802.11-Medienzugriffsmethode

Der Medienzugriff ist ein Schlüsselaspekt des 802.11-Standards. Verstehen Sie, wie 802.11 den Medienzugriff ermöglicht, und haben Sie gleichzeitig ein besseres Verständnis dafür, wie ein effektiveres WLAN bereitgestellt wird.

Der 802.11-Standard stellt sicher, dass alle Stationen, einschließlich funkbasierter Netzwerkschnittstellenkarten (NIC) und Zugangspunkte, Zugangsmethoden implementieren, die sich das Luftmedium teilen. Bei der Installation eines drahtlosen lokalen Netzwerks (WLAN) denken die meisten Leute nicht viel über diese Mechanismen nach. Ein fundiertes Verständnis der 802.11-Medienzugriffsmethoden ermöglicht es Ihnen jedoch, Probleme wie Frequenz störungen, Denial-of-Service-Angriffe und Durchsatzprobleme effektiver zu lösen.

Verteilte Koordinationsfunktion (DCF)

Der 802.11-Standard schreibt vor, dass alle Stationen DCF implementieren, bei dem es sich um einen Carrier Sense Multiple Access (CSMA/CA) mit Kollisionsvermeidung handelt. CSMA ist ein konkurrenzbasiertes Protokoll, das sicherstellt, dass alle Stationen das Medium vor der Übertragung zuerst wahrnehmen. Das Hauptziel besteht darin, eine gleichzeitige Übertragung von Stationen zu vermeiden, die zu Konflikten und entsprechenden Neuübertragungen führt.

Wenn eine Station, die einen Frame senden möchte, Energie über einem bestimmten Schwellenwert auf dem Medium erkennt (was die Übertragung einer anderen Station bedeuten kann), dann wartet die Station, die besuchen möchte, bis das Medium frei ist, bevor sie den Frame sendet. Der Aspekt der Konfliktvermeidung des Protokolls beinhaltet die Verwendung einer Bestätigung, die von der empfangenden Station an die sendende Station gesendet wird, um einen fehlerfreien Empfang zu verifizieren. Stellen Sie sich den Medienzugang als Meeting vor: Jeder ist höflich und jeder redet nur, wenn keiner spricht. Außerdem nickt jeder, der versteht, wovon die Person spricht, zustimmend.

Das DCF-Protokoll ist jedoch komplizierter. Beispielsweise verwendet eine 802.11-Station die Informationen, die sie von anderen Frames erhält, die von der Station über das drahtlose Netzwerk gesendet werden. Im Steuerfeld jedes Rahmens gibt es ein Dauerfeld, in das die Sendestation einen Wert eingibt, um anzuzeigen, wie lange die Station das Medium benötigt. Als Teil der Entscheidung, ob ein Rahmen übertragen werden soll, muss die Station feststellen, dass die dem Dauerwert des zuletzt gesendeten Rahmens zugeordnete Zeit abgelaufen ist, und muss erkennen, dass keine physikalische Übertragung stattgefunden hat. Das Dauerfeld ermöglicht es der Station, das Medium für nachfolgende Rahmen bestimmter 802.11-definierter Rahmenaustausche (zum Beispiel RTS/CTS) zu reservieren.

DCF unterstützt naturgemäß die Übertragung asynchroner Signale. Ein differenzierender Faktor der asynchronen Signalisierung besteht darin, dass es keine Zeitgebungsanforderungen zwischen datentragenden Rahmen gibt. Zum Beispiel versucht das DCF-Protokoll nicht, eine Reihe von Datenrahmen in irgendeinem Zeitbereich oder zu irgendeinem Zeitpunkt zu übertragen. Daher gibt es eine zufällige Verzögerung zwischen jeder Datenrahmenübertragung. Diese Form der Synchronisierung ist sehr effektiv für Webanwendungen wie E-Mail, Webbrowsing und VPN-Zugriff auf Unternehmensanwendungen.

Probleme mit dem DCF-Protokoll

Das DCF-Protokoll ist der Kern vieler WLAN-Probleme. Frequenz störungen können das größte Problem sein. Wenn eine Quelle von Frequenz störungen vorhanden ist (z. B. ein schnurloses Telefon oder ein anderes WLAN), kann DCF die Übertragung der Site verhindern, solange ein Störsignal vorhanden ist. Diese Stellen spüren genug Energie auf dem Medium und warten geduldig, in den meisten Fällen nur wenige Sekunden oder Minuten. Dadurch sinkt natürlich der Durchsatz des Netzwerks erheblich. Aus diesem Grund sollten Sie vor der Installation eines WLANs in Ihrer Einrichtung eine HF-Standortanalyse durchführen.

Ähnlich wie bei typischen HF-Interferenzen kann jemand einen Denial-of-Service-Angriff durchführen, bei dem es sich um eine bewusste Handlung handelt, bei der HF-Interferenzen auf ein ausreichend hohes Niveau gebracht werden, um die meisten Stationen am Senden zu hindern. Ebenso werden nicht alle Stationen senden, da sie dem DCF-Protokoll respektvoll folgen.

Ein Denial-of-Service-Angriff dauert jedoch nicht nur wenige Sekunden, sondern kann das Netzwerk stunden- oder tagelang in irgendeiner Weise schädigen, bis die Störquelle gefunden ist. Diese Art von Angriff macht das Netzwerk im Allgemeinen nutzlos (dh der Durchsatz ist null). Um diesen Effekt zu reduzieren, verwenden Sie maximal Richtantennen, um den Empfang von Hochfrequenzsignalen von außerhalb der Einrichtung zu minimieren, in der sich jemand mit leistungsstarke Störgerät verstecken kann.

Punktkoordinationsfunktion (PCF)

Als optionale Zugriffsmethode definiert der 802.11-Standard PCF, der zeitkritische Informationen übertragen kann. Über PCF steuert der Punktkoordinator im Access Point, welche Stationen in einem bestimmten Zeitraum senden können. Während eines Zeitraums, der als konfliktfreier Zeitraum bezeichnet wird, durchläuft der Punktkoordinator alle Stationen, die im PCF-Modus laufen, und fragt jeweils eine Station ab. Zum Beispiel kann der Punktkoordinator zuerst Site A abfragen, und dann kann Site A innerhalb eines bestimmten Zeitraums Datenrahmen senden (und keine anderen Sites können etwas senden). Der Punktkoordinator fragt dann die nächste Station ab und fährt fort, die Liste abzurufen, während er jeder Station die Möglichkeit gibt, Daten zu senden.

Daher ist PCF ein konkurrenzfreies Protokoll, das es Stationen ermöglicht, Datenrahmen synchron mit regelmäßigen Zeitverzögerungen zwischen Datenrahmenübertragungen zu übertragen. Dadurch ist es möglich, Informationsströme mit strengeren Synchronisationsanforderungen, wie beispielsweise Video- und Kontrollmechanismen, effektiver zu unterstützen.

Der Timing-Mechanismus im 802.11-Protokoll sorgt dafür, dass die Stationen im WLAN abwechselnd DCF und PCF verwenden. Daher kann WLAN asynchronen und synchronen Informationsfluss unterstützen. Für einige Zeit wird der Radiosender seinen Lebensunterhalt mit CSMA bestreiten. In der nächsten Zeit wartet die Station auf die Abfrage des Punktkoordinators, bevor sie den Datenrahmen sendet.

Laufen Sie jedoch nicht zu Ihrem Zugangspunkt und erwarten Sie, dass Sie einen PCF-fähigen Switch finden. Der einzige mir bekannte Access Point auf dem Markt, der PCF unterstützt, ist WarpLink AOI-706 von AOpen. Bekannte Anbieter wie Cisco, Proxim und Symbol enthalten keinen PCF-Modus.

Einige Chipsätze haben irgendwo in der Firmware eingebettete PCF-Funktionalität, aber die Anbieter von Zugangspunkten scheinen nicht bereit zu sein, sie zu aktivieren, obwohl PCF seit seiner Einführung im Jahr 1997 Teil des 802.11-Standards ist. Das Problem besteht darin, dass der 802.11-Standard den Teil des PCF-Protokolls definiert. Daher müssen Sie möglicherweise denselben Hersteller für den Zugangspunkt und die Funkkarte verwenden, damit es funktioniert. Die Wi-Fi Alliance umfasst keine PCF-Funktionalität in ihren Interoperabilitätsstandards.