Александр Ватаманюк - Беспроводная сеть своими руками

Физический уровень – первый, самый низкий, уровень. Фактически он представляет собой аппаратную часть сети и описывает способ передачи данных, используя для этого любой имеющийся «под руками» канал – проводной или беспроводной. В зависимости от выбранного канала передачи данных используют соответствующее сетевое оборудование. Параметры передачи данных следует настраивать с учетом особенностей канала: полос пропускания, защиты от помех, уровня сигнала, кодирования, скорости передачи данных в физической среде и т. п.

Рис. 1.1. Уровни модели ISO/OSI.

Фактически всю описанную работу выполняет сетевое оборудование: сетевая карта, мост, маршрутизатор и т. д.

Физический уровень – один из уровней, который отличает беспроводные сети от проводных. Как вы уже, несомненно, поняли, основное отличие между ними заключается в канале передачи данных. Для проводных сетей это радиоволны определенной частоты или инфракрасное излучение, для беспроводных – любая физическая линия, например коаксиал, витая пара или оптоволокно.

Главная задача канального уровня – удостовериться, что канал готов к передаче данных и ничто не станет угрожать надежности этой операции и целостности передаваемых пакетов. В идеале протоколы канального уровня и сетевое оборудование должны проверить, свободен ли канал для передачи данных, не имеется ли коллизий передачи и т. п.

Такую проверку необходимо выполнять каждый раз, так как локальная сеть чаще всего состоит более, чем из двух компьютеров (хотя даже в таком случае канал может быть занят). Обнаружив, что канал свободен, элементы этого уровня делят данные, которые необходимо передать другому компьютеру, на более мелкие части – кадры. Затем каждый кадр снабжается контрольной сумой и отсылается. Приняв этот кадр, получатель проверяет контрольные суммы и, если они совпадают, принимает его и посылает отправителю подтверждение о доставке. В противном случае получатель игнорирует кадр и фиксирует ошибку, после чего кадр передается заново. Так, кадр за кадром, передается необходимая информация.

На канальном уровне, как и на физическом, также существуют различия между проводными и беспроводными сетями. Это связано со спецификой сетевого оборудования. Так, доступное на данный момент беспроводное оборудование работает только в полудуплексном режиме: в один момент времени данные могут только приниматься или только передаваться. Этот недостаток резко уменьшает эффективность обнаружения коллизий в сети и, соответственно, понижает скорость передачи данных.

Поскольку модель ISO/OSI жестко регламентирует действия каждого уровня, то разработчикам пришлось немного модернизировать протоколы канального уровня для работы в беспроводных сетях. В частности, для беспроводной передачи данных используются протоколы CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, многостанционный доступ к среде передачи с контролем несущей и избежанием коллизий) или DCF (Distributed Coordination Function, распространяемая координирующая функция).

Протокол CSMA/CA предназначен для обнаружения конфликтов при передаче данных. Он использует явное подтверждение доставки данных, сообщающее о том, что передаваемый пакет доставлен и не поврежден.

Данный метод работает следующим образом. Когда один компьютер собирается передать информацию другому, он посылает всем компьютерам сети короткое сообщение – RTS (Ready To Send, готов к передаче), содержащее информацию о получателе и времени, необходимом для передачи данных. Получив такой пакет, все компьютеры прекращают на указанный промежуток времени передачу собственных данных. Компьютер, для которого предназначен пакет, отсылает отправителю сообщение CTS (Clear To Send, свободен для передачи) о готовности к приему данных. Получив такое сообщение, компьютер-отправитель пересылает первую порцию данных и ждет подтверждения доставки пакета. После такого подтверждения передача данных продолжается. Если сообщение об успешной доставке не пришло, то компьютер-отправитель повторно передает необходимый пакет.

Такой метод передачи гарантирует доставку пакетов данных, однако в то же время заметно снижает скорость передачи. Именно поэтому беспроводные сети намного медленнее проводных и останутся таковыми надолго, если не навсегда. Чтобы хоть как-то повысить скорость передачи данных по таким сетям, специальный протокол канального уровня фрагментирует пересылаемые пакеты (разбивает их на более мелкие части), что увеличивает шанс их удачной передачи.