2) Централизованный режим доступа pcf

В том случае, когда в BSS сети имеется станция, выполняющая функции точки доступа, может также применяться централизованный режим доступа PCF, обеспечивающий приоритетное обслуживание трафика. В этом случае говорят, что точка доступа играет роль арбитра среды.

Режим доступа PCF в сетях 802.11 сосуществует с режимом DCF. Оба режима координируются с помощью трех типов межкадровых интервалов (рис.6).

Рис. 6.  Сосуществование режимов PCF и DCF

После освобождения среды каждая станция отсчитывает время простоя среды, сравнивая его с тремя значениями:

• короткий межкадровый интервал (Short IFS - SIFS);

• межкадровый интервал режима PCF (PIFS);

• межкадровый интервал режима DCF (DIFS).

Захват среды с помощью распределенной процедуры DCF возможен только в том случае, когда среда свободна в течение времени, равного или большего, чем DIFS. То есть в качестве IFS в режиме DCF нужно использовать интервал DIFS - самый длительный период из трех возможных, что дает этому режиму самый низкий приоритет.

Межкадровый интервал SIFS имеет наименьшее значение, он служит для первоочередного захвата среды ответными CTS-кадрами или квитанциями, которые продолжают или завершают уже начавшуюся передачу кадра.

Значение межкадрового интервала PIFS больше, чем SIFS, но меньше, чем DIFS. Промежутком времени между завершением PIFS и DIFS пользуется арбитр среды. В этом промежутке он может передать специальный кадр, который говорит всем станциям, что начинается контролируемый период. Получив этот кадр, станции, которые хотели бы воспользоваться алгоритмом DCF для захвата среды, уже не могут этого сделать, они должны дожидаться окончания контролируемого периода. Его длительность объявляется в специальном кадре, но этот период может закончиться и раньше, если у станций нет чувствительного к задержкам трафика. В этом случае арбитр передает служебный кадр, после которого по истечении интервала DIFS начинает работать режим DCF.

На управляемом интервале реализуется централизованный метод доступа PCF. Арбитр выполняет процедуру опроса, чтобы по очереди предоставить каждой такой станции право на использование среды, направляя ей специальный кадр. Станция, получив такой кадр, может ответить другим кадром, который подтверждает прием специального кадра и одновременно передает данные (либо по адресу арбитра для транзитной передачи, либо непосредственно станции).

Для того чтобы какая-то доля среды всегда доставалась асинхронному трафику, длительность контролируемого периода ограничена. После его окончания арбитр передает соответствующий кадр и начинается неконтролируемый период.

Каждая станция может работать в режиме PCF, для этого она должна подписаться на данную услугу при присоединении к сети.

Кадр МАС-подуровня

На рис. 7 изображен формат кадра 802.11. Приведенная общая структура применяется для всех информационных и управляющих кадров, хотя не все поля используются во всех случаях.

Рис. 7.  Формат кадра MAC IEEE 802.11

Перечислим поля общего кадра:

• Управление кадром. Указывается тип кадра и предоставляется управляющая информация.

• Идентификатор длительности/соединения. Если используется поле длительности, указывается время (в микросекундах), на которое требуется выделить канал для успешной передачи кадра MAC. В некоторых кадрах управления в этом поле указывается идентификатор ассоциации или соединения.

• Адреса. Число и значение полей адреса зависит от контекста. Возможны следующие типы адреса: источника, назначения, передающей станции, принимающей станции.

• Управление очередностью. Содержит 4-битовое подполе номера фрагмента, используемое для фрагментации и повторной сборки, и 12-битовый порядковый номер, используемый для нумерации кадров, передаваемых между приемником и передатчиком.

• Тело кадра. Содержит модуль данных протокола LLC или управляющую информацию MAC.

Контрольная последовательность кадра. 32-битовая проверка четности с избыточностью.

Стандарт IEEE 802.11b

Это первый беспроводной стандарт, появившийся на наших просторах, кото­рый получил всенародное призвание. Именно с возникновением этого стандар­та началось триумфальное шествие эры Wi-Fi. Официальная дата возникнове­ния стандарта IEEE 802.11b — июль 1999 года.

Скорость передачи данных на сегодняшний день уже никого не впечатляет (11 Мбит/с, с поэтапным падением до 5,5, 2 и 1 Мбит/с в случае невозможно­сти поддержки максимальной скорости передачи данных), а безопасность пере­даваемых данных находится на довольно низком уровне. Опытному пользова­телю, «вооруженному» бесплатно распространяемым в сети инструментарием, может потребоваться меньше часа для расшифровки ключа сети и проникнове­ния в вашу локальную сеть.

Для защиты передаваемых данных используется протокол WEP, который оха­рактеризовал себя не с лучшей стороны, поскольку был неоднократно взломан за последние несколько лет. Хотя оборудование, поддерживающее этот стан­дарт, не рекомендуется применять в домашних сетях, а тем более в корпоратив­ных вычислительных сетях, все же не следует от него отказываться полностью. Если циркулирующие в беспроводной сети данные не относятся к категории государственной тайны, рекомендуется остановиться именно на этом стандарте.

Ниже приведены технические характеристики сетей стандарта IEEE 802.11b:

• несущая частота — 2,4 ГГц;

• скорость передачи данных — 1-11 Мбит/с;

• радиус действия — до 450 м;

• протоколы обеспечения безопасности — WEP;

• уровень безопасности — средний;

• метод кодирования сигналов - DSSS;

• режимы работы беспроводной сети — Ad Hoc, Infrastructure Mode.

ВНИМАНИЕ

Учтите, что реальная скорость передачи данных в сетях (не только в беспроводных), как правило, не превышает 40% от заявленного производителем значения. То же самое можно сказать относительно заявленной дальности связи. Хотя в этом случае ситуацию можно ис­править путем установки мощной направленной антенны

В сегменте корпоративных беспроводных сетей (да и домашних тоже) происходит постепенная эволюция в сторону стандарта IEEE 802.11g, Эволюция (в отличие от революции) означает постепен­ность производимых преобразований. Поэтому компоненты, поддерживающие стандарт IEEE 802.11b, пока еще остаются с нами. Область их применения — карманные компьютеры, беспроводные гарнитуры (обычно в этом случае ис­пользуется Bluetooth, но не всегда его возможностей достаточно) и некоторые другие приложения, которые нетребовательны к скорости передачи данных.

Кратко о сильных и слабых сторонах стандарта IEEE 802.11b. К преимуществам этого стандарта относятся его распространен­ность, а также относительная дешевизна оборудования.

Недостатки связаны с невысокой скоростью передачи данных, с «перегружен­ностью» диапазона 2,4 ГГц помехами со стороны других беспроводных сетей (из-за недостаточного количества частотных каналов), а также с радиочастот­ным «шумом», генерируемым сотовыми телефонами и некоторыми бытовыми приборами (например, микроволновыми печами), которые работают в близких радиочастотных диапазонах.

Стандарт IEEE 802.11g

Этот стандарт более совершенен, чем стандарт IEEE 802.11b, и появился в июне 2003 года. Максимальная скорость передачи данных выросла практиче­ски в пять раз по сравнению с IEEE 802.11b (до 54 Мбит/с), а одним из несом­ненных достоинств является частичная прямая и полная обратная совмести­мость со стандартом IEEE 802.11b. Полная обратная совместимость прояв­ляется в том, что оборудование, поддерживающее стандарт IEEE 802.11g, мо­жет работать в режиме, определяемом стандартом IEEE 802.11b. Что же каса­ется частичной прямой совместимости, то это означает, что некоторое оборудование стандарта IEEE 802.11b может использоваться в сетях стандарта IEEE 802.11g, но только при условии обновления микропрограмм, «зашитых» во флеш-памяти.

Более высокая скорость передачи данных достигается благодаря использова­нию метода ортогонального частотного уплотнения (Orthogonal Frequency Di­vision Multiplexing, OFDM), который впервые был применен в стандарте 802.11а. Совместимость со стандартом IEEE 802.11b достигается благодаря использованию той же самой несущей частоты (2,4 ГГц) и метода модуляции CCK.

Несмотря на свою относительную «молодость», стандарт довольно быстро заве­вал популярность среди профессионалов и простых пользователей. Такая попу­лярность объясняется наилучшим соотношением «скорость передачи данных — цена», присущим оборудованию этого стандарта. В этом стандарте был реали­зован новый протокол обеспечения безопасности передаваемых данных — WPA (Wi-Fi Protected Access — защищенный доступ к сетям Wi-Fi). При этом обес­печивается повышенная безопасность передаваемых данных, благодаря чему оборудование стандарта IEEE 802.11g подходит для создания корпоративных беспроводных сетей.

Технические характеристики сетей стандарта IEEE 802.11g:

• несущая частота — 2,4 ГГц;

• скорость передачи данных — 54 Мбит/с (до 125 Мбит/с в усовершенство­ванных версиях протокола);

• радиус действия — 450 м;

• протоколы обеспечения безопасности — WEP, WPA, WPA2 (в усовершенст­вованных версиях протокола);

• уровень безопасности — высокий;

• метод кодирования сигналов - OFDM;

• режимы работы беспроводной сети — Ad Hoc, Infrastructure Mode.

Помимо увеличения скорости передачи данных существуют усовершенствова­ния стандарта IEEE 802.11g, предусматривающие увеличение дальности связи радиосетей.

Теперь осталось лишь остановиться на описании преимуществ и недостатков стандарта IEEE 802.11g. В данном случае преимуществ больше, а именно: ши­рокий выбор и относительно низкая цена оборудования, можно найти оборудо­вание, поддерживающее высокую скорость передачи данных и повышенную дальность связи.

Недостаток один, и вряд ли его можно расценить как серьезный, — возможные помехи со стороны других беспроводных сетей, работающих в этом частотном диапазоне, а также со стороны микроволновых печей.

Стандарт IEEE 802.11a

Этот стандарт беспроводной связи появился на свет в 2001 году. Его основные отличительные особенности — использование частотного диапазона 5 ГГц, а также метода квадратурной фазовой модуляции совместно с ортогональным частотным уплотнением (OFDM). Именно благодаря OFDM стало возможным достичь скорости передачи данных 54 Мбит/с. Благодаря более широкому диа­пазону, а также усовершенствованной схеме модуляции обеспечивается 13 не­пересекающихся каналов связи. Причем эти каналы распределяются неравно­мерно — 5 из них находятся в верхней части диапазона, а остальные — в ниж­ней части. Благодаря этому оборудование, поддерживающее данный стандарт, может применяться для больших беспроводных сетей, включающих несколько точек доступа.

ВНИМАНИЕ

Обратите внимание на то, что в России диапазон 5 ГГц не лицензирован для использования радиосетями, поэтому его использование чревато неприятными последствиями.

Технические характеристики сетей стандарта IEEE 802.11a:

• несущая частота — 5,7 ГГц;

• скорость передачи данных — 54 Мбит/с (до 125 Мбит/с в усовершенство­ванных версиях протокола);

• радиус действия — 450 м;

• протоколы обеспечения безопасности — WEP, WPA, WPA2 (в усовершенст­вованных версиях протокола);

• уровень безопасности — высокий;

• метод кодирования сигналов - OFDM;

• режимы работы беспроводной сети — Ad Hoc, Infrastructure Mode.

Преимущество сетей стандарта IEEE 802.11a — практически полное отсутствие помех со стороны других беспроводных сетей, сотовых телефонов и микровол­новых печей. .

Недостатки связаны с более дорогим и менее распространенным оборудовани­ем, а также с «нелегальным» характером использования диапазона 5,7 ГГц в России.

Если вы все же хотите использовать подобное оборудование, выбирайте двух-диапазонные модели. В крайнем случае их можно будет использовать в составе сетей IEEE 802.11b/g.

Стандарт IEEE 802.11n

Этот стандарт совсем «свеженький», поскольку его черновой вариант (draft) был утвержден в 2006 году. Окончательное утверждение планировалось в 2008 году, затем в 2009, а затем было перенесено на начало 2010 года.

Его назначение — обеспечение высокой скорости передачи данных наравне с дальним радиусом действия. Имеет альтернативные названия — Pre-N и MIMO.

Разработчики стандарта IEEE 802.11n предусмотрели использование техноло­гии DSSS, а также ортогональное частотное уплотнение каналов (OFDM) для увеличения скорости передачи данных. В эту дружную компанию также вклю­чили технологию MIMO (Multiple Input Multiple Output — множественный ввод-вывод), благодаря которой стало возможным увеличение скорости переда­чи данных свыше 100 Мбит/с (в перспективе до 540 Мбит/с).

В 2004 году появилось оборудование, получившее условное название «Pre-N» или «MIMO». По сути речь идет о том же стандарте IEEE 802.11n. Использова­ние других названий было вынужденным, в противном случае организация Wi-Fi Alliance могла отозвать сертификацию у компаний-нарушителей.

Как и большинство других «родственников» из семейства IEEE 802.11х, стан­дарт IEEE 802.11n использует несущую частоту 2,4 ГГц, хотя в окончательной версии стандарта будет поддерживаться диапазон 5,7 ГГц. Для каналов связи выделяется полоса частот 40 МГц, что в два раза превышает ширину канала связи, выделяемую в сетях стандарта IEEE 802.11b/g. Столь широкая полоса частот требуется для обеспечения высокой скорости передачи данных, превы­шающей 100 Мбит/с. Но она же приводит к тому, что резко возрастает уровень радиопомех для соседних радиосетей, использующих диапазон 2,4 ГГц.

Технические характеристики сетей стандарта 802.11n:

• несущая частота — 2,4 и 5,7 ГГц;

• скорость передачи данных — 540 Мбит/с;

• радиус действия — пока неизвестен;

• протоколы обеспечения безопасности — WEP, WPA, WPA2;

• уровень безопасности — высокий;

• метод кодирования сигналов - DSSS, OFDM;

• режимы работы беспроводной сети — Ad Hoc, Infrastructure Mode.

К преимуществам этого стандарта можно отнести высокую скорость передачи данных (более 100 Мбит/с), поддержку двух диапазонов (2,4 и 5 ГГц), а также обратную совместимость со стандартами IEEE 802.11a/b/g.

Недостатки: довольно высокая цена оборудования, а также плохая совмести­мость с другими беспроводными сетями, работающими в диапазоне 2,4 ГГц.

Кратко о других стандартах из семейства IEEE 802.11х

Кратко об остальных представителях славного семейст­ва стандартов IEEE 802.11х, о которых не не было упомянуто:

• 802.11с. Определяет функционирование беспроводных мостов и применяет­ся разработчиками точек доступа.

• 802.11d. В этом документе описываются физические параметры радиокана­лов, а также устройств, входящих в состав беспроводных сетей, с точки зре­ния соответствия законодательству той или иной страны.

• 802.11е. Здесь описываются методы назначения приоритетов для разных видов мультимедийного трафика (аудио- и видеопотоки).

• 802.11f. В данном документе определяются способы взаимодействия точек доступа в процессе перемещения клиентов между различными сегментами одной и той же сети.

• 802.11h. Здесь описываются способы выбора несущей частоты и регулиро­вания излучаемой мощности во избежание создания помех в диапазоне 5 ГГц. Этот стандарт разрабатывался для европейских стран, поскольку именно там в данном диапазоне работают некоторые спутники связи.

• 802.11i. Новый стандарт обеспечения безопасности, который также называ­ют WPA2.

• 802.11j. Этот стандарт предназначается для Японии и предусматривает ' включение дополнительного канала с рабочей частотой 4,9 ГГц в стандарт IEEE 802.11а.

• 802.11r. Здесь описываются механизмы, обеспечивающие перемещение пользователей (роуминг) между зонами действия различных беспроводных сетей.

13