Проектирование сети беспроводной связи Wi-Fi в здании студенческого общежития

1.Введение.

     Как бы ни были прочны кабельные соединения, беспроводные технологии постепенно входят в нашу жизнь, разрывая в клочья тысячи метров проводов. Мобильность всегда в почете, а какая мобильность  может быть, если намертво прикован к телефонной розетке?

     Для данного курсового проекта необходимо спроектировать сеть передачи данных с помощью беспроводной связи  Wi-Fi (Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — стандарт на оборудование Wireless LAN в здании студенческого общежития №3.

     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.

     Wireless Fidelity(Wi-Fi) — стандарт на оборудование  для широкополосной радиосвязи, предназначенной для организации  локальных беспроводных сетей  Wireless LAN. Установка таких сетей  рекомендуется там, где развёртывание кабельной системы невозможно или экономически нецелесообразно. Благодаря функции хендовера пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi без разрыва соединения. Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11.

     Беспроводной  интернет на Мобильные устройства (КПК, Смартфоны и ноутбуки), оснащённые клиентскими Wi-Fi приёмо-передающими  устройствами, могут подключаться к  локальной сети и получать доступ в интернет через так называемые точки доступа или хотспоты.

     Хот спот — участок местности (например, помещение офиса, кафе, кампуса, станция  метро), где при помощи портативного устройства (ноутбука или наладонника), работающего по беспроводному протоколу  радиодоступа Wi-Fi, можно получить доступ к интернету (реже — к корпоративному интранету). Так, многие кафе делают бесплатные хотспоты для привлечения посетителей и как дополнительный сервис.

     "точка доступа" "беспроводной коммутатор"/Access Point. Наиболее важный элемент беспроводных сетей - "точка доступа"(на английском языке Wireless Access Point или просто Wireless AP). Если вам требуется не только объединить компьютеры в беспроводную сеть, но и соединить этот сегмент сети с проводным, то самый простой способ - установка так называемой "точки доступа". При использовании точки доступа, вы фактически имеете выделенное сетевое устройство, работа которого не зависит ни от загруженности других ПК, ни от их конфигурации, что является несомненным плюсом. Вам не придется выполнять настройки сложного программного обеспечения, или опасаться что компьютер окажется, в очередной раз выключенным, а необходимая служба не будет запущена.  

1. Организация сети  Wi-Fi.

1.1.  Принцип внедрения Wi-Fi. 
     Рассматриваемое здание имеет пять этажей по двадцать восемь комнат на четырех этажа, восьми комнат на первом этаже и здесь же комната для занятий (Приложение 1, 2). Количество стационарных компьютеров и ноутбуков в данном курсовом проекте не имеет значения, поскольку связь будет осуществляться по радиоканалу. Следовательно, количество компьютеров будет определяться наличием у пользователя ПК специальных USB – адаптеров Wi-Fi  и от операционной системы. 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^[7]. Это может быть полезно при использовании компьютера в локальной Wi-Fi-сети и, одновременно, в Wi-Fi-сети подключённой к Интернет.

И также мобильных  устройств (КПК, смартфоны, PSP и ноутбуки), оснащённых клиентскими Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, которые могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет через точки доступа или хот-споты.

Затем рассчитаем экономическую эффективность данного вида передачи информации, их эксплуатационные расходы, а также расход окупаемости.

     Так сложилось, что в нашей стране большую распространенность получили районные Ethernet сети, затягивающие в квартиру витую пару. Когда дома всего один компьютер, вопросов с подключением кабеля обычно не возникает. Но когда появляется желание лазить в Интернет с компьютера, лэптопа и КПК с возможностью беспроводного подключения, задумываешься о том, как все это грамотно осуществить. Разделить один Интернет-канал на всех домочадцев нам помогают многофункциональные роутеры.

     Потребность в создании дома персональной  Wi-fi сети испытывает, наверное, любой обладатель ноутбука или КПК. Конечно, можно купить точку доступа и организовать беспроводный доступ через нее. Но куда удобнее иметь устройство всё в одном, ведь

     роутеры справляются с этой функцией ничуть не хуже точек доступа. Главное, на что  стоит обращать внимание, это поддерживаемые стандарты Wi-fi. Ибо в последние несколько лет среди производителей появилась тенденция выпускать устройства с

       поддержкой еще не существующих  стандартов. Безусловно, в этом есть  определенная польза. Мы получаем  большую производительность и  дальнобойность wi-fi при использовании оборудования от одного производителя. Однако, поскольку каждый из них реализует новшества так, как ему больше нравится (стандарт ведь пока не принят), совместимости оборудования от разных производителей мы не наблюдаем.

     Обычно  беспроводные сетевые технологии группируются в три типа, различающиеся по масштабу действия их радиосистем, но все они с успехом применяются в бизнесе.

     PAN (персональные сети) — короткодействующие, радиусом до 10 м сети, которые  связывают ПК и другие устройства  — КПК, мобильные телефоны, принтеры  и т. п. С помощью таких  сетей реализуется простая синхронизация данных, устраняются проблемы с обилием кабелей в офисах, реализуется простой обмен информацией в небольших рабочих группах. Наиболее перспективный стандарт для PAN — это Bluetooth.

     WLAN (беспроводные локальные сети) —  радиус действия до 100 м. С их помощью реализуется беспроводной доступ к групповым ресурсам в здании, университетском кампусе и т. п. Обычно такие сети используются для продолжения проводных корпоративных локальных сетей. В небольших компаниях WLAN могут полностью заменить проводные соединения. Основной стандарт для WLAN — 802.11.

     WWAN (беспроводные сети широкого действия) — беспроводная связь, которая  обеспечивает мобильным пользователям  доступ к их корпоративным  сетям и Интернету. Пока здесь  нет доминирующего стандарта, но наиболее активно внедряется технология GPRS — быстрее всего в Европе и с некоторым отставанием в США.

На современном  этапе развития сетевых технологий, технология беспроводных сетей Wi-Fi является наиболее удобной в условиях требующих мобильность, простоту установки и использования. Wi-Fi (от англ. wireless fidelity - беспроводная связь) - стандарт широкополосной беспроводной связи семейства 802.11 разработанный в 1997г. Как правило, технология Wi-Fi используется для организации беспроводных локальных компьютерных сетей, а также создания так называемых горячих точек высокоскоростного доступа в Интернет.

Стандарт IEEE 802.11n был утверждён 11 сентября 2009 года. Его применение позволяет повысить 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.

Оборудование  необходимое для организации  передачи данных по беспроводной технологии:

• коммутатор/маршрутизатор;
• точки доступа;
• оборудование серверной;
• UTP-кабель для соединения точек доступа между собой и с коммутатором (витая пара).

Принцип работы:

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, 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.

1.2. Архитектуры построения сетей Wi-Fi. 
Перейдем к выбору архитектуры создаваемой сети. Распределенная или централизованная? Каждая из них имеет ряд особенностей, достоинств и недостатков. Так, например, для построения сети на основе распределенной архитектуры (distributed access point architecture) достаточно установить точки доступа. Это, несомненно, ее преимущество. Дело в том, что стандарт 802.11 изначально объединяет в одном устройстве функциональность сетевого контроллера и радиотрансиверов, поэтому развернуть сеть можно посредством установки точек доступа в свободный порт коммутатора и беспроводных адаптеров в клиентские ПК. В большинстве случаев

даже нет необходимости  конфигурировать ТД или клиентские компьютеры, поэтому беспроводной сегмент  становится естественной частью всей сети. 
 
Существенный недостаток такой сети - отсутствие единого управляющего элемента. Поэтому применение такого способа построения зачастую сильно ограничено. Впрочем, в каждом правиле есть исключения, о них мы поговорим несколько позже. 
 
Проблема распределенного построения сети решается использованием беспроводных коммутаторов, однако их применение уже символизирует организацию беспроводной сети на основе централизованной архитектуры. Основное отличие проводных коммутаторов от беспроводных в том, что последние не предоставляют пользователю выделенную полосу пропускания. (Для этого пришлось бы предоставить отдельный беспроводный канал для каждого пользователя сети, в таком случае беспроводные сети лишаются главного достоинства.) Имеются и общие черты. Так, в сети, где устанавливается беспроводный коммутатор, функции шифрования, и аутентификации от точек доступа переходят к коммутатору и администрируются централизовано. В итоге задача точки доступа ограничивается транзитом данных к пользователю и от него. 
Другое преимущество сети на базе беспроводного коммутатора заключается в том, что при переходе от одной точки доступа к другой пользователь не теряет соединения с сетью, и ему не приходится проходить аутентификацию заново. Беспроводный коммутатор, своеобразный центр беспроводной сети, автоматически и без ущерба для сеанса связи отслеживает перемещения клиента. Кроме того, так как большая часть точек доступа поддерживает режим питания PoE (Power over Ethernet), беспроводный коммутатор способен не только стать для них источником питания, но и выполнять функцию отслеживания отказавших участков сети. Таким образом он может компенсировать неисправность участка сети расширением числа пользователей точек доступа, соседствующих с вышедшей из строя, путем увеличения их мощности. Исходя из информации о количестве пользователей, беспроводный коммутатор может эффективно распределять загрузку каналов, предлагая более широкую пропускную способность сегментам сети, имеющих в определенный момент большее количество пользователей. Уже сегодня производители беспроводных коммутаторов предлагают в составе своих продуктов специализированное ПО, поддерживающие описанные выше функции.