Беспроводные сети
Беспроводная сеть – еще один вариант связи, который можно использовать для соединения компьютеров в сеть. Главное преимущество такой сети перед проводной сетью – мобильность, то есть можно спокойно передвигать компьютер или даже носить его с собой, в то же время оставаясь на связи.
Как и в случае с проводной сетью, беспроводная сеть также предполагает наличие собственных сетевых стандартов, которые описывают правила функционирования сети для обеспечения ее максимальной производительности.
Существует несколько типов беспроводной сети, характеризующихся разными показателями производительности и условиями использования. Наибольшее распространение среди них получили Wi-Fi-сети.
Ниже в данной главе можно познакомиться с существующими сетевыми стандартами, технологиями передачи данных и многими другими понятиями, используемыми при планировании будущей беспроводной сети.
Топология беспроводной сети
Специфика использования радиоэфира в качестве среды передачи данных накладывает свои ограничения на топологию данной сети. Если сравнивать ее с топологией проводной сети, то наиболее близкими вариантами оказываются топология «звезда» и комбинированная топология «кольцо» и «общая шина».
Беспроводные сети, как и многое другое, развиваются под контролем соответствующих организаций, самой главной среди которых является «Институт инженеров электротехники и электроники» (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE). В частности, беспроводные стандарты, сетевое оборудование и все, что относится к беспроводным сетям, контролирует «Рабочая группа по беспроводным локальным сетям» (Working Group for Wireless Local Area Networks, WLAN), в состав которой входят более 100 представителей из разных университетов и фирм – разработчиков сетевого оборудования. Эта комиссия собирается несколько раз в год с целью совершенствования существующих стандартов, рассмотрения и создания новых, базирующихся на последних исследованиях и компьютерных достижениях.
В России также организована «Ассоциация беспроводных сетей передачи данных» («БЕСЕДА»), которая занимается ведением единой политики в области беспроводных сетей передачи данных. Она же и контролирует развитие рынка беспроводных сетей, предоставляет разные услуги при подключении, организует создание и развитие новых центров беспроводного доступа и т. д.
Сегодня используют два варианта беспроводной архитектуры, то есть два варианта построения сети: независимая конфигурация (ad-hoc) и инфраструктурная конфигурация. Отличия между ними незначительные, однако они кардинально влияют на такие показатели, как количество подключаемых пользователей, радиус сети, помехоустойчивость сети и т. д.
Режим независимой конфигурации (рис. 3.1), который часто называют «точка-точка» или независимым базовым набором служб (Independent Basic Service Set, IBSS), – первый из появившихся и самый простой в применении. Соответственно беспроводная сеть, построенная с применением независимой конфигурации, – самая простая в построении и настройке.
Рис. 3.1. Режим независимой конфигурации
Для объединения компьютеров в беспроводную сеть в данном режиме достаточно, чтобы каждый из них имел адаптер беспроводной связи. Как правило, такими адаптерами изначально оснащают переносные компьютеры, что вообще сводит построение сети только к настройке доступа к ней.
Обычно такой способ организации используют, если сеть строится хаотично или временно, а также если другой способ построения не требуется или не подходит по разного рода соображениям. Например, если скорость передачи между подключенными компьютерами всех устраивает, то не имеет смысла усложнять сеть, тем самым увеличивая расходы на ее расширение и обслуживание.
Режим независимой конфигурации хотя и прост в построении, но имеет ряд недостатков, главными из которых являются малый радиус действия сети и низкая помехоустойчивость, что накладывает свои ограничения на место расположения компьютеров сети. Кроме того, если нужно подключиться к внешней сети или к Интернету, то сделать это будет достаточно сложно.
Примечание
В случае соединения двух компьютеров при использовании узконаправленных антенн радиус действия сети увеличивается и в отдельных случаях может достигать 30 км и более.
Инфраструктурная конфигурация, или, как ее еще часто называют, режим «клиент/сервер», – более перспективный и быстроразвивающийся вариант беспроводной сети.
Инфраструктурная конфигурация имеет много плюсов, главными из которых являются возможность подключения достаточно большого количества пользователей, более высокая помехоустойчивость, высокий уровень безопасности и многое другое. Кроме того, при необходимости к такой сети очень легко подключить проводные сегменты.
Для организации беспроводной сети с использованием инфраструктурной конфигурации, кроме адаптеров беспроводной связи, установленных на компьютерах, также необходимо иметь как минимум одну точку доступа (Access Point) (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Точка доступа
В этом случае конфигурация носит название базового набора служб (Basic Service Set, BSS). Точка доступа может работать как по прямому назначению, так и в составе проводной сети и служить в качестве моста между проводным и беспроводным сегментами сети. При такой конфигурации компьютеры «общаются» только с точкой доступа, которая и руководит передачей данных между ними (рис. 3.3) (в проводной сети аналогом является концентратор).
Рис. 3.3. Инфраструктурная конфигурация, базовый набор служб
Конечно, одной точкой доступа сеть может не ограничиваться, что и случается при росте сети – базовые наборы служб образуют единую сеть, конфигурация которой носит название расширенного набора служб (Extended Service Set, ESS). В этом случае точки доступа обмениваются между собой информацией, передаваемой через проводное соединение (рис. 3.4) или через радиомосты, что позволяет эффективно организовывать трафик в сети между ее сегментами (фактически, точками доступа).
Рис. 3.4. Инфраструктурная конфигурация, расширенный набор служб
Стандарты беспроводной сети
Развитие технологии Radio Ethernet началось с 1990 года. Родоначальниками ее стали специалисты из «Института инженеров электротехники и радиоэлектроники», которые были объединены в группу с названием 802.11 Working Group. Разработка длилась более пяти лет и завершилась созданием спецификации IEEE 802.11, которая является группой стандартов для беспроводных локальных сетей.
Radio Ethernet представляет собой набор стандартов беспроводной передачи данных. Они получают все большее распространение среди пользователей Интернета благодаря некоторым преимуществам перед стандартами, использующимися для передачи данных в кабельную систему.
Ниже описаны основные стандарты IEEE 802.11, которые предписывают метод и скорость передачи данных, метод модуляции, мощность передатчиков, полосы частот, на которых они работают, методы аутентификации, шифрования и многое другое.
С самого начала сложилось так, что часть стандартов работает на физическом уровне, часть – на уровне среды передачи данных, а остальные на более высоких уровнях модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI.
Стандарты делятся на следующие группы:
• стандарты IEEE 802.11а, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g и IEEE 802.11n описывают работу сетевого оборудования (физический уровень);
• стандарты IEEE 802.11d, IEEE 802.1 le, IEEE 802.11i, IEEE 802.11j, IEEE 802.1 lh и IEEE 802.1 lr описывают параметры среды, частоты радиоканала, средства безопасности, способы передачи мультимедийных данных и т. д.;
• стандарты IEEE 802.11f и IEEE 802.11с описывают принцип взаимодействия между собой точек доступа, работу радиомостов и т. п.
Стандарт IEEE 802.11 был «первенцем» в стандартах беспроводной сети. Работу над ним начали еще в 1990 году. Как и полагается, занималась этим рабочая группа из IEEE. Их целью была разработка единого стандарта для радиооборудования, которое работало бы на частоте 2,4 ГГц. При этом ставилась задача достичь скорости в 1 и 2 Мбит/с при использовании методов DSSS и FHSS соответственно (описание данных методов см. ниже в подразделах данной главы «Метод DSSS» и «Метод FHSS»).
Работы над созданием стандарта закончились через семь лет. Цель была достигнута, но скорость, которую обеспечивал стандарт, оказалась слишком мала для современных потребностей. Поэтому рабочая группа из IEEE продолжила свою работу с целью создания новых, более скоростных стандартов.
При разработке стандарта IEEE 802.11 учитывались особенности сотовой архитектуры системы. Почему сотовой? Очень просто: достаточно вспомнить, что волны распространяются в разные стороны на определенный радиус. Вот и получается, что зона выглядит как сот, который работает под управлением базовой станции, в качестве которой выступает точка доступа. Часто сот называют также базовой зоной обслуживания.
Чтобы соты могли общаться между собой, используется специальная распределительная система (Distribution System, DS). Из недостатков распределительной системы стандарта 802.11 можно отметить отсутствие роуминга, то есть правил обслуживания клиентов из разных сот.
Также стандартом предусмотрена работа компьютеров без точки доступа, в составе одной соты – в этом случае функции точки доступа выполняют сами рабочие станции.
Стандарт 802.11 разработан и ориентирован на оборудование, работающее в полосе частот 2400–2483,5 МГц. При этом радиус соты достигает 300 м, не ограничивая при этом топологию сети.
IEEE 802.11а – перспективный стандарт беспроводной сети, рассчитанный на работу в двух радиодиапазонах: 2,4 ГГц и 5 ГГц. При этом используется метод OFDM, что позволяет достичь максимальной скорости передачи данных в 54 Мбит/с. Кроме этой скорости, спецификациями предусмотрены и другие:
• обязательные – 6, 12 и 24 Мбит/с;
• необязательные – 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с.
Как обычно, этот стандарт имеет свои преимущества и недостатки. Из преимуществ можно отметить следующие:
• использование параллельной передачи данных;
• высокая скорость передачи данных;
• возможность подключения большого количества компьютеров.
Недостатки стандарта следующие:
• меньший радиус сети при использовании диапазона 5 ГГц (примерно 100 м);
• большая потребляемая мощность радиопередатчиков;
• более высокая стоимость оборудования по сравнению с оборудованием других стандартов;
• требуется наличие специального разрешения на использование диапазона 5 ГГц.
Чтобы иметь возможность достичь высоких скоростей передачи данных, стандарт IEEE 802.1 la в своей работе использует технологию квадратурной амплитудной модуляции QAM.
Работа над стандартом IEEE 802.11b (другое название – IEEE 802.11 High rate) была закончена в 1999 году, и именно с ним связано понятие Wi-Fi (Wireless Fidelity).
Его работа основана на методе прямого расширения спектра (DSSS) с использованием восьмиразрядных последовательностей Уолша. При этом каждый бит данных кодируется с помощью последовательности дополнительных кодов (ССК), что позволяет достичь скорости передачи данных в 11 Мбит/с.
Как и базовый стандарт, стандарт IEEE 802.11b работает с частотой 2,4 ГГц, используя при этом не более трех неперекрывающихся каналов. Радиус действия сети при этом составляет около 300 м.
Отличительная особенность этого стандарта – в случае надобности (ухудшение качества сигнала, большая удаленность от точки доступа, разные помехи) скорость передачи данных может уменьшаться вплоть до показателя 1 Мбит/с.[6] И наоборот, обнаружив, что качество сигнала улучшилось, сетевое оборудование автоматически повышает скорость передачи до максимального уровня. Этот механизм носит название динамического сдвига скорости.
Примечание
Кроме оборудования стандарта IEEE 802.11b, часто можно встретить оборудование IEEE 802.11b+, отличие между которыми заключается лишь вскорости передачи данных. В последнем случае скорость передачи данных составляет 22 Мбит/с благодаря использованию метода двоичного пакетного сверточного кодирования (РВСС) и условия применения одинакового оборудования.
Стандарт IEEE 802.11d определяет параметры физических каналов и сетевого оборудования, им описываются правила касательно разрешенной мощности излучения передатчиков в допустимых законами диапазонах частот.
Данный стандарт очень важен, так как для работы сетевого оборудования используются радиоволны, которые, если не будут соответствовать указанным параметрам, могут помешать другим устройствам, работающим в этом диапазоне частот или диапазоне, близко лежащем к ним.
Поскольку через сеть могут передаваться данные разных форматов и разной значимости, то необходимо иметь механизм, который умел бы определять их важность и придавал их передаче необходимый приоритет. За это призван отвечать стандарт IEEE 802.11е, который был специально разработан с целью передачи мультимедийных данных: потокового видео или аудио с гарантированным качеством и гарантированной доставкой.
Стандарт IEEE 802.11f разработан с целью обеспечения аутентификации сетевого оборудования (рабочей станции), если компьютер пользователя перемещается от одной точки доступа к другой, то есть между сегментами сети. При этом вступает в действие протокол обмена служебной информацией (Inter-Access Point Protocol, IAPP), которая необходима для передачи этой информации между точками доступа. При этом достигается эффективная организация работы распределенных беспроводных сетей.
Наиболее распространенным и быстрым до недавнего времени стандартом можно считать стандарт IEEE 802.11g, который вобрал в себя все самое лучшее от стандартов IEEE 802.11а и IEEE 802.11b, а также содержит много нового. Целью его создания было достижение скорости передачи данных в 54 Мбит/с.
Как и стандарт IEEE 802.11b, стандарт IEEE 802.11g создан для работы в условиях использования диапазона 2,4 ГГц.
Стандарт предписывает обязательные и опциональные скорости передачи данных:
• обязательные – 1, 2, 5,5, 6, 11, 12 и 24 Мбит/с;
• опциональные – 33 Мбит/с, 36 Мбит/с, 48 Мбит/с и 54 Мбит/с.
Для достижения таких показателей используют кодирование с помощью последовательности дополнительных кодов (ССК), метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM), метод гибридного кодирования (CCK-OFDM) и метод двоичного пакетного сверточного кодирования (РВСС). Стоит отметить, что одна и та же скорость передачи может быть достигнута разными методами, но при этом обязательные скорости передачи данных достигаются только с помощью методов ССК и OFDM, а опциональные скорости – методов CCK-OFDM и РВСС.
Преимущество оборудования стандарта IEEE 802.11g – его совместимость с оборудованием IEEE 802.11b, то есть можно легко использовать свой компьютер с сетевой картой стандарта IEEE 802.11b с точкой доступа стандарта IEEE 802.11g, и наоборот. Кроме того, потребляемая мощность оборудования этого стандарта намного ниже, чем аналогичного оборудования стандарта IEEE 802.11а, поэтому оборудование стандарта IEEE 802.11g по праву нашло свое применение в переносных компьютерах.
Как и в случае со стандартом IEEE 802.11b+, существует аналогичный стандарт IEEE 802.11g+, позволяющий работать со скоростью 108 Мбит/с, что уже выводит подобную сеть на уровень сети стандарта 802.3 100Base.
Стандарт IEEE 802.11h разработан с целью эффективного управления мощностью излучения передатчика, выбором несущей частоты передачи и генерации нужных отчетов. Он вносит некоторые новые алгоритмы в МАС-уровень, а также физический уровень стандарта IEEE 802.11а. Прежде всего это связано с тем, что в некоторых странах диапазон 5 ГГц используют для трансляции спутникового телевидения, радарного слежения за объектами и т. п., что может вносить помехи в работу передатчиков беспроводной сети.
Смысл работы алгоритмов стандарта IEEE 802.11b. в том, что компьютеры беспроводной сети (или передатчики) при обнаружении отраженных сигналов (интерференции сигнала) могут динамически переходить на другой диапазон, понижать или повышать мощность передатчиков, что позволяет эффективнее организовать работу уличных и офисных радиосетей.
Стандарт IEEE 802.11i разработан специально для повышения безопасности при работе беспроводной сети. С этой целью разработаны разные алгоритмы шифрования и аутентификации, функции защиты при обмене информацией, функции генерирования ключей и т. д.:
• AES (Advanced Encryption Standard) – алгоритм шифрования, позволяющий работать с ключами шифрования длиной 128, 192 и 256 бит;
• RADIUS (Remote Access Dial-In User Service) – система аутентификации с возможностью генерирования ключей для каждой сессии и управления ими, включающая в себя алгоритмы проверки подлинности пакетов и т. д.;
• TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) – алгоритм шифрования данных;
• WRAP (Wireless Robust Authenticated Protocol) – алгоритм шифрования данных;
• CCMP (Counter with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol) – алгоритм шифрования данных.
Стандарт IEEE 802.11j разработан специально для условий функционирования беспроводных сетей в Японии, а именно – для использования дополнительного диапазона радиочастот 4,9 ГГц-5 ГГц.[7] Спецификация предназначена для Японии и расширяет стандарт 802.11а добавочным каналом в 4,9 ГГц.
Примечание
На данный момент частота 4,9 ГГц рассматривается как дополнительный диапазон для использования в США. Из официальных источников известно, что этот диапазон готовится для применения органами общественной и национальной безопасности.
Стандарт IEEE 802.11n – самый перспективный из всех беспроводных стандартов передачи данных, касающихся беспроводных сетей. Хотя он еще не прошел завершающую аттестацию, однако на рынке уже появляются устройства этого стандарта.
Согласно последнему из вариантов спецификации, оборудование, использующее этот стандарт, способно обеспечить скорость передачи данных до 300 Мбит/с, что, согласитесь, достаточно много и может спокойно составить конкуренцию таким проводным стандартам, как Ethernet 802.3 100Base и Gigabit Ethernet.
Стандарт в своей работе использует метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) и квадратурную амплитудную модуляцию (QAM), что обеспечивает не только высокую скорость передачи данных, но и обратную совместимость со стандартами IEEE 802.11а, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g.
Однако для достижения планки в 300 Мбит/с потребовалось использование новой технологии передачи данных, каковой стала технология с множественным вводом/выводом (Multiple Input Multiple Output, MIMO). Смысл ее заключается в параллельной передаче данных по разным каналам с применением многоканальных антенных систем. Кроме того, изменена структура обмена информацией на канальном уровне, что позволило избавиться от передачи лишних служебных данных и увеличить эффективную пропускную способность.
Стандарт IEEE 802.11r
Поскольку ни в каком из беспроводных стандартов толком не описаны правила роуминга, то есть перехода клиента от одной зоны к другой, то это призван сделать стандарт IEEE 802.11r.
Методы и технологии модуляции сигнала
Методы и технологии модуляции сигнала на физическом уровне меняются в зависимости от стандарта беспроводной сети. В этом нет ничего странного, так как каждая технология имеет свои ограничения и достичь каких-либо новых результатов с применением старых технологий удается крайне редко.
Как бы там ни было, сегодня существуют следующие спецификации и технологии физического уровня беспроводной сети:
• спецификация для работы в инфракрасном диапазоне;
• спецификация DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с широкополосной модуляцией с прямым расширением спектра методами прямой псевдослучайной последовательности;
• спецификация FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с широкополосной модуляцией со скачкообразной перестройкой частоты методами псевдослучайной перестройки частоты;
• спецификация OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с использованием подканалов с разными несущими частотами;
• технология кодирования Баркера – описывает способ кодирования данных с помощью последовательностей Баркера;
• технология ССК (Complementary Code Keying) – описывает способ дополнительного кодирования битов передаваемой информации;
• технология CCK-OFDM – описывает способ кодирования данных с помощью гибридного метода, что позволяет увеличить скорость передачи сигнала при невысокой избыточности данных;
• технология QAM (Quadrature Amplitude Modulation, QAM) – описывает способ квадратурной амплитудной модуляции сигнала, который работает на скорости выше 48 Мбит/с;
• технология MIMO (Multiple Input, Multiple Output, MIMO) – передовая технология, описывающая перспективные способы передачи данных путем более эффективного разделения радиоканала на полосы с возможностью параллельной передачи и преобразования цифрового сигнала.
Когда появились первые образцы оборудования, они работали в диапазоне частот 902–928 МГц. При этом достигалась скорость передачи данных 215–860 Кбит/с с использованием метода расширения спектра прямой последовательностью (DSSS). Указанный диапазон частот разбивался на каналы шириной около 5 МГц, что при скорости передачи данных 215 Кбит/с составляет пять каналов. При максимальной скорости передачи данных спектр сигнала достигает 19 МГц, поэтому получался только один частотный канал шириной 26 МГц.
Когда это оборудование только появилось, его скорости передачи данных было достаточно для многих задач при нескольких подключенных компьютерах. Однако чем больше подключалось компьютеров, тем ниже становилась скорость. Например, если к сети подключено пять компьютеров, то реальная скорость передачи данных будет в пять раз меньше теоретической. Получается, что чем больше компьютеров в сети, тем меньше скорость, что при теоретической скорости передачи данных 860 Кбит/с чрезвычайно мало.
Конечно, скорость можно было бы со временем увеличить, однако начали сказываться и другие факторы, самым главным из которых стало использование диапазона 900 МГц операторами мобильной связи. Именно это и привело к тому, что первое оборудование не прижилось среди пользователей. Проанализировав сложившуюся ситуацию, было принято решение использовать диапазон частот 2400–2483,5 МГц, а вскоре – 5,15-5,35 ГГц, 5150–5350 МГц и 5725–5875 МГц, что позволило добиться не только большей пропускной способности, но и большей помехозащищенности. Кроме того, потенциал использования высоких частот намного больше.
Смысл метода расширения спектра методом прямой псевдослучайной последовательности (DSSS) заключается в приведении узкополосного спектра сигнала к его широкополосному представлению, что позволяет увеличить помехоустойчивость передаваемых данных.
При использовании метода широкополосной модуляции с прямым расширением спектра диапазон 2400–2483,5 МГц делится на 14 перекрывающихся каналов или три неперекрывающихся канала с промежутком в 25 МГц.
Для пересылки данных используется всего один канал, причем для повышения качества передачи и снижения потребляемой при этом энергии[8] (за счет снижения мощности передаваемого сигнала) используется последовательность Баркера, характеризующаяся достаточно большой избыточностью. Избыточность кода позволяет избежать повторной передачи данных, даже если пакет частично поврежден.
При использовании метода широкополосной модуляции со скачкообразной перестройкой частоты диапазон 2400–2483,5 МГц делится на 79 каналов шириной в 1 МГц. Данные передаются последовательно по разным каналам, создавая определенную схему переключения между ними. Всего существует 22 такие схемы, причем схему переключения должен согласовать и отправитель данных, и их получатель. Схемы переключения разработаны таким образом, что шанс использования одного канала разными отправителями минимален.
Переключение между каналами происходит очень часто, что обусловлено малой шириной канала (1 МГц), поэтому метод FHSS в своей работе использует весь доступный диапазон частот, а соответственно и все каналы.
Метод ортогонального частотного мультиплексирования – один из «продвинутых» и скоростных методов передачи данных. В отличие от методов DSSS и FHSS, он осуществляет параллельную передачу данных по нескольким частотам радиодиапазона. При этом информация еще и разбивается на части, что не только позволяет увеличить скорость передачи данных, но и улучшает качество пересылки.
Данный метод модуляции сигнала может работать в двух диапазонах: 2,4 ГГц и 5 ГГц.
Метод двоичного пакетного сверточного кодирования (Packet Binary Convolutional Coding, РВСС) используется (опционально) при скорости передачи данных 5,5 Мбит/с и 11 Мбит/с. Этот же метод, только слегка модифицированный, используется и при скорости передачи данных 22 Мбит/с.
Принцип метода базируется на том, что каждому биту информации, который нужно передать, ставится в соответствие два выходных бита (так называемый дибит), созданных в результате преобразований с помощью логической функции XOR и нескольких запоминающих ячеек.[9] Поэтому этот метод и носит название сверточного кодирования со скоростью 1/2, а сам механизм кодирования называется сверточным кодером.
Примечание
При скорости входных битов N бит/с скорость выходной последовательности (после сверточного кодера) составляет 2N бит/с. Отсюда и понятие скорости – один к двум (1/2).
Использование сверточного кодера позволяет добиться избыточности кода, что, в свою очередь, повышает надежность приема данных.
Чтобы отправить готовый дибит, используют фазовую модуляцию сигнала. При этом в зависимости от скорости передачи используют один из методов модуляции: двоичная фазовая модуляция (BPSK, скорость передачи 5,5 Мбит/с) или квадратичная фазовая модуляция (QPSK, скорость передачи 11 Мбит/с). Смысл модуляции в том, чтобы ужать выходной дибит до одного символа, не теряя при этом избыточности кода. В результате скорость поступления данных будет соответствовать скорости их передачи, при этом обладая сформированной избыточностью кода и более высокой помехозащищенностью.
Метод РССС также позволяет работать со скоростью передачи данных в 22 Мбит/с и 33 Мбит/с. При этом используется пунктурный кодер и другая фазовая модуляция.
Рассмотрим скорость передачи данных 22 Мбит/с, которая вдвое выше скорости 11 Мбит/с. В этом случае сверточный кодер согласно своему алгоритму работы из каждых двух входящих битов будет делать четыре исходящих бита, что приводит к слишком большой избыточности кода, а это не всегда подходит при тех или иных условиях помех. Чтобы уменьшить лишнюю избыточность, используется пунктурный кодер, задача которого – удаление лишнего бита в группе из четырех битов, выходящих из сверточного кодера.
Таким образом, получается, что каждым двум входящим битам в соответствие ставится три бита, содержащих достаточную избыточность. Далее они проходят через модернизированную схему фазовой модуляции (восьмипозиционная фазовая модуляция, 8-PSK), которая упаковывает их в один символ, готовый к передаче.
Чтобы повысить помехоустойчивость передаваемого сигнала, то есть увеличить вероятность безошибочного распознавания сигнала на приемной стороне в условиях шума, можно воспользоваться методом перехода к широкополосному сигналу, добавляя избыточность в исходный сигнал. Для этого в каждый передаваемый информационный бит «встраивают» определенный код, состоящий из последовательности так называемых чипов.
Чтобы особо не вникать в математические подробности, можно сказать лишь, что, подобрав специальную комбинацию последовательности чипов и превратив исходящий сигнал практически в нераспознаваемый шум, в дальнейшем при приеме сигнал умножается на специальным образом вычисленную корреляционную функцию (код Баркера). В результате все шумы становятся в 11 раз слабее, при этом остается только полезная часть сигнала – непосредственно данные.
Казалось бы, что можно сделать с сигналом, состоящим из сплошного шума? На самом деле, применив код Баркера, можно достичь гарантированного качества доставки данных. Правда, при этом максимальная скорость передачи данных слишком мала, чтобы обеспечить приемлемую скорость работы большой сети.
Технология ССК
Технология кодирования с использованием комплементарных кодов (Complementary Code Keying, ССК) применяется для кодирования битов данных с целью их сжатия, что позволяет достичь повышения скорости передачи данных.
Изначально данная технология начала использоваться в стандарте IEEE 802.11b, что позволило достичь скорости передачи данных в 5,5 Мбит/с и 11 Мбит/с. При этом с ее помощью удается кодировать несколько битов в один символ. В частности, при скорости передачи данных 5,5 Мбит/с один символ равен 4 битам, а при скорости 11 Мбит/с – 8 битам данных.
Данный способ кодирования описывается достаточно сложными системами математических уравнений, в основе которых лежат комплементарные восьмиразрядные комплексные последовательности.
Технологию гибридного кодирования CCK-OFDM используют при работе оборудования и с обязательными, и с опциональными скоростями передачи данных.
Как уже упоминалось ранее, при передаче сведений используют пакеты данных, имеющих специальную структуру, содержащую как минимум служебный заголовок. При использовании гибридного кодирования CCK-OFDM служебный заголовок пакета строится с помощью ССК-кодирования, а сами данные – с помощью OFDM-кодирования, что позволяет получить запас по скорости с достаточно большим качеством распознавания данных.
Технологию квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation, QAM) применяют при высоких скоростях передачи данных (начиная с 24 Мбит/с). Суть ее в том, что повышение скорости происходит за счет изменения фазы сигнала и изменения его амплитуды. При этом используют модуляции 16-QAM и 64-QAM, позволяющие кодировать 4 бита в одном символе при 16 разных состояниях сигнала в первом случае и 6 битов в одном символе при 64 разных состояниях сигнала во втором.
Обычно модуляцию 16-QAM используют при скорости передачи данных 24 Мбит/с и 36 Мбит/с, а модуляции 64-QAM – при скоростях 48 Мбит/с и 54 Мбит/с.
Данная технология появилась в результате работы множества специалистов, пытающихся всеми возможными способами добиться высокой скорости передачи данных, сравнимой со скоростями при использовании популярных проводных стандартов.
Стартовой площадкой считалась скорость 100 Мбит/с, которая могла составить конкуренцию наиболее популярному стандарту Ethernet 802.3 100Base-TX. Как оказалось, теоретическую скорость передачи данных можно заметно увеличить, если выполнять ряд правил. При этом, согласно некоторым данным, может достигаться скорость передачи данных 600 Мбит/с.
Технология MIMO подразумевает использование специального устройства с многоканальной антенной системой, позволяющего принимать и декодировать информацию благодаря наличию нескольких независимых параллельных трактов приемопередачи. При этом существует несколько вариантов модернизации передаваемых пакетов с данными, которые содержат меньше служебной информации и больше полезных данных. Не секрет, что существующие беспроводные стандарты зачастую требуют практически половину трафика сети для передачи сопроводительной служебной информации.
Кроме того, существующий диапазон частот разбивается на каналы шириной в 20 Мгц и 40 Мгц для диапазона 2,4 ГГц и 5 ГГц соответственно. А это, в свою очередь, позволяет организовать больше доступных для передачи данных каналов.
Протоколы шифрования и аутентификации в сети
Почему безопасность работы в сети играет огромную роль? Ответ на этот вопрос достаточно простой: предприятие, на котором функционирует сеть, может в своей работе использовать разные документы и данные, предназначенные только для своих работников. Кроме того, вряд ли кому-то понравится, если его личные документы сможет смотреть любой другой человек. Поэтому вполне логично, что нужно иметь средства безопасности, которые могут защитить данные в сети и саму сеть от вторжения извне.
Беспроводные сети в своей работе используют радиоволны, которые распространяются согласно определенным физическим законам и зависят от специфики передающих антенн в зоне радиуса сети. Контролировать использование радиоволны практически невозможно. Это означает, что любой, у кого есть компьютер или переносной компьютер с радиоадаптером, может подключиться к сети, находясь в радиусе ее действия. Вычислить местоположение такого пользователя практически невозможно, поскольку он может быть как рядом, так и на значительном удалении – достаточно использовать антенну с усилителем.
Именно из-за того, что подключиться к беспроводной сети может любой, от ее организации требуется серьезный уровень безопасности, который достигается существующими стандартами.
Чтобы обеспечить хотя бы минимальный уровень безопасности в беспроводной сети, требуется наличие следующих механизмов:
• механизм аутентификации рабочей станции, с помощью которого можно определить, кто подключается к беспроводной сети и имеет ли он на это право;
• механизм защиты информации посредством ее шифрования с помощью специальных алгоритмов.
Если один из описанных механизмов не используется, то можно сказать, что сеть абсолютно незащищена, что может иметь свои последствия. Как минимум, злоумышленник будет увеличивать трафик (Интернет, файловые ресурсы), как максимум – сможет навредить смежной сети, если имеется ее подключение к выбранной.
Сегодня стандартами предусмотрено несколько механизмов безопасности, позволяющих в той или иной мере защитить беспроводную сеть. Обычно такой механизм содержит в себе и средства аутентификации, и средства шифрования, хотя бывают и исключения.
Однако проблема защиты сети была и остается, поскольку каким бы строгим ни был стандарт безопасности, это не означает, что все оборудование его поддерживает. Часто даже получается так, что, например, точка доступа поддерживает последние алгоритмы безопасности, а сетевая карта одного из компьютеров – нет. В результате вся сеть работает со стандартом, поддерживаемым всеми компьютерами сети.
Протокол безопасности WEP (Wired Equivalent Privacy) – первый протокол безопасности, описанный стандартом IEEE 802.11. Для шифрования данных он использует ключ длиной 40-104 бит. Кроме того, дополнительно применяется шифрование, основанное на алгоритме RC4, которое называется алгоритмом обеспечения целостности данных.
Что касается шифрования для обеспечения целостности данных, то шифрованием его можно назвать с натяжкой, так как для этого процесса используется статическая последовательность длиной 32 бита, присоединяющаяся к каждому пакету данных, увеличивая при этом служебную часть, которая и так слишком большая.
Отдельно стоит упомянуть о процессе аутентификации, поскольку без него защиту передаваемой информации нельзя считать достаточной. Изначально стандартом IEEE 802.11 описаны два варианта аутентификации: аутентификация для систем с открытым ключом и аутентификация с общим ключом.
Аутентификация с открытым ключом. Фактически этот метод аутентификации не предусматривает вообще никаких средств безопасности соединения и передачи данных. Выглядит это следующим образом. Когда двум компьютерам нужно установить связь, отправитель посылает получателю специально сформированный пакет данных, называемый кадром аутентификации. Получатель, получив такой пакет, понимает, что требуется аутентификация с открытыми ключами, и отправляет аналогичный кадр аутентификации. На самом деле эти кадры, естественно, отличаются друг от друга и, по сути, содержат только информацию об отправителе и получателе данных.
Аутентификация с общим ключом. Данный уровень аутентификации подразумевает использование общего ключа секретности, которым владеют только отправитель информации и ее получатель. В этом случае процесс выглядит следующим образом.
Чтобы начать передачу данных, отправителю необходимо «договориться» с получателем, для чего он отсылает адресату кадр аутентификации, содержащий информацию об отправителе и тип ключа шифрования. Получив кадр аутентификации, получатель в ответ отсылает пробный текст, зашифрованный с помощью указанного типа ключа, в качестве которого используется 128-битный ключ алгоритма шифрования WEP. Получив пробный зашифрованный текст, отправитель пытается его расшифровать с помощью договоренного ключа шифрования. Если результат расшифровки совпадает с текстом (используется контрольная сумма зашифрованного и расшифрованного сообщения), то отправитель посылает получателю сообщение об успехе аутентификации. Только после этого передают данные с использованием указанного ключа шифрования.
Вроде бы все выглядит достаточно просто и эффективно. На самом же деле практическое использование метода шифрования WEP показало, что алгоритм шифрования имеет явные прорехи безопасности, которые нельзя скрыть даже с помощью длинного ключа шифрования. Как выяснилось (опять же благодаря сторонним тестировщикам и хакерам), проанализировав достаточно большой объем трафика сети (3–7 млн пакетов), можно вычислить ключ шифрования. Не спасает даже 104-битный ключ шифрования.
Конечно, это не означает, что протокол безопасности WEP не годится совсем. Для небольших беспроводных сетей (несколько компьютеров) его защиты вполне достаточно, поскольку трафик такой сети сравнительно невелик и для его анализа и взлома ключа шифрования нужно потратить значительно больше времени.
Что же касается больших развернутых беспроводных сетей, то использование протокола WEP небезопасно и крайне не рекомендуется. Также стоит учитывать, что в Интернете можно найти множество специализированных утилит, позволяющих взломать защиту WEP-протокола и создать доступ к беспроводной сети. Именно поэтому для обеспечения нужного уровня безопасности лучше использовать более современные протоколы шифрования, в частности протокол безопасности WPA.
Конечно, можно использовать ключи шифрования максимальной длины, но не стоит забывать, что это чревато уменьшением скорости передачи данных за счет увеличения избыточности передаваемых сведений, что уменьшает объем полезной информации.
Другим выходом из описанной ситуации можно считать использование направленных антенн передачи сигнала. В некоторых случаях это хороший способ, но в условиях домашних беспроводных сетей он не применим практически.
Протокол безопасности WPA пришел на смену протоколу безопасности WPE в силу понятных причин, главная из которых – практическая незащищенность WPE, которая сдерживала развитие и распространение беспроводных сетей. Однако с появлением протокола WPA все стало на свои места.
WPA (Wi-Fi Protected Access) был стандартизирован в 2003 году и сразу стал востребован. Главным его отличием от протокола WPE можно считать наличие динамической генерации ключей шифрования, что позволило шифровать каждый отправляемый пакет собственным ключом шифрования. Кроме того, каждое сетевое устройство в сети снабжается собственным дополнительным ключом, который опять же меняется через определенный промежуток времени.
Аутентификация происходит с применением протокола аутентификации ЕАР (Extensible Authentication Protocol) через службу (сервер) дистанционной аутентификации RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service) или предварительно согласованный общий ключ. При этом аутентификация подразумевает вход пользователя с помощью логина и пароля, которые проверяются на сервере аутентификации RADIUS.
Для шифрования данных протокол использует модернизированный алгоритм шифрования RC4, основанный на протоколе краткосрочной целостности ключей TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), что позволяет не только повысить уровень защищенности информации, но и сохранить обратную совместимость с WEP.
Шифрование базируется на использовании случайного вектора инициализации IV (Initialization Vector) и WEP-ключа, которые складываются и в дальнейшем используются для шифрования пакетов. Результатом такого сложения может быть огромное количество разных ключей, что позволяет добиться практически стопроцентной защиты данных.
Также протокол безопасности WPA поддерживает усовершенствованный стандарт шифрования AES (Advanced Encryption Standard), использующий еще более защищенный алгоритм шифрования, который намного эффективнее алгоритма RC4. Однако за это приходится платить повышенным трафиком сети и соответственно уменьшением ее пропускной способности.
Сегодня активно используется версия протокола WPA2, которая предоставляет еще больше возможностей в защите среды.
Примечание
Для использования протокола безопасности WPA необходимо, чтобы все устройства, подключенные к сети, поддерживали его, иначе будет использован стандартный протокол безопасности WPE.
Правила и условия использования беспроводных сетей
При планировании беспроводной сети стоит помнить, что использование беспроводных сетей – контролируемый участок со стороны государственных служб, а это означает, что необходимо знать правила ее использования и быть готовым к тому, что придется оформлять сеть по всем правилам.
Изначально сложилось так, что государство контролирует использование радиоэфира. По-другому и быть не может, так как радиоэфир используется не только для локальных сетей, но и для передачи другой важной информации. В частности, эфир используется в военных целях, для средств общения с воздушным транспортом, для организации общения радиослужб и т. д. В связи с этим должны существовать правила, которые описывают использование радиоэфира.
Таким образом, существует специальная государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ), контролирующая использование радиоэфира. Именно эта комиссия является автором некоторых положений и инструкций, которые должны соблюдаться организациями, использующими радиоэфир в своих целях.
Чтобы не углубляться в правовые дебри, можно сказать следующее. Если вы планируете использовать беспроводную сеть вне офиса, то придется получить на это лицензию. На внутриофисные сети лицензия не требуется, за исключением тех случаев, когда функционирование сети может мешать работе любой радиослужбы, находящейся в зоне действия вашей сети.
Если вы планируете организовать масштабную беспроводную сеть, то обязательно проконсультируйтесь по этому вопросу с соответствующими органами.
Вариант построения беспроводной сети Ad-Нос – самый простой по построению из двух существующих вариантов. Очень часто его используют, когда необходимо быстро соединить небольшое количество (два-пять) рядом расположенных компьютеров, намереваясь создать мобильную и быстро модернизируемую сеть. Кроме того, данный вариант незаменим, когда необходимо быстро и с минимальными усилиями передать данные между двумя компьютерами.
Главный недостаток такого варианта построения сети – ее малый радиус и низкая помехозащищенность, что накладывает свои ограничения на расположение компьютеров.
Рассмотрим, какие условия при построении беспроводной сети в режиме Ad-Hoc должны выполняться и какие для этого необходимы устройства и материалы.
Прямая видимость между подключаемыми компьютерами. При подключении в режиме Ad-Hoc очень важным и желательным фактором, влияющим на скорость работы беспроводной сети, является прямая видимость между подключаемыми компьютерами. Это связано с тем, что мощность передатчиков беспроводных адаптеров несколько ниже, чем, например, у точек доступа. Получается, что радиус действия такой сети сокращается примерно вдвое по сравнению с радиусом сети, построенной с применением инфраструктурного режима, то есть при наличии точки (точек) доступа.
Для увеличения радиуса действия сети практически единственным выходом является применение более мощных антенн, но для этого нужно, чтобы все адаптеры поддерживали сменные антенны.
Если между компьютерами существуют преграды, например стены офиса, то радиус сети резко сокращается. При этом также может наблюдаться значительное снижение скорости вплоть до минимальной.
Стандарт беспроводных адаптеров. Как известно, от стандарта, в котором работают сетевые адаптеры, зависит скорость передачи данных в сети. Кроме того, если на одном из компьютеров будет установлено устройство другого стандарта, имеющего более низкую скорость передачи данных, то и скорость работы сети в целом будет равняться скорости этого адаптера. Поэтому использование адаптеров единого стандарта – неплохая стратегия.
Если условия использования адаптеров с одинаковым беспроводным стандартом работы трудно выполнимы, то очень желательно не использовать адаптеры со скоростью передачи данных менее 11 Мбит/с (стандарт IEEE 802.11b). Наиболее эффективно в этом случае использовать адаптеры со стандартами IEEE 802.11b+ и IEEE 802.11g, что позволит достичь теоретической скорости передачи данных минимум 22 Мбит/с. Также вполне можно использовать оборудование стандарта IEEE 802.11n. Несмотря на его дороговизну и технические особенности, есть хороший шанс получить очень быструю сеть.
Производитель оборудования. Для построения беспроводной сети в режиме Ad-Hoc можно использовать любые беспроводные адаптеры, доступные в продаже: USB-адаптеры, РСI-адаптеры, PC Card-адаптеры и другие. Все зависит от того, какие компьютеры будут подключены к сети и какой из способов подключения беспроводного адаптера им подходит или выгоден им больше всего.
Однако если нужно, чтобы сеть работала максимально быстро и устойчиво, то следует использовать адаптеры одного производителя, например D-Link, 3Com или других. Кроме всего прочего, это позволит использовать некоторые фирменные возможности, зачастую имеющиеся в адаптерах, например повышенную скорость передачи данных (108 Мбит/с, 125 Мбит/с и т. д.). Таким образом, прежде чем покупать оборудование, нужно обязательно почитать отзывы о нем и узнать его технические характеристики, зайдя на веб-сайт производителя. Кроме того, очень полезно бывает почитать отчеты о тестировании выбранных устройств, которые часто проводят разного рода тестовые лаборатории.
Количество подключенных компьютеров. Количество подключенных к сети компьютеров всегда играло большую роль независимо от типа сети: проводной или беспроводной. Связано это прежде всего с особенностями обмена информацией между компьютерами. Особенно важно это для беспроводных сетей, и особенно при использовании режима Ad-Нос.
Когда один пользователь хочет передать другому файл, обмен данными с остальными компьютерами очень сильно тормозится, что приводит к задержкам в обмене данных. Теперь представьте себе, что несколько пользователей одновременно хотят обменяться файлами или скачать данные с одного компьютера – пропускная способность сети падает практически до нуля.
Поэтому при планировании будущей сети имейте в виду: чтобы сеть в режиме Ad-Hoc функционировала без больших проблем, ограничивайте количество подключений до двух-пяти. Если количество подключаемых компьютеров превышает указанное число, то более выгодным решением в этой ситуации будет использование точки доступа и перехода на режим инфраструктуры.
Режим инфраструктуры подходит, когда к сети необходимо подключить достаточно большое количество пользователей. Кроме того, именно этот режим используется, когда необходимо соединить разные сегменты сети или вообще другую сеть.
При использовании точки доступа количество подключенных компьютеров может доходить до 253. Конечно, совсем не обязательно расширять сеть до такого состояния, поскольку это приведет к полному ее упадку.
Рассмотрим, что необходимо для создания сети в режиме инфраструктуры и какие условия должны при этом выполняться.
Использование точки доступа. Точка доступа – одно из главных устройств в беспроводной сети, от расположения которого зависит очень многое. Не стоит забывать, что точка доступа является связующим звеном между компьютерами, которые зачастую располагаются в самых невероятных местах. Подобным местам неведомы и неинтересны такие понятия, как помехи, гром и молнии, создаваемые природой, статическое электричество, вызываемое особенностями русских электропроводок, и т. д.
Рассмотрим все по порядку.
• Расположение точки доступа. Имея более мощный передатчик, чем беспроводной адаптер, точка доступа позволяет создавать связь на более длинных дистанциях и с большей «силой».
Однако это совсем не означает, что ей «по зубам» любые препятствия в виде стен, потолков, деревьев, домов и т. д. Любое из перечисленных препятствий создает помехи распространению радиоволн и снижает радиус действия сети в несколько раз. Поэтому при размещении точки доступа следует учитывать все препятствия, которые могут стоять между точкой доступа и подключенными к ней компьютерами.
Если точка доступа используется внутри офиса или дома, то нужно постараться разместить ее приблизительно посредине между компьютерами и с таким расчетом, чтобы достигалось по возможности максимальное количество компьютеров в прямой видимости, что позволит работать им в сети с максимальной скоростью и минимальными помехами.
Если точка доступа используется вне помещения, то ее расположение должно обеспечивать прямую видимость с наиболее удаленными объектами сети.
• Защита от погодных явлений. Погодные явления являются критичным фактором, когда антенна точки доступа или сама точка находится на открытом воздухе, что делает ее особо уязвимой. В этом случае точка доступа обязательно должна быть оборудована механизмом грозозащиты, что спасет ее «внутренности» от выхода из строя в момент грозы, когда в воздухе накапливается множество статической энергии, способной попасть через антенну внутрь устройства и повредить электронные схемы. Именно поэтому при планировании сети следует позаботиться о том, чтобы все наружные точки доступа или те из них, антенны которых находятся вне здания, обладали подобным защитным механизмом.
• Защита от статического электричества. Любое электронное устройство, питаемое от сети переменного напряжения, должно быть заземлено. Это правило достаточно серьезное, и оно должно выполняться любыми способами. Если этого не делать, может случиться, что оборудование повредится или полностью выйдет из строя. Не доводите свое оборудование до такого состояния!
Тип точки доступа. Точка доступа обязательна, если вы собираетесь использовать инфраструктурный режим сети, поэтому отнеситесь внимательно к ее выбору.
Использовать точку доступа можно любую, благо их моделей существует достаточно много. Каждая из точек доступа способна организовать работу беспроводной сети, однако не все способны делать это на высшем уровне.
Выбирая точку доступа, не поскупитесь и приобретите ту из них, которая имеет некоторые оригинальные функции или дополнительные меры безопасности. Обязательно выбирайте точку доступа, у которой скорость передачи данных будет максимально возможной на текущий момент, поскольку время идет, а технологии на месте не стоят. Может случиться, что вскоре появится новый стандарт, позволяющий передавать данные с намного более высокой скоростью, чем та, которой может обладать ваша «отсталая» точка доступа. Выбирая точку доступа с максимальным быстродействием, вы тем самым будете идти в ногу со временем, обеспечивая при этом максимальную пропускную способность вашей беспроводной сети.
При выборе точки доступа обязательно узнайте, какими сетевыми функциями она обладает. Лучшим решением будет выбор точки доступа, которая может работать как маршрутизатор или мост и иметь функции брандмауэра. Рано или поздно это обязательно пригодится.
Кроме того, совсем нелишне будет, если точка доступа будет обладать несколькими Ethernet-портами, что позволит подключить большее количество проводных пользователей к существующей беспроводной сети.
Мост – устройство, которое может пригодиться далеко не всем. Так, небольшой беспроводной сети, состоящей из десятка компьютеров, мост совершенно не нужен. Но если имеется в наличии крупная сеть, причем разных топологий и технологий, то мост – незаменимая вещь.
Главная задача беспроводного моста – соединение сегментов проводной и беспроводной сети в единую комбинированную сеть. Исходя из этого при выборе модели моста необходимо ориентироваться на его радиус действия, так как расстояние между этими сегментами может быть достаточно большим. Обязательно нужно проследить, чтобы мост соответствовал максимально возможным протоколам безопасности и шифрования Дс1ННЫХ. 1 с1КЖС не следует забывать о соблюдении единого стандарта или стандарта с максимальной скоростью передачи данных. Если вы решите использовать «отсталый» стандарт, то тем самым вы собственными руками создадите узкое «горло» в будущей сети.
Маршрутизатор для небольшой беспроводной сети – достаточно бесполезное устройство, но для крупной офисной сети он крайне необходим.
Помимо маршрутизации пакетов между разными сегментами беспроводной сети, маршрутизатор может использоваться для разных целей. С его помощью можно продлевать сеть, использовать его для предоставления общего Интернета и многого другого.
Поскольку маршрутизатор в случае его использования выполняет важную работу, то и функциями он должен обладать неординарными. Поэтому, выбирая маршрутизатор, следует остановиться на том, который, кроме последней версии протоколов безопасности, имеет встроенный брандмауэр, списки ограничений и другие полезные функции, которые могут пригодиться при работе в Интернете и не только.
Мощность передатчиков сетевых устройств играет важную роль и особенно важна для большого радиуса действия сети. Однако существуют жесткие правила, регламентирующие эту самую мощность. Если использовать более мощные передатчики, то это может вызвать сильные помехи в рядом находящихся радиоустройствах, особенно тех, которые работают в том же диапазоне радиочастот, что и беспроводная сеть.
Если все-таки мощность передатчиков должна быть увеличена, то об этом обязательно должны знать органы контроля за использованием частот. Соответственно должны быть оформлены необходимые документы.
Производитель беспроводных адаптеров. Беспроводные адаптеры, которые планируется использовать при подключении компьютеров, могут быть разных производителей и разных стандартов. Однако очень желательно все-таки работать с оборудованием одного стандарта, что позволит использовать все функции и скорость сети по максимуму. Не следует забывать, что, при использовании хотя бы одного сетевого адаптера, например стандарта IEEE 802.11b, скорость сети тем самым ограничивается показателем 11 Мбит/с (или 22 Мбит/с), даже если сеть способна функционировать на скорости 108 Мбит/с и выше.
Использование адаптеров одного производителя гарантирует также их полную совместимость со всем оборудованием в сети.
Использование внешней антенны. Если радиус сети слишком мал и его необходимо увеличить, то для этого можно использовать всенаправленную антенну. Как и в случае с повышением мощности передатчика, для использования подобного рода антенн также может потребоваться разрешение соответствующих органов, так как внешняя антенна всегда более мощная в плане приема/передачи данных даже при одинаковой мощности передатчика.
Когда необходимо просто соединить два сегмента сети, наиболее выгодным будет использование узконаправленной антенны – это не только увеличит дальность связи, но и дополнительно обезопасит сеть от проникновения извне.
Преимущества и недостатки беспроводной сети
В любом деле есть свои преимущества и недостатки, однозначно определяющие выбор той или иной технологии в конкретных условиях. Это правило касается и беспроводных сетей.
Рассмотрим основные преимущества беспроводной сети.
Легкость создания и реструктуризации сети – это наибольший плюс беспроводной сети, так как позволяет приложить минимум усилий, а самое главное, минимум затрат для создания работоспособной и достаточно быстрой сети. Дело даже не в том, что «обычную» сеть иногда лень делать (бывает и такое), а в том, что, имея одну или более точек доступа, можно соединить в единую локальную сеть отдельно стоящие здания или находящиеся на большом расстоянии друг от друга компьютеры.
Кроме того, беспроводную сеть можно создать быстро, когда создавать проводную сеть накладно: при разных конференциях, выставках, выездных семинарах и т. п. Быстро, красиво (без множества проводов) и эффективно. Не стоит также забывать и о помещениях, в которых прокладка кабельной системы нарушает историческую ценность зданий: музеев, исторических сооружений и т. п.
Что касается реструктуризации, то здесь дело обстоит совсем просто: добавляешь новый компьютер – и готово. Не возникает проблем ни при подключении типа Ad-Нос, ни при использовании точки доступа.
Мобильность. Лучшие из технологий, которые есть в нашем мире, остаются лучшими, только если они универсальны. Сегодня основным показателем универсальности является мобильность, позволяющая человеку заниматься своим делом, где бы он ни находился, в любых условиях. Мобильные телефоны, персональные ассистенты, коммуникаторы, переносные компьютеры – вот представители современной технологии.
С появлением беспроводных сетей и соответствующих компьютерных технологий мобильность приобрела более широкое значение и позволяет соединить между собой любые способные на связь устройства, которыми так богата наша жизнь. Имея такое приспособление, можно спокойно передвигаться по своему городу и быть уверенным, что всегда останешься на связи и сможешь получить самую последнюю информацию. Рано или поздно пословицу «если гора не идет к Магомету, то Магомет идет к горе» можно будет озвучить иначе: «Если вы не хотите прийти к сети, то сеть сама придет к вам».
Подключение к другому типу сети. Преимущество беспроводной сети – возможность в любое время подключить ее к проводной сети. Делается это очень просто – используют совместимый порт[10] на точке доступа или радиомосте. При этом получается доступ к ресурсам сети безо всяких ограничений.
Именно этот факт актуален, когда к общей сети нужно присоединить удаленные здания и точки, к которым проложить проводную сеть невозможно или слишком дорого.
Высокая скорость доступа к Интернету. Немаловажно то, что, имея точку доступа с подключением к Интернету, можно дать доступ к нему всем, кто находится в сети. При этом скорость доступа будет намного выше той, которую могут предоставить обычные и даже xDSL-модемы. Это достаточно серьезная альтернатива такому дорогому решению, как оптоволоконный канал, прокладку которого не могут позволить себе даже многие крупные компании, чего не скажешь о приобретении точки доступа или радиоадаптера, который может купить себе даже домашний пользователь. Дальше дело только за финансами, которые вы готовы отдать за предоставленный канал. Канал в 2-10 Мбит/с и более уже давно не считается большой роскошью в странах Европы, США или Канаде. Такая же тенденция постепенно устанавливается и в странах СНГ.
Легкая взаимозаменяемость оборудования. При выходе из строя или просто модернизации сети можно легко установить более продвинутое оборудование. Не нарушая топологии сети, в любой момент можно увеличить ее производительность.
К большому сожалению, беспроводная сеть обладает также целым рядом недостатков, основные из которых следующие.
Низкая скорость передачи данных. Какой бы быстрой ни была сеть, этой скорости всегда будет не хватать. Особенно остро данный вопрос стоит с беспроводной сетью. Дело в том, что реальная скорость передачи данных заметно отличается от теоретической в силу ряда причин, среди которых можно отметить количество преград на пути сигнала, количество подключенных к сети компьютеров, особенности построения пакетов данных (большой объем служебных данных), удаленность машин и многое другое.
Например, рассмотрим стандарт IEEE 802.11g. В табл. 3.1 можно увидеть данные о радиусе сети при разных условиях использования.
В табл. 3.2 представлено соотношение скорости передачи данных и расстояние, на котором она действует.
Как видно, реальный радиус сети и скорость передачи данных гораздо меньше их теоретических показателей. Именно поэтому всегда рекомендуется использовать самое продвинутое оборудование, тем самым увеличивая полезные показатели.
Безопасность сети. Безопасность работы в сети, какая бы она ни была – проводная или беспроводная, всегда ставилась превыше всего. Особенно важно это было для организаций, работающих с деньгами или другими материальными ценностями.
В сравнении с проводной беспроводная сеть немного страдает от нормальных механизмов аутентификации и шифрования. Это доказал первый из протоколов шифрования – WEP, который шифровал данные с помощью ключа длиной 40 бит. Оказывается, чтобы вычислить этот самый ключ, достаточно в течение двух-трех часов анализировать перехваченные пакеты. Конечно, неопытному пользователю такое сделать сложно, но специалисту – весьма просто.
Правда, не все так плохо, как кажется. Со временем стали использоваться другие алгоритмы шифрования, более умные и более «запутанные», которые могут использовать для шифрования данных ключи длиной до 256 бит. Однако здесь возникает ситуация, когда необходимо выбирать между методом шифрования и скоростью, так как увеличение длины ключа приводит к увеличению служебного заголовка, что заметно снижает скорость передачи данных.
Высокий уровень расхода энергии. Данный факт в основном касается только пользователей, являющихся обладателями переносных компьютеров и других мобильных устройств, с помощью которых работают в беспроводной сети. Как известно, энергия аккумуляторов, питающих такие устройства, небезгранична, и любое «лишнее» устройство приводит к быстрому его истощению. Конечно, существуют механизмы, позволяющие сводить потребление энергии к минимуму, но в любом случае энергия расходуется, причем достаточно быстро. Кроме того, при этом уменьшается пропускная способность подключения к сети.
Несовместимость оборудования. Вопросы совместимости всегда интересовали пользователей, так как они являются конечными потребителями товара и услуг, и именно им не понравится, что их оборудование в любой момент может перестать работать в тех или иных условиях, связанных с его заменой.
Обычно практикуют следующий подход: оборудование, разработанное раньше, способно работать с устройствами, разработанными позже. Это называется обратной совместимостью. Что касается оборудования для беспроводных сетей, то такое можно сказать лишь о его части.
На данный момент активно используют беспроводное оборудование стандартов IEEE 802.11а, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g. Кроме того, в последнее время встречается оборудование с «побочными» стандартами типа IEEE 802.11b+ и IEEE 802.11g+, работающими в турборежимах и обеспечивающими удвоенную максимальную скорость передачи данных в сравнении с аналогичным оборудованием «родных» стандартов. Стоит также обратить внимание на появляющееся оборудование стандарта IEEE 802.11n.
Ситуация сложилась так, что совместимости между устройствами практически не существует. Единственное, что облегчает жизнь, – устройства стандарта IEEE 802.11g и IEEE 802.11n теоретически имеют обратную совместимость с устройствами предыдущих стандартов.
Правовые аспекты использования беспроводного оборудования. Когда беспроводная сеть используется в помещении, никаких сложностей не возникает. Но как только требуется соединить два удаленных сегмента или расширить радиус сети, сразу начинается бумажная волокита с правоохранительными органами, что зачастую решает вопрос о том, какого типа сеть создавать. В этом случае многие находят более выгодным использовать проводную сеть, даже с оптоволоконными сегментами.
Как видно, хватает и преимуществ, и недостатков использования беспроводной сети. Поэтому, взвесив все «за» и «против», решайте, какой из вариантов сети вам больше подходит: проводной или беспроводной, и не забывайте, что от вашего выбора зависит будущее сети.