Построение беспроводной локальной сети по технологии wi-fi

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11.

Любое оборудование, соответствующее стандарту IEEE 802.11, может быть протестировано в Wi-Fi Alliance, получить соответствующий сертификат и право нанесения логотипа Wi-Fi.

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.

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 600 Мбит/с^[1].

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 (Ad-hoc), 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.

Однако, стандарт не описывает все аспекты построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения беспроводных локальных сетей.

По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить:

- автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)

- точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные)

- бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера).

По способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:

- со статическими настройками радиоканалов

- с динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов

- со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов

Преимущества Wi-Fi

- позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.

- позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.

- Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.

- излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на два порядка (в 100 раз) меньше, чем у сотового телефона.

Недостатки Wi-Fi

- частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США. В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Беларусь и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.

- как было упомянуто выше - в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.

- самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Несмотря на то, что новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA2, многие старые точки доступа не поддерживают его и требуют замены. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 года сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения.

 

1.1. Техническое задание на проектирование беспроводной локальной сети

 

Основной задачей дипломного проектирования является организация беспроводной сети Wi-Fi в офисном здании.

При развертывании сети Wi-Fi необходимо учесть специфику проектирования сетей в зданиях и сооружениях. Предполагается размещение абонентов сети, как в одном помещении, так и на разных этажах здания.

Точки доступа должны быть расположены таким образом, чтобы сигнал равномерно распространялся по всей рабочей области сети, обеспечивая надежное подключение стационарных абонентов.

Так как радиус действия точки доступа не превышает 50-70м, то при проектировании следует исключить пересечение зон приема от различных станций, с целью уменьшения их влияния друг на друга.

Для повышения качества связи и устранении помехи соседние точки доступа должна использовать разные каналы.

Применить типичную архитектуру сети Wi-Fi общего пользования, включающую в себя одну или несколько точек доступа, соединенных между собой по кабельной сети.

При проектировании сети следует учесть:

- сеть Wi-Fi является средой общего пользования, и абоненты, работающие в зоне действия одной точки доступа, вынуждены делить между собой полосу пропускания, поэтому количество одновременно подключенных к сети пользователей ограничивается ее пропускной способностью.

Для решения этой проблемы предполагается установка дополнительных точек доступа;

- обеспечить защиту сети от возможного взлома и нежелательного вмешательства извне с помощью стандарта 802.11i (называемый также WPA2), который предусматривает использование апробированных методов шифрования и аутентификации (AES,802.Ix, ТKIP) и поддерживается многими производителями. Настройка и управление осуществляется через удобный Web- интерфейс;

- использовать оборудование BlueSecure и D-Link, являющееся экономически эффективным решением для создания беспроводной сети. Продукция BlueSecure включает беспроводные точки доступа и контроллеры. Вместе с тем из продукции D-Link в данном проекте используются беспроводные маршрутизаторы и USB адаптеры. Все оборудование функционирует на базе стандарта 802.11g и обеспечивает скорость до 54 Мбит/с в диапазоне частот 2,4 ГГц;

- объединить проектируемую беспроводную сеть с существующей кабельной сетью, использующей технологию FAST Ethernet. Подключение выполнить с помощью кабельной линии связи;

- использовать в технологии беспроводной сети Wi-Fi механизм Quality of Service (QoS), подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.

Так как Wi-Fi – это система более короткого действия, обычно покрывающая десятки метров, то для организации сети используются нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети.

Применить технологию OFDM (от англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием), являющуюся цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются путем использования БПФ (Быстрое преобразование Фурье).