Беспроводные сети передачи данных Wi-Fi, Wi. MAX
Технология IEEE 802. 11 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) институт инженеров по электротехнике и электронике. IEEE 802. 11 — набор стандартов связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне (Wireless Local Network — WLAN). В 1997 года была ратифицирована первая спецификация 802. 11 являющаяся стандартом для радиооборудования и сетей, работающих на частоте 2, 4 ГГц, со скоростями доступа 1 и 2 Мбит/с. Стандарт IEEE 802. 11 постоянно совершенствовался, и в настоящее время существует целое семейство, к которому относят спецификации IEEE 802. 11 с буквенными индексами.
Wi Fi (wireless fidelity, беспроводная безукоризненность)— торговая марка Wi Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802. 11. Wi Fi Alliance была создана для продвижения на рынке оборудования для беспроводных локальных сетей (WLAN). Этот альянс осуществляет руководство работами по сертификации оборудования различных производителей и выдаче разрешения на использование членами Альянса Wi Fi логотипа торговой марки Wi Fi. Наличие на оборудовании логотипа Wi Fi гарантирует надежную работу и совместимость оборудования при построении беспроводной локальной сети на оборудовании различных производителей.
Основные элементы сети Wi Fi адаптер представляет собой устройство, которое подключается через слот расширения PCI, Compact. Flash, USB. . . Он служит для подключения компьютера пользователя к беспроводной сети. Для доступа к беспроводной сети адаптер может устанавливать связь непосредственно с другими адаптерами, а также может устанавливать связь через специальное устройство точку доступа. 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 может использоваться как для подключения к ней клиентов, так и для взаимодействия с другими точками доступа с целью построения распределенной сети
Организация беспроводной сети Для построения беспроводной сети используются Wi Fi адаптеры и точки доступа. Необходимость в использовании точек доступа отпадает, когда мы говорим об очень малых сетях, размещенных в одном помещении. Использование точек доступа позволяет более гибко настроить сеть, объединить клиентов проводных и беспроводных сетей, а также установить связь с удаленными объектами. Совокупность станций, взаимодействующих друг с другом в рамках одной точки доступа или одной одноранговой сети, носит название базового набора обслуживания (BSS). BSS может работать в «независимом» или «инфраструктурном» режиме. Несколько сетей BSS , объединенных с помощью проводной или беспроводной сети, называются расширенным набором обслуживания (ESS). Чтобы набор сетей BSS превратился в ESS , все устройства должны идентифицировать себя с помощью одинакового идентификатора (ID) служебного устройства (SSID, ESSID, BSSID в зависимости от контекста). В сетях с независимыми BSS точка доступа отсутствует.
Инфраструктурный режим и Ad Hoc В инфраструктурном режиме функции координации передачи данных выполняет специальный выделенный узел, точка доступа (AP). Беспроводные станции пользователей через нее взаимодействуют друг с другом и машинами в проводной сети. В одноранговой (Ad Hoc) сети центральный узел отсутствует, и все станции являются равноправными членами системы
Основы передачи данных в беспроводной сети Проблема скрытого узла Коллизия – событие, наблюдающееся одновременно во всём сегменте ЛВС. Когда происходит коллизия, её могут заметить и отправитель, и все остальные узлы сети. В беспроводной сети возможна ситуация, когда приёму кадра мешает какая либо местная помеха вблизи узла получателя, в то время как эта помеха не может быть обнаружена отправителем. Когда два устройства (А и В) удалены и не слышат друга, однако оба попадают в зону охвата третьего устройства. Если оба устройства А и В начнут передачу, то они принципиально не смогут обнаружить конфликтную ситуацию и определить, почему пакеты не проходят.
Режим клиента В этом режиме устройство будет работать в качестве обычного беспроводного клиента (выполнять функции беспроводного адаптера). При использовании этого режима можно подключиться к другой беспроводной точке доступа, т. е. возможно подключение домашней сети к интернет провайдеру по Wi Fi.
Режим базовой станции В этом режиме устройство будет работать в качестве обычной беспроводной точки доступа Wi Fi, т. е. в этом режиме предоставлена возможность клиентам (ноутбуки, настольные компьютеры, смартфоны) получать беспроводной доступ к устройству для подключения к сети Интернет и к ресурсам проводной сети.
Основы передачи данных в беспроводной сети На данный момент существует четыре основных стандарта – это 802. 11 a, 802. 11 b, 802. 11 g и 802. 11 n. IEEE 802. 11 b IEEE 802. 11 a Частотный диапазон: 2. 4 – 2. 483 ГГц Частотный диапазон: 5. 15 – 5. 25, 5. 67 – 5. 85 ГГц Метод доступа к радиоканалу: CSMA CA Метод модуляции: DSSS, CCK Метод модуляции: OFDM Протоколы обеспечения безопасности: IEEE 802. 11 i Максимальная скорость передачи: 11 Мбит/с Максимальная скорость передачи: 54 Мбит/с Дальность связи в помещениях: до 35 м Дальность связи в помещениях: 35 м IEEE 802. 11 g IEEE 802. 11 n Частотный диапазон: 2. 4 – 2. 483 ГГц, 5. 15 – 5. 25, 5. 67 – 5. 85 ГГц Метод доступа к радиоканалу: CSMA CA Метод модуляции: OFDM, DSSS Метод модуляции: OFDM Протоколы обеспечения безопасности: IEEE 802. 11 i Максимальная скорость передачи: 54 Мбит/с Максимальная скорость передачи: 600 Мбит/с Дальность связи в помещениях: 40 м Дальность связи в помещениях: до 70 м Частотный диапазон: 2. 4 – 2. 483 ГГц
Основы передачи данных в беспроводной сети Предельности скорости основных стандартов IEEE 802. 11 700 600 500 400 300 200 100 0 802. 11 b 802. 11 a 802. 11 g 802. 11 n
Методы допуска к среде передачи данных Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA-CA) – способ управления доступом к физической среде (радиоканалу) спецификации стандарта IEEE 802. 11, который использует метод множественного доступа с опознаванием несущей и устранением коллизий. Для определения состояния канала (занят или свободен) используется алгоритм оценки уровня сигнала в канале, в соответствии с которым выполняется измерение мощности сигналов на входе приемника и качество сигнала. Если мощность принятых сигналов на входе приемника ниже порогового значения, то канал считается свободным, если же их мощность выше порогового значения, то канал считается занятым.
Стек протоколов IEEE 802. 11 Стек протоколов стандарта IEEE 802. 11 состоит из физического уровня и канального уровня с подуровнями управления доступом к среде MAC (Media Access Control) и логической передачи данных LLC (Logical Link Control). Как и у всех технологий семейства 802, технология 802. 11 определяется двумя нижними уровнями, то есть физическим уровнем и уровнем MAC, а уровень LLC выполняет свои стандартные общие для всех технологий LAN функции. На физическом уровне существует несколько вариантов спецификаций, которые отличаются используемым частотным диапазоном, методом кодирования и как следствие скоростью передачи данных. Все варианты физического уровня работают с одним и тем же алгоритмом уровня MAC, но некоторые временные параметры уровня MAC зависят от используемого физического уровня.
Организация и планирование беспроводной сети Для улучшения качества связи надо следовать базовым принципам: Сократить число стен и перекрытий между абонентами беспроводной сети. Проверить угол между точками доступа и абонентами сети. Учесть влияние на прохождение сигнала строительных материалов. С помощью программного обеспечения проверки мощности сигнала надо позиционировать антенну на лучший прием. Удалить от абонентов беспроводных сетей, по крайней мере, на 1 2 метра электроприборы, генерирующие радиопомехи. Качество беспроводной связи может заметно ухудшиться или прерваться при использовании оборудования работающего на чистотах работы Wi Fi.
Организация и планирование беспроводной сети Wireless Mesh – ячеистые сети, также называемые многоузловыми. Образуется на основе множества соединений «точка» узлов находящихся в области радиопокрытия друга.
Организация и планирование беспроводной сети Если требуется обеспечить телефонную связь на опреденённой территории (предприятия с большой площадью), то целесообразно создать единую зону радиосвязи на основе технологий DECT и Wi. Fi, что даст возможность быстро и бесплатно дозвониться до любого абонента сети. При этом все абоненты микросотовой сети являются внутренними абонентами мини АТС и также могут использовать все функции мини АТС удержание звонков, перевод вызовов, конференцсвязь и т. д.
Безопасность беспроводной сети Защита в сетях стандарта IEEE 802. 11 определяется стандартом IEEE 802. 11 i, принятым в 2004 году. Реализован в технологии WPA 2. Изначально методы защиты беспроводных сетей были предложены группой Wi Fi Alliance. WEP (Wired Equivalent Privacy) – одобрен в 1997 и обеспечивал минимальный уровень конфиденциальности. Защиту трафика при передачи он не осуществлял, поэтому надёжность защиты метода крайне мала. WPA и WPA 2 (Wi Fi Protected Access) — представляет собой обновлённую программу сертификации устройств беспроводной связи. Технология WPA пришла на замену технологии защиты беспроводных сетей WEP. Плюсами WPA являются усиленная безопасность данных и ужесточённый контроль доступа к беспроводным сетям.
Технология Wi. MAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра. Основана на стандарте IEEE 802. 16, который также называют WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) — беспроводные сети масштаба города. Wi. MAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а названия форума, на котором Wireless MAN и был согласован.
Основные элементы сети Система Wi. MAX состоит из двух основных частей: Базовая станция Wi. MAX, может размещаться на высотном объекте здании или вышке. Приемник Wi. MAX: антенна с приемником.
Организация беспроводной сети В общем виде Wi. MAX сети состоят из следующих основных частей — базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базо вые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом. Для соединения базовой станции с абонентской используется высоко частотный диапазон радиоволн от 1, 5 до 11 ГГц. В идеальных условиях ско рость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приемником. Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГц, скорость обмена данными может достигать 120 Мбит/c. При этом, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием клас сических проводных соединений.
Режимы работы Стандарт IEEE 802. 16 предоставляет следующие режимы: Fixed Wi. MAX фиксированный доступ. Станция пользователя должна находиться в зоне прямой видимости базовой станции. Nomadic Wi. MAX сеансовый доступ. Наличие сессий позволяет свободно перемещать клиентское оборудование между сессиями и восстанавливать соединение уже с помощью других вышек Wi. MAX. Portable Wi. MAX доступ в режиме перемещения. Для режима Portable Wi. MAX добавлена возможность автоматического переключения клиента от одной базовой станции Wi. MAX к другой без потери соединения. Скорость передвижения клиентского оборудования 40 км/ч Mobile Wi. MAX мобильный доступ. Является практически полной копией портативного, но абонент может двигаться со скоростью до 120 км/ч.
Mesh-сети Wi. MAX В режиме Mesh абонентские станции (AC) могут общаться не только с базовой станцией (БС), но и между самими абонентами. Mesh сети все станции (узлы) формально равноправны. При этом присутствует узел, осуществляющий обмен трафиком с внешним окружением.
Основы передачи данных в беспроводной сети IEEE 802. 16 - 2004 (фиксированный режим Wi. MAX) IEEE 802. 16 - 2005 (мобильный режим Wi. MAX) Частотный диапазон: 2 11 ГГц Частотный диапазон: 2 6 ГГц Метод доступа к радиоканалу: DAMA Метод модуляции: OFDM A Протоколы обеспечения безопасности: RSA, DES, AES Максимальная скорость передачи: 120 Мбит/с Максимальная скорость передачи: 40 Мбит/с Радиус действия: до 80 км Радиус действия: до 5 км В фиксированном режиме все поднесущие отданы одному абоненту и разделение происходит по времени, а в мобильном режиме поднесущие разделены по абонентам.
Методы доступа к среде передачи данных Основной принцип предоставления доступа к каналу в стандарте IEEE 802. 16 – это доступ по запросу DAMA (Demand Assigned Multiple Access). Ни она АС не может ничего передавать, кроме запросов на регистрацию и предоставление канала, пока БС не разрешит ей это.
Безопасность беспроводных сетей Процедуры безопасности в Wi. MAX обеспечивают выполнение следующих требований: Конфиденциальность шифрация сообщений, передаваемых радиоканалу. Целостность данных Аутентификация В структуре алгоритмов обеспечения безопасности в Wi. MAX используется 3 криптографических алгоритма: RSA – алгоритм ассиметричной фильтрации с открытым ключом. DES – алгоритм блочно кодовой шифрации. AES – улучшенный алгоритм блочно кодовой шифрации. Является основным в 802. 16.
