无线局域网.docx

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无线局域网

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无线局域网

无线局域网（WirelessLAN，WLAN），顾名思义，是一种利用无线方式，提供无线对等（如PC对PC、PC对集线器或打印机对集线器）和点到点（如LAN到LAN）连接性的数据通信系统。

WLAN代替了常规LAN中使用的双绞线或同轴线路或光纤，通过电磁波传送和接收数据。

WLAN执行像文件传输、外设共享、Web浏览、电子邮件和数据库访问等传统网络通信功能。

无线局域网络（WirelessLocalAreaNetworks；WLAN）是相当便利的数据传输系统，它利用射频（RadioFrequency；RF）的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线（Coaxial）所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到「信息随身化、便利走天下」的理想境界。

无线局域网-概述

无线局域网拓扑结构概述：

基于IEEE802.11标准的无线局域网允许在局域网络环境中使用未授权的2.4或5.3GHz射频波段进行无线连接。

它们应用广泛，从家庭到企业再到Internet接入热点。

无线局域网简单的家庭无线LAN

简单的家庭无线LAN：

在家庭无线局域网最通用和最便宜的例子，如图1所示，一台设备作为防火墙，路由器，交换机和无线接入点。

这些无线路由器可以提供广泛的功能，例如：

保护家庭网络远离外界的入侵。

允许共享一个ISP（Internet服务提供商）的单一IP地址。

可为4台计算机提供有线以太网服务，但是也可以和另一个以太网交换机或集线器进行扩展。

为多个无线计算机作一个无线接入点。

通常基本模块提供2.4GHz802.11b/g操作的Wi-Fi，而更高端模块将提供双波段Wi-Fi或高速MIMO性能。

双波段接入点提供2.4GHz802.11b/g和5.3GHz802.11a性能，而MIMO接入点在2.4GHz范围中可使用多个射频以提高性能。

双波段接入点本质上是两个接入点为一体并可以同时提供两个非干扰频率，而更新的MIMO设备在2.4GHz范围或更高的范围提高了速度。

2.4GHz范围经常拥挤不堪而且由于成本问题，厂商避开了双波段MIMO设备。

双波段设备不具有最高性能或范围，但是允许你在相对不那么拥挤的5.3GHz范围操作，并且如果两个设备在不同的波段，允许它们同时全速操作。

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家庭网络中的例子并不常见。

该拓扑费用更高但是提供了更强的灵活性。

路由器和无线设备可能不提供高级用户希望的所有特性。

在这个配置中，此类接入点的费用可能会超过一个相当的路由器和AP一体机的价格，归因于市场中这种产品较少，因为多数人喜欢组合功能。

一些人需要更高的终端路由器和交换机，因为这些设备具有诸如带宽控制，千兆以太网这样的特性，以及具有允许他们拥有需要的灵活性的标准设计。

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无线桥接：

当有线连接太昂贵或者需要为有线连接建立第二条冗余连接以作备份时，无线桥接允许在建筑物之间进行无线连接。

802.11设备通常用来进行这项应用以及无线光纤桥。

802.11基本解决方案一般更便宜并且不需要在天线之间有直视性，但是比光纤解决方案要慢很多。

802.11解决方案通常在5至30mbps范围内操作，而光纤解决方案在100至1000mbps范围内操作。

这两种桥操作距离可以超过10英里，基于802.11的解决方案可达到这个距离，而且它不需要线缆连接。

但基于802.11的解决方案的缺点是速度慢和存在干扰，而光纤解决方案不会。

光纤解决方案的缺点是价格高以及两个地点间不具有直视性。

中型无线局域网：

中等规模的企业传统上使用一个简单的设计，他们简单地向所有需要无线覆盖的设施提供多个接入点。

这个特殊的方法可能是最通用的，因为它入口成本低，尽管一旦接入点的数量超过一定限度它就变得难以管理。

大多数这类无线局域网允许你在接入点之间漫游，因为它们配置在相同的以太子网和SSID中。

从管理的角度看，每个接入点以及连接到它的接口都被分开管理。

在更高级的支持多个虚拟SSID的操作中，VLAN通道被用来连接访问点到多个子网，但需要以太网连接具有可管理的交换端口。

这种情况中的交换机需要进行配置，以在单一端口上支持多个VLAN。

尽管使用一个模板配置多个接入点是可能的，但是当固件和配置需要进行升级时，管理大量的接入点仍会变得困难。

从安全的角度来看，每个接入点必须被配置为能够处理其自己的接入控制和认证。

RADIUS服务器将这项任务变得更轻松，因为接入点可以将访问控制和认证委派给中心化的RADIUS服务器，这些服务器可以轮流和诸如Windows活动目录这样的中央用户数据库进行连接。

但是即使如此，仍需要在每个接入点和每个RADIUS服务器之间建立一个RADIUS关联，如果接入点的数量很多会变得很复杂。

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大型可交换无线局域网：

交换无线局域网是无线连网最新的进展，简化的接入点通过几个中心化的无线控制器进行控制。

数据通过Cisco，ArubaNetworks，Symbol和TrapezeNetworks这样的制造商的中心化无线控制器进行传输和管理。

这种情况下的接入点具有更简单的设计，用来简化复杂的操作系统，而且更复杂的逻辑被嵌入在无线控制器中。

接入点通常没有物理连接到无线控制器，但是它们逻辑上通过无线控制器交换和路由。

要支持多个VLAN，数据以某种形式被封装在隧道中，所以即使设备处在不同的子网中，但从接入点到无线控制器有一个直接的逻辑连接。

从管理的角度来看，管理员只需要管理可以轮流控制数百接入点的无线局域网控制器。

这些接入点可以使用某些自定义的DHCP属性以判断无线控制器在哪里，并且自动连结到它成为控制器的一个扩充。

这极大地改善了交换无线局域网的可伸缩性，因为额外接入点本质上是即插即用的。

要支持多个VLAN，接入点不再在它连接的交换机上需要一个特殊的VLAN隧道端口，并且可以使用任何交换机甚至易于管理的集线器上的任何老式接入端口。

VLAN数据被封装并发送到中央无线控制器，它处理到核心网络交换机的单一高速多VLAN连接。

安全管理也被加固了，因为所有访问控制和认证在中心化控制器进行处理，而不是在每个接入点。

只有中心化无线控制器需要连接到RADIUS服务器，这些服务器在图6显示的例子中轮流连接到活动目录。

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交换无线局域网的另一个好处是低延迟漫游。

这允许VoIP和Citrix这样的对延迟敏感的应用。

切换时间会发生在通常不明显的大约50毫秒内。

传统的每个接入点被独立配置的无线局域网有1000毫秒范围内的切换时间，这会破坏电话呼叫并丢弃无线设备上的应用会话。

交换无线局域网的主要缺点是由于无线控制器的附加费用而导致的额外成本。

但是在大型无线局域网配置中，这些附加成本很容易被易管理性所抵消

无线局域网络应用：

大楼之间：

大楼之间建构网络的连结，取代专线，简单又便宜。

餐饮及零售：

餐饮服务业可使用无线局域网络产品，直接从餐桌即可输入并传送客人点菜内容至厨房、柜台。

零售商促销时，可使用无线局域网络产品设置临时收银柜台。

医疗：

使用附无线局域网络产品的手提式计算机取得实时信息，医护人员可藉此避免对伤患救治的迟延、不必要的纸上作业、单据循环的迟延及误诊等，而提升对伤患照顾的品质。

企业：

当企业内的员工使用无线局域网络产品时，不管他们在办公室的任何一个角落，有无线局域网络产品，就能随意地发电子邮件、分享档案及上网络浏览。

仓储管理：

一般仓储人员的盘点事宜，透过无线网络的应用，能立即将最新的资料输入计算机仓储系统。

货柜集散场：

一般货柜集散场的桥式起重车，可于调动货柜时，将实时信息传回office，以利相关作业之逐行。

监视系统：

一般位于远方且需受监控现场之场所，由于布线之困难，可藉由无线网络将远方之影像传回主控站。

展示会场：

诸如一般的电子展，计算机展，由于网络需求极高，而且布线又会让会场显得凌乱，因此若能使用无线网络，则是再好不过的选择。

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无线局域网的优点：

（1）灵活性和移动性。

在有线网络中，网络设备的安放位置受网络位置的限制，而无线局域网在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。

无线局域网另一个最大的优点在于其移动性，连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。

（2）安装便捷。

无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个区域的局域网络。

（3）易于进行网络规划和调整。

对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。

重新布线是一个昂贵、费时、浪费和琐碎的过程，无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。

（4）故障定位容易。

有线网络一旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。

无线网络则很容易定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接。

（5）易于扩展。

无线局域网有多种配置方式，可以很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，并且能够提供节点间"漫游"等有线网络无法实现的特性。

由于无线局域网有以上诸多优点，因此其发展十分迅速。

最近几年，无线局域网已经在企业、医院、商店、工厂和学校等场合得到了广泛的应用。

无线局域网的不足之处：

无线局域网在能够给网络用户带来便捷和实用的同时，也存在着一些缺陷。

无线局域网的不足之处体现在以下几个方面：

（1）性能。

无线局域网是依靠无线电波进行传输的。

这些电波通过无线发射装置进行发射，而建筑物、车辆、树木和其它障碍物都可能阻碍电磁波的传输，所以会影响网络的性能。

（2）速率。

无线信道的传输速率与有线信道相比要低得多。

目前，无线局域网的最大传输速率为54Mbit/s，只适合于个人终端和小规模网络应用。

（3）安全性。

本质上无线电波不要求建立物理的连接通道，无线信号是发散的。

从理论上讲，很容易监听到无线电波广播范围内的任何信号，造成通信信息泄漏。

无线局域网-技术

目前，无线局域网采用的传输媒体主要有两种，即红外线和无线电波。

按照不同的调制方式，采用无线电波作为传输媒体的无线局域网又可分为扩频方式与窄带调制方式。

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（1）红外线（InfraredRays，IR）局域网：

采用红外线通信方式与无线电波方式相比，可以提供极高的数据速率，有较高的安全性，且设备相对便宜而且简单。

但由于红外线对障碍物的透射和绕射能力很差，使得传输距离和覆盖范围都受到很大限制，通常IR局域网的覆盖范围只限制在一间房屋内。

（2）扩频（SpreadSpectrum，SS）局域网：

如果使用扩频技术，网络可以在ISM（工业、科学和医疗）频段内运行。

其理论依据是，通过扩频方式以宽带传输信息来换取信噪比的提高。

扩频通信具有抗干扰能力和隐蔽性强、保密性好、多址通信能力强的特点。

扩频技术主要分为跳频技术（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）两种方式。

所谓直接序列扩频，就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。

而跳频技术与直序扩频技术不同，跳频的载频受一个伪随机码的控制，其频率按随机规律不断改变。

接收端的频率也按随机规律变化，并保持与发射端的变化规律一致。

跳频的高低直接反映跳频系统的性能，跳频越高，抗干扰性能越好，军用的跳频系统可达到每秒上万跳。

（3）窄带微波局域网：

这种局域网使用微波无线电频带来传输数据，其带宽刚好能容纳信号。

但这种网络产品通常需要申请无线电频谱执照，其它方式则可使用无需执照的ISM频带。

无线局域网络存取技术：

目前厂商在设计无线局域网络产品时，有相当多种存取设计方式，大致可分为三大类：

窄频微波（NarrowbandMicrowave）技术、展频（SpreadSpectrum）技术、及红外线（Infrared）技术，每种技术皆有其优缺点、限制、及比较。

展频技术：

展频技术的无线局域网络产品是依据FCC（FederalCommunicationsCommittee；美国联邦通讯委员会）规定的ISM（IndustrialScientific,andMedical），频率范围开放在902M~928MHz及2.4G~2.484GHz两个频段，所以并没有所谓使用授权的限制。

展频技术主要又分为「跳频技术」及「直接序列」两种方式。

而此两种技术是在第二次世界大战中军队所使用的技术，其目的是希望在恶劣的战争环境中，依然能保持通信信号的稳定性及保密性。

跳频技术（FHSS）：

跳频技术（Frequency-HoppingSpreadSpectrum；FHSS）在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。

FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔（DwellTime）为400ms。

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直接序列展频技术（DSSS）：

直接序列展频技术（DirectSequenceSpreadSpectrum；DSSS）是将原来的讯号「1」或「0」，利用10个以上的chips来代表「1」或「0」位，使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。

而每个bit使用多少个chips称做Spreadingchips，一个较高的Spreadingchips可以增加抗噪声干扰，而一个较低SpreadingRation可以增加用户的使用人数。

基本上，在DSSS的SpreadingRation是相当少的，例如在几乎所有2.4GHz的无线局域网络产品所使用的SpreadingRation皆少于20。

而在IEEE802.11的标准内，其SpreadingRation大约在100左右。

FHSSVSDSSS调变差异：

无线局域网络在性能和能力上的差异，主要是取决于所采用的是FHSS还是DSSS来实现、以及所采用的调变方式。

然而，调变方式的选择并不完全是随意的，像FHSS并不强求某种特定的调变方式，而且，大部分既有的FHSS都是使用某些不同形式的GFSK，但是，IEEE802.11草案规定要使用GFSK。

至于DSSS则过使用可变相位调变（如：

PSK、QPSK、DQPSK），可以得到最高的可靠性以及表现高数据速率性能。

在抗噪声能力卜方面，采用QPSK调变方式的DSSS与采用FSK调变方式的FHSS相比，可以发现这两种不同技术的无线局域网络各自拥有的优势。

FHSS系统之所以选用FSK调变方式的原因是因为FHSS和FSK内在架构的简单性，FSK无线讯号可使用非线性功率放大器，但这却牺牲了作用范围和抗噪声能力。

而DSSS系统需要稍为贵一些的线性放大器，但却可以获得更多的回馈。

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DSSSVSFHSS之优劣：

截至目前，若以现有的产品参数详加比较，可以看出DSSS技术在需要最佳可靠性的应用中具有较佳的优势，而FHSS技术在需要低成本的应用中较占优势。

虽然我们可以在网际网络内看到各家厂商各说各话，但真正需要注意的是厂商在DSSS和FHSS展频技术的选择，必须要审慎端视产品在市场的定位而定，因为它可以解决无线局域网络的传输能力及特性，包括：

抗干扰能力、使用距离范围、频宽大小、及传输资料的大小。

一般而言，DSSS由于采用全频带传送资料，速度较快，未来可开发出更高传输频率的潜力也较大。

DSSS技术适用于固定环境中、或对传输品质要求较高的应用，因此，无线厂房、无线医院、网络社区、分校连网等应用，大都采用DSSS无线技术产品。

FHSS则大都使用于需快速移动的端点，如行动电话在无线传输技术部分即是采用FHSS技术；且因FHSS传输范围较小，所以往往在相同的传输环境下，所需要的FHSS技术设备要比DSSS技术设备多，在整体价格上，可能也会比较高。

以目前企业需求来说，高速移动端点应用较少，而大多较注重传输速率、及传输的稳定性，所以未来无线网络产品发展应会以DSSS技术为主流。

蓝牙技术：

蓝牙（Bluetooth）技术是一种短距的无线通讯技术，工作在2.4GHzISM频段，其面向移动设备间的小范围连接，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音以及数据通信。

主要技术特点如下：

（1）蓝牙的指定范围是10m，在加入额外的功率放大器后，可以将距离扩展到100m。

辅助的基带硬件可以支持4个或者更多的语音信道。

（2）提供低价、大容量的语音和数据网络，最高数据传输速率为723.2kb/s。

（3）使用快速跳频（1600跳/s）避免干扰，在干扰下，使用短数据帧来尽可能增大容量。

（4）支持单点和多点连接，可采用无线方式将若干蓝牙设备连成一个微波网，多个微波网又可互连称特殊分散网，形成灵活的多重微波网的拓扑结构，从而实现各类设备之间的快速通信。

（5）任一蓝牙设备，都可根据IEEE802标准得到一个唯一的48bit的地址码，保证完成通信过程中设备的鉴权和通信的保密安全。

（6）采用TDD方案来实现全双工传输，蓝牙的一个基带帧包括两个分组，首先是发送分组，然后是接收分组。

蓝牙系统既支持电路交换也支持分组交换，支持实时同步定向联接和非实时的异步不定向联接。

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HomeRF：

HomeRF技术是由HRFWG（homeRFworkinggroup）工作组开发的，该工作组1998年成立，主要由Intel、IBM、Companq、3com、Philips、Microsoft、Motorola等几家大公司组成，旨在制定PC和用户电子设备之间无线数字通信的开放性工业标准，为家庭用户建立具有互操作性的音频和数据通信网，HomeRF采用了IEEE802.11标准的CSMA/CA模式，以竞争的方式来获取信道的控制权，在一个时间点上只能有一个接入点在网络中传输数据，提供了对“流业务”的真正意义上的支持，规定了高级别的优先权并采用了带有优先权的重发机制，确保了实时性“流业务”所需的带宽（2～11Mb/s）和低干扰、低误码。

HomeRF是针对现有无线通信标准的综合和改进，当进行数据通信时，采用IEEE802.11规范中的TCP/IP传输协议；进行语音通信时，则采用数字增强型无绳通信标准。

因此，接收端必须捕获传输信号的数据头和几个数据包，判断是音频还是数据包，进而切换到相应的模式。

HomeRF采用对等网的结构，每一个节点相对独立，不受中央节点的控制。

因此，任何一个节点离开网络都不会影响其它节点的正常工作。

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HiperLAN：

HiperLAN（highperformanceradioLAN）是由欧洲电信标准化协会（ETSI）的宽带无线电接入网络（BRAN）小组制定的无线局域网标准，已推出HiperLAN1和HiperLAN2两个版本。

HiperLAN1由于数据传输速率较低，没有流行推广。

HiperLAN2在欧洲得到了比较广泛的支持，是目前比较完善的WLAN协议标准，它具有如下特点：

（1）高速的数据传输速率。

HiperLAN工作在5GHz频段，采用了正交频分复用（OFDM）的调制，数据是通过MT和AP之间事先建立的信令链接进行传输的，可达到54Mb/s的传输速率。

（2）自动频率分配。

AP在工作的过程中同时监听环境干扰信息和邻近的AP，进而根据无线信道是否被其它AP占用和环境干扰最小化的原则选择最合适的信道，自动频率分配是HiperLAN2的最大特色。

（3）安全性支持。

HiperLAN2网络支持鉴权和加密。

通过鉴权，使得只有合法的用户可以接入网络，而且只能接入通过鉴权的有效网络。

（4）移动性支持。

在HiperLAN2中，MT必须通过“最近”的AP，或者说信噪比最高的AP来传输数据。

因此当MT移动时，必须随时检测附近的AP，一旦发现其它AP有比当前AP更好的传输性能，就请求切换。

切换之后，所有已经建立的链接将转移到新的AP之上，在切换过程中，通信不会中断。

（5）网络与应用的独立性。

HiperLAN的协议栈具有很大的灵活性，可以适应多种固定网络类型。

因此HiperLAN2网络既可以作为交换式以太网的无线接入子网，也可以作为第三代蜂窝网络的接入网，并且这种接入对于网络层以上的用户部分来说是完全透明的。

无线局域网-标准

无线局域网

由于无线局域网潜在的市场规模，许多制造商都在致力于无线局域网的研究与开发。

为使无线局域网产业健康发展，欧美日等发达国家及有关国际标准化组织都已经或正在制定有关无线局域网的法规与标准。

七十年代，人们就开始了无线网的研究。

在整个八十年代，伴随着以太局域网的迅猛发展，以具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己之长补“有线”所短，也赢得了特定市场的认可，但也正是因为当时的无线网是作为有线以太网的一种补充，遵循了IEEE802.3标准，使直接架构于802.3上的无线网产品存在着易受其他微波噪声干扰，性能不稳定；传输速率低且不易升级等弱点，不同厂商的产品相互也不兼容，这一切都限制了无线网的进一步应用。

这样，制定一个有利于无线网自身发展的标准就提上了议事日程。

到1997年6月，IEEE终于通过了802.11标准。

802.11标准是IEEE制定的无线局域网标准，主要是对网络的物理层（PH）和媒质访问控制层（MAC）进行了规定，其中对MAC层的规定是重点。

各厂商的产品在同一物理层上可以互操作，逻辑链路控制层（LLC）是一致的，即MAC层以下对网络应用是透明的。

这样就使得无线网的两种主要用途----“（同网段内）多点接入”和“多网段互连”，易于质优价廉地实现。

对应用来说，更重要的是，某种程度上的“兼容”就意味着竞争开始出现；而在IT这个行业，“兼容”，就意味着“十倍速时代”降临了。

99年底，朗讯（LUCent）推出了速率为11M与10M以太网等同的WaveLAN新产品----从而实现了“无线网达到有线网速率”这一近期目标，相对于以前无线网最大速率2Mbps来说，这无疑是一个飞跃，而这其中，802.11无疑也是原动力之一。

无线局域网

IEEE802.11是第一代无线局域网标准之一。

该标准定义了物理层和媒体访问控制（MAC）协议的规范，允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。

IEEE802.11工作委员会对无线局域网的业务及应用环境、功能条件等设置了以下基本要求：

由无线媒体提供的含分组语音在内的1～20Mb/s无连接MAC业务；局部区域内固定或可移动的站；任意两站间可自由通信；满足IEEE802.1、IEEE802.2和IEEE802.10的功能条件；分组丢失率≤4×10-5。

与IEEE802.3相比，IEEE802.11有如下新特点：

在物理层定义了数据传输的信号特征和调制方法，定义了两个射频（RF）传输方法和一个红外线传输方法。

RF传输标准是直接序列扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）。

由于在无线网络中冲突检测较困难，媒体访问控制（MAC）层采用避免冲突（CA）协议，而不是冲突检测（CD），但也只能减少冲突。

802.11物理层的无线媒体（WM）决定了它与现有的有线局域网的MAC不同，它具有独特的媒体访问控制机制，以CSMA/CA的方式共享无线媒体。

MAC结构及服务内容：

基本服务群（BSS）是无线局域网的基本单元，它的功能包括分布式协调功能（DCF）和点协调功能（PCF）。

协调功能是决定在BSS内工作的一个站，通过WM何时允许发送和可能接收协议单元的逻辑功能。

DCF是802.11MAC协议的基本媒体访问方法，作用于基本服务群和基本网络结构中，可在所有站实现，它支持竞争型异步业务。

而PCF可支持无竞争型时限业务及无竞争型异步业务。

无线局域网MAC提供的服务有：

安全服务、MSDU重新排序服务和数据服务。

IEEE802.11中的安全服务提供的服务范围局限于站与站之间的数据交换。

其内容为：

加密、验证、与层管理实体相联系的访问控制。

MAC的结构：

为提高成功发送的可能性，MAC提供了重新排序的服