7.2.1. 2. Централизованное управление доступом к среде

Централизованное управление доступом к среде обеспечивает монопольный, с предварительным установлением соединения, режим работы канала между станцией и точкой доступа (АР) данной ВSА. При этом задействуются и все процедуры децентрализованного управления (рис.7.3), благодаря чему АР быстро может изменить режим управления доступом к каналу. В спецификации IEEE 802.11 определен параметр CFP_Rate, который определяет частоту перевода канала в бесколлизионный режим. Максимальная длительность работы канала в таком режиме задается параметром CFP_Маx_Duration, минимальное значение которого должно быть достаточным для передачи кадра максимального размера. Определение длительности интервала бесколизионного доступа к каналу должно производиться точкой доступа. Если трафик приложений, требующих синхронного режима передачи, не очень интенсивный, то этот период может быть уменьшен, а оставшуюся часть времени цикла, определенного параметром CFP_Rate, станция будет работать в обычном (соревновательном) режиме. Рис. 7.9 иллюстрирует обмен пакетами в течение интервала, определяемого значением CFP_Rate, и сосуществование в этом интервале двух режимов работы канала.

В определяемый значением параметра CFP_Rate момент времени точка доступа ВSA, начинает прослушивание среды и, если она оказывается свободной в течение времени PIFS, посылает кадр «Beacon» («Маяк»), который и инициализирует режим РСF. Необходимость дождаться освобождения среды прежде, чем отправить кадр Beacon, является причиной не очень строгой цикличности установления режима бесколлизионного доступа. Получив кадр Beacon все станции ВSA устанавливают значения своих векторов доступа к среде (NAV) равными значению CFP_Маx_Duration (извлекается из кадра Beacon). В этом интервале станции могут:

• в ответ на запросы АР передавать свои кадры данных, адресованные любой другой станции зоны ESS;

• передавать кадры АСК в подтверждение приема кадров данных.

Кадры RTS/СTS в рассматриваемом режиме не используются, и любая сетевая станция, получив запрос от АР, начинает передачу своего кадра с задержкой, равной SIFS.

Фактически, рассматриваемый режим PCF, - это режим синхронной передачи, для которой в асинхронной сети выделяется специальный интервал времени. Этот режим, по замыслу разработчиков спецификации IEEE 802.11 должен был обеспечить возможность работы в беспроводных сетях приложений, чувствительных к неравномерности времени доставки кадров. Отметим, что рассматриваемый режим в спецификации определен как опциональный и не многие производители оборудования для беспроводных сетей реализовали его в выпускаемых им беспроводных сетевых устройствах .

7.2.2. Структура кадра и адресация

Стандарт IEEE 802.11 определяет три типа кадров МАС-уровня – кадры управления, контрольные кадры и кадры данных (вспомните HDLC). Первые из них используются для установления и ликвидации «привязки» станции к точке доступа (АР), синхронизации станций и их аутентификации. Кадры контроля обеспечивают управление передачей данных (например, подтверждение доставки). В таблице 7.1 перечислены некоторые разновидности используемых кадров.

Таблица 7.1. Разновидности кадров спецификации 802.11

Поле «Тип»	Поле «Подтип»	Назначение кадра
00 (управление)	0000	запрос ассоциации от станции к точке доступа, кадр содержит информации о возможностях станции (шифрование, ответы на запросы PCF и т.д.)
	0001	ответ точки доступа на запрос ассоциации
	0100	пробный запрос, используется для обнаружения и получения информации от других устройств сети; например для определения имеющихся в BSA точек доступа; содержит SSID и скорость передачи
	0101	ответ на пробный запрос: скорость передачи, номер канала, SSID
	1000	сигнальный кадр (beacon): номер канала, SSID и пр.; рассылается точкой доступа
	1001	объявление наличия трафика, используется для пробуждения станции из режима энергосбережения
	1010	разрыв ассоциации
	1011	аутентификация
	1100	отмена аутентификации
01 (контроль)	1010	опрос точки доступа после выхода станции из режима энергосбережения о наличии буферизованного кадра
	1011	RTS
	1100	CTS
	1101	ACK
	1110	конец режима CF алгоритма PCF
	1111	подтверждение конца режима CF
10 (данные)	0000	просто данные
	0001	данные и подтверждение опроса (только в период CF)
	0010	данные и опрос (только в период CF)
	0100	нет данных (станция в бите управления питанием извещает точку доступа о режиме энергосбережения)
	0101	подтверждение опроса (только в период CF)
	0110	опрос (только в период CF)

Структура МАС-кадра представлена на рис. 7.10. Его заголовок включает поля, содержащие управляющую и адресную информацию, требуемое время для передачи данных, и контрольную последовательность.

Поле управления в заголовке кадра (16 бит) содержит следующую информацию:

• версия протокола IEEE 802.11 (текущая версия 0);

• тип кадра: управляющий (00), контрольный (01), данные (10);

• подтип кадра, например, тип = «контрольный», подтип = «АСК»;

• поля «К DS» и «От DS» устанавливаются в «1» в кадрах данных, направляемых к распределительной системе (К DS), либо (От DS) в кадрах, покидающих ее;

• поле «Продолжение» («More frag») устанавливается в «1» для кадров, которые несут лишь часть блока MSDU, и это является признаком наличия других частей блока MSDU в следующих кадрах;

• поле «Повторная передача» («Retry») содержит «1» в случае, когда кадр данных, либо управляющий кадр, передается повторно; это помогает приемнику решать проблему дубликатов;

• поле «Режим энергопотребления» («Pwr. mgt») используется для управления режимом энергопотребления станции;

• поле «More data» устанавливается в «1» для того, чтобы сообщить станции, находящейся в режиме низкого энергопотребления, что для нее у точки доступа имеются блоки MSDU;

• поле «WEP» (Wired Equivalent Privacy) устанавливается в 1, если кадр содержит зашифрованную информацию в поле «Информация» («Frame body»).

Поле заголовка кадра «Длительность/ID» («Duration/ID») используется двояко. Обычно оно содержит время (компонент структуры Network Allocation Vector), необходимое для передачи кадра данных. Исключением является один из контрольных кадров, в котором это поле содержит идентификатор передающей станции.

Трактовка четырех адресных полей определяется значениями полей «To DS» и «From DS» и показано на рис. 7.10. Адреса имеют обычную для МАС-уровня длину 48 бит и могут быть индивидуальными, групповыми и широковещательными. Значение «BSS ID» в этих полях устанавливается равным:

• в инфраструктурной сети - МАС-адресу точки доступа (АР) данной BSA,

• в ad-hoc сети - случайному 48 битному числу, генерируемому по определенным правилам при ее конфигурировании.

Общий принцип адресации состоит в том, что поля «Адрес 1» и «Адрес 2» всегда определяют физических получателей и отправителей кадра, соответственно. Это соглашение важно для корректной передачи кадров подтверждений. Поля «Адрес 3» и «Адрес 4» определяют логических получателей и отправителей кадра.

Например, при передаче кадра от станции к AP первое поле содержит адрес точки доступа, второе – адрес станции-отправителя и третье поле - адрес станции, которой точка доступа должна будет переслать этот кадр. Значения «Адрес приемника» и «Адрес передатчика» в полях «Address 1» и «Address 2» используется в случае передачи данных между хостами различных BSS, связь между которыми реализуется посредством беспроводной распределительной системы. В этом случае, поле «Адрес приемника» является MAC-адресом принимающей AP, т.е. АP того BSS, в котором находится хост-приемник (точка доступа принимает кадр), а поле «Адрес передатчика» - это MAC-адрес AP того BSS, где находится станция-отправитель (точка доступа передает кадр). Поля «Address 3» и «Address 4» при этом содержат адреса хоста-назначения и хоста-источника в ЕSS.

В поле «Нумерация» («Sequence control») 4 бита отводятся для нумерации фрагмента MSDU, и 12 бит – для нумерации последовательности кадров (0 -4096).

Поле «Информация» («Frame body») содержит информацию того типа и подтипа, который определен в поле управления.

Поле CRC содержит 32-битовую контрольную последовательность, и обеспечивает возможность обнаружения ошибок во всем кадре.

Отметим, что некоторые специальные кадры могут иметь заголовок упрошенной структуры. Так, например, кадр RTS (20 байт) содержит:

• поле «Управление» – 2 байта,

• поле «Длительность» – 2 байта,

• поля «Адрес 1» и «Адрес 2» - 12 байт и

• поле контрольной суммы – 4 байта.

Кадр CTS содержит поля управления, длительности, одно адресное поле (адрес получателя) и контрольную сумму; всего 14 байт.

Из рассмотрения формата заголовка кадра видно, что МАС-подуровень стека сетевых протоколов в беспроводных сетях реализует ряд обычных для этого подуровня функций - адресацию протокольных блоков данных (PDU), формирование кадров, обнаружение в них ошибок. Спецификацией предусмотрены также ряд дополнительных процедур, реализуемых этим протоколом, в том числе: виртуальное детектирование несущей, фрагментацию и повторную передачу блоков сервиса MAC-уровня (MSDU), защиту передачи данных посредством механизмов аутентификации станций и шифрования данных, функции роуминга внутри ЕSA и управления энергопотреблением.

Проблема совместимости 802.11-сетей c сетями IEEE 802.3 решается использованием 6-байтного формата адресных полей и общих процедур подуровня LLC.

207