|
Однако вернемся из области электротехники в область компьютерных наук. Протокол
подуровня MAC (напомним, MAC расшифровывается как Medium Access Control —
Управление доступом к среде) в стандарте 802.11 довольно сильно отличается от
аналогичного протокола Ethernet вследствие двух фундаментальных факторов, характерных для беспроводного обмена данными.
Во-первых, радиопередатчики почти всегда работают в полудуплексном режиме.
Это означает, что они не могут на одной и той же частоте одновременно передавать
сигналы и прослушивать всплески шума. Получаемый сигнал может быть в миллион
раз слабее передаваемого и его может быть просто не слышно. В Ethernet станция
ожидает, пока в канале настанет тишина, и тогда начинает передачу. Если шумовой
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 механизм распознавания коллизий не работает.
Вместо этого 802.11 пытается избегать коллизий за счет протокола CSMA/CA
(CSMA with Collision Avoidance, CSMA с предотвращением коллизий). Концепция
данного протокола схожа с концепцией CSMA/CD для Ethernet, где канал прослушивается перед началом отправки, а период молчания после коллизии вычисляется
экспоненциально. Однако если у станции есть кадр для пересылки, то она начинает
цикл с периода молчания случайной длины (за исключением случаев, когда она давно
не использовала канал, и он бездействует). Станция не ожидает коллизий. Число слотов, в течение которых она молчит, выбирается в диапазоне от 0 до, скажем, 15 в случае
физического уровня OFDM. Станция дожидается бездействия канала в течение короткого периода времени (называемого DIFS; подробнее о нем ниже) и отсчитывает
слоты бездействия, приостанавливая отсчет на время отправки кадров. Свой кадр
она отправляет, когда счетчик достигает нуля. Если кадр проходит успешно, то адресат немедленно отправляет обратно короткое подтверждение. Если подтверждение
отсутствует, делается вывод, что произошла ошибка — коллизия или иная. В таком
случае отправитель удваивает период молчания и повторяет попытку, продолжая экспоненциально наращивать длину паузы (как с Ethernet), пока кадр не будет успешно
передан или пока не будет достигнуто максимальное число повторов.
Станция A отправляет кадр первой. Пока станция A занята отправкой, станции B и C переходят в режим готовности к отправке. Они видят, что канал занят, и дожидаются бездействия
канала. Вскоре после получения станцией A подтверждения канал переходит в режим
бездействия. Однако вместо того чтобы сразу же отправлять кадры (что привело бы
к коллизии), станции B и C начинают свои периоды молчания. Станция C выбирает
короткий период молчания, поэтому ей удается отправить данные первой. Станция B
приостанавливает обратный отсчет, когда видит, что канал занят станцией C, и возобновляет только после получения станцией C подтверждения. Вскоре период молчания
станции B завершается, и она также отправляет кадр.
По сравнению с Ethernet, здесь два основных отличия. Во-первых, раннее начало
периодов молчания помогает избегать коллизий. Это важное преимущество, так как
коллизии обходятся дорого, ведь даже если столкновение происходит, кадр все равно
отправляется целиком. Во-вторых, для того чтобы станции могли «догадываться» о
коллизиях, которые распознать невозможно, применяется схема с подтверждениями.
Такой режим работы называется DCF (Distributed Coordination Function, распределенная координация). Все станции действуют независимо, централизованный
контроль не осуществляется. Стандарт также включает необязательный режим PCF
(Point Coordination Function, сосредоточенная координация), в котором всей деятельностью в ячейке управляет точка доступа — как базовая станция сотовой сети.
Однако PCF на практике не применяется, потому что невозможно запретить станциям
из соседней сети передавать конкурирующий трафик.
Вторая проблема заключается в том, что области передачи разных станций не обязательно совпадают. В кабельной сети система спроектирована таким образом, чтобы все
станции могли слышать друг друга. Сложности передачи радиосигналов не позволяют
обеспечить такое постоянство для беспроводных станций. Следовательно, возможно
возникновение ситуаций, таких как проблема скрытой станции — мы уже упоминали
о ней ранее, а сейчас приводим еще и иллюстрацию на рис. 4.23, а. Поскольку не все
станции могут слышать друг друга, передача, идущая в одной части ячейки, 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 сделает ложный вывод о том,
что она имеет право начать передачу станции В. Это решение приводит к коллизии.
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 осуществляется какая-то передача, станция В делает опять-таки ложный вывод о том,
что передача для С сейчас невозможна. Между тем, станция А — источник сигнала,
который смутил станцию В, — может, на самом деле, осуществлять передачу для
станции D (на рисунке не показана). Таким образом, теряется возможность передать
информацию.
Для того чтобы разрешить непонимание относительно того, какая станция будет
отправлять данные, в стандарте 802.11 прослушивание канала определяется на физическом и виртуальном уровнях. При физическом прослушивании среда просто
проверяется на наличие сигнала. Виртуальное прослушивание заключается в том, что
каждая станция ведет логический журнал использования канала, отслеживая NAV
(Network Allocation Vector, вектор распределения сети). Каждый кадр содержит
поле NAV, которое сообщает, как долго последовательность, включающая данный
кадр, будет передаваться. Станции, услышавшие этот кадр, понимают, что канал будет
занят в течение периода, указанного в NAV, даже если физический сигнал в канале
отсутствует. Например, NAV для кадров данных включает также время, необходимое
для отправки подтверждения. Все станции, услышавшие этот кадр данных, воздерживаются от пересылки данных в течение периода отправки подтверждения, независимо
от того, слышали ли они его в канале.
|
Оплатить картой
О компании
