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.
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.