，接收包。但是，實際上不可能這樣的，因為MAC協(xié)議，主要決定了通信的吞吐量、延遲等性能，所以，這塊是非常重要的，是多種方式的結合。MAC協(xié)議主要分為以下三類

　　1、固定分配信道。信道基本上可以分為頻分、時分、碼分、空分，每個用戶都被固定的分配了一個信道，這種方式實時性很高，但是有浪費。主要是面向語音。例如FDMA（電話）、TDMA（GSM）、CDMA.

　　2、隨機分配信道。。主要是面向數(shù)據(jù)。例如ALOHA，CSMA就是隨機分配的典型例子。

　　3、按需分配信道。根據(jù)用戶的要求，按照需求分配信道，例如802.16就是按照需求分配信道。主要是面型多媒體。

　　MAC幀格式

　　MAC幀基本格式如下圖所示：

　　1、FrameControl字段

　　-ProtocolVersion：目前為0

　　-Type：幀類別，有下面三種，每個類別又有一些子類別（見Subtype）

　　00：管理幀（ManagementFrame）

　　01：控制幀（ControlFrame）

　　10：數(shù)據(jù)幀（DataFrame）

　　11：保留未使用

　　-Subtype：幀子類別，與Type共同來決定一個幀的類型，詳細如下表所示

　　-ToDS/FromDS：指示幀目的地是否為DS（分布式系統(tǒng)），可以簡單地理解為是否【發(fā)往/來自】AP

　　-Morefragments：指示是否還有分片（除去最后一個分片）

　　-Retry：指示當前幀是否為重傳幀，接收方收到后會刪掉重復幀

　　-Powermanagement：指示STA的電源管理模式，1表示STA在數(shù)據(jù)交換完成后進入省電（Power-Save）模式，對于AP恒為0

　　-Moredata：指示AP為進入省電模式的STA進行幀緩存（來自DS）

　　-WEP：指示framebody是否使用WEP加密

　　-Order：指示將進行嚴格次序（StrictlyOrdered）傳送

　　2、其他字段

　　-Duration/ID：可以用在下面三個場景中

　　@1Duration，第15位置0，用于設定NAV，數(shù)值代表預計使用介質的微秒數(shù)

　　@2在CFP幀中，第14位置0，第15位置1，其他值為0，字段值為32768，讓其他沒有收到Beacon幀的STA公告無競爭周期

　　@3在PS-Poll（省電-輪詢）幀中，第14、15位同時置1，用于從省電模式醒來的STA發(fā)送AID（關聯(lián)標識符）以取得在AP中的緩存幀

　　-Address：有以下幾種類型，由幀類型決定使用哪幾個地址字段，通常有三個，SA、DA和BSSID

　　BSSID，基本服務集標識符

　　DA，目的地址

　　SA，源地址

　　RA，接收端地址

　　TA，發(fā)送端地址

　　-SequenceControl：包含兩個子字段，4位的分片編號（FragmentNumber）和12位的順序編號（SequenceNumber）

　　順序編號4096的模數(shù)，從0開始，每處理一個上層封包就加1

　　若上層封包分片處理，所有幀分片采用相同順序編號

　　對于重傳幀，順序編號不變

　　-FrameBody：幀主體也稱數(shù)據(jù)字段（Datafield），用于傳遞上層有效載荷（Payload），可為0

　　-FCS：幀校驗序列，采用循環(huán)冗余校驗（CRC）碼，計算范圍包括MAC頭中所有字段及幀主體

　　3、幀主體數(shù)據(jù)

　　不同于以太網，802.11的FrameBody以802.2的邏輯鏈路控制（LLC）來封裝不同類型的網絡協(xié)議

　　有兩種封裝方式：RFC1042、802.1H

　　下圖是802.11里的IP封裝

　　MAC的修改地址

　　通用修改

　　需要根據(jù)MAC芯片型號聯(lián)系廠家拿到對應的固件刷寫工具，以及MAC地址文件，其中MAC地址是需要向IEEE聯(lián)盟購買有效段的，并是唯一的，如果出現(xiàn)重復的則會報IP地址重復的錯誤而導致相同MAC地址的計算機網絡訪問異常。

　　Unix/Linux系統(tǒng)下修改MAC地址

　　進入保存MAC信息文件

　　圖形界面下Alt+Ctrl+Space→打開命令行終端→

　　方法1、輸入：ifconfig

　　方法2、輸入：ifconfig|grep“inet”|cut-c0-36|sed-e‘s/［a-zA-Z：］//g’

　　方法3、輸入：hostname-i

　　方法4、輸入：netstat-r

　　方法5、輸入：cat/etc/resolv.conf

　　→顯示相關網絡數(shù)據(jù)

　　其中inetaddr為ip地址，HWaddr是主機的HardwareAddress即MAC。

　　修改MAC

　　方法1、修改MAC的方法：在/etc/rc.d/init.d/中的network中加入ifconfigeth0hwetherxx:xx:xx:xx:xx:xx（MAC）然后重新啟動就會發(fā)現(xiàn)網卡地址已經是xxxxxxx了。

　　方法2、也可以將/sbin/ipconfigeth0hwetherMACaddr加入到/etc/rc.local中去。

　　以太網的MAC層

　　以太網的MAC地址：

　　MAC地址又稱為硬件地址或者是物理地址，其實是指局域網上的每一臺計算機中固化在適配器的ROM中的地址。由于計算機的發(fā)展，世界上的計算機太多，為了能夠標識每一臺計算機，目前所采用的MAC地址一般是6字節(jié)的48位的長度。這里我們可以這樣簡單的理解，所謂的MAC地址，實際上就是適配器地址。

　　簡述一下適配的作用：

　　適配器實際上就是每臺計算機接入到互聯(lián)網的一個接口，路由器因為要將數(shù)據(jù)在不同的局域網上面路由，所以路由器一般不止一個接口，就是說路由器一般不止一個硬件地址。

　　適配器有過濾的功能，它在局域網上每次收到一個MAC幀時（局域網上面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)），就檢查MAC幀中的目的地址，發(fā)現(xiàn)如果和自己的地址一樣，則拿到該MAC幀，然后做其他處理，如果發(fā)現(xiàn)和自己的MAC地址不一樣，則把剛剛拿到的MAC幀再次丟到局域網中，以供其他的計算機使用。局域網上面的每一臺計算機都是通過這種方式拿到自己需要的數(shù)據(jù)（MAC幀）。

　　MAC幀的格式：

　　首先看一下以太網V2的MAC幀格式（MAC格式標準有兩個，一個是DIXEthernetV2標準，一個是IEEE的802.3標準）上圖中的第一個地段的6個字節(jié)放置的是目的地址，第二個字段的6個字節(jié)放置的內容是源地址，第三個字段的2個字節(jié)放置的內容是類型，用來標識上一層使用的是什么協(xié)議，比如0800是IP協(xié)議，0806是ARP協(xié)議，8035是RARP協(xié)議，MAC層根據(jù)這些字段的內容來把數(shù)據(jù)傳遞給特定的層去使用。第四個字段是數(shù)據(jù)字段，它的長度是46–1500字節(jié)，如果數(shù)據(jù)的長度不滿46字節(jié)，MAC幀就會加入一些數(shù)據(jù)進行填充，那么上層是如何知道數(shù)據(jù)的長度呢，因為MAC幀并沒有一個字段用來標識數(shù)據(jù)的長度，解決這個問題使用了一種曼徹斯特編碼，大家可以上網查閱。最后一個字段是4個字節(jié)是幀檢驗序列，使用了CRC校驗。

　　這里還需要注意的一個問題是，當我們數(shù)據(jù)字段的數(shù)據(jù)長度沒有46字節(jié)時，上層是如何把多余的由MAC幀填充的數(shù)據(jù)丟掉呢，這里我們的上層協(xié)議中有字段長度，會自動的識別，然后把多余的數(shù)據(jù)丟掉。

　　MAC子層主要功能

　　MAC子層包括DCF和PCF。DCF：DistributedCoordinationFunction。PCF：PointCoordinationFunction

　　1、載波監(jiān)聽（CarrierSense）

　　STA有兩種方法來判斷當前介質是否空閑

　　-檢查PHY層，是否有carrier存在

　　-使用虛擬carrier-sense功能，NAV（NetworkAllocationVector）

　　NAV是MAC層提供的一種定時器，保存了其他STA使用介質的持續(xù)時間

　　其他STA發(fā)送的數(shù)據(jù)中帶有的Duration大于所保存的時間時，STA就更新自己的NAV

　　當NAV為0并且PHY層指示當前介質可用時，STA才能發(fā)送數(shù)據(jù)

　　2、DCF

　　DCF是基于CSMA/CA的接入方法，盡可能避免沖突，可以自動高效地共享介質

　　DCF提供基本模式和RTS/CTS模式兩種介質訪問方式

　　利用競爭窗口的二進制指數(shù)回退機制協(xié)調多個STA對共享鏈路的訪問，避免出現(xiàn)因爭搶介質而無法通信的情況

　　其核心思想是利用二進制指數(shù)回退機制減輕數(shù)據(jù)分組的碰撞以及實現(xiàn)發(fā)生碰撞后對分組的有限重傳控制

　　STA發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，首先檢測介質的狀態(tài)

　　如果介質空閑且持續(xù)一個DIFS時間（DCFInterFrameSpace）后

　　-在基本模式下立即發(fā)送數(shù)據(jù)幀

　　-在RTS/CTS模式下，發(fā)送RTS幀

　　并同時檢測有沒有發(fā)生分組碰撞

　　如果發(fā)生碰撞，STA隨機在［0，Wi］之間均勻選取一個值Random（）

　　?Wi被稱作競爭窗口，其大小依賴于數(shù)據(jù)分組重新傳輸次數(shù)

　　CWmin≤CW≤CWmax

　　并計算出backofftimer（=Random（）*slottime）

　　隨后，當STA探測到介質空閑時間等于一個slottime時，計數(shù)器減1

　　而當檢測到介質忙時，計數(shù)器值保持不變

　　并在介質空閑時間等于DIFS時，重新激活延時計數(shù)器且STA繼續(xù)監(jiān)測介質

　　直到計數(shù)器值減到0時STA才發(fā)送MAC幀

　　另外，為了避免某STA長時間占用信道，STA在兩次連續(xù)的數(shù)據(jù)幀發(fā)送之間也必須進行隨機延遲。

　　3、應答幀

　　某些幀需要接收STA回應一個應答幀，稱為ACK幀

　　ACK幀的傳輸不需要等待backofftimer

　　而是等待SIFS（ShortInterframeSpace）時間

　　SIFS通常比DIFS少2個slottime

　　4、隱藏節(jié)點問題和RTS/CTS

　　RTS：Requesttosend

　　CTS：Cleartosend

　　由于信號的緣故（距離太遠），某些STA之間無法直接通信，無法感知彼此的存在，

　　若此時同時給處于兩者之間的STA發(fā)送幀，導致中間STA佷尷尬

　　因為只有中間STA知道發(fā)生了沖突

　　此時，需要使用RTS/CTS來解決該問題

　　STA發(fā)送RTS幀，預約介質的使用權和要求接收STA保持沉默

　　接收STA以CTS應答，CTS幀要求附近的STA保持沉默直到過程結束

　　然后開始幀的傳輸過程

　　RTS/CTS通常用在高用量的環(huán)境下以及傳輸競爭比較顯著的場合

　　5、幀分片（FrameFragmentation）

　　幀分片的作用在于提高無線介質中傳輸?shù)目煽啃?/p>

　　將一個完整幀分為幾個更小的幀來分別傳輸，每個分片幀都需要ACK

　　這樣當某個分片幀出現(xiàn)錯誤時，只需要重新傳輸該幀即可

　　然而這也可能增加MAC層過載問題（Overhead）

　　注意：

　　-幀分片只發(fā)生在單播幀中

　　-每個分片幀具有相同的幀序列號和遞增的幀編號

　　6、PCF

　　PCF作為DCF的補充，是一種可選的介質訪問機制

　　提供了不必通過競爭即可使用介質的服務，為了滿足實時業(yè)務需求

　　用于Infrastructure模式網絡架構中，由AP進行協(xié)調

　　PCF以周期的形式進行幀的傳輸

　　每個周期包括一個無競爭階段和一個競爭階段

　　-無競爭階段（CFP：Contention-FreePeriod）

　　-競爭階段（CP：ContentionPeriod）

　　CFP階段傳輸實時業(yè)務，PCF起作用

　　CP階段傳輸非實時業(yè)務，DCF起作用