Стандарты беспроводной сети
Стандарты беспроводной сети
Развитие технологии Radio Ethernet началось с 1990 года. Родоначальниками ее стали специалисты из «Института инженеров электротехники и радиоэлектроники», которые были объединены в группу с названием 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. Они получают все большее распространение среди пользователей Интернета благодаря некоторым преимуществам перед стандартами, использующимися для передачи данных в кабельную систему.
Ниже описаны основные стандарты IEEE 802.11, которые предписывают метод и скорость передачи данных, метод модуляции, мощность передатчиков, полосы частот, на которых они работают, методы аутентификации, шифрования и многое другое.
С самого начала сложилось так, что часть стандартов работает на физическом уровне, часть – на уровне среды передачи данных, а остальные на более высоких уровнях модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI.
Стандарты делятся на следующие группы:
• стандарты IEEE 802.11а, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g и IEEE 802.11n описывают работу сетевого оборудования (физический уровень);
• стандарты IEEE 802.11d, IEEE 802.1 le, IEEE 802.11i, IEEE 802.11j, IEEE 802.1 lh и IEEE 802.1 lr описывают параметры среды, частоты радиоканала, средства безопасности, способы передачи мультимедийных данных и т. д.;
• стандарты IEEE 802.11f и IEEE 802.11с описывают принцип взаимодействия между собой точек доступа, работу радиомостов и т. п.
Стандарт IEEE 802.11
Стандарт IEEE 802.11 был «первенцем» в стандартах беспроводной сети. Работу над ним начали еще в 1990 году. Как и полагается, занималась этим рабочая группа из IEEE. Их целью была разработка единого стандарта для радиооборудования, которое работало бы на частоте 2,4 ГГц. При этом ставилась задача достичь скорости в 1 и 2 Мбит/с при использовании методов DSSS и FHSS соответственно (описание данных методов см. ниже в подразделах данной главы «Метод DSSS» и «Метод FHSS»).
Работы над созданием стандарта закончились через семь лет. Цель была достигнута, но скорость, которую обеспечивал стандарт, оказалась слишком мала для современных потребностей. Поэтому рабочая группа из IEEE продолжила свою работу с целью создания новых, более скоростных стандартов.
При разработке стандарта IEEE 802.11 учитывались особенности сотовой архитектуры системы. Почему сотовой? Очень просто: достаточно вспомнить, что волны распространяются в разные стороны на определенный радиус. Вот и получается, что зона выглядит как сот, который работает под управлением базовой станции, в качестве которой выступает точка доступа. Часто сот называют также базовой зоной обслуживания.
Чтобы соты могли общаться между собой, используется специальная распределительная система (Distribution System, DS). Из недостатков распределительной системы стандарта 802.11 можно отметить отсутствие роуминга, то есть правил обслуживания клиентов из разных сот.
Также стандартом предусмотрена работа компьютеров без точки доступа, в составе одной соты – в этом случае функции точки доступа выполняют сами рабочие станции.
Стандарт 802.11 разработан и ориентирован на оборудование, работающее в полосе частот 2400–2483,5 МГц. При этом радиус соты достигает 300 м, не ограничивая при этом топологию сети.
Стандарт IEEE 802.11а
IEEE 802.11а – перспективный стандарт беспроводной сети, рассчитанный на работу в двух радиодиапазонах: 2,4 ГГц и 5 ГГц. При этом используется метод OFDM, что позволяет достичь максимальной скорости передачи данных в 54 Мбит/с. Кроме этой скорости, спецификациями предусмотрены и другие:
• обязательные – 6, 12 и 24 Мбит/с;
• необязательные – 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с.
Как обычно, этот стандарт имеет свои преимущества и недостатки. Из преимуществ можно отметить следующие:
• использование параллельной передачи данных;
• высокая скорость передачи данных;
• возможность подключения большого количества компьютеров.
Недостатки стандарта следующие:
• меньший радиус сети при использовании диапазона 5 ГГц (примерно 100 м);
• большая потребляемая мощность радиопередатчиков;
• более высокая стоимость оборудования по сравнению с оборудованием других стандартов;
• требуется наличие специального разрешения на использование диапазона 5 ГГц.
Чтобы иметь возможность достичь высоких скоростей передачи данных, стандарт IEEE 802.1 la в своей работе использует технологию квадратурной амплитудной модуляции QAM.
Стандарт IEEE 802.11b
Работа над стандартом IEEE 802.11b (другое название – IEEE 802.11 High rate) была закончена в 1999 году, и именно с ним связано понятие Wi-Fi (Wireless Fidelity).
Его работа основана на методе прямого расширения спектра (DSSS) с использованием восьмиразрядных последовательностей Уолша. При этом каждый бит данных кодируется с помощью последовательности дополнительных кодов (ССК), что позволяет достичь скорости передачи данных в 11 Мбит/с.
Как и базовый стандарт, стандарт IEEE 802.11b работает с частотой 2,4 ГГц, используя при этом не более трех неперекрывающихся каналов. Радиус действия сети при этом составляет около 300 м.
Отличительная особенность этого стандарта – в случае надобности (ухудшение качества сигнала, большая удаленность от точки доступа, разные помехи) скорость передачи данных может уменьшаться вплоть до показателя 1 Мбит/с.[6] И наоборот, обнаружив, что качество сигнала улучшилось, сетевое оборудование автоматически повышает скорость передачи до максимального уровня. Этот механизм носит название динамического сдвига скорости.
Примечание
Кроме оборудования стандарта IEEE 802.11b, часто можно встретить оборудование IEEE 802.11b+, отличие между которыми заключается лишь вскорости передачи данных. В последнем случае скорость передачи данных составляет 22 Мбит/с благодаря использованию метода двоичного пакетного сверточного кодирования (РВСС) и условия применения одинакового оборудования.
Стандарт IEEE 802.11d
Стандарт IEEE 802.11d определяет параметры физических каналов и сетевого оборудования, им описываются правила касательно разрешенной мощности излучения передатчиков в допустимых законами диапазонах частот.
Данный стандарт очень важен, так как для работы сетевого оборудования используются радиоволны, которые, если не будут соответствовать указанным параметрам, могут помешать другим устройствам, работающим в этом диапазоне частот или диапазоне, близко лежащем к ним.
Стандарт IEEE 802.11е
Поскольку через сеть могут передаваться данные разных форматов и разной значимости, то необходимо иметь механизм, который умел бы определять их важность и придавал их передаче необходимый приоритет. За это призван отвечать стандарт IEEE 802.11е, который был специально разработан с целью передачи мультимедийных данных: потокового видео или аудио с гарантированным качеством и гарантированной доставкой.
Стандарт IEEE 802.11f
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. При этом 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.
Стандарт IEEE 802.11g
Наиболее распространенным и быстрым до недавнего времени стандартом можно считать стандарт IEEE 802.11g, который вобрал в себя все самое лучшее от стандартов IEEE 802.11а и IEEE 802.11b, а также содержит много нового. Целью его создания было достижение скорости передачи данных в 54 Мбит/с.
Как и стандарт IEEE 802.11b, стандарт IEEE 802.11g создан для работы в условиях использования диапазона 2,4 ГГц.
Стандарт предписывает обязательные и опциональные скорости передачи данных:
• обязательные – 1, 2, 5,5, 6, 11, 12 и 24 Мбит/с;
• опциональные – 33 Мбит/с, 36 Мбит/с, 48 Мбит/с и 54 Мбит/с.
Для достижения таких показателей используют кодирование с помощью последовательности дополнительных кодов (ССК), метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM), метод гибридного кодирования (CCK-OFDM) и метод двоичного пакетного сверточного кодирования (РВСС). Стоит отметить, что одна и та же скорость передачи может быть достигнута разными методами, но при этом обязательные скорости передачи данных достигаются только с помощью методов ССК и OFDM, а опциональные скорости – методов CCK-OFDM и РВСС.
Преимущество оборудования стандарта IEEE 802.11g – его совместимость с оборудованием IEEE 802.11b, то есть можно легко использовать свой компьютер с сетевой картой стандарта IEEE 802.11b с точкой доступа стандарта IEEE 802.11g, и наоборот. Кроме того, потребляемая мощность оборудования этого стандарта намного ниже, чем аналогичного оборудования стандарта IEEE 802.11а, поэтому оборудование стандарта IEEE 802.11g по праву нашло свое применение в переносных компьютерах.
Как и в случае со стандартом IEEE 802.11b+, существует аналогичный стандарт IEEE 802.11g+, позволяющий работать со скоростью 108 Мбит/с, что уже выводит подобную сеть на уровень сети стандарта 802.3 100Base.
Стандарт IEEE 802.11h
Стандарт IEEE 802.11h разработан с целью эффективного управления мощностью излучения передатчика, выбором несущей частоты передачи и генерации нужных отчетов. Он вносит некоторые новые алгоритмы в МАС-уровень, а также физический уровень стандарта IEEE 802.11а. Прежде всего это связано с тем, что в некоторых странах диапазон 5 ГГц используют для трансляции спутникового телевидения, радарного слежения за объектами и т. п., что может вносить помехи в работу передатчиков беспроводной сети.
Смысл работы алгоритмов стандарта IEEE 802.11b. в том, что компьютеры беспроводной сети (или передатчики) при обнаружении отраженных сигналов (интерференции сигнала) могут динамически переходить на другой диапазон, понижать или повышать мощность передатчиков, что позволяет эффективнее организовать работу уличных и офисных радиосетей.
Стандарт IEEE 802.11i
Стандарт IEEE 802.11i разработан специально для повышения безопасности при работе беспроводной сети. С этой целью разработаны разные алгоритмы шифрования и аутентификации, функции защиты при обмене информацией, функции генерирования ключей и т. д.:
• AES (Advanced Encryption Standard) – алгоритм шифрования, позволяющий работать с ключами шифрования длиной 128, 192 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
Стандарт IEEE 802.11j разработан специально для условий функционирования беспроводных сетей в Японии, а именно – для использования дополнительного диапазона радиочастот 4,9 ГГц-5 ГГц.[7] Спецификация предназначена для Японии и расширяет стандарт 802.11а добавочным каналом в 4,9 ГГц.
Примечание
На данный момент частота 4,9 ГГц рассматривается как дополнительный диапазон для использования в США. Из официальных источников известно, что этот диапазон готовится для применения органами общественной и национальной безопасности.
Стандарт IEEE 802.11n
Стандарт IEEE 802.11n – самый перспективный из всех беспроводных стандартов передачи данных, касающихся беспроводных сетей. Хотя он еще 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, согласитесь, достаточно много и может спокойно составить конкуренцию таким проводным стандартам, как Ethernet 802.3 100Base и Gigabit Ethernet.
Стандарт в своей работе 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 802.11а, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g.
Однако для достижения планки в 300 Мбит/с потребовалось использование новой технологии передачи данных, каковой стала технология с множественным вводом/выводом (Multiple Input Multiple Output, MIMO). Смысл ее заключается в параллельной передаче данных по разным каналам с применением многоканальных антенных систем. Кроме того, изменена структура обмена информацией на канальном уровне, что позволило избавиться от передачи лишних служебных данных и увеличить эффективную пропускную способность.
Стандарт IEEE 802.11r
Поскольку ни в каком из беспроводных стандартов толком не описаны правила роуминга, то есть перехода клиента от одной зоны к другой, то это призван сделать стандарт IEEE 802.11r.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.