2.7. Беспроводные сети4

Несмотря на понятный скепсис сетевых администраторов по поводу приписываемых беспроводным локальным сетям преимуществ, в многочисленных отчетах аналитиков утверждается, что беспроводные технологии в конце концов получили признание индустрии. Тому есть несколько причин, каждая из которых заставляет семь раз отмерить, прежде чем отказаться от беспроводной передачи данных.

Первая и наиболее очевидная причина - весьма существенное увеличение скорости передачи данных. Конечно, эта скорость все же меньше, чем при передаче по проводным соединениям в локальных сетях. Впрочем, последние стандарты беспроводных соединений обеспечивают пропускную способность до 54 Мбит/с, а в будущем должны появиться еще более быстрые системы. Другая, не менее важная, причина состоит в том, что установка беспроводных систем, их сворачивание и обновление выполняются быстро, без утомительной возни с кабелями, распределительными панелями и концентраторами. Такие сети довольно легко модифицировать.

Специалисты The Phillips Group считают, что в 2004 г. оборот рынка беспроводных сетей превысит 1,7 млрд. долл. Эксперты The Cahners In-Stat Group в своих оценках даже более оптимистичны, прогнозируя к 2003 г. оборот этого рынка в 2,2 млрд. долл. Тем не менее индустрии беспроводного доступа предстоит решить еще немало проблем, и одна из важнейших относится к области стандартизации. Дело в том, что за общий частотный диапазон сегодня конкурирует несколько беспроводных технологий.

Стандарты IEEE 802.11

В начале 90-х гг. специализированные беспроводные сети работали в частотном диапазоне 900 МГц - 2,4 ГГц, предназначенном для промышленности, науки и медицины (ISM - Industrial-Scientific-Medical). Из-за высокой цены, недостаточной производительности и невозможности взаимодействия друг с другом эти сети использовались в основном на вертикальных рынках. И хотя рабочая группа по разработке спецификации беспроводных ЛВС (Wireless LAN Network Standards Working Group) была создана еще в 1990 г., ее первый продукт - стандарт IEEE 802.11 увидел свет только семь лет спустя, в июне 1997 г. Данный документ содержал необходимую информацию для создания беспроводных сетей, передающих данные со скоростью 1-2 Мбит/с. В данной спецификации была выбрана полоса 83 МГц в диапазоне 2,400 - 2,483 ГГц ISM, который можно было использовать без дополнительного лицензирования практически во всех странах мира.

Из семи уровней модели OSI (Open System Interconnect) спецификация 802.11 регламентировала два - физический (PHY) и уровень управления доступом к среде передачи данных, т. е. нижний подуровень канального уровня (MAC - Media Access Control). На физическом уровне определялись методы модуляции и характеристики сигналов для передачи данных. В стандарт было заложено три различных метода передачи: два в радиочастотном диапазоне и один в инфракрасном. В последнем случае должны быть задействованы длины волн в диапазоне 850-950 нм. Базовыми методами для передачи сигналов в радиочастотном диапазоне стали широкополосный сигнал по методу прямой последовательности DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) и широкополосный сигнал по методу частотных скачков FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), обеспечивающие скорости передачи данных соответственно 2 и 1 Мбит/с при мощности передающего устройства 100 мВт.

На MAC-уровне стандарта определялись методы доступа к среде, формат кадров, адресация, а также множественный доступ к каналу связи. Для доступа к общему каналу был выбран коллизионный метод, но, в отличие от известного по Ethernet (IEEE 802.3) протокола CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), здесь имелась фаза предварительного резервирования канала. Таким образом, коллизии между абонентами допускались только при резервировании (в процессе конкуренции за занятие канала), а собственно передача данных начиналась уже без возможности коллизий. Этот метод называется CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) - множественный доступ с контролем несущей и уклонением от столкновений. Излучаемая мощность сигналов была ограничена 1 Вт для США и 10 мВт/1МГц для Европы.

Первой областью применения беспроводных сетей стало складское хозяйство, поскольку работникам складов приходится перемещаться по территории во время обмена данными с сервером. И до сих пор открытое пространство остается лучшей средой для использования беспроводных сетей: в таких условиях достигается наилучшая производительность и пользователи сохраняют свободу передвижения. Другой важной сферой применения беспроводных сетей стали конференц-центры. Еще одна область применения - это обеспечение беспроводных соединений в офисе. Беспроводные локальные сети развертываются, например, в тех офисах, где рабочие столы находятся в коллективном пользовании большого числа мобильных сотрудников и выделяются каждому из них по потребности. Кроме того, при использовании беспроводной связи в новом офисе можно избежать затрат на прокладку кабелей, а в случае переезда в другое место не придется оставлять новым хозяевам какое-либо оборудование.

В настоящее время беспроводные сети находят широкое применение на таких вертикальных рынках, как здравоохранение, розничная торговля, финансы, производство, складирование продукции и т. д., т. е. там, где работникам приходится часто перемещаться с места на место, но при этом необходимо постоянно передавать и получать информацию. Для многих приложений беспроводная связь - не просто один из вариантов, а часто единственный способ организовать сеть. Заметим, что данная технология предоставляет канал в обычную проводную сеть, открывая доступ к имеющимся базам данных. К основным преимуществам современных беспроводных сетей обычно относят не только легкость установки и управления, гибкость конфигураций, невысокую стоимость владения, масштабируемость, но и возможность защиты информации.

Оборудование для создания беспроводных LAN обычно включает адаптеры для портативных и настольных компьютеров, точки доступа (которые выступают в качестве шлюзов беспроводной сети) и соответствующее ПО. Точка доступа обычно имеет порт Ethernet и приемопередатчик и действует как мост между проводными и беспроводными сетями. Как правило, этот компонент реализует функции трансляции сетевых адресов (Network Address Translation, NAT), динамического назначения адресов (Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP), а также функции маршрутизации, часто поддерживая несколько клиентов с помощью одного статического IP-адреса. Точки доступа могут подключаться к внешней антенне и поддерживать соединения между зданиями, находящимися друг от друга на расстоянии до нескольких километров. Число необходимых точек доступа напрямую зависит от дальности передачи радиосигнала.

Антенны могут быть как направленными, так и всенаправленными. Возможны такие варианты топологии сети, как "точка-точка", "звезда" ("точка - много точек"), "каждый с каждым".

Рис. 2.7 PCMCIA-адаптер.

Кроме того, производители предлагают и другое оборудование, например, средства для организации беспроводной связи между клиентскими сетями и сетью центрального офиса, устройства для соединения удаленных сетей, различные конверторы, мосты и т.п.

В самом простом случае беспроводная сеть может состоять из нескольких ПК, снабженных беспроводными сетевыми картами и совместно использующих принтер, модем или файлы. Такая конфигурация называется равноправной, или одноранговой сетью. Эта простая структура может оказаться полезной, например, для краткосрочного сотрудничества внутри небольшой группы, работающей над одним проектом.

Сеть можно расширить и охватить ею более значительное пространство, используя сетевые точки доступа, которые посылают и принимают сигналы на клиентские ПК беспроводной сети и от них. Дальность действия сигналов может меняться (например, в зависимости от наличия стен и перекрытий). Как правило, она составляет около 100 м в помещении и до 300 м на открытом воздухе. По мере удаления клиентского ПК от точки доступа скорость соединения уменьшается.

Каждая точка доступа зоной своего покрытия создает так называемую микроячейку, или соту. Клиентские ПК беспроводной сети могут перемещаться по этим сотам, зоны покрытия которых обычно пересекаются. Это обеспечивает роуминг для абонентов сети. Стоит еще раз подчеркнуть, что беспроводная сеть способна функционировать как самостоятельно, так и соединяясь через точку доступа с проводной сетью.

Рис. 2.8 Точка доступа.

В июле 1998 г. появилась версия стандарта IEEE 802.11b. На физическом уровне здесь определялся только один метод передачи - DSSS. Основным усовершенствованием данного стандарта стало повышение скорости передачи до 5,5 и даже до 11 Мбит/с. Последняя версия получила даже название IEEE 802.11b HR (High Rate). Устройства, отвечающие стандарту 802.11b, имеют меньший радиус действия, работая со скоростью 11 Мбит/с, чем в тех случаях, когда скорость составляет 5,5, 2 или даже 1 Мбит/с. Вот почему данная спецификация предусматривает автоматическое снижение скорости обмена для того, чтобы обеспечить приемлемое качество соединения.

Большую роль в продвижении этого стандарта сыграла организация под названием Ассоциация контроля совместимости беспроводных сетей Ethernet (Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA), созданная в 1999 г. Среди членов WECA не только коммуникационные компании, такие, как 3Com, Aironet, Intersil (в прошлом Harris Semiconductor), Lucent Technologies, Nokia, Symbol Technology, Alantro, Breezeway, Cabletron, Intermec, No Wires Needed, Sharewave, Wayport, Zoom, но и крупнейшие фирмы-производители компьютеров: Apple, Compaq, Dell, IBM. В частности, WECA проводит испытания изделий на их совместимость и возможность взаимодействия в соответствии со стандартом 802.11b, присваивая успешно прошедшим испытания продуктам сертификат Wi-Fi.