Курс лекций "Сетевым технологиям"

Рис. 8.  Формат кадра MAC IEEE 802.11

Перечислим поля общего кадра:

        Управление кадром. Указывается тип кадра(контроль, управление или данные) и предоставляется управляющая информация (версия протокола).

        Идентификатор длительности/соединения. Если используется поле длительности, указывается время (в микросекундах), на которое требуется выделить канал для успешной передачи кадра MAC. В некоторых кадрах управления в этом поле указывается идентификатор ассоциации или соединения.

        Адреса. Число и значение полей адреса зависит от контекста. Возможны следующие типы адреса: источника, назначения, передающей станции, принимающей станции.

        Управление очередностью. Содержит 4-битовое подполе номера фрагмента, используемое для фрагментации и повторной сборки, и 12-битовый порядковый номер, используемый для нумерации кадров, передаваемых между приемником и передатчиком.

        Тело кадра. Содержит модуль данных протокола LLC или управляющую информацию MAC.

        Контрольная последовательность кадра. 32-битовая проверка четности с избыточностью.

Стандарт IEEE 802.11b

Это первый беспроводной стандарт, появившийся на наших просторах, кото­рый получил всенародное призвание. Именно с возникновением этого стандар­та началось триумфальное шествие эры Wi-Fi. Официальная дата возникнове­ния стандарта IEEE 802.11b — июль 1999 года.

Скорость передачи данных на сегодняшний день уже никого не впечатляет (11 Мбит/с, с поэтапным падением до 5,5, 2 и 1 Мбит/с в случае невозможно­сти поддержки максимальной скорости передачи данных), а безопасность пере­даваемых данных находится на довольно низком уровне. Опытному пользова­телю, «вооруженному» бесплатно распространяемым в сети инструментарием, может потребоваться меньше часа для расшифровки ключа сети и проникнове­ния в вашу локальную сеть.

Для защиты передаваемых данных используется протокол WEP, который оха­рактеризовал себя не с лучшей стороны, поскольку был неоднократно взломан за последние несколько лет. Хотя оборудование, поддерживающее этот стан­дарт, не рекомендуется применять в домашних сетях, а тем более в корпоратив­ных вычислительных сетях, все же не следует от него отказываться полностью. Если циркулирующие в беспроводной сети данные не относятся к категории государственной тайны, рекомендуется остановиться именно на этом стандарте.

Ниже приведены технические характеристики сетей стандарта IEEE 802.11b:

           несущая частота — 2,4 ГГц;

           скорость передачи данных — 1-11 Мбит/с;

           радиус действия — до 450 м;

           протоколы обеспечения безопасности — WEP;

           уровень безопасности — средний;

            режимы работы беспроводной сети — Ad Hoc, Infrastructure Mode.

ВНИМАНИЕ              

Учтите, что реальная скорость передачи данных в сетях (не только в беспроводных), как правило, не превышает 40% от заявленного производителем значения. То же самое можно сказать относительно заявленной дальности связи. Хотя в этом случае ситуацию можно ис­править путем установки мощной направленной антенны 

В сегменте корпоративных беспроводных сетей (да и домашних тоже) происходит постепенная эволюция в сторону стандарта IEEE 802.11g, Эволюция (в отличие от революции) означает постепен­ность производимых преобразований. Поэтому компоненты, поддерживающие стандарт IEEE 802.11b, пока еще остаются с нами. Область их применения — карманные компьютеры, беспроводные гарнитуры (обычно в этом случае ис­пользуется Bluetooth, но не всегда его возможностей достаточно) и некоторые другие приложения, которые нетребовательны к скорости передачи данных.

Слухи о скорой смерти этого стандарта преувеличены. До сих пор предприни­маются попытки расширения его возможностей. Так, в 2002 году компанией Texas Instruments на суд общественности был представлен набор микросхем АСХ100, построенный на базе расширенной версии стандарта 802.11. Пиковая скорость передачи данных увеличилась с 11 до 22 Мбит/с. Подобный прогресс стал возможным благодаря использованию нового метода модуляции РВСС (Packet Binary Convolutional Coding — двоичное символьное сверточное коди­рование). Тем не менее, эта скорость значительно меньше максимальной скоро­сти передачи данных 54 Мбит/с, обеспечиваемой следующим представителем семейства стандартов IEEE 802.11 — IEEE 802.11g,.

Кратко остановлюсь на сильных и слабых сторонах стандарта IEEE 802.11b. К преимуществам этого стандарта относятся его распространен­ность, а также относительная дешевизна оборудования.

Недостатки связаны с невысокой скоростью передачи данных, с «перегружен­ностью» диапазона 2,4 ГГц помехами со стороны других беспроводных сетей (из-за недостаточного количества частотных каналов), а также с радиочастот­ным «шумом», генерируемым сотовыми телефонами и некоторыми бытовыми приборами (например, микроволновыми печами), которые работают в близких радиочастотных диапазонах.

Стандарт IEEE 802.11g

Этот стандарт более совершенен, чем стандарт IEEE 802.11b, и появился в июне 2003 года. Максимальная скорость передачи данных выросла практиче­ски в пять раз по сравнению с IEEE 802.11b (до 54 Мбит/с), а одним из несом­ненных достоинств является частичная прямая и полная обратная совмести­мость со стандартом IEEE 802.11b. Полная обратная совместимость прояв­ляется в том, что оборудование, поддерживающее стандарт IEEE 802.11g, мо­жет работать в режиме, определяемом стандартом IEEE 802.11b. Что же каса­ется частичной прямой совместимости, то это означает, что некоторое оборудование стандарта IEEE 802.11b может использоваться в сетях стандарта IEEE 802.11g, но только при условии обновления микропрограмм, «зашитых» во флеш-памяти.

Более высокая скорость передачи данных достигается благодаря использова­нию метода ортогонального частотного уплотнения (Orthogonal Frequency Di­vision Multiplexing, OFDM), который впервые был применен в стандарте 802.11а. Совместимость со стандартом IEEE 802.11b достигается благодаря использованию той же самой несущей частоты (2,4 ГГц) и метода модуляции CCK.

Несмотря на свою относительную «молодость», стандарт довольно быстро заве­вал популярность среди профессионалов и простых пользователей. Такая попу­лярность объясняется наилучшим соотношением «скорость передачи данных — цена», присущим оборудованию этого стандарта. В этом стандарте был реали­зован новый протокол обеспечения безопасности передаваемых данных — WPA (Wi-Fi Protected Access — защищенный доступ к сетям Wi-Fi). При этом обес­печивается повышенная безопасность передаваемых данных, благодаря чему оборудование стандарта IEEE 802.11g подходит для создания корпоративных беспроводных сетей.

Технические характеристики сетей стандарта IEEE 802.11g:

 несущая частота — 2,4 ГГц;

 скорость передачи данных — 54 Мбит/с (до 125 Мбит/с в усовершенство­ванных версиях протокола);

 радиус действия — 450 м;

 протоколы обеспечения безопасности — WEP, WPA, WPA2 (в усовершенст­вованных версиях протокола);

 уровень безопасности — высокий;

 режимы работы беспроводной сети — Ad Hoc, Infrastructure Mode.

В настоящее время получили распространение две улучшенных версии прото­кола IEEE 802.11g — Broadcom 125* High Speed Mode (альтернативное назва­ние Afterburner) и Atheros Super-G. В первой технологии из пакетов данных удаляется избыточная служебная информация, в результате чего, как мы ви­дим, значительно ускоряется процесс передачи (до 125 Мбит/с). Достижению столь выдающихся скоростных характеристик также способствует сжатие дан­ных и передача накопленных ранее в буфере пакетов (frame bursting — пакетная передача). Если вы собираетесь приобретать оборудование, поддерживающее эту технологию, ищите метку «125* High Speed Mode».

Разработчики второй технологии применяют похожие методы в целях ускоре­ния передачи данных. Дополнительно используется режим Turbo, предусматри­вающий объединение двух каналов связи, в результате чего реальная скорость передачи данных достигает 50 Мбит/с (максимальная скорость превышает 100 Мбит/с). О том, что оборудование поддерживается именно эту технологию, свидетельствует метка «Super-G».

Помимо увеличения скорости передачи данных существуют усовершенствова­ния стандарта IEEE 802.11g, предусматривающие увеличение дальности связи радиосетей. О том, что ваше оборудование поддерживает эти технологии, гово­рит метка «BroadRange» (компания Broadcom) или метка «extended Range (XR)» (компания Atheros).

Теперь осталось лишь остановиться на описании преимуществ и недостатков стандарта IEEE 802.11g. В данном случае преимуществ больше, а именно: ши­рокий выбор и относительно низкая цена оборудования, можно найти оборудо­вание, поддерживающее высокую скорость передачи данных и повышенную дальность связи.

Недостаток один, и вряд ли его можно расценить как серьезный, — возможные помехи со стороны других беспроводных сетей, работающих в этом частотном диапазоне, а также со стороны микроволновых печей.

Стандарт IEEE 802.11a

Этот стандарт беспроводной связи появился на свет в 2001 году. Его основные отличительные особенности — использование частотного диапазона 5 ГГц, а также метода квадратурной фазовой модуляции совместно с ортогональным частотным уплотнением (OFDM). Именно благодаря OFDM стало возможным достичь скорости передачи данных 54 Мбит/с. Благодаря более широкому диа­пазону, а также усовершенствованной схеме модуляции обеспечивается 13 не­пересекающихся каналов связи. Причем эти каналы распределяются неравно­мерно — 5 из них находятся в верхней части диапазона, а остальные — в ниж­ней части. Благодаря этому оборудование, поддерживающее данный стандарт, может применяться для больших беспроводных сетей, включающих несколько точек доступа.

ВНИМАНИЕ              

Обратите внимание на то, что в России диапазон 5 ГГц не лицензирован для использования радиосетями, поэтому его использование чревато неприятными последствиями.

Следует отметить, что стандарт IEEE 802.11a выступает в двух поколениях, первое из которых обладало невысокой дальностью связи, оборудование же второго поколения обеспечивало дальность связи на уровне стандарта IEEE 802.11g.

В конце 2004 года появилось двухстандартное оборудование, совместимое со стандартами IEEE 802.11a и IEEE 802.11b/g. Как видите, такое оборудование правильнее называть «трехстандартным».

Компания Atheros (www.atheros.com) предлагает оборудование, поддерживаю­щее расширенную версию стандарта IEEE 80211a, — Super AG. В целях увели­чения скорости передачи данных в этом случае одновременно используются два канала.

Технические характеристики сетей стандарта IEEE 802.11a:

           несущая частота — 5,7 ГГц;

           скорость передачи данных — 54 Мбит/с (до 125 Мбит/с в усовершенство­ванных версиях протокола);

           радиус действия — 450 м;

           протоколы обеспечения безопасности — WEP, WPA, WPA2 (в усовершенст­вованных версиях протокола);

           уровень безопасности — высокий;

           режимы работы беспроводной сети — Ad Hoc, Infrastructure Mode.

Преимущество сетей стандарта IEEE 802.11a — практически полное отсутствие помех со стороны других беспроводных сетей, сотовых телефонов и микровол­новых печей.    .

Недостатки связаны с более дорогим и менее распространенным оборудовани­ем, а также с «нелегальным» характером использования диапазона 5,7 ГГц в России.

Если вы все же хотите использовать подобное оборудование, выбирайте двух-диапазонные модели. В крайнем случае их можно будет использовать в составе сетей IEEE 802.11b/g.

Стандарт IEEE 802.11n

Этот стандарт совсем «свеженький», поскольку его черновой вариант (draft) был утвержден в 2006 году. Его назначение — обеспечение высокой скорости передачи данных наравне с дальним радиусом действия. Имеет альтернативные названия — Pre-N и MIMO.

Разработчики стандарта IEEE 802.11n предусмотрели использование техноло­гии DSSS, а также ортогональное частотное уплотнение каналов (OFDM) для увеличения скорости передачи данных. В эту дружную компанию также вклю­чили технологию MIMO (Multiple Input Multiple Output — множественный ввод-вывод), благодаря которой стало возможным увеличение скорости переда­чи данных свыше 100 Мбит/с (в перспективе до 540 Мбит/с).

В 2004 году появилось оборудование, получившее условное название «Pre-N» или «MIMO». По сути речь идет о том же стандарте IEEE 802.11n. Использова­ние других названий было вынужденным, в противном случае организация Wi-Fi Alliance могла отозвать сертификацию у компаний-нарушителей.

После официального появления чернового варианта IEEE 802.11n на рынке появилось оборудование с маркировкой «draft 11n».

Как и большинство других «родственников» из семейства IEEE 802.11х, стан­дарт IEEE 802.11n использует несущую частоту 2,4 ГГц, хотя в окончательной версии стандарта будет поддерживаться диапазон 5,7 ГГц. Для каналов связи выделяется полоса частот 40 МГц, что в два раза превышает ширину канала связи, выделяемую в сетях стандарта IEEE 802.11b/g. Столь широкая полоса частот требуется для обеспечения высокой скорости передачи данных, превы­шающей 100 Мбит/с. Но она же приводит к тому, что резко возрастает уровень радиопомех для соседних радиосетей, использующих диапазон 2,4 ГГц.

Технические характеристики сетей стандарта 802.11n:

           несущая частота — 2,4 и 5,7 ГГц;

           скорость передачи данных — 540 Мбит/с;

           радиус действия — пока неизвестен;

           протоколы обеспечения безопасности — WEP, WPA, WPA2;

           уровень безопасности — высокий;

           режимы работы беспроводной сети — Ad Hoc, Infrastructure Mode.

К преимуществам этого стандарта можно отнести высокую скорость передачи данных (более 100 Мбит/с), поддержку двух диапазонов (2,4 и 5 ГГц), а также обратную совместимость со стандартами IEEE 802.11a/b/g.