Беспроводная компьютерная сеть Wi-Fi

Вопрос создания беспроводной сети - очень сложный и предполагает объёмную работу, в которой тесно переплетаются две науки - информатика и физика. На первый взгляд они далеки друг от друга, но в сфере создания беспроводной сети тесно взаимосвязаны.

Идея организации беспроводной сети становится все более привлекательной для многих пользователей. Это и понятно: оборудование монтировать просто, такая система хорошо масштабируется и удобна в эксплуатации.

Технология беспроводной сети уже укрепилась и способна конкурировать с проводными сетями.

Целью данной работы является оценка беспроводных сетевых технологий и создание беспроводной сети в Державинском лицее.

Что такое беспроводная сеть

Способов и средств обмена информацией за последние время предложено множество: от простейшего переноса файлов с помощью дискеты до всемирной компьютерной сети Интернет. Какое же место в этой иерархии отводится Беспроводным сетям?

Говоря о беспроводной сети надо помнить, что беспроводная сеть - это «второе» поколение локальных проводных сетей. Все стандарты, протоколы и правила в беспроводной сети точно такие же, что и в проводной.

Чаще всего термин Беспроводные сети понимают буквально, то есть это такие сети, которые имеют небольшие размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики некоторых современных сетей, чтобы понять, что такое определение неточно. Предельные возможности современных локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи. По сути, компьютеры, связанные сетью, объединяются в один виртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причём этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в данном случае понимается высокая реальная скорость доступа, скорость обмена информацией между приложениями, практически не заметная для пользователя. Из данного определения следует, что скорость передачи по локальной сети должна приближаться к 54 Мбит/с. Принципиально необходим низкий уровень ошибок при передаче, вызванных как внутренними, так и внешними факторами. Ведь даже очень быстро переданная информация, которая искажена ошибками, просто не имеет смысла, её придётся передавать ещё раз. При использовании Беспроводной сети передатчик (точка доступа) устанавливается вдали от источника электромагнитных излучений. Особое значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, то есть с высокой интенсивностью обмена, иначе говоря с большим трафиком.

По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т. д.

Кстати, именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических, предъявляет самые высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть Интернет, но это всего лишь незначительна часть тех возможностей, которые может предоставлять Локальная сеть.

Однако сети имеют довольно существенные недостатки, о которых всегда следует помнить:

- сеть работает на расстоянии не более 100 м;

- относительно низкая скорость передачи данных.

Немного из истории Беспроводной сети (Wi-Fi)

Wi-Fi был создан в 1991 NCR Corporation/AT&T (впоследствии - Lucent 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. Вик Хейз (Vic Hayes) — создатель Wi-Fi — был назван «отцом Wi-Fi» и находился в команде, участвовавшей в разработке таких стандартов, как IEEE 802. 11b, 802. 11a и 802. 11g. В 2003 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 Беспроводной сети

Семейство Стандартов IEEE 802. 11

IEEE 802. 11 — стандарт связи, описывающий локальные компьютерные сети, построенные на основе высокочастотного радиоканала. На этом стандарте основан стандарт Wi-Fi. Получил широкое распространение благодаря развитию мобильных компьютеров: КПК и ноутбуков.

Разработка Стандарта IEEE 802. 11 была завершена в 1997 г. Он является базовым стандартом и определяет протоколы, необходимые для организации беспроводных локальных сетей. Основные из них - протокол управления доступом к среде MAC (Medium Accsess Control - нижний подуровень канального уровня) и протокол PHY передачи сигналов в физической среде. В качестве последнего допускается использование радиоволн и инфракрасного излучения.

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. В более поздней версии — IEEE 802. 11b, фактически являющейся дополнением к основному стандарту, определяется скорость передачи 1, 2, 5,5 и 11 Мбит/с.

IEEE 802. 11a

Является наиболее "широкополосным" из семейства стандартов 802. 11, предусматривая скорость передачи данных до 54 Мбит/с (редакцией стандарта, утвержденной в 1999 г. , определены три обязательных скорости - 6, 12 и 24 Мбит/с и пять необязательных - 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с).

В отличие от базового стандарта, ориентированного на область частот 2,4 ГГц, спецификациями 802. 11а предусмотрена работа в диапазоне 5 ГГц. В качестве метода модуляции сигнала выбрано ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM). Наиболее существенное различие между этим методом и радиотехнологиями DSSS и FHSS заключается в том, что OFDM предполагает параллельную передачу полезного сигнала одновременно по нескольким частотам диапазона, в то время как технологии расширения спектра передают сигналы последовательно. В результате повышается пропускная способность канала и качество сигнала.

К недостаткам 802. 11а относятся более высокая потребляемая мощность радиопередатчиков для частот 5 ГГц, а так же меньший радиус действия (оборудование для 2,4 ГГц может работать на расстоянии до 300м, а для 5ГГц - около 100м).

IEEE 802. 11b

Стандарт IEEE 802. 11b был принят уже в 1999 году в развитие принятого ранее стандарта IEEE 802. 11. Он также предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, но только с модуляцией DSSS.

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.

В настоящее время IЕЕЕ 802. 11b это самый распространённый стандарт, на базе которого построено большинство беспроводных локальных сетей.

IEEE 802. 11g

Проект стандарта IEEE 802. 11g был утверждён в октябре 2002 г. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, обеспечивая скорость передачи 54 Мбит/с и превосходя, таким образом, ныне действующий стандарт IEEE 802. 11b. Кроме того, он гарантирует обратную совместимость со стандартом 802. 11b. Обратная совместимость стандарта IEEE 802. 11g может быть реализована в режиме модуляции DSSS, и тогда скорость передачи будет ограничена одиннадцатью мегабитами в секунду, либо в режиме модуляции OFDM, при котором скорость составляет 54 Мбит/с. Таким образом, данный стандарт является наиболее приемлемым при построении беспроводных сетей.

Другие стандарты

Существует огромное множество стандартов передачи данных в беспроводных сетях, но только три a,b,g получили распространение. Пользователи отдали своё предпочтение стандартам a,b,g, но это не значит, что другие стандарты хуже. На самом деле в скором времени стандарты c,d,e,f,h. w могут превзойти a,b,g и беспроводные сети будут работать уже совсем по другим стандартам. Ниже приведён список ныне существующих стандартов.

Список возможных стандартов

IEEE 802. 11 — Изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/s, 2,4 ГГц и ИК стандарт (1997)

IEEE 802. 11a — 54 Мбит/c, 5 ГГц стандарт (1999, выход продуктов в 2001)

IEEE 802. 11b — Улучшения к 802. 11 для поддержки 5. 5 и 11 Mbit/s (1999)

IEEE 802. 11c — Процедуры операций с мостами; включен в стандарт IEEE 802. 1D (2001)

IEEE 802. 11d — Интернациональные роуминговые расширения (2001)

IEEE 802. 11e — Улучшения: QoS, включение packet bursting (2005)

IEEE 802. 11F — Inter-Access Point Protocol (2003)

IEEE 802. 11g — 54 Мбит/c, 2,4 ГГц стандарт (обратная совместимость с b) (2003)

IEEE 802. 11h — Распределенный по спектру 802. 11a (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. 11l — (зарезервирован)

IEEE 802. 11m — Поддержание эталона; обрезки

IEEE 802. 11n — Большее увеличение производительности (300 mbps). Особенно распространён на рынке в Германии

IEEE 802. 11o — (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. 11x — зарезервирован и не будет использоваться. Не нужно путать со стандартом контроля доступа IEEE 802. 1x

IEEE 802. 11w — Protected Management Frames (Защищенные Управляющие Фреймы)

Стандарт IEEE 802. 15(16)

Кроме семейства Стандарт IEEE 802. 11 существуют так же и другие семейства. Это Стандарт IEEE 802. 15 и Стандарт IEEE 802. 16.

Стандарт IEEE 802. 15 это так называемый Bluetooth. На основе Bluetooth тоже строят беспроводны сети, но они менее производительны, и более дорогие и сложны в настройке.

IEEE 802. 16

Этот стандарт уже давно рассматривают как реальную альтернативу существующему стандарту IEEE 802. 11. У этого стандарта есть свои достоинства и недостатки. Так как этот стандарт появился сравнительно недавно, пользователи ещё не оценили его. Массовому распространению этого стандарта до сих пор мешает отсутствие индустриальных стандартов и, как следствие, несовместимость продуктов разных производителей.

Технология DSSS

При потенциальном кодировании информационные биты — логические нули и единицы — передаются прямоугольными импульсами напряжений. Прямоугольный импульс длительности T имеет спектр, ширина которого обратно пропорциональна длительности импульса. Поэтому чем меньше длительность информационного бита, тем больший спектр занимает такой сигнал.

Для преднамеренного уширения спектра первоначально узкополосного сигнала в технологии DSSS в каждый передаваемый информационный бит (логический 0 или 1) в буквальном смысле встраивается последовательность так называемых чипов. Если информационные биты — логические нули или единицы — при потенциальном кодировании информации можно представить в виде последовательности прямоугольных импульсов, то каждый отдельный чип — это тоже прямоугольный импульс, но его длительность в несколько раз меньше длительности информационного бита. Последовательность чипов представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, то есть нулей и единиц, однако эти нули и единицы не являются информационными. Поскольку длительность одного чипа в n раз меньше длительности информационного бита, то и ширина спектра преобразованного сигнала будет в n-раз больше ширины спектра первоначального сигнала. При этом и амплитуда передаваемого сигнала уменьшится в n раз.

Чиповые последовательности, встраиваемые в информационные биты, называют шумоподобными кодами (PN-последовательности), что подчеркивает то обстоятельство, что результирующий сигнал становится шумоподобным и его трудно отличить от естественного шума.

Как уширить спектр сигнала и сделать его неотличимым от естественного шума, понятно. Для этого, в принципе, можно воспользоваться произвольной (случайной) чиповой последовательностью. Однако, возникает вопрос: а как такой сигнал принимать? Ведь если он становится шумоподобным, то выделить из него полезный информационный сигнал не так то просто, если вообще возможно. Оказывается, возможно, но для этого нужно соответствующим образом подобрать чиповую последовательность. Используемые для уширения спектра сигнала чиповые последовательности должны удовлетворять определенным требованиям автокорреляции. Под термином автокорреляции в математике подразумевают степень подобия функции самой себе в различные моменты времени. Если подобрать такую чиповую последовательность, для которой функция автокорреляции будет иметь резко выраженный пик лишь для одного момента времени, то такой информационный сигнал возможно будет выделить на уровне шума. Для этого в приемнике полученный сигнал умножается на ту же чиповую последовательность, то есть вычисляется автокорреляционная функция сигнала. В результате сигнал становится опять узкополосным, поэтому его фильтруют в узкой полосе частот, и любая помеха, попадающая в полосу исходного широкополосного сигнала, после умножения на чиповую последовательность, наоборот, становится широкополосной и обрезается фильтрами, а в узкую информационную полосу попадает лишь часть помехи, по мощности значительно меньшая, чем помеха, действующая на входе приемника

Рис. Использование технологии уширения спектра позволяет предавать данные на уровне естественного шума.

Принцип работы Беспроводной сети (WI-Fi)

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и одного клиента. Возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую».

Точка доступа передаёт SSID с помощью специальных пакетов, называемых сигнальными пакетами, передающимися каждые 100 мс. Сигнальные пакеты передаются на скорости 0. 1 Mбит/с и обладают малым размером, поэтому они не влияют на характеристики сети. Так как 0. 1 Mбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi, то клиент, получающий сигнальные пакеты, может быть уверен, что сможет соединиться на скорости не менее, чем 0. 1 Mбит/с. Зная параметры сети (то есть SSID), клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. Программа, встроенная в Wi-Fi карту клиента, также может влиять на подключение. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID, программа может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. В этом преимущество Wi-Fi, хотя оно означает, что один из адаптеров может выполнять эти действия гораздо лучше другого. Последние версии операционных систем содержат функцию, называемую zero configuration, которая показывает пользователю все доступные сети и позволяет переключаться между ними «на лету». Это означает, что роуминг будет полностью контролироваться операционной системой. Wi-Fi передаёт данные в эфире, поэтому он обладает свойствами, сходными с некоммутируемой ethernet-сетью, и для него могут возникать такие же проблемы, как при работе с некоммутируемыми ethernet-сетями.

Беспроводное оборудование

Точка доступа

Основным элементом Беспроводной сети является точка доступа, создающая зону покрытия.

Современные точки доступа в основном работают по стандарту IEEE 802. 11.

IEEE 802. 11a точка доступа, работающая по такому стандарту обеспечивают скорость передачи данных до 54 М\бит, вещает такая точка доступа на частоте 5 ГГц. Преимуществом такой точки доступа является дальность передачи данных до 150 м.

IEEE 802. 11b,g точка доступа, работающая по такому стандарту, обеспечивает скорость передачи данных до 54 М\бит, и в турбо-режиме до 108 М\бит (не все точки доступа поддерживают турбо-режим), вещание осуществляется на частоте 2,4 ГГц. 2,4ГГц - эта частота свободная. Эта частота разрешена к использованию без специальных разрешений. Но этой частотой пользуются все, от машинок на радио управлении до любительских радиостанций, что естественно создает помехи для точки доступа. В случае если рядом с точкой доступа есть источник помех на частоте 2,4ГГц, следует выбирать точку доступа IEEE 802. 11а, работающую на частоте 5ГГц, так как на этой частоте практически нет источников помех. Но следует помнить, что при использовании частоты 5ГГц следует получить разрешение на использование данной частоты.

Разные точки доступа дают разные зоны покрытия, чем мощнее передатчик, тем больше зона покрытия сети. Так же не маловажным является количество антенн, чем их больше, тем лучше.

Естественно при использовании Беспроводной сети следует помнить, что вы подвержены атакам хакеров, вирусов. Важным фактором в точке доступа являются её дополнительные функции. Например, фильтрация по MAC-адресам. Но самым главным гарантом является шифрование вашей сети. На сегодняшний день существует три основных стандарта шифрования, это WEP, WPA и 2WPA.

Контроллеры беспроводной сети

Большинство современных ноутбуков, а также некоторые настольные компьютеры и наладонники оснащаются встроенными контроллерами Wi-Fi по умолчанию. Однако, если такой контроллер отсутствует, его придется приобретать отдельно.

Контроллеры Wi-Fi делятся на внутренние и внешние. Внутренние платы расширения с интерфейсом PCI предназначены для установки в настольные компьютеры. Для ноутбуков предлагаются контроллеры Wi-Fi с интерфейсом PCMCIA. Внешние контроллеры беспроводной связи подсоединяются к ПК через порт USB и поэтому могут использоваться как с десктопами, так и с портативными компьютерами. К тому же такие устройства, как правило, имеют скоромные габариты и небольшой вес, что позволяет их без проблем брать в поездки.

Естественно, при выборе контроллера Wi-Fi следует помнить о том, какой тип беспроводной связи будет применяться - IEEE 802. 11a, IEEE 802. 11b или IEEE 802. 11g.

Беспроводная сеть в МОУ «Державинский лицей»

Идея модернизации сети лицея

Идея создания в лицее беспроводной сети возникла не случайно. Лицей расположен в двух зданиях. В главном корпусе много лет действует Интернет. Стоял вопрос о проведении сети во второй корпус, расширении действующей сети. С этой целью было приобретено оборудование для создания беспроводной сети. Были некоторые сомнения. В условиях лицея эта технология ещё не была испробована. Тем более, что переход на новые технологии всегда таит в себе определённые риски.

Преимущества беспроводной сети

Организация беспроводного сети позволяет обеспечить мобильность пользователей, а также упростить организацию сетей в труднодоступных местах, в которых отсутствует проводка или затруднена прокладка кабеля.

Часто возникают ситуации, когда в помещении невозможно проложить кабель из-за отделки стен и отсутствия фальшполов. В таких случаях единственное возможное решение - применение беспроводных сетевых устройств.

 Помимо неудобств, связанных с прокладкой кабеля, этот процесс достаточно дорогостоящий и занимает много времени. С помощью беспроводных устройств можно за считанные минуты подключить компьютер к Интернету в определённых условиях.

 Низкая цена, высокая производительность и простота настройки – именно поэтому беспроводные сети стали столь популярны в последнее время.

Реализация проекта

В связи с победой в приоритетном национальном проекте «Образование», приобретением компьютерной техники лицеем, появилась возможность подключения второго корпуса к проводной сети. Второй корпус был построен в 1938 году, первый корпус был построен в 1985 году. Первый корпус - это новое современное четырёхэтажное здание, и соответственно развитие компьютерной проводной сети происходило в этом здании. После того, как первый корпус был охвачен компьютерной сетью, возникла необходимость подключения к сети и второго корпуса.

Одновременно возникла проблема связанная с тем, что два корпуса связанны длинным переходом. Длина перехода 30 метров, плюс до ближайшего коммутатора ёще 20 метров, итого - 50 метров. Делаем вывод, что это довольно дорого. Помимо самого кабеля надо его крепить, а по правилам его надо класть в кабель-канал, а это ещё дополнительные расходы. Но есть и ещё проблема - второй корпус скоро поставят на капитальный ремонт.

Делаем вывод, что прокладка кабеля в настоящее время во второй корпус экономически нецелесообразна. В наших условия финансирования надо находить самые дешёвые варианты. В этой ситуации на помощь приходят беспроводные технологии.

Создание беспроводной сети

Итак, реализация беспроводной сети в лицее началась в октябре 2007 года. На этот момент лицей приобрёл новую компьютерную технику, включая ноутбуки. В современных ноутбуках есть встроенные Wi-Fi адаптеры. Естественно было использовать это преимущество ноутбуков. Часть ноутбуков установили во втором корпусе, в котором не было проводной сети. Этот факт отсутствия сети очень огорчал учителей и учеников, так как все участники образовательного процесса привыкли использовать преимущества сети, как в урочное, так и послеурочное время.

Итак, возникла необходимость развития сети во втором корпусе. Проводную сеть тянуть туда было нецелесообразно, о чём говорилось выше. Единственной альтернативой стала Беспроводная сеть. Началась трудная работа реализации беспроводной сети.

Для начала надо было понять, как работает беспроводная сеть, какие возможности она открывает, для чего это вообще нужно, а не вредна ли эта технология для людей, и много многое другое.

Как работает беспроводная сеть

Когда человек сталкивается с новой технологией, первый его вопрос, как это работает.

Этот же вопрос возник и у нас. Трудно понять то, что не видно, а беспроводную сеть не видно. Ведь вся сеть работает по радиоканалу. Но не просто так работает, а на определённой частоте.

Стандарт 802. 11(g) может обеспечить более высокие скорости передачи данных, чем 802. 11(b). Он совместим со стандартом 802. 11(b). При идеальных условиях скорость передачи данных другим устройствам стандарта 802. 11(g) может достигать 54 Мбит/с.

Радиочастота - в диапазоне 2,4 ГГц. Именно с такой стандарт мы выбрали для лицейской беспроводной сети.

У радиоволн есть самый большой недостаток. В случае, если преграда на пути сигнала слишком большая, сигнал уменьшается, а вследствие этого и скорость тоже падает. Да, но и это ещё не все. Если на пути несколько преград и они находятся под углом в 45 градусов от передатчика, то сигнал вовсе пропадает.

Сразу возникает вопрос: какова дальность беспроводной сети, и какие преграды она может обходить.

Какова дальность действия беспроводных сетей?

Стандарт Wi-Fi поддерживают три класса устройств: относящиеся к первому имеют выходную мощность 100 мВт и дальность действия до 100 метров; устройства второго класса при мощности 10 мВт могут работать на расстоянии до 50 м; большинство Bluetooth-устройств относятся к третьему классу: при мощности 1 мВт они имеют максимальную дальность действия 10 м.

Однако на практике эти показатели оказываются значительно ниже. Бетонные стены поглощают радиоволны, поэтому в зданиях дальность действия Bluetooth-устройств редко превышает 10–15 метров. Правда, при потере связи соединение обрывается не сразу: при слабом сигнале устройства, работающие в сети WLAN, автоматически понижают скорость передачи данных, чтобы соединение не обрывалось: в исключительных случаях – до 1 Мбит/с.

Для того чтобы увеличить дальность действия Bluetooth-соединения, можно объединить несколько сетевых ретрансляторов в одну структуру (Wireless Distribution System – WDS). При этом информация будет передаваться от одного ретранслятора к другому, пока не поступит к конечному получателю. Другая возможность: у некоторых моделей адаптеров повышается дальность действия при использовании нескольких антенн (Multiple In, Multiple Out – MIMO) или отражения сигнала от стен.

В сетях WLAN мощность передатчика может составлять до 300 мВт. Однако в некоторых регионах это значение существенно ниже, что, разумеется, уменьшает максимальную дальность соединения.

Дальше возникает вопрос, какая же скорость передачи данных, и правильно ли мы выбрали стандарт сети.

Максимальная скорость передачи данных в протоколах 802. 11b/g

Как было показано, максимальная скорость, определяемая протоколом 802. 11b, составляет 11 Мбит/с, а для протокола 802. 11g — 54 Мбит/с.

Однако следует четко различать полную скорость передачи и полезную скорость передачи. Дело в том, что технология доступа к среде передачи данных, структура передаваемых кадров, заголовки, прибавляемые к передаваемым кадрам на различных уровнях модели OSI, — все это предполагает наличие достаточно большого объема служебной информации. Вспомним хотя бы наличие охранных интервалов при использовании OFDM-технологии. В результате полезная или реальная скорость передачи, то есть скорость передачи пользовательских данных, всегда оказывается ниже полной скорости передачи.

Более того, реальная скорость передачи зависит и от структуры беспроводной сети. Так, если все клиенты сети используют один и тот же протокол, например 802. 11g, то есть сеть является гомогенной и скорость передачи данных в такой сети выше, чем в смешанной сети, где имеются клиенты как 802. 11g, так и 802. 11b. Дело в том, что клиенты 802. 11b «не слышат» клиентов 802. 11g, которые используют OFDM-кодирование. Поэтому с целью обеспечения совместного доступа к среде передачи данных клиентов, использующих различные типы модуляции, в подобных смешанных сетях точки доступа должны отрабатывать определенный механизм защиты. В результате использования механизмов защиты в смешанных сетях реальная скорость передачи становится еще меньше.

Кроме того, реальная скорость передачи данных зависит и от используемого протокола (TCP или UDP) и от размера длины пакета. Естественно, что протокол UDP предусматривает более высокие скорости передачи. Теоретические максимальные скорости передачи данных для различных типов сетей и протоколов представлены в таблице.

Таблица. Максимальные скорости передачи данных для различных типов сетей и протоколов при размере пакетов 1500 байт

Тип сети Модуляция Максимальная скорость Теоретическая максимальная Теоретическая максимальная соединения, Мбит/с скорость передачи по протоколу скорость передачи по протоколу

TCP, Мбит/с UDP, Мбит/с

802. 11b CCK 11 5,9 7,1

802. 11g (совместно с OFDM/CCK 54 14,4 19,5

802. 11b)

802. 11g (только) OFDM/CCK 54 24,4 30,5

Из этого следует, что лучше всего выбирать один стандарт. Мы остановились на стандарте 802. 11g.

Безопасны ли для здоровья беспроводные сети?

Этот вопрос волнует многих, так как беспроводная сеть создаётся в лицее, где очень важно создавать условия, обеспечивающие сохранность их здоровья. Изучая это проблему мы пришли к следующим выводам:

- Беспроводные сети, несомненно, повышают электромагнитное загрязнение среды.

- Вместе с тем, мощность передатчиков (максимум 100 мВт) сравнительно невелика.

- Уровень электромагнитного излучения, ежедневно исходящего от Солнца, не говоря уж о линиях высоковольтных передач, во много раз превышает этот показатель.

- Негативное воздействие беспроводных технологий на человеческий организм не доказано.

Следовательно, беспроводная сеть практически не оказывает вредное воздействие на человека. На сегодняшний день не существует никаких правовых документов о запрете использования беспроводной сети. Значит, беспроводную сеть можно использовать в лицее.

Оборудование

Самое главное в беспроводной сети - это оборудование. Без него невозможно создание беспроводной сети. Основное оборудование в беспроводной сети - это точка доступа. Следует заметить, что все вышеизложенное соответствует оборудованию D-Link, для другого оборудования могут отличаться некоторые возможности и спецификации.

Точка доступа

В лицее используется точки доступа компании D-Link.

Беспроводная точка доступа D-Link DWL-2000AP+

Точка доступа AirPlusG+ DWL-2000AP стандарта IEEE 802. 11g обеспечивает передачу информации в радиусе 100 метров в помещении и 400 метров на открытом пространстве. Модель оборудована одной встроенной антенной, одной внешней антенной и портом 10/100 Ethernet с автоматическим определением полярности MDI/MDI-X. Поддерживается фильтрация по MAC-адресам, шифрование по стандарту WPA (возможно придется обновить микропрограмму), управление через веб-интерфейс. Размеры устройства равны 142 x 109 x 31 мм, вес - приблизительно 240 граммам. Ориентировочная цена модели – 1900 руб.

Достоинства: две антенны, невысокая цена, скромные габариты.

Недостатки: посредственная производительность при совместном использовании в сети оборудования стандартов IEEE 802. 11b и IEEE 802. 11g.

Эта тока доступа нас устраивает по многим параметрам, но само главное, что она обеспечивает отличную защищенность сети лицея.

Защита сети

Когда создаёшь беспроводную сеть, первое, о чём надо подумать - это о защите сети от несанкционированного доступа посторонними пользователями, так как сеть будет видно на расстоянии минимум 100 метров.

Естественно, никто не хочет чтобы к сети был доступ посторонних. Следовательно надо продумать средства защиты. И здесь на помощь приходит шифрование данных в сети.

Стандарт шифрования данных WEP

Первым стандартом, использующимся для шифрования данных в беспроводных сетях, был стандарт WEP (Wired Equivalent Privacy). В соответствии со стандартом WEP шифрование осуществляется с помощью 40-или 104-битного ключа (некоторые модели беспроводного оборудования поддерживают и более длинные ключи), а сам ключ представляет собой набор ASCII-символов длиной 5 (для 40-битного) или 13 (для 104-битного ключа) символов. Набор этих символов переводится в последовательность шестнадцатиричных цифр, которые и являются ключом. Допустимо также вместо набора ASCII-символов напрямую использовать шестнадцатиричные значения (той же длины).

Стандарт шифрования данных WPA

WPA (Wi-Fi Protected Access) – более стойкий алгоритм шифрования, чем WEP. Высокий уровень безопасности достигается за счет использования протоколов TKIP и MIC.

TKIP – протокол интеграции временного ключа (Temporal Key Integrity Protocol) – каждому устройству присваивается изменяемый ключ.

MIC – технология проверки целостности сообщений (Message Integrity Check) – защищает от перехвата пакетов и их перенаправления. Стандарт TKIP использует автоматически подобранные 128-битные ключи, которые создаются непредсказуемым способом, и общее число их вариаций достигает 500 миллиардов. Сложная иерархическая система алгоритма подбора ключей и динамическая их замена через каждые 10 KB (10 тыс. передаваемых пакетов) делают систему максимально защищенной. MIC использует весьма непростой математический алгоритм, который позволяет сверять отправленные в одной и полученные в другой точке данные. Если замечены изменения и результат сравнения не сходится, такие данные считаются ложными и выбрасываются.

Формула WPA

Структуру защитной технологии WPA можно наглядно выразить с помощью следующей формулы (представленной в виде операторов языка программирования):

WPA = {802. 1X + EAP + TKIP + MIC + (RADIUS*X)}If PSK, X=0; ELSE X=1

Из этой формулы видно, что в стандарте WPA предусмотрено использование известных специалистам защитных протоколов 802. 1x, EAP, TKIP и RADIUS. Механизм аутентификации пользователей основан на протоколах 802. 1x (разработан для проводных сетей) и EAP (Extensible Authentication Protocol). Последний позволяет сетевому администратору задействовать множество алгоритмов аутентификации пользователей посредством сервера RADIUS.

Итак, понятно, что защита беспроводной сети - это приоритет в развитии сети. На данный момент самым доступным и безопасным является WPA.

Проводная и беспроводная сеть

На момент создания беспроводной сети уже действовала проводная сеть. Сотрудники и учащиеся были постоянными пользователями сетевых ресурсов. Одной из главных задач стала совместить проводную и беспроводную сеть. Проблема была в том, что некоторые стандарты беспроводной сети отличаются от стандартов проводной сети, некоторые сетевые службы не работали в беспроводной сети. Эту проблему пришлось решать быстро, так как беспроводная сеть была реализована, а пользователи не могли работать с некоторыми внутрисетевыми ресурсами.

Так как программное оборудование не поддерживало некоторые настройки, его пришлось перепрограммировать. Естественно не обошлось и без ошибок, приводящих к проблемам работы беспроводной сети. Пришлось пожертвовать некоторыми ненужными для нашего лицея сервисами, которые могла бы предоставлять точка доступа.

Главная проблема взаимодействия сетей была успешно решена. На решение этой проблемы ушло достаточно много времени. Это оказался самый длинный по протяжённости этап в создании беспроводной сети.

Прочитав существующую литературу по теме, познакомившись с опытом других школ города Петрозаводска, мы поняли, что стандартов спецификации и других факторов влияющих на работу сети существует огромное множество. Встал вопрос о том, какие стандарты предпочтительны для лицея в настоящее время, а какие могут потребоваться в перспективе.

Надо разобраться, в чём нуждаются различные пользователи, как им будет удобнее работать, и какие возможности мы им можем предложить.

Сетевые ресурсы Пользовательская система безопасность Радиус действия Стандарт передачи сети данных

Сайт Многопользовательская сеть. WPA 100 метров IEEE 802. 11g

Электронная учительская Все профили хранятся на сервере и в

Досуг любой момент могут быть затребованы для

Школьное радио работы

Веб-проект

Заключение

Результатом данной работы стало создание беспроводной сети Лицея и организация её работы. Получены навыки администрирования сети.

Сеть состоит из 2 точек доступа, с зоной покрытия практически всего лицея. Качество передачи данных в отдалённых точках оставляет желать лучшего. Можно сказать, что только половина пространства обеспечена качественным покрытием сети. Скорость передачи данных здесь доходит до 54 М\бит сек. К сожалению, оставшаяся часть имеет не устойчивую беспроводную сеть.

В планах развития сети приобретение ещё одной точки доступа и дополнительной антенны, что позволит увеличить зону покрытия и улучшить качество связи.

На наш взгляд самой удобной антенной по всем характеристикам может стать антенна D-Link ANT24-0700. Это всенаправленная антенна с высоким коэффициентом усиления, предназначенная для использования в помещении в диапазоне частот ISM 2. 4ГГц. Она обеспечивает высокую скорость передачи/приема для беспроводных сетевых устройств, работающих в диапазоне 2. 4ГГц ISM. Ее можно использовать с беспроводными устройствами 802. 11b и 802. 11g, такими как точки доступа и удаленные маршрутизаторы. Антенну можно использовать для замены стандартной антенны беспроводного устройства для увеличения радиуса действия. Она может быть подключена к беспроводному устройству через кабель (входящий в комплект поставки антенны) или напрямую.