# 802.11 - Distribution System

[TOC]

## 課程影片

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

{%youtube mCtq6f2YZOI %}

## 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」：


## 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 $AP_1$，$AP_1$ 再傳送給 $C$：

$$
A \rightarrow AP_1 \rightarrow C
$$

### 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。


舉例來說，若 $A$ 希望傳送封包給 $E$，則須先傳遞給其所屬的 $AP_1$，接著 $AP_1$ 藉由分散式系統將封包傳送給 $E$ 所屬的 $AP_3$，最後 $AP_3$ 將該封包轉送給其下轄的 $E$ 節點：

$$
A \rightarrow AP_1 \rightarrow DS \rightarrow AP_3 \rightarrow E
$$

## 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「*frame* 與 *frame* 可能間隔的最短時間」。這個時間是定義好的，稱為 *short inter-frame space*，*SIFS*，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, DIFS* 與 *EIFS*：

$$
SIFS > PIFS > DIFS > EIFS
$$

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。


### 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 *SIFS* 比 *DIFS* 短，所以 $A$ 自己的 *DIFS* 結束之前，$A'$ 的 *SIFS* 就一定會先結束。
4. $A'$ 的 *SIFS* 結束。這時 $B$ 的 *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 *Data* 的 *DIFS*，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。