Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (PDF) (1130118), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Это еще один широкополосный способ, которыйдля достижения скорости 11 Мбит/с кодирует биты со скоростью 11 миллионовэлементарных сигналов в секунду. Стандарт называется 802.11b, но он не является последователем 802.11а. На самом деле 802.11b был признан и попал на рынок даже раньше, чем 802.11а. Скорости передачи данных, поддерживаемые этимстандартом, равны 1, 2, 5,5 и 11 Мбит/с. Две низкие скорости требуют 1 Мбодпри 1 и 2 битах на бод соответственно. Используется модуляция с фазовым сдвигом (для совместимости с DSSS).
Две высокие скорости требуют кодирования соскоростью 1,375 Мбод при 4 и 8 битах на бод соответственно. Применяется кодУолша — Адамара. Скорость передачи может быть динамически изменена вовремя работы для достижения оптимальных результатов в зависимости от условий нагрузки и зашумленности линии. На практике скорость работы стандарта802.11b почти всегда равна 11 Мбит/с. Хотя 802.11b медленнее, чем 802.11а, диапазон первого почти в 7 раз шире, что бывает очень важно во многих ситуациях.Улучшенная версия 802.11b называется 802.llg.
Этот стандарт был принятIEEE в ноябре 2001 года после долгих обсуждений того, чья же патентованнаятехнология будет применяться. В итоге в 802.1 lg применяется метод модуляцииOFDM, взятый из 802.11а, однако рабочий диапазон совпадает с 802.11b (узкийнелицензированный диапазон 2,4 ГГц). Теоретически максимальная скорость802.1 lg равна 54 Мбит/с. До сих пор не очень понятно, может ли быть достигнута такая скорость на практике. Зато, пока суть да дело, комитет 802.11 можетгордо заявить, что он разработал три высокоскоростных стандарта беспроводныхБеспроводные локальные сети345ЛВС: 802.11а, 802.11b и 802.11g (не говоря уж о трех низкоскоростных беспроводных ЛВС).
Можно вполне обоснованно удивляться тому, что же в этом хорошего. Ну, видимо, три — это просто счастливое число для комитета 802.11.Стандарт 802.11: протокол подуровняуправления доступом к средеОднако вернемся из области электротехники в область computer science. Протокол подуровня MAC (напомним, MAC расшифровывается как Medium AccessControl — управление доступом к среде) в стандарте 802.11 довольно сильно отличается от аналогичного' протокола Ethernet благодаря присущей беспроводным сетям сложности по сравнению с проводными сетями. В Ethernet станцияпросто ожидает, пока в канале настанет тишина, и тогда начинает передачу.
Еслишумовой всплеск не приходит обратно в течение времени, необходимого на пересылку 64 байт, то можно утверждать, что кадр почти наверняка доставлен корректно. В беспроводных сетях такой фокус не проходит.Во-первых, существует проблема скрытой станции — мы уже упоминали оней ранее, а сейчас приводим еще и иллюстрацию (рис. 4.23, а). Поскольку невсе станции могут слышать друг друга, передача, идущая в одной части соты, может быть просто не воспринята станцией, находящейся в другой ее части.
В приведенном на рисунке примере станция С передает данные станции В. Если станция А прослушает канал, она не обнаружит ничего подозрительного и сделаетложный вывод о том, что она имеет право начать передачу станции В. Кроме того,есть и обратная проблема, показанная на рис. 4.23, б. Здесь В хочет отправить данные для станции С и прослушивает канал.
Услышав, что в нем уже осуществляетсякакая-то передача, станция В делает опять-таки ложный вывод о том, что передачадля С сейчас невозможна. Между тем станция А — источник сигнала, которыйсмутил станцию В, — может на самом деле осуществлять передачу для станцииD (на рисунке не показана). Ситуация усугубляется еще и тем, что большинстворадиосистем являются полудуплексными, то есть не могут одновременно и наодной и той же частоте посылать сигналы и воспринимать всплески шума на линии. В итоге 802.11 не может использовать, как Ethernet, метод CSMA/CD.Как бороться с этой проблемой? Стандарт 802.11 поддерживает два режимаработы. Первый называется DCF (Distributed Coordination Function — распределенная координация) и не имеет никаких средств централизованного управления (в этом смысле напоминая Ethernet).
Второй режим, PCF (Point Coordination Function — сосредоточенная координация), подразумевает, что базоваястанция берет на себя функцию управления активностью всех станций даннойсоты. Все реализации стандарта должны поддерживать DCF, тогда как PCF является дополнительной возможностью. Сейчас мы перейдем к рассмотрениюэтих режимов.В режиме DCF 802.11 использует протокол, называемый CSMA/CA (CSMAwith Collision Avoidance — CSMA с предотвращением коллизий).
Здесь ведется прослушивание как физического, так и виртуального канала. Протокол CSMA/CAМожет работать в двух режимах. В первом режиме станция перед передачей про-346Глава 4. Подуровень управления доступом к средеБеспроводные локальные сетислушивает канал. Если он свободен, начинается пересылка данных. Во время пересылки канал не прослушивается, и станция передает кадр целиком, причем онможет быть разрушен на стороне приемника из-за интерференции сигналов.
Если канал занят, отправитель дожидается его освобождения и затем начинает передачу. Если возникает коллизия, станции, не поделившие между собой канал,выжидают в течение случайных интервалов времени (используется двоичныйэкспоненциальный откат такой же, как в Ethernet) и затем снова пытаются отправить кадр.Станция В хочет передатьданные для С, но ошибочно считает,что у нее ничего не получитсяСтанция А хочет передатьданные для 8, но не слышит,что В уже занятаРадиус действияпередатчика АРадиус действияпередатчика СабРис.
4.23. Проблема скрытой станции (а); проблема засвеченной станции (б)Другой режим CSMA/CA основан на протоколе MACAW и использует контроль виртуального канала, как показано на рис. 4.24. В этом примере станция Ахочет передать данные станции В. Станция С находится в зоне действия (то естьслышит) А, а также, возможно, в зоне действия В, но это не имеет значения.Станция D входит в зону действия В, но не входит в зону действия А.г \~^ •'•[' '"-'Данные:с.стагУ'Уу'/'^-^АСКNAVNAVnВремя Рис. 4.24. Использование прослушивания виртуального канала в протоколе CSMA/CAПротокол начинает работать тогда, когда А решает, что ей необходимо послать данные В. А посылает станции В кадр RTS, запрашивая разрешение на пе-347редачу. Если В может принять данные, она отсылает обратно положительноеподтверждение, кадр CTS.
После приема CTS А запускает таймер АСК и начинает передачу данных. В случае корректного приема В генерирует кадр АСК, сообщающий станции А о конце передачи. Если интервал времени таймера на станции А истекает прежде, чем получен АСК, весь алгоритм работы протоколаповторяется с самого начала.Теперь рассмотрим этот же процесс с точки зрения станций С и D. С находится в зоне действия А, поэтому она также принимает кадр RTS и понимает, чтоскоро по каналу будут передаваться какие-то данные и лучше при этом помолчать и подождать окончания активности соседних станций.
Исходя из информации, содержащейся в RTS, станция С может предположить, сколько временизаймет передача последовательности, включая конечный АСК. В течение этогопромежутка С считает, что ее виртуальный канал занят и она может отдыхать.Индикацией такого состояния является последовательность NAV (NetworkAllocation Vector - вектор выделенной сети), показанная на рис. 4.24. СтанцияD не слышит RTS, посылаемый А, зато слышит CTS, посланный станцией В, итакже выставляет NAV. Обратите внимание: сигналы NAV не передаются, а являются лишь внутренними напоминаниями станций о том, что нужно хранитьмолчание в течение определенного промежутка времени.В противоположность проводным каналам, беспроводные шумны и ненадежны, в какой-то степени из-за СВЧ-печей, работающих в том же диапазоне.
В результате вероятность корректной передачи кадра уменьшается пропорциональноувеличению длины кадра. Если вероятность ошибки в одном бите равна р, то вероятность того, что и-битный кадр будет принят корректно, равна (1 -р)п. Например, для р= 10"4 вероятность корректной передачи полного Ethernet-кадрадлиной 12 144 бит составляет менее 30 %. Если р = 10"5, примерно один кадр из 9будет испорчен. Даже при р = 10"6 более 1 % кадров будет испорчено, то есть за1 секунду ошибки в кадрах будут возникать примерно 12 раз. Длинные кадрывообще имеют очень мало шансов дойти до получателя неповрежденными, и ихнужно посылать заново.Для решения проблемы зашумленных каналов беспроводных сетей применяется разбиение кадров на небольшие отрезки, каждый из которых содержит собственную контрольную сумму.
Фрагменты нумеруются и подтверждаются индивидуально с использованием протокола с ожиданием (то есть отправитель не можетпередать фрагмент с номером k + i, пока не получит подтверждения о доставкефрагмента с номером к). Захватив канал с помощью диалога, состоящего из RTSи CTS, отправитель может передать несколько кадров подряд, как показано нарис. 4.25. Последовательность фрагментов называется пачкой фрагментов.^Фрагментация повышает производительность путем принудительной повторной пересылки коротких отрезков кадров, в которых произошла ошибка, а некадров целиком. Размер фрагмента не закрепляется стандартом, а является настраиваемым параметром каждой ячейки беспроводной сети и может оптимизироваться базовой станцией. Механизм выставления NAV удерживает станции отпередачи только до прихода первого подтверждения о доставке. Но есть и другой348Беспроводные локальные сетиГлава 4. Подуровень управления доступом к средемеханизм (он описан далее), позволяющий получателю принять всю пачку фрагментов без интерференции с сигналами сторонних станций.Пачка фрагментовФрагмент 3:RTS:сn'ACKCTSACK>пределенный контроль одновременно? Однако стандарт 802.11 действительнопредлагает такую возможность.
Это делается путем очень аккуратного определения межкадрового интервала. После отправки кадра необходимо какое-то времяпростоя, прежде чем какая-либо станция получит разрешение послать кадр. Всего определено четыре интервала, каждый из которых имеет собственное предназначение. Они изображены на рис. 4.26.Служебный кадр следующего фрагментаj ACK, Кадры PCMКадры DCM-SIFS-*~NAV• PIFS—NAVИтак, все описанное ранее относится к режиму DCF (режим распределеннойкоординации) стандарта 802.11. В данном режиме отсутствует централизованный контроль, и станции самостоятельно борются за эфирное время примернотак же, как в Ethernet.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
