1.1.1 冲突避免的无线局域网协议

传统的以太网是由IEEE 802.3的标准定义的，每条以太网的链接都必须在严格的条件下运行，尤其是物理链路本身。例如，链路状态、链路速度和双工模式都必须符合标准的规定，无线局域网使用类似的协议，由IEEE 802.11标准定义。

有线以太网设备必须采用载波侦听多路访问／冲突检测（CSMA/CD）方法来传输和接收以太网帧。在共享的以太网网段上，PC以半双工模式工作，每台PC都可以先“发言”，然后侦听是否同其他正在发言的设备发生冲突。整个检测冲突的过程是基于有线连接的最大长度，从网段的一端发送到另一端，检测到冲突之间的最大延迟是确定的。

在全双工或交换型以太网链路上，不存在冲突或争取带宽的问题，但它们必须遵循相同的规范。例如，在全双工链路上，必须在预期的时间内发送或接收以太网帧，这要求全双工双绞线的最大长度与半双工链路相同。

虽然无线局域网也基于一组严格的标准，但无线介质本身难以控制，一般而言，当PC连接到有线网络时，与其共享网络连接的其他设备的数量是已知的，而当PC使用无线网络时，使用的传输介质为空气，由于接入层没有电缆和插口，因此，无法限制其他最终用户使用相同频率无线电波。

无线局域网实际上是一种共享型网络，且争用相同频率电波的主机数量不是固定的。在无线局域网中，冲突犹如家常便饭，因为每条无线连接都是半双工模式的，IEEE 802.11 WLAN总是半双工模式的，因为传输站和接收站使用的频率相同。双方不能同时传输，否则将发生冲突。要实现全双工模式，必须在一个频率进行传输，在另一个频率进行接收，这类似于全双工以太网链路的工作原理，虽然这完全可行，但IEEE 802.11标准不允许采用全双工模式。

当多个无线工作站同时传输时，它们的信号将相互干扰，接收站收到的将是混乱的数据、噪声或错误信息。如果没有明确的方式来确定是否发生了冲突，传输站也无法知道发生了冲突，因为传输时将关闭其接收器，作为一个基本的反馈机制，每当无线工作站传输一帧后，接收工作站必须发送一个确认，确认已正确地收到该帧。确认帧充当了基本的冲突检测工具，然而，它并不能预先防止冲突的发生。

IEEE 802.11标准使用一种名为载波侦听多路访问／冲突避免（CSMA/CA）的方法来避免冲突。注意，IEEE 802.3有线网络是检测冲突，而IEEE 802.11网络是尽可能避免冲突。

为实现冲突避免，要求所有工作站在传输每帧前进行侦听，当工作站有帧需要发送时，面临的将是下列情况之一：

① 没有其他设备在传输数据，工作站可立刻传输其帧，接收工作站必须发送一个确认帧，确认原始帧已在没有发生冲突的情况下到达。

② 另一台设备正在传输，工作站必须等待，等到当前帧传输完毕后，它再等待一段随机时间，然后传输自己的帧。

无线帧的长度不是固定的，一个工作站传输其帧时，其他工作站如何知道该帧已传输完毕，可以使用无线介质呢？显然，工作站可以进行侦听，等待静默期的到来，但这样做并非总是有效的，其他工作站也在侦听，可能同时决定开始传输。IEEE 802.11 标准要求所有工作站在开始传输前等待一段时间，这段时间被称为DCF帧间间隔（DCF Interframe Space,DIFS）。

传输工作站可以在IEEE 802.11报头中包含一个持续时间值，以指出传输完当前帧所需的大概时间。持续时间值包含传输完当前帧所需要的时隙数（单位通常为毫秒），其他无线工作站必须查看持续时间值，并在考虑传输数据前等待相应的时间。

由于每个侦听站在传输的帧中看到的持续时间值相同，因此它们都可能在这段时间过去后决定传输自己的帧，这可能导致冲突。所以，在实际中，除持续定时器外，每个无线工作站还必须实现一个随机后退定时器，传输帧之前，工作站必须选择一个要等待的随机时隙数，这个数字位于0和最大争用窗口值之间。这里的基本思想是，准备传输的工作站必须等待一段随机时间，以减少试图立即传输的工作站数量。

这个过程被称为分布式协调功能（Distributed Coordination Function，DCF），图1-1对其进行了说明。三位无线用户都有一个帧需要发送，它们所需的时间各不相同。发生的情况如下所述。

① 用户A侦听并确定没有其他用户在传输，因此，传输自己的帧并通告持续时间。

② 用户B有一个帧需要传输，他必须等待用户A的帧传输完毕，再等待DIFS时间过去。

③ 用户B在传输前等待一段随机退避时间。

④ 在用户B等待期间，用户C有一个帧需要传输，他通过侦听发现没有人在传输，用户C等待一段随机时间，但比用户B的随机时间短。

⑤ 用户C传输一个帧，并通告其持续时间。

⑥ 用户B传输前必须等待该持续时间加上DIFS时间。

由于后退定时器是随机的，多台工作站仍可能选择相同的退避时间，因此，无法防止这些工作站同时传输数据，进而导致冲突。这样，在无线网络中将会出现传输错误，而接收站不会返回确认，为此发送站必须考虑重新发送其帧。

最后，工作站在其随机后退定时器过期后并准备传输数据时，如果发现有人正在传输，该如何办呢？它必须再等待当前正在传输的帧的持续时间、DIFS时间和随机后退时间。