Последний временной интервал называется EIFS (Extended InterFrame Spacing — расширенный межкадровый интервал). Он используется только той станцией, которая только что получила испорченный или неопознанный кадр и хочет сообщить о проблеме. Идея в том, что приемник может сразу не сообразить, что происходит, и ему нужно выждать в течение какого-то интервала, чтобы не прервать своим возмущенным возгласом идущий в это время диалог между станциями.
Дальнейшая часть расширений, обеспечивающих качество обслуживания, — понятие возможности передачи (transmission opportunity) или TXOP. Первоначальный механизм CSMA/CA позволял станциям посылать один кадр за один раз. Эта схема была прекрасна, пока диапазон скоростей не увеличился. В 802.11a/g одна станция могла бы посылать кадры со скоростью 6 Мбит/с, а другая — 54 Мбит/с. Каждой из них надо послать один кадр, но первой станции нужно для отправки ее кадра в 9 раз больше времени (не считая фиксированных накладных расходов), чем второй. У этого неравенства есть неприятный побочный эффект замедления быстрого отправителя, который конкурирует с медленным отправителем, примерно до скорости медленного отправителя. Например, снова игнорируя фиксированные накладные расходы, работая по отдельности отправители реализовывали бы свои собственные скорости 6 Мбит/с и 54 Мбит/с, а работая вместе они оба получат в среднем скорость 5,4 Мбит/с. Что большая неприятность для быстрого отправителя. Эта проблема известна как аномалия скорости (rate anomaly) (Heusse и др., 2003).
При использовании TXOP каждая станция получает одинаковое количество эфирного времени, а не одинаковое количество кадров. Станции, которые посылают на более высокой скорости, получат в течение своего эфирного времени более высокую пропускную способность. В нашем примере отправители, совместно работающие со скоростями 6 и 54 Мбит/с, теперь достигнут скоростей 3 и 27 Мбит/с, соответственно.
4.4.4. Стандарт 802.11: структура кадра
Стандарт 802.11 определяет три класса кадров, передаваемых по радиоканалу: информационные, служебные и управляющие. Все они имеют заголовки с множеством полей, используемых подуровнем MAC. Кроме того, есть поля, используемые физическим уровнем, но они в основном относятся к методам модуляции, поэтому здесь мы их рассматривать не будем.
В качестве примера мы рассмотрим формат информационного кадра. Он показан на рис. 4.26. Вначале идет поле Управление кадром (Frame Control). Оно содержит 11 вложенных полей. Первое из них — Версия протокола, установлено в 00 (2 бита). Именно оно позволит будущим версиям 802.11 работать одновременно в одной ячейке сети. Затем следуют поля Тип (информационный, служебный или управляющий) и Подтип (например, RTS или CTS). Для обычного кадра данных (без указания качества обслуживания) они установлены как бинарные 10 и 0000. Биты К DS и От DS говорят о направлении движения кадра: в сеть или из сети, соединенной с точкой доступа, которая называется распределительной системой (distribution system). Бит Дополнительные фрагменты говорит о том, что далее следует еще один фрагмент. Бит Повтор маркирует повторно посылаемый кадр. Бит Управление питанием используется станцией-отправителем для указания на свое переключение в режим пониженного энергопотребления или на выход из этого режима. Бит Продолжение говорит о том, что у отправителя имеются еще кадры для пересылки. Бит Шифрование является индикатором использования шифрования в теле кадра. Наконец, установленный бит Порядок говорит приемнику о том, что кадры с этим битом должны обрабатываться строго по порядку.
Рис. 4.26. Информационный кадр стандарта 802.11
Второе основное поле информационного кадра — это поле Длительность. В нем задается время в микросекундах, которое будет потрачено на передачу кадра и подтверждения. Это поле присутствует во всех типах кадров, в том числе в служебных кадрах, и именно в соответствии с ним станции выставляют признаки NAV.
Далее следуют адреса. Кадры данных содержат три адреса в формате, соответствующем стандарту IEEE 802. Понятно, что нужны адреса отправителя и получателя, но что же содержится в третьем?
Помните, что точка доступа — это просто пункт ретрансляции кадров, когда они движутся между клиентом и другой точкой сети, возможно удаленным клиентом или интернет-порталом. Третий адрес — адрес этой удаленной конечной точки.
Поле Последовательность позволяет нумеровать фрагменты, чтобы было возможно определить дубликаты. Из 16 доступных бит 4 идентифицируют фрагмент, а 12 содержат число, которое растет с каждой новой передачей.
Поле Данные содержит передаваемую по каналу информацию, его длина может достигать 2312 байт. Первые байты этой полезной нагрузки находятся в формате, известном как LLC (подуровень управления логическим соединением). Этот уровень — связующий элемент, который идентифицирует протокол более высокого уровня (например, IP), к которому нужно передать полезную нагрузку.
В конце, как обычно, расположено поле Контрольная последовательность кадра, который является тем же самым 32-битовым CRC, который мы видели в разделе 3.2.2 и в других местах.
Управляющие кадры имеют такой же формат, как формат информационных кадров, плюс формат для части данных, которая меняется в зависимости от подтипа (например, параметры в кадрах «маяках»).
Служебные кадры короткие. Как и во всех кадрах, в них содержится Управление кадром, Длительность и Контрольная последовательность кадра. При этом они могут иметь только один адрес и не иметь поля Данные. Ключевой здесь является информация, содержащаяся в поле Подтип (RTS, CTS или ACK).
4.4.5. Сервисы
Стандарт 802.11 определяет сервисы, чтобы клиенты, точки доступа и соединяющие их сети могли быть согласованными беспроводными ЛВС.Их можно разделить на несколько категорий.
Ассоциация (association). Этот сервис используется мобильными станциями для подключения к точкам доступа. Обычно он применяется сразу же после вхождения в зону действия точки доступа. По прибытии станция узнает идентификационную информацию и возможности точки доступа или от кадров-маяков, или прямо запросив точку доступа. Возможности точки доступа включают поддерживаемую скорость передачи данных, меры безопасности, возможности энергосбережения, поддержку качества обслуживания и т. д. Мобильная станция посылает запрос на ассоциацию с точкой доступа, которая может принять либо отвергнуть этот запрос.
Реассоциация (reassociation) позволяет станции сменить точку доступа. Эта возможность полезна при перемещении станции от одной точки доступа к другой в той же расширенной 802.11 ЛВС, по аналогии с передачей в сотовой сети. Если она проходит корректно, то при переходе никакие данные не теряются. (Однако, как и в сети Ethernet, в стандарте 802.11 все услуги предоставляются лишь с обязательством приложения максимальных усилий к их исполнению, но не с гарантией.) По инициативе мобильной станции или точки доступа может быть произведена дизассоциация (disassociate), то есть разрыв отношений. Она требуется при выключении станции или ее уходе из зоны действия точки доступа. Точка доступа также может быть инициатором дизассоциации, если, например, она временно выключается для проведения технического обслуживания.
Прежде чем станции смогут посылать кадры через точку доступа, они должны пройти аутентификацию (authenticate). В зависимости от выбора схемы безопасности аутентификация поддерживается по-разному. Если сети 802.11 «открыты», их разрешают использовать любому. Если нет — для аутентификации нужны параметры учетной записи. Рекомендуемая схема, названная WPA2 (WiFi Protected Access 2 — WiFi Защищенный Доступ 2), обеспечивает безопасность как определено стандартом 802.111. (Просто WPA — временная схема, которая обеспечивает подмножество 802.11i. Мы пропустим ее и перейдем прямо к полной схеме.) С WPA2 точка доступа может взаимодействовать с сервером аутентификации, у которого есть имя пользователя и база данных паролей, чтобы определить, разрешено ли станции получить доступ к сети. Либо может быть сконфигурирован предустановленный ключ (pre-shared key), который является необычным названием сетевого пароля. Несколько кадров с запросом и ответом пересылаются между станцией и точкой доступа, что позволяет станции доказать, что у нее есть правильные учетные данные. Этот обмен происходит после ассоциации.
