Разработка беспроводных сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

беспроводный сеть приложение

Построение сетей беспроводной передачи данных Wi-Fi (IEEE 802.11) в настоящее время получило широкое распространение за счет массы преимуществ. Среди основных достоинств данной технологии можно выделить следующее:

- Быстрое и простое построение офисной локальной сети. Не потребуется проектировать ЛВС, прокладывать провода, а это ускоряет сроки на построение сети. Это очень ценное качество, когда требуется быстро развернуть, а потом, также быстро демонтировать компьютерную сеть. Монтаж беспроводной сети wi-fi в офисе или других помещениях возможен без остановки рабочего процесса компании, т.к. монтаж сведён к минимуму.

- Отсутствие проводов. Не всегда возможно проложить кабель до того или иного сетевого устройства, а иногда прокладка такой кабельный трассы может оказаться очень дорогой и потребовать много времени, а иногда потребовать согласования. Гораздо проще и значительно дешевле использовать беспроводные технологии передачи данных по радиоканалу (wireless, wlan), которые не требуют прокладки кабеля.

- Минимум строительно-монтажных работ. Внешний вид помещения и его отделка не претерпят никаких заметных видимых изменений при организации беспроводной сети Wi-Fi - строительно-монтажные работы практически не потребуются и сведены к минимуму, т.к. тянуть провода и разводить розетки не понадобится;

- Высокая скорость. Беспроводная сеть Wi-Fi сегодня может обеспечить скорости до 108 Мбит/с, что соответствует обычной проводной локальной сети (ЛВС), которые мы привыкли видеть в каждом обычном офисе, этой скорости вполне хватает для большинства офисных приложений и для работы с базами данных.

- Дешевизна установки и владения. Всё что требуется для работы Wi-Fi сети это точка доступа (access point), которых может быть одна или несколько десятков в зависимости от топологии помещений и используемого в вашей компании программного обеспечения.

- Гибкость в построении. Беспроводную сеть можно построить там, где нельзя или не выгодно прокладывать кабели. Технология Wi-Fi облегчает постоянную или временную установку сети и ее перемещение при необходимости, обеспечивает возможность быстро организовывать временные сети для гостей либо на время проведения мероприятий;

- Высокая мобильность рабочего места. Вы можете свободно перемещать рабочие места сотрудников по своему усмотрению и производственной необходимости в пределах зоны покрытия беспроводной сети, т.к. нет жесткой привязки рабочих мест к информационной розетке и нет ограничений накладываемых длинной проводов, мобильность персонала, возможность всегда быть на связи, соблюдение принципа «anyone, anywhere, anytime»;

- Реконфигурация и масштабируемость. Расширение беспроводной сети Wi-Fi не является сложной задачей: пользовательские устройства можно легко интегрировать в сеть, установив на них беспроводные сетевые адаптеры, сегодня большинство устройств (планшеты, смартфоны, ноутбуки и обычные компьютеры) оснащается беспроводными сетевыми адаптерами на стадии его производства самими производителями. Wi-Fi сети дают возможность быстро добавлять, перемещать и изменять права пользователей, новых направлений, каналов связи и рабочих мест.

- Совместимость. Различные марки и типы совместимых клиентских и сетевых устройств будут взаимодействовать между собой. К сети могут подключаться любые мобильные устройства поддерживающие Wi-Fi с учётом установленных сетевых протоколов безопасности.

- Увеличение производительности. Повышение производительности организации, использующей сети Wi-Fi достигается за счет более эффективного использования рабочей силы, а так же офисного пространства, и даёт возможность работать сотрудникам там, где они нужны, а не только за офисным столом.

- Репутация. Использование беспроводных сетей Wi-Fi демонстрирует Ваше желание развиваться в ногу со временем и демонстрирует активную политику и осведомлённость в сфере IT-технологий.

Активно развивающиеся беспроводные технологии, расширяющийся спектр всевозможного совместимого оборудования, постоянно совершенствующиеся стандарты и принципы обеспечения безопасности - все это делает Wi-Fi сети привлекательными для использования в корпоративных сетях любого размера.



1. Описание предметной области

1.1 Стандарты беспроводных сетей

Большинство используемых в настоящее время стандартов беспроводных сетей разработано Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE).

Беспроводные сети можно разделить на персональные (WPAN), локальные (WLAN), городские (WMAN) и глобальные (WWAN) сети.

Стандарты IEEE относятся только к трем последним типам беспроводных сетей.

Персональные беспроводные сети находятся в ведении рабочей группы стандарта 802.15. В рамках стандарта определено четыре группы, решающие различные задачи.

Персональные беспроводные сети

Таб.1. Стандарты 802.15.x

Стандарт	Описание стандарта
IEEE 802.15.1	Персональные беспроводные сети на основе технологии Bluetooth
IEEE 802.15.2	Совместное использование сетей WPAN с другими беспроводными технологиями
IEEE 802.15.3	Высокопроизводительные персональные беспроводные сети (High Rate WPAN)
IEEE 802.15.4	Энергосберегающие персональные беспроводные сети (Low Rate WPAN)

Локальные беспроводные сети

Наиболее распространенным стандартом беспроводных сетей является технология IEEE 802.11, это стандарт организации беспроводных коммуникаций на ограниченной территории в режиме локальной сети, т.е. когда несколько абонентов имеют равноправный доступ к общему каналу передач. Пользователям более известен по названию Wi-Fi, фактически являющимся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance.

Таб.2. Стандарты 802.11.x

Стандарт	Описание стандарта
IEEE 802.11	изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/c, 2,4 ГГц и ИК стандарт (1997)
IEEE 802.11a	54 Мбит/c, 5 ГГц стандарт (1999, выход продуктов в 2001)
IEEE 802.11b	улучшения к 802.11 для поддержки 5,5 и 11 Мбит/с (1999)
IEEE 802.11c	процедуры операций с мостами; включен в стандарт IEEE 802.1D (2001)
IEEE 802.11d	интернациональные роуминговые расширения (2001)
IEEE 802.11e	улучшения: QoS, включение packet bursting (2005)
IEEE 802.11g	54 Мбит/c, 2,4 ГГц стандарт (обратная совместимость с b) (2003)
IEEE 802.11h	распределённый по спектру 802.11a (5 GHz) для совместимости в Европе (2004)
IEEE 802.11i	улучшенная безопасность (2004)
IEEE 802.11j	расширения для Японии (2004)
IEEE 802.11k	улучшения измерения радио ресурсов
IEEE 802.11l	зарезервирован
IEEE 802.11m	поддержание эталона; обрезки
IEEE 802.11n	увеличение скорости передачи данных (600 Мбит/c). 2,4-2,5 или 5 ГГц. Обратная совместимость с 802.11a/b/g
IEEE 802.11o	зарезервирован
IEEE 802.11p	WAVE - Wireless Access for the Vehicular Environment (Беспроводной Доступ для Транспортной Среды, такой как машины скорой помощи или пассажирский транспорт)
IEEE 802.11q	зарезервирован
IEEE 802.11r	быстрый роуминг
IEEE 802.11s	ESS Mesh Networking (англ.) (Extended Service Set - Расширенный Набор Служб; Mesh Network - Ячеистая Сеть)
IEEE 802.11u	взаимодействие с не-802 сетями (например, сотовые сети)
IEEE 802.11v	управление беспроводными сетями
IEEE 802.11x	зарезервирован и не будет использоваться
IEEE 802.11y	дополнительный стандарт связи, работающий на частотах 3,65-3,70 ГГц. Обеспечивает скорость до 54 Мb/с на расстоянии до 5000 м на открытом пространстве.
IEEE 802.11w	Protected Management Frames (Защищенные Управляющие Фреймы)
IEEE 802.11ac	новый, разрабатываемый IEEE стандарт. Скорости передачи данных до 1.3 Гбит/c, энергопотребление по сравнению с 802.11n снижено до 6 раз. Обратная совместимость с 802.11a/b/g/n.
IEEE 802.11ad	новый стандарт с дополнительным диапазоном 60 ГГц (частота не требует лицензирования). Скорость передачи данных до 7 Гбит/с.

Из всех существующих стандартов беспроводной передачи данных IEEE 802.11, на практике наиболее часто используются всего четыре, это: 802.11a, 802.11b, 802.11g и 802.11n.

Стандарт IEEE 802.11a имеет большую ширину полосы из семейства стандартов 802.11, предусматривая скорость передачи данных до 54 Мбит/с. В отличие от базового стандарта, ориентированного на область частот 2,4 ГГц, спецификациями 802.11a предусмотрена работа в диапазоне 5 ГГц. В качестве метода модуляции сигнала выбрано ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM). К недостаткам 802.11a относятся более высокая потребляемая мощность радиопередатчиков для частот 5 ГГц, а так же меньший радиус действия.

В стандарте IEEE 802.11b скорость передачи данных до 11 Мбит/с, работает в диапазоне 2,4 ГГц, этот стандарт завоевал наибольшую популярность у производителей оборудования для беспроводных сетей. Поскольку оборудование, работающее на максимальной скорости 11 Мбит/с имеет меньший радиус действия, чем на более низких скоростях, то стандартом 802.11b предусмотрено автоматическое понижение скорости при ухудшении качества сигнала.

Стандарт IEEE 802.11g является логическим развитием 802.11b и предполагает передачу данных в том же частотном диапазоне. Кроме того, стандарт 802.11g полностью совместим с 802.11b, то есть любое устройство 802.11g должно поддерживать работу с устройствами 802.11b. Максимальная скорость передачи в стандарте 802.11g составляет 54 Мбит/с, поэтому на сегодняшний день это наиболее перспективный стандарт беспроводной связи.

Стандарт 802.11n повышает скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 МБит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 480 Мбит/с. Устройства 802.11n работают в диапазонах 2,4 - 2,5 или 5,0 ГГц.

Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трёх режимах: наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n «чистом» режиме - 802.11n (именно в этом режиме и можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальностью передачи данных, обеспечиваемыми стандартом 802.11n).

Стандарт 802.11 ас работает только в спектре 5GHz. Будет обеспечена обратная совместимость с устройствами 802.11n (в 5GHz) и 802.11а. При этом ожидается существенное увеличение не только полосы пропускания, но и покрытия.

Важным нововведением является технология MU-MIMO (Multiple User). Это фактически пространственный радиокоммутатор, позволяющий одновременно передавать и принимать данные от множества пользователей по одному частотному каналу.

В части услуг 802.11ac, с одной стороны, сфокусирован на значительно более полноценную замену проводному доступу на высоких скоростях, чем 802.11n. С другой стороны, естественно, есть цель и в эффективной поддержке мультимедийных услуг вокруг потокового видео высокого разрешения.

Доступность частотных каналов в спектре 5GHz, что существенно варьируется от страны к стране, и в РФ составляет, например, всего 100MHz (5150-5250MHz). Поэтому пока наш регулятор глубоко не задумается о необходимости высвобождении части спектра 5GHz под задачи Wi-Fi, как сделано во многих странах, такая привлекательная технология будет оставаться красивой сказкой в наших реалиях.

802.11ad Cтандарт будет работать в спектре 60GHz, который не лицензируется в большинстве стран. Здесь доступно значительно больше свободной полосы, чем в перегруженном 2.4GHz и уже загружаемом спектре 5GHz.

В части услуг данный стандарт сфокусирован на поддержке видео высокого разрешения (HD). Также здесь ожидается возникновение услуг типа «wireless docking», когда все устройства компьютер, монитор, проектор и т.д. имеют беспроводный обмен данными. Используемая сверхвысокая частота приводит к тому, что сигналы довольно узконаправленные. Также возникает много проблем из-за интенсивного поглощения сигналов при прохождении сквозь препятствия, поэтому основной ожидаемый сценарий использования - это взаимодействие устройств в пределах комнаты.

Ожидается, что 802.11ad должен быть совместим со стандартом WiGig.

Региональные и городские сети

Технологии, объединенные под торговой маркой WiMAX, направлены на реализацию широкополосного беспроводного доступа на значительных расстояниях. Коммерческим продвижением технологии занимается организация WiMAX Forum.

Согласно спецификации стандарта 802.16, максимальное расстояние, на котором возможно взаимодействие по сетям WiMAX, составляет 50 км, а суммарная пропускная способность - 70 Мбит/с.

В условиях реальной эксплуатации эти показатели гораздо скромнее и составляют около 8 км и 2 Мбит/с. Такие характеристики делают протокол WiMAX очень привлекательным для замены традиционных технологий по предоставлению «последней мили» при доступе к сети Internet и телефонии. Провайдеры разветвленной городской беспроводной сети могут предоставлять «выделенные» беспроводные каналы для организации виртуальных частных сетей между офисами компаний. Преимущества очевидны: большая, чем при использовании технологии SL, пропускная способность, отсутствие необходимости прокладки кабелей.

В ближайшее время намечается широкое внедрение устройств стандарта 802.16е. Это мобильный вариант протокола WiMAX, рассчитанный на использование в качестве конечных терминалов таких устройств, как компьютеры, КПК, мобильные телефоны и т.д.

Разработанный при содействии правительства стандарт WiBRO выполняет те же функции, что и стандарт 802.16е, и совместим с ним. В первоначальном варианте протокола WiMAX, описанного в стандарте 802.16с использовались частоты в диапазоне 10…66 ГГц. Этому диапазону присущи некоторые ограничения, связанные с лицензированием. Кроме того, его нельзя применять в условиях наличия препятствий между приемником и передатчиком.

Стандарт 802.16а, описывающий использование диапазона 2… 11 ГГц вышел в 2004 г. Поскольку логика работы WiMAX предполагает применение схемы точка-многоточка с фиксированной пропускной способностью канала для каждого из абонентов, на канальном уровне используется механизм множественного доступа к несущей с разделением по времени (Time Division Multiple Access, TDMA). Этот метод широко используется в сотовых сетях (например, GSM) и позволяет реализовать гарантированное качество обслуживания.

Стандарт 802.16 предполагает шифрование трафика с использованием алгоритма DES. Мобильный вариант WiMAC (802.16е) расширяет возможности по защите информации, добавляя аутентификацию станций по протоколу ЕАР, управление ключами с использованием протокола Privacy and Key Management Protocol Version 2 (PKMv2) и шифрование AES. При использовании стандарта 802.16 для передачи корпоративных данных рекомендуется усилить встроенные механизмы защиты с помощью технологий построения виртуальных частных сетей.

При проектировании и развертывании сетей нужно помнить о том, что частотный диапазон выделенный для Wi-Fi весьма тесен, поэтому нужно стараться не использовать антенн с коэффициентом усиления больше чем необходимо, а также принять меры для недопущения помех соседними сетям.

1.2 Безопасность беспроводных сетей

Популярность беспроводных локальных сетей уже прошла стадию взрывного роста и дошла до состояния «привычной всем» технологии. Домашние точки доступа и мини-роутеры Wi-Fi недороги и широкодоступны, хот-споты встречаются достаточно часто, ноутбук без Wi-Fi - анахронизм. Как и множество других инновационных технологий, использование беспроводных сетей влечет не только новые выгоды, но и новые риски. Бум Wi-Fi породил целое новое поколение хакеров, специализирующихся на изобретении всё новых и новых способов взлома беспроводной сети и атаки пользователей и корпоративной инфраструктуры. Ещё с 2004 года Gartner предупреждали, что безопасность WLAN будет одной из основных проблем - и прогноз оправдывается.

Беспроводная связь и мобильность, которую она дает, интересны и выгодны многим. Однако, до тех пор, пока вопрос беспроводной безопасности остается не до конца ясным, мнения разнятся кардинально: некоторые (например, операторы складов) уже сейчас не боятся завязывать на Wi-Fi свои ключевые бизнес-процессы, другие - наоборот баррикадируются и запрещают использование беспроводных элементов в своих сетях.

Среда с общим доступом, которую практически невозможно контролировать

Традиционные проводные сети используют кабель для передачи информации. Кабель считается «контролируемой» средой, защищенной зданиями и помещениями, в которых он находится. Внешний «чужой» трафик, который входит в защищенный сегмент сети, фильтруется межсетевым экраном и анализируется системами IDS/IPS. Для того чтобы получить доступ к такому сегменту проводной сети, злоумышленнику необходимо преодолеть либо систему физической безопасности здания, либо межсетевой экран.

Беспроводные же сети используют радиоволны. Эфир - среда с общим доступом и практически полным отсутствием контроля. Обеспечить эквивалент физической безопасности проводных сетей здесь просто невозможно. Как только пользователь подключает к проводной сети точку доступа, её сигнал может проходить сквозь стены, межэтажные перекрытия, окна здания. Таким образом, подключенный сегмент сети становится доступным с другого этажа или даже из соседнего здания, парковки или другого конца улицы - радиосигнал может распространяться на сотни метров за пределы здания. Единственной физической границей беспроводной сети является уровень этого самого сигнала. Поэтому, в отличие от проводных сетей, где точка подключения пользователя к сети хорошо определена и известна - это розетка в стене - в беспроводных сетях подключиться к сети можно откуда угодно, лишь бы сигнал был достаточной силы. Также, эфир - среда с общим доступом. Все беспроводные устройства включены в один гигантский «хаб» (концентратор) - и любое беспроводное устройство может «видеть» всех беспроводных соседей в сети. При этом приемник, работающий в пассивном режиме (только прослушивание), вообще невозможно определить.



Рис. 1. Периметр беспроводной сети не ограничен периметром здания

Легкость в развертывании и мобильность

Благодаря усилиям поставщиков потребительского Wi-Fi оборудования, развернуть беспроводную сеть сейчас может даже самый неподготовленный пользователь. Комплект из недорогой точки доступа и беспроводного адаптера обойдется в $50-80. При этом большинство устройств поставляется уже настроенными по умолчанию, что позволяет сразу начинать с ними работу - даже не заглядывая в конфигурацию. Именно в такую сумму может обойтись умышленный или неумышленный взлом Вашей сети со стороны собственных же сотрудников, установивших без согласования собственную точку доступа и не позаботившихся об обеспечении надлежащей её безопасности.

Еще большей проблемой является то, что беспроводные пользователи по определению мобильны. Пользователи могут появляться и исчезать, менять свое местоположение, и не привязаны к фиксированным точкам входа, как в случае с проводными сетями - они могут находиться где угодно в зоне покрытия! Всё это значительно осложняет задачу «удержания непрошеных гостей за порогом» и отслеживания источников беспроводных атак.

Кроме того, такая важная составляющая мобильности, как роуминг, является еще одной проблемой обеспечения беспроводной безопасности. На этот раз - пользователей. В отличие от проводных сетей, где пользователь «привязан» кабелем к определенной розетке и порту коммутатора доступа - в беспроводных сетях пользователь не привязан ни к чему. С помощью специального ПО достаточно несложно «пересадить» его с авторизованной точки доступа на неавторизованную или даже на ноутбук злоумышленника, работающий в режиме Soft AP (программно реализованной точки доступа), открывая возможность для целого ряда атак на ничего не подозревающего пользователя.

Легко атаковать

Поскольку радиосигналы имеют широковещательную природу, не ограничены стенами зданий и доступны всем приемникам, местоположение которых сложно или вообще невозможно зафиксировать - злоумышленникам особенно легко и удобно атаковать беспроводные сети. Поэтому, формально, даже катающийся сейчас во дворе на велосипеде подросток со смартфоном в кармане может заниматься радиоразведкой вашей сети - чисто из юношеского любопытства. Огромное разнообразие готового инструментария анализа протоколов и уязвимостей, доступного в Интернете, точно также поможет ему чисто из любопытства найти точку доступа, которую какой-то из сотрудников недавно принес на работу и не удосужился переконфигурировать с настроек по умолчанию, чисто из любопытства в инструкции найдется ключ доступа к сети.

1.3 Основные беспроводные риски и способы защиты

Существует несколько видов атак на беспроводные сети Wi-Fi с целью получения доступа к данным:

- Внутренние опасности.

- Внешние опасности.

Внешние атаки выполняются без участия внутренних сотрудников. К основным характеристикам внешних атак можно отнести использование сканирования системы и сбор информации.

Внешние атаки можно разделить на структурированные атаки и неструктурированные атаки:

Внешние структурированные атаки: Структурированные атаки обычно инициируются из некой сети и имеют продуманные заранее цели, на которые планируется оказывать влияние для разрушения, повреждения и т.п. Атакующие в данном случае обычно имеют обширные знания в дизайне сетей, обходе систем безопасности, включая обход IDS (Intrusion Detection Systems), и имеют продвинутый инструментарий для взлома. В их арсенале необходимые знания для разработки новых техник сетевых атак и возможность модификации существующего хакерского инструментария под свои задачи. В некоторых случаях внутренний персонал компании с правами доступа может помогать атакующим.

Внешние неструктурированные атаки: Такие атаки инициируются обычно неопытными хакерами, любителями. При таком подходе атакующий использует простой инструментарий хакерского взлома или скрипты, доступные в Интернете, для выполнения сетевой атаки. Уровень знаний атакующего обычно низок для создания серьезной опасности. Нередко это просто скучающие молодые люди, ищущие славы путем взлома корпоративного веб-сайта или другой известной цели в Интернете.

Внешние удаленные атаки: Такие атаки обычно нацелены на услуги, которые организация предлагает открыто и публично.:

- Удаленные атаки, нацеленные на сервисы, доступные для внутренних пользователей. Такие атаки обычно случаются, когда отсутствуют межсетевые экраны для защиты таких внутренних сервисов.

- Удаленные атаки нацеленные на расположение точек входа в корпоративную сеть (беспроводные сети доступа, порты, модемные пулы).

- Атаки типа Отказ в Обслуживании (DoS) для создания перегрузки процессоров на серверах и т.п. с целью формирования ситуации, когда авторизованные пользователи не могут пользоваться услугами.

- Попытки взлома паролей систем аутентификации.

Внешние локальные атаки (атаки изнутри): такие атаки обычно начинаются, когда открыт доступ в компьютерные помещения, и можно получить доступ к какой-либо системе.

Внутренние атаки: часто инициируются недовольными или обиженными на компанию бывшими или действующими сотрудниками или внештатным персоналом. Внутренние атакующие имеют ту или иную форму доступа к системе и обычно пытаются скрыть атаку и выдать ее за обычный рабочий процесс. Например, нелояльный сотрудник имеет доступ к каким-либо ресурсам внутренней сети. Он может иметь даже некоторые административные права в сети. Здесь один из лучших подходов состоит в развертывании системы обнаружения вторжений IDS (или IPS) и конфигурировании ее для сканирования системы на предмет как внешних, так и внутренних атак. Все формы атак должны быть занесены в журнал, и эти логи необходимо проверять, разбираться и принимать меры по защите от подобного в дальнейшем.

На сегодняшний день существуют следующие механизмы защиты беспроводных сетей:

- Контроль границы сети. Это производится путем ограничения зоны распространения радиосигнала, что позволяет решить 2 задачи: снизить вероятность обнаружения радиосети и уменьшить расстояние, с которого злоумышленник может осуществлять активные или пассивные атаки.

- Скрытие SSID (англ. ServiceSetIDentifier) (скрытие идентификатора беспроводной сети)

- Аутентификация IEEE 802.11X

- Аутентификация по МАС-адресам (Черный и белый списки MAC-адресов)

- Конфигурирование структуры пакетов (Нестандартная структура пакетов)

- WEP, основанный на RC4,

- WPA, основанный на AES.

- оптимизация конфигурации беспроводного сегмента сети.

Вывод: Чтобы можно было воспользоваться преимуществами беспроводных сетей, их необходимо защитить. Незащищенные беспроводные сети открывают практически неограниченный доступ к корпоративной сети для хакеров и других злоумышленников.

1.4 Особенности проектирования беспроводных сетей

Особенности проектирования беспроводных сетей, обеспечивающих работу с большим количеством пользователей

Нагрузка на беспроводные сети возрастает с каждым днем. Этому способствует целый ряд факторов:

- Увеличение числа мобильных устройств и интенсивности их использования

- Рост популярности мобильных услуг и приложений, требующих больших скоростей передачи и чувствительных к времени задержки

- Использование беспроводных локальных сетей для разгрузки сотовых сетей

Несоответствие запланированной пропускной способности беспроводной локальной сети и быстрорастущего трафика ее пользователей приводит к значительному ухудшению характеристик сети, к недовольству ее пользователей и неверным выводам о том, что сеть Wi-Fi не может справиться с большой нагрузкой. Однако соблюдение простых принципов проектирования позволит обеспечить достаточную пропускную способность беспроводной сети Wi-Fi для обслуживания тысяч пользователей в одном месте, как показывают примеры удачных проектов.

Ключевые критерии и особенности проектирования беспроводной локальной сети для большой нагрузки

Основная задача проектировщика такой сети - тщательное планирование зоны покрытия. Для увеличения общей пропускной способности такой беспроводной сети необходимо обратить внимание на следующие параметры: мощность передатчиков точек доступа, разрешенные и требуемые скорости передачи данных, применяемый частотный диапазон, распределение и ширина полосы используемых каналов, тип антенн и размещение точек доступа.

Интерференция сигналов Wi-Fi на одном канале (соканальная интерференция)

Соканальная интерференция - спутник беспроводных сетей с большой плотностью размещения точек доступа и пользователей. Количество каналов в диапазоне 2,4 ГГц очень ограниченно, поэтому точки доступа вынуждены работать на одних и тех же радиоканалах в непосредственной близости друг от друга. Соканальная интерференция - это самый сложный тип интерферирующего сигнала. Он состоит не из неразличимых сигналов на уровне шума сигналов, а из декодируемых пакетов данных в том же формате, что и полезные сигналы для точки доступа. При плотной установке точек доступа очень высока вероятность возникновения соканальной интерференции, которая может значительно ухудшить характеристики радиоканалов для пользователей. Необходимо уменьшать мощность передатчиков точек доступа, чтобы оставить уровень соканальной интерференции в приемлемом диапазоне. Это тот самый случай, когда больше мощность - не значит лучше канал.

Разрешенные и требуемые скорости передачи данных

Точки доступа и клиенты беспроводной локальной сети могут работать на разных уровнях модуляции и кодирования, которые обеспечивают различные скорости передачи данных на физическом уровне. Это делает беспроводные сети адаптивными к условиям: чем больше уровень сигнала и отношение «сигнал-шум», тем выше скорость передачи данных, чем хуже условия в радиоканале - тем меньше становится скорость передачи. Однако адаптивность является положительным фактором для проектов с малой плотностью клиентов, а в сети с большой нагрузкой может вызвать негативные эффекты. Почему? Чем ниже скорость передачи данных в канале, тем меньше его суммарная пропускная способность. Простой пример - если точка настроена на одновременную работу с клиентскими устройствами стандартов 802.11b и 802.11g, то ее средняя пропускная способность равна примерно 13 Мбит/сек, если только с устройствами 802.11g, то ее средняя пропускная способность увеличивается до 25 Мбит/сек. К счастью, этим параметром можно управлять!

При ассоциации клиента с точкой доступа, последняя сообщает клиентскому устройству, какие скорости доступа она разрешает при подключении к ней. Клиентское устройство должно использовать только те скорости, которые разрешены точкой доступа. Поэтому, отключив в конфигурации точек доступа низкие уровни модуляции и кодирования, можно значительно улучшить использование радиоканалов беспроводной сети и поднять ее пропускную способность!

Суммарная пропускная способность беспроводной сети

Беспроводные сети, предназначенные для работы с большим числом пользователей, должны обладать большой пропускной способностью. Согласно уравнению Шеннона, пропускная способность канала напрямую зависит от его ширины полосы частот. К сожалению, мы не можем управлять числом каналов Wi-Fi и их шириной в диапазоне 2,4 ГГц, их всего три по 20 МГц. Если мы установим 3 точки доступа в одном месте, и каждая из них будет поддерживать 802.11b\g, то суммарная средняя пропускная способность беспроводной сети в одном месте установки составит около 39 Мбит/сек (13 Мбит/сек умножить на 3). Даже если мы увеличим число точек вдвое и установим 6 точек доступа в одном небольшом помещении, то суммарная средняя пропускная способность беспроводной сети в одном месте не увеличится! Более того, если не принять меры, то из-за возникновения соканальной интерференции суммарная пропускная способность может даже уменьшиться!

Использование диапазона 5 ГГц может значительно улучшить пропускную способность беспроводной локальной сети. Помимо более высокой пропускной способности в одном канале (нет режима совместимости с 802.11b), в диапазоне 5 ГГц есть 21 непересекающийся канал по 20 МГц. И все их можно одновременно использовать в одном месте, получив суммарную пропускную способность в 525 Мбит/сек в сравнении с 39 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц.

Мощность передатчиков клиентских устройств

Соканальную интерференцию могут создавать не только точки доступа, но и большое число пользователей беспроводной сети, работающих в одном месте на большой мощности. Кроме того, мощность передатчиков клиентских устройств необходимо балансировать с мощностью передатчиков точек доступа. Нет никакого смысла клиентским передатчикам работать на мощности 50 миллиВатт, когда точки доступа работают с мощностью 5 миллиВатт. Точки доступа могут анонсировать мощность своего передатчика, а клиентские устройства динамически подстраивать свою мощность до минимально необходимого уровня. Помимо значительного уменьшения эффекта соканальной интерференции, снижается потребление электроэнергии в клиентском устройстве и увеличивается автономное время работы (от батареи).

Количество клиентов работающих с одной точкой доступа

К одной точке доступа может подключиться до 254 пользователей. Однако, что получат эти пользователи, кроме факта подключения? Если разделить пропускную способность одного полудуплексного радиоканала (около 20 Мбит/сек) на такое количество одновременно передающих пользователей и добавить к этому многочисленные повторы передачи данных из-за возникновения коллизий при их одновременной передаче, то получится реальная пропускная способность на одного пользователя, приближающаяся к нулю. Число одновременно работающих клиентов в пересчете на одну точку доступа должно быть в диапазоне от 12 до 50. Вот почему потребуется большое число точек доступа и достаточно плотная их установка.

Производительность других компонентов сети беспроводного доступа

Помимо пропускной способности сети беспроводного доступа, необходимо вспомнить о других компонентах системы. Если обеспечиваются хорошие условия радиодоступа, но пропускная способность канала до Интернет провайдера составляет 128 кбит/сек, то он быстро станет «узким местом» в созданной системе. Нельзя забывать также об авторизации клиентов. Если используется RADIUS сервер или веб-авторизация, то это устройство также должно быть масштабировано на работу с пиковой нагрузкой, особенно в моменты начала дня, когда количество регистраций в единицу времени достигает наибольшего числа.

1.5 Способы планирования беспроводной локальной сети

Планирование беспроводной локальной сети WLAN является важным этапом реализации проекта по ее внедрению, позволяющим обеспечить выполнение требований пользователей сети к ее характеристикам.

Наиболее распространенными на сегодня являются три типа планирования.

Первый тип часто называют «предпроектное обследование», «радиоразведка». В зарубежной литературе ему соответствует термин «sitesurvey», «RF site survey». Требует выезда на место установки эксперта, вооруженного специализированным оборудованием, проведения измерений и различных тестов. Он является более затратным, но и более эффективным, так как позволяет провести реальные измерения требуемых характеристик с реально применяемым оборудованием в реальных условиях применения.

Второй способ планирования беспроводной сети - расчет ее радиопокрытия. Этот способ основан на расчетном прогнозировании характеристик беспроводной сети на основании исходных данных, полученных от ее заказчика. Прогнозирование характеристик производится при помощи математической модели. Заказчик должен сформулировать требования к характеристикам беспроводной сети, предоставить чертежи здания или схему местности в масштабе, указать толщину и материал стен, колонн, перекрытий, места скопления пользователей, необходимые ее пользователям услуги и приложения. Информация о месте установки обрабатывается экспертом и импортируется в специализированное программное обеспечение, которое позволяет провести расчет основных характеристик беспроводной сети и предложить предварительное размещение точек доступа для выполнения требований заказчика, основанное на данных теоретического расчета.

Третий тип планирования можно назвать «на глазок», «по здравому смыслу». Отсутствие экспертизы в беспроводных сетях не мешает таким «планировщикам» покрыть схему помещения кругами по 50-100 метров и назвать это «планированием». Такой подход является наиболее быстрым и менее затратным, но чреват большим разочарованием пользователей. Не принимая во внимание специфики оборудования и места применения сети, такой способ приводит к большим ошибкам планирования и не должен применяться даже для бюджетной оценки проекта создания беспроводной сети. Риск возникновения проблем и даже полной неудачи проекта слишком велик. Даже современные системы адаптивной настройки радиопараметров не позволят исправить ошибки такого способа планирования.



Таб.3. Сравнение трех способов планирования беспроводной локальной сети

Задача планирования	1-ый способ Радиоразведка, предпроектное обследование (RF site survey)	2-ой способ Расчет радиопокрытия	3-ий способ «По здравому смыслу»
Учесть особенности места установки	+	Ограниченно, приближенно	_
Определить требуемое число точек доступа	+	+	_
Осмотреть места установки точек доступа, выбрать подходящие крепления и антенны	+	_	_
Идентифицировать источники интерференции и минимизировать их влияние	+	_	_
Протестировать характеристики различных пользовательских устройств	+	_	_
Проверить бесшовный роуминг клиентов	+	_	_
Определить используемые частотные каналы и мощности излучения	+	+	_
Наиболее полно учесть все требования пользователей и особенности применения	+	Ограниченно, приближенно	_

Архитектура сетей Wi-Fi

Сначала необходимо сказать, что существует два больших направления разработки и использования архитектур Wi-Fi-решений:

1. автономная архитектура,

2. централизованная / управляемая архитектура.

Именно на основе данных архитектур создается основное количество проектов сетей Wi-Fi.

Автономная архитектура

В случае Автономной архитектуры решение представляет собой набор несвязанных точек доступа, каждая из которых конфигурируется и обслуживается независимо. Поэтому сложность обслуживания сети, построенной подобным образом, растет линейно, а порой и экспоненциально, с ростом количества устройств. Отсюда сети с автономной архитектурой, как правило, давно не проектируют большими, обычно это не более 3-5 устройств. Здесь существуют некоторые исключения, которые облегчают создание чуть более масштабных сетей, например, технология кластеризации точек доступа. Но это не полноценно управляемая архитектура в любом случае. Также в случае автономной архитектуры возникают огромные проблемы с реализацией системы безопасности беспроводной сети, т.к. почти невозможно выполнять корелляцию атаки с учетом всех Точек Доступа в зоне покрытия при отсутствии единого центра. Точки Доступа независимы и видят эфир каждая по своему, а для полноценной интерпретации события как атаки важен масштаб восприятия, понимания динамики атаки. Эта же явление наблюдается и при возникновении проблем с интерференцией, когда невозможно организовать совместное динамическое управление радиоресурсами (RRM-Radio Resource Management) в виду отсутствия единого центра сбора информации со всех ТД и соответствующего принятия решений. Стоит отметить, что известны случаи автономных сетей, состоящих из десятков ТД. Но гарантией эффективной работы такой инфраструктуры являлось наличие квалифицированных инженеров по WLAN в ИТ-службе, которые сами писали специальные скрипты для массового управления всеми Точками Доступа, контроля по SNMP и сбора статистики и т.п. В любом случае, это весьма нетривиальный подход, который еще и очень опасен в перспективе из-за проблем с обслуживанием подобного решения в случае ухода инженера-разработчика данного ПО.

Централизованная архитектура

В случае Централизованной архитектуры полное управление инфраструктурой сети радиодоступа выполняется контроллером WLAN. Например, у Cisco подобная архитектура называется CUWN (Cisco Unified Wireless Network). Контроллер в централизованном решении управляет загрузкой / изменением ПО, изменениями конфигурации, RRM (динамическое управление радиоресурсами), управляет связью сети WLAN с внешними серверами (ААА, DHCP, LDAP и т.п.), управляет аутентификацией пользователей, управляет профилями качества обслуживания QoS, специальными функциями и т.п. Более того, контроллеры могут объединяться в группы для обеспечения бесшовного роуминга клиентов между различными точками доступа в зоне покрытия. Например, в решениях Cisco Systems можно объединить десятки контроллеров в один мобильный домен и, соответственно, до нескольких десятков тысяч точек доступа. Создание подобных мобильных доменов позволяет обеспечить бесшовные хендоверы (в терминах Wi-Fi - это роуминг) между точками доступа управляемых как одним контроллером, так и разными. Существуют эффективно работающие сети, количество точек доступа в которых приближается к 100.000. Подобных масштабов можно добиться только в управляемой архитектуре решения. Справедливости ради необходимо отметить, что централизованную архитектуру в своих решениях уже предлагают различные производители.

Естественно для Точек Доступа или маршрутизаторов с Wi-Fi необходимо ориентироваться на поддержку 802.11n.

Выводы: В данном разделе проведен анализ стандартов и видов беспроводных сетей, изучены проблемы безопасности, риски и механизмы защиты, исследованы виды проектирования и способы планирования беспроводных сетей. Основываясь на вышеизложенных сведениях можно приступить к проектированию и построению беспроводной сети.



2. Постановка задачи на проектирование

В целях обеспечения надежной и бесперебойной работы ООО «МЕДИПАЛ-ОНКО», обеспечения пользователей возможностью совместного использования ресурсов всех компьютеров и периферийных устройств, возможность доступа к корпоративной информации с любого рабочего места (локального, удаленного или мобильного), необходимо спроектировать и построить беспроводную сеть Wi-Fi, предусматривающую возможность масштабирования, обеспечивающую высокую надежность.

2.1 Общие требования к сети

- Расширяемость: возможность простой интеграции отдельных компонентов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб).

- Масштабируемость: возможность увеличения количества узлов и протяженность связей, а также производительности сетевого оборудования и узлов.

- Производительность: обеспечение требуемых значений параметров производительности (время реакции, скорость передачи данных, задержка передачи и вариация задержки передачи) сетевых узлов и каналов связи.

- Управляемость: обеспечение возможностей централизованного управления, мониторинга состояния сети и планирования развития сети.

- Надежность: обеспечение безотказной работы узлов сети и каналов связи, сохранности, согласованности и доставки данных без искажений узлу назначения.

- Безопасность: обеспечение защиты данных от несанкционированного доступа.



2.2 Требования к оборудованию

- Поддержка стандарта 801.11n

- Поддержка MIMO

- Максимальная скорость беспроводного соединения 300 Мбит/с

- Централизованная/управляемая архитектура

Выводы: В данном разделе поставлено задание на дальнейшее проектирование. Планируемая польза от внедрения беспроводной сети - повышение мобильности и увеличение производительности сотрудников, за счет эффективного использования рабочей силы, а так же офисного пространства, станет более эффективным оперативное управление информацией.



3. Проектирование беспроводной сети

Этапы проектирования:

- изучение структуры организации;

- изучение потоков данных и приложений, для которых будет применяться сеть;

- изучение особенностей помещения и расположения пользователей;

- разведка в радио эфире;

- планирование сети и моделирование покрытия;

- выбор оборудования;

- монтаж и измерение реального покрытия.

3.1 Изучение структуры организации

Организацию возглавляет руководство компании. Организация состоит из 11 отделов:

- Секретариат;

- Бухгалтерия;

- Финансовый отдел;

- Отдел кадров;

- Юридический отдел;

- Транспортный отдел;

- Тендерный отдел;

- Отдел закупок;

- Отдел продаж;

- Экспортный отдел;

- IT отдел.



Рис. 2. Структура организации

3.2 Изучение потоков данных и приложений, для которых будет применяться сеть

Информационные потоки - совокупность передаваемой информации между двумя и более объектами.

Информационные ресурсы - отдельные документы и отдельные массивы документов в информационных системах.

Информационная система - организационно упорядоченная совокупность документов и информационных технологий, в том числе с использованием вычислительной техники и связи.

Рассмотрим информационные потоки в организации.

Все потоки данных передаются между серверами и компьютерами.

Таб.4. Трафик по отделам

Отдел	Внешний трафик	Внутренний трафик	На что тратится
Руководство	210 МБ	400 МБ	Интернет, eRoom, 1С
Секретариат	600 МБ	140 МБ	Интернет, 1С, общая папка
Бухгалтерия	720 МБ	3 ГБ	Банк-клиенты, eRoom, 1С, Гарант, интернет, общая папка
Финансовый отдел	350 МБ	600 МБ	1С, Гарант, интернет, общая папка
Транспортный отдел	700 МБ	410 МБ	1С, интернет, общая папка
Отдел закупок	2 ГБ	500 МБ	RLS, 1С, интернет, eRoom, общая папка
Отдел продаж	2,5 ГБ	500 МБ	RLS, 1С, интернет, eRoom, общая папка
Тендерный отдел	3 ГБ	320 МБ	Интернет, RLS, общая папка
Экспортный отдел	1,5 ГБ	830 МБ	Интернет, 1С, общая папка
Отдел кадров	300 МБ	200 МБ	Гарант, 1С, интернет, общая папка
Юридический отдел	240 МБ	500 МБ	Гарант, 1С, интернет, общая папка
IT отдел	1 ГБ	1 ГБ	1С, интернет, общая папка

3.3 Изучение особенностей помещения и расположения пользователей

Рис. 3. План левого крыла

Рис. 4. План правого крыла



3.4 Разведка в радио эфире

Рис. 5. Правое крыло

Рис. 6. Левое крыло



3.5 Планирование сети и моделирование покрытия

Моделирование покрытия сети в программе TamoGraph Site Survey

TamoGraph Site Survey - мощный и удобный инструмент для сбора, визуализациии анализа данных в сетях Wi-Fi стандарта 802.11 a/b/g/n. Для внедрения и эксплуатации беспроводных сетей нужны профессиональные программные продукты, которые позволяют значительно упростить выполнение таких сложных и трудоемких задач как построение карт покрытия, анализ интерференции и уровня сигнала, распределение Wi-Fi-каналов, и т.п. Как раз для решения этих проблем и предназначен TamoGraph.

Большие офисы компаний или банков, гостиницы, кафе - везде, где уже используется или планируется разворачивать Wi-Fi сеть, там TamoGraph поможет существенно сократить время и расходы на планирование и обслуживание сети, увеличит ее производительность, расширит покрытие, возможно даже без приобретения дополнительного оборудования.

Ключевые особенности

Простой и быстрый сбор данных.

Пассивные, активные и предиктивные инспектирования.

Спектральный анализ.

Всесторонний анализ беспроводных сетей с удобными и наглядными визуализациями уровня сигнала, помех, зон покрытия точек доступа, скорости передачи данных, сетевых проблем.

Автоматическое нахождение точек доступа.

Детальная информация о каждой точке доступа: рабочий канал, максимальная скорость передачи данных, данные о компании-производителе, тип шифрования и т.д.

Полная поддержка сетей стандартов 802.11n, 802.11a, 802.11b и 802.11g.

Инспектирование с использованием GPS.

Подробные отчеты в PDF и HTML форматах.

Рис. 7. Предполагаемая зона покрытия левого крыла



Рис. 8. Предполагаемая зона покрытия правого крыла



3.6 Обзор и выбор оборудования

Точка доступа Cisco AIR-AP1262N-R-K9 предоставляет возможность развёртывания двухдиапазонных беспроводных сетей для разных предприятий. Модульный дизайн AP1200 одновременно поддерживает модули двух стандартов: IEEE 802.11b и 802.11a. Это даёт возможность построить многоуровневые беспроводные сети, где некоторые пользователи получат возможность работать на скоростях до 54 Мбит/сек, а другие - до 11 Мбит/сек.

Рис. 9. Cisco AIR-AP1262N-R-K9

Общие характеристики
Тип	Wi-Fi точка доступа
Стандарт беспроводной связи	802.11n, частота 2.4 / 5 ГГц
Поддержка MIMO	есть
Макс. скорость беспроводного соединения	300 Мбит/с
Прием/передача
Защита информации	WPA, WPA2, 802.1x
Мониторинг и конфигурирование
Консольный порт	есть
Поддержка SNMP	есть
Память
Объем оперативной памяти	128 Мб
Объем флеш-памяти	32 Мб
Дополнительно
Питание через Ethernet-кабель (PoE)	есть
Флэш-память	есть
Размеры (ШxВxГ)	220x47x220 мм
Вес	860 г.
Дополнительная информация	шесть разъемов под внешние антенны

HP MSR920-W (JF815A)

HP MSR920-W имеет современный дизайн и хорошую функциональность. Он может одновремено выступать как беспроводной маршрутизатор и Wi-Fi точка доступа. С помощью данной модели пользователи могут быстро создать безопасную беспроводную сеть и получить доступ к Интернет с помощью WI-FI.

Рис. 10. HP MSR920-W (JF815A)



D-link DWL-7700AP - двухдиапазонная внешняя беспроводная точка доступа соответствующая стандартам IEEE 802.11 a/b/g. Точка доступа обеспечивает большой радиус действия и поддерживает соединение на скорости до 54 Мбит/с (108 Мбит/с в Турбо режиме). DWL-7700AP идеально подходит для провайдеров Интернет для создания хот-спотов и предоставления доступа в Интернет пользователям, находящимся вне здания. Точку доступа можно использовать на заводах, промышленных комплексах, в колледжах и университетских городках, аэропортах, гольф-клубах, побережьях и многих других общественных местах.

Точка доступа DWL-7700AP поддерживает управление через Web-интерфейс и Telnet. Также DWL-7700AP поддерживает сетевое управление по протоколу SNMP v. 3 и мониторинг трафика в режиме реального времени через программное обеспечение для сетевого управления D-Link D-View.

Рис. 11. D-link DWL-7700AP

Общие характеристики
Тип	Wi-Fi точка доступа
Стандарт беспроводной связи	802.11a/b/g
Макс. скорость беспроводного соединения	108 Мбит/с
Прием/передача
Защита информации	WEP, WPA, WPA2
Мощность передатчика	23 dBM
Радиус действия внутри помещения	99 м
Радиус действия вне помещения	500 м
Опции точки доступа / моста
Режим моста	есть
Антенна
Количество внешних антенн	2 x 5 dBi
Тип внешней антенны	съемная
Мониторинг и конфигурирование
Web-интерфейс	есть
Поддержка Telnet	есть
Поддержка SNMP	есть
Дополнительно
Питание через Ethernet-кабель (PoE)	есть
Возможность установки вне помещения	есть
Флэш-память	есть
Размеры (ШxВxГ)	278x70x155 мм
Вес	1820 г

Вывод: Так как офис находится в офисном здании, вокруг большое количество других сетей, требуется централизованная архитектура, где контроллер автоматически измерял бы зашумленность каждого сегмента сети, выбирал наиболее чистый канал. Так как требуемая скорость передачи данных обеспечивается только в стандарте 802.11n, выбираем точку доступа Cisco AIR-AP1262N-R-K9.

Размещено на Allbest.ru

...