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    《CWAP-404》，第三章：物理层（PHY）（3.1）

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    许多管理员和工程师忽视了对第一层（Layer 1）信息的检查，只关注第二层（Layer 2）信息。这可能是因为他们在分析有线流量时的经验，或者因为他们并不了解第一层分析的价值。在对 802.11 通信进行故障排查、站点预设计勘测或网络保障时，许多人只关注在数据包捕获中能够看到的第二层信息。虽然这些信息非常有价值，并且通常能够指出问题和答案，但它只讲述了故事的一部分。 由于 802.11 通信同时使用第一层和第二层，因此要想全面了解其情况，就必须同时检查这两层的运行状况。一个常用的缩写“PHY”用来指代 OSI 模型中用于无线网络的物理层，或者指代某种特定的网络实现。在描述 802.11 中不同物理技术（如 DSSS、FHSS、OFDM、HT、VHT、HE 等）的功能时，都会介绍各自的物理层（PHY）操作以及整个 802.11 标准家族的物理层操作。本章将为您提供对物理层（PHY）操作的深入理解。

    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
    要理解第 11 部分中的内容，需要知道每个版本实际上都是对该标准的修订，而且每一次的新版本都以合适的方式补充到标准中。例如，802.11a 就包含在 802.11 中，称为 802.11a。当前最新的 802.11-2020 标准包含了对这些 PHY 定义的说明。Clause 8是对 PHY 的总体介绍，Clause 9则定义了不同版本的 PHY，等等。 根据 802.11-2020 标准，提供给 MAC 层的 PHY 服务在本章中进行了描述。作为该标准的一部分，不同的 PHY 都被定义出来。每个 PHY 都可以由以下两大功能组成：
    • 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。
    本节剩余部分将介绍在Clause 8中定义并在 Wi-Fi 设备中使用的各种服务。

    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）
    由于 PHY 服务原语与协议分析之间并没有直接的关联性，因此本书不会对其进行详细的解释。下方表格仅供个人参考。如果您希望了解更多关于这些原语的详细信息，可以查阅 802.11-2020 标准，其中对这些原语有更为详尽的说明。图 3.4 列出了由一个或多个 PHY SAP 服务原语所使用的参数。 一些服务原语包含了一个所谓的“参数向量”（parameter vector），它是一组可能会因所用 PHY 类型不同而有所变化的参数。图 3.5 列出了参数向量中各类型所需的最小参数值，涉及数据速率和信道使用等重要信息。无线传输的 PHY 头部中包含了许多必要信息，由发送 STA 指示给所有接收 STA，用以处理接收到的帧。接收 STA 需要了解如数据速率等基本信息，才能开始对 PPDU 帧的有效载荷进行解调。如果发送 STA 和接收 STA 并未使用或支持相同的 PHY 类型，则无法进行通信。PHY 所使用的原语会决定所采用的参数向量以及相应的数值。 STATE 参数（在图 3.4 中可见）有两种可能取值：BUSY 或 IDLE。如果 PHY 评估后认为信道不可用，则该参数取值为 BUSY；如果信道可用，则取值为 IDLE。802.11-2020 标准在执行 PHY 功能时规定要使用状态机。每个状态机会执行以下功能之一：
    • 载波侦听/空闲信道评估（CS/CCA）
    • 发送（Tx）
    • 接收（Rx）

    载波侦听/空闲信道评估（CS/CCA）

    CS/CCA 参数会根据信道状态显示为 BUSY 或 IDLE。CS/CCA 过程由两个主要功能组成。它用于侦测可接收信号的开始（载波侦听，CS），并在发送数据包之前确定信道是否可用（空闲信道评估，CCA）。CCA 是 802.11 通信中避免冲突的方法之一。 如前所述，MAC 子层在需要时会将帧传递给 PHY 进行传输。该过程通过 PHY 的 CS/CCA 机制来启动：一旦从 MAC 子层接收到一个 PHY-TXSTART 请求（TXVECTOR）后，PHY 的发送（Tx）端便可发送数据帧。载波侦听（CS）会在多用户环境中持续检测传输活动，以确保在发送数据之前信道处于空闲状态。 PHY 可以在空闲（IDLE）状态下对传输进行排队，也可以处于不可用状态（BUSY），此时会有两种报告形式：IPI 或 IPI-REPORT。它们会根据物理层侦测到的信道利用状况，通过 IPITRadiMeasurement 报告给 MAC 子层。IPI 是一种简单的功率指示器，可基于 IPITStateMachine 的运行结果触发 IPI-REPORT。IPI-REPORT 是一个更详细的测量报告，表示当前是否存在可接收信号或其他干扰源。如果 PHY 侦测到信道被占用，就会报告 BUSY；如果信道处于空闲，则报告 IDLE，这样可以在网络中进行必要的吞吐量和数据速率的权衡。 有些由 PHY 执行的过程本身就与协议紧密相关，例如 BSS 配置、数据速率、天线选择等，这些过程并不一定能被直接分析到。我们可以在帧分析工具中验证其中一部分过程的结果，但许多操作都超出了大多数实时分析的范畴，因此并不会在抓包中显示。举例来说，你不会在协议分析器中看到某个“原语”被调用，因为原语并不一定会导致帧的生成或接收，它们是 MAC 和 PHY 之间的内部通信。然而，一些工具（比如 Microsoft Message Analyzer）在操作系统层面进行跟踪时，可以显示 Wi-Fi 驱动执行的具体“动作”。此外，还可以使用开发者工具来分析 Apple iOS 设备，从而查看低层活动的日志。 从接收端来看，接收帧的流程与发送帧类似，只不过顺序相反。就像你把货物寄给别人时，需要先将物品装箱（即“封装”），再在包裹上写好收件人和寄件人地址，最后选择快递方式（比如隔日达或标准快递），这对应于数据速率和信道等概念。而在接收端，需要进行地址验证、拆包（解封装）等与发送过程相对应的操作。 接收（Rx）是指 PHY 层接收帧中各个字节的过程。当 PHY 的 CS/CCA 程序检测到带有有效帧起始定界符（SFD）和 PHY 头部的帧前导码时，就会启动接收过程。需要注意的是，OSI 协议栈、前导码和 PHY 头部并不会真正地“被接收”并上传到 OSI 更高层，它们属于 MAC 子层核心操作的一部分，用于完成接收和确认。 前导码中的同步位（Sync Field）帮助 PHY 锁定符号边界，紧随其后的是 SFD（Start Frame Delimiter，帧起始定界符），用来指示数据帧的实际起始位置。前导码的核心作用在于为接收端提供准确的定时和信道估计，这对于 802.11 无线通信至关重要。如果设备工作在 802.11n 及更高版本，则前导码会比早期版本复杂得多，因为需要满足更高的速率与更先进的调制方式。相比之下，在 802.11-1997 时代，前导码的设计要简单得多。 SFD 字段是一个连续的位流，用来告知接收端帧的正式开始位置，从而使得后续的传输长度、前导码大小及速率配置等信息都能够被正确解析。现代设备通常只需支持新标准中定义的各种前导码和报文格式，但在某些情况下，为了兼容早期 802.11 客户端或应用，仍需要考虑旧版前导码。若接入点（AP）被配置为仅使用最新的高吞吐量或宽信道模式，而旧设备无法识别或解析相应的前导码和信道，则它们将无法正常连接。 以 802.11n 为例，用户可以选择 20 MHz 或 40 MHz 信道带宽，AP 会根据配置在发送下行帧时使用相应的前导码和数据速率（如图 3.9 所示）。802.11ac 则进一步引入了 80 MHz 信道（图 3.10 进行对比），而 802.11ax 又在此基础上增加了多用户 OFDMA 等功能。这些技术都能带来更高的吞吐量与更高效的利用率，但如果旧设备无法理解新的前导码或更宽的信道，则可能出现兼容性问题。通过恰当的网络配置，管理员通常可以在向后兼容和高性能之间进行平衡。 没有 PHY 层 PDU（PPDU），信息信号就无法被接收。我们还会看到，从空中接收 MPDU 与从有线网络接收帧大不相同。未被确认（ACK）或已被识别但无相应确认的 802.11 帧最终会被丢弃。不同协议层会对数据进行不同方式的重构，尤其是底层负责的功能与上传递的功能并不相同。同样地，发送时也依赖底层在物理层级别处理比特。802.11 作为一个完善的标准，涵盖了无线电管理、调制与解调，以及在噪声环境中保证稳定链路的各种机制，这与常见的有线网络有着显著区别。 在 802.11 通信中，能够被正确识别的帧会在更高层得到处理，而无法被识别的帧则会被丢弃。PHY 层的职责是将数据比特转换为可在空中传输的波形，并将接收到的波形重新解调为比特，这便是其核心任务。调制会将比特转换为波形，解调则将波形转换回比特。就 OSI 模型而言，物理层位于第 1 层，主要处理信号层面的工作。 此外，802.11 还包含一些高级技术，如信道绑定（channel bonding）、多输入多输出（MIMO）、波束成形（beamforming）等。PPDU 是 802.11 通信中使用的帧格式；MAC 子层则处理 MPDU（或者说 PSDU），而上层处理 MSDU。这些分层设计共同构成了完整的 802.11 数据通信流程。 许多管理员和工程师忽视了对第一层（Layer 1）信息的检查，只关注第二层（Layer 2）信息。这可能是因为他们在分析有线流量时的经验，或者因为他们并不了解第一层分析的价值。在对 802.11 通信进行故障排查、站点预设计勘测或网络保障时，许多人只关注在数据包捕获中能够看到的第二层信息。虽然这些信息非常有价值，并且通常能够指出问题和答案，但它只讲述了故事的一部分。 由于 802.11 通信同时使用第一层和第二层，因此要想全面了解其情况，就必须同时检查这两层的运行状况。一个常用的缩写“PHY”用来指代 OSI 模型中用于无线网络的物理层，或者指代某种特定的网络实现。在描述 802.11 中不同物理技术（如 DSSS、FHSS、OFDM、HT、VHT、HE 等）的功能时，都会介绍各自的物理层（PHY）操作以及整个 802.11 标准家族的物理层操作。本章将为您提供对物理层（PHY）操作的深入理解。

    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
    要理解第 11 部分中的内容，需要知道每个版本实际上都是对该标准的修订，而且每一次的新版本都以合适的方式补充到标准中。例如，802.11a 就包含在 802.11 中，称为 802.11a。当前最新的 802.11-2020 标准包含了对这些 PHY 定义的说明。Clause 8是对 PHY 的总体介绍，Clause 9则定义了不同版本的 PHY，等等。 根据 802.11-2020 标准，提供给 MAC 层的 PHY 服务在本章中进行了描述。作为该标准的一部分，不同的 PHY 都被定义出来。每个 PHY 都可以由以下两大功能组成：
    • 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。
    本节剩余部分将介绍在Clause 8中定义并在 Wi-Fi 设备中使用的各种服务。

    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）
    由于 PHY 服务原语与协议分析之间并没有直接的关联性，因此本书不会对其进行详细的解释。下方表格仅供个人参考。如果您希望了解更多关于这些原语的详细信息，可以查阅 802.11-2020 标准，其中对这些原语有更为详尽的说明。图 3.4 列出了由一个或多个 PHY SAP 服务原语所使用的参数。 一些服务原语包含了一个所谓的“参数向量”（parameter vector），它是一组可能会因所用 PHY 类型不同而有所变化的参数。图 3.5 列出了参数向量中各类型所需的最小参数值，涉及数据速率和信道使用等重要信息。无线传输的 PHY 头部中包含了许多必要信息，由发送 STA 指示给所有接收 STA，用以处理接收到的帧。接收 STA 需要了解如数据速率等基本信息，才能开始对 PPDU 帧的有效载荷进行解调。如果发送 STA 和接收 STA 并未使用或支持相同的 PHY 类型，则无法进行通信。PHY 所使用的原语会决定所采用的参数向量以及相应的数值。 STATE 参数（在图 3.4 中可见）有两种可能取值：BUSY 或 IDLE。如果 PHY 评估后认为信道不可用，则该参数取值为 BUSY；如果信道可用，则取值为 IDLE。802.11-2020 标准在执行 PHY 功能时规定要使用状态机。每个状态机会执行以下功能之一：
    • 载波侦听/空闲信道评估（CS/CCA）
    • 发送（Tx）
    • 接收（Rx）

    载波侦听/空闲信道评估（CS/CCA）

    CS/CCA 参数会根据信道状态显示为 BUSY 或 IDLE。CS/CCA 过程由两个主要功能组成。它用于侦测可接收信号的开始（载波侦听，CS），并在发送数据包之前确定信道是否可用（空闲信道评估，CCA）。CCA 是 802.11 通信中避免冲突的方法之一。 如前所述，MAC 子层在需要时会将帧传递给 PHY 进行传输。该过程通过 PHY 的 CS/CCA 机制来启动：一旦从 MAC 子层接收到一个 PHY-TXSTART 请求（TXVECTOR）后，PHY 的发送（Tx）端便可发送数据帧。载波侦听（CS）会在多用户环境中持续检测传输活动，以确保在发送数据之前信道处于空闲状态。 PHY 可以在空闲（IDLE）状态下对传输进行排队，也可以处于不可用状态（BUSY），此时会有两种报告形式：IPI 或 IPI-REPORT。它们会根据物理层侦测到的信道利用状况，通过 IPITRadiMeasurement 报告给 MAC 子层。IPI 是一种简单的功率指示器，可基于 IPITStateMachine 的运行结果触发 IPI-REPORT。IPI-REPORT 是一个更详细的测量报告，表示当前是否存在可接收信号或其他干扰源。如果 PHY 侦测到信道被占用，就会报告 BUSY；如果信道处于空闲，则报告 IDLE，这样可以在网络中进行必要的吞吐量和数据速率的权衡。 有些由 PHY 执行的过程本身就与协议紧密相关，例如 BSS 配置、数据速率、天线选择等，这些过程并不一定能被直接分析到。我们可以在帧分析工具中验证其中一部分过程的结果，但许多操作都超出了大多数实时分析的范畴，因此并不会在抓包中显示。举例来说，你不会在协议分析器中看到某个“原语”被调用，因为原语并不一定会导致帧的生成或接收，它们是 MAC 和 PHY 之间的内部通信。然而，一些工具（比如 Microsoft Message Analyzer）在操作系统层面进行跟踪时，可以显示 Wi-Fi 驱动执行的具体“动作”。此外，还可以使用开发者工具来分析 Apple iOS 设备，从而查看低层活动的日志。 从接收端来看，接收帧的流程与发送帧类似，只不过顺序相反。就像你把货物寄给别人时，需要先将物品装箱（即“封装”），再在包裹上写好收件人和寄件人地址，最后选择快递方式（比如隔日达或标准快递），这对应于数据速率和信道等概念。而在接收端，需要进行地址验证、拆包（解封装）等与发送过程相对应的操作。 接收（Rx）是指 PHY 层接收帧中各个字节的过程。当 PHY 的 CS/CCA 程序检测到带有有效帧起始定界符（SFD）和 PHY 头部的帧前导码时，就会启动接收过程。需要注意的是，OSI 协议栈、前导码和 PHY 头部并不会真正地“被接收”并上传到 OSI 更高层，它们属于 MAC 子层核心操作的一部分，用于完成接收和确认。 前导码中的同步位（Sync Field）帮助 PHY 锁定符号边界，紧随其后的是 SFD（Start Frame Delimiter，帧起始定界符），用来指示数据帧的实际起始位置。前导码的核心作用在于为接收端提供准确的定时和信道估计，这对于 802.11 无线通信至关重要。如果设备工作在 802.11n 及更高版本，则前导码会比早期版本复杂得多，因为需要满足更高的速率与更先进的调制方式。相比之下，在 802.11-1997 时代，前导码的设计要简单得多。 SFD 字段是一个连续的位流，用来告知接收端帧的正式开始位置，从而使得后续的传输长度、前导码大小及速率配置等信息都能够被正确解析。现代设备通常只需支持新标准中定义的各种前导码和报文格式，但在某些情况下，为了兼容早期 802.11 客户端或应用，仍需要考虑旧版前导码。若接入点（AP）被配置为仅使用最新的高吞吐量或宽信道模式，而旧设备无法识别或解析相应的前导码和信道，则它们将无法正常连接。 以 802.11n 为例，用户可以选择 20 MHz 或 40 MHz 信道带宽，AP 会根据配置在发送下行帧时使用相应的前导码和数据速率（如图 3.9 所示）。802.11ac 则进一步引入了 80 MHz 信道（图 3.10 进行对比），而 802.11ax 又在此基础上增加了多用户 OFDMA 等功能。这些技术都能带来更高的吞吐量与更高效的利用率，但如果旧设备无法理解新的前导码或更宽的信道，则可能出现兼容性问题。通过恰当的网络配置，管理员通常可以在向后兼容和高性能之间进行平衡。 没有 PHY 层 PDU（PPDU），信息信号就无法被接收。我们还会看到，从空中接收 MPDU 与从有线网络接收帧大不相同。未被确认（ACK）或已被识别但无相应确认的 802.11 帧最终会被丢弃。不同协议层会对数据进行不同方式的重构，尤其是底层负责的功能与上传递的功能并不相同。同样地，发送时也依赖底层在物理层级别处理比特。802.11 作为一个完善的标准，涵盖了无线电管理、调制与解调，以及在噪声环境中保证稳定链路的各种机制，这与常见的有线网络有着显著区别。 在 802.11 通信中，能够被正确识别的帧会在更高层得到处理，而无法被识别的帧则会被丢弃。PHY 层的职责是将数据比特转换为可在空中传输的波形，并将接收到的波形重新解调为比特，这便是其核心任务。调制会将比特转换为波形，解调则将波形转换回比特。就 OSI 模型而言，物理层位于第 1 层，主要处理信号层面的工作。 此外，802.11 还包含一些高级技术，如信道绑定（channel bonding）、多输入多输出（MIMO）、波束成形（beamforming）等。PPDU 是 802.11 通信中使用的帧格式；MAC 子层则处理 MPDU（或者说 PSDU），而上层处理 MSDU。这些分层设计共同构成了完整的 802.11 数据通信流程。
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