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
Беспроводные точки доступа могут быть настроены для работы в не инфраструктурных режимах, когда обычный BSS не может обеспечить необходимую функциональность. Далее рассмотрим наиболее распространенные топологии.
Ретранслятор (repeater)
Обычно каждая точка доступа в беспроводной сети имеет проводное соединение с DS (системой распределения) или коммутируемой инфраструктурой. Чтобы расширить зону покрытия беспроводной сети за пределы области действия обычной точки доступа (AP), можно добавить дополнительные точки доступа. Иногда бывают ситуации, когда невозможно выполнить проводное подключение к новой точке доступа, поскольку расстояние слишком велико для поддержки Ethernet-связи.
В этом случае можно добавить дополнительную точку доступа, настроенную в режиме ретранслятора. Беспроводной ретранслятор принимает сигнал, ретранслирует его в новой области ячейки, окружающей ретранслятор. Размещается ретранслятор на таком расстоянии от точки доступа, чтобы он все еще находился в пределах досягаемости как точки доступа, так и удаленного клиента, как показано на рисунке 1.
На рисунке показано увеличение диапазона точки доступа. Точка доступа соединена с коммутатором третьего уровня посредством кабеля. Диапазон точки доступа формирует базовый набор услуг (BSS). Клиент А подключен к точке доступа по беспроводной сети и находится в BSS. Ретранслятор помещается на удалении от точки доступа, но в пределах ее видимости так, чтобы он мог соединиться с удаленным клиентом B. Ретранслятор соединен с точкой доступа и клиентом B по беспроводной сети.
Если ретранслятор имеет один передатчик и приемник, он должен работать на том же канале, что и точка доступа. Это связано с тем, что сигнал точки доступа будет принят и ретранслирован повторителем для того, чтобы быть снова принятым точкой доступа. Ретранслятор в двое уменьшает эффективную пропускную способность, потому что канал будет занят в два раза дольше, чем раньше. В качестве средства защиты некоторые ретрансляторы могут использовать два передатчика и приемника, чтобы изолировать исходные и повторные сигналы на разных каналах. Одна пара передатчика и приемника предназначена для сигналов в ячейке точки доступа, в то время как другая пара предназначена для сигналов в собственной ячейке ретранслятора.
Мост рабочей группы (Workgroup)
Предположим, есть устройство, которое поддерживает проводную связь Ethernet, но не может работать в беспроводной сети. Например, некоторые мобильные медицинские устройства могут быть сконструированы только с проводным подключением. Хоть при наличии проводного подключения устройства к сети Ethernet, беспроводное соединение было бы гораздо более практичным. Для подключения проводного сетевого адаптера устройства к беспроводной сети используется мост рабочей группы (WGB).
Вместо того, чтобы обеспечить BSS для беспроводного обслуживания, WGB становится беспроводным клиентом BSS. Фактически WGB выступает в качестве внешнего адаптера беспроводной сети для устройства, которое не имеет такового. На рисунке 2, точка доступа обеспечивает BSS, где клиент А — это обычный беспроводной клиент, а клиент Б связан с точкой доступа через WGB.
На рисунке показано подключение проводного устройства через мост рабочей группы (WGB). Точка доступа соединена с коммутатором третьего уровня через кабель. Диапазон точки доступа формирует базовый набор услуг (BSS). Клиент А подключен к точке доступа по беспроводной связи. Клиент B в пределах BSS соединен с мостом рабочей группы, через кабель. Мост рабочей группы подключен к точке доступа по «воздуху».
- Универсальный мост рабочей группы (uWGB-Universal WORKGROUP BRIDGE): только одно проводное устройство может быть соединено с беспроводной сетью;
- Мост рабочей группы (WGB): проприетарный режим Cisco, который позволяет соединять несколько проводных устройств в беспроводную сеть
Открытый мост
Точка доступа может быть настроена в качестве моста для формирования единой беспроводной линии связи от одной локальной сети к другой на большом расстоянии. Данный тип подключения используется для связи между зданиями или между городами.
Если необходимо соединить две локальные сети, то можно использовать мостовую связь «точка-точка». На каждом конце беспроводной линии связи должна одна точка доступа, настроенная в режиме моста. Специальные антенны обычно используются с мостами для фокусировки их сигналов в одном направлении к антенне точки доступа. Это позволяет максимально увеличить расстояние между звеньями, как показано на рисунке 3.
На рисунке показан открытый мост «точка-точка». Два здания расположены на значительном расстоянии друг от друга. Сеть A соединена с мостом, который в свою очередь соединен с антенной на здании, через кабель. Сеть B соединена с другим мостом, который в свою очередь соединен с другой антенной в другом здании, так же через кабель. Между этими двумя зданиями настроена беспроводная связь, и сигналы фокусируются с помощью антенн.
Иногда сети нескольких подразделений компании должны быть объединены. Мостовая связь «точка-множественное подключение» (point-to-multipoint) позволяет соединять головной (центральный) офис с удаленными офисами. Мост головного офиса соединен с всенаправленной антенной, так что его сигнал передается одинаково во всех направлениях. Это позволяет передавать данные в удаленные офисы одновременно. Мосты на каждом из других участков могут быть соединены с направленной антенной, смотрящей на головной офис. На рисунке показано подключение point-to-multipoint.
На рисунке показан открытый мост (outdoor bridge) типа «point-to-multipoint». Показанная сеть состоит из трех зданий, расположенных линейным образом на равном расстоянии. Первый и третий корпуса содержат специальные антенны, которые фокусируют сигнал друг на друга. Второе здание в центре содержит всенаправленную антенну. Сеть А, Сеть B, Головной офис все эти сети соединены через мосты, каждая в своем здании.
Ячеистая сеть
Чтобы обеспечить беспроводное покрытие на очень большой площади, не всегда практично использовать провода Ethernet к каждой точке доступа, которая будет необходима. Вместо этого можно использовать несколько точек доступа, настроенных в режиме ячейки. В ячеистой топологии беспроводной трафик передается от точки доступа к точке доступа с помощью другого беспроводного канала.
Точки доступа ячеистой топологии используют два радиоканала-один канал используется в одном диапазоне частот, а другой -в другом диапазоне. Каждая точка доступа ячеистой топологии обычно поддерживает BSS на одном канале, с которым могут связываться беспроводные клиенты. Затем клиентский трафик обычно соединяется через мост от точки доступа к точке доступа по другим каналам. На границе ячеистой сети обратный трафик соединяется с инфраструктурой проводной локальной сетью. На рисунке 5 показана типичная ячеистая сеть. С Cisco APs можно построить ячеистую сеть в помещении или на улице. Ячеистая сеть использует свой собственный протокол динамической маршрутизации, чтобы определить наилучший путь для обратного трафика, который будет проходить через сеть AP.