Проектирование и реализация беспроводной компьютерной сети

     Отличия проводных и беспроводных технологий передачи данных

Таблица № 1

     С увеличением числа мобильных пользователей возникает острая необходимость в оперативном осуществлении коммуникаций между ними, в обмене данными, в быстром получении информации. Поэтому естественным образом происходит интенсивное развитие технологий беспроводных коммуникаций, рынок которых на данный момент развивается огромными темпами. Особенно это актуально в отношении беспроводных сетей. Или так называемых WLAN-сетей (Wireless Local Area Network).

     WLAN-сети имеют ряд преимуществ перед обычными кабельными сетями:

• WLAN-сеть можно очень быстро развернуть, что очень удобно при проведении презентаций или в условиях работы вне офиса;
• пользователи мобильных устройств, при подключении к локальным беспроводным сетям, могут легко перемещаться в рамках действующих зон сети;
• скорости современных сетей довольно высоки (до 54 Мб/с), что позволяет их использовать для очень широкого спектра задач;
• с помощью дополнительного оборудования беспроводная сеть может быть успешно соединена с кабельными сетями;
• WLAN-сеть может оказаться единственным выходом, если невозможна прокладка кабеля для обычной сети [13, с. 15].

     Рассмотрев  отличия проводных и беспроводных технологий передачи данных мы выяснили характеристики и преимущества, темпы  развития и выбрали беспроводную технологию проектирования сети в МОУ «Нюрбинский технический лицей». 
 

2. Беспроводные  компьютерные сети

 

     Беспроводные  компьютерные сети - это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей (например, Ethernet), без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ - диапазона.

     В настоящее время существует множество  беспроводных технологий, наиболее часто  известных пользователям по их маркетинговым  названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения [13, с.34]. 
 

1. Классификация беспроводных технологий

 

     Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий:

• по дальности действия;
• по максимальной скорости передачи информации и максимальному расстоянию;
• по топологии;
• по области применения.

     По  дальности действия можно выделить (рис. 1, приложение 1). 
 

     

 

     Рис 1. Классификация по дальности действия 

     

• Беспроводные персональные сети (WPAN — Wireless Personal Area Networks). Примеры технологий — Bluetooth.
• Беспроводные   локальные   сети   (WLAN   —   Wireless   Local   Area Networks). Примеры технологий — Wi-Fi.
• Беспроводные сети масштаба города (WMAN — Wireless Metropolitan Area Networks). Примеры технологий — WiMAX.

     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. Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum — организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL»

      По максимальной скорости передачи информации и максимальному расстоянию (рис. 2, приложение 2).

     Кратким, но ёмким способом классификации  может служить одновременное отображение двух наиболее существенных характеристик беспроводных технологий на двух осях: максимальная скорость передачи информации и максимальное расстояние.  
 
 
 
 
 
 

Рис 2. По максимальной скорости передачи информации и максимальному расстоянию

 

     

     По  топологии:

• "Точка - точка".
• "Точка - многоточка".

     По  области применения можно выделить:

• Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети — создаваемые компаниями для собственных нужд.
• Операторские беспроводные сети — создаваемые операторами связи для возмездного оказания услуг [21].

 
 

2. Беспроводная  сеть WLAN

 

       Данная  технология позволяет точкам доступа  устанавливать беспроводное соединение не только с беспроводными клиентами, но и между собой. Беспроводные сети, называемые также Wi-Fi- или WLAN (Wireless LAN) – сети, обладают, по сравнению с традиционными проводными сетями, немалыми преимуществами, главным из которых, конечно же, является простота развёртывания и мобильность абонентов. С увеличением числа мобильных пользователей возникает острая необходимость в оперативном осуществлении коммуникаций между ними, в обмене данными, в быстром получении информации. Поэтому естественным образом происходит интенсивное развитие технологий беспроводных коммуникаций, рынок которых на данный момент развивается огромными темпами. Особенно это актуально в отношении беспроводных сетей Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity —«беспроводная точность»)— беспроводная сеть, стандарта на оборудование Wireless LAN (WLAN).

     Разработан  консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11, «Wi-Fi»— торговая марка «Wi-Fi Alliance». Технологию назвали Wireless-Fidelity (дословно «беспроводная точность») по аналогии с Hi-Fi. 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.

     Принцип работы беспроводной сети WLAN (Wi-Fi).

     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 [23]. 
 

3. Стандарты протоколов беспроводной сети

 

     Протокол - это набор правил и методов  взаимодействия объектов вычислительной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети. Реализацией протокольных процедур обычно управляют специальные программы, реже - аппаратные средства.

     Протоколы для сетей - то же самое, что язык для людей, говоря на разных языках, люди могут не понимать друг, друга, - так же ведут себя и сети, использующие разные протоколы. Но и внутри сети протоколы обеспечивают разные варианты обращения с информацией, разные виды сервиса при работе с ней. От эффективности этих сервисов, их надежности, простоты, удобства и распространенности зависит то, насколько эффективна и комфортна вообще работа человека в сети.

     Список  стандартов протокола IEEE 802.11 беспроводной сети: .   IEEE 802.11— Изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/с, 2,4 ГГц и ИК стандарт (1997);

• IEEE 802.11a— 54 Мбит/с, 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   802.1 Id—   интернациональные   роуминговые   расширения (2001);
• IEEE 802.11е — улучшения: QoS, включение packet bursting (2005);
• IEEE 802.1 IF — Inter-Access Point Protocol (2003);
• IEEE 802.11g — 54 Мбит/с, 2,4 ГГц стандарт (обратная совместимость с b) (2003);
• IEEE 802.11h— распределенный по спектру 802.11а (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 802.111 — (зарезервирован);
• IEEE 802.11 m — поддержание эталона;

     • IEEE 802.1 In— увеличение скорости передачи данных (600 Мбит/с) 2,4-2,5 или 5 ГГц. Обратная совместимость с 802.1 la/b/g. Особенно распространён на рынке в США в устройствах D-Link, Cisco и Apple, (сентябрь 2009);

• IEEE 802.1 lo — (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, иногда его путают с 802.1q VLAN trunking);
• IEEE 802.11r — быстрый роуминг;
• IEEE 802.11s — ESS Mesh Networking;
• IEEE 802.11T— Wireless Performance Prediction (WPP, Предсказание Производительности Беспроводного Оборудования) — методы тестов и измерений;
• IEEE 802.11u— взаимодействие с не-802 сетями (например, сотовые сети);
• IEEE 802.11v — управление беспроводными сетями;
• IEEE 802.11х— зарезервирован и не будет использоваться. Не нужно путать со стандартом контроля доступа IEEE 802.1х;
• IEEE 802.11у— дополнительный стандарт связи, работающий на частотах 3,65-3,70 ГГц. Обеспечивает скорость до 54 Мбит/с на расстоянии до 5000 м на открытом пространстве;
• IEEE 802.11w— Protected Management Frames (Защищенные Управляющие Фреймы).

     IEEE 802.11— набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 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.

     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. Рабочий диапазон стандарта 5 ГГц.

     Вопреки своему названию, принятый в 1999 году стандарт IEEE 802.11b не является продолжением стандарта 802.11а, поскольку в них используются различные технологии: DSSS (точнее, его улучшенная версия HR-DSSS) в 802.11b против OFDM в 802.11а. 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.