14. Основы технологии Wi-Fi (Лекция 12)
WiFi может работать в двух режимах:
Чаще используется инфраструктурный – тут есть беспроводное оборудование (точки доступа), которые подключаются к проводной сети и, затем, к интернету.
Одноранговая сеть – компы взаимодействуют без каких-либо точек доступа напрямую друг с другом.
Рассмотрим физический уровень Wi-Fi:
В первом варианте Wi-Fi использовалось инфракрасное излучение (сейчас в пультах):
В современных стандартах Wi-Fi для передачи данных используется метод OFMD:
Хоть эти частоты и накладываются друг на друга частично, метод OFMD позволяет распознавать эти сигналы.
Каналы в диапазоне 2.4 ГГц:
Для передачи используются 14 каналов. Таким образом (из за того, что они частично перекрываются) количество Wi-Fi сетей, находящихся в одном и том же месте ограничено 14. Если в одной области будет больше, чем 14 сетей, то им не хватит каналов и возникнут Wi-Fi джунгли – частое явление в обычных жилых домах.
Wi-Fi может использовать каналы разной ширины (разность между максимальной и минимальной частотой, на которой можно передавать данные). Чем шире канал – тем лучше.
В стандарте 802.11n появилась возможность использовать несколько антенн для передачи данных (эта возможность используется и в современном стандарте 802.11ac).
Если у нас есть несколько антенн, то мы можем использовать несколько пространственных потоков – это сигнал, который передается от одной антенны до другой.
При параллельной передаче нескольких пространственных потоков скорость передачи увеличивается, при этом используется MIMO.
Пример: у нас есть 3 антенны на передающей станции и 3 на принимающей.
Каждая антенна передает свой пространственный поток, таким образом мы увеличиваем скорость передачи в 3 раза. На приеме все 3 антенны получают 3 пространственных потока и с помощью MIMO они умеют их разделять и повышать качество для каждого отдельного пространственного потока.
В Ethernet скорость работы оборудования фиксирована (100 Мбит/с, 1 Гбит/с и т.д.) – будет одинакова для всех устройств в сети.
Таблица скоростей для одного пространственного потока:
15. Метод csma/ca (Лекция 13)
Проблема «скрытой» станции:
У нас есть 3 компа. Комп А и С хотят передавать данные компу В. Кругами показаны области действия передатчиков сигнала. Сигнал от А доходит до В но не доходит до С. В Wi-Fi как и в Ethernet компы проверяют несущую частоту и смотрят, не передает ли кто-то еще данные и если среда свободна – то происходит передача. Но т.к. область действия передатчика Wi-Fi ограничена, может произойти следующее: А хочет передать В, видит, что среда свободна и передает, то же самое делает и С, т.к. А и С не видят друг друга. Из за этого комп В не сможет принять данные, т.к. произойдет коллизия.
Проблема «засвеченной» станции:
Приводит к тому, что комп не передает данные, хотя может это сделать.
Комп С не передает данные Д, т.к. он в области действия В, который передает данные А и ждет, пока тот закончит.
Так как в беспроводной среде ошибки происходят гораздо чаще, чем в проводной, то в Wi-Fi на канальном уровне используется подтверждение получения передаваемых данных.
Комп А послал данные В, В их принял и отослал подтверждение об этом обратно на А. После А и С одновременно передали данные на В – произошла коллизия. Но А запустил таймер и по окончании отправил кадр еще раз.
Как происходит обнаружение коллизий?
Перед тем, как начать передавать данные, компы с Wi-Fi прослушивают несущую частоту и смотрят, передает кто-то данные или нет. Когда среда свободна – передается кадр.
Далее идет передача подтверждения. После все компьютеры, котоыре хотят передавать данные, должны выдержать межкадровый интервал. В Wi-Fi 2 типа таких интервалов – обычный и короткий.
Комп, который хочет отправить данные, должен выдержат обычный, а компу, которому нужно отправить подтверждение или какой-то другой служебный кадр – короткий.
За счет этого подтверждения отправляются быстрее, чем другие кадры.
В Wi-Fi вместо периода конкуренции (который в Ethernet), т.к. коллизии обойдутся дорого по времени, используется период молчания. Компы, вместо того, чтобы как можно быстрее начать передавать данные, пропускают друг дружку вперед, чтобы избежать коллизий. Каждый комп выбирает разное время для этого периода. Случайным образом генерируется число – количество слотов ожидания. Слот ожидания – промежуток времени, в который комп ждет, он разный для разных стандартов физического уровня Wi-Fi.
Комп А, перед тем как передать данные компу В, посылает сообщение RTS и говорит, что хочет передать 1500 байт. Комп В в ответ передает CTS, которое получают все компы. С понимает, что какой-то комп, который он не видит, хочет передавать данные и ждет
Комп В и С передают сообщения RTS. D находится вне зоны действия передатчика В и считает, что среда С свободна, отправляет CTS. Комп А делает то же самое. После все могут передать данные.