Беспроводные сети Wi-Fi

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

цифровой радиоканал беспроводной сеть

Введение

1. Что такое Wi-Fi?

2. Способы построения беспроводных сетей

3. Стандарты IEEE 802.11

4. Устройство IEEE 802.11.ac

5. Переход на частоту 5 ГГц

6. Wi-Fi и ПО

7. Преимущества

8. Недостатки

Введение

Наиболее быстро развивающимся сегментом телекоммуникаций сегодня является Беспроводная Локальная Сеть (Wi-Fi). В последние годы виден все больший рост спроса на мобильные устройства, построенные на основе беспроводных технологий.

Стоит отметить, что Wi-Fi продукты передают и получают информацию с помощью радиоволн. Несколько одновременных вещаний могут происходить без обоюдного вмешательства благодаря тому, что радиоволны передаются по разным радиочастотам, известным также как каналы. Для осуществления передачи информации Wi-Fi устройства должны «наложить» данные на радиоволну, также известную как несущая волна. Этот процесс называется модуляцией. Существуют различные типы модуляции, которые мы рассмотрим далее. Каждый тип модуляции имеет свои преимущества и недостатки с точки зрения эффективности и требований к питанию. Вместе, рабочий диапазон и тип модуляции, определяют физический уровень данных (PHY) для стандартов передачи данных. Продукты совместимы по PHY в том случае, когда они используют один диапазон и один тип модуляции.

1. Что такое Wi-Fi

Wi-Fi -- торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «беспроводное качество» или «беспроводная точность») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

История

Wi-Fi был создан в 1991 году NCR Corporation/AT&T (впоследствии -- Lucent Technologies и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. Продукты, предназначавшиеся изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой WaveLAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. Создатель Wi-Fi -- Вик Хейз (Vic Hayes) находился в команде, участвовавшей в разработке таких стандартов, как IEEE 802.11b, IEEE 802.11a и IEEE 802.11g. В 2003 году Вик ушёл из Agere Systems. Agere Systems не смогла конкурировать на равных в тяжёлых рыночных условиях, несмотря на то что её продукция занимала нишу дешёвых Wi-Fi решений. 802.11abg all-in-one чипсет от Agere (кодовое имя: WARP) плохо продавался, и Agere Systems решила уйти с рынка Wi-Fi в конце 2004 года.

2. Способы построения беспроводных сетей

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента.

Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc) когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с -- наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта.

Однако, стандарт не описывает всех аспектов построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения беспроводных локальных сетей.

По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить:

Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)

Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные)

Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)

По способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:

Со статическими настройками радиоканалов

С динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов

Со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов

3. Стандарты IEEE 802.11

IEEE 802.11 -- набор стандартов связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 0,9; 2,4; 3,6 и 5 ГГц.

Пользователям более известен по названию Wi-Fi, фактически являющемуся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance. Получил широкое распространение благодаря развитию в мобильных электронно-вычислительных устройствах: КПК и ноутбуках.

Институт инженеров по электротехнике и электронике -- IEEE (англ. Institute of Electrical and Electronics Engineers) (I triple E -- «Ай трипл и») -- международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике и электротехнике.

История

Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и, опционально, на скорости 2 Мбит/с. Один из первых высокоскоростных стандартов беспроводных сетей -- IEEE 802.11a -- определяет скорость передачи уже до 54 Мбит/с брутто. Рабочий диапазон стандарта -- 5 ГГц.

Вопреки своему названию, принятый в 1999 году стандарт IEEE 802.11b не является продолжением стандарта 802.11a, поскольку в них используются различные технологии: DSSS (точнее, его улучшенная версия HR-DSSS) ,технология DSSS (расширение спектра радиосигнала по принципу прямой последовательности), в 802.11b против OFDM, OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing -- мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов), в 802.11a. Стандарт предусматривает использование нелицензируемого диапазона частот 2,4 ГГц. Скорость передачи до 11 Мбит/с.

Продукты стандарта IEEE 802.11b, поставляемые разными изготовителями, тестируются на совместимость и сертифицируются организацией Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), которая в настоящее время больше известна под названием Wi-Fi Alliance. Совместимые беспроводные продукты, прошедшие испытания по программе «Альянса Wi-Fi», могут быть маркированы знаком Wi-Fi.

Долгое время IEEE 802.11b был распространённым стандартом, на базе которого было построено большинство беспроводных локальных сетей. Сейчас его место занял стандарт IEEE 802.11g, постепенно вытесняемый высокоскоростным IEEE 802.11n.

Проект стандарта IEEE 802.11g был утверждён в октябре 2002 г. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, обеспечивая скорость соединения до 54 Мбит/с (брутто) и превосходя, таким образом, стандарт IEEE 802.11b, который обеспечивает скорость соединения до 11 Мбит/с. Кроме того, он гарантирует обратную совместимость со стандартом 802.11b. Обратная совместимость стандарта IEEE 802.11g может быть реализована в режиме модуляции DSSS, и тогда скорость соединения будет ограничена одиннадцатью мегабитами в секунду либо в режиме модуляции OFDM, при котором скорость может достигать 54 Мбит/с. Таким образом, данный стандарт является наиболее приемлемым при построении беспроводных сетей.

Массовость беспроводных технологий связи в наше время просто поражает. Отдельной темы заслуживает технология IEEE 802.11. В городе практически невозможно найти место, где ноутбук или планшет «не нашел» хотя бы одну Wi-Fi сеть. В любом кафе, многоэтажном доме или офисе можно обнаружить несколько вещаний. Очень трудно недооценить ту нотку удобства, которую нам предоставляет эта технология.

Тот Wi-Fi, который мы используем сегодня, проделал большой и тернистый путь для удобства пользователя, к которому мы все с вами привыкли. Множество стандартов со своими особенностями передачи и частотными диапазонами сформировали то, без чего жизнь IT-шника или просто современного человека трудно представить. Не будем окунаться в историю, а только отметим, что на данный момент активно эксплуатируются стандарты 802.11g и 802.11n, которые работают в диапазоне 2,4 ГГц. В быту существует множество источников помех для беспроводных сетей, однако не они являются основной проблемой. Виновником большинства неудобств является сама точка Wi-Fi, а если быть точнее, то их большое количество вблизи друг друга. В виду популярности этой технологии и большой насыщенности мест вещания, пользователи могут сталкиваться с некоторыми трудностями в работе. Большое скопление беспроводных сетей может вызвать эффект накладывая частот друг на друга, что вызывает уменьшение скорости передачи или потерю соединения вовсе. Этот весомый недостаток, вызванный популяризацией беспроводной технологии, был одним из громких звоночков в WECA для внедрения стандарта IEEE 802.11ac.

4. Устройство IEEE 802.11.ac

Новый класс «ac» должен выйти на массовый рынок и повысить стандарты передачи информации. Более высокий уровень качества подразумевает повышенную скорость передачи данных до 433 Мбит/с.

Увеличив количество приемопередатчиков можно повысить общую производительность сети. SOHO-решения обычно несут на борту по три антенны, тем самым позволяя получить скорость до 1350 Мбит/с. Что касается обратной совместимости с прошлыми стандартами, то она реализуется, как правило, другим радиомодулем, вещающим отдельную сеть на частоте 2,4 ГГц, которая не пересекается с новой в диапазоне 5 ГГц.

Отличий 802.11ac от предшественника 802.11n предостаточно. Увеличенная скорость передачи достигнута за счет большей ширины канала, составляющей 80-160 МГц, в сравнении с 20-40 МГц в 802.11n. Новый стандарт также увеличил количество независимых каналов до восьми, по сравнению с четырьмя у стандарта «n». Проблем с коллизией частот стало меньше, а значит, количество одновременно работающих вблизи друг друга точек возросло.

Особую популярность новый стандарт связи должен завоевать в мобильных устройствах. Низкое энергопотребление, полученное в основном за счет увеличения скорости передачи и, как результат, меньшего времени обращения к радиомодулю, позитивно скажется на продолжительности времени работы устройства.

Наконец-то была стандартизирована технология формирования адаптивной диаграммы направленности (Beamforming). Она присутствовала и в предыдущем стандарте IEEE 802.11n, однако в «ac» набрала конкретики. Если вкратце, технология определяет помехи и формирует сигнал таким образом, чтобы «провалы» в передаче свести к минимуму.

Маршрутизаторов с поддержкой IEEE 802.11ac на отечественном рынке пока не сильно много. В основном представлены решения Linksys. Но и более популярные бренды начинают выпускать высокоскоростные устройства. Например, можно встретить представителей от ASUS, D-Link и Edimax, а вскоре пользователям будет доступна продукция TP-Link. Еще в апреле этого года последняя обещала уже в четвертом квартале начать продажи модели Archer C7 (AC1750). И хотя они еще не начались, мы уже можем познакомиться с новинкой.

Тестирование производительности

Напомним, модель TP-Link AC1750 оснащена мощным 700 МГц процессором Atheros QCA9558-AT4A, общий объем ОЗУ составляет 128 Мбайт. Wi-Fi работает в стандартах 802.11a/b/g/n/ac. Производительность беспроводной сети по протоколу 802.11n и 802.11ac мы и будем измерять в ходе нашего тестирования, с учетом несущих стен «хрущевского» дома с кирпичной кладкой.

Самый сложный тест для оборудования -- третий вариант размещения. Сетевому пакету предстоит дважды пройти сквозь кирпичную стену толщиной 40 см -- от клиента к роутеру и от роутера к серверу. К сожалению, данный тест не показывает максимальную производительность TP-Link AC1750 в стандарте 802.11ac. Ограничивающим фактором является использование у клиента маломощного приемника ASUS USB-AC53.

По результатам теста можно судить, что «USB-свисток» ASUS USB-AC53 показал нам разницу в скоростных показателях стандартов Wi-Fi 802.11n и 802.11ac с учетом квартирных помех. При 802.11ac максимальная скорость составила 45 Мбит/с, а вот стандарт 802.11n показал еще более низкий результат -- 28 Мбит/с.

Скорость фиксировалась и проверялась несколькими методами:

SpeedTest mini. Программа устанавливалась на ПК-сервер, а с ПК-клиента проводился запрос на измерения скорости приема/отдачи.

Iperf. Серверная часть программы устанавливался на сервер, клиентская на ПК-клиент, с командной строки клиента проводился запрос на измерение скорости приема/отдачи.

Стандартные системные средства. Проводилась передача между сервером и клиентом файла, объемом 2 ГБ, в каждую сторону по очереди. Скорость измерялась системными средствами Windows.

Для того чтобы минимизировать фактор медленного накопителя и контроллеров управления на ПК сервера и клиента, в ОЗУ был создан RAM-диск. Замер скорости производился с ПО установленного на RAM-диск.

Во время проведения тестов, в диапазоне вещания находилось три «других» сети, вещающих на каналах: 6, 9, 11. Для тестирования в 2,4 ГГц диапазоне использовался 1 канал на частоте 2412 МГц. Ширина канала составляла 40 МГц. Для тестирования в 5 ГГц диапазоне использовался 149 канал на частоте 5745 МГц. Ширина канала -- 80 МГц.

В тестировании принимают участие два различных приемопередатчика.

5. Переход на частоту 5 ГГц

Очевидно, что рост числа сетей сдерживается, в первую очередь, отсутствием свободных частот в диапазонах 2,4 ГГц. Поэтому участники рынка связывают большие надежды с освоением полосы 5 ГГц. Несмотря на то, что соответствующее оборудование фактически еще не поступило на российский рынок, передел этого диапазона в Москве и Петербурге практически завершен.

Комментируя ситуацию в России с диапазоном 5 ГГц, Петр Кочегаров отметил, что оборудование, в частности, для диапазона частот 5,2-5,3 ГГц, еще практически не представлено на рынке: «На сегодняшний день, по большому счету, все, что есть в диапазоне 5,2 ГГц, это только оборудование на 2,4 ГГц с конвертерами». Тем не менее, по его мнению -- «это одно из направлений, частотная ниша, где будут возникать новые сети».

«В 5 ГГц есть также диапазон 5,7-5,8 ГГц, который довольно давно осваивается, но, тем не менее, там также есть некоторый потенциал. Будут появляться и новые диапазоны, в частности, недавним решением ГКРЧ выделен частотный интервал 5,6-5,7 ГГц под высокоскоростной фиксированный радиодоступ, под наше решение», -- считает технический директор CompTek.

Что касается долгожданного радиомаршрутизатора Revolution 5000, то CompTek к его продаже еще не приступил, но надеется, что это будет сделано в самое ближайшее время. Что касается диапазона 5,7-5,8 ГГц, то в нем работает, в частности, оборудование WiLAN -- новый для CompTek вендор, который, по словам Петра Кочегарова, «производит очень добротное оборудование». Для диапазонов 5,25-5,35 ГГц и 5,725-5,825 ГГц существует также решение Canopy от компании Motorola (оно пока только заявлено на сертификацию).

6. Wi-Fi и ПО

ОС семейства BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD) могут работать с большинством адаптеров, начиная с 1998 года. Драйверы для чипов Atheros, Prism, Harris/Intersil и Aironet (от соответствующих производителей Wi-Fi устройств) обычно входят в ОС BSD начиная с версии 3. В OpenBSD 3.7, было включено больше драйверов для беспроводных чипов, включая RealTek RTL8180L, Ralink RT25x0, Atmel AT76C50x, и Intel 2100 и 2200BG/2225BG/2915ABG. Благодаря этому частично удалось решить проблему нехватки открытых драйверов беспроводных чипов для OpenBSD. Возможно некоторые драйверы, реализованные для других BSD-систем, могут быть перенесены, если они ещё не были созданы. NDISwrapper также доступен для FreeBSD.

OS X (прежнее название -- Mac OS X). Адаптеры производства Apple поддерживались с системы Mac OS 9, выпущенной в 1999 году. С 2006 года все настольные компьютеры и ноутбуки Apple Inc. (а также появившиеся позднее телефоны iPhone, плееры iPod Touch и планшетные компьютеры iPad) штатно оснащаются адаптерами Wi-Fi, сеть Wi-Fi в настоящее время является основным решением Apple для передачи данных, и полностью поддерживается OS X. Возможен режим работы адаптера компьютера в качестве точки доступа, что позволяет при необходимости связывать компьютеры Macintosh в беспроводные сети в отсутствии инфраструктуры. Darwin и OS X, несмотря на частичное совпадение с BSD, имеют свою собственную, уникальную реализацию Wi-Fi.

Linux: Начиная с версии 2.6, поддержка некоторых Wi-Fi устройств появилась непосредственно в ядре Linux. Поддержка для чипов Orinoco, Prism, Aironet, Atmel, Ralink включена в основную ветвь ядра, чипы ADMtek и Realtek RTL8180L поддерживаются как закрытыми драйверами производителей, так и открытыми, написанными сообществом. Intel Calexico поддерживаются открытыми драйверами, доступными на SourceForge.net. Atheros поддерживается через открытые проекты. Поддержка других беспроводных устройств доступна при использовании открытого драйвера NDISwrapper, который позволяет Linux-системам, работающим на компьютерах с архитектурой Intel x86, «оборачивать» драйвера производителя для Microsoft Windows для прямого использования. Известна по крайней мере одна коммерческая реализация этой идеи. FSF создало список рекомендуемых адаптеров, более подробную информацию можно найти на сайте Linux wireless.

Существует довольно большое количество Linux-based прошивок для беспроводных роутеров, распространяемых под лицензией GNU GPL. К ним относятся так называемая «прошивка от Олега», FreeWRT, OpenWRT, X-WRT, DD-WRT и т. д. Как правило, они поддерживают гораздо больше функций, чем оригинальные прошивки. Необходимые сервисы легко добавляются путём установки соответствующих пакетов. Список поддерживаемого оборудования постоянно растёт.

В ОС семейства Microsoft Windows поддержка Wi-Fi обеспечивается, в зависимости от версии, либо посредством драйверов, качество которых зависит от поставщика, либо средствами самой Windows.

Ранние версии Windows, такие как Windows 2000 и младше, не содержат встроенных средств для настройки и управления, и тут ситуация зависит от поставщика оборудования.

Microsoft Windows XP поддерживает настройку беспроводных устройств. И хотя первоначальная версия включала довольно слабую поддержку, она значительно улучшилась с выходом Service Pack 2, а с выходом Service Pack 3 была добавлена поддержка WPA2.

Microsoft Windows Vista содержит улучшенную по сравнению с Windows XP поддержку Wi-Fi.

Microsoft Windows 7 поддерживает все современные на момент её выхода беспроводные устройства и протоколы шифрования. Помимо прочего в Windows 7 создана возможность создавать виртуальные адаптеры Wi-Fi, что теоретически позволило бы подключаться не к одной Wi-Fi-сети, а к нескольким сразу. На практике в Windows 7 поддерживается создание только одного виртуального адаптера, при условии написания специальных драйверов. Это может быть полезно при использовании компьютера в локальной Wi-Fi-сети и, одновременно, в Wi-Fi-сети подключённой к Интернет.

7. Преимущества

Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.

Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.

Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.

Мобильность. Вы больше не привязаны к одному месту и можете пользоваться Интернетом в комфортной для вас обстановке.

В пределах Wi-Fi зоны в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т. д.

Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на порядок (в 10 раз) меньше, чем у сотового телефона.

8. Недостатки

В диапазоне 2,4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др., и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.

Производителями оборудования указывается скорость на L1 (OSI), в результате чего создаётся иллюзия, что производитель оборудования завышает скорость, но на самом деле в Wi-Fi весьма высоки служебные «накладные расходы». Получается, что скорость передачи данных на L2 (OSI) в Wi-Fi сети всегда ниже заявленной скорости на L1 (OSI). Реальная скорость зависит от доли служебного трафика, которая зависит уже от наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств относительно друг друга и т. п.

Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах не одинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Белоруссия и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.

Как было упомянуто выше -- в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.

Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Новые устройства поддерживают более совершенные протоколы шифрования данных WPA и WPA2. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 года сделало возможным применение более безопасной схемы связи, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения. На данный момент основным методом взлома WPA2 является подбор пароля, поэтому рекомендуется использовать сложные цифро-буквенные пароли для того, чтобы максимально усложнить задачу подбора пароля.

В режиме точка-точка (Ad-hoc) стандарт предписывает лишь реализовать скорость 11 Мбит/сек (802.11b). Шифрование WPA(2) недоступно, только легко взламываемый WEP.

Размещено на Allbest.ru