ГлавнаяСобираем компьютерСтандарты беспроводной сети
 

Стандарты беспроводной сети

Стандарты беспроводной сети

Развитие технологии Radio Ethernet началось в 1990 году. Первыми были специалисты из Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, которые были объединены в группу 802.11 Working Group. Разработка длилась более пяти лет и завершилась созданием спецификации IEEE 802.11, которая является группой стандартов для беспроводных локальных сетей.

Radio Ethernet представляет собой набор стандартов беспроводной передачи данных. Среди пользователей Интернета данные стандарты получают все большее распространение благодаря преимуществам перед стандартами, использующими для передачи данных кабельную систему.

Рассмотрим все существующие стандарты IEEE 802.11, которые предписывают метод и скорость передачи данных, методы модуляции и аутентификации, шифрования, мощность передатчиков, полосы частот и пр.

Одна часть стандартов работает на физическом уровне, другая – на уровне среды передачи данных, а остальные – на более высоких уровнях модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI:

• стандарты IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g и IEEE 802.11n описывают работу сетевого оборудования (физический уровень);

• стандарты IEEE 802.11d, IEEE 802.11e, IEEE 802.11i, IEEE 802.11j, IEEE 802.11h и IEEE 802.11r описывают параметры среды, частоты радиоканала, средства безопасности, способы передачи мультимедийных данных и т. д.;

• стандарты IEEE 802.11f и IEEE 802.11c описывают принцип взаимодействия точек доступа, работу радиомостов и т. п.

Стандарт IEEE 802.11 был первым из стандартов беспроводной сети. Работу над ним начали в 1990 году. Занималась этим рабочая группа из IEEE. Их целью была разработка единого стандарта для радиооборудования, которое бы работало на частоте 2,4 ГГц. Ставилась задача достичь скорости 1 и 2 Мбит/с при использовании методов DSSS и FHSS соответственно (описание методов см. далее).

При создании стандарта 802.11 учитывались особенности сотовой архитектуры системы, так как волны распространяются в разные стороны на определенный радиус, и зона выглядит как сота. Каждая сота работает под управлением базовой станции, в качестве которой выступает точка доступа. Часто соту называют базовой зоной обслуживания.

Чтобы соты могли общаться между собой, используется специальная распределительная система (Distribution System, DS). Из недостатков такой системы стандарта 802.11 можно отметить отсутствие роуминга.

Стандартом также предусмотрена работа компьютеров без точки доступа в составе одной соты. В этом случае функции точки доступа выполняют сами рабочие станции.

Стандарт 802.11 ориентирован на оборудование, работающее в полосе частот 2400–2483,5 МГц. При этом радиус соты достигает 300 м и не накладывает ограничений на выбор топологии сети.

IEEE 802.11a – стандарт беспроводной сети, который рассчитан на работу в двух радиодиапазонах – 2,4 и 5 ГГц. Максимальная скорость передачи данных – 54 Мбит/с. Однако кроме этой скорости спецификациями предусмотрены другие:

• обязательные – 6, 12 и 24 Мбит/с;

• необязательные – 9, 18, 36, 48 и 54 Mбит/с.

Среди преимуществ стандарта IEEE 802.11a стоит отметить следующие:

• использование параллельной передачи данных;

• высокая скорость передачи данных;

• возможность подключения большого количества компьютеров.

К недостаткам относятся:

• меньший радиус сети при использовании диапазона 5 ГГц (примерно 100 м);

• большая потребляемая мощность радиопередатчиков;

• более высокая, чем для других стандартов, стоимость оборудования;

• требуется наличие специального разрешения на использование диапазона 5 ГГц.

Работа над стандартом IEEE 802.11b (другое название – IEEE 802.11 High rate) закончилась в 1999 году. Тогда же было введено понятие Wi-Fi (Wireless Fidelity).

Этот стандарт работает на частоте 2,4 ГГц, используя при этом не более трех неперекрывающихся каналов. Радиус действия сети – около 300 м, скорость передачи данных – до 11 Мбит/с.

Отличительной особенностью этого стандарта является то, что в случае ухудшения качества сигнала, большой удаленности от точки доступа и различных помех скорость передачи данных может уменьшаться до 1 Мбит/с, и наоборот, обнаружив, что качество сигнала улучшилось, сетевое оборудование автоматически начинает работать быстрее вплоть до максимального уровня. Этот механизм называется динамическим сдвигом скорости.

Примечание

Кроме оборудования стандарта IEEE 802.11b часто можно встретить оборудование IEEE 802.11b+, которое отличается только скоростью передачи данных. В последнем она составляет 22 Мбит/с благодаря использованию метода двоичного пакетного сверточного кодирования (PBCC) и условия использования одинакового оборудования.

Стандартом IEEE 802.11d определяются параметры физических каналов и сетевого оборудования. Им описываются правила, касающиеся разрешенной мощности излучения передатчиков в допустимых законами диапазонах частот.

Этот стандарт крайне важен, поскольку для работы сетевого оборудования используются радиоволны, которые при несоответствии указанным параметрам могут помешать другим устройствам, действующим в этом или близком диапазоне частот.

Через сеть могут передаваться данные различных форматов и разной степени важности, поэтому необходимо иметь механизм, распределяющий приоритеты передачи. За это отвечает стандарт IEEE 802.11e, который был разработан с целью передачи потокового видео или аудио с гарантированными качеством и доставкой.

Стандарт IEEE 802.11f разработан с целью обеспечения аутентификации сетевого оборудования (рабочей станции), если компьютер пользователя перемещается от одной точки доступа к другой, то есть между сегментами сети. Вступает в действие протокол обмена служебной информацией (Inter-Access Point Protocol, IAPP), которая необходима для передачи этой информации между точками доступа. При этом достигается эффективная организация работы распределенных беспроводных сетей.

До недавнего времени наиболее распространенным и быстрым стандартом можно было считать стандарт IEEE 802.11g, который взял лучшее от стандартов IEEE 802.11b и IEEE 802.11b, а также содержит много нового. Целью его создания было достичь скорости передачи данных 54 Мбит/с.

Как и стандарт IEEE 802.11b, IEEE 802.11g предназначен для работы в условиях использования диапазона 2,4 ГГц. Стандартом предписываются различные скорости передачи данных:

• обязательные – 1, 2, 5,5, 6, 11, 12 и 24 Мбит/с;

• опциональные – 33, 36, 48 и 54 Мбит/с.

Преимуществом оборудования стандарта IEEE 802.11g является его совместимость с оборудованием IEEE 802.11b, то есть можно использовать компьютер с сетевой картой стандарта IEEE 802.11 для подключения к точке доступа стандарта IEEE 802.11g и наоборот. Потребляемая мощность оборудования этого стандарта намного ниже, чем устройств IEEE 802.11а.

Как и в случае с IEEE 802.11b+, существует аналогичный стандарт IEEE 802.11g+, который позволяет работать со скоростью 108 Мбит/с, что выводит сеть на уровень сети стандарта 802.3 100Base.

Стандарт IEEE 802.11h разработан с целью эффективного управления мощностью излучения передатчика, выбором несущей частоты передачи и генерации нужных отчетов. Он вносит новые алгоритмы в МАС-уровень, а также в физический уровень стандарта IEEE 802.11a. В первую очередь это связано с тем, что в некоторых странах частота 5 ГГц используется для трансляции спутникового телевидения, радарного слежения за объектами и т. п., что может мешать работе передатчиков беспроводной сети.

Суть действия алгоритмов стандарта IEEE 802.11h состоит в том, что при обнаружении отраженных сигналов компьютеры беспроводной сети (или передатчики) могут динамически переходить на другой диапазон, а также понижать или повышать мощность передатчиков. Это позволяет эффективно организовывать работу уличных и офисных радиосетей.

Стандарт IEEE 802.11i создан для повышения безопасности при работе беспроводной сети. С этой целью разработаны алгоритмы шифрования и аутентификации, функции защиты при обмене информацией, генерирования ключей и др., в частности:

• AES (Advanced Encryption Standard) – алгоритм шифрования, который позволяет работать с ключами шифрования длиной 128 бит, 192 бит и 256 бит;

• RADIUS (Remote Access Dial-In User Service) – система аутентификации с возможностью генерирования ключей для каждой сессии и управления ими, включающая в себя алгоритмы проверки подлинности пакетов и т. д.;

• TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) – алгоритм шифрования данных;

• WRAP (Wireless Robust Authenticated Protocol) – алгоритм шифрования данных;

• CCMP (Counter with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol) – алгоритм шифрования данных.

Стандарт IEEE 802.11j создан для использования беспроводных сетей в Японии, то есть для работы в дополнительном диапазоне радиочастот. Спецификация расширяет стандарт 802.11а добавочным каналом 4,9 ГГц.

Примечание

На данный момент частота 4,9 ГГц рассматривается как дополнительный диапазон в США. По сообщениям официальных источников, этот диапазон собираются использовать органы общественной и национальной безопасности Соединенных Штатов.

Стандарт IEEE 802.11n – самый перспективный из всех беспроводных стандартов передачи данных, касающихся беспроводных сетей. Он не прошел завершающую аттестацию, однако на рынке уже появляются устройства этого стандарта.

Согласно последнему из вариантов спецификации, оборудование, использующее этот стандарт, способно обеспечить скорость передачи данных до 300 Мбит/с, что может составить конкуренцию таким проводным стандартам, как Ethernet 802.3 100Base и Gigabit Ethernet.

В работе стандарт использует метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) и квадратурную амплитудную модуляцию (QAM), что обеспечивает не только высокую скорость передачи данных, но и обратную совместимость со стандартами IEEE 802.11a, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g.

Для достижения планки 300 Мбит/с потребовалось использование новой технологии передачи данных, каковой стала технология с множественным вводом/выводом (Multiple Input Multiple Output, MIMO). Ее смысл заключается в параллельной передаче данных по разным каналам с применением многоканальных антенных систем. Изменена также структура обмена информацией на канальном уровне, что позволило избавиться от передачи лишних служебных данных и увеличить эффективную пропускную способность.

Ни один из беспроводных стандартов не описывает правила роуминга, то есть перехода клиента от одной зоны к другой. Это призван сделать стандарт IEEE 802.11r.