Книга: Wi-Fi. Беспроводная сеть

Элементы управления беспроводной сетью 802.11b

Спецификация 802.11b задает путь для движения данных по физическому слою (радиосвязь). Это называется слоем управления доступом к среде — Media Access Control (MAC). MAC управляет интерфейсом между физическим уровнем и остальной сетевой структурой.

Физический уровень

В сети 802.11 радиопередатчик добавляет 144-битный заголовок к каждому пакету, включая 128 битов, которые приемник использует для синхронизации с передатчиком, и 16-битное поле начала фрейма. Затем следует 48-битный заголовок, который содержит информацию о скорости передачи данных, длину данных, содержащихся в пакете, и последовательность проверки ошибок. Этот заголовок называется РHY-заголовком, потому что при связи управляет физическим уровнем.

Поскольку заголовок определяет скорость следующих за ним данных, заголовок синхронизации всегда передается со скоростью 1 Мбит/с. Поэтому, даже если сеть работает на все 11 Мбит/с, эффективная скорость передачи данных будет значительно медленнее. Самое большее, на что вы можете рассчитывать, — это примерно 85 % от номинальной скорости. Разумеется, другие типы дополнений в пакетах данных еще больше снижают реальную скорость.

Такой 144-битный заголовок был унаследован от медленных DSSS-систем и оставлен в спецификации с целью гарантии совместимости 802.11b-устройств со старшими стандартами. Однако на самом деле он не является сколько-нибудь полезным. Поэтому существует опциональная альтернатива использования более короткого 72-битного заголовка синхронизации. С коротким заголовком поле синхронизации имеет 56 бит, комбинированных с 16-битным полем начала фрейма, используемым в длинном заголовке. Заголовок на 72 бита несовместим со старым оборудованием 802.11, но это не имеет значения, пока все узлы в сети распознают формат короткого заголовка. Во всех остальных отношениях короткий заголовок работает так же хорошо, как и длинный.

Сеть тратит 192 мс на передачу длинного заголовка и лишь 96 мс для короткого. Другими словами, короткий заголовок наполовину освобождает каждый пакет от дополнительной информации. Это оказывает значительное влияние на реальную пропускную способность канала, особенно для таких вещей, как потоковое аудио, видео и голосовые интернет-службы.

Некоторые производители используют по умолчанию длинный заголовок, другие — короткий. Обычно длину заголовка можно изменять в конфигурационном программном обеспечении для сетевых адаптеров и точек доступа.

Для большинства пользователей длина заголовка является одной из тех технических деталей, в которых они не разбираются, равно как и в деталях других устройств в сети. Десять лет назад, когда телефонные модемы были наиболее распространенным способом подключения одного компьютера к другому, каждый раз при вызове через модем нам приходилось беспокоиться о настройке «битов данных- и «битов остановки». Возможно, мы никогда и не знали, каким был бит остановки (это количество времени, требуемое старому механическому принтеру «Teletype» для возврата в свободное состояние после отправки или приема каждого байта), но знали, что он должен быть одинаков на обоих концах.

Длина заголовка — похожая разновидность скрытой настройки: она должна быть одинаковой на всех узлах сети, но большинство людей не знают и не заботятся о том, что она означает.

МАС-уровень

МАС-уровень управляет трафиком, движущимся через радиосеть. Он предотвращает коллизии и конфликты данных с использованием набора правил, называемых множественным доступом с контролем несущей и предотвращением конфликтов — Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA), и обеспечивает функции защиты, определенные стандартом 802.11b. Когда в сети имеется более одной точки доступа, МАС-уровень связывает каждого сетевого клиента с точкой доступа, которая обеспечивает наилучшее качество сигнала.

Когда более чем один узел в сети одновременно пытается передать данные, CSMA/CA просит один из конфликтующих узлов освободить место и произвести повторную попытку позднее, что позволяет оставшемуся узлу отправить свой пакет. CSMA/CA работает так: когда сетевой узел готов отправить пакет, он производит прослушивание на наличие других сигналов. Если ничего не обнаруживается, узел переходит в режим ожидания на произвольный (но короткий) период времени и затем вновь производит прослушивание. Если сигнал по-прежнему не определяется, CSMA/CA отправляет пакет. Устройство, принимающее пакет, проверяет его целостность, и приемник передает уведомление. Но когда передающий узел не принимает уведомления, CSMA/CA предполагает, что произошла коллизия с другим пакетом, и ожидает в течение более длительного интервала времени, а затем вновь производит попытку.

CSMA/CA также имеет опциональную функцию, которая настраивает точку доступа (мост между беспроводной сетью и базовой проводной) в качестве точки-координатора, предоставляющей приоритет сетевому узлу, с которого пытаются отправить критичные ко времени виды данных, например голос или потоковую информацию.

При подтверждении авторизации сетевого устройства для подключения к сети МАС-уровень может поддерживать два вида аутентификации: открытую аутентификацию и аутентификацию с общим ключом. Когда вы конфигурируете свою сеть, все узлы в сети должны использовать один и тот же вид аутентификации.

Сеть поддерживает все эти хозяйственные функции в МАС-уровне посредством обмена (или попытки обмена) сериями контрольных фреймов перед тем, как разрешает отправку данных. Она также устанавливает несколько функций сетевого адаптера:

— режим питания. Сетевой адаптер поддерживает два режима питания: режим непрерывной готовности и экономичный режим опроса. В случае режима непрерывной готовности радиоприемник всегда находится во включенном состоянии и потребляет обычный объем энергии. В случае экономичного режима опроса радиоаппаратура большую часть времени находится в выключенном состоянии, но периодически опрашивает точку доступа на предмет новых сообщений. Как следует из названия, экономичный режим опроса снижает потребляемый от батарей ток в таких портативных устройствах, как компьютеры и PDA;

— управление доступом. Сетевой адаптер осуществляет управление доступом, предотвращая доступ к сети неавторизованиых пользователей. Сеть 802.11b может использовать две формы управления: SSID (имя сети) и МАС-адрес (уникальная символьная строка, которая идентифицирует каждый сетевой узел). Каждый сетевой узел должен иметь запрограммированный SSID, в противном случае точка доступа не будет связываться с данным узлом. Функциональная таблица МАС-адрес он может ограничивать доступ к радиоаппаратуре, адреса которой имеются в списке;

— WEP-шифрование. Сетевой адаптер управляет функцией шифрования с защитой, эквивалентной проводной, — Wired Equivalent Privacy (WEP). Сеть может использовать 64-битный или 128-битный ключ для шифрования и дешифрования данных, пропускаемых через сеть.

Другие уровни управления

Все дополнительные операции, предусмотренные стандартом 802.11, выполняются на физическом и МАС-уровнях. Уровни выше управляют адресацией и маршрутизацией, целостностью данных, синтаксисом и форматом данных, содержащихся внутри каждого пакета. Для этих уровней не имеет значения, каким образом они перемещают пакеты — по проводам, оптоволоконным линиям или через радиоканал. Поэтому вы можете использовать 802.11b с любым видом сети или сетевого протокола. Одна и та же радиоаппаратура может работать с TCP/IP, Novell NetWare и всеми остальными сетевыми протоколами, интегрированными в Windows. Unix, Mac OS и другие операционные системы в равной степени.

Оглавление книги