Беспроводные сети
За последние годы рынок мобильных устройств, таких как PDA (Personal Digital Assistant, личный цифровой секретарь) и мобильные компьютеры, претерпел огромные изменения. Наблюдается четкая тенденция к развитию, а следовательно, и к повсеместному внедрению и удешевлению большинства устройств, бывших ранее в определенной степени элитными аксессуарами.
Портативные ноутбуки и PDA в настоящее время стали как повседневным рабочим инструментом, так и средством развлечения. С увеличением числа мобильных пользователей возникает острая необходимость в оперативном осуществлении коммуникаций между ними, в обмене данными, в быстром получении информации.
Неудивительно, что происходит интенсивное развитие рынка технологий беспроводных коммуникаций. Особенно это актуально в отношении беспроводных сетей, или так называемых WLAN-сетей (Wireless Local Area Network, беспроводная локальная сеть).
WLAN-сети имеют ряд преимуществ перед обычными кабельными сетями:
- WLAN-сеть можно очень быстро развернуть, что очень удобно при проведении презентаций или в условиях работы вне офиса;
- пользователи мобильных устройств при подключении к локальным беспроводным сетям могут легко перемещаться в рамках действующих зон сети;
- скорости современных сетей довольно высоки (порядка 108 Мбит/с), что позволяет использовать их для очень широкого спектра задач;
- с помощью дополнительного оборудования беспроводная сеть может быть успешно соединена с кабельными сетями;
- WLAN-сеть может оказаться единственным выходом, если невозможна прокладка кабеля для обычной сети.
Специфика подобных сетей заключается в том, что при выборе оборудования факторы надежности, безопасности и масштабируемости отходят на второй план. Основными становятся вопросы стоимости оборудования и простоты настройки и обслуживания. Беспроводные сети все чаще и чаще используются для организации домашних и мелких офисных сетей с последующим подключением к глобальной сети Интернет с помощью технологии ADSL или тех же беспроводных технологий Radio-Ethernet или WiMAX.
В зависимости от способа подключения к Интернету центральным устройством такой беспроводной сети может стать модем со встроенной точкой доступа или беспроводной маршрутизатор. В первом случае подразумевается, что подключение организовано по технологии ADSL. Второй вариант подойдет практически для любого другого способа подключения, лиш бы Интернет был доступен на выходе устройства с портом Ethernet (рис 1.3, рис. 1.4).
Обычно и ADSL-модемы с точкой доступа, и беспроводные маршрутизаторы имеют встроенный Ethernet-коммутатор (как правило, на 4 порта), который при необходимости можно использовать для подключения проводных устройств.
Дня увеличения площади покрытия беспроводной сети, а также для увеличения возможного количества пользователей сеть может расширяться путем установки дополнительных точек доступа.
Теоретически каждая точка доступа Wi-Fi может поддерживать до 2048 беспроводных клиентских устройств. На практике из-за того, что доступная полоса пропускания делится между всеми одновременно работающими пользователями, приходится ограничиваться 10-20 пользователями на одну точку доступа — в зависимости от конкретных требований к скорости обмена данными.
В настоящее время широкое распространение получили три технологии построения беспроводных сетей: Технология Radio-Ethernet, WiMax и Wi-Fi.
Однако если первые две ориентированы в основном на организацию капала подключения к провайдерам интернет-услуг, то Wi-Fi была изначально ориентирована на организацию SOHO (Small Office — Home Office) сетей.
На данный момент существует четыре основных стандарта Wi-Fi:
- IEEE 802.11 — 1 Мбит/с и 2 Мбит/с, 2,4 ГГц;
- IEEE 802.11a — 54 Мбит/с, 5 ГГц;
- IEEE 802.11b — дополнение к 802.11 для поддержки 5,5 Мбит/с и 11 Мбит/с;
- IEEE 802.11g — 54 Мбит/с, 2,4 ГГц стандарт (обратная совместимость с b);
- IEEE 802.11n — скорость передачи данных до 600 Мбит/с. 2.4-2,5 или 5 ГГц. Обратная совместимость с 802.11 a/b/g. Используется и устройствах D-Link, Cisco и Apple.
Топологии беспроводных сетей
Существуют следующие топологии беспроводных сетей:
Одноранговая (Ad-hoc) — два и более беспроводных адаптера соединены по принципу точка-точка. Ad-hoc сети представляют собой децентрализованные беспроводные сети, не имеющие постоянной структуры. Клиентские устройства соединяются на лету образуя собой сеть. Каждый узел сети пытается переслать данные, предназначенные другим узлам. При этом определение того, какому узлу пересылать данные, производится динамически, на основании связности сети.
Инфраструктура — несколько точек доступа, объединяющих беспроводные устройства, соединены между собой либо выделенной точкой доступа, либо с помощью выделенного радиодиапазона, если эти точки доступа двухдиапазонные.
Компьютерные сети
Топологии беспроводных сетей
Режим независимой конфигурации Ad-Hoc (рис. 1), который часто называют«точка-точка» или независимым базовым набором служб (Independent Basic Service Set, IBSS), – первый из появившихся и самый простой в применении. Соответственно беспроводная сеть, построенная с применением независимой конфигурации, – самая простая в построении и настройке.
Рис. 1. Режим независимой конфигурации(Ad-Hoc)
Для объединения компьютеров в беспроводную сеть в данном режиме достаточно, чтобы каждый из них имел адаптер беспроводной связи. Как правило, такими адаптерами изначально оснащают переносные компьютеры, что вообще сводит построение сети только к настройке доступа к ней. Обычно такой способ организации используют, если сеть строится хаотично или временно, а также если другой способ построения не требуется или не подходит по разного рода соображениям. Например, если скорость передачи между подключенными компьютерами всех устраивает, то не имеет смысла усложнять сеть, тем самым увеличивая расходы на ее расширение и обслуживание. Режим независимой конфигурации хотя и прост в построении, но имеет ряд недостатков, главными из которых являются малый радиус действия сети и низкая помехоустойчивость, что накладывает свои ограничения на место расположения компьютеров сети. Кроме того, если нужно подключиться к внешней сети или к Интернету, то сделать это будет достаточно сложно.
Инфраструктурная конфигурация, или, как ее еще часто называют, режим «клиент/сервер», – более перспективный и быстроразвивающийся вариант беспроводной сети. Инфраструктурная конфигурация имеет много плюсов, главными из которых являются возможность подключения достаточно большого количества пользователей, более высокая помехоустойчивость, высокий уровень безопасности и многое другое. Кроме того, при необходимости к такой сети очень легко подключить проводные сегменты. Для организации беспроводной сети с использованием инфраструктурной конфигурации, кроме адаптеров беспроводной связи, установленных на компьютерах, также необходимо иметь как минимум одну точку доступа (Access Point) (рис. 2).
Рис. 2. Точка доступа (Access Point)
В этом случае конфигурация носит название базового набора служб (Basic Service Set, BSS). Точка доступа может работать как по прямому назначению, так и в составе проводной сети и служить в качестве моста между проводным и беспроводным сегментами сети. При такой конфигурации компьютеры «общаются» только с точкой доступа, которая и руководит передачей данных между ними (рис. 3) (в проводной сети аналогом является концентратор).
Рис. 3 Инфраструктурная конфигурация, базовый набор служб
Конечно, одной точкой доступа сеть может не ограничиваться, что и случается при росте сети – базовые наборы служб образуют единую сеть, конфигурация которой носит название расширенного набора служб (Extended Service Set, ESS). В этом случае точки доступа обмениваются между собой информацией, передаваемой через проводное соединение (рис. 4) или через радиомосты, что позволяет эффективно организовывать трафик в сети между ее сегментами (фактически, точками доступа).
Рис. 4. Инфраструктурная конфигурация, расширенный набор служб
— Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развертывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.
— Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.
— Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.
— Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на два порядка (в 100 раз) меньше, чем у сотового телефона.
— В диапазоне 2.4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др, и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.
— Реальная скорость передачи данных в Wi-Fi сети всегда ниже максимальной скорости, заявляемой производителями Wi-Fi оборудования. Реальная скорость зависит от многих факторов: наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств относительно друг друга и т.п.
— Количество одновременно-наблюдаемых Wi-Fi сетей в одной точке не может быть больше количества используемых каналов, то есть 13 каналов/сетей (в России данное ограничение все чаще ощущается в многоквартирных домах).
— Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть еще один канал в верхней части диапазона, а другие страны, напримерИспания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Беларусь и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.
— Как было упомянуто выше — в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.
— Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA2. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 года сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения. На данный момент основным методом взлома WPA2 является подбор пароля, поэтому рекомендуется использовать сложные цифро-буквенные пароли для того, чтобы максимально усложнить задачу подбора пароля.
— В режиме ad-hoc стандарт предписывает лишь реализовать скорость 11 Мбит/сек (802.11b). Шифрование WPA2 недоступно, только легковзламываемый WEP.