Transcript Беспроводные сети. Временные диаграммы, инфраструктура.

Связь с OSI/ISO
• Модели и стандарты первоначально
разрабатывались для проводных сетей
ISO/OSI
7-слойная
модель
Distribution
System
Управление
Link Layer
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Logical Link Control
Data Link
Medium Access (MAC)
Physical
Стандарты
IEEE 802
Physical (PHY)
Medium Access Control в
беспроводных сетях
Функциональность:
• Надежная доставка данных
• Управление доступом к каналу
• Защита данных
Слой MAC в беспроводных сетях
• имеет дело со средой передачи, подверженной
воздействию многих факторов
• шумами различного происхождения в этой среде
• использует протокол обмена кадрами Stop-n-Wait (ACK)
• сформирован под концептуальным влиянием IEEE 802.3
• имеет дело со специфической проблемой – скрытого
терминала (RTS/CTS)
И это при одновременной работе всех станций и
необходимости реагировать на кадры разных типов
Multiple Access w/ Collision
Avoidance for Wireless
• Множество счетчиков и таймеров
– Счетчики повторов и возобновлений
– Непрерывный таймер
• Основной механизм управления доступом
– CSMA/CA
• Collision Sensing Multiple Access /Collision Avoidance (carrier
detection невозможно для полудуплексного радио)
– Binary exponential back-off
– MILD  AIMD
– NAV – Network Allocation Vector (на самом деле таймер)
• Временные интервалы:
– Short InterFrame Space, Slot Time, Point IFS, Distributed IFS,
Extended IFS
• DCF Operation / PCF Operation
Hidden Terminal Problem
A
B
C
Узлы A и C не слышат друг друга
Начав передавать узлу B, узлы A и C заглушат друг друга
Узлы A и C скрыты друг от друга (hidden from each other)
Exposed Terminal Problem
A
B
C
D
Узел A не слышит C, узел D не слышит B
Узел B передает узлу A
Узел C мог бы передавать узлу D, но ему это запрещает CSMA
Узел C выставлен (exposed) узлу B
Distributed Coordination Function
DIFS
DATA
SIFS
Станция 1
RTS
Станция 2
Станция 3
Станция 4
CTS
ACK
NAV
NAV
• CSMA/CA Multiple Access w/ Collision Avoidance for Wireless
• Back-Off Timer
Distributed Coordination Function
Станция 4
NAV
Станция 5
DATA
Станция 6
•
ACK
SIFS
CTS
NAV
ACK
Станция откладывает передачу, но сохраняет
текущее значение счетчика backoff (=2)
Random backoff = 9
Получив RTS, станция устанавливает
NAV
Вновь разыгранный backoff
= 10 (CW прежнее)
RTS
"Недосчитанный"
backoff (=2)
SIFS
NAV
Random backoff = 7
DATA
DIFS
Станция 3
SIFS
NAV
SIFS
Станция 2
RTS
DIFS
NAV
SIFS
Станция 1
DIFS
Станция откладывает
передачу
CTS
Получив RTS, станция устанавливает
NAV
Получив СTS, станция
устанавливает NAV ;
станция скрыта от станции
№1
Механизм Virtual Carrier Sensing (RTS/CTS) ВКЛЮЧЕН для всех станций
Distributed Coordination Function
NAV
Прочие
станции
(hidden)
•
Получив RTS, cтанции устанавливают
NAV для начального фрагмента
Random
backoff
>3
Получив CTS (если не заметили
RTS), cтанции устанавливают
NAV для начального фрагмента
DIFS
SIFS
ACK
DATA
ACK
Получив начальный
фрагмент данных, cтанции
устанавливают NAV для
след. фрагмента
Получив ACK начального
фрагмента (если не заметили
данных начального
фрагмента), cтанции
устанавливают NAV для
след. фрагмента
DIFS
CTS
Станции откладывают передачу
DIFS
NAV
DATA
SIFS
Random
backoff
=3
Станция 2
Прочие
станции
RTS
Фрагмент 1
SIFS
NAV
Фрагмент 0
SIFS
NAV
SIFS
Станция 1
DIFS
Разбиение на два фрагмента
длинного (> MPDU) пакета
данных (кол-во фрагментов
определяется длиной пакета) :
Возобновляется
работа
счетчиков
backoff
Если длина пакета превышает MPDU (2346), пакет фрагментируется.
Только начальный фрагмент предваряется обменом RTS/CTS.
Четыре типа межкадровых
интервалов
1. Short InterFrame Spacing: позволить приемнику послать CTS в ответ
на RTS или ACK на фрагмент кадра данных
2. PCF InterFrame Spacing. Лишь одна станция может ответить по
истечении SIFS. Если она не делает этого, по истечении PIFS базовая
станция может выслать сигнал маяка (beacon frame) или опросный (poll
frame). Дает базовой станции возможность захватить канал без
конкуренции с другими радио.
3. DCF InterFrame Spacing. Базовая станция молчит, любая может
начать передачу.
4. Extended InterFrame Spacing послать сигнал bad frame.
Point Coordination Function
• Опрос устраняет столкновения
• PC – Point Coordinator
– Опросный список Polling List
– Часть временных диаграмм как в DCF
– PIFS
• CFP – Contention Free Period
– Поочередно с DCF
• Периодический маячок (Periodic Beacon) передает
длину CFP
• CF-Poll – Contention Free Poll
• NAV предохраняет от столкновений пакетов во время
CFP
• CF-End – сброс NAV
PCF
• Базовая станция опрашивает остальные станции, есть ли у них
кадры для передачи. Периодически высылается beacon
(маячковый) сигнал (содержит SSID – service set ID, hopping
sequence и dwell time для FHSS, синхроимпульсы для OFDM и
т.д. Также запрос желающих «подписаться на polling service».
Базовая станция может перевести мобильную в состояние sleep
для сохранения энергии. Базовая станция буферизует кадры
предназначенные «спящей» станции.
Point Coordination Function
Super Frame (повторяющийся интервал)
Point
координатор
Beacon
Contention Period
(CP-DCF)
PIFS
SIFS
PIFS
Contention Free Period (CFP-PCF)
Poll1
D+Poll2
Ack
End
RTS
Data
Beacon
Null F
Beacon
Станция 2
Beacon
Poll1
CTS
Ack
Beacon
SIFS
Станция 1
D+Poll2
Ack
NAV
Beacon
NAV
• Beacon: продолжительность CFP, beacon-а, BSSID
• Процент доставленных пакетов
– PCF: 100%
– DCF: 90%-95%
Архитектура 802.11
ESS
Проводная
LAN
AP
STA
BSS
AP
STA
STA
BSS
STA
Infrastructure
Network
STA
Ad Hoc
Network
STA
BSS
BSS
STA
STA
Ad Hoc
Network
Составляющие инфраструктуры
беспроводной сети
• Станция
• BSS - Basic Service Set
– IBSS : Инфраструктурный BSS
• ESS - Extended Service Set
– Набор инфраструктур нескольких BSS.
– Подключение к точкам доступа (AP)
– Отслеживание мобильных станций
• DS – Distribution System
– Одна AP связывается с другой
Конфигурирование беспроводной сети
• Network Name : уникальное имя, Service Set Identifier (SSID).
Буквенно-цифровая строка до 32 символов.
• Профили : Профиль создается при настройке. Сканирование
сети при включении, если обнаружена сеть, для которой еще
нет профиля – временное подключение или создается новый
профиль. Компьютер автоматически переключается между
профилями при изменении местоположения.
• Безопасность : Wired equivalent privacy (WEP) 64- или 128разрядный общий ключ (симметричное шифрование). Ключ
предоставляет администратор сети.
– Wi-Fi Protected Access (WPA) : предварительный общий ключ
WPA-PSK. Далее следует аутентификация по протоколу 802.1x и
обмен ключами для усиления шифрования данных. В WPA
используется Temporal Key Integrity Protocol (TKIP).
– Wi-Fi Protected Access2 (WPA2) : на данный момент высший
уровень защиты в сетях Wi-Fi. В WPA2 используется 802.1x и после
обмена ключами Advanced Encryption Standard (AES).
Конфигурирование беспроводной сети
• Картографирование сайта Вашей беспроводной
сети
– Разместить (предварительно) точки доступа (AP)
– С помощью портативного компьютера и программы
сканирования точек доступа измерить Radio Signal Strength
Indication (RSSI) и нанести на план здания/участка
• Влияют на работу устройств беспроводной сети
– Строительные материалы и детали ландшафта.
– Геометрия сайта может приводить к интерференции
сигналов и препятствовать их распространению.
– Источники электромагнитных помех : беспроводные
телефоны, микроволновые печи, сварочные аппараты и т.д..
– Дальность распространения : модели распространения –
свободное пространство, антенна над поверхностью земли
или иной проводящей поверхностью, экспоненциальное
затухание (листва, туман)