Беспроводные локальные сети

БЕСПРОВОДНЫЕ ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ

В 1999 году IEEE ратифицировал стандарт IEEE 802.11b для продуктов беспроводных сетей, которые работают на скорости 11 Mbps (подобно Ethernet). Совместимость продуктов различных производителей гарантируется независимой организацией, которая называется Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA). Эта организация была создана лидерами индустрии беспроводной связи в 1999 году. В настоящее время членами WECA являются более 80 компаний, в том числе такие известные производители, как Cisco, Lucent,IBM, Apple, Dell, Siemens, AMD и пр. С продуктами, удовлетворяющими требованиям Wi-Fi (термин WECA для IEEE 802.11b), можно ознакомиться на сайте WECA.

Как и все стандарты IEEE 802, 802.11 работает на нижних двух уровнях модели ISO/OSI, физическом уровне и канальном уровне. Любое сетевое приложение, сетевая операционная система, или протокол (например, TCP/IP), будут так же хорошо работать в сети 802.11, как и в сети Ethernet.

Основная архитектура, особенности и службы 802.11b определяются в первоначальном стандарте 802.11. Спецификация 802.11b затрагивает только физический уровень, добавляя лишь более высокие скорости доступа.

802.11 определяет два типа оборудования – клиент, который обычно представляет собой компьютер, укомплектованный беспроводной сетевой интерфейсной картой (Network Interface Card, NIC), и точку доступа (Access point, AP), которая выполняет роль моста между беспроводной и проводной сетями. Точка доступа обычно содержит в себе приёмопередатчик, интерфейс проводной сети (802.3), а также программное обеспечение, занимающееся обработкой данных. В качестве беспроводной станции может выступать ISA, PCI или PC Card сетевая карта в стандарте 802.11, либо встроенные решения, например, телефонная гарнитура 802.11.

На физическом уровне определены два широкополосных радиочастотных метода передачи и один – в инфракрасном диапазоне.

Радиочастотные методы работают в ISM диапазоне 2,4 ГГц и обычно используют полосу 83 МГц от 2,400 ГГц до 2,483 ГГц. Технологии широкополосного сигнала, используемые в радиочастотных методах, увеличивают надёжность, пропускную способность, позволяют многим несвязанным друг с другом устройствам разделять одну полосу частот с минимальными помехами друг для друга.

Стандарт 802.11 использует метод прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) и метод частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Эти методы кардинально отличаются, и несовместимы друг с другом.

Реализация метода передачи в инфракрасном диапазоне (IR) в стандарте 802.11 основана на излучении ИК передатчиком ненаправленного (diffuse IR) сигнала. Вместо направленной передачи, требующей соответствующей ориентации излучателя и приёмника, передаваемый ИК сигнал излучается в потолок. Затем происходит отражение сигнала и его приём. Такой метод имеет очевидные преимущества по сравнению с использованием направленных излучателей, однако есть и существенные недостатки – требуется потолок, отражающий ИК излучение в заданном диапазоне длин волн (850 – 950 нм); радиус действия всей системы ограничен 10 метрами. Кроме того, ИК лучи чувствительны к погодным условиям, поэтому метод рекомендуется применять только внутри помещений.

Поддерживаются две скорости передачи данных – 1 и 2 Mbps. На скорости 1 Mbps поток данных разбивается на квартеты, каждый из которых затем во время модуляции кодируется в один из 16-ти импульсов. На скорости 2 Mbps метод модуляции немного отличается – поток данных делится на битовые пары, каждая из которых модулируется в один из четырёх импульсов.

При использовании метода частотных скачков FHSS полоса 2,4 ГГц делится на 79 каналов по 1 МГц. Отправитель и получатель согласовывают схему переключения каналов (на выбор имеется 22 таких схемы), и данные посылаются последовательно по различным каналам с использованием этой схемы. Каждая передача данных в сети 802.11 происходит по разным схемам переключения, а сами схемы разработаны таким образом, чтобы минимизировать шансы того, что два отправителя будут использовать один и тот же канал одновременно. Метод FHSS позволяет использовать очень простую схему приёмопередатчика, однако ограничен максимальной скоростью 2 Mbps. Это ограничение вызвано тем, что под один канал выделяется ровно 1 МГц, что вынуждает FHSS системы использовать весь диапазон 2,4 ГГц. Это означает, что должно происходить частое переключение каналов (например, в США установлена минимальная скорость 2,5 переключения в секунду), что, в свою очередь, приводит к увеличению накладных расходов.

Метод DSSS делит диапазон 2,4 ГГц на 14 частично перекрывающихся каналов. Для того, чтобы несколько каналов могли использоваться одновременно в одном и том же месте, необходимо, чтобы они отстояли друг от друга на 25 МГц (не перекрывались), для исключения взаимных помех. Таким образом, в одном месте может одновременно использоваться максимум 3 канала. Данные пересылаются с использованием одного из этих каналов без переключения на другие каналы. Чтобы компенсировать посторонние шумы, используется 11-ти битная последовательность Баркера, когда каждый бит данных пользователя преобразуется в 11 бит передаваемых данных. Такая высокая избыточность для каждого бита позволяет существенно повысить надёжность передачи, при этом значительно снизив мощность передаваемого сигнала. Даже если часть сигнала будет утеряна, он в большинстве случаев всё равно будет восстановлен. Тем самым минимизируется число повторных передач данных.

Основное дополнение, внесённое 802.11b в основной стандарт – это поддержка двух новых скоростей передачи данных – 5,5 и 11 Mbps. Для достижения этих скоростей был выбран метод DSSS, так как метод частотных скачков в силу ограничений FCC не может поддерживать более высокие скорости. Из этого следует, что системы 802.11b будут совместимы с DSSS системами 802.11, но не будут работать с системами FHSS 802.11.

Для поддержки очень зашумлённых сред, а также работы на больших расстояниях, сети 802.11b используют динамический сдвиг скорости, который позволяет автоматически изменять скорость передачи данных в зависимости от свойств радиоканала. Например, пользователь может подключиться с максимальной скоростью 11 Mbps, но в том случае, если повысится уровень помех, или пользователь удалится на большое расстояние, мобильное устройство начнёт передавать на меньшей скорости – 5,5, 2 или 1 Mbps. В том случае, если возможна устойчивая работа на более высокой скорости, мобильное устройство автоматически начнёт передавать с более высокой скоростью. Сдвиг скорости – механизм физического уровня, и является прозрачным для вышестоящих уровней и пользователя.

Канальный уровень 802.11 состоит из двух подуровней: управления логической связью (Logical Link Control, LLC) и управления доступом к носителю (Media Access Control, MAC). 802.11 использует тот же LLC и 48-битовую адресацию, что и другие сети 802, что позволяет легко объединять беспроводные и проводные сети, однако MAC уровень имеет кардинальные отличия. MAC уровень 802.11 очень похож на реализованный в 802.3, где он поддерживает множество пользователей на общем носителе, когда пользователь проверяет носитель перед доступом к нему. Для Ethernet сетей 802.3 используется протокол Carrier Sence Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD), который определяет, как станции Ethernet получают доступ к проводной линии, и как они обнаруживают и обрабатывают коллизии, возникающие в том случае, если несколько устройств пытаются одновременно установить связь по сети. Чтобы обнаружить коллизию, станция должна обладать способностью и принимать, и передавать одновременно. Стандарт 802.11 предусматривает использование полудуплексных приёмопередатчиков, поэтому в беспроводных сетях 802.11 станция не может обнаружить коллизию во время передачи.

Чтобы учесть это отличие, 802.11 использует модифицированный протокол, известный как Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA), или Distributed Coordination Function (DCF). CSMA/CA пытается избежать коллизий путём использования явного подтверждения пакета (ACK), что означает, что принимающая станция посылает ACK пакет для подтверждения того, что пакет получен неповреждённым.

Для определения того, является ли канал свободным, используется алгоритм оценки чистоты канала (Channel Clearance Algorithm, CCA). Его суть заключается в измерении энергии сигнала на антенне и определения мощности принятого сигнала (RSSI). Если мощность принятого сигнала ниже определённого порога, то канал объявляется свободным, и MAC уровень получает статус CTS. Если мощность выше порогового значения, передача данных задерживается в соответствии с правилами протокола. Стандарт предоставляет ещё одну возможность определения незанятости канала, которая может использоваться либо отдельно, либо вместе с измерением RSSI – метод проверки несущей. Этот метод является более выборочным, так как с его помощью производится проверка на тот же тип несущей, что и по спецификации 802.11. Наилучший метод для использования зависит от того, каков уровень помех в рабочей области.

Таким образом, CSMA/CA предоставляет способ разделения доступа по радиоканалу. Механизм явного подтверждения эффективно решает проблемы помех. Однако он добавляет некоторые дополнительные накладные расходы, которых нет в 802.3, поэтому сети 802.11 будут всегда работать медленнее, чем эквивалентные им Ethernet локальные сети.

Наконец, MAC уровень 802.11 предоставляет возможность расчёта CRC и фрагментации пакетов. Каждый пакет имеет свою контрольную сумму CRC, которая рассчитывается и прикрепляется к пакету. Здесь наблюдается отличие от сетей Ethernet, в которых обработкой ошибок занимаются протоколы более высокого уровня (например, TCP). Фрагментация пакетов позволяет разбивать большие пакеты на более маленькие при передаче по радиоканалу, что полезно в очень "заселённых" средах или в тех случаях, когда существуют значительные помехи, так как у меньших пакетов меньше шансы быть повреждёнными. Этот метод в большинстве случаев уменьшает необходимость повторной передачи и, таким образом, увеличивает производительность всей беспроводной сети. MAC уровень ответственен за сборку полученных фрагментов, делая этот процесс "прозрачным" для протоколов более высокого уровня.

MAC уровень 802.11 несёт ответственность за то, каким образом клиент подключается к точке доступа. Когда клиент 802.11 попадает в зону действия одной или нескольких точек доступа, он на основе мощности сигнала и наблюдаемого значения количества ошибок выбирает одну из них и подключается к ней. Как только клиент получает подтверждение того, что он принят точкой доступа, он настраивается на радиоканал, в котором она работает. Время от времени он проверяет все каналы 802.11, чтобы посмотреть, не предоставляет ли другая точка доступа службы более высокого качества. Если такая точка доступа находится, то станция подключается к ней, перенастраиваясь на её частоту

Переподключение обычно происходит в том случае, если станция была физически перемещена вдаль от точки доступа, что вызвало ослабление сигнала. В других случаях повторное подключение происходит из-за изменения радиочастотных характеристик здания, или просто из-за большого сетевого трафика через первоначальную точку доступа. В последнем случае эта функция протокола известна как "балансировка нагрузки", так как её главное назначение – распределение общей нагрузки на беспроводную сеть наиболее эффективно по всей доступной инфраструктуре сети.

Процесс динамического подключения и переподключения позволяет сетевым администраторам устанавливать беспроводные сети с очень широким покрытием, создавая частично перекрывающиеся "соты". Идеальным вариантом является такой, при котором соседние перекрывающиеся точки доступа будут использовать разные DSSS каналы, чтобы не создавать помех в работе друг другу.

Так как мобильные станции и точки доступа являются СВЧ устройствами, у многих возникают вопросы по поводу безопасности использования компонентов Wave LAN. Известно, что чем выше частота радиоизлучения, тем опаснее оно для человека. В частности, известно, что если посмотреть внутрь прямоугольного волновода, передающего сигнал частотой 10 или более ГГц, мощностью около 2 Вт, то неминуемо произойдёт повреждение сетчатки глаза, даже если продолжительность воздействия составит менее секунды. Антенны мобильных устройств и точек доступа являются источниками высокочастотного излучения, и хотя мощность излучаемого сигнала очень невелика, всё же не следует находиться в непосредственной близости от работающей антенны. Как правило, безопасным расстоянием является расстояние порядка десятков сантиметров от приёмо-передающих частей.

В настоящее время начато внедрение двух конкурирующих стандартов на беспроводные сети следующего поколения – стандарт IEEE 802.11a и европейский стандарт HIPERLAN-2. Оба стандарта работают во втором ISM диапазоне, использующем полосу частот в районе 5 ГГц. Скорость передачи данных в сетях нового поколения составляет 54 Mbps.

Bluetooth - это современная технология беспроводной передачи данных, созданная в 1998 году группой компаний: Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba. С помощью Bluetooth можно соединять друг с другом практически любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты и даже холодильники, микроволновые печи, кондиционеры. Bluetooth - это маленький чип, представляющий собой высокочастотный (2.4 - 2.48 МГц) приёмопередатчик, работающий в диапазоне ISM (Industry, Science and Medicine - диапазон, предназначенный для использования в промышленных, научных и медицинских целях). Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 58 Кбит/сек в другом) и симметричный методы (433 Кбит/сек).

Интерфейс Bluetooth в зависимости от мощности позволяет устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров. Разница в расстоянии, безусловно, большая, однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и достаточно невысокую стоимость компонентов. Так, маломощный передатчик потребляет всего 0.3 мА в режиме standby и в среднем 30 мА при обмене информацией.

Основным направлением использования Bluetooth стало создание так называемых персональных сетей (PAN - private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, PDA, МР3-плееры, компьютеры и даже микроволновые печи с холодильниками.

Основным структурным элементом сети Bluetooth является так называемая "пикосеть" (piconet) - совокупность от 2 до 8 устройств, работающих на одном и том же шаблоне. В каждой пикосети одно устройство работает как master, а остальные как slave. Master определяет шаблон, на котором будут работать все slave-устройства его пикосети, и синхронизирует ее работу. Стандарт Bluetooth предусматривает соединение независимых и даже не синхронизированных между собой пикосетей (до 10) в так называемую "scatternet" (один из вариантов перевода глагола to scatter звучит как "рассеивать"). Для этого каждая пара пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет master в одной и slave в другой. Таким образом, в пределах отдельной scatternet с интерфейсом Bluetooth может быть одновременно связано максимум 71 устройство, однако нет ограничения применения устройств, использующих тот же Internet для более дальней связи.

В диапазоне 2.4 МГц работают также различные медицинские приборы, бытовая техника, беспроводные телефоны, беспроводные локальные сети стандарта IEEE. Во избежание интерференции с ними Bluetooth работает по принципу скачкообразной перестройки частоты FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum).

Wi-Fi (802.11 WIRELESS FIDELIТY). В мире телекоммуникаций разрабатывалось огромное количество различных технологий, однако большинство из них так и не были востребованы. Но Wi-­Fi - отличный пример технологии, которая использовалась и продолжает ис­пользоваться. Другими словами, Wi-Fi перешла от разработок к широкому использованию очень быстро. Почему? По двум основным причинам:

- она предоставляет людям то, что им нужно,- беспроводной доступ в Интернет, который становится доступным из многих публичных и частных мест;

- для того чтобы использовать технологию Wi-Fi, не требуется большого вложения средств.

Wi-Fi - это одна из форм беспроводной локальной сети. Беспроводная сеть (WLAN - Wireless LAN) - это система передачи данных, разработанная для обеспечения доступа к сети независимо от местоположения пользователя, так как соединение осуществляется с помощью радиоволн.

В деловом мире беспроводная сеть является последним звеном между существующей проводной сетью и конечной группой клиентов, предоставляя им полноценный доступ к ресурсам и услугам корпоративной сети внутри здания, между конференц-залами или внутри университетского городка. Публичная сеть Wi-Fi - это по существу то же самое, что и проводная сеть, однако оконечным ее звеном является Интернет, а не корпоративная сеть.

Беспроводные сети - это возможность пользоваться сетевыми ресурсами огромному количеству пользователей. Беспроводной рынок развивается очень быстро, потому что существуют несомненные выгоды от использова­ния бесплатной беспроводной сети. На основании исследований фирм Frost и Sllllivan, индустрия беспроводных сетей заработала в 2005 году 1,6 милли­арда долларов. До настоящего времени беспроводные сети использовались на производстве, складах и в розничных магазинах. В будущем развитие беспроводных сетей планируется в больницах, образовательных учрежде­ниях и корпоративных офисных зданиях. В корпорациях, конференц-залах, публичных местах и отделениях офисов беспроводная сеть будет являться наилучшим решением.

802.11b - это беспроводной стандарт, известный под именем Wi-Fi, wireless fidelity. После довольно редкого использования этой технологии до 1999 года лишь радиолюбителями, начался взрывной рост ее популярности.

Wi-Fi дает возможность доступа в Интернет с помощью радиосигнала, распро­страняемого терминалом 802.11 на расстоянии до 300 футов от базовой стан­ции с помощью любого терминала, снабженного модулем Wi-Fi. Этим терми­налом может быть ноутбук, карманный компьютер или мобильный телефон.

Беспроводная базовая станция Wi-Fi называется точкой доступа, или хот спот (hot spot). Точка доступа подключена к наземной линии связи с Интер­нетом (например, DSL или с помощью цепи DS1). В будущем эта связь с Ин­тернетом будет доступна с помощью дополнительной беспроводной техноло­гии WiMAX.

В 1999 году 802.11b стала одним из стандартов для построения локальных домашних и корпоративных сетей. Организация Wi-Fi создает возможность взаимодействия различных продуктов 802.11b. Хотя название 802.11 подра­зумевает скорость передачи·данных 11 Мбит/с, реальная скорость составляет от 2,5 до 4 Мбит/с, но этого вполне хватает для работы большинства сетевых приложений и даже для передачи файлов. Скорость передачи данных, под­держиваемая стандартом 802.11, слишком мала для основных деловых реше­ний и медлительна для построения больших беспроводных сетей. Сеть, по­строенная с помощью стандарта 802.11 Ь, не сравнится по своей пропускной способности с проводными сетями.

802.11 b - это полудуплексный протокол. Это делает похожим Wi-Fi на электронную почту. Wi-Fi использует частотный диапазон 2,4 ГГц, как и большинство беспроводных телефонов, таким образом возникает риск получения эффекта межканальной интерференции.

Так как Wi-Fi работает в диапазоне 2,4 ГГц, то для избежания коллизий в этом же районе должны использоваться беспроводные телефоны, работающие в диапазоне 900 МГц.

Действие Wi-Fi и хот спотов. Для работы системы 802.11 должно быть в наличие два компонента:

- беспроводной терминал, которым может быть ноутбук, оснащенный сетевой картой с интерфейсом 802.11b, карманный компьютер с такой же картой или любое другое устройство с возможностью работы в стандарте 802.11;

- точка доступа (access point - АР), иногда называемая хот спотом, которая представляет собой мост между абонентом беспроводной сети и Интернетом. Термины хот спот и точка доступа являются взаимозаменяемыми. Например, в беспроводной сети, построенной по стандарту 802.11Ь, ком­мутатор можно называть как хот спотом, так и точкой доступа. То же са­мое можно использовать и в любой офисной сети.

Точка доступа состоит из приемопередатчика Wi-Fi, проводного сетевого ин­терфейса (например, 802.3 и/или непосредственной связи с коммутируемой телефонной сетью общего пользования), который выполняет функции системы распределения, а также программного обеспечения, приспособленного к работе со стандартом 802.1d. Точка доступа - это базовая станция Wi-Fi, ко­торая по сути является пикосотой, так как имеет зону покрытия с радиусом всего 300 футов. Проводное сетевое соединение должно быть осуществлено с помощью сервиса DSL, DS1, нескольких цепей DSl или даже по городской сети Еthегnеt. Это позволяет создать сеть между несколькими беспроводны­ми терминалами и даже обеспечить им доступ к Интернет. В будущем про­водные соединения могут быть заменены на соединения третьего поколения сотовой связи либо базовые станции WiMAX. Физическая зона покрытия од­ного приемопередатчика Wi-Fi чрезвычайно мала, так как сами передатчики имеют небольшие размеры. В настоящее время точка доступа Wi-Fi имеет размер ноутбука.

Беспроводные сетевые адаптеры (wireless NIC) могут быть представлены в двух основных формах: РС-карты для ноутбуков и карты с интерфейсом USB для подключения к настольным компьютерам. Однако производятся еще и PCI-карты, которые могут быть вставлены пользователями в слот РСI ком­пьютера; РСI - это стандарт для подключения периферийных устройств. Он был разработан компанией Intel и осуществляет взаимодействие между про­цессором и периферийными устройствами компьютера, обеспечивая доста­точно высокое быстродействие. РСI является. дальнейшим развитием карт расширения ISA, которые использовались в уже достаточно старых компьютерах. Адаптеры для слота РСI являются достаточно привередливыми при работе в операционных системах Windows 98/SE/ME. При использовании Windows ХР гораздо проще приобрести USB версию карты Wi-Fi для более корректной работы.

Точка доступа не нужна для коммуникации двух компьютеров. Она необ­ходима для создания коммуникаций между проводными и беспроводными сетями. Чем больше расстояние между двумя беспроводными терминалами и чем больше стен между ними, тем больше будет происходить ослабление сиг­нала. Для эффективного использования этой технологии пользователи не должны быть удалены на слишком большое расстояние и между ними долж­но быть минимальное количество препятствий. На рисунке 7.1 изображена ти­пичная конфигурация хот спота.

Рисунок 7.1 – Типичная точка доступа Wi-Fi, известная как хот спот

Режимы paбoты. Стандарт 802.11 поддерживает два режима работы: режим инфраструктуры и моментальный. В режиме инфраструктуры беспроводная сеть состоит как: минимум из одно точки доступа, подключенной к про водной системе.

Посмотрите на рисунке 7.2, на котором изображен Wi-Fi в режиме инфра­структуры, основные сервисные наборы и расширенные сервисные наборы.

Рисунок 7.2 - Режим инфраструктуры: базовый набор услуг и расширенный набор услуг

Несколько беспроводных терминалов подключаются к точке доступа с помо­щью радиосигналов 802.11. Эта конфигурация называется базовый набор услуг (base service set - BSS). Расширенный набор услуг (extended service set­-ESS) - это набор двух и более BSS, формирующих единую подсеть. Так как многие беспроводные корпоративные локальные сети нуждаются в подклю­чении к проводной локальной сети (для доступа к файловым серверам, прин­терам, Интернету), они должны работать в режиме инфраструктуры. Если абонент выходит, за зону действия одной точки доступа" то происходит пере­дача вызова, точно так же, как это происходит в сотовой сети. Таким образом, при наличии сессии устройство Wi-Fi передается на обслуживание от одной точки доступа к другой.

Моментальный режим работы, известный как независимый базовый на­бор услуг (Independent Basic Service Set - IВSS) - это набор пользовательских терминалов 802.11, которые подключены непосредственно друг к другу без использования точки доступа или любого другого подключения к проводной сети.

Рисунок 7.3 - Wi-Fi в моментальном режиме работы

Этот режим используется там, где необходимо быстро создать сеть дм передачи данных при отсутствии какой-либо сетевой инфраструктуры. Мо­ментальный режим используется в конференцзалах, отелях, аэропортах или там, где нет доступа к обычной проводной сети.

Моментальный режим работы - это соединение равноправных узлов сети. Это похоже на открытие пиринговых ресурсов в Интернете (напри­мер, Napster). В моментальном режиме работы компьютеры просто соеди­няются друг с другом. В такой сети нет структуры: нет фиксированных точек и обычно каждый узел (компьютер) может соединиться с любым другим компьютером. Примером создания сети с моментальным режимом работы может стать встреча нескольких деловых людей, которые соединя­ют связи ноутбуки вместе для совместной работы над финансовой инфор­мацией. для корректной работы такой сети один из компьютеров обычно выбирается в качестве базовой станции сети, в то. время как остальные яв­ляются ведомыми. это. осуществляется с помощью алгоритма Spokesman Electiоn Algоrithm (SEA).

Ассоциации, сотовая архитектура и роуминг. Сетевой уровень 802.11 media access contrоl (MАC) - уровень 2 OSI -является ответственным за соединение пользовательского терминала с точкой доступа.

Когда пользователь с терминалом 802.11 попадает в зону действия одной или нескольких точек доступа (например, в аэропорту) и включает свой ноутбук, то на его экране отображается то, что ему доступны услуги Wi-Fi. Если в данной зоне доступ предоставляется более чем одним оператором, то все они будут отображены на экране, и пользователь сможет выбрать, услугами какого опе­ратора он желает пользоваться. Эта возможность выгодна для абонента, так как он может выбрать одного из операторов, к которому он подключен и кото­рому он вносит ежемесячные оплаты за пользование услугами связи. Затем пользователь может просто пользоваться услугами беспроводного доступа к сети. Если он выберет другого оператора, то на его экране появится сообщение о том, что данный абонент не может пользоваться услугами связи данного опе­ратора. При этом будет предложено оплатить услуги с помощью кредитной карты, после чего доступ к сети будет открыт.

Все действия, описанные выше, возможны при наличии достаточного уровня мощности принимаемого - сигнала. После того как оператор выбран, пользователь подключается к BSS. После принятия его точкой доступа, кли­ентское устройство (ноутбук, карманный компьютер и т.д.) настраивается на радио канал выбранной точки доступа. До этого момента мобильный терминал принимал все каналы 802.11 для того, чтобы выбрать из множества точек доступа ту, качество сигнала которой находится на нужном уровне. Если при перемещении пользователя сигнал другой точки доступа становится лучше,­ чем той, к которой он в настоящий момент подключен, то производится перенастройка точки доступа. Посмотрите на рисунке 7.4.

Перенастройка обычно происходит потому, что одна из базовых станций физически удаляется от пользователя и эта становится причиной ослабления сигнала. В других случаях перенастройка мажет произойти при изменении характеристик радиосигнала в здании, когда происходит увеличение объема трафика, передаваемого через данную тачку доступа. В последнем случае этот процесс называется балансировкой нагрузки, так как основная функция бес­проводной сети - предоставлять услуги связи с наиболее высокой производи­тельностью. Это похоже на повторное использование каналов в сетях сотовой связи (например, Verizon и Cingular). Для того чтобы сеть стабильно работа­ла, необходимо обеспечить повторное использование каналов таким образом, чтобы каналы, использующиеся одной точкой доступа; не могли наложиться на каналы соседней точки доступа.

Рисунок 7.4 - Роуминг между точками доступа Wi-Fi

Преимущества роуминга Wi-Fi:

- легкость в расширении сети;

- балансировка загрузки;

- масштабируемость;

- незаметен для пользователя

Стандарты и технические спецификации. Когда в 1999 году IЕЕЕ ратифицировала стандарты 802.11а и 802.11b, ос­новное преимущество этих технологий состояло в том, что они могли ис­пользовать различные методы кодирования, различные частоты и прило­жения. Основная идея состояла в том, чтобы смоделировать систему свя­зи, заменяющую стандартные кабельные технологии Ethemet 802.3, скоро­сти которых составляли 10, 100, 1000, а в настоящее -время уже 10000 Мбит/ с. Всего лишь по прошествии нескольких лет стандарт 802.11 нашел широкое применение, а оборудование производится множеством круп­нейших компаний.

Стандарт 802.11b был разработан для функционирования в диапазоне 2,4 ГГц, который использовался для промышленных, медицинских и научных нужд (industrial, scientific, medical - ISM) с применением технологии прямого распространения спектра (она была рассмотрена в разделе 6.4.1).

Стандарт 802.11а был разработан для функционирования в диапазоне 5 ГГц нелицензированной части спектра. Для этого стандарта использовалась ширина частот 300 МГц: 200 МГц:в диапазоне от, 5,15 до 5,35 ГГц и 100 МГц в диапазоне от 5,725 до 5,825 ГГц. В отличие от 802.11b стандарт 802.11а использовал не традиционное прямое распространение спектра, а схему частотного деления с мультиплексированием, которая наилучшим об­разом подходит для использования в офисах. Стандарт 802.11а, который под­держивает скорости передачи данных до 54 Мбит/ с, эквивалентен стандарту. Fast Ethernet,.так же, как и 802.11 b, который может работать на скорости 11 Мбит/с. Как и в обычном Ethernet, идентификация устройств осуществля­ется по МАС-адресу.

Лидеры индустрии беспроводной связи и группы стандартизации были объединены в Альянс совместимости беспроводных сетей (Wireless Ethernet Compatibi1ity Alliance - WECA). Задача WECA состояла в том, чтобы обеспе­чить совместимость всех стандартов 802.11 и продуктов и продвинуть стан­дарт 802.11 на рынок для использования в отраслях малого бизнеса и в до­машних условиях. Членами WECA были производители полупроводниковых микросхем, провайдеры беспроводных сетей, производители компьютерного оборудования и программного обеспечения. В это членство входили компа­нии 3Соm, Aironet, Apple, Breezecom, Cabletron, Hewlett-Packard, Dell, Fujitsu, IВM, Intersil, Lucent Technologies, Nokia, Samsung, Wayport и Zoom.

В стандарте 802.11 определены три физических уровня, включающие две радиотехнологии распространения спектра и инфракрасную спецификацию. Радио стандарты работают в пределах ISM частотного диапазона, который признан международными регулирующими агентствами типа РСС (США), European Telecom Standards Institute (ETSI) и МКК (Япония) для нелицензи­руемого использования радио. Диапазон 2,4 ГГц ISM является нелицензируе­мым, так как устройства и услуги используют нелицензируемый спектр и ра­ботают на низкой мощности, радиус их действия эквивалентен низкомощ­ным радиопередачам (то есть не более 300 футов). Низкая дальность действия снижает вероятность возникновения интерференции либо исключает ее. Продукция, использующая технологию 802.11, не нуждается в каком-либо лицензировании или получении разрешения на использование.

Используемые методы распространения спектра удовлетворяют регули­рующим требованиям, повышают надежность передач и увеличивают пропу­скную способность сети. Они позволяют многим устройствам работать без непосредственного взаимодействия и с минимальной интерференцией.

Технология прямого распространения делит диапазон 2,4 ТГц на четыр­надцать каналов по 22 МГц. Данные передаются по одному из этих 22 МГц каналов без перепрыгивания на соседние.

БЕ30ПАСНОСТЬ Wi-Fi. В течение нескольких лет контроль доступа стандарта 802.11 осуществлялся на втором ypoвне OSI по МАС-адресу устройства и механизму шифрования, известному как Wired Еquivаlеnt Privacy (WEP) с целью обеспечения безопас­ного соединения с беспроводными элементами сети. Для контроля доступа в каждой точке доступа был запрограммирован ESSID (известный как WLAN Service Area ID - сервисный идентификатор WLAN), который разрешал кли­ентам взаимодействовать с точкой доступа. Кроме этого, была сформирована таблица МАС-адресов, называемая Access Соntгоl List, которая также содер­жалась в точке доступа для разрешения использования этой точки теми уст­ройствами, чьи адреса были в данной таблице.

Любой сетевой адаптер Wi-Fi (wireless NIC) отличался от другого такого же уст­ройства или точки доступа с помощью WEP и не мог быть просто установлен­ным в сеть без его разрешения, WEP - это защита для многих домашних и кор­поративных сетей, однако его все же можно взломать. Существует несколько недостатков в механизме шифрования, поэтому хакеры могут расшифровать WEP после наблюдения за активностью сети менее чем один день.

WEP затормаживает быстродействие сети. Уменьшение пропускной спо­собности происходит от 20 до 50%, в зависимости от используемых уст­ройств. Проблема уменьшения скорости часто является результатом недостаточной вычислительной мощности точки доступа. С разрешенным шифрова­нием WEP общая пропускная способность составляет 2,5-3,5 Мбит/с.

Шифрование может осуществляться 64-битными и 128-битными ключа­ми. При этом все узлы системы должны использовать одинаковое шифрова­ние. Уровень шифрования 40 бит и 64 бит - это одно и то же и зависит от то­го, как производитель решил маркировать свой продукт. Часто используется 128-битное шифрование, при этом каждому клиенту, пытающемуся связаться с точкой доступа, она будет отсылать зашифрованные пакеты. Клиент должен использовать свои ключи для корректной, расшифровки послания и правиль­ной аутентификации, а в последующем - для доступа к сети.

Вне второго уровня беспроводной сети поддерживаются такие же стан­дарты контроля доступа и шифрования, что и другими системами 802 (таки­ми, как контроль входа в операционную систему). Эти высокоуровневые технологии защиты могут быть использованы для создания сетей, использую­щих как проводные, так и беспроводные компоненты.

Многие корпорации отложили время установки беспроводных сетей до того момента, пока они не будут уверены, что хакеры не смогут перехватить передачи данных. В 2001 году, консалтинговая фирма в Чикаго обнаружила, что часть данных, передаваемых с помощью Wi-Fi, может быть перехвачена с помощью направленной" приемной антенны, подключенной к компьютеру сетевой картой Wi - Fi.

Хорошей новостью стало то, что был разработан и испытан новый стан­дapт защиты для WLAN/Wi-Fi: 802.l1i. Выпуск и доступность нового стандар­та безопасности стал большим шагом в развитии технологии Wi-Fi, так как большинство компаний не использовали беспроводные сети из-за боязни утечки важной информации.

Вспомогательные стандарты Wi-Fi. Wi-Fi породил множество вспомогательных стандартов, которые стали ре­зультатом развития этой популярной технологии. Большинство беспровод­ных стандартов пришли из IЕЕЕ, чья категория 802.11 охватывает многие специфические области беспроводных технологий. Однако Рабочая группа по инженерным проблемам Интернета (Internet Engineering Task Force - IEТF), Wi-Fi А1liапсе и индустриальная группа WiMAX разработали дополнитель­ные стандарты:

Транспорт:

- 802.11 а, 802.11b, 802.11g - все эти IEЕЕ стандарты обеспечивают макси­мaльнyю пропускную способность 54 Мбит/с в диапазоне 5 ГГц, 11 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц и 54 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц. Все они находятся в широком использовании;

- 802.11n - это новый стандарт IEЕЕ, планируемая пропускная способность которого будет достигать 100 Мбит/с при работе в диапазоне 5 ГГц при одновременном использовании нескольких каналов. Выпуск этого стан­дарта намечен на 2007 год;

- 802.l1x- этот стандарт IEЕЕ используется для аутентификации в стан­дартах 802.11;

- 802.11i - недавно одобренный IEЕЕ, этот стандарт шифрования будет ис­пользовать динамически меняющиеся ключи шифрования вместо стати­ческих в стандарте WEP;

- WPA2: стандарт альянса Wi-Fi позволяет взаимодействовать устройствам 802.l1i (WPA1 был промежуточным стандартом до утверждения финаль­ного стандарта 802.1li, что позволило производителям не отказываться от производства устройств стандарта 802.l1i).

Управление, роуминг и качество сервиса (QoS):

- 802.11 е - IEЕЕ приложила некоторые усилия для выпуска этого стандарта к лету 2005 года. Он определяет уровни поляризации и обеспечивает ос­новные уровни QoS для передачи данных, голоса и видеотрафика;.

- WME, WSM - промежуточное развитие стандартов Wireless Media Extentions и Wi-Fi Schedules Media, разработанных Wi-Fi А1liаnсе началось с 802.11е. Они предназначены для того, чтобы гарантировать со­вместимость и последовательное развертывание продуктов различных производителей и стандартов. WME в настоящее время уже использует­ся. Выпуск WSM планируется на весну 2005 года;

- 802.11f - этот стандарт IEЕЕ определяет взаимодействие между точками доступа на втором уровне роуминга, однако он не поддерживает роуминг между различными сегментами беспроводной сети;

- 802.11r - этот стандарт IEЕЕ включает в себя поддержку передачи сигнала для быстрого роуминга между точками доступа, включая ключи аутенти­фикации, разрешая быстрый роуминг, который поддерживает голосовые передачи при одновременной передаче данных по беспроводным кана­лам связи. Этот стандарт будет готов к выпуску к 2006 году;

- 802.11f - еще одно достижение IEЕЕ. Этот стандарт разработан для про­водного соединения точек доступа и позволяет создавать кольцевую сеть. Этот стандарт будет готов к 2006 году;

- CAPWАР - достижением IEЕЕ является создание стандарта, позволяющего дистанционно управлять и программировать точки доступа. Аббревиатура расшифровывается следующим образом: контроль и программирование бес­проводной точки доступа (Control And Programming Wireless Access Point - ­CAPWAP). Это начальная версия разрабатываемого стандарта 802.11v.

- LWАРР - находящийся в разработке IEТF протокол, который облегчает коммуникации между точками доступа и другими устройствами в бес­проводной сети.

Интеграция Wi-Fi в другие беспроводные технологии и макросотовые сети:

Некоторые индустриальные аналитики предполагают, что Wi-Fi может вы­теснить либо дополнить устанавливаемые сети третьего поколения. Motorola, Nokia и Ericsson разрабатывают сотовые телефоны Wi-Fi, которые позволят абонентам разговаривать с помощью сети Wi-Fi и переходить на использова­ние сотовой сети, даже не Замечая этого. Основное внимание нужно уделить роумингу, биллинговой системе, совместимости и стоимости разговоров.

Ничто не сможет остановить технологию Wi-Fi в ее развитии и техниче­ской интеграции с макросотовыми сетями, особенно с сетями третьего поколе­ния. Таким образом, беспроводной доступ к сети станет действительно незави­симым от транспортной модели. Для такого типа интеграции необходимо:

- разработать и выпустить мультирежимные устройства (сетевые карты) для ноутбуков, мобильных телефонов и карманных компьютеров. Производители электронных чипов, такие как Intel, должны будут изменить свои чипы с поддержкой Wi-Fi таким образом, чтобы они смогли работать и на частотах макросотовой сети. Это относится и к производителям кар­манных компьютеров и мобильных телефонов. Каждое устройство долж­но иметь возможность работы на частотах 850, 1900, 2400 и 5000 МГц. Таким образом, нужно coздaть четырехдиапазонные устройства;

- Wi-Fi-операторы, собственники зданий (например, отелей, аэропортов) и операторы сотовой связи должны иметь соглашения друг с другом для то­го, чтобы позволить передачу вызова между различными беспроводными сетями. Основная проблема состоит в том, что владельцы ноутбуков (или других мобильных терминалов) будут в первую очередь использовать сиг­нал Wi-Fi, а уже потом остальные. Это важно потому, что операторы Wi-Fi обеспечивают за одну стоимость доступ к точке доступа и к Интернету.

Это приведет к тому, что Wi-Fi и сотовые операторы·будут выполнять одни и те же функции. Например, SBC Freedom Link предлагает свои услуги в аэропорту, который является частью рынка Cingular Wireless. В этом случае обе услуги бу­дут использоваться y, SBC.

Между операторами сотовой связи и операторами Wi-Fi должны быть заключены соглашения. Часть средств, полученных от услуг Wi-Fi, должна перечисляться на счет операторов сотовой связи.

Если такое слияние произойдет в сетях третьего поколения, то абоненты получат самую скоростную беспроводную сеть. Хотя 802.11а работает на ско­рости 54 Мбит/с, то будут ли абоненты пользоваться услугами Wi-Fi, когда скорость передачи данных в сети третьего поколения CDMA2000 3Х составляет 400 кбит/с?

WiMAX 802.16 - это беспроводная МАN-технология, которая еще находится в разработке, выпуск которой намечается на 2005 год. WiMAX будет обеспечивать скорости передачи данных до 100 Мбит/с с радиусом действия 30 миль.

Как и в случае, описанном выше, возможна дальнейшая интеграция WiMAX в макросотовые сети. Основным препятствием становится то, что WiMAX должна иметь национальную зону покрытия для того, чтобы про­изошла интеграция Wi-Fi и WiMAX. Уже планируются к разработке чипы, которые будут работать как с технологией Wi-Fi, так и с WiMAX.

Возможно, в скором времени мы станем свидетелями жесткой конкурен­ции между сотовыми операторами связи, Wi-Fi и WiMAX. Как они будут уживаться вместе? Станет ли WiMAX действительно реальностью? Может быть, операторы сотовой связи просто подавят WiMAX, купив эту техноло­гию?' Ответы на _все эти вопросы мы сможем получить, просто наблюдая за развитием беспроводных технологий между 2005 и 2008 годом.

Преимущества Wi-Fi и выгоды беспроводных технологий. Сетевая структура ХХI века характеризуется увеличением мобильных устройств и более тонкой организацией. Служащие, имеющие ноутбуки, эко­номят массу времени во время движения. Не секрет, что многие компании находят своих служащих по всей стране и даже миру. Продуктивность работ­ников, зависящая от их совместных действий, падает, когда они не могут вос­пользоваться своим персональным домашним компьютером. В этом сильно помогают беспроводные сети, предоставляя мобильным работникам свободу передвижения...

Освобождение пользователей от проводов дает возможность подклю­чаться к сети в любое время в любом месте. Такая свобода перемещения дает возможность разнообразных рабочих мест таких как:

- непосредственный доступ к больному для докторов и персонала больницы;

- производимая в реальном времени консультация пользователей;

- улучшенный доступ к базам данных для наблюдателей и для производи­телей товаров и услуг;

- простая сетевая конфигурация с минимальным IТ-персоналом для вре­менных торговых показав или конференцзалов;

- быстрый доступ потребителей к услугам производителя и распространи­теля товаров, что благотворна сказывается как на рабате производителя, так и потребителя;

- независимый от местоположения доступ к сети и технологичная под­держка отделав;

- доступ в реальном времени для групп студентов к научным исследованиям;

- заводской персонал может получить доступ и обработать данные без ис­пользования непрактичных проводных сетей. Беспроводные соединения с проводимой в реальном времени диагностикой оборудования помогают инженерам вовремя обнаружить и устранить неисправности, даже если оборудование находится на другом этаже здания. Беспроводные сети в таких условиях могут стать панацеей;

- функционирование беспроводного оборудования мажет быть проверена, быстра и эффективна с помощью подключенных беспроводных скане­ров. Беспроводные ценники с жидкокристаллическими дисплеями помо­гают быстра и эффективна устранить ценовое несоответствие между товарами на прилавке и новыми ценами.

Рынок беспроводных услуг быстро развивается, потому что обнаруживаются несомненные выгоды использования беспроводных сетей. Основываясь на исследованиях фирм Frast и Sullivan, в 2005 году беспроводная индустрия заработала 1,6 миллиарда долларов. Беспровод­ные сети были развернуты на производственных предприятиях, складах и в домашних условиях. Будущее беспроводных технологий находится в оздоровительных заведениях, институтах и корпоративных офисных зданиях. Для развертывания беспроводных сетей наилучшим образам подходят корпоративные конференцзалы, публичные территории и офисы.

Трудно противостоять выгодам, обеспечиваемым беспроводными сетя­ми. От General Matоrs и да United Parcel- Service, все компании пользуются Wi-Fi для выполнения сложных задач на заводах, в автомобильных перевоз­ках, складах и даже госпиталях.

Беспроводные сети выгодны для IТ-менеджеров, так как позволяют им проектировать, устанавливать и расширять сети без необходимости проклад­ки кабельных линий связи. Эта выгодно с двух сторон: удобство и стоимость. 3Саm в 2000 году утверждала, что выгоды развертывания беспроводной сети для каждого пользователя составят 16 000 долларов по сравнению с проклад­кой проводных сетей.

Преимущества работы беспроводной сети:

- мобильность, которая увеличивает продуктивность работы путем доступа к необходимым ресурсам в реальном времени. Быстрая и более эффек­тивная работа вне зависимости от положения пользователя;

- выгодная с финансовой точки зрения установка сети для локаций, в ко­торых сложно прокладывать кабели, таких как старые здания, структуры со сплошными стенами и заводы;

- уменьшение стоимости для владельца - при изменении адреса офиса нет необходимости прокладывать кабели, что положительно сказывается на стоимости подключения каждого пользователя.

Список возможных преимуществ беспроводной сети ограничивается только воображением разработчика.

Беспроводные сети позволяют сделать Интернет общедоступным. Сово­купность беспроводных точек доступа Wi-Fi расширит диапазон использова­ния сетей, изменив саму ее природу. По сравнению с проводными сетями доступ в Интернет с помощью Wi-Fi стоит в четыре раза дешевле.

Дата добавления: 2014-11-08