Вопросы про Wi-Fi http://www.сайт/besprovodnye-seti/voprosi_pro_wi-fi http://www.сайт/@@site-logo/logo.png

Вопросы про Wi-Fi

Часто задаваемые вопросы о беспроводных локальных сетях.

Что такое беспроводная локальная сеть (WLAN)?

Сеть WLAN - вид локальной вычислительной сети (LAN), использующий для связи и передачи данных между узлами высокочастотные радиоволны, а не кабельные соединения. Это гибкая система передачи данных, которая применяется как расширение - или альтернатива - кабельной локальной сети внутри одного здания или в пределах определенной территории.

Каковы преимущества использования WLAN вместо проводной локальной сети?

Повышение производительности. Сеть WLAN обеспечивает не привязанную к отдельным помещениям сеть и доступ в Интернет. Сеть WLAN дает пользователям возможность перемещаться по территории предприятия или организации, оставаясь подключенными к сети.
Простое и быстрое построение локальной сети. Не нужно тянуть и укреплять кабели.
Гибкость установки. Беспроводную сеть можно построить там, где нельзя протянуть кабели; технология WLAN облегчает временную установку сети и ее перемещение.
Снижение стоимости эксплуатации. Беспроводные сети снижают стоимость установки, поскольку не требуются кабельные соединения. В результате достигается экономия, тем более значительная, чем чаще меняется окружение.
Масштабируемость. Расширение и реконфигурация сети для WLAN не является сложной задачей: пользовательские устройства можно интегрировать в сеть, установив на них беспроводные сетевые адаптеры.
Совместимость. Различные марки совместимых клиентских и сетевых устройств будут взаимодействовать между собой.

Трудна ли установка и администрирование сети WLAN?

Нет. Беспроводную локальную сеть строить проще, чем кабельную, администрирование же обоих типов сетей почти не отличается друг от друга. Клиентское решение сети WLAN построено на принципе Plug-and-Play, который предполагает, что компьютеры просто подключаются к одноранговой сети (peer-to-peer).

Какова дальность связи устройств WLAN?

Дальность действия радиочастот, особенно в помещениях, зависит от характеристик изделия (в том числе от мощности передатчика), конструкции приемника, помехозащищенности и пути прохождения сигнала. Взаимодействие радиоволн с обычными объектами здания, например со стенами, металлическими конструкциями и даже людьми, может повлиять на дальность распространения сигнала, и таким образом, изменить зону действия конкретной системы. Беспроводные сети используют радиочастоты, поскольку радиоволны внутри помещения проникают через стены и перекрытия. Диапазон или область охвата большинства систем WLAN достигает 160 м, в зависимости от количества и вида встреченных препятствий. С помощью дополнительных точек доступа можно расширить зону действия, и тем самым обеспечить свободу передвижения.

Надежны ли сети WLAN?

Да, сети WLAN исключительно надежны. Поскольку беспроводная технология уходит корнями в оборонную промышленность, обеспечение безопасности беспроводных устройств предусматривалось с самого начала. Вот почему беспроводные сети обычно более надежны, чем кабельные. В сетях WLAN используется технология Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), которая отличается высокой устойчивостью к искажению данных, помехам, в том числе преднамеренным, и обнаружению. Кроме того, все пользователи беспроводной сети проходят аутентификацию по системному идентификатору, что предотвращает несанкционированный доступ к данным.
Для передачи особо уязвимых данных пользователи могут использовать режим Wired Equivalent Privacy (WEP), при котором сигнал шифруется дополнительным алгоритмом, а данные контролируются с помощью электронного ключа. Вообще говоря, в отдельных узлах перед включением в сетевой трафик должны приниматься свои меры безопасности. В сетях WLAN, работающих по спецификации 802.11b, для обеспечения более высокой надежности сети вместе с аутентификацией пользователя могут применять 40-битные и 128-битные алгоритмы шифрования. Перехват трафика, как умышленный, так и неумышленный, практически невозможен.

Что такое IEEE 802.11b?

IEEE 802.11b - выпущенная институтом Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) техническая спецификация, которая определяет функционирование беспроводных локальных вычислительных сетей, работающих в диапазоне 2,4 ГГц со скоростью 11 Мбит/с по протоколу Direct Sequence Spread Spectrum.

Какова пропускная способность сети WLAN 802.11b?

Сети WLAN 802.11b работают со скоростью до 11 Мбит в секунду. Для пользователей скорость работы сравнима со скоростью кабельной сети. Точно так же, как и в обычной сети, пропускная способность сети WLAN зависит от ее топологии, загрузки, расстояния до точки доступа и т.д. Как правило, заметной разницы в производительности беспроводной и кабельной сети нет.

Что такое точка доступа?

Точка доступа соединяет кабельную и беспроводную сеть и позволяет клиентам последней получить доступ к ресурсам кабельной сети. Каждая точка доступа расширяет общую вычислительную мощность системы. Пользователи могут перемещаться между точками доступа, не теряя соединения с сетью, - как и при подключении к сети с помощью сотового телефона. Другими словами, точка доступа - это программно-аппаратное устройство, которое выполняет роль концентратора для клиента беспроводной сети и обеспечивает подключение к кабельной сети.

Сколько пользователей может поддерживать одна система WLAN?

Количество пользователей практически неограниченно. Его можно увеличивать, просто устанавливая новые точки доступа. С помощью перекрывающихся точек доступа, настроенных на разные частоты (каналы), беспроводную сеть можно расширить за счет увеличения числа пользователей в одной зоне. Перекрывающихся каналов, которые не будут создавать взаимные помехи, одновременно может быть установлено не более трех; эти каналы втрое увеличат количество пользователей сети. Подобным образом можно расширять беспроводную сеть, устанавливая точки доступа в различных частях здания. Это увеличивает общее число пользователей и дает им возможность перемещаться по зданию или территории организации.

Сколько пользователей одновременно поддерживает одна точка доступа?

Количество пользователей в этом случае зависит, в первую очередь, от загруженности трафика. В сети WLAN полоса пропускания делится между пользователями так же, как в кабельной сети. Исходя из числа пользователей производительность сети зависит также от рода выполняемых пользователями задач.

Человек - существо социальное. Это определение подразумевает прежде всего общение между различными людьми. Со всеми сразу или по отдельности не имеет значения. Наши далекие предки смогли реализовать заложенные в них природой возможности для коммуникации. Воздух, выдыхаемый особым образом, стал оформляться в слова, которые позже получили и графическое представление в виде письменности.

Тем не менее, общение при помощи звука оставалось и остается наиболее предпочтительным. Долгое время мы пользовались естественными способами передачи звуковых волн: кричать на как можно более далекое расстояние при этом жестикулируя всеми возможными конечностями, показывая что мы чего-то хотим от кого-то, кто сейчас далеко; либо просто можно было передать что надо через посредника.

Во второй половине XIX века назад голос стали передавать по проводам. Скорость возросла на несколько порядков - теперь достаточно было поднять трубку и через несколько секунд слышишь человека на другом континенте за 20000 километров. Технологии прошлого века сделали связь еще более доступной и удобной. Она стала беспроводной. Сегодня можно "выловить" почти кого угодно где бы он не находился. Другое дело, что не все рады такой "свободе", особенно те, для которых она стала еще одним способом контроля, но рассказ не об этом.

Компьютеры позволили передавать на расстояния не только звук (в частности голос), но и текст, а в последнее время все более популярным сервисом становится передача видео. Причем если пронаблюдать за последними тенденциями, то компьютерные сети становятся: а) беспроводными; и б) глобальными. Именно во всем разнообразии стандартов беспроводных цифровых сетей мы и попробует разобраться в этой статье.

Сотовую связь, последние поколения которой упорно становятся "родными" не только для телефонов, но и для компьютеров, мы затрагивать не будем. Это сделано в нашей другой статье: " ". Здесь мы коснемся тех сетей, что создаются на менее "глобальном" уровне, но в то же время весьма распространены.

Многие современные беспроводные стандарты поддерживают работу с почти любым ПК, но некоторые из них разработаны для несколько менее универсальных, но в то же время очень популярных устройств. Например, сотовые телефоны. Ведь многие из них сегодня могут передавать и принимать данные не только из сетей GSM (NMT, CDMA и других), но вести обмен данными с локальными девайсами. Именно с беспроводных сетей малого радиуса действия мы и начнем.

Bluetooth

Стандарт Bluetooth (или как его называют в народе - "синий зуб") сегодня является одним из самых известных и распространенных. Он был разработан в 1994 году двумя специалистами Шведской компании Ericsson - Джапом Харстеном (Jaap Haartsen) и Свеном Мэтиссном (Sven Mattisson). Главное назначение Bluetooth - обеспечение обмена данными без проводов между двумя и более устройствами.

Поскольку у истоков "зуба" стояла компания, занимающаяся производством мобильных телефонов, именно для этих аппаратов и была создана эта технология. Стоит ли удивляться, что одним из первых телефонов, оснащенных модулем Bluetooth, стал Ericsson R520. По сегодняшним меркам это весьма увесистый и функционально обделенный "кирпич", который в свое время был невостребован.

Почему? Да потому что 6-7 лет назад Bluetooth оснащались буквально пару устройств. Точно такой же была ситуация и с Wi-Fi. Что толку Apple позволила приобрести iBook с опциональной беспроводной сетевой картой, если в продаже было всего пару точек доступа по баснословной цене? Но Wi-Fi запросто можно было сопрягать с обычной проводной сетью, чего с Bluetooth делать не получится. Ведь для обмена данными используется вовсе не стандартизированный всеми и вся протокол TCP/IP, а свой собственный. Но об этом позже.

Пока коснемся истории вопроса. 20 мая 1998 года было официально объявлено о создании специальной группы Bluetooth Special Interest Group (SIG), которая стала разрабатывать и принимать стандарты для данной технологии. Изначально в ее вошли Ericsson (ныне Sony Ericsson), IBM, Intel, Toshiba и Nokia). Позже к ним присоединились другие. К сегодняшнему дню группой было принято шесть стандартов Bluetooth:

Bluetooth 1.0 и 1.0B

Самые первые версии стандарта имели множество ошибок и недоработок. При сопряжении устройств возникали различные проблемы, связь была нестабильной.

Bluetooth 1.1

Новая версия стандарта устранила многие ошибки 1.0B, а также была принята как стандарт IEEE 802.15.1-2002. При этом была добавлена поддержка работы через каналы без шифрования данных, а также поддержка индикатора мощности сигнала (Received Signal Strength Indicator - RSSI).

Bluetooth 1.2

Версия 1.2 стала пиком развития первого поколения "синего зуба". До сих пор можно найти в продаже устройства с ее поддержкой (например, ноутбуки или телефоны трех-четырех летней давности). В числе ее изменений значатся следующие:

более быстрый поиск устройств и подключение к ним;

повышена устойчивость соединения, особенно при движении;

более высокая скорость обмена данными (на практике до 721 Кбит/с);

улучшено качество связи со звукопередающей гарнитурой;

добавлена поддержка HCI (Host Controller Interface).

Данная версия была принята как стандарт IEEE 802.15.1-2005. Но, довольно скоро его заменило второе поколение Bluetooth.

Bluetooth 2.0

Bluetooth 2.0 стал довольно значимым событием в цифровой индустрии. Новые "зубы" теперь могли "пережевывать" гораздо больше данных, о чем явно говорит постфикс "EDR", приплюсовыемый к обновленному названию стандарта: Bluetooth 2.0 + EDR. EDR означает Enhanced Data Rate, что вольно можно перевести как "Зубы в три ряда". Шутка. На самом деле перевод звучит как "Расширенный пропускной диапазон". Скорость в некоторых случаях возросла в 10 раз, но реально не превышала значения 2.1 Мбит/с, а пиковое значение равно 3.0 Мбит/с.

Что интересно, Bluetooth 2.0 без EDR - это Bluetooth 1.2 с исправленными ошибками. Некоторые устройства поддерживают именно такую его версию, хотя большинство производителей обеспечили повышенную скорость передачи данных. Помимо этого было снижено и энергопотребление.

Bluetooth 2.1

Совсем недавно был принят стандарт Bluetooth 2.1. Произошло это уже в бытность нашего проекта, о чем мы даже писали соответствующую . Нововведений было сделано незначительно. Среди них - еще большее снижение энергопотребления, ускоренное спаривание, лучшая помехозащищенность и другие. До сих пор поддержкой этой версии пока озаботились не многие. Так современные ноутбуки (для которых скорость передачи данных куда чаще имеет большее значение, чем для мобильных телефонов) до сих пор оснащаются контроллерами Bluetooth 2.0 + EDR.

Bluetooth 3.0

Конечно, развитие Bluetooth не остановилось. Хотя сегодня есть довольно много альтернатив этому стандарту, о которых речь пойдет далее, уже сейчас ведется разработка стандарта Bluetooth 3.0, известного под кодовым именем "Seattle". Что он будет еще быстрее, можно догадаться и так. Организация Bluetooth SIG хочет адаптировать UWB-технологию (о ней несколько ниже), способную обеспечить скорость до 480 Мбит/с (тут уже без лишней скромности можно говорить о нескольких сотнях "рядов зубов").

Если эта концепция будет реализована, то Bluetooth станет серьезным конкурентом активно разрабатываемого и уже внедряемого стандарта Wireless USB, который, как ни странно, основан на той же спецификации UWB. Но об этом тоже потом.

Конечно, помимо значительно возросшей пропускной способности добавятся и новые возможности. Так планируется внедрение поддержки специальных информационных точек, которые будут содержать какую-либо информацию (рекламную, данные о погоде, курсах акций, валют и т.д.), и с них можно будет читать ее. Также ожидается упрощение сопряжения устройств, благодаря автоматизированному управлению топологиями. Будут внедрена альтернатива MAC и PHY профилям при передачи данных, что позволит снизить энергопотребление при низком потоке данных, а также повысить скорость при необходимости передать большой объем информации.

Теперь рассмотрим принцип работы Bluetooth. Данный стандарт работает не при помощи точек доступа подобно Wi-Fi - "точкой доступа" может выступить любое устройство, оснащенное соответствующим контроллером. Условно оно называется "мастером" и формирует вокруг себя "пикосеть" (piconet), в которую может войти до семи других устройств. Точнее семь устройств могут быть активны в данный момент времени, тогда как еще 255 штук могут находится в неактивном состоянии, которое меняется на противоположное при необходимости.

Пикосети могут быть объединены между собой. Тогда несколько устройств будут выступать в роли моста для обмена данными. Но пока полноценная поддержка подобной функциональности не появилась. Впрочем, именно она и должна быть реализована в будущих версиях стандарта.

В один момент времени может происходить обмен данными с одним устройством. Если потребуется отдать данные другому, то быстро происходит переключение. Возможна и параллельная передача, но используется она довольно редко. При этом в пикосети любое из подчиненных устройств при необходимости запросто возьмет на себя роль мастера.

Обеспечить поддержку Bluetooth современным компьютерам призваны специальные USB-адаптеры. Многие современные ноутбуки среднего ценового диапазона (от $1000) как правило имеют встроенный контроллер. Контроллеры бывают трех классов:

Class 3. Мощность 1 мВт. Радиус действия около 1 метра;

Class 2. Мощность 2.5 мВт. Радиус действия около 10 метров;

Class 1. Мощность 100 мВт. Радиус действия около 100 метров.

Сегодня более всего распространены Class 1 и 2. Оно и не удивительно - несмотря на очень малое энергопотребление Class 3 область его применения крайне ограничена. Даже для гарнитуры он подходит очень плохо. Телефон совсем не обязательно держать в нагрудном кармане - он запросто может оказаться и в джинсах, где карман пришит чуть выше колена, либо вообще на столе, а хозяин будет наблюдаться в радиусе 5-7 метров от аппарата.

Зато Class 1 и 2 продаются довольно активно. Если вы выбираете себе внешний USB-адаптер Bluetooth, то лучше позаботиться о его дальнобойности. Ведь даже с адаптером Class 1 более слабое устройство Class 2 сможет работать на большем расстоянии.

Ну и немного об области применения. Как уже стало ясно, это прежде всего мобильные "прибамбасы": обмен данными между сотовыми телефонами (карманными компьютерами, сотовыми и ноутбуком и т.д.), подключение беспроводной гарнитуры для разговора. В последнее время Bluetooth стал активно применяться в компьютерных мышках и клавиатурах. Множество GPS-навигаторов "говорят" при помощи "синих зубов". Даже джойстики современных приставок Nintendo Wii и PlayStation 3 работают через Bluetooth.

Тем не менее, далеко не всем устройствам нужна большая скорость передачи данных, а также большой радиус действия. Это явно продемонстрировала Apple в своем коммуникаторе-телефоне . Кто не в курсе, сообщаем, что его Bluetooth-контроллер может работать только с гарнитурой. Обмен данными ему недоступен.

И действительно, зачем сотовому телефону (особенно начального уровня) возможность передачи большего объема информации? "Зубы" в них чаще всего используются для гарнитуры. А в этом случае нужен стабильный поток данных, нормально передаваемый на расстояние 5-10 метров с фиксированной скоростью, потребляющий минимум энергии. Именно это и побудило некоторые компании к созданию ответвленных стандартов.

Wibree

В середине июня 2007 года компания Nokia выступила с официальным пресс-релизом, которым было сообщено о ведении разработки стандарта . Wibree основан на технологии Bluetooth и призван дополнить ее, но не конкурировать. Самое главное его отличие от "оригинала" - значительно более низкое энергопотребление. Предполагается, что модули Wibree будут применяться в устройствах вроде биометрических датчиков, отслеживающих параметры жизнедеятельности человека, в беспроводную гарнитуру, клавиатуры, различные устройства дистанционного управления. Так что не удивляйтесь, если скоро рядом стоящий с вами в автобусе человек вдруг нажмет что-то в районе своего пупка и начнет говорить сам с собой.

Работать Wibree будет в том же диапазоне, что и Bluetooth: 2.4 ГГц. Максимальная пропускная способность - до 1 Мбит/с. Радиус действия - 5-10 метров. В целом напоминает Bluetooth 1.2 Class 2 с ультранизким энергопотреблением.

Хотя Wibree и основана на "синих зубах", все равно полной обратной совместимости не будет. Хотя ничто не мешает встроить ее в современные контроллеры Bluetooth - придется лишь немного доработать их. Но в любом случае все современные устройства не смогут вести обмен данными с вашей теннисной ракеткой, биодатчиком, прилепленным на тело или умным чайником, сообщающим о кипении не банальным свистом, а через ваш мобильный телефон посредством SMS.

Но Wibree - это не единственный "low-power" стандарт. Существуют его аналоги, причем уже готовые, а местами даже не первого поколения. Финальные спецификации Wibree будут готовы в первой половине этого года, тогда как ZigBee уже существует в своей третьей версии.

ZigBee

ZigBee - еще один "ultra mega super maxi low-power" беспроводный стандарт с двумя "ee" на конце. Впервые он был задуман еще в далеком 1998 году, когда стало понятно, что Wi-Fi и Bluetooth подходят далеко не для всех случаев. Как и последний ZigBee создан для сопряжения устройств, но принцип его работы несколько отличается.

Существует три вида ZigBee-устройств: координатор (ZigBee Coordinator - ZC), роутер (ZigBee Router - ZR) и "конечное устройство" (ZigBee End Device - ZED). Первый является главным в созданной беспроводной сети и может служить как роутером, так и мостом для обмена данным и с другими сетями. Роутер принимает данные от конечного устройства, а также может вести обмен информацией с другими роутерами и координаторами. Само конечное устройство способно только передавать данные.

Таким образом ZigBee исключается как технология для обмена данными между цифровыми девайсами вроде плееров, фотоаппаратов, принтеров, КПК, ноутбуков и так далее. Зато применение этой технологии на производстве или в качестве охранной системы куда более актуально. Именно в этом направлении она и используется.

На официальной странице проекта можно прочитать успешные проекты, связанные с автоматизацией производства (на заводе, при строительстве и др.), обеспечением безопасности помещения, автоматизацией современных зданий, объединением бытовых устройств в единую сеть и так далее. Bluetooth (и Wibree) более ориентированы на передачу "компьютерных" данных, тогда как по каналам ZigBee циркулирует преимущественно биты и байты с техническими сведениями от датчиков, пультов ДУ и т.п.

Теперь немного о принципах построения ZigBee-сетей. Их два: без и с постоянным опросом ZED. В первом случае роутер или координатор находятся в режиме постоянного ожидания сигнала от конечного устройства (ZED). Хорошим примером такой сети может послужить работа беспроводного выключателя света. В качестве роутера выступает лампа, как правило оснащенная постоянным источником питания. ZED - это сам выключатель. Он находится в неактивном состоянии. Но как только вы нажмете на него, то он активизируется и отправит сигнал роутеру. Последний среагирует и даст команду на включение света. При этом энергии не пересылку данных будет затрачено самый минимум. Батарейки в выключателе хватит на год, а то и несколько лет. Конечно, если постоянно не устраивать "светомузыку".

Второй вариант предполагает что роутер через равные интервалы времени будет опрашивать ZED. При этом он будет потреблять меньше энергии, поэтому нет нужды в постоянном источнике питания. Зато больше электричества потребуется для ZED. Полагаем, такой тип сети больше подходит для охранных систем, либо для различных датчиков. Делая опрос ZED можно проверить состояние на том или ином объекте, и при необходимости быстро отреагировать на изменение ситуации.

Устройства ZigBee должны соответствовать стандарту IEEE 802.15.4-2003, который позволяет функционировать на частотах 2.4 ГГц, 915 и 868 МГц. В первом случае для передачи данных может использоваться до 16 каналов (на частотах 2405-2480 МГц с шагом 5 МГц). В этом случае скорость обмена информацией может достигать 250 Кбит/с. На частотах 915 и 868 МГц скорость равна 40 и 20 Кбит/с соответственно. Выбор именно этих трех частотных диапазонов продиктован как технологическими причинами, так и географическими. Так частота 868 МГц разрешена в Европе, 915 в Австралии и США, а 2.4 ГГц почти везде. Стоит заметить, что ZigBee поддерживает 128-битное шифрование.

Итак, ZigBee - отличный пример реализации промышленного беспроводного стандарта, расширяющий и упрощающий нашу жизнь и работу. Bluetooth и Wibree действительно плохо подошли бы для этих целей, поэтому и была создана такая специализированная технология. Сегодня она поддерживается большим числом производителей. Вступить в ZigBee Alliance и начать использовать спецификации стандарта в коммерческих целях стоит всего $3500 в год. А если не в коммерческих, то вообще бесплатно.

Существует еще несколько подобных разработок, например, MiWi, JenNet, EnOcean, Z-Wave. Они конкурируют как с ZigBee, так и с Wibree и их реализация в некоторых моментах совпадает. Останавливаться мы на них не станем - они хоть и цифровые, все равно используются для обмена данными между относительно простыми и узкоспециализированными устройствами. А нас в данном материале интересует прежде всего то, что обеспечивает взаимодействие компьютеров, сотовых телефонов, КПК и мультимедийной бытовой техники. ZigBee был описан лишь как пример альтернативного использования беспроводных сетей. Тем временем мы переходим к следующему подклассу стандартов, работающих на относительно малом радиусе, но уже с огромными в сравнении с Bluetooth скоростями.

UWB

Объемы передаваемой информации растут с каждой секундой. Так 7-8 лет назад формат MP3 казался панацеей для повсеместного распространения музыки через Интернет. В Сети появились тысячи трэков сжатых со средним битрейтом 128 Кбит/с, что делало средний размер одной композиции равным 3-6 Мбайтам. В то время сайты оптимизировались как в плане кода, так и графики, а о загрузке фильмов никто даже не думал.

Давайте посмотрим что происходит теперь. Песни все также распространяются в MP3, только средний битрейт подрос до 160-320 Кбит/с. Причем раньше если мы могли искать вариант песни размером поменьше, то сейчас наоборот - ищем покачественнее, особенно если трэк очень нравится. Фильмы в формате MPEG4, так отлично подошедшего для ужатия одного DVD на один CD, теперь часто занимают 1400 Мбайт вместо более привычных 700 Мбайт. Но современные скорости позволяют из P2P-сети (например, BitTorrent) за несколько часов скачать полный DVD, которые постепенно уже начинают заменяться HDTV. В последнем случае речь идет о десятках гигабайтах.

Современные жесткие диски запросто передают данные со скоростью до 100 Мбайт/с, а емкость оптических дисков возросла до 50 Гбайт, а через года два-три может удвоится. Как думаете, достаточно ли современной скорости Bluetooth для таких объемов? Сколько потребуется времени, чтобы перекачать 20 Гбайт через канал 3 Мбит/с? Даже достаточно быстрый стандарт Wi-Fi здесь плохо подходит. Он создан скорее для беспроводного Интернета, нежели для просмотра HDTV-фильма с соседнего компьютера. В данном случае нужна технология, способная обеспечить высокую скорость передачи данных, причем не обязательно на большом расстоянии. Именно это и есть главная концепция UWB.

UWB - это аббревиатура Ultra-WideBand, что в нашем вольном переводе звучит как "афигенно быстрая связь". Шутка? Почти. Связь действительно получается очень быстрой, что обеспечивается благодаря широкополосной (wideband) передачи данных. Как было отмечено немного выше, это не совсем технология, а скорее концепция. Это как бы основа для различных стандартов, два из которых описываются далее.

В самой основе UWB лежит пока еще черновой стандарт IEEE 802.15.4a. В отличие от обычной радио-передачи UWB передает данные при помощи волн, генерируемых в определенные моменты времени. При этом используется широкий частотный диапазон, вызывая таким образом модуляцию по времени.

Для передачи данных могут использоваться частоты от 500 МГц и выше. Но 14 февраля 2002 года федеральной комиссией по коммуникациям (FCC - Federal Communications Commission) США для UWB был рекомендован диапазон 3.1-10.6 ГГц. При этом предполагается, что передача данных будет вестись в пределах одного помещения, хотя с ростом мощности передатчика и приемника будет расти и радиус действия сети. Впрочем, это запрещено.

Теперь о назначении. Не сложно догадаться, что UWB будет применяться для передачи больших объемов данных между цифровыми устройствами. В число последних прежде всего можно включить компьютеры, сотовые телефоны (особенно топовые модели с большим объемом памяти), принтеры, цифровые фото- и видеокамеры, аудио и видео плееры и так далее. Максимальная скорость UWB нам неизвестна, но она может достигать десятков гигабит. Весьма внушительное значение не только по современным меркам, но и по меркам ближайшего будущего. Так что запас есть.

Теперь непосредственно о стандартах, основанных на UWB. Прежде всего это новое поколение Bluetooth. Пока точно не ясно, будет ли использована эта концепция в Bluetooth 3.0 или нет, но в планах что-то подобное определенно есть. Ходят слухи о возрастании скорости до 480 Мбит/с. Мы полагаем, что они не далеки от истины, только вот доступны подобные возможности будут в основном для передачи больших объемов данных и после полусотни предупреждений о высоком энергопотреблении. Все же такие скорости станут доступны не за просто так.

Но когда свет увидят спецификации Bluetooth 3.0 пока неизвестно. Зато уже сейчас готовы к массовому производству контроллеры Wireless USB, а совсем недавно мы сообщили о выпуске первой версии стандарта . Остановимся на этих двух технологиях более подробно.

Wireless USB

Стандарт Wireless USB (сокращенно WUSB) не является совсем новым. Впервые о нем заговорила компания Intel на своей весенней сессии IDF в 2004 году. Самих устройств тогда не представили, как и не анонсировали доступность спецификаций. Просто объявили о том, что вот такая технология существует. Существует так существует, подумали услышавшие это люди, и продолжили жить дальше как жили до этого.

В 2005 году во время осенней сессии IDF Intel уже показала первые прототипы. Прототип, надо сказать, внушал . Правда, не ясно что именно: уважение или изумление. Это была массивная PCI-плата, на которую был интегрирован PCMCIA-контроллер, а за креплением торчала антенна. Странное решение, которое в перспективе должно было быть интегрировано на материнские платы и в ноутбуки. Впрочем, как оказалось, это был скорее первый рабочий образец, нежели прототип серии.

На сегодняшний день уже вроде как доступны нормальные модули Wireless USB, так и первые устройства с его поддержкой. Что это за устройства? Да собственно точно такие же, которые мы подключаем через обычный разъем USB: принтеры, сканеры, фотоаппараты, мышки, внешние жесткие диски, КПК и т.д. WUSB позволяет перенести возможности столь популярной проводной последовательной шины на беспроводные рельсы.

Давайте разберемся как это работает. Начнем с топологии. За обмен данными между устройствами отвечает специальный хост-контроллер. Каждому устройству, находящемуся в радиусе действия, выделяется отдельный канал связи. Последнее особенно важно, если приходится передавать данные с большой скоростью - разделение канала подобно Wi-Fi может привести к печальным последствиям (например, к порче оптического диска при записи, если данные будут поступать слишком медленно). Один "нормальный" WUSB-хост поддерживает подключение до 127 устройств.

Существуют также не совсем "нормальные" хост-контроллеры - это непосредственно сами устройства. Они обладают ограниченным перечнем возможностей, однако также могут принимать и передавать данные от других источников. Таким образом получается некое подобие сотовой сети, когда информация от довольно удаленного источника может пройти через несколько устройств, после чего попадет на главный хост, который передаст ее непосредственно на компьютер, сделавший запрос.

Как это можно использовать в рамках одной квартиры или дома? Где-нибудь не очень далеко от главного компьютера вы устанавливаете WUSB-контроллер, либо подключаете его непосредственно к материнской плате. После в пределах комнаты можете пользоваться любыми устройствами, способными работать как с Wireless USB напрямую, так и через хаб. Да, именно хаб - хост-контроллер может быть оснащен самыми обычными портами USB к которым можно подключаться самые заурядные девайсы вроде мышки, клавиатуры, принтера.

При этом для связи с другими комнатами могут быть использованы как другие хост-контроллеры или Wireless USB устройства сами, так и более удобные Wi-Fi точки доступа, а то и обычные LAN-коммутаторы.

Огромное достоинство Wireless USB - это полная совместимость с оригинальным проводным стандартом. Здесь уместна аналогия с LAN и WLAN: точка доступа Wi-Fi подключается к проводной локальной сети при помощи самой обычной витой пары, после чего все устройства, находящиеся в радиусе ее действия, могут спокойно пользоваться ресурсами всей сети, а не только беспроводной.

Раз уж WUSB обеспечивает совместимость с USB, то этот беспроводный стандарт должен работать не менее быстро. Собственно, так оно и есть: в радиусе 3 метров скорость составит 480 Мбит/с, а в радиусе 10 метров - 110 Мбит/с. В последующих версиях стандарта обещают поднять скорость до 1 Гбит/с. Для передачи данных используются частоты из диапазона 3.1-10.6 ГГц, что явно указывает на происхождение данного стандарта от UWB.

Что касается энергопотребления, то оно должно быть не очень значительным. Так современные мобильные телефоны и КПК с включенным WUSB-контроллером будут работать примерно столько, сколько и раньше (конечно, если постоянно не перекачивать гигабайты информации), а пульты ДУ, основанные на WUSB, смогут продержаться на одном заряде несколько месяцев. Хотя в последнем случае куда актуальнее воспользоваться технологиями вроде Wibree или ZigBee - экономичнее выходит, да и радиус действия побольше.

Имеет ли Wireless USB перспективы в будущем? Судя по данным агенства iSuppli имеет. Так в 2007 году рынок совместимых устройств составил всего $15 млн., но уже к 2011 он возрастет до $2.6 млрд. Число проданных девайсов увеличится с 1 млн. до 500 млн. в том же 2011. Что же, понадеемся, что все так и будет.

WirelessHD

Объединять без проводов компьютеры и периферийные устройства, работающие с ними, далеко не предел для современных технологий. Да и стерпеть короткий USB-кабель от принтера к системному блоку большого труда не составит. Но если у вас установлена дорогая система домашнего кинотеатра, от которой и к которой тянется туча проводов, то может возникнуть мысль избавить от них и ее. Все же упрятать подобные "прелести жизни" не всегда так просто, даже если их и немного.

Если же учесть, что современные домашние кинотеатры представляют собой своеобразные полукомпьютеры, то оснастить их поддержкой беспроводных коммуникаций не так сложно. Стоит ли удивляться, что стали появляться приставки подобно и Sony LocationFree способные транслировать видео и аудио с компьютера на ЖК-телевизоры и акустику? Тем не менее, они работают через Wi-Fi, а пропускной способности сети такого типа будет не всегда достаточно, особенно если передавать видео в формате 1080i/p.

Так и был придуман стандарт WirelessHD. Совсем недавно мы о принятии первой версии его спецификаций. Это специальный беспроводный стандарт, призванный объединить бытовую электронику. Его частотный диапазон выходит далеко за рамки UWB и в функционирует на частоте 60 ГГц (±5 ГГц в зависимости от страны). Его радиус действия невелик - всего 10 метров. Этого вполне достаточно, чтобы настроить взаимодействие устройств домашнего кинотеатра.

Использование таких частот необходимо для достижения больших скоростей передачи данных. Речь идет о 2-5 Гбит/с в первых версиях стандарта. Но теоретический предел составляет 20-25 Гбит/с. Для сравнения - пик для HDMI 1.3 равен 10.2 Гбит/с. Так что запас на будущее есть, причем очень неплохой.

Во главе сети WirelessHD находится координатор - устройство, управляющее передачей аудио и видео потоков, а также задающее их приоритеты. Все остальные устройства - это станции, которые могут быть как источником, так и приемником данных, так же как и сам координатор.

Будет ли обеспечена поддержка WirelessHD для компьютера пока неизвестно, но мы полагаем, что будет. Это точно так же как выходы HDMI есть на многих современных видеокартах и ноутбуках. Таким образом видео и аудио можно будет воспроизводить с обычного компьютера, что позволит значительно расширить функциональность. Ведь бытовые плееры не всегда поддерживают самые последние кодеки, не говоря уже о форматах дисков. Надо сказать, что реализация данной технологии действительно очень полезна и актуальна. Она куда удобнее того, что используется сейчас. А сейчас, как мы уже говорили, используется Wi-Fi. К описанию этого стандарта как раз и переходим.

Wi-Fi

Из всех рассматриваемых в этой статье стандартов Wi-Fi на пару с Bluetooth является самым известным и распространенным. Свою популярность Wi-Fi обрел благодаря ноутбукам. Сегодня даже самые дешевые модели оснащаются беспроводной сетевой картой. Но, как всегда, данная технология стала популярной совсем не сразу как была представлена.

Первые работы над Wi-Fi начались еще в 80-х годах прошлого века. Однако финальные спецификации были готовы лишь в 1997 году. Организация IEEE присвоила им маркировку 802.11 (а точнее 802.11-1997). В 1999 году они были приняты в качестве стандарта. Новую и перспективную технологию сразу же подхватила Apple. В качестве опции к новым тогда ноутбукам iBook стала предлагаться сетевая карта Wi-Fi. Но Apple даже сейчас не занимает доминирующего положения на рынке, а тогда она только начала выходить из затяжного кризиса. Так что "фруктовой компании" не удалось пройтись по планете в качестве первооткрывателя, сея зерна Wi-Fi повсюду. Эта честь была уготована Intel.

Полагаем, многие слышали о мобильной платформе Intel Centrino. Ее первое поколение было представлено в 2003 году. Ноутбук, чтобы получить новый и модный логотип, должен быть основан на процессоре Intel (сейчас Core Duo или Core 2 Duo, а тогда на Pentium M), чипсете Intel, а также внутри него должна быть установлена Wi-Fi сетевая карта производства Intel. Именно это и послужило толчком к повсеместному распространению беспроводных локальных сетей.

Впрочем, утверждать что это заслуга исключительно одной Intel нельзя. Просто рынок уже был готов к такой технологии. Инициатива Apple в свое время оказалась слишком новаторской, что ее приняли далеко не все. Четыре года спустя оборудование для Wi-Fi было также достаточно дорого, но уже не на столько. Да и ассортимент значительно расширился. Intel же просто предоставила всем наиболее удобную форму для принятия очередной технологии, призванной приблизить светлое будущее.

Теперь давайте разберемся каким образом Wi-Fi работает. Как уже стало понятно, в компьютере должна быть установлена соответствующая сетевая карта. Это может быть как PCI (или PCI Express) карта расширения, так и относительно небольшой USB-брелок. Для ноутбуков существуют версии в формате PCMCIA (PC Card) и ExpressCard.

При помощи беспроводной сетевой карты можно установить соединение с другой такой же. То есть не составит труда наладить сетевое соединение между двумя ноутбуками или между ноутбуком и настольным ПК. Только вот несмотря на кажущуюся свободу подключить к ним еще одного участника не удастся. Третий, как говорится, лишний. Чтобы обойти это ограничение приходится прибегать к точкам доступа.

Точка доступа в Wi-Fi - это аналог роутера обычной локальной сети. Только подключения к ней осуществляются через радиопередачу, а не по проводам. Теоретически их число неограничено, хотя для большей скорости и стабильности лучше распределять подключенные компьютеры между несколькими точками. В данном случае уместна аналогия с сотовой связью. Одна базовая станция может обслужить несколько абонентов одновременно, но если их очень много она перегружается и кто-то может не дозвониться, а у кого-то прервется связь.

Вообще принцип разворачивания Wi-Fi довольно схож с сотовой сетью. В роли базовых станций выступают точки доступа. Если их настроить соответствующим образом, то они будут поддерживать связь друг с другом, делая возможным обмен информацией между компьютерами, подключенными к любой из них. Если такой настройки не делать, то программа управления картой Wi-Fi предоставит возможность подключиться к одной из доступных сетей.

Но чтобы подключиться к Wi-Fi сети иногда необходимо знать пароль, либо ключ доступа к ней. Все-таки через сеть могут передаваться весьма важные данные, вроде паролей доступа к денежным учетными записям различных сервисов, а радиопередачу перехватить куда проще, чем обычный обмен информацией по проводам. Для этого было внедрены несколько стандартов шифрования.

Первый из них, WEP (Wired Equivalent Privacy), принятый в 2001 году, продержался совсем недолго. Он считается довольно слабой защитой от несанкционированного проникновения. Сегодня запросто можно найти программу, способную за короткое время взломать ключ, после чего станет возможно отслеживать все пакеты в сети.

В середине 2003 года на смену WEP был предложен новый алгоритм шифрования WPA (Wi-Fi Protected Access). Он базировался на черновом стандарте 802.11i. Позже последний был принят в июне 2004 года. При этом в качестве основного способа защиты он предлагал более совершенный алгоритм WPA2. Его взломать уже куда сложнее, поэтому настоятельно рекомендуется его использование. Конечно, прогресс не стоит на месте и уже предложены еще более совершенные возможности защиты, которые в будущем будут приняты в качестве стандартов. Один из таких - 802.11w.

Немного о необходимости защиты данных. Сегодня довольно часто точка доступа устанавливается в квартире для объединения в сеть всех локальных компьютеров (да и КПК с сотовыми телефонами, если они поддерживают Wi-Fi). При этом если вы обмениваетесь только фильмами, музыкой и тому подобной информацией, то большой ценности ваша сеть не представляет. Тем не менее, ничто не помешает соседу за стенкой подключиться своим ноутбуком к вашей сети, особенно если она не защищена. К тому же в подобной сети нет нужды боятся всех и вся, поэтому вы можете открыть в полный свободный доступ те или иные разделы жестких дисков. Конечно, ничего кроме последней комедии и боевика там может не лежать, но всегда найдется желающие напакостить. Все равно не приятно, если только что скопированный фильм будет удален до просмотра.

А вот другая ситуация. У вас дома Интернет подключен через ADSL-модем. Если у вас несколько компьютеров, либо один ноутбук для удобства модем может быть оснащен Wi-Fi точкой доступа. Согласитесь, удобно сидеть из любой точки квартиры в Сети. Если же должным образом Wi-Fi не защитить, то к вашему Интернету может получить доступ кто угодно. Теоретически даже с улицы можно, присев под окном на лавочке. Хорошо если у вас нелимитированный канал - вы просто почувствуете снижение скорости. А если трафик? Можно влететь на всю сумму, что лежит на счету. Так что защита локальной беспроводной сети имеет огромное значение. Причем не обязательно ограничиваться только WPA(2)-шифрованием. Если компьютеров всегда статическое число, каждому можно создать отдельный аккаунт, а заодно сделать идентификацию по MAC-адресу сетевой карты.

Ну и о стандартах Wi-Fi. Всего нам удалось узнать о 28 стандартах. Но только шесть из них описывают непосредственно скорость обмена данными, дальность действия и рабочую частоту:

Самая первая версия Wi-Fi мягко говоря не впечатляет. Хоть она и была принята раньше Bluetooth, она даже не дотягивает до современного Bluetooth 2.0+EDR. А ведь изначально стандарт разрабатывался как беспроводный аналог проводных локальных сетей, где могут передаваться огромные объем данных. 802.11a/b предоставили куда лучшие возможности, особенно 802.11a. Но частота 5.0 ГГц не везде разрешена, поэтому он и не получил широкого распространения. Именно поэтому и был разработан 802.11g, обеспечивающий аналогичную скорость, а также и способность работы на частоте 2.4 ГГц.

С прошлого года на рынке стали появляться точки доступа и сетевые карты с поддержкой 802.11n. Как видно по таблице, он работает в несколько раз быстрее 802.11g. Тем не менее, до сих пор этот стандарт обозначен как черновой. Судя по имеющимся данным он будет принят не ранее чем в следующем году. Но вероятнее всего все современные устройства на основе 802.11n draft будут совместимы с финальной спецификацией после обновления прошивки.

Стандарт 802.11y представляет собой аналог 802.11g способный работать на значительно большем расстоянии (до 5 км на открытом пространстве). Именно с этой целью он и был создан. Чтобы достигнуть таких показателей пришлось использовать более высокочастотные волны из диапазона 3.7 ГГц.

Теперь перечислим все остальные стандарта из семейства 802.11. Под него были зарезервированы все символы латинского алфавита:

Как видим, расти Wi-Fi еще есть куда. Не исключено, что скорость данной технологии в будущем еще больше увеличится. Кроме того сегодня не малое внимание уделяется внедрению поддержки этого стандарта во все устройства. Уже не редки коммуникаторы и мобильные телефоны с Wi-Fi. Оно и не удивительно, точки доступа есть во многих современных городах. А Интернет через них может быть куда более быстрым, чем через сети WWAN (EDGE/GPRS, UMTS/WCDMA, HSDPA). Впрочем, именно для Интернета придумана еще одна весьма перспективная технология: WiMAX.

WiMAX

Завершает наш список стандарт WiMAX. Его главное отличие от всех предыдущих заключается в радиусе действия. В зависимости от используемых передатчиков сигнал может приниматься на расстоянии до 50 км от источника. Тут уже идет речь об аналоге сотовой связи, а не просто об "еще одной беспроводной локальной сети".

WiMAX предназначен не совсем для разворачивания сети в рамках квартиры, дома или района, хотя может быть использован и для этого. Одна из главных его целей - обеспечить высокоскоростной доступ к сети Интернет как особо отдаленных населенных пунктов, так и отдельных районов города.

Это не совсем альтернатива сотовой связи, поскольку предоставляет несколько иные возможности и ориентирована больше не компьютеры. Скорее это промежуточный вариант между стандартами сотовой связи последних поколений (UMTS, HSDPA) и беспроводными локальными сетями. WiMAX обеспечивает радиус больший, чем Wi-Fi, но средняя скорость передачи данных будет ниже. В то же время сотовая связь развернута на куда большее расстояние и более помехоустойчива, зато скорость передачи данных в ней ниже.

Тем не менее, WiMAX называют конкурентом сотовым сетям четвертого поколения. Мы склонны полагать, что это не далеко от истины, но лишь отчасти. Все же WiMAX рассчитан прежде всего на компьютеры, а только потом на коммуникаторы и мобильные телефоны. Но это мы начинаем углубляться в особенности работы этого стандарта. Для начала немного истории.

За разработку спецификаций WiMAX отвечает организация WiMAX Forum, сформированная в 2001 году. Само название WiMAX является аббревиатурой от Worldwide Interoperability for Microwave Access или "Всемирное объединение сетей для микроволнового доступа". В декабря 2001 года были представлены финальные спецификации WiMAX, ратифицированные как стандарт 802.16-2001. В 2004 году был принят стандарт 802.16-2004 известный также как 802.16d, описывающий возможность организации WiMAX внутри помещений. Наконец самая последняя версия стандарта была принята в 2005 году и получила индекс 802.16-2005, но также неофициально именуется как 802.16e.

Теперь о принципах работы. Внутри WiMAX реализован протокол IP, позволяющий ему просто интегрироваться с современными сетями. Так данная технология может стать отличным дополнением к Wi-Fi. Но в отличие от последней WiMAX обеспечивает более устойчивое соединение. Например, соединение с Wi-Fi точкой доступа при значительном удалении может быть неустойчивым, если поблизости окажется другая точка. В случае WiMAX одному подключению выделяется отдельный слот, который более никто не может использовать. И при вашем перемещении за его активность будут отвечать различные базовые станции WiMAX.

Да, WiMAX также строится на основе базовых станций. В зависимости от задач они могут быть достаточно небольшими (например, для помещений), так и устанавливаться на отдельные вышки, чтобы передавать данные на большое расстояние. Изначально для WiMAX был отведен диапазон частот 10-66 ГГц, но позже добавилась поддержка более низких частот 2-11 ГГц.

Зачем всем это надо? Диапазон 10-66 ГГц хорош для постоянной передачи на больших скоростях. Так пиковая скорость передачи может составить 120 Мбит/с и это на расстоянии десятков километров. Отличный вариант для подключения небольшого населенного пункта. Но поскольку сверхвысокие частоты требуют прямой видимости для обычного города они подходят не так хорошо. Так с ноутбука или мобильного телефона подключиться к сети будет несколько проблематично. Для них куда лучше подходит диапазон 2-11 ГГц.

В связи с этим выделяют четыре режима работы WiMAX:

Fixed WiMAX. Использует высокочастотный диапазон 10-66 ГГц, предназначенный для объединения удаленных объектов, находящихся в пределах прямой видимости;

Nomadic WiMAX. По сути тот же Fixed WiMAX, но с поддержкой сессий. Так подключившись к одной вышке создается сессия. Если вы выйдете за пределы ее досягаемости, но окажетесь в зоне действия другой, то ваша сессия может быть передана. При этом соединение никак не пострадает;

Portable WiMAX. Позволяет автоматически переключать сессии от одной базовой станции к другой. Использует более низкий частотный диапазон, позволяющий перемещаться со скоростью до 40 км/ч;

Mobile WiMAX. Данная версия стандарта была принята самой последней в качестве дополнения 802.16-2005. Позволяет принимать сигнал на скорости до 120 км/ч. Отлично подходит для мобильных устройств.

Как видите, охвачены все категории: от спальных районов больших городов, а также их офисов, до удаленных населенных пунктов и перемещающихся между ними людьми с ноутбуками, КПК, мобильными телефонами. Если он получит широкое распространение, то действительно сможет стать серьезным конкурентом разрабатываемым сегодня сотовым сетям четвертого поколения. Конечно, последние пока что обещают скорости вплоть до нескольких гигабит, но вторая версия стандартов WiMAX также поднимет планку до 100 Мбит/с в случае мобильного режима и до 1 Гбит/с в фиксированном режиме.

Впрочем, WiMAX толком еще нигде не внедрился. Развернуты десятки пробных сетей по всему миру, включая Россию и Украину. Причем в своем большинстве пока это Fixed WiMAX. Впрочем, Южная Корея в тестовом режиме развернула сеть WiBro, являющейся по сути переименованным Mobile WiMAX. Она обеспечивает соединение на скорости до 30-50 Мбит/с в радиусе до 5 км. Скорость движения при этом может составлять до 120 км/ч. Для сравнения - обычная сотовая связь работает на скоростях до 250 км/ч.

Также пока еще в продаже мало устройств как для разворачивания, так и для использования WiMAX. Последние должны быть представлены с пятым поколением мобильной платформы Intel Centrino в середине 2008 года. Надеемся, что это сможет послужить похожим толчком для рынка, каким в свое время стала первая Intel Centrino для Wi-Fi.

Завершаемся

Итого что мы видим? Беспроводные сети опоясывают своими невидимыми "нитями" весь мир. Им не мешают ни границы, не суша не вода, ни строения, а еще лучше было бы побольше энергии и побольше открытого пространства. И чем больше всего этого будет, тем ближе наше с вами светлое будущее. Будущее, где все будет объединено в единую сеть между не только всеми возможными телефонами, компьютерами, кофеварками, чайниками, плитами, холодильниками и утюгами, но и всеми планетами солнечной системы, галактики, а также маленькой планетой K-PAX.

Если серьезно, то будущие перспективы очевидны. Миниатюрные устройства постепенно обретут возможность обмена данными при помощи стандарта Bluetooth (или его схожей замены). Расширится диапазон беспроводной гарнитуры при содействии Wibree, а включать свет в комнате с пульта позволит ZigBee.

Объединять периферию в рамках комнаты призван Wireless USB. Кстати, не так давно ему в помощь был призван . Скорости он обеспечивает такие же, только вот расстояние от источника может быть не более нескольких сантиметров. Свободы размещения девайсов не много, зато проводов не надо. Для домашнего кинотеатра предназначен WirelessHD. Интересная и перспективная технология, которая может со временем вытеснить современное проводное соединение.

На уровне квартиры или даже нескольких квартир, либо для объединения проводных локальных сетей между домами будет использоваться Wi-Fi. Он для этого создан и это удобнее. Куда дешевле установить маленькую точку доступа за $50-70 в квартире или в кафе (для посетителей), чем дорогостоящее WiMAX-оборудование. А ведь его еще и поставить и настроить придется правильно.

Что касается WiMAX, то этот стандарт хорошо подходит прежде всего для интернет-провайдеров. С его помощью они смогут довести луч света всемирной паутины в самые темные захолустья нашей планеты. Впрочем, пока еще неизвестно что нам предложит четвертое поколение сотовой связи. В любом случае выиграем мы - обычные обыватели маленькой планеты Земля, уже опоясанной проводами, от которых сейчас все стремительно избавляются.

В материале использовалась информация со следующих ресурсов:

Беспроводные технологии – классификация беспроводных сетей

Прежде всего, давайте определимся с названиями и стандартами, дабы мы с вами говорили на одном языке.
Итак, взаимодействие беспроводных устройств регламентируется целым рядом стандартов. В них указывается спектр радиочастотного диапазона, скорость передачи данных, способ передачи данных и прочая информация. Главным разработчиком технических стандартов беспроводной связи является организация IEEE .
Стандарт IEEE 802.11 регламентирует работу беспроводных устройств в сетях WLAN (Wireless LAN). На сегодняшний день действуют следующие поправки - 802.11a, 802.11b, 802.11g и 802.11n. Все эти технологии отнесены к категории Wi-Fi (Wireless Fidelity).

Организация "Wi-Fi Alliance " отвечает за тестирование устройств для беспроводных LAN, выпущенных разными производителями. Логотип Wi-Fi на корпусе устройства означает, что это оборудование может взаимодействовать с другими устройствами того же стандарта.
Для тех, кому любопытно, я привожу некоторые технические данные существующих ревизий стандарта IEEE 802.11:
802.11a:

• использует радиочастотный спектр 5 ГГц;
• несовместим со спектром 2.4 ГГц, т.е. устройствами 802.11 b/g/n;
• радиус действия – приблизительно 33% от 802.11 b/g;
• сравнительно дорог в реализации по сравнению с другими технологиями;
• оборудование, отвечающее стандарту 802.11a, становится все более редким.

802.11b:

• первая технология 2.4 ГГц;
• максимальная скорость передачи данных 11 Мбит/с;
• радиус действия – приблизительно 46 м в помещении и 96 м на открытом воздухе.

802.11g:

• семейство технологий 2.4 ГГц;
• максимальная скорость передачи данных повышена до 54 Мбит/с;
• радиус действия – такой же, как у 802.11b;
• имеется обратная совместимость с 802.11b.

802.11n:

• новейший стандарт;
• технологии 2.4 ГГц (в проекте стандарта предусмотрена поддержка 5 ГГц);
• увеличенный радиус действия и пропускная способность;
• обратная совместимость с существующим оборудованием 802.11g и 802.11b.

Большинство существующих ныне устройств работают со стандартами 802.11g и 802.11n. Примечательно, что из-за массы преимуществ, широкое использование стандарта 802.11n началось задолго до его ратификации.
Каждая беспроводная точка доступа имеет свой идентификатор набора услуг (SSID) – нам, пользователям, этот идентификатор представлен как имя сети:

Идентификатор SSID сообщает беспроводным устройствам, к какой беспроводной сети они принадлежат и с какими устройствами они взаимодействуют. Соответственно, если несколько беспроводных устройств (компьютеров) подключаются к одной точке доступа – они образуют локальную беспроводную сеть.
Идентификатор SSID представляет собой алфавитно-цифровую строку, воспринимаемую с учетом регистра, длиной до 32 символов. Этот идентификатор пересылается в заголовке всех пакетов данных, передаваемых по локальной беспроводной сети.

Существуют два вида беспроводных сетей: ad-hoc и инфраструктурная сеть.

Как было упомянуто, точка доступа имеет ограниченную зону покрытия. Для увеличения зоны покрытия, можно установить несколько точек доступа с общим SSID. В таком случае, следует помнить, что для того, чтобы переход между сотами был возможен без потери сигнала, зоны покрытия соседних точек доступа должны пересекаться между собой примерно на 10%. Это позволяет клиенту подключаться ко второй точке доступа перед тем, как отключиться от первой точки доступа.

Базовая настройка точки доступа

Давайте попробуем настроить точку доступа. Я приведу пример настройки интегрированного маршрутизатора (именно так называется та коробочка, которая совмещает в себе маршрутизатор, коммутатор и беспроводную точку доступа) D-Link DGL-4500. Поскольку веб-интерфейс взаимодействия с маршрутизатором очень похож у различных моделей различных производителей, вы без труда сможете проделать те же операции со своим устройством.
В моем случае настройки беспроводного соединения выглядят следующим образом:

Разберем наиболее значимые пункты:

• Enable Wireless – включает и выключает точку доступа. Нас, разумеется, интересует состояние «вкл».
• Wireless Network Name (Also called SSID) – идентификатор беспроводной сети, или иными словами, её имя. Идентификатор SSID является отличительным признаком каждой беспроводной локальной сети, и все устройства, участвующие в одной сети, должны использовать единый идентификатор SSID.
• 802.11 Band – эта настройка не присутствует в большинстве маршрутизаторов и отвечает частоту используемого радиочастотного спектра. Оставим значение по умолчанию – 2.4 ГГц.
• 802.11 Mode – здесь стоит заострить внимание. Большинство точек доступа для домашнего использования поддерживают различные стандарты. Это, в основном, стандарты 802.11b, 802.11g и 802.11n. Хотя все они используют диапазон частот 2.4 ГГц, в каждом из них применяется своя технология достижения максимальной пропускной способности. Поэтому выбор 802.11 Mode в точке доступа зависит от типа подключенного беспроводного устройства. Если к точке доступа подключен только один тип устройств, выберите 802.11 Mode, поддерживающий данное устройство. Если подключено несколько типов беспроводных устройств, следует выбрать смешанный режим, но помните, что производительность сети снизится из-за повышенной нагрузки на поддержку нескольких 802.11 Mode. О типе стандарта беспроводной связи в каждом устройстве можно узнать в руководстве пользователя.
• Wireless Channel – если бы все точки доступа работали на единой частоте, то окажись в единой зоне покрытия, они стали бы серьезной помехой друг на друга, так же как мешаю две радиостанции на соседних частотах. Для решения этой проблемы, были созданы 11 каналов беспроводной связи – каждому каналу своя частота (все они близки к 2.4ГГц или 5ГГц в зависимости от используемого типа соединения). Канал для точки доступа выбирается с учетом прилегающих беспроводных сетей. Для достижения оптимальной работы соседних точек доступа следует пропускной способности необходимо выбирать в каждой из них каналы с разницей как минимум в 6 каналов (например, в одной 1й канал, во второй 7ой и выше). Во всех точках доступа предусмотрена возможность ручной настройки канала. В моей точке доступа также предусмотрена возможность автоматического поиска наименее загруженных каналов (настройка Enable Auto Channel Scan).
• Transmission Rate и Channel Width – эти настройки также не присутствует в большинстве маршрутизаторов и отвечают за скорость передачи данных. Оставим в них значения по умолчанию.
• Visibility Status – для быстрого обнаружения беспроводной сети клиентами, точка доступа каждые несколько секунд рассылает идентификатор сети SSID. Функцию рассылки SSID можно отключить, если установить Visibility Status в положение «invisible». В таком случает, идентификатор SSID не будет выдаваться в эфир, то его необходимо будет вручную настроить на беспроводных клиентах, поэтому невидимость сети может служить дополнительной мерой безопасности для пресечения нежелательных подключений. Это может быть полезным, в случае, если необходимо скрыть сеть (она просто не будет показываться в результатах поиска доступных сетей на клиентских устройствах).

После сохранения настроек, беспроводная сеть станет доступной для подключения. Настало время познакомиться с настройками безопасности.

Обеспечение безопасности беспроводной локальной сети

Одним из главных преимуществ беспроводных сетей является удобство в подключении устройств. Обратной стороной медали является уязвимость сети для перехвата информации и атак со стороны злоумышленников – взломщику не требуется физического подключения к вашему компьютеру или к любому другому устройству для получения доступа в вашу сеть; он может настраиваться на сигналы вашей беспроводной, сети точно так же, как на волну радиостанции.
Взломщик может получить доступ в вашу сеть из любой точки в пределах действия беспроводной связи. Получив доступ к вашей сети, злоумышленники смогут бесплатно воспользоваться вашими интернет-услугами, а также получить доступ к компьютерам в сети и повредить файлы, либо украсть персональную или конфиденциальную информацию. Разумеется, сказанное не относится к кафе, аэропортам и других заведениях, где специально устанавливается точка доступа лишенная какой-либо защиты, для того чтобы ей могли пользоваться все желающие.
Для защиты от упомянутых уязвимостей беспроводной связи необходимы специальные функции обеспечения безопасности и методы защиты от внешних атак. Для этого достаточно выполнить несколько несложных операций в процессе исходной настройки точки доступа.
Как было сказано, один из простейших способов ограничить доступ в беспроводную сеть – отключить рассылку идентификатора SSID.
В качестве дополнительной меры защиты настоятельно рекомендуется изменить настройки, заданные по умолчанию, так как интегрированные маршрутизаторы поставляются с предварительно настроенными SSID, паролями и IP-адресами. Используя настройки по умолчанию, злоумышленник сможет легко идентифицировать сеть и получить доступ.
Даже если рассылка SSID отключена, существует вероятность проникновения в сеть, если злоумышленнику стал известен SSID, заданный по умолчанию. Если не изменить другие настройки по умолчанию, а именно пароли и IP-адреса, то взломщики могут проникнуть в точку доступа и внести изменения в ее конфигурацию. Настройки, заданные по умолчанию, должны быть изменены на более безопасные и уникальные.
Эти изменения сами по себе еще не гарантируют безопасности вашей сети. Например, SSID передаются открытым текстом, без шифрования данных. Но сегодня имеются устройства для перехвата беспроводных сигналов и чтения сообщений, составленных открытым текстом. Даже если функция рассылки SSID отключена и значения по умолчанию изменены, взломщики могут узнать имя беспроводной сети с помощью таких устройств, так как идентификатор пересылается в заголовке всех пакетов данных, передаваемых по локальной беспроводной сети. Используя эту информацию, они смогут подключиться к сети. Для обеспечения безопасности беспроводной локальной сети следует использовать комбинацию из нескольких методов защиты.
Один из способов ограничения доступа в беспроводную сеть – фильтрация по MAC-адресам :

При использовании фильтрации по MAC-адресам решение о допуске конкретного устройства в беспроводную сеть принимается на основании MAC-адреса. При каждой попытке беспроводного клиента установить соединение или ассоциироваться с точкой доступа он должен передать свой MAC-адрес. Если включена функция фильтрации по MAC-адресам, то точка доступа выполнит поиск MAC-адреса этого устройства по своему предварительно заданному списку. Подключение к сети будет разрешено только тем устройствам, чьи MAC-адреса внесены в базу данных маршрутизатора. Если MAC-адрес в базе данных отсутствует, то устройству будет отказано в подключении или обмене данных по беспроводной сети.
Узнать MAC-адрес сетевой карты компьютера можно выполнив команду getmac в командной строке. MAC-адреса других сетевых устройств доступны в настройках самих устройств либо в руководстве пользователя.
Такой способ обеспечения безопасности имеет некоторые недостатки. Например, он предполагает, что MAC-адреса всех устройств, которым должен быть предоставлен доступ в сеть, включены в базу данных до того, как будет выполнена попытка соединения. Устройство, не распознанное по базе данных, не сможет выполнить соединение. Кроме того, взломщик может создать клон MAC-адреса устройства, имеющего доступ в сеть.
Другой способ администрирования доступа – аутентификация. Аутентификация – это предоставление разрешения на вход в сеть по результатам проверки подлинности набора учетных данных (пароля и в некоторых случаях имени пользователя).
Существует три группы методов аутентификации в беспроводных сетях: открытая аутентификация, PSK и EAP.

• Открытая аутентификация – это установка аутентификации по умолчанию, при которой всем устройствам разрешено устанавливать соединения независимо от их типа и принадлежности. Открытая аутентификация должна использоваться только в общедоступных беспроводных сетях, например, в школах и интернет-кафе (ресторанах).
• Предварительно согласованный ключ (PSK) – в данном режиме точка доступа и клиент должны использовать общий ключ или кодовое слово. Точка доступа отправляет клиенту случайную строку байтов. Клиент принимает эту строку, шифрует ее, используя ключ, и отправляет ее обратно в точку доступа. Точка доступа получает зашифрованную строку и для ее расшифровки использует свой ключ. Если расшифрованная строка, принятая от клиента, совпадает с исходной строкой, отправленной клиенту, то клиенту дается разрешение установить соединение. Как видно, в этой технологии выполняется односторонняя аутентификация, т.е. точка доступа проверяет реквизиты подключаемого узла. PSK не подразумевает проверки устройством подлинности точки доступа, а также не проверяет подлинности пользователя, подключающегося к точке доступа.
• Расширяемый протокол аутентификации (EAP) – обеспечивает взаимную или двухстороннюю аутентификацию, а также аутентификацию каждого конкретного пользователя. Если на стороне клиента установлено программное обеспечение EAP, клиент взаимодействует с внутренним сервером аутентификации, таким как служба удаленной аутентификации пользователей с коммутируемым доступом (RADIUS). Этот внутренний сервер работает независимо от точки доступа и ведет базу данных пользователей, имеющих разрешение на доступ в сеть. При применении EAP пользователь должен предъявить имя и пароль, которые затем проверяются по базе данных сервера RADIUS. Если предъявленные учетные данные являются допустимыми, пользователь рассматривается как прошедший аутентификацию.

Если функция аутентификации включена, то независимо от применяемого метода клиент должен успешно пройти аутентификацию до того, как ему будет предоставлено разрешение на соединение с точкой доступа. Если включены функции аутентификации и фильтрации по MAC-адресам, то в первую очередь выполняется аутентификация.
Аутентификация и фильтрация по MAC-адресам могут блокировать взломщику доступ в беспроводную сеть, но не смогут предотвратить перехват передаваемых данных. Поскольку не существует четких границ беспроводных сетей и весь трафик передается без проводов, то взломщик может легко перехватить или прочитать кадры данных беспроводной сети. Шифрование – это процесс преобразования данных таким образом, чтобы даже перехват информация оказывается бесполезным. Существуют несколько способов шифрования данных в беспроводных сетях:

• Протокол обеспечения конфиденциальности, сопоставимой с проводными сетями (WEP) – это усовершенствованный механизм безопасности, позволяющий шифровать сетевой трафик в процессе передачи. В протоколе WEP для шифрования и расшифровки данных используются предварительно настроенные ключи. WEP-ключ вводится как строка чисел и букв длиной 64 или 128 бит (в некоторых случаях протокол WEP поддерживает и 256-битные ключи). Для упрощения создания и ввода этих ключей во многих устройствах используются фразы-пароли. Фраза-пароль – это простое средство запоминания слова или фразы, используемых при автоматической генерации ключа.
• Для эффективной работы протокола WEP точка доступа, а также каждое беспроводное устройство, имеющее разрешение на доступ в сеть, должны использовать общий WEP-ключ. Без этого ключа устройства не смогут распознать данные, передаваемые по беспроводной сети.
• Протокол WEP – это эффективное средство защиты данных от перехвата. Тем не менее, протокол WEP также имеет свои слабые стороны, одна из которых заключается в использовании статического ключа для всех устройств с поддержкой WEP. Существуют программы, позволяющие взломщику определить WEP-ключ. Эти программы можно найти в сети Интернет. После того как взломщик получил ключ, он получает полный доступ ко всей передаваемой информации.
• Одним из средств защиты от такой уязвимости является частая смена ключей. Существует усовершенствованное и безопасное средство шифрования – протокол защищенного доступа к Wi-Fi (WPA).
• Протокол защищенного доступа к Wi-Fi (WPA) – в этом протоколе используются ключи шифрования длиной от 64 до 256 бит. При этом WPA, в отличие от WEP, генерирует новые динамические ключи при каждой попытке клиента установить соединение с точкой доступа. По этой причине WPA считается более безопасным, чем WEP, так как его значительно труднее взломать.

Наиболее предпочтительным видом соединения в условиях дома или небольшого офиса является использование режима WPA-Personal:

При таком соединении все пользователи, желающие подключиться к сети, будут должны ввести единый пароль, заранее заданный в настройках точки доступа (Pre-Shared Key), а пересылаемые данные будут зашифрованы протоколом WPA.
В условиях масштабной беспроводной сети, возможно, стоит перейти на использование WPA-Enterprise, где контроль доступа к сети будет регулироваться сервером аутентификации RADIUS, а пересылаемые данные будут зашифрованы протоколом WPA.

Настройка клиентов

В случае включенной рассылки SSID, настройка клиентов, укомплектованных современным программным обеспечением, сводится к простому вводу пароля (в случае не открытой аутентификации в сети):

В случае отключенной рассылки SSID, сеть единожды придется определить вручную. В Windows 7 для этого нужно зайти в Network and Sharing Center, выбрать Manage Wireless Networks и нажать кнопку Add. В появившемся окне выбираем Manually create a network profile и в появившемся окне вводим все данные сети:

После сохранения настроек вы сможете подключаться к данной скрытой сети в любое время, выбрав ее в списке доступных.

Метки: wlan, беспроводные сети, аутентификация

Подробное описание

Беспроводная локальная сеть (WLAN) представляет собой беспроводную компьютерную сеть , которая связывает два или более устройств с помощью метода беспроводного распределения (часто с расширенным спектром или OFDM) в пределах ограниченной области, таких как дома, школы, компьютерной лаборатории или офисного здания. Это дает пользователям возможность передвигаться в пределах локальной зоны покрытия и по-прежнему быть подключенными к сети , а также может обеспечить подключение к Интернету . Большинство современных беспроводных локальных сетей основаны на стандартах IEEE 802.11, продаваемые под торговой маркой Wi-Fi .

Беспроводные локальные сети стали популярными в быту, благодаря простоте установки и использования, а также в коммерческих комплексах, предлагающих беспроводный доступ к своим клиентам, часто бесплатно.

А знаете ли Вы, что... Нью-Йорк, к примеру, начал пилотную программу по предоставлению городским рабочим во всех районах города беспроводного доступа в Интернет.

Изначально аппаратные средства WLAN (Wireless Local Area Network) использовались только в качестве альтернативы кабельной сети , где использование кабелей было труднодоступным или невозможным вовсе.

СТАНЦИИ
Все компоненты, которые могут быть соединены в беспроводную среду в сети, называются станциями . Все станции оснащены беспроводными контроллерами сетевого интерфейса (WNICs) . Беспроводные станции попадают в одну из двух категорий: точки беспроводного доступа и клиентов . Точки доступа , как правило, беспроводные маршрутизаторы являются базовыми станциями для беспроводной сети . Они передают и принимают радиочастоты для беспроводных устройств с поддержкой для связи с другими. Беспроводными клиентами могут быть мобильные устройства, такие как ноутбуки, карманные персональные компьютеры, IP-телефоны и другие смартфоны или стационарные устройства, такие как настольные компьютеры и рабочие станции, которые оснащены беспроводным сетевым интерфейсом .

БАЗОВЫЙ КОМПЛЕКТ
Базовый набор обслуживания представляет собой совокупность всех станций, которые могут взаимодействовать друг с другом на физическом уровне. Каждый набор имеет идентификационный номер и называется BSSID , который является MAC-адресом точки доступа , обслуживающей базовый сервис.

Есть два типа базового набора обслуживания : Независимый BSS (IBSS) и инфраструктура BSS . Независимый BSS (IBSS) представляет собой специальную сеть, которая не содержит точек доступа , что означает, что они не могут подключаться к любым другим основынм службам.

РАСШИРЕННЫЙ НАБОР УСЛУГ
Расширенный набор обслуживания (ESS) представляет собой набор связных BSS , точки доступа в котором соединены системой распределения. Каждая ESS имеет идентификатор, называемый идентификатор SSID , который является 32-байтовой строкой символов.

СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Система распределения (DS) соединяет все точки доступа в Расширенном наборе услуг . DS может использоваться для увеличения зоны покрытия сети через роуминг между ячейками.

Также, DS может быть проводной или беспроводной . Современные беспроводные системы распределения в основном базируются на WDS или сетчатых протоколах, однако используются и другие системы.

Проблемы и области применения беспроводных локальных сетей

Беспроводные локальные сети (Wireless Local Area Network, WLAN) в некоторых случаях являются предпочтительным по сравнению с проводной сетью решением, а иногда просто единственно возможным. В WLAN сигнал распространяется с помощью электромагнитных волн высокой частоты.

Преимущество беспроводных локальных сетей очевидно - их проще и дешевле разворачивать и модифицировать, так как вся громоздкая кабельная инфраструктура оказывается излишней. Еще одно преимущество - обеспечение мобильности пользователей. Однако основной проблемой является неустойчивая и непредсказуемая беспроводная среда, на пример, помехи от разнообразных бытовых приборов и других телекоммуникационных систем, атмосферные помехи и отражения сигнала.

Локальные сети - это, прежде всего, сети зданий, а распространение радиосигнала внутри здания еще сложнее, чем вне него.

Методы расширения спектра помогают снизить влияние помех на полезный сигнал, кроме того, в беспроводных сетях широко используются прямая коррекция ошибок (FEC) и протоколы с повторной передачей потерянных кадров.

Неравномерное распределение интенсивности сигнала приводит не только к битовым ошибкам передаваемой информации, но и к неопределенности зоны покрытия беспроводной локальной сети. В проводных локальных сетях такой проблемы нет. Беспроводная локальная сеть не имеет точной области покрытия. В действительности, сигнал может быть настолько ослаблен, что устройства, находящиеся в предполагаемых пределах зоны покрытия, вообще не могут принимать и передавать информацию.

На рис. 12.14а показана фрагментированная локальная сеть. Не полносвязность беспроводной сети порождает проблему доступа к разделяемой среде, известную под названием скрытого терминала. Проблема возникает в том случае, когда два узла находятся вне зон досягаемости друг друга (узлы А и С на рис. 12.14, а), и существует третий узел В, который принимает сигналы как от А, так и от С. Предположим, что в радиосети используется традиционный метод доступа, основанный на прослушивании несущей, например CSMA/CD. В данном случае коллизии будут возникать значительно чаще, чем в проводных сетях. Пусть, например, узел В занят обменом с узлом А. Узлу С сложно определить, что среда занята, он может посчитать ее свободной и начать передавать свой кадр. В результате сигналы в районе узла В исказятся, то есть произойдет коллизия, вероятность возникновения которой в проводной сети была бы неизмеримо ниже.

Распознавание коллизий затруднено в радиосети еще и потому, что сигнал собственного передатчика существенно подавляет сигнал удаленного передатчика, и распознать искажение сигнала чаще всего невозможно.

В методах доступа применяемых в беспроводных сетях, отказываются не только от прослушивания несущей, но и распознания коллизий. Вместо этого в них используют методы предотвращения коллизий, включая методы опроса.

Применение базовой станции может улучшить связность сети (рис. 12.14,б). Базовая станция обычно обладает большей мощностью, а ее антенна устанавливается так, чтобы более равномерно и беспрепятственно покрывать нужную территорию. В результате все узла беспроводной локальной сети получают возможность обмениваться данными с базовой станцией, которая транзитом передает данные между узлами.

Рис. 12.14. Связность беспроводной локальной сети: а - специализированная беспроводная сеть, б - беспроводная сеть с базовой станцией

Беспроводные локальные сети считаются перспективными для таких применений, в которых сложно или невозможно использовать проводные сети. Области применения беспроводных локальных сетей.

Домашние локальные сети. Когда в доме появляется несколько компьютеров, организация домашней локальной сети становится насущной проблемой.

Резидентный доступ альтернативных операторов связи, у которых нет проводного, доступа к клиентам, проживающим в многоквартирных домах,

Так называемый «кочевой» доступ в аэропортах, железнодорожных вокзалах и т. п.

Организация локальных сетей в зданиях, где нет возможности установить современную кабельную систему, например в исторических зданиях с оригинальным интерьером.

Организация временных локальных сетей, например, при проведении конференций.

Расширения локальных сетей. Иногда одно здание предприятия, например испытательная лаборатория или цех, может быть расположено отдельно от других. Небольшое число рабочих мест в таком здании делает крайне невыгодным прокладку к нему отдельного кабеля, поэтому беспроводная связь оказывается более рациональным вариантом.

Мобильные локальные сети. Если пользователь хочет получать услуги сети, перемещаясь из помещения в помещение или из здания в здание, то здесь конкурентов у беспроводной локальной сети просто нет. Классическим примером такого пользователя является врач, совершающий обход и пользующийся своим ноутбуком для связи с базой данных больницы.

Топологии локальных сетей стандарта 802.11

Стандарт 802.11 поддерживает два типа топологий локальных сетей: с базовым и с расширенным наборами услуг.

Сеть с базовым набором услуг (Basic Service Set, BSS) образуется отдельными станциями, базовая станция отсутствует, узлы взаимодействуют друг с другом непосредственно рис 12.15. для того чтобы войти в сеть BSS, станция должна выполнить процедуру присоединения.

Сети BSS не являются традиционными сотами в отношении зон покрытия, они могут находиться друг от друга на значительном расстоянии, а могут частично или полностью перекрываться - стандарт 802.11 оставляет здесь свободу для проектировщика сети.

Станции могут использовать разделяемую среду для того, чтобы передавать данные:

непосредственно друг другу в пределах одной сети BSS;

в пределах одной сети BSS транзитом через точку доступа;

между разными сетями BSS через две точки доступа и распределенную систему;

между сетью BSS и проводной локальной сетью через точку доступа, распределенная систему и портал

Рис. 12.15. Сети с базовым набором услуг

В сетях, обладающих инфраструктурой, некоторые станции сети являются базовыми, или, в терминологии 802.11, точками доступа (Access Point, АР). Станция, которая выполняет функции АР, является членом какой-нибудь сети BSS (рис. 12.16). Все базовые станции сети связаны между собой с помощью распределенной системы (Distribution System, DS), в качестве которой может использоваться та же среда (то есть радио- или инфракрасные волны), что и среда взаимодействия между станциями, или же отличная от нее, например проводная. Точки доступа вместе с распределенной системой поддерживают службу распределенной системы (Distribution System Service, DSS). Задачей DSS является передача пакетов между станциями, которые по каким-то причинам не могут или не хотят взаимодействовать между собой непосредственно. Наиболее очевидной причиной использования DSS является принадлежность станций разным сетям BSS. В этом случае они передают 1кадр своей тачке доступа, которая через DS передает его точке доступа, обслуживающей сеть BSS со станцией назначения.

Рис. 12.16. Сеть с расширенным набором услуг

Сеть с расширенным набором услуг (Extended Service Set, ESS) состоит из нескольких сетей BSS, объединенных распределенной средой

Сеть ESS обеспечивает станциям мобильность - они мотут переходить из одной сети BSS в другую. Эти перемещения обеспечиваются функциями уровня MAC рабочих и базовых станций, потому они совершенно прозрачны для уровня LLC. Сеть ESS может также взаимодействовать с проводной локальной сетью. Для этого в распределенной системе должен присутствовать портал.

Мост как предшественник и функциональный аналог коммутатора

Логическая структуризация сетей и мосты

Мост локальной сети (LAN bridge), или просто мост, появился как средство построения крупных локальных сетей на разделяемой среде, так как невозможно построить достаточно крупную сеть на одной разделяемой среде

Использование единой разделяемой среды в сети Ethernet приводит к нескольким очень жестким ограничениям:

общий диаметр сети не может быть больше 2500 м;

количество узлов не может превышать 1024 (для сетей Ethernet на коаксиале это ограничение еще жестче).

На рис, 13.1 показана зависимость задержки доступа к среде передачи от загруженности сети, полученные для сетей Ethernet, Token Ring и FDDI путем имитационного моделирования.

Рис. 13.1. Задержки доступа к среде передачи данных для технологий Ethernet, Token Ring и FDDI

Как видно из рисунка, всем технологиям присуща качественно одинаковая картина экспо­ненциального роста величины задержек доступа при увеличении коэффициента использо­вания сети. Однако их отличает порог, при котором наступает резкий перелом в поведении сети, когда почти прямолинейная зависимость переходит в крутую экспоненциальную. Для всего семейства технологий Ethernet - это 30-50 % (сказывается эффект коллизий), для технологии Token Ring - 60 %, а для технологии FDDI - 70-80 %.

Ограничения, возникающие из-за использования единой разделяемой среды, можно преодолеть, выполнив логическую структуризацию сети, то есть, сегментировав единую разделяемую среду на несколько и соединив полученные сегменты сети некоторым коммуникационным устройством, которое не передает данные побитно, как повторитель, а базирует кадры и передает их затем в тот или иной сегмент в зависимости от адреса назначения кадра (рис 13.2)

Нужно отличать логическую структуризацию от физической. Концентраторы стандарта 10Base-T позволяют построить сеть, состоящую из нескольких сегментов кабеля на витой паре, но это - физическая структуризация, так как логически все эти сегменты представляют собой единую разделяемую среду.

Мост долгое время был основным типом устройств, которые использовались для логической структуризации локальных сетей. Сейчас, мосты заменили коммутаторы, но так как алгоритм их работы повторяет алгоритм работы моста, результаты их применения имеют ту же природу, они только усиливаются за счет гораздо более высокой производительности коммутаторов.

Помимо мостов/коммутаторов для структуризации локальных сетей можно использовать маршрутизаторы, но они являются более сложными и дорогими устройствами, к тому же всегда требующими ручного конфигурирования, поэтому их применение в локальных сетях ограничено.

Логическая структуризация локальной сети позволяет решить несколько задач, основные из которых - это повышение производительности, гибкости и безопасности, а также улучшение управляемости сети.

Рис. 13.2. Логическая структуризация сети

При построении сети как совокупности сегментов каждый из них может быть адаптирован к специфическим потребностям рабочей группы или отдела. Это означает повышение гибкости сети. Процесс разбиения сети на логические сегменты можно рассматривать и в обратном направлении, как процесс создания большой сети из уже имеющихся небольших сетей.

Устанавливая различные логические фильтры на мостах/коммутаторах, можно контролировать доступ пользователей к ресурсам других сегментов, чего не позволяют делать повторители. Так достигается повышение безопасности данных.

Побочным эффектом снижения трафика и повышения безопасности данных является упрощение управления сетью, то есть улучшение управляемости сети. Проблемы очень часто локализуются внутри сегмента. Сегменты образуют логические домены управления сетью.

Алгоритм прозрачного моста IEEE 802.1D

В локальных сетях 80-х и 90-х годов применялись мосты нескольких типов:

прозрачные мосты (для технологии Ethernet);

мосты с маршрутизацией от источника (для технологии Token Ring);

транслирующие мосты (для соединений технологии Ethernet и Token Ring).

Слово «прозрачный» в названии алгоритм прозрачного моста отражает тот факт, что мосты и коммутаторы в своей работе не учитывают существование в сети сетевых адаптеров конечных узлов, концентраторов и повторителей. В то же время и перечисленные сетевые устройства функционируют, «не замечая» присутствия в сети мостов и коммутаторов.

Мост строит свою таблицу продвижения (адресную таблицу) на основании пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в подключенных к его портам сегментах. При этом мост учитывает адреса источников кадров данных, поступающих на его порты. По адресу источника кадра мост делает вывод о принадлежности узла-источника тому или иному сегменту сети,

Рассмотрим процесс автоматического создания таблицы продвижения моста и ее использования на примере простой сети, представленной на рис. 13.4.

Рис. 13.4. Принцип работы прозрачного моста/коммутатора

Мост соединяет два сетевых сегмента. Сегмент 1 составляют компьютеры, подключенные с помощью одного отрезка коаксиального кабеля к порту 1 моста, а сегмент 2 - компьютеры, подключенные с помощью другого отрезка коаксиального кабеля к порту 2 моста. В исходном состоянии мост не знает о том, компьютеры с какими МАС-адресами подключены к каждому из его портов. В этой ситуации мост просто передает любой захваченный и буферизованный кадр на все свои порты за исключением того порта, от которого этот кадр получен. В нашем примере у моста только два порта, поэтому он передает кадры с порта 1 на порт 2, и наоборот. Отличие работы моста в этом режиме от повторителя заключается в том, что он передает кадр, предварительно буферизуя его, а не бит за битом, как это делает повторитель. Буферизация разрывает логику работы всех сегментов как единой разделяемой среды.

Одновременно с передачей кадра на все порты мост изучает адрес источника кадра и делает запись о его принадлежности к тому или иному сегменту в своей адресной таблице. Эту таблицу также называют таблицей фильтрации, или продвижения. Например, получив на порт 1 кадр от компьютера 1, мост делает первую запись в своей адресной таблице:

МАС -адрес 1 - порт 1.

Эта запись означает, что компьютер, имеющий МАС-адрес 1, принадлежит сегменту, подключенному к порту 1 коммутатора. Если все четыре компьютера данной сети проявляют активность и посылают друг другу кадры, то скоро мост построит полную адресную таблицу сети, состоящую из 4-х записей - по одной записи на узел (см. рис. 13.4).

При каждом поступлении кадра па порт моста он, прежде всего, пытается найти адрес назначения кадра в адресной таблице. Продолжим рассмотрение действий моста на пример (см. рис. 13.4).

При получении кадра, направленного от компьютера 1 компьютеру 3, мост просматривает адресную таблицу на предмет совпадения адреса в какой-либо из се записей с адресом назначения - МАС-адресом 3. Запись с искомым адресом имеется в адресной таблице.

Мост выполняет второй этап анализа таблицы - проверяет, находятся ли компьютеры с адресами источника и назначения в одном сегменте. В примере компьютер 1 (МАС-адрес 1) и компьютер 3 (МАС-адрсс 3) находятся в разных сегментах. Следовательно, мост выполняет операцию продвижения (forwarding) кадра - передает кадр на порт 2, ведущий в сегмент получателя, получает доступ к сегменту и передаст туда кадр.

Если бы оказалось, что компьютеры принадлежали одному сегменту, то кадр просто был бы удален из буфера. Такая операция называется фильтрацией (fikering).

Если бы запись о МАС-адреес 3 отсутствовала в адресной таблице, то есть, другим и словами, адрес назначения был неизвестен мосту, то он передал бы кадр на все свои порты, кроме порта - источника кадра, как и на начальной стадии процесса обучения.

Процесс обучения моста никогда не заканчивается и происходит одновременно с продвижением и фильтрацией кадров. Мост постоянно следит за адресами источника буферизуемых кадров, чтобы автоматически приспосабливаться к изменениям, происходящим в сети, - перемещениям компьютеров из одного сегмента сети в другой, отключению и появлению новых компьютеров.

Входы адресной таблицы могут быть динамическими, создаваемыми в процессе самообучения моста, и статическими, создаваемыми вручную администратором сети. Статические записи, но имеют срока жизни, что дает администратору возможность влиять на работу моста, например, ограничивая передачу кадров с определенными адресами из одного сегмента в другой.

Динамические записи имеют срок жизни - при создании или обновлении записи в адресной таблице с ней связывается отметка времени. По истечении определенного тайм-аута запись помечается как недействительная, если за это время мост не принял ни одного кадра с данным адресом в поле адреса источника. Это дает возможность мосту автоматически реагировать на перемещения компьютера из сегмента в сегмент - при его отключении от старого сегмента запись о принадлежности компьютера к этому сегменту со временем вычеркивается из адресной таблицы. После подключения компьютера к другому сегменту его кадры начнут попадать в буфер моста через другой порт, и в адресной таблице появится новая запись, соответствующая текущему состоянию сети.

Кадры с широковещательными МАС-адресами, как и кадры с неизвестными адресами назначения, передаются мостом на все его порты. Такой режим распространения кадров называется затоплением сети (flooding). Наличие мостов в сети не препятствует распространению широковещательных кадров по всем сегментам сети. Однако это является достоинством только тогда, когда широковещательный адрес выработан корректно работающим узлом.

Нередко в результате каких-либо программных или аппаратных сбоев протокол верхнего уровня или сетевой адаптер начинает работать некорректно, а именно постоянно с высокой интенсивностью генерировать кадры с широковещательным адресом. Мост в соответствии со своим алгоритмом передает ошибочный трафик во все сегменты. Такая ситуация называется широковещательным штормом (broadcast, storm).

На рис. 13.5 показана типичная структура моста. Функции доступа к среде при приеме и передаче кадров выполняют микросхемы MAC, которые идентичны микросхемам сетевого адаптера.

Рис. 13.5. Структура моста/коммутатора

Протокол, реализующий алгоритм коммутатора, располагается между уровнями MAC HLLC.

На рис. 13.6 показана копия экрана терминала с адресной таблицей моста.

Рис. 13.6. Адресная таблица коммутатора

Из выводимой на экран адресной таблицы видно, что сеть состоит из двух сегментов - LAN А и LAN В. В сегменте LAN А имеются, по крайней мере, 3 станции, а в сегменте LAN В - 2 станции. Четыре адреса, помеченные звездочками, являются статическими, то есть назначенными администратором вручную. Адрес, помеченный плюсом, является динамическим адресом с истекшим сроком жизни.

Таблица имеет поле Dispn - «disposition» (это «распоряжение» мосту о том, какую операцию нужно проделать с кадром, имеющим данный адрес назначения). Обычно при автоматическом составлении таблицы в этом поле ставится условное обозначение порта на­значения, но при ручном задании адреса в это поле можно внести нестандартную операцию обработки кадра. Например, операция Flood (затопление) заставляет мост распространять кадр в широковещательном режиме, несмотря на то, что его адрес назначения не является широковещательным. Операция Discard (отбросить) говорит мосту, что кадр с таким адресом не нужно передавать на порт назначения. Вообще говоря, операции, задаваемые в поле Dispn, определяют особые условия фильтрации кадров, дополняющие стандартные условия их распространения. Такие условия обычно называют пользовательскими фильтрами.

Топологические ограничения при применении мостов в локальных сетях

Рассмотрим это ограничение на примере сети, показанной на рис. 13.7.

Рис. 13.7. Влияние замкнутых маршрутов на работу коммутаторов

Два сегмента Ethernet параллельно соединены двумя мостами, так что образовалась петля. Пусть новая станция с МАС-адресом 123 впервые начинает работу в данной сети. Обычно начало работы любой операционной системы сопровождается рассылкой широковещательных кадров, в которых станция заявляет о своем существовании и одновременно ищет серверы сети.

На этапе 1 станция посылает первый кадр с широковещательным адресом назначения и адресом источника 123 в свой сегмент. Кадр попадает как в мост 1, так и в мост 2. В обоих мостах новый адрес источника 123 заносится в адресную таблицу с пометкой о его принадлежности сегменту 1, то есть создается новая запись вида:

МАС-адрес 123 - Порт 1.

Так как адрес назначения широковещательный, то каждый мост должен передать кадр на сегмент 2. Эта передача происходит поочередно в соответствии с методом случайного доступа технологии Ethernet. Пусть первым доступ к сегменту 2 получает мост 1 (этап 2 на рис. 13.7), При появлении кадра на сегменте 2 мост 2 принимает его в свой буфер и обрабатывает. Он видит, что адрес 123 уже есть в его адресной таблице, но пришедший кадр является более свежим, и он решает, что адрес 123 принадлежит сегменту 2, а не 1. Поэтому мост 2 корректирует содержимое базы и делает запись о том, что адрес 123 принадлежит сегменту 2:

МАС-адрес 123 - Порт 2.

Аналогично поступает мост 1, когда мост 2 передает свою копию кадра на сегмент 2. Далее перечислены последствия наличия петли в сети.

«Размножение» кадра, то есть появление нескольких его копий (в данном случае - двух, но если бы сегменты были соединены тремя мостами - то трех и т. д.).

Бесконечная циркуляция обеих копий кадра по петле в противоположных направле­ниях, а значит, засорение сети ненужным трафиком.

Постоянная перестройка мостами своих адресных таблиц, так как кадр с адресом источника 123 будет появляться то на одном порту, то на другом.

В целях исключения всех этих нежелательных эффектов мосты/коммутаторы нужно применять так, чтобы между логическими сегментами не было петель, то есть строить с помощью коммутаторов только древовидные структуры, гарантирующие наличие единственного пути между любыми двумя сегментами. Тогда кадры от каждой станции будут поступать на мост/коммутатор всегда с одного и того же порта, и коммутатор сможет правильно решать задачу выбора рационального маршрута в сети.

Возможна и другая причина возникновения петель. Так, для повышения надежности желательно иметь между мостами/коммутаторами резервные связи, которые не участвуют в нормальной работе основных связей по передаче информационных кадров станций, но при отказе какой-либо основной связи образуют новую связную рабочую конфигурации без петель.

Избыточные связи необходимо блокировать, то есть переводить их в неактивное состояние. В сетях с простой топологией эта задача решается вручную путем блокирования соответствующих портов мостов/коммутаторов. В больших сетях со сложными связями используются алгоритмы, которые позволяют решать задачу обнаружения петель автоматически.