Відмінності між версіями «Канальний рівень IEEE 802.11»

Матеріал з Вікі ЦДУ
Перейти до: навігація, пошук
 
(не показано 3 проміжні версії 2 учасників)
Рядок 1: Рядок 1:
−
Подібно до дротяної мережі Ethernet, в бездротових комп'ютерних мережах Wi-Fi канальний рівень включає підрівні управління логічним з'єднанням (Logical Link Control, LLC) і управління доступом до середовища передачі (Media Access Control, MAC). У Ethernet і IEEE 802.11 один і той же LLC, що значно спрощує об'єднання дротяних і бездротових мереж. MAC у обох стандартів має багато загального, проте є деякі тонкі відмінності, принципові для порівняння дротяних і бездротових мереж.
+
== Режими доступу ==
  
−
У Ethernet для забезпечення можливості множинного доступу до загального середовища передачі (в даному випадку кабелю) використовується протокол CSMA/CD, що забезпечує виявлення і обробку колізій (у термінології комп'ютерних мереж так називаються ситуації, коли декілька пристроїв намагаються почати передачу одночасно).
+
На MAC-рівні в стандарті IEEE 802.11 визначено два режими колективного доступу до середовища передачі даних:
  
−
У мережах IEEE 802.11 використовується напівдуплексний режим передачі, тобто в кожен момент часу станція може або приймати, або передавати інформацію, тому виявити колізію в процесі передачі неможливо. Для IEEE 802.11 був розроблений модифікований варіант протоколу CSMA/CD, що отримав назву CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Працює він таким чином. Станція, яка збирається передавати інформацію, спочатку "слухає ефір". Якщо не виявлено активності на робочій частоті, станція спочатку чекає протягом деякого випадкового проміжку часу, потім знову "слухає ефір" і, якщо середовище передачі даних все ще вільне, здійснює передачу. Наявність випадкової затримки необхідна для того, щоб мережа не зависла, якщо декілька станцій одночасно захочуть дістати доступ до частоти. Якщо інформаційний пакет приходить без спотворень, приймаюча станція посилає назад підтвердження. Цілісність пакету перевіряється методом контрольної суми. Отримавши підтвердження, станція, що передає, вважає процес передачі даного інформаційного пакету завершеним. Якщо підтвердження не отримане, станція вважає, що відбулася колізія, і пакет передається знову через випадковий проміжок часу.
+
1. Розподілений режим DCF (Distributed Coordination Function);
  
−
Ще одна специфічна для бездротових мереж проблема - дві клієнтські станції мають поганий зв'язок один з одним, але при цьому якість зв'язку кожної з них з точкою доступу хороше. Клієнтська станція, що у такому разі передає, може послати на точку доступу запит на очищення ефіру. Тоді по команді з точки доступу інші клієнтські станції припиняють передачу на час "спілкування" двох точок з поганим зв'язком. Режим примусового очищення ефіру (протокол Request to Send/Clear to Send - RTS/CTS) реалізований далеко не у всіх моделях устаткування IEEE 802.11 і, якщо він є, то включається лише в крайніх випадках.
+
2. Централізований режим PCF (Point Coordination Function).
−
+
−
В Ethernet при передачі потокових даних використовується управління доступом до каналу зв'язку, розподілене між всіма станціями. Навпаки, в IEEE 802.11 в таких випадках застосовується централізоване управління з точки доступу. Клієнтські станції послідовно опитуються на предмет передачі потокових даних. Якщо яка-небудь із станцій повідомляє, що вона передаватиме потокові дані, точка доступу виділяє їй проміжок часу, в який зі всіх станцій мережі передаватиме тільки вона.
+
  
−
Слід зазначити, що примусове очищення ефіру знижує ефективність роботи бездротової мережі, оскільки пов'язана з передачею додатковій службовій інформації і короткочасними перервами зв'язку. Окрім цього, в дротяних мережах Ethernet при необхідності можна реалізувати не тільки напівдуплексний, але і дуплексний варіант передачі, коли колізія виявляється в процесі передачі (це підвищує реальну пропускну спроможність мережі). Тому, на жаль, за інших рівних умов реальна пропускна спроможність бездротової мережі IEEE 802.11b буде нижчою, ніж у дротяного Ethernet. Таким чином, якщо мережам Ethernet 10 Мбіт/с і IEEE 802.11b (максимальна швидкість передачі інформації 11 Мбіт/с) з однаковим числом користувачів давати однакове навантаження, поступово збільшуючи його, то, починаючи з деякого порогу, мережу IEEE 802.11b почне "гальмувати", а Ethernet все ще функціонуватиме нормально.
+
== Режим розподіленої координації ==
  
−
Оскільки клієнтські станції можуть бути мобільними пристроями з автономним живленням, в стандарті IEEE 802.11 велика увага приділена питанням управління живленням. Зокрема, передбачений режим, коли клієнтська станція через певні проміжки часу "прокидається", щоб прийняти сигнал включення, який, можливо, передає точка доступу. Якщо цей сигнал прийнятий, клієнтський пристрій включається, інакше воно знову "засипає" до наступного циклу прийому інформації.
+
Режим DCF(Distributed Coordination Function) - заснований на методі колективного доступу з виявленням несучої і механізмом уникнення колізій (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance, CSMA / CA).
 +
Для вирішення проблеми прихованих вузлів, функція DCF передбачає можливість використання алгоритму RTS / CTS.
  
 +
===Алгоритм CSMA/CA===
 +
Коротко алгоритм CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) можна описати наступним чином.
 +
Перед передачею кадру, станція прослуховує середовище, якщо середовище не зайняте, станція передає кадр.
 +
Якщо середовище зайняте, станція очікує коли воно звільниться і починає передачу кадру.
 +
Якщо одержувач прийняв кадр неспотвореним, то він підтверджує отримання, посилаючи службовий кадр ACK - квитанцію про доставку. Якщо передавальна станція не отримала пакет ACK, передбачається, що сталася колізія і через випадковий проміжок часу кадр передається знову.
  
 +
Більш детальне представлення алгоритму CSMA/CA полягає в наступному.
 +
Перед захопленням середовища для передачі даних, "Відправник" посилає короткий службовий кадр RTS (Request To Send). "Одержувач" прийнявши кадр RTS відправляє у відповідь службовий кадр CTS (Clear To Send). Отримавши кадр CTS "Відправник" посилає кадр даних.
 +
За допомогою кадру CTS "Одержувач" оповіщає прихований термінал про захоплення середовища "Відправником".
 +
<center>[[Файл:802_11_sh2.jpg‎]]</center>
 +
Одержувач підтверджує отримання кадру, посилаючи службовий кадр ACK - квитанцію про доставку. Якщо відправник не отримав пакет ACK, то через випадковий проміжок часу кадр передається знову.
  
 +
===Порядок передачі кадру в режимі DCF===
 +
Після передачі чергового кадру станції перевіряють зайнятість середовища в міжкадровому інтервалі DIFS (DCF Interframe Spacing).
 +
Після закінчення DIFS станції починають відлік тимчасових інтервалів фіксованоюї тривалості (тимчасові слоти).
 +
Станція може почати передачу кадру тільки в кінці одного з слотів.
 +
Якщо середовище вільне на протязі всіх слотів включаючи вибраний, станція починає передачу кадру.
 +
<center>[[Файл:802_11_sh3.jpg‎‎]]</center>
  
−
Перейти до [[Технологія WI-FI]]
+
==Режим централізованої координації ==
 +
У режимі PCF (Point Coordination function) - один з вузлів мережі (точка доступу) є центральним і називається центром координації (Point Coordinator, PC).
 +
<center>[[Файл:802_11_sh4.jpg‎‎]]</center>
 +
Центр координації управляє колективним доступом всіх інших вузлів мережі і до середовища передачі даних на основі певного алгоритму опитування або виходячи з пріоритетів вузлів мережі.
 +
PCF повністю виключає конкуруючий доступ до середовища і унеможливлює виникнення колізій. Для роботи в режимі PCF станції повинні підписатися на цю послугу при реєстрації в мережі.
  
 +
==Структура кадру MAC рівня ==
  
 +
На схемі поданій нижче зображено формат MAC кадру 802.11. Наведена загальна структура застосовується для всіх інформаційних і керуючих кадрів, хоча не всі поля використовуються у всіх випадках.
 +
<center>[[Файл:802_11_sh5.jpg‎‎]]</center>
  
 +
FC – Керування кадром.
 +
 +
D/I – Ідентифікатор тривалості / з’єднання.
 +
 +
SC – Керування черговістю.
 +
 +
 +
Поля кадру мають наступні призначення:
 +
 +
*Управління кадром. Вказує тип кадру і надає керуючу інформацію
 +
*Ідентифікатор тривалості / з'єднання. Якщо використовується поле тривалості, вказується час (у мікросекундах ), на який потрібно виділити канал для успішної передачі кадру MAC. У деяких кадрах управління в цьому полі вказується ідентифікатор асоціації або з'єднання.
 +
*Адреса. Число і значення полів адреси залежить від контексту. Можливі наступні типи адреси : джерела, призначення, передавальної станції , приймаючої станції.
 +
*Управління черговістю. Містить 4 - бітове підполе номера фрагмента , що використовується для фрагментації і повторної збірки, і 12 - бітовий порядковий номер, який використовується для нумерації кадрів , переданих між приймачем і передавачем.
 +
*Тіло кадру. Містить модуль даних протоколу LLC або керуючу інформацію MAC.
 +
*Контрольна послідовність кадра.
 +
 +
 +
Перейти до [[Організація мережі в технології WI-FI]]
 
[[category:Комп'ютерні мережі]]
 
[[category:Комп'ютерні мережі]]

Поточна версія на 19:39, 12 січня 2014

Режими доступу

На MAC-рівні в стандарті IEEE 802.11 визначено два режими колективного доступу до середовища передачі даних:

1. Розподілений режим DCF (Distributed Coordination Function);

2. Централізований режим PCF (Point Coordination Function).

Режим розподіленої координації

Режим DCF(Distributed Coordination Function) - заснований на методі колективного доступу з виявленням несучої і механізмом уникнення колізій (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance, CSMA / CA). Для вирішення проблеми прихованих вузлів, функція DCF передбачає можливість використання алгоритму RTS / CTS.

Алгоритм CSMA/CA

Коротко алгоритм CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) можна описати наступним чином. Перед передачею кадру, станція прослуховує середовище, якщо середовище не зайняте, станція передає кадр. Якщо середовище зайняте, станція очікує коли воно звільниться і починає передачу кадру. Якщо одержувач прийняв кадр неспотвореним, то він підтверджує отримання, посилаючи службовий кадр ACK - квитанцію про доставку. Якщо передавальна станція не отримала пакет ACK, передбачається, що сталася колізія і через випадковий проміжок часу кадр передається знову.

Більш детальне представлення алгоритму CSMA/CA полягає в наступному. Перед захопленням середовища для передачі даних, "Відправник" посилає короткий службовий кадр RTS (Request To Send). "Одержувач" прийнявши кадр RTS відправляє у відповідь службовий кадр CTS (Clear To Send). Отримавши кадр CTS "Відправник" посилає кадр даних. За допомогою кадру CTS "Одержувач" оповіщає прихований термінал про захоплення середовища "Відправником".

802 11 sh2.jpg

Одержувач підтверджує отримання кадру, посилаючи службовий кадр ACK - квитанцію про доставку. Якщо відправник не отримав пакет ACK, то через випадковий проміжок часу кадр передається знову.

Порядок передачі кадру в режимі DCF

Після передачі чергового кадру станції перевіряють зайнятість середовища в міжкадровому інтервалі DIFS (DCF Interframe Spacing). Після закінчення DIFS станції починають відлік тимчасових інтервалів фіксованоюї тривалості (тимчасові слоти). Станція може почати передачу кадру тільки в кінці одного з слотів. Якщо середовище вільне на протязі всіх слотів включаючи вибраний, станція починає передачу кадру.

802 11 sh3.jpg

Режим централізованої координації

У режимі PCF (Point Coordination function) - один з вузлів мережі (точка доступу) є центральним і називається центром координації (Point Coordinator, PC).

802 11 sh4.jpg

Центр координації управляє колективним доступом всіх інших вузлів мережі і до середовища передачі даних на основі певного алгоритму опитування або виходячи з пріоритетів вузлів мережі. PCF повністю виключає конкуруючий доступ до середовища і унеможливлює виникнення колізій. Для роботи в режимі PCF станції повинні підписатися на цю послугу при реєстрації в мережі.

Структура кадру MAC рівня

На схемі поданій нижче зображено формат MAC кадру 802.11. Наведена загальна структура застосовується для всіх інформаційних і керуючих кадрів, хоча не всі поля використовуються у всіх випадках.

802 11 sh5.jpg

FC – Керування кадром.

D/I – Ідентифікатор тривалості / з’єднання.

SC – Керування черговістю.


Поля кадру мають наступні призначення:

  • Управління кадром. Вказує тип кадру і надає керуючу інформацію
  • Ідентифікатор тривалості / з'єднання. Якщо використовується поле тривалості, вказується час (у мікросекундах ), на який потрібно виділити канал для успішної передачі кадру MAC. У деяких кадрах управління в цьому полі вказується ідентифікатор асоціації або з'єднання.
  • Адреса. Число і значення полів адреси залежить від контексту. Можливі наступні типи адреси : джерела, призначення, передавальної станції , приймаючої станції.
  • Управління черговістю. Містить 4 - бітове підполе номера фрагмента , що використовується для фрагментації і повторної збірки, і 12 - бітовий порядковий номер, який використовується для нумерації кадрів , переданих між приймачем і передавачем.
  • Тіло кадру. Містить модуль даних протоколу LLC або керуючу інформацію MAC.
  • Контрольна послідовність кадра.


Перейти до Організація мережі в технології WI-FI

Отримано з https://wiki.cusu.edu.ua/index.php?title=Канальний_рівень_IEEE_802.11&oldid=114539