Hi-Tech → Физический и канальный уровни модели OSI
Физический уровень — самый нижний уровень сетевой модели OSI, предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством.
На этом уровне работают концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы.
Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом. К физическому уровню относятся физические, электрические и механические интерфейсы между двумя системами. Физический уровень определяет такие свойства среды сети передачи данных как оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель, спутниковый канал передачи данных и т. п. Стандартными типами сетевых интерфейсов, относящимися к физическому уровню, являются: V.35, RS-232C, RJ-11, RJ-45, разъемы AUI и BNC.
Особенности физического уровня модели OSI удобно рассматривать с использованием следующего рисунка:
Можно выделить следующие подуровни:
Reconciliation — подуровень согласования. Служит для перевода команд МАС-уровня в соответствующие электрические сигналы физического уровня.
MII — Medium Independent Interface, независимый от среды интерфейс. Обеспечивает стандартный интерфейс между МАС-уровнем и физическим уровнем.
PCS — Physical Coding Sublayer, подуровень физического кодирования. Выполняет кодирование и декодирование последовательностей данных из одного представления в другое.
PMA — Physical Medium Attachment, подуровень подсоединения к физической среде. Преобразует данные в битовый поток последовательных электрических сигналов, и обратно. Кроме того, обеспечивает синхронизацию приема/передачи.
PMD — Physical Medium Dependent, подуровень связи с физической средой. Отвечает за передачу сигналов в физической среде (усиление сигнала, модуляция, формирование сигнала).
AN — Auto-negotiation, согласование скорости. Используется для автоматического выбора устройствами протокола взаимодействия.
MDI — Medium Dependent Interface, зависимый от среды интерфейс. Определяет различные виды коннекторов для разных физических сред и PMD-устройств.
Дополнительно можно почитать здесь .
Среда передачи данных
Средой передачи данных называется физическая среда, пригодная для прохождения сигнала. Чтобы компьютеры могли обмениваться кодированной информацией, среда должна обеспечить их физическое соединение друг с другом. Существует несколько видов сред, применяемых для соединения компьютеров:
• коаксиальный кабель;
• неэкранированная витая пара;
• экранированная витая пара;
• оптоволоконный кабель.
Коаксиальный кабель был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть. Кабель данного типа состоит из центрального медного проводника, покрытого пластиковым изолирующим материалом, который, в свою очередь, окружен медной сеткой и/или алюминиевой фольгой. Этот внешний проводник обеспечивает заземление и защиту центрального проводника от внешней электромагнитной интерференции. При прокладке сетей используются два типа кабеля — «Толстый коаксиальный кабель» (Thicknet) и «Тонкий коаксиальный кабель» (Thinnet). Максимальная длина сегмента лежит в диапазоне от 185 до 500 м в зависимости от типа кабеля.
Кабель типа «витая пара» (twisted pair), является одним из наиболее распространенных типов кабеля в настоящее время. Он состоит из нескольких пар медных проводов, покрытых пластиковой оболочкой. Провода, составляющие каждую пару, закручены вокруг друг друга, что обеспечивает защиту от взаимных наводок. Кабели данного типа делятся на два класса — «экранированная витая пара» («Shielded twisted pair») и «неэкранированная витая пара» («Unshielded twisted pair»). Отличие этих классов состоит в том, что экранированная витая пара является более защищенной от внешней электромагнитной интерференции, благодаря наличию дополнительного экрана из медной сетки и/или алюминиевой фольги, окружающего провода кабеля. Сети на основе «витой пары» в зависимости от категории кабеля обеспечивают передачу со скоростью от 10 Мбит/с – 1 Гбит/с. Длина сегмента кабеля не может превышать 100 м (до 100 Мбит/с) или 30 м (1 Гбит/с).
Оптоволоконные кабели представляют собой наиболее современную кабельную технологию, обеспечивающую высокую скорость передачи данных на большие расстояния, устойчивую к интерференции и прослушиванию. Оптоволоконный кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного слоем стеклянного или пластикового покрытия и внешней защитной оболочкой. Передача данных осуществляется с помощью лазерного или светодиодного передатчика, посылающего однонаправленные световые импульсы через центральный проводник. Сигнал на другом конце принимается фотодиодным приемником, осуществляющим преобразование световых импульсов в электрические сигналы, которые могут обрабатываться компьютером. Скорость передачи для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/c до 2 Гбит/с. Ограничение по длине сегмента составляет 2 км.
Канальный уровень (англ. Data Link layer) — уровень сетевой модели OSI, который предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки (посылает повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня — MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня.
На этом уровне работают коммутаторы, мосты.
В программировании, к примеру, этот уровень представляет драйвер сетевой платы, в операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровней между собой, это не новый уровень, а просто реализация модели для конкретной ОС.
Задача канального уровня — обеспечить взаимодействие устройств внутри локальной сети путем передачи специальных блоков данных, которые называются кадрами (frame). В процессе формирования они снабжаются служебной информацией (заголовком), необходимой для корректной доставки получателю, и, в соответствии с правилами доступа к среде передачи, отправляются на физический уровень.
При приеме данных с уровня PHY необходимо выделить кадры, предназначенные данному устройству, проверить их на отсутствие ошибок, и передать сервису или протоколу, которому они предназначались.
Нужно обратить внимание, что именно канальный уровень отправляет, принимает, и повторяет кадры в случае коллизии. Но определяет состояние разделяемой среды физический уровень. Поэтому процесс доступа (с необходимым уточнением) подробно описан в предыдущей главе.
Информационное взаимодействие на канальном уровне сетей стандарта Ethernet так же, как и на физическом, принято разделять на дополнительные подуровни, которые не были предусмотрены стандартом OSI-7.
LLC (Logical Link Control). Уровень управления логическим каналом;
MAC (Media Access Control). Уровень доступа к среде.
В идеология множественного доступа к среде Ethernet передачу данных приходится реализовать по широковещательному принципу «каждый для всех» (broadcasting). Это не может не наложить отпечаток на процесс формирования и распознавания кадров. Рассмотрим строение кадра Ethernet DIX, как наиболее часто используемого для передачи IP трафика.
Для идентификации устройств используются 6-ти байтовые MAC-адреса, которые отправитель обязательно должен указать в передаваемом кадре. Старшие три байта представляют собой идентификатор производителя оборудования (Vendor codes), младше — индивидуальный идентификатор устройства.
За уникальность последних несет ответственность производитель оборудования. С идентификаторами производителя дело обстоит сложнее. Существует специальная организация в составе IEEE, которая ведет список вендоров, выделяя каждому из них свой диапазон адресов. Кстати, занести туда свою запись стоит совсем не дорого, всего US 50. Можно отметить, что создатели технологии Ethernet, Ксерокс и DEC, занимают первую и последнюю строчку списка соответственно.
Такой механизм существует для того, что бы физический адрес любого устройства был уникальным, и не возникло ситуации его случайного совпадения в одной локальной сети.
Нужно особо отметить, что на большинстве современных адаптеров можно программным путем установить любой адрес. Это представляет определенную угрозу работоспособности сети, и может быть причиной тяжелых «мистических» неисправностей.
MAC-адрес может быть записан в различной форме. Наиболее часто используется шестнадцатеричная, в которой пары байтов отделяются друг от друга символами «-» или «:». Например, сетевая карта Realtek, установленная в моем домашнем компьютере, имеет адрес 00:C0:DF:F7:A4:25.
МАС-адрес позволяет выполнять единичную (Unicast), групповую (Multicast) и широковещательную адресацию кадров (Broadcast).
Единичная адресация означает, что узел-источник направляет свое сообщение только одному получателю, адрес которого явно указывается.
В режиме групповой адресации кадр будет обработан теми станциями, которые имеют такой же Vendor Code, как и у отправителя. Признаком такой посылки является «1» в младшем бите старшего байта МАС-адреса (X1:XX:XX:XX:XX:XX). Такой формат достаточно удобен для «фирменного» взаимодействия устройств, но на практике используется достаточно редко.
Другое дело широковещательная посылка, в которой адрес получателя кодируется специальным значением FF-FF-FF-FF-FF-FF. Переданный пакет будет принят и обработан всеми станциями, которые находятся в локальной сети.
Для успешной доставки одного адреса назначения явно недостаточно. Нужна дополнительная служебная информация — длина поля данных, тип сетевого протокола и др.
• Преамбула (Preamble). Состоит из 8 байтов. Первые семь содержат одну и ту же циклическую последовательность битов (10101010), которая хорошо подходит для синхронизации приемопередатчиков. Последний (Start-of-frame-delimiter, SFD), 1 байт (10101011), служит меткой начала информационной части кадра. Это поле не учитывается при определении длины кадра и не рассчитывается в контрольной сумме.
• МАС-адрес получателя (Destination Address, DA).
• МАС-адрес отправителя (Source Address, SA). Первый бит всегда равен нулю.
• Поле длины либо тип данных (Length/Type, L/T). Два байта, которые содержат явное указание длины (в байтах) поля данных в кадре или указывают на тип данных. Ниже, в описании LLC будет показано, что возможно простое автоматическое распознавание разных типов кадров.
• Данные (Data). Полезная нагрузка кадра, данные верхних уровней OSI. Может иметь длину от 0 до 1500 байт.
• Для корректного распознавания коллизий необходим кадр не менее чем из 64 байт. Если поле данных менее 46 байт, то кадр дополняется полем заполнения (Padding).
• Контрольная сумма (Frame Check Sequence, FCS). 4 байта, которые содержит контрольную сумму всех информационных полей кадра. Вычисление выполняется по алгоритму CRC-32 отправителем и добавляется в кадр. После приема кадра в буфер, приемник выполняет аналогичный расчет. В случае расхождения результата вычислений, предполагается ошибка при передаче, и кадр уничтожается.
Данный подуровень обеспечивает единый, независимый от используемого метода доступа, интерфейс с верхним (сетевым) уровнем. По сути, можно сказать, что на нем определяется логическая структура заголовка кадра Ethernet.
.
Сетевые адаптеры преобразуют пакеты данных в сигналы для передачи по сети. В ходе изготовления фирмой-производителем каждому сетевому адаптеру присваивается физический адрес, который заносится в специальную микросхему, устанавливаемую на плате адаптера. В большинстве сетевых адаптеров МАС-адрес зашивается в ПЗУ. Когда адаптер инициализируется, этот адрес копируется в оперативную память компьютера. Поскольку МАС-адрес определяется сетевым адаптером, то при замене адаптера изменится и физический адрес компьютера; он будет соответствовать МАС-адресу нового сетевого адаптера.
Для примера можно представить себе гостиницу. Предположим далее, что комната 207 имеет замок, открывающийся ключом А, а комната 410 — замок, открывающийся ключом F. Принято решение поменять замки в комнатах 207 и 410. После замены ключ А будет открывать комнату 410, а ключ F— комнату 207. В этом примере замки играют роль сетевых адаптеров, а ключи — роль МАС-адресов. Если адаптеры поменять местами, то изменятся и МАС-адреса.
Источник
Физический уровень стандартов сетей Wi-Fi
Рассмотрим физические уровни стандартов группы 802.11, которые различаются технологиями и достижимыми скоростями:
1. базовый 802.11;
Важной проблемой в развитии сетей Wi-Fi является выделение соответствующей полосы рабочих частот. Быстрое развитие сетей обеспечивается при выделении диапазона частот, не требующего лицензирования. В России разрешено нелицензионное использование диапазона частот 2,4 ГГц и 5,5 Ггц. Диапазон 2,4 ГГц предусмотрен всеми стандартами рассматриваемой группы, кроме 802.11а, который допускает работу только в нелицензионном диапазоне 5 ГГц. Нелицензионный диапазон частот используется для промышленных, медицинских и научных нужд ISM (Industrial, Scientific, Medical), включая домашние радиотелефоны, СВЧ — печи и др. Поэтому высокий уровень помех потребовал отмеченную в разделе 2 фрагментацию кадров на подуровне MAC.
Базовый стандарт 802.11
В базовом (изначальном) стандарте 802.11 регламентируется работа оборудования на центральной частоте 2,4 ГГц с максимальной скоростью до 2 Мбит/с. На физическом уровне базового протокола 802.11 реализовано 2 метода передачи данных, позволяющие передать кадр подуровня МАС с одной станции на другую [10]:
· метод перескока частоты FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum);
· опционно метод расширение спектра методом прямой последовательности DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).
Метод FHSS аналогичен ранее рассматриваемому перескоку частоты в сети GSM и EDGE, а метод DSSS во многом напоминает ранее рассматриваемый метод в системе кодового разделения CDMA. Устройства FHSS делят предназнченную для их работы полосу частот от 2,402 до 2,480 ГГц на 79 неперекрывающихся каналов. Ширина каждого из 79 каналов составляет 1МГц. Отправитель и получатель согласовывают схему переключения каналов, и данные пересылаются последовательно по различным каналам с использованием выбранной схемы. Частота перескока должна быть не менее 2,5 раза в секунду между шестью каналами. Технология FHSS и DSSS обеспечивает максимальную скорость передачи данных лишь 2Мбит/с, в то время как сейчас имеются более быстродействующие сети на основе стандартов 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n.
Стандарт 802.11b
На физическом уровне 802.11b реализован метод высокоскоростной передачи широкополосного канала по методу прямой последовательности HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum). Каждый информационный бит замещается чиповой последовательностью 11 бит, равной скалярному произведению информационного бита на поледовательность Баркера длиной 11 бит B1=(10110111000). Далее сигнал кодируется посредством дифференциальной двух- или четырехпозиционной фазовой модуляции (DBPSK или DQPSK, один или два чипа на символ). При частоте модуляции несущей 11МГц общая скорость составляет в зависимости от типа модуляции 1 или 2 Мбит/с. Стандарт 802.11b предусматривает скорости передачи 11 и 5,5 Мбит/с. Для этого используется кодирование комплементарным кодом (ССК-модуляция, Complementary Code Keying), которое позволяет кодировать 8 бит на один символ, что соответствует скорости передачи 11 Мбит/с. При скорости передачи 5,5 Мбит/с в одном символе кодируется 4 бита. В протоколе также предусмотрена коррекция ошибок FEC. В расширенном варианте стандарта 802.11b+ скорость передачи данных может достигать 22 Мбит/с. В стандарте 802.11b используется мониторинг качества канала, позволяющий автоматически изменять скорость передачи данных в зависимости от уровня сигнал/помеха. Поэтому теоретическая скорость не однозначно соответствует реальной скорости передачи данных. За последние годы во всем мире резко возросло количество беспроводных устройств, использование которых иногда создавало проблему помех и перегруженности диапазона 2,4 ГГц. Сети стандарта 802.11b работают в этом нелицензионном диапазоне. Чтобы разгрузить диапазон 2,4 ГГц был разработан стандарт 802.11a для частот 5 ГГц. В этом диапазоне уровень совокупности шумов меньше. В стандарте 802.11b принят в качестве дополнительного еще один способ модуляции — пакетное бинарное сверточное кодирование РВССС. Этот механизм позволяет добиваться в сетях пропускную способность 5,5; 11 и 22 Мбит/с.
Стандарт 802.11a
В стандарте 802.11а используются две центральные частоты в районе 5 ГГц и максимальная скорость передачи составляет до 54 Мбит/с. Эта спецификация основана на принципиально ином механизме множественного доступа, чем в рассмотренных ранее в настоящих материалах стандартов беспроводных систем сотовой связи и Wi-Fi. В 802.11а в качестве основного метода расширения спектра принято мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Технология OFDM более эффективно использует спектр и устойчива к искажениям беспроводного сигнала из-за многолучевого распространения. Данная схема делит широкую полосу спектра на множество узких, по которым передаются параллельно различные биты. В соответствии с приказом Министерства связи и массовых коммуникаций РФ №124 (2010 год) на территории РФ для стандарта 802.11a выделены две частотные полосы: 5,150-5,350 и 5,650-6,425 ГГц. В стандарте 802.11a диапазон разбивается с частотным разносом каналов 20 МГц. При этом в каждом канале имеется 52 поднесущие частоты. Из них 48 используются для передачи данных, а остальные четыре — для синхронизации. Биты кодируются для исправления ошибок. Для этого применяется сверточный код. Скорости кодирования: 1/2, 2/3, 3/4. Максимальная скорость кодирования 3/4, когда к каждым трем входным битам добавляется еще один. При использовании бинарной фазовой модуляции BPSK пропускная способность подканала 125 кбит/с. Пропускная способность всего канала с 48 информационными подканалами составляет 6 Мбит/с (48*125 кбит/с.). Квадратурная фазовая модуляция QPSK позволяет удвоить пропускную способность до 12 Мбит/с. 16-уровневая квадратурная амплитудная модуляция QAM-16, кодирующая 4 бит на один Герц несущей частоты, обеспечивает 24 Мбит/с. При использовании 64-уровневой квадратурной амплитудной модуляции QAM-64 обеспечивается максимальная для этого стандарта скорость — 54 Мбит/с. В таблице 24.1 приведены скорости передачи для разных комбинаций скоростей кодирования и видов модуляции сети 802.11а.
Таблица 24.1. Скорости передачи для разных комбинаций скоростей кодирования и видов модуляции сети 802.11а
| Модуляция | Скорость кодирования | Скорость передачи Мбит/с |
| BPSK | 1/2 | |
| BPSK | 3/4 | |
| QPSK | 1/2 | |
| QPSK | 3/4 | |
| QAM-16 | 1/2 | |
| QAM-16 | 3/4 | |
| QAM-64 | 2/3 | |
| QAM-64 | 3/4 |
К недостаткам технологии 802.11а относятся более высокая потребляемая мощность для частот 5 ГГц, а также меньший радиус действия (оборудование для 2,4 ГГц может работать на расстоянии до 300 метров, а для 5 ГГц — около 100 м).
Стандарт 802.11g
Стандарт 802.11g является улучшенной версией 802.11b. Он предназначен для работы на частотах 2,4 ГГц с максимальной скоростью 54 Мбит/с. Он аналогичен стандарту 802.11a по частоте и стандарту 802.11a по максимальной скорости. В нем допускается расширение спектра DSSS и OFDM. Выделенная для 802.11g полоса частот в РФ составляет 2400-2483,5 МГц.
Стандарт 802.11n
Стандарт 802.11n предназначен для повышения скорости передачи данных и увеличения дальности передачи информации. Он основывается, как и стандарт 802.11a на технологии OFDM и предусматривает использование в России обоих центральных частот (2,4 и 5 ГГц). При этом в РФ выделены следующие полосы частот:
Повышение скорости передачи информации в этом стандарте достигается за счет следующих мер.
· Удвоение полосы пропускания канала с 20 до 40 МГц, при этом режим 20 МГц — обязательный и для него установлен базовый режим скоростей передачи. В таблице 24.2 приведены скорости передачи для разных комбинаций скоростей кодирования и видов модуляции сети 802.11n при полосе 20 МГц [90,91]. При полосе канала 40 МГц пропускная способность канала почти удваивается, поскольку при прочих равных условиях почти удваивается и число поднесущих (вместо 52 их становится 108). Уменьшение защитного интервала с 800 нс до 400 нс также увеличивает скорость передачи информации.
· Применение технологии многоканальных антенных систем MIMO (Multiple Input Multiple Output), т.е. множественные входы и множественные выходы. В основу положено применение нескольких передающих и приемных антенн. Передаваемый поток данных разбивается на независимые последовательности битов, которые пересылаются одновременно с использованием разных антенн. С помощью нескольких антенн система MIMO позволяет осуществлять пространственное мультиплексирование потоков, что обеспечивает повышение скорости передачи данных. Система МIМО позволяет также по нескольким антеннам (до четырех) передавать одновременно один и тот же поток данных. По причине многолучевого распространения приёмник получает несколько сигналов. С помощью технологии MIMO эти сигналы обрабатываются и из них восстанавливается исходный сигнал, что способствует улучшению соотношения сигнал/помеха. Так оборудование стандарта 802.11n с несколькими передающими и принимающими антеннами позволяет повысить скорость передачи данных, улучшая при этом соотношение сигнал/помеха.
Таблица 24.2. Скорости передачи для разных комбинаций скоростей кодирования и видов модуляции сети 802.11n при полосе 20 МГц
Источник
Формат кадра Wi-Fi как происходит передача кадра в распределительную систему
В этой статье рассмотрим формат кадра Wi-Fi. В предыдущих статьях рассмотрели «Что такое wi-fi» и «Wi-Fi сервисы«.
p, blockquote 1,0,0,0,0 —>
p, blockquote 2,0,0,0,0 —>
Место Wi-Fi в модели OSI
Wi-Fi так же как и Ethernet работает на физическом и канальном уровне. Причем на канальном уровне wi-fi использует два разных формата кадра на подуровне LLC и подуровне MAC. На подуровни LLC формат кадра такой же, как и в Ethernet, а на подуровне MAC, формат кадра отличается. При реальной передачи данных по беспроводной среде используется именно формат кадра уровня MAC 802.11, а преобразование в формат LLC выполняется автоматически при получении, либо оборудованием, либо драйвером.
p, blockquote 3,0,0,0,0 —>
p, blockquote 4,0,0,0,0 —>
Формат кадра Wi—Fi уровня MAC
Рассмотрим, как выглядит формат кадра wi-fi стандарта 802.11 уровня MAC. Он устроен гораздо сложнее, чем формат кадра Ethernet, самое заметное отличие это то, что в wi-fi используется четыре адреса, а не два, как в Ethernet. Почему wi-fi сделана именно так?
p, blockquote 5,0,0,0,0 —>
Адрес в Wi—Fi
На предыдущих лекциях мы рассматривали, что чаще всего wi-fi используется в так называемом инфраструктурном режиме. Данные из беспроводной сети передаются в проводную сеть, для последующей передачи в Internet или какой-нибудь другой интересной для нас сети.
p, blockquote 6,0,0,0,0 —>
В инфраструктурном режиме, чаще всего при передаче данных у нас используются три устройства. Первое это компьютер, который передает данные по беспроводной среде. Второй точка доступа, и третье — это устройство в проводной среде, которое обеспечивает подключение к Internet.
p, blockquote 7,0,0,0,0 —>
p, blockquote 8,0,0,0,0 —>
В wi-fi адреса называются следующим образом:
- DA — Destination addres — адрес получателя;
- SA — Source address — адрес отправителя, назначении такое же как и в Ethernet.
- RA — Receiver address — используется, чтобы указать устройства, которые принимают данные из беспроводной среды;
- TA — Transmitter address — используется, чтобы указать устройства, которые передают данные в эту среду.
Рассмотрим, какие адреса устанавливаются в заголовке wi-fi при различных вариантах передачи кадров.
p, blockquote 10,0,0,0,0 —>
Передача кадра в распределительную систему
Начнем с передачи кадра от нашего компьютера в проводную среду и затем в Интернет. Проводная сеть к которой подключается наша сеть wi-fi называется распределительная система.
p, blockquote 11,0,1,0,0 —>
p, blockquote 12,0,0,0,0 —>
Кадр передается от нашего компьютера к проводному маршрутизатору, который затем передает его в Интернет.
- В этом случае в первом поле адреса указывается mac-адрес точки доступа Receiver Address (RA), адрес устройства которое принимает наш кадр из беспроводной среды.
- Во втором поле адреса указывается mac-адрес компьютера, в этом случае Transmitter Address и Sender address совпадают. Отправитель сам передает данные в беспроводную среду.
- И третье поле Destination Address адрес получателя mac-адрес проводного устройства, который передает наши данные в Интернет.
Когда кадр передается в обратном направлении от проводного устройства через точку доступа к нашему компьютеру, в качестве первого адреса указывается mac-адрес нашего компьютера. У нас снова совпадение mac-адрес нашего компьютера используются как адрес получателя destination address, и как адрес устройства, который принимает данные из беспроводной среды Receiver address. Во втором поле указывается mac-адрес точки доступа Transmitter address, и в третьем поле адрес отправителя mac-адрес маршрутизатора.
p, blockquote 14,0,0,0,0 —>
p, blockquote 15,0,0,0,0 —>
Передача кадра в одноранговом режиме
Если сеть работает одноранговом режиме, компьютеры передают данные друг другу. В этом случае адрес получателя всегда совпадает с адресом приемного устройства, а адрес отправителя с адресом передающего устройства. И эти адреса указываются в первом и во втором адресе. В третьем адресе указываются идентификатор одноранговой сети, который генерируются автоматически.
p, blockquote 16,0,0,0,0 —>
p, blockquote 17,0,0,0,0 —>
Беспроводной мост
Четыре адреса в заголовке wi-fi кадра используется очень редко, в ситуации которая называется беспроводной мост. У нас есть два проводных компьютера, которые передают данные друг другу, причем передают они данные через беспроводную сеть, которая объединяет две проводных сети.
p, blockquote 18,0,0,0,0 —>
Адрес проводного компьютера отправителя указывается в четвертом поле адреса, адрес проводного компьютера получателя в третьем поле. Точки доступа отправителя во втором поле, и точки доступа получателям в первом поле адреса.
p, blockquote 19,0,0,0,0 —>
p, blockquote 20,0,0,0,0 —>
После четвертого поля адреса, который не является обязательным идет поле тело кадра, еще одно отличие wi-fi от Ethernet максимальный размер поля данных 2304 байта. В Ethernet максимальный размер данных 1500 байт.
p, blockquote 21,0,0,0,0 —>
p, blockquote 22,0,0,0,0 —>
После поля данных идет контрольная сумма, назначение и формат у которой точно такой же как в Ethernet, и если при проверке контрольной суммы произошла ошибка, такой кадр отбрасывается.
p, blockquote 23,1,0,0,0 —>
Поле длительность используется совместно с управляющими кадрами, например, кадрами из протокола доступа к среде MACA, и в этом поле указывается на какое время зарезервирован канал передачи данных wi-fi. Пока это время не закончилось компьютер, может пользоваться каналам wi-fi не опасаясь, что возникнет коллизия.
p, blockquote 24,0,0,0,0 —>
А теперь давайте более подробно рассмотрим поле управления — кадр. Оно состоит из большого количества маленьких полей. Первое поле — версия протокола. Сейчас используется версия протокола 0, остальные значения зарезервированы для будущего использования. Затем идут два поля тип и подтип кадра.
p, blockquote 25,0,0,0,0 —>
p, blockquote 26,0,0,0,0 —>
Типы кадров в wi—fi
В отличии от Ethernet, где есть только кадры данных, в wi-fi используется три типа кадров:
- Первый это кадры данных такие же как в Ethernet.
- Второй это кадры контроля, служебные кадры, которые необходимы для обеспечения работы wi-fi. Это например подтверждение успешной передачи кадра — ACK, или кадры RTS и CTS, которые используются в протоколе доступа к среде MACA.
- Третий тип кадров это кадры управления они используются для реализации различных сервисов wi-fi таких например, как подключение к точке доступа wi-fi или аутентификация.
Затем идут два флага которые указывают направления передачи кадра To DS к распределительной системе (to distribution system), от беспроводного компьютера к проводной распределительной системе. Или наоборот, от проводной среды через точку доступа к беспроводному компьютеру From DS (from distribution system).
p, blockquote 28,0,0,0,0 —>
Передача кадров
В прошлых статьях, мы уже рассматривали такую особенность беспроводной среды, как частое возникновение ошибок. Однако, что делать, если ошибки в беспроводной среде случаются особенно часто? Например, одна ошибка на каждую 1000 байт, можно ли в таком случае передавать данные? Ведь размер данных в кадре wi-fi 2000 байт и даже размер данных в кадре Ethernet 1500 байт, то есть при передаче каждого кадра у нас скорее всего произойдет ошибка.
p, blockquote 29,0,0,0,0 —>
В такой ситуации передавать кадры можно, для этого их нужно разбивать на отдельные части фрагменты в нашем случае каждый фрагмент должен быть меньше чем 1000 байт. Недостатком является то, что скорость передачи данных в этом случае снизится.
p, blockquote 30,0,0,0,0 —>
Технология разделения одного кадра на несколько небольших фрагментов для отдельной передачи называются фрагментация. В wi-fi для фрагментации используется два поля заголовка, первое поле это флаг More Fragments, и второе поле это управление очередностью, оно в свою очередь состоит из двух под полей. Первое это номер последовательности или Sequence Number, содержит номер кадра, который разбивается на отдельные небольшие фрагменты. Для всех фрагментов одного и того же кадра, номер последовательности будет одинаковый. И второе подполе это номер фрагмента или Fragment Number.
p, blockquote 31,0,0,0,0 —>
Фрагментация в Wi—Fi
Рассмотрим, как эти поля заголовка кадра wi-fi используются при фрагментации. Предположим что у нас есть кадр размером 1500 байт, но мы его не можем передать целиком, а вынуждены разбить на три отдельные части по 500 байт, что происходит в этом случае?
p, blockquote 32,0,0,0,0 —>
p, blockquote 33,0,0,0,0 —>
Передается три отдельных кадра в поле, номер последовательности, у них у всех будет одинаковое значение, в примере 39 876. Принимающая сторона поймет, что получает три фрагмента одного и того же кадра. Флаг More Flagments (MF) говорит о том, что будут еще фрагменты, этот флаг установлен при передаче первого фрагмента, второго фрагмента, а при передаче третьего фрагмента, флаг установлен в ноль. Это означает, что пришел последний фрагмент из большого кадра, и больше фрагментов не будет. И номер фрагмента говорит о том, в какой последовательности нужно собирать фрагменты в один большой кадр. Сначала нужно взять фрагмент с номером 1, потом фрагмент с номером 2 и затем фрагмент с номером 3.
p, blockquote 34,0,0,1,0 —>
Флаг поворотной передачи кадра
Продолжаем рассматривать поле управления кадром! Следующий флаг RT говорит о том, что происходит повторная отправка кадра. Повторная отправка выполняется, если отправитель не получил подтверждение передачи кадра, однако может сложиться такая ситуация, что получатель отправил подтверждение, но это подтверждение не дошло до отправителя, в этом случае отправитель передает заново тот же самый кадр, и устанавливает флаг RT. Получатель принимает этот кадр, видит, что установлены флаг RT понимает, что он уже раньше получал такой кадр, ему снова необходимо отправить подтверждение.
p, blockquote 35,0,0,0,0 —>
p, blockquote 36,0,0,0,0 —>
Следующие два поля используются для управления питанием.
p, blockquote 37,0,0,0,0 —>
Управление питанием
Wi-fi сейчас часто используются в мобильных устройствах, а для этих устройств очень важно экономить энергию, чтобы заряда батареи хватило, как можно дольше. Нам всем не нравится когда батареи смартфона не хватает даже на один день работы.
p, blockquote 38,0,0,0,0 —>
Технология экономии питания wi-fi описано в стандарте IEEE 802.11 PSM.
- Станция wi-fi может работать в двух режимах, в активном и спящем. В активном режиме станция передает и принимает кадры в любое время.
- Однако в спящем режиме происходит отключение питания и станция не может передавать и принимать кадр.
- Станция, сообщает точке доступа, что она собирается переключиться в спящий режим, поэтому точка доступа не пытаются передать полученные данные станции.
- После того как наша станция проснулась, она подключается к точке доступа и спрашивает, есть ли у точки доступа кадр для станции. И если такие кадры есть, то они передаются из буфера точки доступа на станцию.
- После этого станция снова переходит в спящий режим, и точка доступа записывает кадры в буфер.
- При этом если станция хочет что-то передать сама, то она в любое время может перейти в активный режим, и передать кадр.
Кадр Wi—fi
В заголовке wi-fi для управления питанием, используются два поля: флаг Power Mgmt используется станцией для того, чтобы сообщить точке доступа, что станция использует управление питанием, и работает в спящем режиме.
p, blockquote 40,0,0,0,0 —>
Следующий флаг MD устанавливается точкой доступа, при передачи кадра станции, которая работает в режиме сохранения питания. При получении кадра в котором установлен этот флаг, станция узнает, что у точки доступа есть еще кадры, и запрашивает эти кадры у точки доступа.
p, blockquote 41,0,0,0,0 —>
Флаг Protection Frame — защита кадра, применяется для того чтобы указать используется шифрование данных или нет.
p, blockquote 42,0,0,0,0 —>
Последний флаг Order — порядок, говорит о том, сохраняется ли порядок передачи сообщений, или нет. На практике в wi-fi, кадры всегда принимаются в том же порядке, в котором они отправляются.
p, blockquote 43,0,0,0,0 —>
Итоги
Мы рассмотрели формат кадра wi-fi IEEE 802.11, которые используются в wi-fi на уровне MAC при передачу кадров по беспроводной среде. На уровне LLC происходит автоматическое преобразование в формат кадра Ethernet.
p, blockquote 44,0,0,0,0 —>
В отличие от Ethernet в кадре wi-fi используются четыре mac-адреса. Адрес отправителя и адрес получателя, а также адрес станции которая передает данные в беспроводную среду, и адрес станции, которые получают данные из беспроводной среды.
p, blockquote 45,0,0,0,0 —> p, blockquote 46,0,0,0,1 —>
В Wi-fi есть кадры трех типов, кадр передачи данных, как в Ethernet, кадр контроля и кадры управления, которое используется для реализации сервисов wi-fi.
Источник
Сетевая модель OSI и ее 7 уровней: обзор с примерами от Бородача
Всем привет, и с вами снова Бородач! У нас очередной курс «Для самых маленьких», и поговорим мы про модель OSI. Многие системные администраторы и юные IT инженеры что-то слышали про это, но боялись спросить. Сразу скажу, что любой специалист, программист, инженер или администратор, работающий с сетями и интернетом, должен на зубок знать всё то, о чем я расскажу ниже. Статья подойдет как для специалистов, так и для чайников.
OSI модель, или модель стека протоколов TCP/IP, или модель открытых систем, или модель сетевого взаимодействия – это ядро, на котором управляется и взаимодействует любая современная сеть и подключенные к ней устройства. Поэтому её желательно знать всем тем, кто работает в «сетевой» индустрии. Без данных знаний даже в том же программировании будет достаточно тяжело.
Модели OSI позволяют взаимодействовать устройствам в компьютерной сети по определенным правилам и протоколам. Если раскрыть расшифровку аббревиатуры термина, то получится английская надпись: «Open Systems Interconnection Basic Reference Model», – что дословно можно перевести как: «Эталонная Модель Взаимодействия Открытых Систем». В модели существует 7 уровней, которые используются для передачи информации от одного устройства к другому.
Уровни
Представим себе, что у нас есть два компьютера. Один принадлежит Василию, а второй Диме. Они подключены к одной сети. Василий отправил письмо напрямую к Диме. Теперь встает вопрос – а как теперь это письмо передать по сетевому кабелю? Как мы можем вспомнить компьютер может понимать только одну информацию – нулей (0) и единиц (1).
Также и по кабелю мы не можем передать информацию в обычном буквенном виде. И то если письмо содержит только буквы. Тогда встает вопрос о том, чтобы как-то перевести данное письмо на второе устройство. Именно для этих целей и нужна эталонная модель OSI с 7 уровнями.
При отправке письма информация проходит 7 стадий от верхнего к нижнему уровню, чтобы перевести его в обычные биты. Далее эти биты передаются по кабелю к компьютеру Димы. И уже его устройство делает обратный процесс – перевод битов в понятное для человека письмо.
При этом чаще всего используются протоколы TCP/IP. Когда вы будете читать любую информацию по данной теме, смотреть таблицы, то помните, что сейчас используются именно протоколы модели TCP/IP. Те же протоколы, которые описаны в таблицах, есть, но они уже давно устарели и являются просто ознакомительной информацией.
Давайте взглянем на все уровни OSI 7, и вам станет немного понятнее, о чем я говорю:
- Уровень 7 – Прикладной – application.
- Уровень 6 – Представительский – presentation.
- Уровень 5 – Сеансовый – session.
- Уровень 4 – Транспортный – transport.
- Уровень 3 – Сетевой –
- Уровень 2 – Канальный – data link.
- Уровень 1 – Физический – physical layer.
Нумерация идет сверху вниз от высокого до низшего уровня: от седьмого прикладного уровня до первого – физического.
ПРИМЕЧАНИЕ! Для специалистов я советую выписать и запомнить все уровни в нужном порядке. Также нужно запомнить и английские названия, так как они часто встречаются в книгах и на иностранных порталах, посвященных данной тематике.
Каждый уровень выполняет определенные цели для перевода информации из одного вида в другой. Также вы можете видеть, что информация передается в разном виде. Почти у каждого уровня есть свой PDU (protocol data unit) или единица измерения информационных данных. Например, на физическом (самом низком уровне) – это обычные биты или последовательность нулей и единиц, которые уже можно передавать по кабелю.
Почти каждый сетевой уровень оперирует своими протоколами данных. Можно посмотреть примерную последовательность перехода информации от одного вида PDU в другой:
- С седьмого по пятый уровень – идет операция с данными.
- Далее на транспортном уровне данные переводятся в сегменты или дейтаграммы.
- На сетевом уровне они переводятся в пакеты.
- Далее идет перевод в кадры или фреймы.
- Ну и в самом конце вся информация переводится в обычные биты.
Также, исходя из таблицы, вы можете заметить два названия:
- Media Layers (нижние уровни) – чаще всего уже используются в коммутаторах, маршрутизаторах, хабах – где идет задача передачи информации по кабелю.
- Host Layers (верхние уровни) – используются уже на самих устройствах: телефонах, планшетах, компьютерах, ноутбуках и т.д.
Это примерное разделение всех уровней на две градации. Самые интересные из уровней – это как раз класс «Media Layers», так как ими чаще всего и оперируют сетевые инженеры. И они же за них отвечают головой.
ПРИМЕЧАНИЕ! Вы можете посмотреть в таблицу на протоколы модели OSI, и вам станет примерно понятен уровень взаимодействия данных при передаче и приеме.
Принцип работы
Для удобства представления работы 7-ми уровней модели OSI давайте посмотрим на картинку ниже.
У нас есть два компьютера, которые на определенном уровне могут взаимодействовать только по протоколам. Можно сказать – это определенные вид данных, который понятен компьютерам на выделенном уровне. Например, на физическом уровне модели OSI используются протоколы, а данные передаются битами. На том же канальном уровне модели OSI информация передается кадрами используя свои протоколы.
Но для перевода информации от одного уровня к другому используются специальные службы. Также обратите внимание, что на транспортном уровне данные впервые разбиваются на сегменты. Каждый сегмент имеет «нумерованную» метку. Данная метка нужна, чтобы второе принимающее устройство поняло – в каком порядке склеивать эти сегменты, чтобы получить нужные данные. Далее на других уровнях идет разбиение на пакеты, кадры и в самом конце на биты. Пакеты, кадры также имеют свои очередные метки.
Немножко поподробнее о том, каким образом идет перевод информации с одного уровня на другой. Советую прям вникнуть в эту информацию, так как это нужно для понимания всей сути модели OSI. Если что-то будет непонятно, то прочтите её ещё раз или можете спросить меня какие-то нюансы ниже в комментариях. Чтобы было наглядно понятнее, давайте посмотрим на картинку ниже – тут представлена схема перевода информации к разному виду по всем уровням сетевой модели OSI.
- Первые 3 верхних уровня: прикладной, представительский и сеансовый – оперируют данными почти в чистом виде. Поэтому про них говорить нет смысла. Но я напишу о них пару строк в самом конце статьи.
- Далее на транспортном уровне OSI с помощью служб данные переходят в Сегменты (Дейтаграммы). Посмотрите внимательно как это происходит. Идет разбиение на несколько сегментов. Каждому сегменту приписывается заголовок, которые нужен для того, чтобы знать в каком порядке нужно соединять данные сегменты в будущем. Можно сказать, что сегмент – это фрагмент данных с заголовком.
- На этом этапе из транспортного уровня сегменты переводятся в пакеты. Это происходит достаточно просто – каждому сегменты, приписывается свой заголовок пакета. Наверное, вы уже заметили, что наша информация растет в размерах. Как раз из-за дописания заголовков. В итоге пакеты имеют больший размер чем сегменты.
- Далее информация из пакетов переходит на нижележащий канальный уровень. И так давайте перечислим все то, что у нас тут есть:
- Сегменты – данные с заголовком сегмента.
- Заголовок пакета, который расположен выше сегмента.
- Заголовок кадра, который приписывается пакету.
- Подсчитывается контрольная сумма и приписывается каждой доле информации. Она необходима для того, чтобы принимающая информация поняла, что получила нужную информацию. В общем для проверки. Если контрольная сумма будет неправильной, то принимающий компьютер может запросить повторную отправку данных.
Весь этот процесс запаковки данных называется инкапсуляцией данных. Когда информация дойдет до принимающего компьютера начнется обратный процесс – декапсуляции данных, которая проходит по той же схеме, только в обратно порядке.
Уровень 1 – Физический
Физический или первый уровень – является самым низшим уровнем, так как передаваемая информация имеет вид нулей и единиц. При этом могут использоваться различные протоколы, от которых зависит вид этих самых нулей и единиц. На данном уровне может определяться топология сетей и передача данных по ним.
Разделяют два вида передачи битовых потоков:
- Дуплексная – когда устройство может одновременно принимать и отправлять данные. Например, во время игры, когда приложению нужно постоянно получать и отправлять информацию. По-другому ещё называется – двунаправленная передача.
- Полудуплексная – когда устройство может только принимать, либо отправлять данные. Можно сравнить с потоком. Ещё называют – однонаправленная передача данных.
На физическом уровне на данный момент используют несколько сред. При кабельном подключении используют витую пару или оптоволокно. Коаксиальный кабель используется, но реже. Есть ещё беспроводная среда, в которой используются радиоволны: 802.11 Wi-Fi, Bluetooth, DSL, GSM и т.д.
Тут нужно определять не только среду, но и тип подключения (портов), а также дальность, на которую можно передать информацию при использовании кабельной или беспроводной среды.
Советую почитать про среды физического уровня отдельно:
Уровень 2 – Канальный
Данный уровень в семиуровневой модели является одним из самых главных, так как тут появляется адресация. Чтобы знать, куда нужно передавать информацию в сети, которая может состоять из сотни устройств – нужно использовать адреса. На канальном уровне используются MAC-адреса.
Также этот уровень умеет связывать два устройства с помощью последовательности команд. С помощью команд можно запросить повторную отправку данных, если они пришли не в том виде, или контрольная сумма не прошла на определенном кадре. Именно на канальном уровне чаще всего работают коммутаторы, так как адресация между устройствами идет именно с помощью таблицы коммутации, в которой содержатся MAC-адреса подключенных устройств.
Уровень 3 – Сетевой уровень
Сетевой уровень работает с протоколами, которые используют IP адресацию. К таким устройствам относят почти все оборудование, но чаще в пример приводят роутеры (маршрутизаторы). Есть, конечно, и коммутаторы, которые работают на данном уровне.
Сетевой уровень решает важную задачу передачи пакетов нужному узлу. Например, отдаленный компьютер может находиться в другой подсети или вообще в другой сети. Тогда для отправки пакетов и определяется оптимальный путь до конечного узла.
Обязательно читаем подробную статью про роутер.
Уровень 4 – Транспортный
Транспортный уровень – позволяет напрямую обмениваться данными между двумя узлами. Например, протокол TCP используется для передачи четкой информации: картинки, тексты, файлы. UDP же чаще всего используются в потоках: видео, аудио, онлайн-игры и т.д.
При этом часто используется сквозное соединение, когда данные отправляются напрямую. Также транспортный уровень первый, который взаимодействует с прямыми данными и сеансовым уровнем.
Например, для связи устройств в канальном уровне используется физическая топология сетей. На сетевом уровне логическая топология. А вот на данном уровне идет прямая связь «узел-узел». Например, если вы заходите на какой-то сайт, то вы напрямую связываетесь с определённым сервером через DNS или IP адрес.
Уровень 5 – Сеансовый
Окончательно переводит сегменты или дейтаграммы в уже понятные компьютеру данные. Также на этом этапе может быть разрыв прямой связи между отправляющим или передающим компьютером.
Уровень 6 – Представительский
Окончательно переводит информацию к определенному виду данных, уже понятному для человека. Один из примеров – это кодировка текста. Когда данные приходят в кодировке ASCII, а их нужно перевести в UTF-8 или в другой вид.
Уровень 7 – Прикладной уровень
Уровень, который представляет данные в презентабельном для человека виде. Именно этот уровень также обменивается информацией напрямую с пользователем. Один из часто встречаемых протоколов на последнем уровне – это протокол HTTPS, которые позволяет представлять и читать данные в браузере.
Видео
Источник
Уровни модели OSI для Wi-Fi/IEEE 802.11
2) PMD (Physical Medium Dependent) — подуровень, зависящей от среды передачи. Этот уровень будет различным для разных скоростей передачи и разных стандартов из серии 802.11. Подуровень PMD обеспечивает данные и сервис для подуровня PLCP и функции радиопередачи и приема, результатом которых является поток данных, информация о времени, параметры приема.
Основным рабочим состоянием уровней PLCP является обнаружение несущей и оценка незанятости канала. Для выполнения передачи PLCP переключает PMD из режима «прием» в режим «передача» и посылает элемент данных PPDU (PLCP Data Unit).
Физический уровень выполняет скремблирование, кодирование и чередование .
Передача сигналов по радиоканалу выполняется двумя методами: FHSS и DSSS При этом используется дифференциальная фазовая модуляция DBPSK и DQPSK с применением кодов Баркера, комплементарных кодов (ССК — Complementary Code Keying) и технологии двойного сверточного кодирования (РВСС).
Wi-Fi 802. llg на скорости 1 и 2 Мбит/с использует модуляцию DBPSK. При скорости передачи 2 Мбит/с используются те же методы, что и при скорости 1 Мбит/с, однако для увеличения пропускной способности канала используется четыре разных значения фазы (0, π/2, 3π/4, π для фазовой модуляции несущей.
Протокол 802.11b использует дополнительно скорости передачи 5,5 и 11Мбит/с. На этих скоростях передачи вместо кодов Баркера используются комплементарные коды (ССК).
Wi-Fi использует метод доступа к сети CSMA/CA, в котором для снижения вероятности коллизий использованы следующие принципы:
1) прежде чем станция начнет передачу, она сообщает, как долго она будет занимать канал связи;
2) следующая станция не может начать передачу, пока не истечет зарезервированное ранее время;
3) участники сети не знают, принят ли их сигнал, пока не получат подтверждение об этом;
4) если 2 станции начали работать одновременно, они смогут узнать об этом только по тому факту, что не получат подтверждение о приеме;
5) если подтверждение не получено, участники сети выжидают случайный промежуток времени, чтобы начать повторную передачу.
Предотвращение, а не обнаружение коллизий, является основным в беспроводных сетях, поскольку в них, в отличие от проводных сетей, передатчик трансивера заглушает принимаемый сигнал.
Рис.12.10. Формат фрейма PLCP для режима FHSS
Формат фрейма на уровне PLCP модели OSI в режиме FHSS показан на рис. 12.10. Он состоит из следующих полей:
1) «Синхронизация» — содержит чередующиеся нули и единицы и служит для подстройки частоты на принимающей станции, синхронизирует распределение пакетов и позволяет выбрать антенну (при наличии нескольких антенн);
2) «Старт» — флаг начала фрейма. Состоит из строки 0000 1100 1011 1101, которая служит для синхронизации фреймов на принимающей станции;
3) PLW (PSDU Length Word — слово длины служебного элемента данных подуровня PLCP (PSDU)) указывает размер фрейма, поступившего с уровня MAC, в октетах;
4) «Скорость» — указывает скорость передачи данных фрейма;
5) «КС» — контрольная сумма;
6) «МАС-фрейм» — фрейм, поступивший с МАС-уровня модели OSI и содержащий PSDU;
7) «Заголовок PLCP» — поля, добавленные на подуровне PLCP.
Рис.12.11. Формат фрейма PLCP для режима DSSS
Формат фрейма на уровне PLCP модели OSI в режиме DSSS показан на Рис.12.11. В нем поля имеют следующий смысл:
1) «Синхронизация» содержит только единицы и обеспечивает синхронизацию в приемной станции;
2) «Старт» — флаг начала фрейма. Содержит строку 0xF3A0, которая указывает начало передачи параметров, зависящих от физического уровня;
3) «Сигнал» — указывает тип модуляции и скорость передачи данного фрейма;
4) поле «Сервис» — зарезервировано для будущих модификаций стандарта;
5) «Длина» указывает время в микросекундах, необходимое для передачи МАС-фрейма;
6) «КС» — контрольная сумма;
7) «МАС-фрейм» — фрейм, поступивший с МАС-уровня модели OSI и содержащий PSDU;
8) «Заголовок PLCP» — поля, добавленные на подуровне PLCP.
Дальность связи средствами Wi-Fi сильно зависит от условий распространения электромагнитных волн, типа антенны и мощности передатчика. Типовые значения, указываемые изготовителями Wi-Fi-оборудования, составляют 100. 200 м в помещении и до нескольких километров на открытой местности с применением внешней антенны и при мощности передатчика 50. 100 мВт. Вместе с тем, по сообщению германского еженедельника Computerwoche (www.computerwoche.de) во время соревнований по дальности связи была зафиксирована связь на расстоянии 89 км с применением стандартного оборудования Wi-Fi стандарта IEEE 802.11b (2,4 ГГц) и спутниковых антенн («тарелок»). В книге рекордов Гиннеса зафиксирована также Wi-Fi-связь на расстоянии 310 км с применением антенн, поднятых на большую высоту с помощью воздушных шаров.
Архитектура сети Wi-Fi. Стандарт IEEE 802.11 устанавливает 3 варианта топологии сетей:
1) независимые базовые зоны обслуживания (Independent Basic Service Sets, IBSS);
2) базовые зоны обслуживания (Basic Service Sets, BSS);
3) расширенные зоны обслуживания (Extended Service Sets, ESS).
Под зоной обслуживания здесь понимается набор логически сгруппированных устройств. Каждая зона обслуживания имеет свой идентификатор (Service Set Identifier, SSID). Станция-приемник использует SSID для определения того, из какой зоны обслуживания приходит сигнал.
В архитектуре IBSS станции связываются непосредственно одна с другой без использования точки доступа и без возможности подсоединения к проводной локальной сети. Зона обслуживания SSID используется обычно для объединения в сеть малого количества станций, поскольку в ней не предусмотрена возможность ретрансляции сигнала для увеличения дальности связи и механизмы для решения проблемы скрытого узла.
При использовании BSS станции общаются другом с другом через общий центральный узел связи, называемый точкой доступа. Точка доступа обычно подключается к проводной локальной сети Ethernet.
Расширенная зона обслуживания получается при объединении нескольких BSS в единую систему посредством распределительной системы, в качестве которой может выступать проводная сеть Ethernet.
12.6. Сравнение беспроводных сетей
В Табл.12.4 сведены основные параметры 3-х рассмотренных беспроводных технологий. В таблице отсутствуют данные о стандартах WiMAX, EDGE, UWB и многих других, которые не нашли широкого применения в промышленной автоматизации.
Источник