3.1：PHY层服务
802.11 通信与 802.3 中的通信类似，都在数据链路层的 MAC 子层使用帧，并在物理层（PHY）使用相应的服务和信令。然而，由于 Wi-Fi 使用的是无限制且共享的介质——即空中的射频（RF）——即使在第一层（Layer 1）也存在一些差异。很多人认为在无线传输中只需要了解争用和噪声就够了，但事实并非如此。 在 802 标准的第 11 部分（Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications）中定义了 Wi-Fi 通信中 MAC 和 PHY 子层的用法。目前该标准已发布到第十次整合版本。802.11 标准有很多版本或修正案，用来定义各种特定 PHY 的运行方式。这些版本从 15 一直到 23，包括：- DSSS PHY
- HR/DSSS PHY
- OFDM PHY
- ERP PHY
- HT PHY
- VHT PHY
- HE PHY
- 等等
- a) 用于定义一种方法，将 MPDU 映射到适合在两个或多个 STA（站点）之间进行用户数据和管理信息发送与接收的帧格式中的功能。
- b) 用于定义无线介质（WM）特性，并通过此介质在两个或多个 STA 之间传输和接收数据的方法的功能。
802.11 物理层（PHY）服务
当一个站点需要发送数据时，会在 OSI 模型的顶层请求数据封装，然后这些帧会在向下经过各层和子层的过程中被格式化和封装。当信息传递到第二层时，会添加 MAC 子层信息，例如 MAC 地址。MAC 子层将 802.11 帧称为 MAC 协议数据单元（MPDU），并将其传递给物理层（PHY）。如果帧是接收方向，则会反向穿过各层（从下往上），物理层会将 MAC 帧（MPDU）称为物理层服务数据单元（PSDU）。这两个术语都正确，所使用的术语应与处理该数据负载的层或子层对应。当该负载在 MAC 子层时，称为 MSDU；在下行通过 MAC 子层后会变成 MPDU；在通过 PHY 层时又可被称为 PSDU。这些概念可能会让人困惑。由于分层结构的存在，帧在被第二层和第一层封装或解封装时，会将第三层及以上层的有效载荷进行对应的转换。 当 PHY 层从 MAC 子层接收到 MPDU 时，会在封装中加入合适的前导码（preamble）和头部信息，从而生成 PHY 协议数据单元（PPDU）。PHY 层可以实现各种 PHY 原语（又称“子层命令”或“基础指令”），以便通过服务访问点（SAP）进行处理。当 MAC 层发送 MPDU 时，PHY 层会对其进行处理，准备好发送。PHY 层在接收无线介质中的帧并确认其目标是本地站点后，也会将接收的帧上传给 MAC 子层。 PPDU 包含所有所需的 PHY 特定前导码和头部字段。前导码和头部信息主要与物理层的发送端和接收端相关，通常被统称为 PHY 协议头部（其中可能包含 PHY 前导码和头部），也就是 PHY 协议数据单元（PPDU）。而 MPDU 则被视为有效载荷或数据单元（PSDU），在讨论物理层操作时也可用该术语来指代它。 PPDU 的帧结构用于在各个站点之间异步传输 PSDU。因此，接收站的 PHY 层必须对每个传入帧分别进行电路同步。802.11 标准的各项修订为帧头定义了不同的格式，这些格式基于不同的调制类型和方案，使当前的无线速率相比旧版 802.11-1997 标准所提供的速率有了显著提升。 基本原理仍然一致：来自第三层及更高层的数据负载会在第二层和第一层进行封装以完成发送，随后在接收端的第一层和第二层解封装以完成接收。帧头中的信息与格式会根据具体协议而有所不同，但最终的流程是相同的。 根据 802.11-2020 标准的定义，物理层协议数据单元（PPDU）是为提供物理层数据服务（PHY data service）而在对等 PHY 设备之间交换的帧。802.11-2020 标准中定义了多种信道带宽（如 20 MHz、40 MHz、80 MHz 和 160 MHz），每种带宽对于 PPDU 都有不同的要求，因为定时会有所区别，并且在命名 PHY 时会依据各自的信道带宽。该标准还定义了信道“命名”的使用方式，包括 20 MHz 信道（primary）、以及仅用于 40、80 和 secondary80 等的相关术语。与 20 MHz 信道对应的术语包括 primary、primary40、40、secondary40；与 80 MHz 信道对应的术语包括 primary、secondary、secondary40；与 160 MHz 信道对应的术语包括 primary、secondary、secondary40、secondary80。图 3.1 展示了这些术语之间的关系。 IEEE 802.11 架构的协议参考模型如图 3.1a 所示。802.11-2020 标准中，大多数 PHY 的定义都包含两个功能实体：PHY 功能和层管理功能。此外，802.11-2016 标准也呈现了一种体系结构视图，强调将系统划分为两个主要部分：数据链路层中的 MAC 子层与物理层（PHY）。这两个主要部分旨在与 ISO/IEC 开放系统互连（OSI）基本参考模型（ISO/IEC 7498-1:1994）的最底层保持紧密对应。图 3.1a 还展示了各层与子层，以及通过服务接入点（SAP）——称为 PHY SAP——在站点（STA）处提供给 MAC 子层实体的 PHY 服务。 PHY 向 MAC 子层提供的服务由 802.11-2020 标准以抽象的方式进行规范和描述，并不意味着采用任何特定的实现方式或暴露的接口。与 MAC 子层和 PHY 之间通信相关的原语（即可直接理解的指令和数据）大致可分为两类：- 支持 MAC 点对点交互的服务原语（如图 3.2 所示）
- 在本地范围内具有重要意义并支持子层与子层交互的服务原语（如图 3.3 所示）
- 载波侦听/空闲信道评估（CS/CCA）
- 发送（Tx）
- 接收（Rx）