Структура кадра и адресация
Стандарт IEEE 802.11 определяет три типа кадров МАС-уровня – кадры управления, контрольные кадры и кадры данных (вспомните HDLC). Первые из них используются для установления и ликвидации «привязки» станции к точке доступа (АР), синхронизации станций и их аутентификации. Кадры контроля обеспечивают управление передачей данных (например, подтверждение доставки). В таблице 7.1 перечислены некоторые разновидности используемых кадров.
Таблица 7.1. Разновидности кадров спецификации 802.11
| Поле «Тип» | Поле «Подтип» | Назначение кадра |
| 00 (управление) | запрос ассоциации от станции к точке доступа, кадр содержит информации о возможностях станции (шифрование, ответы на запросы PCF и т.д.) | |
| ответ точки доступа на запрос ассоциации | ||
| пробный запрос, используется для обнаружения и получения информации от других устройств сети; например для определения имеющихся в BSA точек доступа; содержит SSID и скорость передачи | ||
| ответ на пробный запрос: скорость передачи, номер канала, SSID | ||
| сигнальный кадр (beacon): номер канала, SSID и пр.; рассылается точкой доступа | ||
| объявление наличия трафика, используется для пробуждения станции из режима энергосбережения | ||
| разрыв ассоциации | ||
| аутентификация | ||
| отмена аутентификации | ||
| (контроль) | опрос точки доступа после выхода станции из режима энергосбережения о наличии буферизованного кадра | |
| RTS | ||
| CTS | ||
| ACK | ||
| конец режима CF алгоритма PCF | ||
| подтверждение конца режима CF | ||
| (данные) | просто данные | |
| данные и подтверждение опроса (только в период CF) | ||
| данные и опрос (только в период CF) | ||
| нет данных (станция в бите управления питанием извещает точку доступа о режиме энергосбережения) | ||
| подтверждение опроса (только в период CF) | ||
| опрос (только в период CF) |
Структура МАС-кадра представлена на рис. 7.10. Его заголовок включает поля, содержащие управляющую и адресную информацию, требуемое время для передачи данных, и контрольную последовательность.
Поле управления в заголовке кадра (16 бит) содержит следующую информацию:
· версия протокола IEEE 802.11 (текущая версия 0);
· тип кадра: управляющий (00), контрольный (01), данные (10);
· подтип кадра, например, тип = «контрольный», подтип = «АСК»;
· поля «К DS» и «От DS» устанавливаются в «1» в кадрах данных, направляемых к распределительной системе (К DS), либо (От DS) в кадрах, покидающих ее;
· поле «Продолжение» («More frag») устанавливается в «1» для кадров, которые несут лишь часть блока MSDU, и это является признаком наличия других частей блока MSDU в следующих кадрах;
· поле «Повторная передача» («Retry») содержит «1» в случае, когда кадр данных, либо управляющий кадр, передается повторно; это помогает приемнику решать проблему дубликатов;
· поле «Режим энергопотребления» («Pwr. mgt») используется для управления режимом энергопотребления станции;
· поле «More data» устанавливается в «1» для того, чтобы сообщить станции, находящейся в режиме низкого энергопотребления, что для нее у точки доступа имеются блоки MSDU;
· поле «WEP» (Wired Equivalent Privacy) устанавливается в 1, если кадр содержит зашифрованную информацию в поле «Информация» («Frame body»).
Поле заголовка кадра «Длительность/ID» («Duration/ID») используется двояко. Обычно оно содержит время (компонент структуры Network Allocation Vector), необходимое для передачи кадра данных. Исключением является один из контрольных кадров, в котором это поле содержит идентификатор передающей станции.
Трактовка четырех адресных полей определяется значениями полей «To DS» и «From DS» и показано на рис. 7.10. Адреса имеют обычную для МАС-уровня длину 48 бит и могут быть индивидуальными, групповыми и широковещательными. Значение «BSS ID» в этих полях устанавливается равным:
- в инфраструктурной сети - МАС-адресу точки доступа (АР) данной BSA,
- в ad-hoc сети - случайному 48 битному числу, генерируемому по определенным правилам при ее конфигурировании.
Общий принцип адресации состоит в том, что поля «Адрес 1» и «Адрес 2» всегда определяют физических получателей и отправителей кадра, соответственно. Это соглашение важно для корректной передачи кадров подтверждений. Поля «Адрес 3» и «Адрес 4» определяют логических получателей и отправителей кадра.
Например, при передаче кадра от станции к AP первое поле содержит адрес точки доступа, второе – адрес станции-отправителя и третье поле - адрес станции, которой точка доступа должна будет переслать этот кадр. Значения «Адрес приемника» и «Адрес передатчика» в полях «Address 1» и «Address 2» используется в случае передачи данных между хостами различных BSS, связь между которыми реализуется посредством беспроводной распределительной системы. В этом случае, поле «Адрес приемника» является MAC-адресом принимающей AP, т.е. АP того BSS, в котором находится хост-приемник (точка доступа принимает кадр), а поле «Адрес передатчика» - это MAC-адрес AP того BSS, где находится станция-отправитель (точка доступа передает кадр). Поля «Address 3» и «Address 4» при этом содержат адреса хоста-назначения и хоста-источника в ЕSS.
В поле «Нумерация» («Sequence control») 4 бита отводятся для нумерации фрагмента MSDU, и 12 бит – для нумерации последовательности кадров (0 -4096).
Поле «Информация» («Frame body») содержит информацию того типа и подтипа, который определен в поле управления.
Поле CRC содержит 32-битовую контрольную последовательность, и обеспечивает возможность обнаружения ошибок во всем кадре.
Отметим, что некоторые специальные кадры могут иметь заголовок упрошенной структуры. Так, например, кадр RTS (20 байт) содержит:
- поле «Управление» – 2 байта,
- поле «Длительность» – 2 байта,
- поля «Адрес 1» и «Адрес 2» - 12 байт и
- поле контрольной суммы – 4 байта.
Кадр CTS содержит поля управления, длительности, одно адресное поле (адрес получателя) и контрольную сумму; всего 14 байт.
Из рассмотрения формата заголовка кадра видно, что МАС-подуровень стека сетевых протоколов в беспроводных сетях реализует ряд обычных для этого подуровня функций - адресацию протокольных блоков данных (PDU), формирование кадров, обнаружение в них ошибок. Спецификацией предусмотрены также ряд дополнительных процедур, реализуемых этим протоколом, в том числе: виртуальное детектирование несущей, фрагментацию и повторную передачу блоков сервиса MAC-уровня (MSDU), защиту передачи данных посредством механизмов аутентификации станций и шифрования данных, функции роуминга внутри ЕSA и управления энергопотреблением.
Проблема совместимости 802.11-сетей c сетями IEEE 802.3 решается использованием 6-байтного формата адресных полей и общих процедур подуровня LLC.