Стандартизацията на мрежовите функции е направила много за развитието на достъпна съвместимостта на мрежовите продукти. Това е вярно и за безжичните продукти. Преди развитието на стандартите, безжичните системи се характеризираха с ниската си скорост на обмен на информация, несъвместимост и висока цена.
Стандартизацията предоставя следните предимства:
- Съвместимост между продукти на множество производители.
- По-бързо развитие.
- Стабилност.
- Възможност за надграждане.
- Намаляване на цената.
Важно е да се разберат двата главни вида стандарта. Публичния стандарт не е одобрен от официална стандартизационна организация, но е признат за стандарт, поради широката му употреба. Нарича се още ‘де факто’ стандарт (de facto). По-късно официална стандартизационна група ще приеме за свое наименование ‘де факто’ стандарта.
Официалния стандарт е издаден и контролиран от официална стандартизационна организация, като комитета IEEE. Повечето официални стандартизационни групи са с правителствено или индустриално финансиране, което повишава качеството на съвместната работа и позволява прилагането на национално и интернационално ниво. Поради тази причина повечето компании трябва да изграждат своите безжични мрежи спазвайки официалните стандарти. Официално удобрените стандарти се наричат ‘de jure’ стандарти.
Когато се инсталират устройства от различни производители, е важно устройствата да отговарят на едни и същи стандарти, за да се осигури съвместимост. Например, поддържане на текущия стандарт 802.11b може да създаде функционална безжична мрежа, въпреки производителя на продукта. Производителността на продуката, конфигурацията и управлението не винаги са еднакви или равни между производителите.
Често срещан проблем в мобилните среди е опита за достъп на устройства с безжични межови карти, произведени от различни компании, към различни марки точки за достъп. Например, компания използва продукти марка А в отдела по счетоводство, докато роуминг потребителите от IS отдела използват марки B и C. Употребата на продукти, които поддържат стандарта 802.11b ще помогне да се премахнат повечето проблеми по съвместимостта. Проблемите по роуминга, сигурността и управлението все още могат да представляват предизвикателство.
Комитета IEEE и стандарите 802.11
Преглед на комитетите IEEE и 802
Комитета IEEE е създаден през 1884 година и е нестопанска професионална организация, включваща над 377,000 члена из целия свят. IEEE се състои от много индивидуални общества и работни групи. Той играе голяма роля в развитието на стандарти, публикуването на технически трудове, спонсорирането на конференции и предоставянето на акредитации в областта на електрическите и електронни технологии. В областта на мрежите, комитета IEEE е произвел много от широко използваните стандарти, като фамилията стандарти 802.x за локални мрежи (LAN) и за градски мрежи (MAN).
Стандартизационния комитет IEEE 802 LAN/MAN (LMSC) развива стандартите за локална и за градска мрежа основно за най-ниските два слоя на OSI модела. LMSC или IEEE Project 802 е в координация с други национални и интернационални стандартизационни групи. Някои стандарти започнати от тази група са издадени от ISO като интернационални стандарти.
Слоевете MAC (media access control) и PHY (physical) са организирани в отделен набор от стандарти от слоя LLC (logical link control). Това е така, поради взаимната зависимост между МАС, средата и топологията на всеки стандарт. В същото време, един единствен LLC процес може да поддържа логическите функции за всички MAC и PHY протоколи.
Kомбинацията от стандарта 802.2 LLC и който да е MAC протокол е функционален еквивалент на слоя DLL (data link layer) от OSI модела. Процесите MAC и LLC обикновено са наричани подслоеве на DLL.
IEEE 802.11
Терминът 802.11 всъщност се отнася до фамилия от протоколи, включващи оригиналните спецификации 802.11, 802.11b, 802.11a, 802.11g и други. 802.11 е безжичен стандарт, който определя свързаност за фиксирани, преносими и мобилни станции в локалната област. Целта на стандарта е да предостави безжична свързаност на автоматични машини и оборудване или станции, които изискват бързо инсталиране. Те могат да бъдат преносими, мобилни (PDA и др.) или монтирани на подвижни превозни средства в локална област.
Стандарта 802.11 официално е наречен IEEE стандарт за WLAN MAC и PHY спецификации. Той определя протоколи необходими за за поддържане на безжична мрежа в локална област. Основната услуга на стандарта 802.11 е да доставя MSDUs (MAC Service Data Units – служебни информационни единици на МАС слоя) между директно свързани LLC устройства на DLL слоя. Обикновено, радио карта или NIC и една или повече точки за достъп предоставят функционалността на стандарта 802.11.
Характеристиките на MAC и PHY за безжични локални мрежи са определени в стандарта 802.11x. MAC слоя в този стандарт е конструиран да може да поддържа допълнителни единици на физическия слой, зависещи от достъпността до спектъра и новите модулационни техники.
Преглед на IEEE 802.2 LLC
Слоя LLC (logical link control) е най-високият слой на модела IEEE 802. Целта на LLC слоя е да обменя информация между крайните потребители през локална мрежа, която използва 802-базирани MAC протоколи. LLC слоя предоставя идентификация на ULP (upper-layer protocol), DLC (data link control) функции и услуги по връзката. Той е независим от топологията, средата на предаване и техниките за контрол на достъпа до преносната среда, използвани на MAC и PHY слоевете. По-високите слоеве, като мрежовия слой, подават потребителска информация надоло към LLC слоя, очаквайки предаване без грешки по мрежата.
LLC слоя предоставя следните три услуги по връзката за слоя ULP:
Услуги без потвърждения – това обикновено е услуга на локалната мрежа, характеризираща се със стремежа за най-добро предаване на информацията. Мрежовите обекти могат да обменят LSDU (link service data units) без да осъществяват връзка на DLL слоя. Преноса на данни може да бъде тип точка към точка, точка много точки или разпръскване (broadcast).
Услуги с потвърждения от високо ниво – този набор от услуги предоставя средствата за създаване, използване, нулиране (рестартиране) и прекъсване на DLL връзки. Тази услуга предоставя също DLL поредни номера, контрол на потока и възтановяване от грешки, за надежден обмен на LSDU единиците на установената връзка. Връзките са тип точка към точка.
Услуги с потвърждения от ниско ниво – тези услуги предоставят средствата чрез които единиците на мрежовия слой могат да обменят надеждно LSDU, но без установяване на DLL връзка. Трансфера на информационни единици е от тип точка към точка.
Тези услуги се прилагат за комуникация между LLC слоеве.
Услугите на приемната и предавателната точка за достъп (DSAP – destination service access point и SSAP – source service access point) разпознават пртокола който се използува на горния слой, който обикновенно е протокол от мрежовия слой. Полето за контрол показава дали LSDU съдържа управляваща информация или потребителска информация. При потребителска информация в това поле се съхранява поредния номер. Когато се получи потвърждение, се използват услуги ориентиране към връзката.
Безжични локални мрежи
Безжичните мрежи имат фундаментални характеристики, които ги правят значително по-различни от традиционните кабелни локални мрежи. Някои държави налагат специфични изисквания за радио оборудването в допълнение към тези определени в стандарта 802.11.
При кабелните локални мрежи, MAC адреса отговаря на физическото местоположение. Това е безусловно прието в проектирането на кабелни локални мрежи. В стандарта IEEE 802.11, адресируемата единица е станцията (STA). Станцията е приемника на съобщенията, но не е физически фиксирана на определено място.
Мобилност на приемниците в безжичните мрежи
Физическите слоеве използвани в IEEE 802.11 стандарта поначало са различни от тези използвани с кабелни среди. За PHY протоколите от стандарта IEEE 802.11 е вярно следното:
- Те използват преносна среда, която не е с ясно дефинирани граници, извън които станциите няма да могат да изпращат или приемат мрежови единици (фреймове).
- Те са незащитени от външни сигнали.
- Те предават по среда, която е значително по-ненадеждна от кабелната среда.
- Използват динамични топологии.
- Нямат пълна свързаност. Обикновено, се предполага, че всяка станция може да чуе всяка друга станция. Това предположение е невалидно за безжичните локални мрежи. Станциите могат да бъдат скрити една от друга.
- Имат характеристики, които са вариращи във времето и имат асиметрично разпространение.
Поради ограничението на безжичния PHY обхват, нуждата на безжичните локални мрежи да покрият определени географски разстояния трябва да бъде изградена от отделни блокове с ограничено покритие.
Едно от изискванията на стандарта IEEE 802.11 е да се справя както с мобилни, така и преносими станции. Преносима станция е станция, която се мести от място на място, но се използва само докато е на фиксирано (определено) място. Мобилните станции имат достъп до локалната мрежа, докато са в движение. Не е достатъчно да се работи само с преносими станции, тъй като ефектите на разпространението замъгляват разликата между преносими и мобилни станции. Фиксираните станции често изглеждат мобилни, поради тези ефекти.
Друг аспект на мобилните станции е че те често се захранват с батерии. Затова управлението на захранването е важен фактор. Например, не може да бъде прието, че приемника винаги ще е включен. Мрежата на IEEE 802.11 трябва да управлява мобилността на станцията в MAC подслоя.
Логическа архитектура
Архитектурата на IEEE 802.11 се състои от няколко компонента, които си взаимодействат за да предоставят безжична свързаност. Тези компоненти могат да поддържат мобилността на станцията, която е прозрачна за по-горните слоеве.
Основен набор от услуги (BSS)
Основният набор услуги (BSS) е изграждащия блок на IEEE 802.11 локалната мрежа. BSS покрива единична радио честотна област, или клетка. Когато станцията се отдалечава от точката за достъп, скоростта на обмен на информацията и ще се понижи. Когато станцията излезе от обхвата на своя BSS, няма да може повече да комуникира с други членове на BSS. BSS използва инфраструктурен режим, който се нуждае от точка за достъп. Всички станции комуникират чрез точката за достъп, а не директно. Всеки BSS има само един SSID (идентификационен номер на набора от услуги).
Независим BSS (IBSS)
Независимия основен набор услуги (IBSS) е най-основния тип IEEE 802.11 локални мрежи. Минималната IEEE 802.11 локална мрежа се състои от само две станции. В този режим на работа IEEE 802.11 станциите комуникират директно. Поради този тип услуги, локалната IEEE 802.11 мрежа често е формирана без предварително планиране и е наричана ‘ad hoc’ мрежа.
Понеже IBSS се състои от станции, които са директно свързани, той се нарича още peer-to-peer мрежа. По дефиниция има само един BSS и няма дистрибуционна система (Distribution System – DS). IBSS може да има произволен брой членове. За да комуникира извън IBSS, една от станциите трябва да работи като шлюз или маршрутизатор.
Дистрибуционна система (DS)
Физическите ограничения определят разстоянията между станциит, които са поддържани. За някои мрежи това разстояние е достатъчно. За други мрежи, е нужно увеличение на покритието. Вместо да съществува независимо, BSS може да формира компонент от разширения нобор от услуги (extended service set – ESS). ESS е изграден от множество BSS, които са свързани чрез точки за достъп. Точките за достъп са свързани към обща дистрибуционна система. Дистрибуционната система може да бъде или кабелна или безжична, локална мрежа или WAN. Безжичната архитектура на IEEE 802.11 е специфицирана независимо от фичическите характеристики на дистрибуционната система.
Дистрибуционната система позволява поддръжка на мобилни устройства чрез предоставяне на услугите, нужни за управлението на процеса по свързване на адресите (address mapping) и интеграцията на множество BSS. Информацията се движи между BSS и дистрибуционната система чрез точка за достъп. Забележете, че всички точки за достъп са също и станции, които ги прави адресируеми обекти.
Разширен нобор от услуги (ESS)
Разширения нобор от услуги (ESS) е определен като две или повече BSS свързани чрез обща дистрибуционна система. Това позволява създаването на безжична мрежа с произволен размер и сложност. Както при BSS, всички пакети в ESS трябва да преминават през една от точките за достъп.
Основната концепция е, че на на LLC слоя ESS мрежата изглежда същата като IBSS или единична BSS мрежа. Станции в ESS могат да комуникират директно, а мобилните станции могат да се движат от една BSS в друга вътре в същата ESS, прозрачно спрямо LLC слоя.
Роуминг
Роуминг е процесът или способността на безжичен клиент да се премества от една клетка или BSS към друга, без да губи свързаността към мрежата. Точките за достъп си предават взаимно клиента, като целия процес е невидим за клиента. Стандарта IEEE 802.11 не определя как роуминга ще се реализира, но определя основните изграждащи блокове, които включват активно и пасивно сканиране и реасоциационен процес. Реасоциацията с точката за достъп трябва да възникне, когато станция се движи от една точка за достъп към друга.
802.11 MAC слой
MAC услуги
Единия аспект за определяне на стандартите за съвместимост на безжичните мрежи е предоставянето на стандарти за услуги на MAC слоя и на физическия слой. В този раздел ще се разгледат стандартите на MAC слоя, докато в следващия раздел ще се разгледат услугите на физическия слой. Три услуги се предоставят от MAC подслоя в стандарта IEEE 802.11. Тези услуги са:
- Асинхронни информационни услуги
- Услуги по сигурността
- MSDU последователно подреждане
Асинхронна информационна услуга
Тази услуга предоставя на LLC обекти способността да разменят MSDU (MAC service data units). За да поддържа тази услуга локалния MAC слой използва услугите на нисшестоящия физически слой за да пренесе MSDU към равнопоставен MAC обект, където той ще бъде доставен на равнопоставен LLC. Този асинхронен транспорт на MSDU се осъществява на базата на уникаст, целящ предаване на данни без потвърждения. Няма гаранции, че предаденото MSDU ще бъде доставено успешно. Транспорта от тип разпръскване и предаване към много точки е част от асинхронната информационна услуга предоставена от MAC. Поради характеристиките на безжичната среда MSDU предадени чрез разпръскване и предаване към много точки могат да претърпят по-ниско качество на услугите, в сравнение с това на MSDU предадени по уникаст. Всички станции поддържат асинхронно предаване.
Услуги по сигурността
Услугите по сигурността в стандарта IEEE 802.11 са предоставени чрез аутентификационната услуга и механизма WEP (Wired Equivalent Privacy). Обсега на предоставените услугите по сигурността е ограничен до обмен на информацията тип станция към станция. Сигурността предоставена от WEP технологията в IEEE 802.11 е кодирането на MSDU. В този стандарт WEP се разглежда като услуга от логическия слой намиращ се в MAC подслоя. Истинското изпълнение на WEP услугите е прозрачно за LLC и другите слоеве над MAC подслоя. Услугите по сигурността предоставени от WEP механизма в стандарта IEEE 802.11 са разработени да поддържат:
- Поверителност
- Цялост на информацията
- Контрол на достъп
MSDU последователност
Услугите предоставени чрез MAC подслоя позволяват и могат да изискват преподреждане на MSDU единиците. MAC подслоя ще преподреди умишлено MSDU единиците само, ако е необходимо да се подобри възможността за успешна доставка базирана на режима за управление на силата на обозначена приемаща станция. Ефекта от това преподреждане е промяната на последователността на доставката на MSDU пакети предавани мултикаст или броадкаст. Тази промяна е свързана с пренасочване или уникаст предаване на MSDU единици, от единствен адрес. Уникаст MSDU единиците са с предимство пред мултикаст и брадкаст единиците.
MAC фреймова структура, архитектура и управление
Всички станции трябва да изграждат фреймове за предаване и да декодират фреймове при приемане, базирано на стандартен фреймов формат. MPDU (MAC protocol data units) или фреймове се описват като поредица от полета в специфична последователност.
Всеки фрейм съдържа следните основни компоненти:
MAC заглавна част, която се състой от полета за контрол на фреймовете, продължителност, адрес и контролна информация за последователността.
Тяло на фрейма с променлива дължина, което съдържа информация характерна за типа фрейм. Например, в информационните фреймове, това включва информация от по-горен слой.
Проверка на фрейма (FCS), която съдържа 32-bit-ова проверка (CRC).
Видове фреймове
Трите основни вида фреймове използвани в MAC слоя са следните:
- Информационни фреймове
- Фреймове за контрол
- Фреймове за управление
Информационните фреймове се използват за предаване на информация. Фреймовете за контрол, като RTS (Request To Send), CTS (Clear to Send) и ACK (Acknowledgment – потвърждение), контролират достъпа до средата. Фреймовете за управление, като сигналните фреймове, се предават по същия начин като информационните фреймове, но обменят управляваща информация и не се предават към по-горен слой.
MAC архитектура
Фундаменталния метод за достъп на МАС слоя в 802.11, Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – CSMA/CA (Метод за откриване на множествен достъп до средата и избягване от претоварване), се нарича Дистрибутивна Координатна Функция (Distributed Coordination Function – DCF). DCF се прилага във всички станции, независимо дали работят в ad hoc или инфраструктурен режим.
IEEE 802.11 MAC може да включва също опционен метод за достъп, наречен PCF – Point Coordination Function, който създава достъп без съперничество (CF). Метода PCF може да бъде използван само при инфраструктурен режим.
Съвместно съществуване на методите DCF и PCF
Методите DCF и PCF могат да работят конкурентно в един и същ BSS. Когато това се случва, двата метода се редуват. Всеки CF период е следван от период на съперничество. В допълнение, всички предавания по метода PCF могат да използват междукадрово разсстояние (IFS), което е по-малко от това използвано за кадри предавани по начина на DCF. Употребата на по-малко междукадрово разстояние означава, че точково координирания трафик ще има приоритетен достъп до средата над станциите работещи в DCF режим.
Механизъм за тестване на средта за множествен достъп, МАС потвърждения и междукадрови разстояния
Механизъм за тестване на средата за множествен достъп (carrier-sense)
Физическите и виртуални функции за тестване за множествен достъп се използват за определяне на състоянието на средата. Когато една от двете функции показава заета среда, средата се смята за заета. Ако средата не е заета, ще се смята за свободна. Физическите механизми за тестване на средата за множествен достъп се предоставят чрез физическия слой. Детайлите на физическите механизми за тестване на средата за множествен достъп се предоставят в индивидуални спецификации на физическия слой.
MAC слоя предоставя виртуален механизъм за тестване на средата за множествен достъп. Този механизъм е известен като вектор на мрежовото разпределение (network allocation vector (NAV). NAV поддържа предсказване на бъдещия трафик предаван по средата, на базата на информация от полето за продължителност от заглавната част на уникаст кадри.
МАС потвърждения
Получаването на някои кадри изисква приемащата станция да отговори с потвърждение, в повечето случаи с ACK пакет, ако FCS (Frame Check Sequence) на получения кадър е верен.
Липсата на потвърждение показва на предавателя, че е възникнала грешка. Възможно е приемника да е приел кадъра правилно, а грешката да е в доставянето на потвърждението. За инициатора на връзката, тези две състояния са неразличими.
Междукадрови разстояния
Времевия интервал между кадрите е наречен междукадрово разстояние (InterFrame Space – IFS). Всеки IFS интервал се определя като времето от последния бит на предния кадър до първия бит следващия кадър. Определят се четири различни вида междукадрови разстояния, които предоставят приоритетни нива на достъп до безжичната среда. Междукадровите разстояния са описани по ред, от най-краткия до най-дългия:
- SIFS е кратко междукадрово разстояние
- PIFS е PCF междукадрово разстояние
- DIFS е DCF междукадрово разстояние
- EIFS е разширено междукадрово разстояние
Различните междукадрови разстояния са независими от скоростта на станцията. Междукадровите времена се дефинират като времена без предаване и зависят от физическия слой.
Физически слой (PHY)
Характеристики и функциии
Функционалността на MAC слоя е само половината от стандарта 80.11. Стандарта на физическия слой е другата половина. Повечето модификации на физическия слой съдържат три функционални обекта. Различните физически слоеве са определени като част от стандарта IEEE 802.11.
Обобщени процедури в физическия слой (PLCP)
Физически сходните функции приспособяват способностите на PMD (physical medium dependent) системи за услуги на MAC слоя. PLCP определя метод за свързване на MPDUs (MAC protocol data units) в кадров формат подходящ за изпращане и приемане между две или повече станции, използвайки асоциираната система PMD. Физичвския слой обменя PPDUs (PHY protocol data units), които съдържат MPDU плюс допълнителна хедър информация за предавателите и приемниците на физическия слой. Освен това PLCP доставя входящите кадри от безжичната среда към MAC поднивото.
Услугите на физическия слой се предоставят на MAC обектите в станцията чрез SAP (service access point), наречен PHY SAP.
Система зависеща от физическат среда (Physical Medium-dependent -PMD System)
PMD системата определя характеристиките и методите за предаване и получаване на информация чрез безжична среда между две или повече станции, всяка от които използваща същата PHY система.
Определени са също набори от примитиви за да се опише интерфейса между PLCP и подслоя PMD. Този интерфейс е наречен PMD SAP.
Подслоя PMD приема работните примитиви на подслоя PLCP и предоставя средствата чрез които информацията се предава или приема от средата. Информационния поток, времевата информация и параметрите на асоциирания приет сигнал се доставят на подслоя PLCP. Подобна функционалност се предоставя и за информационно предаване.
Сходни статии:
- Интернет протоколи За осъществяване на комуникацията между свързаните към Интернет възли са установени специялни правила. Тези правила съдържат много функции, групирани в протоколи една фамилия протоколи се нарича Internet Protocol Suite (IPS)...
- Маршрутизатори в локалните компютърни мрежи (Local Network Routers) Маршрутизаторите (routers) са многопротоколни устройства. Те позволяват свързване на хетерогенни (разнородни) ЛКМ на мрежово ниво. Функциите за маршрутизиране се решават на мрежово ниво, което осигурява свързване на подмрежи. При ЛКМ...
- Хост сигурност (Host security) В многослойния модел за сигурност хост слоят се отнася към индивидуалните устройства, като сървъри, стационарни компютри, комутатори (switches), маршрутизатори (routers) и т.н., в мрежата. Всяко устройство притежава множество от конфигурационни...
- Интернет – възникване и развитие Най-често сравняват Интернет с “море от информация”, “информационен поток” или други помпозни наименования, зад които стои простата истина, че Интернет е мястото, в което има всичко. Хората казват, че нищо...
- Оптични носители – CD устройства Принцип на действие на оптично дисково устройство. Данните се съхраняват по протежение на единичен спирален път с дължина обикновено 40 000 оборота. Пътечките са разделени на сектори, всеки от които...
