ѕодпишитесь на наш Telegram-канал Ѕудьте в курсе последних новостей 👇 😉 ѕодписатьс€
ѕоддержим в трудное врем€ —пециальное предложение на техническую поддержку вашей »“ - инфраструктуры силами наших экспертов ѕодобрать тариф
ѕоставка оборудовани€ √аранти€ и помощь с настройкой. —кидка дл€ наших читателей по промокоду WIKIMERIONET  упить
»нтерфейс статистики Merion Mertics показывает ключевые диаграммы и графики по звонкам, а также историю звонков в формате, который легко поймет менеджер ѕопробовать бесплатно
¬недрение
офисной телефонии
Ўаг на пути к созданию доступных унифицированных коммуникаций в вашей компании ¬недрить
»нтеграци€ с CRM ѕомогаем навести пор€док с данными
и хранить их в единой экосистеме
ѕодключить
»“ Ѕезопасность ”мна€ информационна€ безопасность дл€ вашего бизнеса «аказать
ћерион Ќетворкс

10 минут чтени€

ѕочитать лекцию є20 про протоколы передачи данных нижнего уровн€ можно тут.

ќбычно называетс€ и маркируетс€ как Wi-Fi 802.11, который широко используетс€ дл€ передачи данных по беспроводной сети в радиочастотах 2,4 и 5 √√ц. ћикроволновые печи, радиолокационные системы, Bluetooth, некоторые любительские радиосистемы и даже радион€н€ также используют радиочастоту 2,4 √√ц, поэтому WiFi может создавать помехи и мешать работе другим системам.


ћультиплексирование

—пецификации 802.11 обычно используют форму частотного мультиплексировани€ дл€ передачи большого количества информации по одному каналу или набору частот. „астота сигнала-это просто скорость, с которой сигнал мен€ет пол€рность в течение одной секунды; следовательно, сигнал 2,4 √√ц-это электрический сигнал, передаваемый по проводу, оптическому волокну или воздуху, который мен€ет пол€рность с положительной на отрицательную (или отрицательную на положительную) 2,4 × 109 раз в секунду.

„тобы пон€ть основы беспроводной передачи сигналов, лучше всего начать с рассмотрени€ идеи несущей и модул€ции. –исунок 1 иллюстрирует эти концепции.

Ќа рисунке 1 выбрана одна центральна€ частота; канал будет представл€ть собой диапазон частот по обе стороны от этой центральной частоты. ¬ результирующем канале две несущие частоты выбираютс€ таким образом, чтобы они были ортогональны друг другу-это означает, что сигналы, передаваемые на этих двух несущих частотах, не будут мешать друг другу. ќни обозначены на рисунке как OSF 1 и OSF 2.  ажда€ из этих несущих частот, в свою очередь, фактически €вл€етс€ более узким каналом, позвол€€ модулировать фактический сигнал "0" и "1" на канале. ћодул€ци€, в данном случае, означает изменение фактической частоты сигнала вокруг каждой из частот.

ќртогональные каналы с частотной модул€цией

ћодул€ци€ просто означает изменение несущей таким образом, чтобы сигнал передавалс€ так, чтобы приемник мог его надежно декодировать.

“аким образом, в спецификации 802.11 используетс€ схема мультиплексировани€ с ортогональным частотным разделением каналов (Orthogonal Frequency Division Multiplexing- OFDM), а фактические данные кодируютс€ с использованием частотной модул€ции (Frequency Modulation-FM).


¬ажно

ќдин из сбивающих с толку моментов мультиплексировани€ заключаетс€ в том, что оно имеет два значени€, а не одно. Ћибо это означает размещение нескольких битов на одном носителе одновременно, либо возможность одновременного взаимодействи€ нескольких хостов с использованием одного и того же носител€.  акое из этих двух значений подразумеваетс€, можно пон€ть только в конкретном контексте. ¬ этой лекции примен€етс€ первое значение мультиплексировани€, разбиение одного носител€ на каналы, чтобы можно было передавать несколько битов одновременно.

—корость, с которой данные могут передаватьс€ в такой системе (полоса пропускани€), напр€мую зависит от ширины каждого канала и способности передатчика выбирать ортогональные частоты. “аким образом, дл€ увеличени€ скорости 802.11 были применены два разных метода. ѕервый - просто увеличить ширину канала, чтобы можно было использовать больше несущих частот дл€ передачи данных. ¬торой - найти более эффективные способы упаковки данных в один канал с помощью более сложных методов модул€ции. Ќапример, 802.11b может использовать канал шириной 40 ћ√ц в диапазоне 2,4 √√ц, а 802.11ac может использовать канал шириной 80 или 160 ћ√ц в диапазоне 5 √√ц.


ѕространственное мультиплексирование

ƒругие формы мультиплексировани€ дл€ увеличени€ пропускной способности между двум€ устройствами также используютс€ в серии спецификаций 802.11. —пецификаци€ 802.11n представила Multiple Input Multiple Output (MIMO), которые позвол€ют сигналу проходить разными пут€ми через единую среду (воздух). Ёто может показатьс€ невозможным, поскольку в комнате только один "воздух", но беспроводные сигналы фактически отражаютс€ от различных объектов в комнате, что заставл€ет их проходить через пространство разными пут€ми. –исунок 2 демонстрирует это.

Ќесколько путей в пределах одной комнаты

Ќа рисунке 2, если предположить, что передатчик использует антенну, котора€ будет передавать во всех направлени€х (всенаправленна€ антенна), есть три пути через одно пространство, помеченные 1, 2 и 3. ѕередатчик и приемник не могут "видеть" три отдельных пути, но они могут измер€ть силу сигнала между каждой парой антенн и пытатьс€ посылать различные сигналы между внешне разделенными парами, пока не найдут несколько путей, по которым могут быть отправлены различные наборы данных.

¬торой способ использовани€ нескольких антенн - это формирование луча. ќбычно беспроводной сигнал, передаваемый от антенны, охватывает круг (3D-шар). ѕри формировании луча, он формируетс€ с помощью одного из различных методов, чтобы сделать его более продолговатым. –исунок 3 иллюстрирует эти концепции.

‘ормирование луча

¬ несформированном узоре сигнал представл€ет собой шар или шар вокруг кончика антенны- нарисованный сверху, он выгл€дит как простой круг, простирающийс€ до самой дальней точки в форме шара. — помощью отражател€ луч может быть сформирован или сформирован в более продолговатую форму. ѕространство позади отражател€ и по бокам луча будет получать меньше (или вообще не получать, дл€ очень плотных лучей) мощности передачи.  ак можно построить такой отражатель? —амый простой способ - это физический барьер, настроенный на отражение силы сигнала, подобно тому, как зеркало отражает свет или стена отражает звук.  люч - это точка в сигнале передачи, в которой устанавливаетс€ физический барьер. –исунок 4 будет использоватьс€ дл€ объ€снени€ ключевых моментов в форме сигнала, отражении и гашении.

‘орма волны сигнала

“ипична€ форма волны следует за синусоидальной волной, котора€ начинаетс€ с нулевой мощности, увеличиваетс€ до максимальной положительной мощности, затем возвращаетс€ к нулевой мощности, а затем проходит цикл положительной и отрицательной мощности.  аждый из них представл€ет собой цикл- частота относитс€ к числу повторений этого цикла в секунду. ¬с€ длина волны в пространстве вдоль провода или оптического волокна называетс€ длиной волны. ƒлина волны обратно пропорциональна частоте- чем выше частота, тем короче длина волны.

 лючевой момент, который следует отметить на этой диаграмме, - это состо€ние сигнала в точках четверти и половины длины волны. ¬ четвертьволновой точке сигнал достигает наивысшей мощности; если объект или другой сигнал интерферирует в этой точке, сигнал будет либо поглощен, либо отражен. ¬ точке полуволны сигнал находитс€ на минимальной мощности; если нет смещени€ или посто€нного напр€жени€ на сигнале, сигнал достигнет нулевой мощности. „тобы отразить сигнал, вы можете расположить физический объект так, чтобы он отражал мощность только в точке четверти волны. ‘изическое рассто€ние, необходимое дл€ этого, будет, конечно, зависеть от частоты, так же как длина волны зависит от частоты.

‘изические отражатели просты. „то делать, если вы хотите иметь возможность динамически формировать луч без использовани€ физического отражател€? –исунок 5 иллюстрирует принципы, которые вы можете использовать дл€ этого.

 омбинации сигналов

—ветло-серые пунктирные линии на рисунке 5 представл€ют собой маркер фазы; два сигнала наход€тс€ в фазе, если их пики выровнены, как показано слева. ƒва сигнала, показанные в середине, наход€тс€ на четверть вне фазы, так как пик одного сигнала совпадает с нулевой точкой или минимумом второго сигнала. “реть€ пара сигналов, показанна€ в крайнем правом углу, €вл€етс€ комплементарной, или на 180 градусов вне фазы, так как положительный пик одного сигнала совпадает с отрицательным пиком второго сигнала. ѕерва€ пара сигналов будет складыватьс€ вместе; треть€ пара сигналов будет погашена. ¬тора€ пара может, если она правильно составлена, отражать друг друга. Ёти три эффекта позвол€ют сформировать пучок, как показано на рисунке 6.

‘ормирование луча

ќдна система формировани€ луча может использовать или не использовать все эти компоненты, но обща€ иде€ состоит в том, чтобы ограничить луч в пределах физического пространства в среде - как правило, свободное распространение в воздухе. ‘ормирование луча позвол€ет использовать общую физическую среду в качестве нескольких различных каналов св€зи, как показано на рисунке 7.

‘ормирование луча и пространственное мультиплексирование

Ќа рисунке 7 беспроводной маршрутизатор использовал свои возможности формировани€ луча дл€ формировани€ трех разных лучей, каждый из которых направлен на другой хост. ћаршрутизатор теперь может отправл€ть трафик по всем трем из этих сформированных лучей с более высокой скоростью, чем если бы он обрабатывал все пространство как единую совместно используемую среду, потому что сигналы дл€ A не будут мешать или перекрыватьс€ с информацией, передаваемой в B или C.


—овместное использование канала

ѕроблема мультиплексировани€ в беспроводных сигналах св€зана с совместным использованием одного канала, как в системах проводных сетей. ¬ решени€х, разработанных дл€ совместного использовани€ единой беспроводной среды, преобладают две специфические проблемы: проблема скрытого узла и проблема мощности передачи / приема (которую также иногда называют перегрузкой приемника). Ќа рисунке 8 показана проблема со скрытым узлом.

ѕроблема скрытого узла в беспроводных сет€х

“ри круга на рисунке 8 представл€ют три перекрывающихс€ диапазона беспроводных передатчиков в точках A, B и C. ≈сли A передает в сторону B, C не может слышать передачу. ƒаже если C прослушивает свободный канал, A и C могут передавать одновременно, что вызывает конфликт в B.

ѕроблема скрытого узла усугубл€етс€ из-за того, что мощность передачи по сравнению с мощностью прин€того сигнала, и реальность воздуха как среды. √лавное практическое правило дл€ определени€ мощности радиосигнала в воздухе - сигнал тер€ет половину своей мощности на каждой длине волны в пространстве, которое он проходит. Ќа высоких частотах сигналы очень быстро тер€ют свою силу, что означает, что передатчик должен послать сигнал с мощностью на несколько пор€дков больше, чем его приемник способен прин€ть.

ќчень сложно создать приемник, способный "слушать" локальный передаваемый сигнал в полную силу, не разруша€ приемную схему, а также способный "слышать" сигналы очень низкой мощности, необходимые дл€ расширени€ диапазона действи€ устройства. ƒругими словами, передатчик насыщает приемник достаточной мощностью, чтобы во многих ситуаци€х "уничтожить" его. Ёто делает невозможным в беспроводной сети дл€ передатчика прослушивать сигнал во врем€ его передачи и, следовательно, делает невозможным реализацию механизма обнаружени€ коллизий, используемого в Ethernet (как пример).

ћеханизм, используемый 802.11 дл€ совместного использовани€ одного канала несколькими передатчиками, должен избегать проблем со скрытым каналом и приемником. 802.11 WiFi использует множественный доступ с контролем несущей / предотвращение конфликтов (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance -CSMA/CA) дл€ согласовани€ использовани€ канала. CSMA/CA похож на CSMA/CD:

  1. ѕеред передачей отправитель прослушивает сообщение, чтобы определить, передает ли его другое устройство.
  2. ≈сли слышна друга€ передача, отправитель "замирает" на определенный случайный период времени перед повторной попыткой- эта отсрочка предназначена дл€ предотвращени€ того, чтобы несколько устройств, слышащие одну и ту же передачу, не пытались передать данные одновременно.
  3. ≈сли никакой другой передачи не слышно, отправитель передает весь кадр- отправитель не может прин€ть сигнал, который он передает, поэтому в этой точке нет способа обнаружить коллизию.
  4. ѕолучатель отправл€ет подтверждение кадра при получении; если отправитель не получает подтверждени€, он предполагает, что произошла коллизи€, отключаетс€ на случайное количество времени и повторно отправл€ет кадр.

Ќекоторые системы WiFi также могут использовать Request to Send/Clear to Send (RTS / CTS). ¬ таком случае:

  1. ќтправитель передает RTS.
  2.  огда канал свободен, и никака€ друга€ передача не запланирована, получатель отправл€ет CTS.
  3. ѕолучив CTS, отправитель передает данные
  4.  ака€ система будет обеспечивать более высокую пропускную способность, зависит от количества отправителей и получателей, использующих канал, длины кадров и других факторов.

ћаршалинг данных, контроль ошибок и управление потоком данных

ћаршалинг данных в 802.11 аналогичен Ethernet; в каждом пакете есть набор полей заголовка фиксированной длины, за которыми следуют транспортируемые данные и, наконец, четыре октетна€ Frame Check Sequence (FCS), котора€ содержит CRC дл€ содержимого пакета. ≈сли получатель может исправить ошибку на основе информации CRC, он это сделает, в противном случае получатель просто не подтверждает получение кадра, что приведет к повторной передаче кадра отправителем.

ѕор€дковый номер также включен в каждый кадр, чтобы гарантировать, что пакеты принимаютс€ и обрабатываютс€ в том пор€дке, в котором они были переданы. ”правление потоком обеспечиваетс€ в системе RTS / CTS приемником, ожидающим отправки CTS, пока у него не будет достаточно свободного места в буфере дл€ приема нового пакета, чтобы промежуточные системы могли обнаруживать конечные системы; это называетс€ протоколом End System to Intermediate System (ES-IS).