Организация беспроводных сетей
Аннотация: Лекция знакомит читателя с основами беспроводных сетей передачи данных, с технологией Wi-Fi и ее преимуществами перед обычными кабельными сетями. Рассматриваются основные элементы сети и их характеристики. Подробно описаны основы передачи данных в беспроводных сетях, технологии модуляции сигналов. Не оставлены без внимания вопросы, связанные с методами доступа к среде в беспроводных сетях, технологией расширенного спектра. Большое внимание уделено кодированию и защите от ошибок, как наиболее важному элементу при понимании технологии беспроводных локальных сетей.
Что такое Wi-Fi?
WI-FI — это современная беспроводная технология соединения компьютеров в локальную сеть и подключения их к Internet . Именно благодаря этой технологии Internet становится мобильным и дает пользователю свободу перемещения не то что в пределах комнаты, но и по всему миру.
Представьте себе такую картину: вы пользуетесь своим компьютером так же, как сейчас — мобильным телефоном; вам не нужны провода, вы можете взять свой ноутбук в любую точку Москвы и войти в Internet практически отовсюду. Это — ближайшее будущее.
Под аббревиатурой «Wi-Fi» (от английского словосочетания » Wireless Fidelity «, которое можно дословно перевести как «высокая точность беспроводной передачи данных») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.
С увеличением числа мобильных пользователей возникает острая необходимость в оперативном создании коммуникаций между ними, в обмене данными, в быстром получении информации. Поэтому естественным образом происходит интенсивное развитие технологий беспроводных коммуникаций. Особенно это актуально в отношении беспроводных сетей, или так называемых WLAN -сетей ( Wireless Local Area Network ). Сети Wireless LAN — это беспроводные сети (вместо обычных проводов в них используются радиоволны). Установка таких сетей рекомендуется там, где развертывание кабельной системы невозможно или экономически нецелесообразно.
Беспроводные сети особенно эффективны на предприятиях, где сотрудники активно перемещаются по территории во время рабочего дня с целью обслуживания клиентов или сбора информации (крупные склады, агентства, офисы продаж, учреждения здравоохранения и др.).
Благодаря функции роуминга между точками доступа пользователи могут перемещаться по территории покрытия сети Wi-Fi без разрыва соединения.
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;
- скорость современных сетей довольно высока, что позволяет использовать их для решения очень широкого спектра задач;
- WLAN -сеть может оказаться единственным выходом, если невозможна прокладка кабеля для обычной сети.
Вместе с тем необходимо помнить об ограничениях беспроводных сетей. Это, как правило, все-таки меньшая скорость, подверженность влиянию помех и более сложная схема обеспечения безопасности передаваемой информации.
Сегмент Wi-Fi сети может использоваться как самостоятельная сеть , либо в составе более сложной сети, содержащей как беспроводные, так и обычные проводные сегменты . Wi-Fi сеть может использоваться:
- для беспроводного подключения пользователей к сети;
- для объединения пространственно разнесенных подсетей в одну общую сеть там, где кабельное соединение подсетей невозможно или нежелательно;
- для подключения к сетям провайдера Internet-услуги вместо использования выделенной проводной линии или обычного модемного соединения.
Основные элементы сети
Для построения беспроводной сети используются Wi-Fi адаптеры и точки доступа.
Адаптер ( рис. 1.1 ) представляет собой устройство, которое подключается через слот расширения PCI , PCMCIA , CompactFlash . Существуют также адаптеры с подключением через порт USB 2.0. Wi-Fi адаптер выполняет ту же функцию, что и сетевая карта в проводной сети. Он служит для подключения компьютера пользователя к беспроводной сети. Благодаря платформе Centrino все современные ноутбуки имеют встроенные адаптеры Wi-Fi, совместимые со многими современными стандартами. Wi-Fi адаптерами, как правило, снабжены и КПК (карманные персональные компьютеры), что также позволяет подключать их к беспроводным сетям.
Для доступа к беспроводной сети адаптер может устанавливать связь непосредственно с другими адаптерами. Такая сеть называется беспроводной одноранговой сетью или Ad Hoc («к случаю»). Адаптер также может устанавливать связь через специальное устройство — точку доступа. Такой режим называется инфраструктурой.
Для выбора способа подключения адаптер должен быть настроен на использование либо Ad Hoc, либо инфраструктурного режима.
Точка доступа ( рис. 1.2) представляет собой автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемно-передающим устройством.
Через точку доступа осуществляется взаимодействие и обмен информацией между беспроводными адаптерами, а также связь с проводным сегментом сети. Таким образом, точка доступа играет роль коммутатора.
Точка доступа имеет сетевой интерфейс ( uplink port ), при помощи которого она может быть подключена к обычной проводной сети. Через этот же интерфейс может осуществляться и настройка точки.
Точка доступа может использоваться как для подключения к ней клиентов (базовый режим точки доступа), так и для взаимодействия с другими точками доступа с целью построения распределенной сети ( Wireless Distributed System — WDS ). Это режимы беспроводного моста » точка-точка » и «точка — много точек», беспроводной клиент и повторитель .
Доступ к сети обеспечивается путем передачи широковещательных сигналов через эфир. Принимающая станция может получать сигналы в диапазоне работы нескольких передающих станций. Станция-приемник использует идентификатор зоны обслуживания ( Service Set IDentifier — SSID ) для фильтрации получаемых сигналов и выделения того, который ей нужен.
Зоной обслуживания ( Service Set — SS) называются логически сгруппированные устройства, обеспечивающие подключение к беспроводной сети.
Базовая зона обслуживания ( Basic Service Set — BSS ) — это группа станций, которые связываются друг с другом по беспроводной связи. Технология BSS предполагает наличие особой станции, которая называется точкой доступа ( access point ).
Для более полного понимания работы беспроводных устройств обратимся к следующему разделу.
Беспроводные сети wifi
Для построения беспроводной сети используются Wi-Fi – адаптеры и точки доступа. Адаптер (рисунок 3.1.1) представляет собой устройство, подключающееся через слот расширения PCI, PCMCI, CompactFlash. Существуют также адаптеры с подключением через порт USB 2.0. Wi-Fi–адаптер выполняет ту же функцию, что и сетевая карта в проводной сети. Он служит для подключения компьютера пользователя к беспроводной сети. Благодаря платформе Centrino все современные ноутбуки имеют встроенные адаптеры Wi-Fi, которые совместимы со многими современными стандартами. Wi-Fi- адаптерами, как правило, снабжены и КПК (карманные персональные компьютеры), что также позволяет подключать их к беспроводным сетям. 
Рисунок 3.1.1. Адаптеры Для доступа к беспроводной сети адаптер может устанавливать связь непосредственно с другими адаптерам. Такая сеть называется беспроводнойодноранговой сетью или AdHoc (в переводе «к случаю»). Адаптер может также устанавливать связь через специальное устройство – точкудоступа. Такой режим называется инфраструктурой. Для выбора способа подключения адаптер должен быть настроен либо на использование Ad Hoc, либо инфраструктурного режима. Точка доступа (рис. 3.1.2) представляет собой автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемно-передающим устройством. Через точку доступа осуществляется взаимодействие и обмен информацией между беспроводными адаптерами, а также связь с проводным сегментом сети. Таким образом, точка доступа играет роль коммутатора. 
Рис. 3.1.2 Точка доступа Точка доступа имеет сетевой интерфейс (uplink port), при помощи которого эта точка может быть подключена к обычной проводной сети. Через этот же интерфейс может осуществляться и настройка точки. Точка доступа может использоваться как для подключения к ней клиентов (базовый режим точки доступа), так и для взаимодействия с другими точками доступа для построения распределенной сети (Wireless Distributed System, WDS). Это режимы беспроводного моста «точка-точка» и «точка-много точек», беспроводный клиент и повторитель. Доступ к сети обеспечивается путем передачи широковещательных сигналов через эфир. Принимающая станция может получать сигналы в диапазоне работы нескольких передающих станций. Станция-приемник использует идентификатор зоны обслуживания (service set indentifier, SSID) для фильтрации получаемых сигналов и выделения того, который ей нужен. Зоной обслуживания (service set, SS) называются логически сгруппированные устройства, обеспечивающие подключение к беспроводной сети. Базовая зона обслуживания (basic service set, BSS) – это группа станций, связывающихся одна с другой по беспроводной связи. Технология BSS предполагает наличие особой станции, которая называется точкой доступа (access point). Для более подробного понимания работы беспроводных устройств обратимся к следующему разделу.
Простые беспроводные решения
Сайт проекта «Простые беспроводные решения» на движке WordPress
Основные элементы беспроводной локальной Wi-Fi сети
Основными элементами беспроводной локальной сети являются точки доступа и клиентские устройства. В состав беспроводной сети могут входить также контроллеры, система управления, серверы мобильных услуг и приложений, но эти элементы являются дополнительными и присутствуют далеко не в каждом проекте.
Название «точка доступа» говорит само за себя. Это устройство предоставляет клиентским устройствам доступ к услугам беспроводной сети. Именно к этому устройству подключаются клиенты для того, чтобы воспользоваться сетевыми услугами и приложениями. Технари назвали бы это устройство «мостом». Но и не для технарей название «мост» является удачным. Потому что одна ее сторона, «проводная» — подключается к проводной сети; вторая, «беспроводная» — является приемопередатчиком, который передает и принимает информацию без проводов. А внутри точки доступа обе эти стороны объединяются, давая возможность передачи информации «как по мосту» из беспроводной среды в проводную, и наоборот.
Точка доступа обычно располагается в прямоугольном корпусе, который имеет внешние антенны и гнездо подключения к проводной сети Ethernet. Иногда еще разъем электропитания, но часто она получает электропитание по Ethernet кабелю (PoE). Также бывают точки доступа со встроенными антеннами.
Клиентские устройства представляют собой практически идентичные точкам доступа приемопередатчики. Однако зачастую в силу требований компактности и малого энергопотребления обладают меньшей мощностью и менее эффективной антенной. Как правило, подключаются к внутренней шине передачи данных мобильного устройства и не имеют порта Ethernet. Могут быть внешними и подключаться по стандартному интерфейсу типа USB, PCMCIA, PCI.
Каждый приемопередатчик, в точке доступа или в клиентском устройстве ограничен по мощности излучения действующими нормами, поэтому они могут связываться только на ограниченном расстоянии. Обычно это расстояние измеряется десятками метров. В силу ограниченности зоны действия одной точки доступа, для надежного покрытия большой площади требуется установить несколько точек доступа, а для надежного бесшовного роуминга клиентов сети, требуется еще и обеспечить перекрытие зон соседних точек.
Зачастую точки доступа, создающие радиопокрытие сети, размещаются на потолке. Возможны варианты размещения их на стенах, под панелями подвесного потолка, на столе и более экзотичные. Места размещения точек доступа выбираются не случайно, их оптимальное размещение выбирается при помощи процедуры планирования беспроводной сети.
Различные способы объединения точек доступа в единую сеть рассмотрены здесь.