Беспроводные сети

Введение

Компьютерной сетью называют совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств), имеющих возможность  информационного взаимодействия друг с другом с помощью  специального коммуникационного оборудования и  программного обеспечения.

Размеры сетей варьируются  в широких пределах – от пары соединенных между  собой  компьютеров, стоящих на соседних столах, до миллионов  компьютеров, разбросанных по всему  миру (часть из них может находиться на космических объектах).

По широте охвата принято деление сетей на несколько категорий: локальные вычислительные сети – ЛВС или LAN (Local-Area  Network), позволяют объединять компьютеры, расположенные в ограниченном пространстве.

Для локальных сетей, как  правило, прокладывается специализированная кабельная  система, и положение возможных точек подключения абонентов ограничено этой кабельной системой. Иногда в локальных сетях используют беспроводную связь (Wireless), но при этом возможности перемещения абонентов сильно ограничены. Локальные сети можно объединять в   крупномасштабные образования:

CAN (Campus-Area Network) - кампусная сеть, объединяющая локальные сети близко расположенных зданий;

MAN (Metropolitan-Area Network) - сеть городского масштаба;

WAN (Wide-Area Network) - широкомасштабная сеть;

GAN (Global-Area Network) - глобальная сеть.

Сетью сетей в наше время  называют глобальную сеть – Интернет.

Для более крупных сетей  устанавливаются специальные проводные  и беспроводные  линии связи  или используется инфраструктура  существующих публичных средств связи. В  последнем случае абоненты компьютерной сети могут подключаться к сети в относительно произвольных точках, охваченных сетью телефонии или кабельного телевидения.

В сетях применяются различные  сетевые  технологии.  Каждой  технологии соответствуют свои типы оборудования.

Оборудование сетей подразделяется на активное – интерфейсные карты  компьютеров,  повторители, концентраторы  и т.п. и пассивное – кабели, соединительные разъемы, коммутационные панели и т.п. Кроме того имеется  вспомогательное оборудование – устройства бесперебойного питания, кондиционирования воздуха и аксессуары – монтажные стойки, шкафы, кабелепроводы различного вида. С точки зрения физики, активное оборудование – это устройства, которым необходима подача энергии для генерации  сигналов, пассивное оборудование подачи энергии не требует.

Оборудование компьютерных сетей подразделяется на конечные системы (устройства), являющиеся источниками  и/или потребителями информации, и промежуточные системы, обеспечивающие прохождение информации по сети.

К конечным системам относят  компьютеры, терминалы, сетевые принтеры, факс-машины, кассовые аппараты, считыватели  штрих-кодов, средства  голосовой  и видеосвязи и любые другие периферийные устройства.

К промежуточным системам относят концентраторы (повторители, мосты, коммутаторы), маршрутизаторы, модемы и прочие телекоммуникационные устройства, а также соединяющая их кабельная или беспроводная инфраструктура.

Действием, «полезным» для  пользователя, является обмен информацией  между конечными устройствами.

Для активного коммуникационного  оборудования применимо понятие  производительность, причем в двух различных аспектах. Кроме «валового» количества неструктурированной информации, пропускаемого оборудованием за единицу времени (бит/с), интересуются и скоростью обработки пакетов, кадров или ячеек. Естественно, при этом оговаривается и размер  структур (пакетов, кадров, ячеек), для которого измеряется скорость обработки. В идеале производительность коммуникационного оборудования должна быть столь высокой, чтобы  обеспечивать обработку информации, приходящейся на все интерфейсы (порты) на их полной скорости (wire speed).

Для организации обмена информацией  должен быть разработан комплекс программных  и  аппаратных средств, распределенных по разным устройствам сети. Поначалу разработчики и  поставщики сетевых средств пытались идти каждый по своему пути, решая весь комплекс задач  с помощью собственного набора протоколов, программ и аппаратуры. Однако решения различных поставщиков оказывались несовместимыми друг с другом, что оказывало массу неудобств для пользователей, которых по разным причинам не удовлетворял набор возможностей, предоставляемых только одним из поставщиков. По мере развития техники и расширения ассортимента предоставляемых сервисов назрела необходимость декомпозиции сетевых задач –  разбивки их на несколько взаимосвязанных подзадач с определением правил взаимодействия  между  ними.

Разбивка задачи и стандартизация протоколов позволяет принимать  участие в ее решении  большому  количеству сторон-разработчиков программных и аппаратных средств, изготовителей  вспомогательного и коммуникационного оборудования, доносящих все эти плоды прогресса до конечного потребителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Основные  свойства

Беспроводные сети передачи данных (БСПД) позволяют объединить в единую информационную систему разрозненные локальные сети и компьютеры для обеспечения доступа всех пользователей этих сетей к единым информационным ресурсам без прокладки дополнительных проводных линий связи.

БСПД обычно создаются в тех случаях, когда прокладка кабельной системы затруднена или экономически нецелесообразна. Примером могут служить предприятия, имеющие распределенную структуру (складские помещения, отдельные цеха, карьеры и пр.), наличие естественных преград при построении кабельных систем (рек, озер и т.д.), предприятия, арендующие офисы на небольшой срок, выставочные комплексы и гостиницы, предоставляющие доступ в Интернет для своих клиентов. Беспроводные локальные сети уменьшают затраты на планирование и подготовку рабочего пространства, обновление оборудования и периферии, обеспечивая при этом небольшой радиус мобильности пользователям ноутбуков и PDA.

Наиболее популярные схемы беспроводных сетей:

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — стандарт на оборудование Wireless LAN. Установка Wireless LAN рекомендовалась там, где развёртывание кабельной системы было невозможно или экономически нецелесообразно. В нынешнее время во многих организациях используется Wi-Fi, так как при определённых условиях скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/сек. Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi. Мобильные устройства (КПК, смартфоны, PSP и ноутбуки), оснащённые клиентскими Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет через точки доступа.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN.

WiMAX подходит для  решения следующих задач:

-    Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.

- Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.

- Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.

- Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять  доступ в Интернет на высоких  скоростях, с гораздо большим  покрытием, чем у Wi-Fi сетей.  Это позволяет использовать технологию  в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в масштабах целых городов.

Bluetooth

Bluetooth - производственная  спецификация беспроводных персональных сетей (англ. Wireless personal area network, WPAN), обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как карманные и обычные персональные компьютеры, мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 10-100 метров друг от друга (дальность очень сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

 

2 Топология беспроводных компьютерных сетей

 

Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей - работа в замкнутом  объеме (офис, выставочный зал и  т.п.) и соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети).

Для организации беспроводной сети в замкнутом пространстве применяются  передатчики со всенаправленными антеннами. Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети - Ad-hoc и клиент/сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый называемый "точка-точка") - это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент/сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент/сервер. Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство - 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала, - 100 м, офис из нескольких комнат - 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа. Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн - до 50 км). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). Комплексы для объединения локальных сетей по топологии делятся на "точку-точку" и "звезду". При топологии "точка-точка" (режим Ad-hoc в IEEE 802.11) организуется радиомост между двумя удаленными сегментами сети. При топологии "звезда" одна из станций является центральной и взаимодействует с другими удаленными станциями. При этом центральная станция имеет всенаправленную антенну, а другие удаленные станции - однонаправленные антенны. Применение всенаправленной антенны в центральной станции ограничивает дальность связи дистанцией примерно 7 км. Поэтому, если требуется соединить между собой сегменты локальной сети, удаленные друг от друга на расстояние более 7 км, приходится соединять их по принципу "точка-точка". При этом организуется беспроводная сеть с кольцевой или иной, более сложной топологией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Устройства  для создания беспроводных компьютерных сетей

 

Большинство адаптеров  для беспроводных компьютерных сетей  сейчас выпускается в формате  карт PC Card Type II, предусматривающем установку устройства в ноутбук, хотя существуют и модели адаптеров для установки в слоты PCI или ISA, но их значительно меньше. Поэтому, увы, для установки беспроводного сетевого адаптера в настольный персональный компьютер приходится еще и приобретать дополнительный переходник, вставляемый в слот PCI. Относительно недавно начат выпуск сетевых адаптеров Wi-Fi, выполненных в виде плат стандарта CompactFlash. Такие устройства предназначены для карманных компьютеров, работающих под операционной системой Windows CE (Pocket PC). Существуют и сетевые адаптеры Wi-Fi, выполненные в виде отдельных устройств с интерфейсом USB.

Современной тенденцией является использование  в сетевых адаптерах внутренних антенн. В точках доступа для повышения дальности связи чаще используются внешние антенны. В некоторых моделях точек доступа качестве приемопередатчика используется тот же сетевой адаптер, что и в клиентских станциях, причем в точке доступа его так же просто заменять, как и в клиентской станции. Такое техническое решение ограничивает дальность связи (а большая дальность для квартиры или маленького офиса может оказаться излишней), и причина, побудившая инженеров пойти на такой шаг, не совсем понятна. Возможно, они считали, что так будет проще модернизировать точку доступа, если в стандарт беспроводных сетей будут внесены какие-либо изменения на физическом уровне.

Рисунок 3 сетевой адаптер 3Com AirConnect

Типичным случаем является объединение  в одном устройстве точки доступа  и маршрутизатора. Точка доступа может также включать в себя и некоторые другие устройства, например модем. Для небольшого офиса очень удобно использовать точку доступа, объединенную с принт-сервером. К ней можно подключить самый обычный принтер, превратив его тем самым в сетевой.

Управление точкой доступа в  современных беспроводных сетях, как  правило, осуществляется по протоколу  TCP/IP через обычный Интернет-браузер.

Ясно, что клиентские станции стоят пока значительно  дороже, чем простые сетевые карты Ethernet. Но ведь важна не стоимость клиентских устройств как таковых, а общая стоимость системы, а также ее установки и обслуживания. И вот тут мы сталкиваемся с новой ситуацией: разница между стоимостью комплекта оборудования для проводной сети Ethernet (с учетом затрат на покупку кабеля) и стоимостью комплекта оборудования IEEE 802.11b сопоставима по порядку величины со стоимостью прокладки кабеля. И если тенденция снижения цен на беспроводное сетевое оборудование сохранится (при том, что стоимость прокладки кабеля значительно зависит от стоимости труда, которая в нашей стране сейчас растет), то уже в ближайшем будущем может оказаться что в ряде случаев экономически выгоднее развернуть беспроводную локальную сеть, чем возиться с прокладкой кабелей.