Элементы архитектуры WLAN – ЧАСТЬ 1

Архитектура LAN, включающей беспроводные и проводные сегменты (ком­поненты), иллюстрируется рис. 3.6. Перечень основных элементов включает базовые служебные наборы, порталы и систему распределения. Структура и со­держание функций, выполняемых перечисленными элементами, сводится к сле­дующему.

Рис. 3.6. Архитектура LAN, содержащей проводные и беспроводные сегменты

1. Базовые служебные наборы (Basic Service Set – BSS) представляют со­бой беспроводные компоненты LAN, обеспечивающие взаимодействие их узлов между собой и с другими узлами LAN посредством передачи сигналов с помо­щью электромагнитных волн. Структурными составными частями BSS являют­ся станции (Station – STA) и точки доступа (Access Point – АР).

Станции BSS представляют собой совокупность узлов сети и беспроводных сетевых адаптеров (WNIC – см. подраздел 3.2.1). Подуздом сети подразумева­ется любое устройство, являющееся источником пакетных сообщений (компью­тер, цифровой телефон и пр.). WNIC обеспечивает прием и передачу радиосиг­налов (PHY-уровень), а также выполнение функций контроллера МАС-уровня. В целом, термин «станция» но отношению к совокупности узла и WNIC соот­ветствует аналогичному понятию, предусмотренному Регламентом Радиосвязи [19] – это совокупность приемников и передатчиков, включая дополнительные устройства, необходимые для выполнения функций службы радиосвязи.

Точка доступа (АР) представляет собой устройство (entity), обладающее свойствами STA и обеспечивающее выполнение двух функций: координацию доступа станций BSS к общей беспроводной среде и доступ станций BSS к си­стеме распределения.

Необходимость координации работы станций BSS обусловлена исполь­зованием ими общего частотно-территориального ресурса. Площадь, в преде­лах которой обеспечивается связь между станциями BSS, носит наименование базовой зоны обслуживания (Basic Service Area – BSA). Все станции BSS со­вместно используют для обмена радиосигналами одну общую полосу частот, и коллизии радиосигналов различных станций приводят к вредным взаимным помехам, исключающим возможность одновременной связи нескольких стан­ций. Связь между станциями BSS осуществляется в полудуплексном режиме с ретрансляцией сигналов (по аналогии с радиорелейной связью) различных STA точкой доступа (например, посредством цепочки передач STA1—»АР—>STA3; STA3—>AP-»STA1). Совокупность функций, выполняемых STAh АР по обеспе­чению передачи сообщений в пределах BSS, носит наименование станционной службы (Station Service – SS).

Точки доступа являются инфраструктурными элементами BSS; ими осна­щаются все помещения (базовые зоны обслуживания), рассчитанные на по­стоянную работу WLAN (в частности, «горячие точки»). В качестве инфра­структурных элементов АР обеспечивают интерфейс между BSS и системой распределения LAN (рис. 3.6). В случае, если BSS является автономной, точка доступа может обеспечивать непосредственный доступ к магистральной сети (Internet). С этой целью промышленные образцы АР комплектуются маршрути­заторами [20].

2. Система распределения (Distribution System – DS) представляет собой элемент сети, который обеспечивает передачу сообщений между различными BSS, а также между BSS и проводными LAN, входящими в сеть (см. рис. 3.6). Среда, которой обеспечивается передача сообщений между сегментами сети (проводными и беспроводными), носит наименование среды системы распре­деления (Distribution System Medium – DSM). Совокупность функций, выпол­няемых DS, именуется службой системы распределения (Distribution System Service – DSS). Станционные службы (SS) и DSS совместно обеспечивают воз­можность передачи сообщений между STA, входящими в различные сегменты LAN. Существенная черта передачи сообщений посредством DS состоит в том, что протоколы передачи являются протоколами МАС-уровня, так что станции различных BSS и проводных сегментов взаимодействуют между собой, не вы­ходя за пределы этого уровня.

Среда систем распределения цифровых сетей, которые располагаются вну­три зданий, является, как правило, проводной (рис. 3.7). Среда распределения сетей LAN, объединяющих сегменты, разобщенно расположенные на открытой территории учреждений (например, кампуса или офиса), может быть беспро­водной [21]. Стандарт IEEE 802.11 не накладывает ограничений на способы реа­лизации DSM, а также на перечень функций стека протоколов ISO/OSI, которые

среда может выполнять [2]. В частности, эти функции могут выходить за преде­лы 2-го (канального) уровня и охватывать 3-й (сетевой) уровень. Последнее со­ответствует взаимосвязи LAN с глобальными сетями (Wide Area Network – WAN), в частности, сетью Internet (на рис. 3.7 это отражено подключением DS к глобальной сети посредством роутера (router)). Создание интерфейса между DS и WAN соответствует одному из наиболее распространенных применений Wi- Fi – WLAN – созданию «горячих точек». В рамках протокола IEEE 802.11 взаи­мосвязь WLAN и WAN не регламентируется.

Рис. 3.7. Иллюстрация проводной среды распределения [22]

3. Порталы представляют собой элементы сети, посредством которых к рас­пределительной системе (DS) подключаются проводные сегменты сети, функ­ционирующие согласно требованиям стандартов проводных LAN (например, 802.3 – Ethernet). Посредством порталов обеспечивается передача сообщений между беспроводными и проводными сегментами сети согласно протоколам МАС-уровня. Подключение узлов проводных сегментов к DS с помощью пор­талов называется их интегрированием (интеграцией) в сеть. Благодаря передаче сообщений согласно протоколам одного уровня (МАС-уровня) узлы всех сег­ментов сети, проводных и беспроводных, являются логически равноценными.

Совокупность всех BSS сети и интегрированных проводных сегментов (локальных сетей) носит наименование расширенного служебного набора (Ex­tended Service Set – ESS). Территория, занимаемая элементами ESS, именуется


расширенной площадью обслуживания (Extended Service Area – ESA). Макси­мальное количество узлов ESS стандартом IEEE 802.11 не регламентируется. Инфраструктура ESS: ее система распределения, точки доступа, порталы, ин­терфейс с WAN – создается оператором (провайдером) ESS. Сеть обеспечивает, во-первых, взаимосвязь между всеми узлами, входящими в проводные и бес­проводные сегменты, и, во-вторых, связь с узлами глобальной сети (если тако­вая связь предусмотрена).

Однозначность идентификации узлов сети при передаче сообщений между ними обеспечивается принятой системой кодового обозначения элементов сети. Предусмотрено 3 разновидности идентификаторов элементов:

–                идентификатор ESS (Service Set Identificator – SSID), который представляет собой наименование ESS, состоящее из 32 буквенно-цифровых (alphanumer­ic) символов;

–                идентификатор BSS (Basic Service Set Identificator – BSSID), который совпа­дает с МАС-адресом точки доступа соответствующей BSS;

–                идентификатор STA, который совпадает с МАС-адресом рассматриваемой станции.

Перечень обозначений и битовый размер различных идентификаторов ил­люстрируется данными табл. 3.3.

Таблица 3.3

Сведения об идентификаторах элементов Wi-Fi сетей

Разновидность идентификатора

Обозначение идентификатора

Способ идентификации

Число битов идентификатора

Идентификатор ESS

SSID

32-элементный буквенно-цифровой набор

256

Идентификатор BSS

BSSID

М АС-адрес. АР

48

Идентификатор STA

 

МАС-адрес STA

48

МАС-адреса присваиваются АР и STA в соответствии с общепринятыми правилами: три первых байта адреса используются для обозначения производи­теля NIC, а три оставшихся – для обозначения номера NIC [1]. Идентификаторы сетей (SSID) определяются их операторами и, обычно, представляют собой тек­стовое «наименование сети» [3, 4]. Все станции ESS должны обладать правом на использование ее телекоммуникационных ресурсов. SSID используются для первичной (начальной) проверки права абонентов на работу в ESS.

3.2.3. Взаимодействие элементов архитектуры

Существенная функциональная черта ESS состоит в динамичности изме­нения ее абонентского состава: абоненты сети могут подключаться к ней в произвольное время, прерывать связь с сетью (выходить из нее), перемещать­ся между различными BSS сети (см. рис. 3.6). Динамичность функционирова­ния ESS обеспечивается взаимодействием между элементами (компонентами) ее архитектуры.

Совокупность функций, выполняемых элементами, получила наименова­ние соответствующих служб (services). Стандарт [2] определяет 9 разновидно­стей служб:

–                аутентификации абонентов;

–                ассоциации абонентов; деаутентификации абонентов;

–                деассоциации абонентов;

–                реассоциации абонентов;

–                интеграции проводных LAN;

–                доставки сообщений;

–                конфиденциальности сообщений;

–                распределения сообщений.

Службы классифицируются по двум основным признакам (рис. 3.8):

1)           исходя из роли служб в обеспечении функционирования сети (согласно это­му признаку различают службы, обеспечивающие формирование сети, и службы, обеспечивающие передачу сообщений между абонентами);

2)           по виду элементов сети, которые выполняют соответствующую служебную функцию. По этому признаку службы подразделяются на станционные (Station Service – SS) и службы системы распределения (Distribution System Service – DSS).

Формирование сети при условии наличия всех ее инфраструктурных элементов (системы распределения, точек доступа, порталов) состоит в подключении/отключении ее мобильных абонентов. Подключение послед­них предполагает проверку их аутентичности (Authentication) и ассоциа­цию (Association) абонентов в сеть. При выходе мобильных абонентов из сети осуществляется их деассоциация (Disassociation) и деаутентификация (Deautentication). Перемещение мобильных абонентов из одной BSS в дру­гую без выхода из ESS обеспечивается службой реассоциации (Reassociation). Аутентификация/деаутентификация являются станционными службами, а ассоциация/деассоциация – службами системы распределения. Логическое подключение к DS проводных LAN осуществляется службой интеграции, входящей в DSS.

Передача сообщений между абонентами в пределах сети осуществляется службами доставки (MSDU delivery), конфиденциальности (Privacy) и рас­пределения (Distribution) сообщений. Две первых из них являются станцион­ными, последняя – службой DSS. Информационный обмен между элементами сети в процессе ее формирования и функционирования предполагает передачу сообщений двух видов: служебных сообщений, которые обеспечивают менед­жмент (Management) и управление (Control) доступом к беспроводной среде, и сообщений передачи данных (Data) [2]. Сообщения г предаются в виде кадров (Frame), перечень разновидностей которых регламентирован стандартом. Для иллюстрации взаимосвязи между службами сети и передаваемыми сообще­ниями ниже приведен перечень разновидностей регламентируемых сообще­ний (табл. 3.4).

Рис. 3.8. Классификация служб сети

В процессе подключения/отключения и функционирования в сети мо­бильные станции могут пребывать в одном из следующих трех состояний (рис. 3.9):

–                состояние 1 – исходное состояние, когда STA не аутентифицирована и не ассоциирована;

состояние 2 – промежуточное состояние (в ходе подключения/отключения), когда STA аутентифицирована, но не ассоциирована;

–                состояние 3 – рабочее функциональное состояние, когда STA аутентифици­рована и ассоциирована.

Номер состояния определяет перечень подтипов фреймов, который в этом состоянии допустимо использовать; наиболее узкий перечень соответствует со­стоянию 1, полный перечень – состоянию 3. В зависимости от номера состоя­ния, начиная с которого разрешается использовать фреймы различных типов и подтипов, различают 3 класса фреймов:

класс 1, который включает фреймы, используемые начиная с состояния 1;

–                класс 2, который включает фреймы, используемые начиная с состояния 2;

–                класс 3, который включает фреймы, используемые только в состоянии 3.

Разновидности типов и подтипов фреймов стандарта IEEE 802.11 [2]

Разновидность типов фреймов

Разновидность подтипов фреймов

Коды фреймов

Тип

Подтип

Менеджмента (Management)

Запроса ассоциации (Association request)

00

0000

Ответа ассоциации (Association response)

00

0001

Запроса реассоциации (Reassociation request)

00

0010

Ответа реассоциации (Reassociation response)

00

0011

Пробный запрос (Probe request)

00

0100

Ответа на пробный запрос (Probe response)

00

0101

Зарезервировано

00

0110-0111

Маячка (Beacon)

00

1000

Сообщения индикатора признака трафика (Announcement traffic indication message, ATIM)

00

1001

Разъединения (Disassociation) .

00

1010

Аутентификации (Authentication)

00

1011

Деаутентификации (Deauthentication)

00

1100

Зарезервировано

00

1101-1111

Управления (Control)

Зарезервировано

01

0000-1001

Понижения мощности (Power Save, PS-Poll)

01

1010

Посылки запроса (Request То Send, RTS)

01

1011

Отмены запроса (Clear То Send, CTS)

01

1100

Подтверждения (Acknowledgment, ACK)

01

1101

Свободного соединения (Contention-Free, CF-End)

01

1110

CF-End + CF-ACK

01

1111

Данных (data)

Данных

10

0000

Данных + CF-ACK

10

0001

Данных + CF-Poll

10

0010

Данных + CF-ACK + CF-Poll

10

ООП

Нулевой функции (нет данных)

10

0100

CF-ACK (нет данных)

10

0101

CF-Poll (нет данных)

10

оно

CF-ACK + CF-Poll (нет данных)

10

0111

Зарезервировано

10

1000-1111

Зарезервировано

 

11

0000-1111

Не вдаваясь в детальный разбор фреймов различных классов, отметим их качественные различия:

1)           фреймы класса 1 обеспечивают выполнение процедур, связанных с под­ключением STA к сети, доступом STA к беспроводной среде (Wireless Me­dium, WM) и передачей данных, но для всех процедур исключается возмож­ность использования DS;

2)           фреймы класса 2 обеспечивают выполнение процедур менеджмента, свя­занных с ассоциацией, деассоциацией и реассоциацией STA; реассоциа- ция STA возможна лишь при условии, что она была предварительно ассо­циирована;

3)           фреймы класса 3 обеспечивают передачу данных с использованием DS (в этом состоит их существенное отличие от фреймов данных класса 1).

Рис. 3.9. Состояния мобильных STA при подключении и функционировании в ESS

Переход STA в состояние с более высоким номером достигается успешным выполнением ключевых процедур текущего состояния (аутентификации – в со­стоянии 1, ассоциации – в состоянии 2). Обратный переход в состояние с бо­лее низким номером достигается нотификацией о выходе из текущего состоя­ния (деассоциация – в состоянии 3; деаутентификация – в состоянии 2). Фрейм деаутентификации, переданный STA, находящейся в состоянии 3, предполагает выполнение деассоциации и обеспечивает перевод STA в состояние 1.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100