Протоколы. Wi-Fi (вай-фай) аббревиатура от английского Wireless Fidelity (беспроводная надеж-ность) –это семейство протоколов беспроводной передачи данныхIEEE 802.11x

ТЕМА 13 СПРС ТЕХНОЛОГИЯ Wi-Fi

Wi-Fi (вай - фай) аббревиатура от английского Wireless Fidelity (беспроводная надеж - ность) – это семейство протоколов беспроводной передачи данных IEEE 802.11x (802.11a,802.11b, 802.11g, 802.11n и т. д.). Стандарт беспроводной сети 802.11x, который является составной частью стандартов локальных сетей I ЕЕЕ 802.x, охватывает только два нижних уровня семиуровневой модели OSI (Open System Interconnection) – физический и каналь - ный, в наибольшей степени отражающие специфику локальных сетей.

Физический уровень IEEE 802.11x - радиоканал. Этот уровень характеризует парамет - ры физической среды передачи данных. Стандарт 802.11 предполагает работу на частоте

2.4-2.4835 ГГц при использовании 4FSK/2FSK FHSS и DSSS- модуляции (Direct Sequence Spread Spectrum), мощность передатчика 10 мВт -1 Вт. В данном частотном диапазоне оп - ределено 79 каналов с полосой 1 Мбит / с каждый. Максимальная пропускная способность сети составляет 2 Мбит / с (в условии малых шумов). Первая локальная сеть 802.11a ис -

пользовала метод OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Канальный уровень.

Канальный уровень осуществляет управление доступом к передающей среде и обеспечи - вает пересылку кадров между любыми двумя устройствами беспроводной сети. Каналь - ный уровень разделяется на два подуровня: MAC - управление доступом к среде передачи данных и LCC - управление логическим каналом.

Существуют каналы, работающие в инфракрасном диапазоне длин волн (850 или 950 нм). Здесь возможны две скорости передачи 1 и 2 Мбит / с. При скорости 1 Мбит /c исполь - зуется схема кодирования с группированием четырех бит в 16- битовое додовое слово, со - держащее 15 нулей и одну 1 (код Грея). При передаче со скоростью 2 Мбит /c 2 бита пре - образуются в 4- битовый код, содержащий лищь одну 1 (0001, 0010, 0100 и 1000).

DSSS в 802.11 использут DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying) для 1 Мбит / с и DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying) для 2 Мбит / с, а высокоскоростное

DSSS (DSSS/HR применяемое в IEEE 802.11b) использует схему модуляции ССК (Complementary Code Keying), которая допускает скорости передачи 5,5 и 11 Мбит / с. В случае DSSS каждый бит передается в виде 11 элементарных сигналов, которые называ - ются последовательностью Баркера. Все эти три вида модуляции могут сосуществовать. В

протоколе предусмотрена коррекция ошибок FEC (смотри описание в статье о Bluetooth).IEEE 802.11a специфицирует систему кодирования OFDM скорости передачи 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 и 54 Мбит / с. В последнее время широкое распространение получила модифика -

ции IEEE 802.11b (WiFi - Wireless Fidelity), которая может обеспечить скорость 1, 2, 5,5 и 11 Мбит / с (модуляция DSSS). Здесь применен алгоритм доступа к сетевой среде

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Для стандарта IEEE 802.11b доступно 11-14 радиоканалов в частотном диапазоне 2,4 ГГц. Здесь все зависит от местных регламентаций и ограничений. Возможно использование всенаправленных и уз - конаправленных антенн (последние для стационарных соединений точка - точка). Всена - правленная антенная система гарантирует связь для расстояний до 45 метров, а узкона - правленная - до 45 км. При скорости 1 Мбит / с расстояние надежной связи может дости - гать нескольких сот метров. Предельно возможная скорость обмена определяется автома - тически. Одновременно может обслуживаться до 50 клиентов. Важной особенностью яв - ляется возможность работы с мобильными клиентаими. Улучшенная версия 802.11b назы - вается 802.11g. Этот стандарт принят в 2001 году, в нем применяется метод модуляции OFDM. Теоретически максимальная скорость передачи составляет 54 Мбит /c.

Беспроводные сети отличаются от кабельных сетей на физическом (Phy) и частично на канальном (MAC) – уровнях модели взаимодействия OSI.

Подуровень MAC у этих стандартов несколько отличается. Отличия обусловлены тем, что в Wi-Fi используется полудуплексный режим передачи данных, а в кабельных сетях с архитектурой Ethernet - дуплексный режим. Методы доступа к среде передачи данных, которые используются в локальных беспроводных сетях Wireless LAN (WLAN), - это ме -

тоды множественного доступа с контролем несущей и предупреждением коллизий или столкновений (CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance). В ЛВС с ар -

хитектурой Ethernet используется метод доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect).

После того, как доступ к среде получен, ею может воспользоваться подуровень LCC. Подуровень LCC, организующий передачу кадров информации, один и тот же в беспро - водных сетях Wi-Fi и в кабельных сетях с архитектурой Ethernet.

Сети Wi-Fi работают на частотах 2,4 ГГц или 5 ГГц. В стандарте 802.11a используется частота 5 ГГц. В стандартах 802.11b и 802.11g (совместимость с 802.11b) используемая частота - 2,4 ГГц. В стандарте 802.11n (совместимость с 802.11a,b,g) используемая частота - 2,4 или 5 ГГц. В пределах прямой видимости беспроводная связь обеспечивается в ра - диусе до 300 метров от точки доступа. В закрытых помещениях беспроводная связь обес - печивается в пределах 50 метров.

Для беспроводных сетей, работающих в стандартах 802.11b,g,n на частоте 2,4 ГГц, диапазон шириной 83 МГц разделен на 14 каналов (от 2,412 ГГц - 1 беспроводной канал до 2,484 ГГц - 14 канал) через 5 МГц между центральными частотами соседних каналов, за исключением 14 канала.

Скорость передачи данных для Wireless оборудования, поддерживающего стандарт 802.11b, не превышает 11 Мбит / с, а для оборудования, поддерживающего стандарт 802.11g, до 54 M бит / с. Стандарт 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит / с. Для 802.11a скорость передачи данных - 54 Мбит /c.

Безопасность сетей Wi-Fi заслуживает особого внимания, так как сети Wi- Fi является источником повышенного риска для несанкционированного доступа. В сетях Wi-Fi при - меняются комплексные методы защиты от несанкционированного доступа.

Для работы в стандарте 802.11x используется оборудование двух основных типов: точка доступа Access Point и клиенты, к которым относятся различные устройства, обору - дованные Wi-Fi - адаптерами. Access Point - это программно - аппаратное устройство, кото - рое состоит из приемопередатчика, выполняющего роль беспроводного сетевого концен - тратора (интерфейса для клиентов беспроводной сети - WLAN), сетевого адаптера (ин -

Рисунок13.1 -Прослушивание виртуального канала в протоколеCSMA/CA

http://citforum.ru/nets/semenov/4/41/i802_418.shtml

терфейса проводной сети) для подключения к кабельной сети LAN или WAN и микрокон - троллера для обработки данных.

Таким образом, Wi-Fi с одной стороны - это семейство стандартов, а с другой стороны Wi-Fi - это беспроводная технология передачи данных по радиоканалу, которая обеспечи - вает подключение устройств с беспроводными адаптерами в локальную / корпоративную сеть или обеспечивает подключение их к Интернету.

Стандарт 802.11 поддерживает два режима работы: DCF (Distributed Coordination Func-tion) и PCF (Point Coordination Function). Первый не имеет средств централизованного управления, второй - предполагает, что базовая станция берет на себя функцию управле - ния локальной субсетью. В протоколе 802.11 используется алгоритм доступа CSMA/CA(CSMA with Collision Avoidance). При этом производится прослушивание физического и виртуального каналов. CSMA/CA может работать в двух режимах. В первом - станция пе - ред до начала передачи прослушивает канал. Если канал свободен, она начинает передачу данных. При передаче канал не прослушивается и станция передает кадр полностью. Если канал занят, отправитель ждет его освобождения и только после этого начинает передачу. В случае коллизии станции, участвующие в этом событии, смогут начать передачу через псевдостучайный интервал времени (как в Ethernet). Второй режим CSMA/CA базируется на протоколе MACAW и использует контроль виртуального канала, как это показано на рисунке 13.1. В показанном на рисунке примере станция А намеревается передать данные станции В. Станция С находится в зоне доступности стации А и, возможно, станции В. Станция D входит в зону доступности станции В, но пребывает в зне зоны досягаемости станции А.

Когда станция А решает, что

ей необходимо передать данные станции В, она посылает ей кадр RTS, запрашивая разрешение на передачу. Если В может прини - мать данные, она пришлет от - клик в виде кадра CTS. После приема CTS станция А запускает таймер ACK и начинает пере - сылку данных. При успешном

приеме станция В формирует кадр ACK, который посылается А, свидетельствуя о завершении

обмена. Если время таймоута ACK истечет раньше, алгоритм повторяется с самого нача - ла. Станция С также принимает кадр RTS и поэтому знает, что по каналу будут переда - ваться данные, и по этой причине следует воздержаться от попыток передачи. Из данных, содержащихся в RTS станция С знает, сколько времени будет продолжаться передача и пребывает в пассивном состоянии. Индикацией этого состояния является последователь -

ность NAV (Network Allocation Vector) (см. рисунок 13.1). Станция D не слышит RTS, пе -

редаваемый А, зато воспринимает CTS, посланный станцией В, и также выдает NAV. Следует учитывать, что сигналы NAV не передаются, а являются kbim внутренними на - поминаниями хранить радиомолчание. При фрагментировании каждый фрагмент имеет свою контрольную сумму и его получение подтверждается индивидуально. Посылка фрагмента k+1 невозможна пока не получено подтверждение получения фрагмента k. По - сле получения доступа к каналу отправитель может послать несколько кадров подряд. Ес - ли фрагмент доставлен с искажением, он пересылается повторно.

Режимы PCF и DCF могут сосуществовать в пределах одной сотовой ячейки. Это дос - тигается путем точного определения межкадрового интервала. Самый короткий интервал SIFS (Short Interframe Interval) используется для того, чтобы одна из сторон, ведущих диа - лог посредством кадров управления, могла получить возможность начать передачу пер -

вой. Всего регламентировано 4 разных типов межкадровых интервалов (SIFS, PIFS, DIFS

и EIFS).

Стандарт 802.11 использует три класса кадров, транспортируемых через канал: ин - формационные, служебные и управляющие. Формат информационного кадра представлен на рисунке 13.2

Рисунок 13.2 - Формат информационного кадра 802.11. http://citforum.ru/nets/semenov/4/41/i802_418.shtml

Двухоктетное поле управления кадра имеет 11 субполей. Субполе версия протокола позволяет двум протоколам работать в пределах одной ячейки. Поле тип задает разновид - ность кадра (информационный, служебный или управляющий), а субтип (RTS, CTS или ACK). Биты к DS и от DS указывают на направление транспортировки кадра: к межсото - вой системе, например, Ethernet или от нее. Бит MF указывает на то, что далее следует еще один фрагмент. Бит повтор отмечает повторно посылаемый фрагмент. Бит управле -

ние питанием используется базовой станцией для переключения в режим пониженного энергопотребления или для выхода из этого режима. Бит продолжение говорит о том, что у отправителя имеются еще кадры для пересылки. Бит W является указателем использова - ния шифрования в теле кадра согласно алгоритму WEP (Wired Equivalent Protocol). Одно - битовое поле O сообщает приемнику, что кадры с этим битом (=1) должны обрабатывать - ся строго по порядку.

Поле длительность задает время передачи кадра и его подтверждение. Это поле может присутствовать в служебных кадрах. Именно с учетом этого поля станции выставляют признаки NAV. Заголовок содержит четыре адреса. Это адрес отправителя и получателя, а также адреса ячейки отправителя и места назначения. Поле номер служит для нумерации фрагментов. Из 16 бит номера 12 идентифицируют кадр, а 4 - фрагмент. Управляющие кадры имеют сходный формат, только там отсутствуют поля базовых станций, так как эти кадры не покидают пределов сотовой ячейки. В служебных кадрах отсутствуют поля дан - ные и номер, ключевым здесь является содержимое поля субтип (RTS, CTS или ACK).

Для обеспечения безопасности (ведь к такой сети достаточно легко подключиться) ис - пользуется алгоритм WEP (Wired Equivalent Privacy). Длина ключа 40 или 104 разряда. Предусмотрена возможность шифрования сообщений и аутентификации с использовани -

ем двухключевых схем. (смотри www.rsasecurity.com/rsalabs/technotes/wep-fix.html).

Дата добавления: 2014-01-15