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802.11 - Distribution System

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第 3D 講 IEEE 802.11 無線區域網路 (Wireless LAN) L03 4

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主要特徵

在無線通訊中,有的節點可能可以移動(mobility)。除此之外,每個節點能夠涵蓋的範圍有限(即:partial connected),所以單一節點有可能無法涵蓋到所有其他的節點。

節點的分類:依照能否移動

802.11 中,把節點依照「可否移動」作為分類。其中一類是可以移動的,比如說個人的筆電; 另外一類與有線網路結合在一起而無法移動的,這類節點就把他作為 Wi-Fi 基礎建設的一部分,稱為 AP (access point)。無線裝置可以藉由這些分散各處的 AP 與網路基礎建設做連接,形成 802.11 中的「分散式系統」:

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AP 作為中介

每一個可以移動的節點中,若希望使用網路,則必須連接某個 AP。而若一個這樣的節點需要跟另外一個節點通訊,則必須藉由 AP 當中介。

例子一:在同一個 AP 的範圍內

舉例來說,若

A 希望傳送封包給
C
,則必須先送給 AP,再由 AP 轉送給目的地。比如說若
A
希望傳送封包給
C
,一個可能的方法是先傳給
AP1
AP1
再傳送給
C

AAP1C

例子二:不在同一個 AP 的範圍內

上述的例子中,目的地在同一個 AP 的範圍內。而若兩者不在同一 AP 的範圍內,則需借助分散式系統。

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舉例來說,若

A 希望傳送封包給
E
,則須先傳遞給其所屬的
AP1
,接著
AP1
藉由分散式系統將封包傳送給
E
所屬的
AP3
,最後
AP3
將該封包轉送給其下轄的
E
節點:

AAP1DSAP3E

一些基本原則

上述過程中,其實做了一些簡化。首先,在傳輸封包的過程中,會期待「有去有回」,意思是送了一個封包之後,就期待對方會回覆一另外一個封包(比如說 ACK)。而如果沒有在規定好的間隔時間,那麼就會視為封包發生了碰撞,需要重送。

原則一:收了 Data 就要 ACK - MAC-Level ACK

收到資料之後,一定要立刻回一個 ACK。對於發送端來說,如果在傳送給發送端之後一段時間沒收到 ACK,那麼他就認定發生了碰撞,要在間隔某個時間之後重傳。

「收到資料之後,一定要立刻回一個 ACK」這句話更明確地說,是收到 Data, Poll, Request, Response 四種類型的封包時,一定要立刻回覆 ACK。而這邊所說的「立刻」,其實也不是在收完的瞬間就要傳,而是間隔一段「frameframe 可能間隔的最短時間」。這個時間是定義好的,稱為 short inter-frame spaceSIFS,是 802.11 規範的四種「封包間隔時間」中的其中一個。

原則二:封包的傳輸間隔 - 四種 IFS

封包與封包的接收或傳送之間,有一段規定的間隔時間,這段時間稱為 inter-frame space。這個間隔時間會有 4 種長度,分別是 SIFS, PIFS, DIFSEIFS

SIFS>PIFS>DIFS>EIFS

舉例來說,收到一個訊框,準備回覆 ACK 時,在「收到訊框」與「回覆 ACK 訊框」之間,必須間隔 SIFS 長度的時間。又或者準備傳輸時,必須確認沒有其他節點朝目的地傳輸 DIFS 長度的時間,才可以傳輸。

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原則三:IFS 長度 = 順序上的優勢

訊框之間的時間間隔越短,表示越有可能搶在另外一種訊框被傳送前先送出去。一但先被送出去,在 CSMA 的機制底下,其他人聽到這個訊框時,就只能繼續等待。藉此可以作為優先機制。因此,有越短 inter-frame space 類型的傳輸,就自然可以越優先傳輸的優勢。舉例來說,考慮以下情境:

  1. A
    要向
    A
    傳輸訊框。
  2. A
    發現目前沒有人朝
    A
    傳送訊框,準備等待 DIFS 時間後傳輸。殊不知目前沒聽到有人往
    A
    傳輸,是因為
    A
    正在等待 SIFS 時間後收另外一個節點的 ACK。
  3. 因為 SIFSDIFS 短,所以
    A
    自己的 DIFS 結束之前,
    A
    SIFS 就一定會先結束。
  4. A
    SIFS 結束。這時
    B
    DIFS 一定尚未結束。所以如果這時有人往
    A
    傳送,那麼因為 802.11 使用廣播來傳送,所以這個 ACK 也會被
    A
    聽到。
  5. A
    發現
    A
    正在收東西(也就是別人傳給他的 ACK),因此不會傳輸。

在這個例子中,因為等待 ACK 的 SIFS 短於等待 DataDIFS,所以 ACK 可以比 Data 更快地傳送給目的地,因此就造成了「ACK 有更高優先權」的現象。因此,越短的 IFS 會造成更高的優先權。