Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

проблемы не имеет значения, какая из них является точкой доступа, а какая — переносной. Мощность передатчиков такова, что взаимодействовать могут только соседние станции, то есть A с B, C с B и D, но не с A.

Рис. 4.11.Беспроводная локальная сеть: а — A и C — скрытые станции во время пересылки данных на B; б — B и C — засвеченные станции во время пересылки данных на A и D

Сначала рассмотрим, что происходит, когда станции A и C передают данные станции B, как изображено на рис. 4.11, а. Если станция A отправляет данные, а станция C сразу же опрашивает канал, то она не будет слышать станцию A, поскольку та расположена слишком далеко, и может прийти к неверному выводу о том, что канал свободен и что можно посылать данные станции B . Если станция C начнет передавать, она будет конфликтовать со станцией B и исказит кадр, передаваемый станцией A. (Мы предполагаем, что никакая схема по типу CDMA не используется для предоставления нескольких каналов, поэтому из-за коллизий сигналы искажаются и оба кадра разрушаются.) Нам необходим MAC-протокол, который предотвратит такой тип коллизий, ведь это лишняя трата полосы пропускания. Проблема, заключающаяся в том, что одна станция не может слышать возможного конкурента, поскольку конкурент расположен слишком далеко от нее, иногда называется проблемой скрытой станции ( hidden terminal problem).

Теперь рассмотрим другую ситуацию: станция B передает данные станции A в то же время, когда станция С хочет начать передачу станции D, как показано на рис. 4.11, б. Станция С при опросе канала слышит выполняемую передачу и может ошибочно предположить, что она не может передавать данные станции D (пунктирная стрелка на рисунке). В действительности такая передача создала бы помехи только в зоне от станции B до станции C, где в данный момент не ведется прием. Нам необходим MAC-протокол, который предотвратит такой тип задержек, ведь это лишняя трата полосы пропускания. Такая ситуация иногда называется проблемой засвеченной станции ( exposed terminal problem).

Сложность заключается в том, что перед тем как начать передачу, станции необходимо знать, есть ли какая-нибудь активность в радиодиапазоне вблизи приемника. Протокол CSMA же всего лишь может сообщить об активности вокруг передатчика путем опрашивания несущей. В случае передачи по проводу все сигналы достигают всех станций, поэтому такого различия не наблюдается. Однако во всей системе одновременно только одна станция может вести передачу. В системе с использованием радиосвязи, радиус передачи и приема которой ограничен небольшими зонами, одновременно могут передавать данные несколько станций, если только они передают различным принимающим станциям, находящимся достаточно далеко друг от друга. Нам нужно, чтобы даже в растущей ячейке одновременная передача не прекращалась — точно так же гости на вечеринке не ждут, пока все замолчат, чтобы начать говорить. Одновременно в большом помещении может происходить несколько разговоров, если только не все пытаются пообщаться с одним и тем же собеседником.

Одним из первых значительных протоколов, разработанных для беспроводных локальных сетей и умеющих справляться с этими проблемами, является MACA( Multiple Access with Collision Avoidance— множественный доступ с предотвращением коллизий) (Karn, 1990). Идея, лежащая в основе этого протокола, заключается в том, что отправитель заставляет получателя передать короткий кадр, чтобы окружающие станции могли услышать эту передачу и воздержаться от действий на время, требуемое для приема большого информационного кадра. Эта техника заменяет технику прослушивания несущей.

Протокол MACA проиллюстрирован на рис. 4.12. Рассмотрим ситуацию, в которой станция A передает станции B . Станция A начинает с того, что посылает станции B кадр RTS( Request To Send— запрос на передачу), как показано на рис. 4.12, а. Этот короткий кадр (30 байт) содержит длину кадра данных, который последует за ним. Затем станция B отвечает кадром CTS( Clear To Send— разрешение передачи), как показано на рис. 4.12, б. Кадр CTS также содержит длину информационного кадра (скопированную из кадра RTS). Приняв кадр CTS, станция A начинает передачу.

Теперь посмотрим, как реагируют станции, которые слышат передачу одного из этих кадров. Любая станция, которая слышит кадр RTS, находится близко к станции A и поэтому должна хранить молчание, пока кадр CTS не будет принят станцией A. Станции, слышащие кадр CTS, находятся вблизи от станции B, следовательно, должны воздержаться от передачи, пока станция B не получит кадр данных, длину которого они могут узнать из кадра CTS.

Рис. 4.12.Протокол MACA: а — станция A посылает кадр RTS станции B; б — станция B отвечает кадром CTS станции A

На рис. 4.12 станция C находится в зоне станции A, но не входит в зону станции B. Поэтому она слышит кадр RTS, передаваемый станцией A , но не слышит кадр CTS, которым отвечает станция B . Поскольку она не интерферирует с кадром CTS, она не обязана воздерживаться от передачи в то время, пока пересылается информационный кадр. Станция D, напротив, находится близко от станции B, но далеко от станции A. Она не слышит кадра RTS, но слышит кадр CTS, а это означает, что она находится вблизи станции, собирающейся принять кадр с данными. Поэтому ей нельзя вести передачу, пока этот кадр не будет передан. Станция E слышит оба управляющих сообщения и так же, как и станция D , должна хранить молчание, пока не будет завершена передача информационного кадра.

Несмотря на все меры предосторожности, конфликты все равно могут произойти. Например, станции B и C могут одновременно послать кадры RTS станции A. При этом кадры столкнутся и не будут приняты. В этом случае передатчики, не услышав кадр CTS в установленный срок, ждут случайное время и после этого повторяют попытку.

4.3. Сеть Ethernet

Итак, мы в целом закончили обсуждение общих вопросов, касающихся протоколов распределения канала. Пришло время перейти к практическим приложениям. Большое число технологий для персональных (PAN), локальных (LAN) и общегородских (MAN) сетей стандартизировано в серии стандартов IEEE 802. Некоторые стандарты выжили, некоторые — нет (см. табл. 1.4). Люди, верящие в реинкарнацию, считают, что одним из членов Ассоциации стандартов IEEE является вновь родившийся Чарльз Дарвин, отбраковывающий слабые технологии. В общем-то, действительно выжили сильнейшие. Наиболее важны стандарты 802.3 (Ethernet) и 802.11 (беспроводные ЛВС). Bluetooth (беспроводные персональные сети) развернуты сегодня очень широко, но их описывают другие стандарты, помимо 802.15. О 802.16 (беспроводные региональные сети) говорить всерьез пока не приходится. Вероятно, им будет посвящен раздел в 6-й редакции этой книги.