Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 64 MAC-Frame Struktur und Hidden Stations bei Wireless LANs nach IEEE 802.11b

In dieser Folge besprechen wir die generelle MAC-Frame-Struktur, sowie bestimmte Kontrollfelder und Frametypen, allerdings nur soweit, wie es für das Gesamtverständnis notwendig erscheint. Man sieht hier, wie die gegenüber einer verkabelten Lösung vielen zusätzlichen Funktionen gehandhabt werden müssen. Ein weiteres Problemfeld sind die Hidden Stations.

In der Abbildung 1 sehen wir das generelle MAC-Frame Format. Dieses generelle Format ist in allen Frames zu finden, die Stationen aussenden, unabhängig vom Frame-Typ. Nach der Bildung des entsprechenden Frames schickt die MAC-Steuerung die Bits des Frames an die Physical Layer Convrgence Procedure-Teilschicht PLCP und beginnt dabei mit dem ersten Bit des Frame Kontrollfeldes und endet mit dem letzten Bit der Frame Check Sequence.

Das Frame Control Feld ist zwei Oktette lang und beinhaltet Kontrollinformation, die von Station zu Station geschickt wird. Der nächste Abschnitt dieses Beitrags zeigt die Teile des Feldes im Einzelnen, zunächst aber zu den anderen Feldern.

Das Duration/ID-Feld enthält in den meisten Fällen einen „Duration“-Wert, abhängig vom Typ des gesendeten Frames, der die Dauer der nächsten Frame-Übertragung angibt. In Daten- und ACK-Frames spezifiziert das Feld die totale Dauer des nächsten Fragments und der Empfangsbestätigung. Stationen am Netz beobachten das Feld und halten ihre Sendungen entsprechend zurück, um Konflikte zu vermeiden. In Power-Safe-Kontrollframes enthält das Duration/ID-Feld die letzten vierzehn Bits der Assoziationsidentität der sendenden Station. Die zwei letzten Bits erhalten in diesem Fall den Wert 1.

Die vier Adressfelder enthalten in Abhängigkeit vom gesendeten Frametyp unterschiedliche Adresstypen. Diese Adressen können die Basic Service Set Identification BSSID, die Quelladresse und Zieladresse sowie die Adresse der sendenden Station und die Adresse der empfangenden Station sein. Der IEEE 802-Standard definiert eine generelle Adressstruktur, wobei die Adressen 48 Bit lang sind. Die Adressen können entweder individuelle oder Gruppenadressen sein, wobei es zwei verschiedene Arten von Gruppenadressen gibt, nämlich Multicast-Adressen, die tatsächlich eine Auswahl von Stationen adressieren und Broadcast-Adressen, die sich auf alle Stationen eines gegebenen LANs beziehen.

Zwischen den Adressfeldern sitzt das Sequenz-Kontrollfeld. Die linken vier Bits dieses Feldes bestehen aus einem Unterfeld mit einer Fragmentnummer und einer bestimmten MSDU. Die Nummer beginnt mit Null für das erste Fragment und erhöht sich dann bei jeder darauffolgenden Übertragung um Eins. Die nächsten 12 Bits des Frames bilden das Sequenznummern-Unterfeld, welches bei 0 startet und sich dann für jede folgende MSDU-Übertragung um 1 erhöht. Jedes Fragment einer spezifischen MSDU hat die gleiche Sequenznummer. Zu jedem Zeitpunkt darf nur eine MSDU ausstehen. Eine Station kann beim Empfang eines Frames doppelte Frames (z.B. durch Reflexionen oder unterschiedliche Laufwege) mit Hilfe der Sequenz- und Fragmentnummern ausfiltern, weil ein Frame, der die gleichen Nummern hat wie der letzte hereingekommene Frame, offensichtlich dupliziert ist.

Duplizierte Frames können auch auftreten, wenn eine Station einen fehlerfreien Frame erhält, ein ACK an den Sender schickt und das ACK auf dem Weg dorthin zerstört wird. Denn wenn er nach einer gewissen Zeit kein ACK erhält, sendet der Sender das Paket nochmals. Die Zielstation bestätigt übrigens einen angekommen Frame auch dann, wenn der als duplizierter Frame erkannt wurde, weil sonst die sendende Station entweder den Frame noch mal senden oder in einen Fehlerzustand laufen würde.

Das Frame-Body-Feld hat eine Nutzlast variabler Länge und trägt Informationen, die den Frame, der grade gesendet wird, weiter spezifizieren. Wenn es ein Datenframe ist, enthält das Feld eine LLC-Dateneinheit, die MSDU. MAC-Management und Kontrollframes können zudem spezifische Parameter im Frame Body enthalten, die zu der spezifischen Aufgabe, die der Frame ausführt, passen. Muss der Frame gar keine Information befördern, hat das Feld die Länge Null. Die empfangende Station bestimmt die Framelänge aus einem Feld des jeweils Anwendung findenden PHY-Headers.

Um die Übertragung abzusichern, berechnet die MAC-Teilschicht des Senders eine 32 Bit lange Frame-Check-Sequence unter Benutzung des zyklischen Redundanzprüfverfahrens. Für die Berechnung der FCS über alle Felder des MAC-Headers und des Frame Bodys hinweg wird ein Generatorpolynom eingesetzt. Der Koeffizient höchster Ordnung kommt in das Feld. Der Empfänger implementiert die gleiche CRC-Prüfung.

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