لايه واسط شبكه

1. لايهواسط شبكه • استاندارد شبکه های محلی بیسیم (IEEE 802.11 Wireless LAN) • مقدمه • حوزه های بیسیم • الگوریتم دسترسی به کانال • حالتهای عملکرد استاندارد 802.11 • توپولو.ژیهای شبکه بیسیم محلی • ساختار فریم مکانیزم آدرس دهی مکانیزم رومینگ مبحث مورد ارائه:

2. گروه های کاری استاندارد سازی در IEEE

3. مقدمه نویز برگرفته از عوامل طبیعی (انعکاس، پراکندگی، محو شدگی) پهنای باند محدود اشتراکی بودن طیف امواج مجوزهای فرکانسی پدیده تصرف جمع سیگنالهای هم فرکانس با توان متفاوت قیمت چالشهای محیط بیسیم

4. مقدمه بیسیم گسترده (WWAN) دسترسی به اینترنت پرسرعت بدون نیاز به کابل کشی، استاندارد 802.16 بیسیم محلی (WLAN) به دو صورت ارتباط با مرکز و ارتباط متعامل، استاندارد 802.11 بیسیم بین سیستمی یا شخصی (WPAN) ارتباط بین تجهیزات جانبی مختلف، استاندارد 802.15 غلبه بر آسیب پذیری ناشی از نویز، انعکاس، محوشدگی ارزانی تکنولوژی مدارات مجتمع ایجاد باندهای فرکانسی بدون جواز (ISM) غلبه بر پدیده تصرف باثابت نگهداشتن توان در برد کوتاه بهبود پهنای باند روشهای مدولاسیون جدید طیف گسترده حوزه های بیسیم

5. IEEE 802.11 – Wireless Lan : استاندارد شبكه‌هاي بي‌سيم • انتقال داده‌ها توسط ايستگاههاي متحرك (همانند كامپيوترهاي كيفي) در بُرد محدود ( در حدّ چند ده متر ) روي باند UHF • وجود تعدادي ايستگاه ثابت در محدودة پياده‌سازي چنين شبكه‌اي (‌ارتباط آنها نيز با ايستگاههاي متحرك بي‌سيم است.) • پهناي باند كانال بين يك تا دومگابيت بر ثانيه • توان انتقال ثابت و محدود ايستگاههاي متحرك ( يعني بُرد سيگنال تمام ايستگاهها يكسان است ) • به دليل پراكندگي تصادفي ايستگاهها ، فقط تعداد محدودي از ايستگاههاي متحرك در محدودهبرد يكديگر هستند. L1 L2 B D ِA C E پراكندگي اتفاقي ايستگاهها در شبكة بي‌سيم

6. مشکلات استفاده از دسترسی به کانال CSMA/CD • مشکل ایستگاه پنهان(Hidden Station) • محدودیت رنج ایستگاه ها مانع از تشخیص ارسال ایستگاه های دیگر میشود

7. مشکلات استفاده از دسترسی به کانال CSMA/CD • مشکل ایستگاه آشکار (Exposed Station) • تشخیص غیر صحیح، سیگنال ارسالی توسط همسایه به مقصد دیگر

8. نمودارهای زمانی

9. عمليات دست تكاني انجام عمليات دست تكاني قبل از ارسال روي كانال توسط ايستگاهها در استاندارد IEEE 802.11 ارسال فريم كوتاه RTS (Request To Send) 20 بايتي توسط ارسال كننده فريم در محدوده برد خود فريمRTS شامل : آدرس گيرنده، فرستنده و طول فريم ارسالي ارسال فريم CTSClear To Send)(در صورت آماده بودن گيرنده در پاسخ هر ايستگاهي كه سيگنال RTS را احساس مي كند به فرستنده نزديك است در نتيجه بايد به مدت كافي صبر كند تا CTS بدون تصادم به فرستنده برگردد. هر ايستگاهي كه CTS را مي‌شنود به گيرنده نزديك است و بايد به اندازة مدت انتقال فريم داده صبر كند تا انتقال فريم تمام شود. ( طول فريم در RTS و CTS به همة ايستگاهها اعلام مي‌شود)

10. ارسال فريم RTS از طرف ايستگاه A به B برگشت فريم CTS از طرف ايستگاه B به A

11. تبادل RTS/CTS (دست تکانی) C (همسایه A) با دریافت RTS تایمر داخلی به اندازه طول فریم را آغاز میکند D (همسایه B) با دریافت CTS تایمر داخلی به اندازه طول فریم را آغاز میکند تایمرها باهم برابر نیستند

12. حالت های عملکرد در WLAN • حالت عملکرد عبار ت از عملکرد زیرلایه MAC در دسترسی به کانال میباشد. • حالت توزیع شده بدون هماهنگ کننده مرکزی (Distributed Coordination Function) • هماهنگ کننده ای برای ایجاد . مدیریت روال دسترسی وجود ندارد • نیاز به پیروی ایستگاه ها از الگوریتمی برای پرهیز از برخورد • استفاده از الگوریتم CSMA/CA برای حل مشکلات ایستگاه های پنهان و آشکار

13. حالت های عملکرد در WLAN (2) • حال متمرکز مبنی بر ایستگاه ثابت (Point Coordination Function) • دارای مولفه ای سخت افزاری (Access Point) تعبیه شده در یک نقطه ثابت • مدیریت توان مصرفی ایستگاه های موبایل توسط AP انجام میشود • پشتیبانی اجباری از CSMA/CA • دسترسی مبتنی بر روش سرکشی (Polling) • استفاده از فریم کنترلی خاص (Beacon) بصورت منظم • پرس و جو از ایستگاه ها برای فریم مورد ارسال • پارامترهای قابل تنظیم: تعداد دفعات، ترتیب واولویت • امکان ارتباط بین ایستگاه ها در صورت نیاز باید باشد • در زمانبندی AP، برای CSMA/CA و ارسال فریم این نوع ارتباطات زمان وجود دارد

14. حالت عملکرد PCF • مدیریت توان • بخواب رفتن ایستگاه های موبایل در صورت عدم نیاز به یک سخت افزار • در اثنای عدم فعالیت ایستگاه، AP وظیفه دریافت و نگهداری فریم های رسیده را دارد • هر ایستگاه با اعلام به AP میتواند درخواست استراحت نماید، ایستگاه بصورت متناوب فعال شده و فریم های رسیده را چک میکند • نکته: مراحل دست تکانی (تبادل RTS/CTS) بین ایستگاه و AP برای اطلاع از حجم داده و دیگر عملیات صورت میگیرد

15. تلفیق دو حالت عملکرد • در یک شبکه WLAN وجود هردو حالت عملکرد (DCF/PCF) محتمل است، پس باید تمهیدی برای مدیریت کانال وجود داشته باشد • پس از ارسال فریم و تا شروع فریم بعدی، چهار بازه زمانی تعریف شده که همه ایستگاه ها ملزم به رعایت هستند • بازه های زمانی • SIFS: کوتاهترین زمان بلافاصله پس از آزاد شدن کانال، برای ارسال فریم های کوجک ولی مهم اختصاص دارد • PIFS: زمان برای تبادل اطلاعات بدون رقابت (Contention) مابین AP و ایستگاه ها، ارسال فریم های سرکشی و Beacon، عدم امکان فعالیت در مد DCFDIFS: با اعلام پایان PIFS توسط AP و برای شروع عملکرد DCF بروش رقابتی بین ایستگاه ها • EIFS: بعنوان آخرین اولویت زمانی و برای گزارش خطاهای احتمالی

16. توپولوژی شبکه های بیسیم محلی • درحالت کلی دو نوع توپولوژی برای شبکه های بیسیم وجود دارد • توپولوژی IBSS (Ad-Hoc) • ایستگاه ها در حالت عملکرد DCF قرار دارند، ارتباط نقطه-به-نقطه است، بدون مسیریاب یا سرور پیکربندی پویا • توپولوژی BSS (Infrastructure) • ایستگاه ها در مد PCF و توسط یک یا بیشتر AP مدیریت میشوند، امکان ارتباط با دیگر شبکه ها (مثلا اترنت) در سطح لایه پیوند داده • برای پشتیبانی از حرکت ایستگاه ها به خارج از محدوده پوشش AP، از توسعه ای بنام EBSS استفاده میشود. • EBSS: وجود APهای متعدد با همپوشانی جغرافیائی ، این APها باهم ارتباط فیزیکی و احتمالا لایه بالاتر دارند

17. PCF و سیستم های متمرکز BSS • توپولوژی ESS دربرگیرنده سیستم های گسترده شامل BSS و EBSS و نیز متمرکز میباشد. • سیستم توزیع (DS): عبارت از سیستم زیرساخت برای تامین ارتباط APها • این سیستم بخشی از استاندارد 802.11 محسوب نمیشود Extended Service Set (ESS) Distribution System (DS) Access points (AP) مجموعه سرویس گسترده Basic Service Set (BSS)

18. ساختار فریم MAC در 802.11 • انواع فریم در 802.11 • فریم داده (Data Frames) • میواند شامل داده محض یا داده بهمراه ACK یا دیگر اطلاعات کنترلی باشد • فریم کنترلی (Control Frame) • RTS/CTS, ACK • فریم مدیریتی (Management Frame) • Beacon، Association، Authentication

19. Address 1 Address 2 Address 3 Seq. control Address 4 ساختار فریم MAC در 802.11 Pwr Mgmt More Frag More Data Order Retry WEP Type bytes 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 Frame control Duration/ ID FCS Frame body MAC header Protocol version To DS From DS Sub-type bits 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1

20. فیلد Frame Control • شامل دو بایت متشکل از چندین زیر فیلد • Protocol Version: مشخص کننده نوع استاندارد 802.11 • Type/Subtype: مشخص کننده نوع فریم یا پیام • 00 برای فریم مدیریتی، 01 کنترلی و 10 فریم دیتا • To/From DS: برای آدرس دهی • More Frag: درصورت نیاز به قطعه قطعه سازی • Retry: ارسال مجدد فریم • Power Mgmt: توسط ایستگاه و برای اعلام استراحت • More Data: اعلام فریم های داده بیشتری در انتظار • WEP: اعلام رمزگذاری اطلاعات • Order: اعلام پردازش اجباری فریم ها بصورت ترتیبی

21. فیلدهای فریم MAC (2) • Duration/ID: اعلام طول فریم در حالت DCF توسط Duration، ID در حالت PCF استفاده میشود • Address 1-4: برای شناسائی ایستگاه AP، آدرسهای مبدا و مقصد، و ایستگاه های فرستنده یا گیرنده • Sequence Control: برای شماره گذاری قطعات، 12 بیت بعنوان شناسه، 4بیت برای شماره قطعه • FCS: کد کشف خطا بروش CRC32

22. فیلدهای مسیر

23. آدرس دهی • SA: آدرس ایستگاه مبدا • DA: آدرس ایستگاه مقصد • RA: آدرس گیرنده واسط • TA: آدرس فرستنده واسط • BSSID: درحالت PCF و محتوی آدرس AP

24. حالات جریان داده • حالت اول: To DS = 0, From DS = 0 • بسته از یک ایستگاه به ایستگاه دیگری در همان AP • در خلال ثبت نام به یک AP، ایستگاه میداند که آدرس MAC متعلق به ایستگاهی در همان AP است و بهمین دلیل فریم در داخل همان سل به مقصد خواهد رسید. • آدرس سوم در این حالت آدرس AP خواهد بود (BSSID)

25. حالت دوم • To DS = 0, From DS = 1 • بسته از بیرون سل به AP رسیده و توسط به ایستگاه میرسد • پس از تحویل بسته، ACK بایستی از طریق AP به بیرون از سل هدایت شود • آدرس سوم در این حالت آدرس مبدا اصلی در بیرون سل است

26. حالت سوم • To DS = 1, From DS = 0 • بسته در داخل سل تولید شده و به گیرنده ای بیرون از سل ارسال میشود • بسته ابتدا به AP هدایت شده و سپس به مقصد اصلی ارسال میشود. ACK توسط AP تولید شده و به ایستگاه میرسد • آدرس اول آدرس میانی (AP) و آدرس سوم مقصد اصلی در بیرون سل است

27. حالت چهارم • To DS = 1, From DS = 1 • بسته از یک سل به سل دیگری منتقل میشود • در اینحالت APها بعنوان نقاط میانی وظیفه تبادل بسته و ACK را دارند • آدرسهای اول و دوم آدرسهای نقاط میانی، آدرس سوم گیرنده و آدرس چهارم فرستنده واقعی بسته هستند

28. آدرس دهی

29. انواع فریم های مدیریتی • پیوستن به شبکه (Association) • عبارت از معرفی هویت یک ایستگاه به AP • مراحل پیوستن به AP • انتشار فریم مدیریتی Probe Request توسط ایستگاه • انتشار پاسخ Probe Response توسط تمام APهای در محدوده • هویت هر AP برای ایستگاه آشکار میشود • انتخاب یکی از APها و ارسال فریم Association Request به آن • پاسخ Association Response توسط AP مورد نظر

30. انواع فریم های مدیریتی (2) • ترک شبکه (Disassociation) • ارسال این فریم توسط هرکدام از طرفین باعث ترک شبکه خواهد شد • پیوستن مجدد (Reassociation) • درصورت ترک سل و ورود به سل دیگر و برای اعلام حضور تبادل میشود • مراحل • با ورود به سل جدید، فریم Reassociation Request توسط ایستگاه به AP جدید ارسال میشود • AP جدید از AP قدیم پرس و جو کرده و متوجه میشود که ایستگاه دیگر عضو شبکه قدیم نیست • AP جدید با فریم Reassociation Response پاسخ میدهد

31. انواع فریم های مدیریتی (3) • احراز و لغو هویت (Authentication/Deauthentication) • بمنظور تامین امنیت استفاده میشوند. هر ایستگاه در بدو ورود به یک سل هویت خود را احراز و در خروج آنرا لغو میکند • فانوس دریائی (Beacon) • این فریم بصورت متناوب توسط AP ارسال شده و ایستگاه های در محدوده را دعوت به پیوستن به شبکه میکند • ایستگاه علاقمند با دریافت Beacon، با ارسال Association Request اقدام به پیوستن میکند • گزارش درخصوص فریمهای آماده ارسال (ATIM) • ارسال این فریم بمعنی فریم های آماده برای ارسال است

32. فریم های 802.11، کنترلی

33. انواع فریم های کنترلی • کاربرد: عملیات دست تکانی، دسترسی به کانال، تصدیق فریم های دریافتی • فیلد Type با مقدار 01 • RTS: تقاضای ارسال یک ایستگاه • Duration: مشخص کننده طول فریمی که قرار است ارسال شود • TA&RA: آدرسهای فرستنده و گیرنده فریم

34. انواع فریم های کنترلی (2) • CTS: موافقت با ارسال • بدون فیلد TA (نیازی به ارسال نیست) • ACK: ساختار فریم CTS ولی با فیلد Subtype برابر 1101 • PS-Poll: اعلام استراحت توسط ایستگاه • ID: مشخص کننده شناسه فریم • CF-END& CF-END+CF-ACK: برای اعلام پایان دوره بدون رقابت ID

35. فریم های 802.11، داده