Контроль доступа к серед (Medium Access Control, MAC) - общий термин, обозначающий концепции доступа. Наиболее часто используемы в соверменности технологии - CSMA/CA и CSMA/CD.
CSMA/CD используется в Ethernet. В радио сетях используется CSMA/CA. Основная разница в том, что радиоустройства не способны передавать и принимать одновременно, следовательно не могут обнаружвать коллизии. Устройство 802.11 перед началом передачи убеждается, что другие устройства в данный момент не передают, выбирает случайный промежуток времени, ожидает, и, затем начинает передачу. Данный механизм не гарантирует отсутствие коллизий, поэтому 802.11 предусматривает функцию DCF (Distributed Coordination Function), предусматривающую многочисленные проверки, призванные минимизировать коллизии. 802.11-2012 также определяет механизм PCF (point coordination function) позволяющий точке доступа опрашивать клиентов определяя таким образом, нужно ли им передавать данные, а также HCF - механизм, описывающий продвинутые функции QoS.
Carrier sense - определяет занята ли среда Multiplea access - позволяет каждому беспроводному устройству получить достаточное время для передачи Collision avoidance - только одно устройство получает доступ к среде в каждый момент времени.
Каждый раз, когда радио передает юникаст-фрейм, принимающее устройство подтверждает получение путем отправки ACK фрейма. 802.11n и 802.11ac устройства используют агрегацию фреймов, т.е. несколько юникаст фреймов отправляются как одна группа и их получение подтверждается т.н. block ACK.
Получение большинства юникаст фреймов требует подтверждения. Получение мультикаст и широковещательных фреймов подтверждения не требует. Если какая-либо часть юникаст фрейма повреждена, он не пройдет проверку CRC и принимающее устройство не отправит ACK фрейм. Если отправляющее устройство не получает ACK фрейм, изначально переданный фрейм будет отправлен повторно. Это не способ обнаружения коллизий, это только способ подтверждения доставки.
DCF (distributed coordination function) - базовый метод доступа в сетях 802.11. Основные компоненеты:
-Межкадровый интервал (interframe space)
-Duration ID (ID field)
-Carrier sense
-Random backoff timer
Interframe space (IFS). Период времени между передачей фреймов в беспроводных сетях. Существует шесть типов таких интервалов:
RIFS (reduced interfame space) - highest priority
SIFS (Short interfame space) - seconf highest priority
PCF int. space (PIFS) - middle priority
DCF int. space (DIFS) - lowest priority
Arbitration int. space (AIFS) - используется станциями QoS
Extended interfame space (EIFS) - используется после получения поврежденных фре
Реальная длина каждого интервала зависит от скорости передачи данных в сети. Межкадровые интервалы это один из "механизмов защиты" от коллизий. Например, за интервалом SIFS могут слелдовать только ACK, block ACK, фреймы данных и CTS фреймы. Наиболее распространенные интервалы - SIFS и DIFS.
Поле Duration/ID - одно из полей заголовка фрейма 802.11. Содержит значение от 0 до 32767. При передаче данных устройство вычисляет скольо времени в секундах понадобится, чтобы получить ACK фрейм и добавляет это значение в заголовок, чтобы другие устройства в это время не передавали.
Carrier sense - проверка занятости среды передачи.
Virtual Carrier Sense использует механизм под названием Network Allocation Vector (NAV), позволяющих "предсказывать" передачу трафика в среде на основании значений Duration в заголовках ранее переданных фреймов. Устройство начент конкурировать за среду передачи только в том случае, если NAV таймер равен 0.
Physical carrier sense - означает, что устройство прослушивает канал, чтобы определить передают ли в данных момент другие устройства. Данный механизм работает всегда, когда устройство не занято приемом или передачей данных. Две основных цели: 1. определить предназначены ли данные передаваемые другими устройствами данному устройству 2. определить занята ли среда передачи (CCA, Clear channel assessment).
Physical и virtual carrier sense работают одновременно.
Random backoff timer. Устройство 802.11 может конкурировать за среду передачи в течении временного промежутка, называемого backoff time. Устройство выбирает случайную величину из диапазона, называемого conention window (CW). После того как величина выбрана, она умножается на т.н. slot time value (зависит от используемой PHY: DSSS, OFDM...). Таким образом запускается random backoff timer. Это финальный таймер, который должен истечь, перед тем как устройство начнет передавать. Когда он становится равен 0, устройство может получить доступ к среде, и, если она не занята, начать передавать.
Если во время работы данного таймера physical или virtual carrier sense обнаруживают, что среда занята, отсчет приостанвливается, до тех пор, пока среда не будет совободна в течении DIFS, AIFS или EIFS. Неудачные попытки передачи влекут увеличение CW вполоть до максимального значения.
Пример: устройство OFDM выбирает число из CW от 0 до 15 (4)
4 умножается на time slot 9наносекунд
random backoff timer принимает значение 36 наносекунд (4 слота)
за каждую длину слота, когда среда свободна, таймер уменьшается на длину слота до тех пор, пока не станет равен 0
если среда свободна, станция начинает передачу
Если станция не получает ACK, процесс carrier sense запускается заново.
Point coordination function (PCF) - добавлен в 802.11-2012. Разновидность поллинга. Точка доступа выполняет функцию точки-координатора (point coordinator) и управляет досупом к среде, т.о. данный механизм работает только в BSS. Должен поддерживаться как точкой доступа так и клиентскими устройствам.
Точки доступа используют PCF и DCF поочередно. Период когда точка доступа работает в режиме PCF называется contention-free period (PCF), в это время точка опрашивает клиентов в режиме PCF узнавая таким образом об их потребности передавать данные. Это метод приоритизации клиентов.
Период, когда точка доступа работает в режиме DCF называется contention period (CP).
Hybrid coordination function (HCE) - описан в 802.11e (qos amendment). Объединяет функционал DCF и PCF, в итоге получаюся два механизма доступа к среде: EDCA (Enhanced Distributed Channel Access) и HCF controlled channel access (HCCA). HCF описывает возможность отправки множества фреймов (frame burst) на протяжении определенного промежутка времени (transmit opportunity, TXOP) с SIFS (данный интервал используется чтобы другие станции в это время не передавали).
EDCA - метод доступа к среде для беспроводных устройств, который направляет трафик в 4 очереди QoS (QoS priority queues). Расширение (extension) DCF. Используются теги приоритетов аналогичные 802.1D (QoS на втором уровне). EDCA определяет 4 категории доступа, для каждой из них расширенная версия DCF (EDCAF) используется для распределения TXOP. Фреймы с более высокой категорией имеют меньший backoff, соответственно более высокий шанс получить TXOP.
HCF controlled channel access (HCCA) - использует цетрализованный координатор HC, встроенный в точку доступа и имеет высокий приоритет при доступе к среде. Используя данный высокий приоритет, он назначает TXOP себе и клиентским станциям. Таким образом создается ограниченная по времени фаза контроля доступа (controlled access phase, CAP) для свободной передачи данных QoS.
Block acknowledgement (BA) - объединение нескольких ACK в один Block ACK. Существует два типа: немедленный (immediate) для трафика, требующего низкой задержки и отложенный (delayed), более подходящий для трафика не требующего низкой задержки.
Block ACK показывает состояние каждого принятого фрейма, т.е. если поврежден только один фрейм, повторно будет передан только он, а не вся группа.
Мультимедийный трафик в беспроводных сетях. Wi-Fi Multimedia (WMM) - сертификация, принятая Wi-Fi альянсом, частично отражающая 802.11e.
8 категорий: 1. голос (7,6) 2. видео (5,4) 3. best effort (не чувствителен к задержкам, но ощущает влияние сшишком больших задержек) (0,3) 4. background priority (2,1) - не имеет строгих требований к задержке и пропускной способности (например, передача файлов, задания печати).
Еще одна сертификация Wi-Fi альянса - WMM-Admission Control, определяющий возможность использования управляющих фреймов для сигналиации между точкой и клиентом, чтобы клиенты могли запрашивать разрешение на отправку потока трафика (TS, traffic stream) определенной категории WMM
Точка оценивает запрос и разрешает либо не разрешает передачу потока. Если клиент не получил разрешения, он может задержать отправку, подключиться к другой точке, либо отправить трафик как best effort. Улучшает надеждность работающих приложений за счет предотвращения переподписки.
Устройства 802.11 могут рабоать на разных битрейтах, что обеспечивает совместимость со старыми устройствами. При этом, когда устройство передает на высоком битрейте, передача данных занимает мало времени, если же в сети есть устройство работающее на низких битрейтах, передача занимает много времени, и все устройства должны ждать, пока устройство с низким битрейтом закончит передачу, т.о. общая производительность снижается. По умолчанию, устройствам с более высоким биртрейтом не дается преимущества, соответственно оба устройства закончат передачу одного и того же объема данных за одинаковое время.
Airtime fairness заключается в том, что устройства с более высоким битрейтом получают преимущество и могут завершить передачу быстрее, без необходимости долгое время бездействовать, т.е. устройство получают одинаковое время для передачи, а не одинаковую возможность.
Источник: D. Coleman, D. Wescott - Certified Wireless Network Administration Official Study Guide
CSMA/CD используется в Ethernet. В радио сетях используется CSMA/CA. Основная разница в том, что радиоустройства не способны передавать и принимать одновременно, следовательно не могут обнаружвать коллизии. Устройство 802.11 перед началом передачи убеждается, что другие устройства в данный момент не передают, выбирает случайный промежуток времени, ожидает, и, затем начинает передачу. Данный механизм не гарантирует отсутствие коллизий, поэтому 802.11 предусматривает функцию DCF (Distributed Coordination Function), предусматривающую многочисленные проверки, призванные минимизировать коллизии. 802.11-2012 также определяет механизм PCF (point coordination function) позволяющий точке доступа опрашивать клиентов определяя таким образом, нужно ли им передавать данные, а также HCF - механизм, описывающий продвинутые функции QoS.
Carrier sense - определяет занята ли среда Multiplea access - позволяет каждому беспроводному устройству получить достаточное время для передачи Collision avoidance - только одно устройство получает доступ к среде в каждый момент времени.
Каждый раз, когда радио передает юникаст-фрейм, принимающее устройство подтверждает получение путем отправки ACK фрейма. 802.11n и 802.11ac устройства используют агрегацию фреймов, т.е. несколько юникаст фреймов отправляются как одна группа и их получение подтверждается т.н. block ACK.
Получение большинства юникаст фреймов требует подтверждения. Получение мультикаст и широковещательных фреймов подтверждения не требует. Если какая-либо часть юникаст фрейма повреждена, он не пройдет проверку CRC и принимающее устройство не отправит ACK фрейм. Если отправляющее устройство не получает ACK фрейм, изначально переданный фрейм будет отправлен повторно. Это не способ обнаружения коллизий, это только способ подтверждения доставки.
DCF (distributed coordination function) - базовый метод доступа в сетях 802.11. Основные компоненеты:
-Межкадровый интервал (interframe space)
-Duration ID (ID field)
-Carrier sense
-Random backoff timer
Interframe space (IFS). Период времени между передачей фреймов в беспроводных сетях. Существует шесть типов таких интервалов:
RIFS (reduced interfame space) - highest priority
SIFS (Short interfame space) - seconf highest priority
PCF int. space (PIFS) - middle priority
DCF int. space (DIFS) - lowest priority
Arbitration int. space (AIFS) - используется станциями QoS
Extended interfame space (EIFS) - используется после получения поврежденных фре
Реальная длина каждого интервала зависит от скорости передачи данных в сети. Межкадровые интервалы это один из "механизмов защиты" от коллизий. Например, за интервалом SIFS могут слелдовать только ACK, block ACK, фреймы данных и CTS фреймы. Наиболее распространенные интервалы - SIFS и DIFS.
Поле Duration/ID - одно из полей заголовка фрейма 802.11. Содержит значение от 0 до 32767. При передаче данных устройство вычисляет скольо времени в секундах понадобится, чтобы получить ACK фрейм и добавляет это значение в заголовок, чтобы другие устройства в это время не передавали.
Carrier sense - проверка занятости среды передачи.
Virtual Carrier Sense использует механизм под названием Network Allocation Vector (NAV), позволяющих "предсказывать" передачу трафика в среде на основании значений Duration в заголовках ранее переданных фреймов. Устройство начент конкурировать за среду передачи только в том случае, если NAV таймер равен 0.
Physical carrier sense - означает, что устройство прослушивает канал, чтобы определить передают ли в данных момент другие устройства. Данный механизм работает всегда, когда устройство не занято приемом или передачей данных. Две основных цели: 1. определить предназначены ли данные передаваемые другими устройствами данному устройству 2. определить занята ли среда передачи (CCA, Clear channel assessment).
Physical и virtual carrier sense работают одновременно.
Random backoff timer. Устройство 802.11 может конкурировать за среду передачи в течении временного промежутка, называемого backoff time. Устройство выбирает случайную величину из диапазона, называемого conention window (CW). После того как величина выбрана, она умножается на т.н. slot time value (зависит от используемой PHY: DSSS, OFDM...). Таким образом запускается random backoff timer. Это финальный таймер, который должен истечь, перед тем как устройство начнет передавать. Когда он становится равен 0, устройство может получить доступ к среде, и, если она не занята, начать передавать.
Если во время работы данного таймера physical или virtual carrier sense обнаруживают, что среда занята, отсчет приостанвливается, до тех пор, пока среда не будет совободна в течении DIFS, AIFS или EIFS. Неудачные попытки передачи влекут увеличение CW вполоть до максимального значения.
Пример: устройство OFDM выбирает число из CW от 0 до 15 (4)
4 умножается на time slot 9наносекунд
random backoff timer принимает значение 36 наносекунд (4 слота)
за каждую длину слота, когда среда свободна, таймер уменьшается на длину слота до тех пор, пока не станет равен 0
если среда свободна, станция начинает передачу
Если станция не получает ACK, процесс carrier sense запускается заново.
Point coordination function (PCF) - добавлен в 802.11-2012. Разновидность поллинга. Точка доступа выполняет функцию точки-координатора (point coordinator) и управляет досупом к среде, т.о. данный механизм работает только в BSS. Должен поддерживаться как точкой доступа так и клиентскими устройствам.
Точки доступа используют PCF и DCF поочередно. Период когда точка доступа работает в режиме PCF называется contention-free period (PCF), в это время точка опрашивает клиентов в режиме PCF узнавая таким образом об их потребности передавать данные. Это метод приоритизации клиентов.
Период, когда точка доступа работает в режиме DCF называется contention period (CP).
Hybrid coordination function (HCE) - описан в 802.11e (qos amendment). Объединяет функционал DCF и PCF, в итоге получаюся два механизма доступа к среде: EDCA (Enhanced Distributed Channel Access) и HCF controlled channel access (HCCA). HCF описывает возможность отправки множества фреймов (frame burst) на протяжении определенного промежутка времени (transmit opportunity, TXOP) с SIFS (данный интервал используется чтобы другие станции в это время не передавали).
EDCA - метод доступа к среде для беспроводных устройств, который направляет трафик в 4 очереди QoS (QoS priority queues). Расширение (extension) DCF. Используются теги приоритетов аналогичные 802.1D (QoS на втором уровне). EDCA определяет 4 категории доступа, для каждой из них расширенная версия DCF (EDCAF) используется для распределения TXOP. Фреймы с более высокой категорией имеют меньший backoff, соответственно более высокий шанс получить TXOP.
HCF controlled channel access (HCCA) - использует цетрализованный координатор HC, встроенный в точку доступа и имеет высокий приоритет при доступе к среде. Используя данный высокий приоритет, он назначает TXOP себе и клиентским станциям. Таким образом создается ограниченная по времени фаза контроля доступа (controlled access phase, CAP) для свободной передачи данных QoS.
Block acknowledgement (BA) - объединение нескольких ACK в один Block ACK. Существует два типа: немедленный (immediate) для трафика, требующего низкой задержки и отложенный (delayed), более подходящий для трафика не требующего низкой задержки.
Block ACK показывает состояние каждого принятого фрейма, т.е. если поврежден только один фрейм, повторно будет передан только он, а не вся группа.
Мультимедийный трафик в беспроводных сетях. Wi-Fi Multimedia (WMM) - сертификация, принятая Wi-Fi альянсом, частично отражающая 802.11e.
8 категорий: 1. голос (7,6) 2. видео (5,4) 3. best effort (не чувствителен к задержкам, но ощущает влияние сшишком больших задержек) (0,3) 4. background priority (2,1) - не имеет строгих требований к задержке и пропускной способности (например, передача файлов, задания печати).
Еще одна сертификация Wi-Fi альянса - WMM-Admission Control, определяющий возможность использования управляющих фреймов для сигналиации между точкой и клиентом, чтобы клиенты могли запрашивать разрешение на отправку потока трафика (TS, traffic stream) определенной категории WMM
Точка оценивает запрос и разрешает либо не разрешает передачу потока. Если клиент не получил разрешения, он может задержать отправку, подключиться к другой точке, либо отправить трафик как best effort. Улучшает надеждность работающих приложений за счет предотвращения переподписки.
Устройства 802.11 могут рабоать на разных битрейтах, что обеспечивает совместимость со старыми устройствами. При этом, когда устройство передает на высоком битрейте, передача данных занимает мало времени, если же в сети есть устройство работающее на низких битрейтах, передача занимает много времени, и все устройства должны ждать, пока устройство с низким битрейтом закончит передачу, т.о. общая производительность снижается. По умолчанию, устройствам с более высоким биртрейтом не дается преимущества, соответственно оба устройства закончат передачу одного и того же объема данных за одинаковое время.
Airtime fairness заключается в том, что устройства с более высоким битрейтом получают преимущество и могут завершить передачу быстрее, без необходимости долгое время бездействовать, т.е. устройство получают одинаковое время для передачи, а не одинаковую возможность.
Источник: D. Coleman, D. Wescott - Certified Wireless Network Administration Official Study Guide
