La couche de liaison de données de 802.11 se compose de deux sous-couches : le contrôle de la liaison logique (Logical Link Control, ou LLC) et le contrôle d’accès au support (Media Access Control, ou MAC). Le standard 802.11 utilise la LLC 802.2 et l’adressage sur 48 bits, tout comme les autres LAN 802, simplifiant ainsi le pontage entre les réseaux sans fil et filaires. Le contrôle d’accès au support est en revanche propre aux WLAN.

Le 802.11 MAC est très proche de 802.3 dans sa conception : il est conçu pour supporter de multiples utilisateurs sur un support partagé en faisant détecter le support par l’expéditeur avant d’y accéder.

Pour les LAN Ethernet 802.3, le protocole CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) régule l’accès des stations Ethernet au câble ; il détecte et gère également les collisions qui se produisent lorsque deux périphériques ou plus tentent de communiquer simultanément sur le LAN.

Dans un WLAN 802.11, la détection des collisions est impossible du fait de ce qu’on appelle le problème “near/far”. Pour détecter une collision, une station doit être capable de transmettre et d’écouter en même temps. Or, dans les systèmes radio, il ne peut y avoir transmission et écoute simultanées.

Pour prendre en compte cette différence, le standard 802.11 fait appel à un protocole légèrement modifié, baptisé CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), ou à la fonction DCF (Distributed Coordination Function). Le protocole CSMA/CA tente d’éviter les collisions en imposant un accusé de réception systématique des paquets (ACK), ce qui signifie que pour chaque paquet de données arrivé intact, un paquet ACK est émis par la station de réception.

Ce protocole CSMA/CA fonctionne de la manière suivante : une station qui souhaite émettre explore les ondes et, si aucune activité n’est détectée, attend un temps aléatoire avant de transmettre si le support est toujours libre. Si le paquet est intact à la réception, la station réceptrice émet une trame ACK qui, une fois reçue par l’émetteur, met un terme au processus. Si la trame ACK n’est pas détectée par la station émettrice (parce que le paquet original ou le paquet ACK n’a pas été reçu intact), une collision est supposée et le paquet de données est retransmis après attente d’un autre temps aléatoire.

CSMA/CA permet donc de partager l’accès aux ondes. Ce mécanisme d’accusé de réception explicite gère aussi très efficacement les interférences et autres problèmes radio. Cependant, il ajoute à 802.11 une charge inconnue sous 802.3, aussi un réseau local 802.11 aura-t-il toujours des performances inférieures à un LAN Ethernet équivalent.

Autre problème de la couche MAC, spécifique au sans fil, celui du “nœud caché”, où deux stations situées de chaque côté d’un point d’accès peuvent entendre toutes les deux une activité du point d’accès, mais pas de l’autre station, problème généralement lié aux distances ou à la présence d’un obstacle. Pour résoudre ce problème, le standard 802.11 définit sur la couche MAC un protocole optionnel de type RTS/CTS (Request to Send/Clear to Send). Lorsque cette fonction est utilisée, une station émettrice transmet un RTS et attend que le point d’accès réponde par un CTS. Toutes les stations du réseau peuvent entendre le point d’accès, aussi le CTS leur permet-il de retarder toute transmission prévue, la station émettrice pouvant alors transmettre et recevoir son accusé de réception sans aucun risque de collision. Du fait que le protocole RTS/CTS ajoute à la charge du réseau en réservant temporairement le support, il est généralement réservé aux plus gros paquets, dont la retransmission s’avérerait lourde du point de vue de la bande passante.

Enfin, la couche MAC 802.11 offre deux autres caractéristiques de robustesse : les sommes de contrôle CRC et la fragmentation des paquets. Pour chaque paquet, une somme de contrôle est calculée et rattachée afin d’assurer que les données n’ont pas été corrompues durant leur transit. Cette technique diffère d’Ethernet où les protocoles de niveau supérieur tels que TCP gèrent le contrôle d’erreur. La fragmentation des paquets permet de casser les gros paquets en unités de plus petite taille lorsqu’ils sont transmis par radio, ce qui s’avère particulièrement utile dans les environnements très congestionnés ou lorsque les interférences posent problème, puisque les gros paquets courent plus de risque d’être corrompus. Cette technique limite le risque de devoir retransmettre un paquet et améliore donc globalement les performances du réseau sans fil. La couche MAC est responsable de la reconstitution des fragments reçus, le traitement étant ainsi transparent pour les protocoles de niveau supérieur.

Il y a trois principaux types de trames :
- Les trames de données, utilisées pour la transmission des données
- Les trames de contrôle, utilisées pour contrôler l’accès au support (eg. RTS, CTS, ACK)
- Les trames de gestion, transmises de la même façon que les trames de données pour l’échange d’informations de gestion, mais qui ne sont pas transmises aux couches supérieures.

Chacun de ces trois types est subdivisé en différents sous-types, selon leurs fonctions spécifiques.

Format des trames

Toutes les trames 802.11 sont composées des composants suivants :

Il est dépendant de la couche physique et comprend :
- Synch : c’est une séquence de 80 bits alternant 0 et 1, qui est utilisée par le circuit physique pour sélectionner l’antenne appropriée (si plusieurs sont utilisées), et pour corriger l’offset de fréquence et de synchronisation.
- SFD : Le Start Frame Delimiter consiste en la suite de 16 bits 0000 1100 1011 1101, utilisée pour définir le début de la trame.

En-tête PCLP (Trame 802.11)

L’en-tête PCLP est toujours transmis à 1 Mbps et contient des informations logiques utilisées par la couche physique pour décoder la trame :
- Longueur de mot du PLCP_PDU : il représente le nombre d’octets que contient le paquet, ce qui est utile à la couche physique pour détecter correctement la fin du paquet.
- Fanion de signalisation PLCP : il contient seulement l’information de taux, encodé à 0,5 Mbps, incrémenté de 1 Mbps à 4,5 Mbps
- Champ d’en-tête du contrôle d’erreur : champ de détection d’erreur CRC 16 bits.

Données MAC (Trame 802.11)

La figure suivante montre le format général de la trame MAC, certains champs sont seulement présents dans une partie des trames, comme décrit ultérieurement.

Contrôle de trame (en-tête MAC)

le champ de contrôle de trame contient les informations suivantes :

- Version de protocole : ce champ contient 2 bits qui pourront être utilisés pour reconnaître des versions futures possibles du standard 802.11. Dans la version courante, la valeur est fixée à 0.

- Type et sous-type : les 6 bits définissent le type et le sous-type des trames :

Valeur du type Description du type Valeur du sous-type (b7 b6 b5 b4) Description du sous type 00 Gestion 0000 Requête d'association 00 Gestion 0001 Réponse d'association 00 Gestion 0010 Requête de ré-association 00 Gestion 0011 Réponse de ré-association 00 Gestion 0100 Demande d'enquête 00 Gestion 0101 Réponse d'enquête 00 Gestion 0110-0111 Réservés 00 Gestion 100 Balise 00 Gestion 1001 ATIM 00 Gestion 1010 Désassociation 00 Gestion 1011 Authentification 00 Gestion 1100 Désauthentification 00 Gestion 1101-1111 Réservés 01 Contrôle 0000-1001 Réservés 01 Contrôle 1010 PS-Poll 01 Contrôle 1011 RTS 01 Contrôle 1100 CTS 01 Contrôle 1101 ACK 01 Contrôle 1110 CF End 01 Contrôle 1111 CF End et CF-ACK 10 Données 0000 Données 10 Données 0001 Données et CF-ACK 10 Données 0010 Données et CF-Poll 10 Données 0011 Données, CF-ACK et CF-Poll 10 Données 0100 Fonction nulle (sans données) 10 Données 0101 CF-ACK (sans données) 10 Données 0110 CF-Poll (dans données) 10 Données 0111 CF-ACK et CF-Poll (sans données) 10 Données 1000-1111 Réservés 11 Réservé 0000-1111 Réservés

- ToDS (pour le système de distribution) : ce bit est mis à 1 lorsque la trame est adressée au Point d’Accès pour qu’il l’a fasse suivre au DS (Distribution System). Ceci inclut le cas où le destinataire est dans la même cellule et que le Point d’Accès doit relayer la trame. Le bit est à 0 dans toutes les autres trames.

- FromDS (venant du système de distribution) : ce bit est mis à 1 quand la trame vient du DS.

- More Fragments (d’autres fragments) : ce bit est mis à 1 quand il y a d’autres fragments qui suivent le fragment en cours.

- Retry (retransmission) : ce bit indique que le fragment est une retransmission d’un fragment précédemment transmis. Ceci sera utilisé par la station réceptrice pour reconnaître des transmissions doublées de trames, ce qui peut arriver si un paquet d’accusé de réception se perd.

- Power Management (gestion d’énergie) : ce bit indique que la station sera en mode de gestion d’énergie après la transmission de cette trame. Ceci est utilisé par les stations changeant d’état, passant du mode d’économie d’énergie au mode active ou le contraire.

- More Data (d’autres données) : ce bit est également utilisé pour la gestion de l’énergie. Il est utilisé par le Point d’Accès pour indiquer que d’autres trames sont stockées pour cette station. La station peut alors décider d’utiliser cette information pour demander les autres trames ou pour passer en mode actif.

- WEP (sécurité) : ce bit indique que le corps de la trame est chiffré suivant l’algorithme WEP.

- Order (ordre) : ce bit indique que cette trame est envoyée en utilisant la classe de service strictement ordonné (Strictly-Ordered service class). Cette classe est définit pour les utilisateurs qui ne peuvent pas accepter de changement d’ordre entre les trames unicast et multicast.

Durée / ID (en-tête MAC)

Ce champ à deux sens, dépendant du type de trame :
- pour les trames de polling en mode d’économie d’énergie, c’est l’ID de la station
- dans les autres trames, c’est la valeur de durée utilisée pour le calcul du NAV.

Les champs adresses (en-tête MAC)

Une trame peu contenir jusqu’à 4 adresses, selon le bit ToDS et FromDS définit dans le champ de contrôle, comme suit :

Adresse 1 est toujours l’adresse du récepteur (ie. la station de la cellule qui est le récepteur imsupportt du paquet). Si ToDS est à 1, c’est l’adresse du Point d’Accès, sinon, c’est l’adresse de la station.

Adresse 2 est toujours l’adresse de l’émetteur (ie. celui qui, physiquement, transmet le paquet). Si FromDS est à 1, c’est l’adresse du Point d’Accès, sinon, c’est l’adresse de la station émettrice.

Adresse 3 est l’adresse de l’émetteur original quand le champ FromDS est à 1. Sinon, et si ToDS est à 1, Adresse 3 est l’adresse destination.

Adresse 4 est utilisé dans un cas spécial, quand le système de distribution sans fil (Wireless Distribution System) est utilisé et qu’une trame est transmise d’un Point d’Accès à un autre. Dans ce cas, ToDS et FromDS sont tous les deux à 1 et il faut donc renseigner à la fois l’émetteur original et le destinataire.

La table suivante résume l’utilisation des différentes adresses selon les bits FromDS et ToDS :

Contrôle de séquence (en-tête MAC)

Le champ de contrôle de séquence est utilisé pour représenter l’ordre des différents fragments appartenant à la même trame, et pour reconnaître les paquets dupliqués. Il consiste en deux sous-champs, le numéro de fragment et le numéro de séquence qui définissent le numéro de trame et le numéro du fragment dans la trame.

Cyclic Redundancy Check (Trame 802.11)

Le CRC est sur 32 bits.

Format des trames RTS

RA est l’adresse du récepteur imsupportt de la prochaine trame de données ou de gestion.
TA est l’adresse de la station qui transmet la trame RTS.
La valeur de la durée est le temps, en microsecondes, nécessaire à la transmission de la trame de gestion ou de données suivante, plus une trame CTS, plus une trame ACK, plus 3 intervalles SIFS.

Format de la trame CTS

RA est l’adresse du récepteur de la trame CTS, directement copiée du champ TA de la trame RTS.
La valeur de la durée est la valeur obtenue dans la trame RTS, moins le temps de transmission, en microsecondes, de la trame CTS et d’un intervalle SIFS.

Format de la trame ACK

RA est le champ directement copié du champ Adresse 2 de la trame précédent cette trame ACK.
Si le bit More Fragment était à 0 dans le champ de contrôle de trame de la trame pécédente, la valeur de la durée est mise à 0. Sinon, c’est la valeur du champ durée précédent, moins le temps, en microsecondes, demandé pour transmettre la trame ACK et l’intervalle SIFS.

PCF : Point Coordination Function

En plus de la fonction de base de coordination distribuée (DCF), il y a la fonction optimal de coordination par point (PCF) qui peut être utilisée pour implémenter des services temps réel, comme la transmission de voix ou de vidéo. Cette PCF fait qu’on utilise des priorités supérieures que le Point d’Accès peut gagner en utilisant des temps inter-trames plus petit (PIFS).
En utilisant un accès par priorité supérieure, le Point d’Accès peut envoyer des données aux stations en réponse à une Polling Request, tout en contrôlant l‘accès au support. Pour permettre aux stations classiques d’avoir accès au support, il y a une condition qui est que le Point d’Accès doit laisser suffisamment de temps DCF par rapport au PCF.