Топологии беспроводных локальных сетей

Беспроводные локальные сети

Беспроводная локальная сеть ( WLAN ) — локальная сеть, в которой соединения между сетевыми устройствами выполнялись без использования проводов. Термин Wi-Fi (хотя первоначально это было название только одного продукта, использующего определенный стандарт WLAN) используется в качестве синонима для термина WLAN.

Характеристики

Эти типы сетей чаще всего создаются с использованием микроволн в качестве среды передачи сигнала, а также с использованием инфракрасного излучения . Они разработаны на основе стандарта IEEE 802.11 , который описывает физический и MAC- уровни.
Для связи через микроволны используется диапазон 2,4 ГГц [в стандартах: 802.11, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac и 802.15.1 (bluetooth)] или 5 ГГц (в стандартах 802.11a, 802.11n, 802.11 переменный ток). В Европе полоса 2,4 ГГц разделена на 13 каналов в диапазоне 2400–2483,5 МГц с шагом 5 МГц (центральная частота первого канала составляет 2412 МГц). Однако полоса пропускания, занимаемая одной сетью, составляет около 20 МГц, поэтому на практике только три сети могут работать без взаимных помех, поскольку каналы перекрываются. Каждый канал имеет свою собственную несущую частоту , которая модулируется при передаче информации.
Скорость передачи данных зависит от используемого стандарта и расстояния между используемыми устройствами и обычно составляет 11 (802.11b) или 54, 108 (802.11a / g) Мбит / с .

Вся инфраструктура беспроводных сетей состоит из следующих элементов:

сетевые карты — обычно PCI , USB или PCMCIA
точки доступа
антенна
кабели, разъемы, адаптеры , антенные разветвители , терминаторы
Безопасность
WEP-шифрование использовалось как стандартная защита данных в беспроводных сетях. Длина ключа от 40 до 104 бит замедляет передачу. Пользователь должен знать пароль, на основании которого будет сгенерирован ключ. Без ключа пользователь не сможет подключиться к беспроводной сети.

Из-за известных недостатков WEP-шифрования в настоящее время используется WPA или WPA2 .

Совместимость с беспроводными и проводными сетями
Кабельные и беспроводные сети могут использоваться вместе (например, две кабельные сети, подключенные по беспроводной сети, компьютер, подключенный по беспроводной сети к проводной сети или наоборот). Это возможно благодаря внешним беспроводным сетевым картам, подключенным к разъему RJ-45 (их можно подключить к любому устройству, а не только компьютеру), беспроводному маршрутизатору с разъемами RJ-45 и т.д.

Преимущества

мобильность — терминалы могут перемещаться
простая установка — нет необходимости прокладывать кабели
гибкость — простое добавление новых терминалов
дальность действия — от нескольких метров (в зданиях) до нескольких десятков километров
быстрое расширение и модификация структуры сети

Недостатки.

частая несовместимость решений разных производителей
более низкий уровень безопасности, чем у проводных решений
низкая скорость передачи данных до времени стандарта 802.11n
помехи в сети
меньшая стабильность соединения

Места все более распространенных установок беспроводной сети:

транспорт — обмен информацией при перевозке грузов, перемещении товаров, обновлении дорожных знаков и т. д.
торговля — быстрые изменения в организации интерьера
здравоохранение — возможность для врачей и персонала получать быстрый доступ к данным пациента и пользоваться консультациями, а также удаленное использование медицинского оборудования с компьютерным управлением
финансовые услуги — простая организация банковских услуг и коммерческих операций
образование — наличие университетских компьютеров из разных точек университета
производство — возможность удаленно контролировать работу роботов

Топология беспроводной сети

Беспроводные локальные сети — это решение для использования в домах и небольших офисах, где необходимо подключить компьютеры, принтеры, мультимедийные устройства, игровые приставки и модемы. Беспроводные устройства устраняют необходимость в проводке.
В настоящее время среди беспроводных сетей мы можем выделить два основных типа топологии, а именно:

Топология звезды

Наиболее широко используемой топологией (в беспроводных сетях) сегодня является топология типа «звезда». Для связи используется одна центральная база (точка доступа). Информационный пакет отправляется с сетевого узла и принимается на центральной станции и направляется через него на соответствующий узел. Сети, построенные в этой топологии, имеют большой потенциал и эффективны. Использование точки доступа увеличивает максимальное расстояние между станциями (компьютерами), а также позволяет подключать проводную локальную сеть к беспроводной локальной сети. Сеть, построенная на основе этой топологии, может быть расширена практически по желанию путем подключения большего количества точек доступа.

Топология решетки

Топология «решетки» отличается от топологии «звезда» и представляет немного другой тип архитектуры сети. В ячеистых сетях отдельные узлы (точки доступа) не связываются с другими узлами через центральные точки переключения, а обмениваются данными с ними напрямую или через другие узлы, которые являются частью сетки. Коммутируемые сети устанавливать не нужно, поскольку решения для точек доступа принимаются самими точками доступа с помощью специального программного обеспечения. Протоколы играют центральную роль в ячеистых сетях, которые автоматически обнаруживают узлы и определяют топологию всей среды.

Сетевые ЛВС чаще всего основаны на технологии 802.11 (a, b или g), но они также могут использовать любую радиотехнологию, такую как UltraWideband или 802.15.4. Важно, чтобы в этой ситуации протоколы не поглощали слишком большую пропускную способность сети (не более 2 процентов). Все задачи, связанные с определением топологии и выбором пути, выполняются в фоновом режиме, и каждый узел создает свой собственный список, который содержит смежные узлы и другую информацию, необходимую для отправки пакетов. Если конфигурация сети изменяется, то есть прибывает новый узел или «выпадает» существующий узел из топологии, список автоматически изменяется, всегда отражая текущее состояние сети. Преимущество ячеистых сетей состоит в том, что их можно быстро и легко расширять. Просто добавьте больше узлов, а остальные автоматически выполняются специальными программами, расположенными в точках доступа.

Типы беспроводных сетей

Режим Ad-hoc (также называемый IBSS — независимый базовый набор услуг ) — в этом случае все сетевые устройства обмениваются данными друг с другом напрямую (если это позволяет диапазон радиосвязи) — не использует точки доступа.
Режим инфраструктуры (также называемый стационарным) — использует точки доступа (AP); все устройства обмениваются данными только с точкой доступа, которая действует как шлюз (для проводной сети) и обеспечивает связь между устройствами беспроводной сети.
Признание патента для WLAN
2 апреля 2012 года австралийское правительственное исследовательское агентство CSIRO выиграло патентную заявку в США на патент на WLAN

Источник

Топологии беспроводных сетей

Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей — работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т.п.) и соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети). Для организации беспроводной сети в замкнутом пространстве применяются передатчики со всенаправленными антеннами. Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети — Ad-hoc и клиент/сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый называемый «точка-точка») — это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент/сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент/сервер. Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство — 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала, — 100 м, офис из нескольких комнат — 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа. Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн — до 50 км). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). Комплексы для объединения локальных сетей по топологии делятся на «точку-точку» и «звезду». При топологии «точка-точка» (режим Ad-hoc в IEEE 802.11) организуется радиомост между двумя удаленными сегментами сети. При топологии «звезда» одна из станций является центральной и взаимодействует с другими удаленными станциями. При этом центральная станция имеет всенаправленную антенну, а другие удаленные станции — однонаправленные антенны. Применение всенаправленной антенны в центральной станции ограничивает дальность связи дистанцией примерно 7 км. Поэтому, если требуется соединить между собой сегменты локальной сети, удаленные друг от друга на расстояние более 7 км, приходится соединять их по принципу «точка-точка». При этом организуется беспроводная сеть с кольцевой или иной, более сложной топологией.

Особенности технологии Wi Fi

— Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания 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[5].

— 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 всё 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 ещё 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[6].

— Как было упомянуто выше — в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.[7]

— Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан[8] 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)[9]. Шифрование WPA(2) недоступно, только легковзламываемый WEP.

Источник