Беспроводные компьютерные сети Введение
Беспроводные сети широко распространены в западных странах. Там они, как правило, применяются как корпоративные сети внутри зданий, на территории промышленного предприятия, а так же для связи удаленных отделений между собой.
В России большинство беспроводных сетей работает вне зданий, обеспечивая услугами скоростной передачи данных пользователей, разбросанных на расстоянии в несколько километров и даже десятков километров. Беспроводная локальная сеть зачастую является единственным экономически оправданным решением – когда кабельная система отсутствует или низкого качества.
Средства и системы беспроводной связи используются в сетях, включающих также и проводные (кабельные) средства, и дают возможность удобно, быстро и экономично решить проблемы, возникающие в процессе решения и модернизации чисто кабельных сетей. Беспроводные средства связи следует считать не полной альтернативой кабельным сетям, а лишь альтернативной технологией для реализации отдельных сегментов (или целых уровней) в проектируемой, расширяемой или модернизируемой локальной компьютерной сети.
Что такое беспроводные вычислительные сети
Беспроводные компьютерные сети – это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей (например, Ethernet), без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ-диапазона.
Сеть, развернутая в соответствии со стандартом “RadioEthernet”, представляет собой аналог обычной кабельной сети Ethernet с коллизионным механизмом доступа к среде передачи данных. Разница состоит только в характере этой среды. Radio Ethernet полностью обеспечивает все потребности беспроводной передачи данных внутри помещений.
При наружном применении RadioEthernet очень удобно использовать сети на “последней миле” взамен кабельной, то есть – для соединения между абонентом и ближайшим узлом опорной сети. При этом реальная протяженность “последней мили” может быть от нескольких сотен метров до 20÷30 км и ограничена лишь наличием прямой видимости.
Беспроводные сети можно развертывать без разрешения Связьнадзора на использование частот, достаточно просто зарегистрировать такую сеть.
Беспроводная одноранговая локальная сеть предназначена для быстрого развертывания временных сетей на выставках, в процессе проведения различных семинаров и совещаний, а также в офисах малых компаний. Все компьютеры сети оснащаются беспроводными сетевыми адаптерами (внешними с интерфейсом USB, или внутренними с интерфейсом PCI), работающими в диапазоне 2,4 ГГц в соответствии со стандартом IEEE 802.11.
Сеть проста в установке и работоспособна сразу после инсталляции драйверов. Дальность действия – от 30 до нескольких сот метров. Максимальная скорость передачи данных – 54 Мбит/сек. Сеть поддерживает мобильность абонентов в пределах зоны действия сети, а также защиту канала в соответствии с алгоритмом WEP (Wired Equivalent Privacy).
Если развертываемая сеть достаточно крупная, то оптимальным решением в этих ситуациях является развертывание многосотовой беспроводной сети инфраструктурной топологии.
Сеть состоит из нескольких беспроводных сот, в центре которых находятся точки доступа, объединенные единственным проводным каналом. Такая сеть обеспечивает наивысшую производительность, свободное перемещение пользователей в пределах зон радиовидимости точек доступа и обеспечивает безопасность на уровне проводных каналов.
Беспроводные компьютерные сети
К беспроводным компьютерным сетям относятся сети, не использующие для передачи информации специальные проводные каналы связи.
Беспроводные компьютерные сети бывают двух типов:
- сети, использующие для передачи информации радиоканалы связи;
- сети, использующие для передачи информации линии электропитания.
- для создания временных сетей на период проведения различных мероприятий;
- в производственных и складских помещениях;
- в больничных помещениях;
- в музеях и исторических зданиях;
- для удобства пользователей мобильных сетей;
- для организации компьютерной сети с отдельными удаленными (200 м и более) компьютерами, когда проводка кабеля экономически неоправданна.
Беспроводные радиоинтерфейсы компьютерных сетей
- Bluetooth — для беспроводных персональных сетей (WPAN—WirelessPersonalAreaNetwork). Сети WPAN имеют небольшой радиус действия — до 15 м; обеспечивают обмен информацией между ПК, КПК, коммуникаторами, связь с мобильными принтерами, сотовыми телефонами в небольших рабочих группах или в домашних условиях. WPAN устраняет проблемы с обилием проводов и кабелей в офисах и квартирах.
- WiFi— для WPAN и WirelessLocalAreaNetwork(WLAN); радиус действия — до 100 м, обеспечивается беспроводной доступ к корпоративным сетям, к групповым ресурсам в университетском кампусе, здании, доступ к сети Интернет.
- WiMax — для Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) и Wireless WideArea Network (WWAN);
- WiBro — для Wireless Metropolitan Area Network (WMAN). Эти сети обеспечивают беспроводной доступ к региональным и глобальным сетям, к сетям сотовой телефонии и персональной спутниковой связи.
3.2.2. Беспроводные сети
Беспроводные сети используются там, где прокладка кабелей затруднена, нецелесообразна или просто невозможна. Например, в исторических зданиях, промышленных помещениях с металлическим или железобетонным полом, в офисах, полученных в краткосрочную аренду, на складах, выставках, конференциях и т.п.
этих случаях сеть реализуется при помощи сетевых радио-адаптеров, снабжённых всенаправленными антеннами и использующих в качестве среды передачи информации радиоволны. Такая сеть реализуется топологией “Все-Со-Всеми” и работоспособна при дальности 50–200 м.
Д ля связи между беспроводной и кабельной частями сети используется специальное устройство, называемое точкой входа (или радиомостом). Можно использовать и обычный компьютер, в котором установлены два сетевых адаптера — беспроводной и кабельный.
Д ругой важной областью применения беспроводных сетей является организация связи между удалёнными сегментами локальных сетей при отсутствии инфраструктуры передачи данных (кабельных сетей общего доступа, высококачественных телефонных линий и др.), что типично для нашей страны. В этом случае для наведения беспроводных мостов между двумя удалёнными сегментами используются радиомосты с антенной направленного типа.
Топология типа «звезда»
Если в сеть нужно объединить несколько сегментов, то используется топология типа “звезда”. При этом в центральном узле устанавливается всенаправленная антенна, а удалённых узлах — направленные. Сети звездообразной топологии могут образовывать сети разнообразной конфигурации.
Сетевая магистраль с беспроводным доступом позволяет отказаться от использования медленных модемов.
3.3.Логическая структуризация сети
Физическая структуризация сети полезна во многих отношениях, однако в ряде случаев, обычно относящихся к сетям большого и среднего размера, невозможно обойтись без логической структуризации сети. Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, остается проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети.
В большой сети естественным образом возникает неоднородность информационных потоков: сеть состоит из множества подсетей рабочих групп, отделов, филиалов предприятия и других административных образований. Очень часто наиболее интенсивный обмен данными наблюдается между компьютерами, принадлежащими к одной подсети, и только небольшая часть обращений происходит к ресурсам компьютеров, находящихся вне локальных рабочих групп
Но независимо от того, как распределяются внешний и внутренний трафик, для повышения эффективности работы сети неоднородность информационных потоков необходимо учитывать.
Сеть с типовой топологией (шина, кольцо, звезда), в которой все физические сегменты рассматриваются в качестве одной разделяемой среды, оказывается неадекватной структуре информационных потоков в большой сети. Например, в сети с общей шиной взаимодействие любой пары компьютеров занимает ее на все время обмена, поэтому при увеличении числа компьютеров в сети шина становится узким местом. Компьютеры одного отдела вынуждены ждать, когда окончит обмен пара компьютеров другого отдела, и это при том, что необходимость в связи между компьютерами двух разных отделов возникает гораздо реже и требует совсем небольшой пропускной способности.
Э 
тот случай иллюстрирует на данном рисунке. Здесь показана сеть, построенная с использованием концентраторов. Пусть компьютер А, находящийся в одной подсети с компьютером В, посылает ему данные. Несмотря на разветвленную физическую структуру сети, концентраторы распространяют любой кадр по всем ее сегментам. Поэтому кадр, посылаемый компьютером А компьютеру В, хотя и не нужен компьютерам отделов 2 и 3, в соответствии с логикой работы концентраторов поступает на эти сегменты тоже. И до тех пор, пока компьютер В не получит адресованный ему кадр, ни один из компьютеров этой сети не сможет передавать данные.
Такая ситуация возникает из-за того, что логическая структура данной сети осталась однородной — она никак не учитывает увеличение интенсивности трафика внутри отдела и предоставляет всем парам
компьютеров равные возможности по обмену информацией
Физическая структуризация с помощью мостов. .
Решение проблемы состоит в отказе от идеи единой однородной разделяемой среды. Например, в примере Физическая структуризация с помощью концентратора желательно было бы сделать так, чтобы кадры, которые передают компьютеры отдела 1, выходили бы за пределы этой части сети в том и только в том случае, если эти кадры направлены какому-либо компьютеру из других отделов. С другой стороны, в сеть каждого из отделов должны попадать те, и только те кадры, которые адресованы узлам этой сети. При такой организации работы сети ее производительность существенно повыситься, так как компьютеры одного отдела не будут простаивать в то время, когда обмениваются данными компьютеры других отделов.
Для логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства, как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.
Мост (англ. Bridge) — связывает две локальные сети. Передаёт данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений. Ниже на рисунке показаны три локальные сети, соединённые двумя мостами.
Здесь мосты создали расширенную сеть, которая обеспечивает своим пользователям доступ к прежде недоступным ресурсам. Кроме этого, мосты могут фильтровать пакеты, охраняя всю сеть от локальных потоков данных и пропуская наружу только те данные, которые предназначены для других сегментов сети.
Соединение локальных сетей посредством мостов
Маршрутизатор (англ. Router) объединяет сети с общим протоколом более эффективно, чем мост. Он позволяет, например, расщеплять большие сообщения на более мелкие куски, обеспечивая тем самым взаимодействие локальных сетей с разным размером пакета.
Маршрутизатор может пересылать пакеты на конкретный адрес (мосты только отфильтровывают ненужные пакеты), выбирать лучший путь для прохождения пакета и многое другое. Чем сложней и больше сеть, тем больше выгода от Соединение локальных сетей посредством маршрутизатора
Другой очень важной функцией маршрутизаторов является их способность связывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий, например Ethernet и Х.25.
Мостовой маршрутизатор (англ. Brouter) — это гибрид моста и маршрутизатора, который сначала пытается выполнить маршрутизацию, где это только возможно, а затем, в случае неудачи, переходит в режим моста.
Шлюз (англ. GateWay), в отличие от моста, применяется в случаях, когда соединяемые сети имеют различные сетевые протоколы. Поступившее в шлюз сообщение от одной сети преобразуется в другое сообщение, соответствующее требованиям следующей сети. Таким образом, шлюзы не просто соединяют сети, а позволяют им работать как единая сеть. C помощью шлюзов также локальные сети подсоединяются к мэйнфреймам — универсальным мощным компьютерам.
Коммутатор (switch, switching hub) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы — это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.