Построение беспроводных сетей

1. Построение беспроводных сетей Утко Павел

2. Что такое беспроводные сети? • Традиционные проводные сети:Данные передаются по витой паре, коаксиальному кабелю, оптоволокну и пр. Требуют затрат на прокладку кабеля • Беспроводные сети:Данные передаются по воздуху, и сигнал для приема доступен для мобильных пользователей

3. Беспроводные сети обладают гибкостьюпри конфигурации и расширении. Могут служить как добавлением, так и заменой проводных сетей при построении сетевой инфраструктуры • Пользователи могут свободно перемещаться, т.к. беспроводные сети обеспечивают доступ к сетевым ресурсам компании из любого места. • Беспроводные сети не только обеспечивают мобильный доступ, но и сами мобильны, т.к. можно легко переместить сеть в другое место. Быстрая и лёгкая инсталляция.

4. Сферы применения беспроводных сетей • Внутриофисные сети • Домашние сети • Выставочные комплексы и конференц-залы • Доступ к Интернет в гостиницах, кафе, библиотеках, студенческих городках и т.д. – “hot spot” • Сети провайдеров Интернет: подключение клиентов там, где нет возможности протянуть кабель • «Гостевой» доступ к корпоративной сети для клиентов и партнеров

5. Семейство стандартов беспроводных сетей IEEE 802.11 Стандарт IEEE 802.11 входит в серию стандартов IEEE 802.X, относящихся к сетям и коммуникациям, сюда также входят такие стандарты, как 802.3 Ethernet, 802.5 Token Ring и т.д. Т.о., стандарт IEEE 802.11 определяет компоненты и характеристики сети на физическом уровне передачи данных и на уровне доступа к середе с учетом беспроводного способа передачи данных и возможности взаимодействия с существующими сетями.

6. Стандарты беспроводных сетей - IEEE 802.11b • Текущий наиболее распространенный стандарт, совместим с предыдущим стандартом IEEE 802.11 • Работает на частоте 2,4 ГГц • Используется метод прямой последовательности с разнесением сигнала по широкому диапазону (DSSS) • Поддерживаетскорость соединения 1,2,5.5,11 Мбит/с (реальная скорость передачи данных от 4 до 6 Мбит/с), автоматический или фиксированный выбор скорости • Защита данных при помощи шифрования WEP (wired equivalent privacy)

7. Стандарты беспроводных сетей - IEEE 802.11a • Более сложная передовая технология • Работает на частоте 5 ГГц • Используется метод мультиплексирования с ортогональным делением частот (OFDM) • Поддерживаетскорость соединения до 54 Мбит/с(48, 36, 24, 18, 12, 9и 6Мбит/с), реальная скорость передачи данных от 22 до 26 Мбит/с • 12одновременно доступных для работы каналов • Защита данных при помощи шифрования WEP (wired equivalent privacy)

8. Стандарты беспроводных сетей - IEEE 802.11g • Обратная совместимость с устройствами стандарта IEEE 802.11b • Работает на частоте 2.4 ГГц • Используется метод прямой последовательности с разнесением сигнала по широкому диапазону (DSSS) и метод мультиплексирования с ортогональным делением частот (OFDM) • Скорость соединения до 54 Мбит/с, автоматический или фиксированный выбор скорости • Защита данных при помощи WPA (Wi Fi Protected Access), 802.1x

9. Скорость передачи • IEEE 802.11aподдерживаетскорости6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Мбит/с • IEEE 802.11bподдерживаетскорости 1,2,5.5,11 Мбит/с • IEEE 802.11gподдерживаетскорости 1, 2, 5.5, 11, 22, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Мбит/с • Более высокая скорость улучшает пропускную способность • Более низкая скорость увеличивает дистанцию и надежность • Автоматический или фиксированный выбор скорости

10. Количество каналов для различных стран. 2.4ГГц

11. Канал Частота 1 2,412 ГГц 2 2,417 ГГц 3 2,422 ГГц 4 2,427 ГГц 5 2,432 ГГц 6 2,437 ГГц 7 2,442 ГГц 8 2,447 ГГц 9 2,452 ГГц 10 2,457 ГГц 11 2,462 ГГц 12 2,467 ГГц 13 2,472 ГГц Частоты каналов Каждый канал занимает частотный диапазон в 22 МГц. Например, канал 1 работает в диапазоне от 2,401ГГц до 2,423ГГц, т.е 2,412ГГц ± 11МГц.

12. 5 channels 5 channels 3 MHz 3 MHz 22MHz 22MHz 22MHz 2400 2483.5 2430 2435 2440 2445 2450 2455 2460 2465 2480 2400 2405 2410 2415 2420 2425 2470 2475 Ch1 Ch6 Ch11 Частоты каналов

13. Количество каналов для различных стран. 5ГГц

14. Сравнение стандартов беспроводных сетей

15. В полосе пропускания систем, соответствующих 802.11b и 802.11g, доступнытолько 3 канала

16. В полосе пропускания систем, соответствующих 802.11a, доступны 12 каналов Middle Band Upper Band Lower Band

17. Качество канала связи • Измеряется отношением Сигнал/Шум (SNR) • Высокий уровень сигнала при малых шумах предоставляет наилучший канал связи

18. Перевод мощности dBm <-> mW

19. Перспективы беспроводных cетей

20. IEEE 802.11h InternationalTelecommunication Union (ITU): используетпротоколыDynamic Frequency Selection (DFS) иTransmit Power Control (TPC) для автоматического выбора другого канала и настройкимощности передачи дляминимизации помех оттаких систем, как радары, обнаруженные натом же канале. IEEE 802.11i, Wi-FiProtected Access 2 (WPA2) или WPA: блокировканесанкционированного доступа за счетаутентификации пользователей передпредоставлением им доступа к сети; обеспечение целостности данных, передаваемых побеспроводной сети, за счет использованияустойчивого к ошибкам улучшенного стандарташифрования Advanced Encryption Standard (AES)или Temporal Key Integrity Protocol (TKIP).

21. Mi-Mo 802.11n — перспективный стандарт, который, как ожидается, позволит увеличить полосу пропускания и диапазон беспроводных сетей. Этот стандарт пока что находится на стадии обсуждения, но его существующая версия уже обеспечивает скорость передачи данных свыше 250 Мбит/с, что более чем вчетверо превышает возможности продуктов 802.11g. Такое быстродействие обеспечивается благодаря более эффективному сжатию данных и использованию антенн, передающих сразу несколько сигналов (эта технология называется MIMO, Multiple In, Multiple Out — "много на входе, много на выходе").

22. За счет чего увеличивается производительность:

23. Стандарт IEEE 802.16 Стандарт 802.16 (январь 2003) уровня МАС предназначен для реализации широкополосных каналов последней мили в городских сетях (MAN). Его задачей является обеспечения сетевого уровня между локальными сетями (IEEE 802.11) и региональными сетями (WAN), где планируется применение разрабатываемого стандарта IEEE802.20. Эти стандарты совместно со стандартом IEEE 802.15 (PAN - Personal Area Network - Bluetooth) и 802.17 (мосты уровня МАС) образуют взаимосогласованную иерархию протоколов беспроводной связи. • Пропускная способность до 135 Мбит/с при полосе несущей 28 МГц. • Модуляция OFDM - 64-QAM • Доступ к среде адаптивный, динамический • Управление сетью централизованное

24. Краткие характеристики семейства стандартов 802.16

25. Режимы работы беспроводных сетей • Беспроводные сетевые адаптеры • Ad Hoc • Инфраструктуры • Точки доступа • Точка доступа • Беспроводный мост«точка-точка» • Беспроводный мост«точка-многоточка» • Беспроводный клиент • Повторитель

26. Ad Hoc режим ПК с беспроводным адаптером, напр. DWL-G520 Ноутбук с беспроводным адаптером, напр. DWL-G650 Одноранговое взаимодействие по типу «точка-точка», компьютеры взаимодействуют напрямую без применения точек доступа

27. Инфраструктурный режим Интернет ПК с проводным адаптером и общим принтером Сервер, подключенный к проводному сегменту сети Маршрутизатор Проводной сегмент сети Точка доступа Беспроводная сеть ПК с беспроводным адаптером DWL-G520или ноутбук сDWL-G650 Точки доступа обеспечивают связь клиентских компьютеров. Точку доступа можно рассматривать как беспроводной концентратор

28. Беспроводный мост между двумя LAN С помощью беспроводных мостов можно объединять две и более проводных LAN, находящихся как на небольшом расстоянии в соседних зданиях, так и на расстояниях до нескольких км., что позволяет объединить в сеть филиалы и центральный офис Данное решение позволяет достичь значительной экономии средств и обеспечивает простоту настройки и гибкость конфигурации при перемещении филиалов

29. Интернет Беспроводный мост Point-to-Point(PTP) RemoteRouter/ Bridge, DWL-2700AP Central Router/ Bridge, DWL-2700AP xDSL Модем Здание A Здание B Используется для объединения двух или более проводных сегментов LAN, находящихся на расстоянии до нескольких км.

30. Беспроводный мост RemoteRouter/ Bridge, DWL-2700AP Point to Multi-point PTMP Здание C Интернет RemoteRouter/ Bridge, DWL-2700AP Central Router/ Bridge, DWL-2700AP xDSL Модем Здание B Здание A Используется для объединения двух и более проводных сегментов LAN, находящихся на расстоянии до нескольких км.

31. Интернет «Последняя миля» в сетях ISP Wireless ISP Client Bridge Access point RemoteRouter/ Bridge RemoteRouter/ Bridge CentralRouter/ Bridge Access point RemoteRouter/ Bridge xDSL модем Inline Power Injector Client Bridge Access point

32. Технология WDS (Wireless Distribution System) Данная технология позволяет,одновременно, подключать беспроводных клиентов, к точкам доступа работающим в режиме “мост” • WDS : Беспроводный мост«точка-многоточка» • WDS with AP:Беспроводный мост«точка-многоточка» + AP

33. Беспроводный мост«точка-точка» • Беспроводный мост«точка-многоточка» • WDS : Беспроводный мост«точка-многоточка» • WDS with AP:Беспроводный мост«точка-многоточка» + AP

34. WDS(Wireless Distribution System) • Star Configuration • Chain configuration

35. Screen Monitor II Screen Monitor II Дополнительные режимы точек доступа:как правило фирменные, т.е. поддерживаются не всеми поставщиками. Режим повторителя – Repeater Точка доступа Точка доступа в режиме репитер Сервер

36. Screen Monitor II Screen Monitor II Точка доступа Точка доступа в режиме Клиент Сервер Точка доступа в режиме Клиент Режим можно применять при подключении к беспроводной сети устройств с портом Ethernet, но без возможности установки беспроводного адаптера.

37. Роуминг в беспроводных сетях Поскольку клиенты перемещаются в зоне действия от одной точки доступа к другой, роуминг позволяет не терять соединение, а передавать его между точками доступа. Для этого точки доступа нужно подключить к проводной сети

38. Роуминг в беспроводных сетях Перемещение между точками Как только пользователь перемещается от одной точки доступа к другой, беспроводной адаптер автоматически переустанавливает соединение и подключается к ближайшей точке для обеспечения лучшего качества сигнала и производительности

39. Сигнал-маяк - “Beacon” посылается точкой доступа каждые 100 миллисекунд • Клиенты используют этот маякдля оценки качества связи • Клиенты тоже могут посылать маяк, или пробный запрос • Точка доступа ответит или пошлет маяк

40. Основываясь на качестве связи, клиент примет решение, с какой точкой доступа работать. • Если он перемещается между ТД, то новая ТД информирует старую через проводное соединение о переустановленном соединении клиента в сети. • Т.о., при правильном размещении точек доступа на территории предприятия пользователи смогут перемещаться по ней без потери доступа к сети

41. Роуминг – использование одних и тех же каналов для увеличения зоны охвата 1 1 6 11 11 1 Точки доступа, зоны охвата которых пересекаются, должны быть настроены на разные каналы. Но можно использовать одинаковые каналы на точках доступа с непересекающимися зонами охвата. Т.о. можно увеличивать общее покрытие сети практически без ограничений!

42. Протокол роумингане включен в 802.11, это нужно учитывать при развертывании беспроводной сети • Inter Access Point Protocol(IAPP)Across Distribution Systems -это попытка стандартизовать протокол роуминга (802.11f) • Поэтому, роуминг лучше организовывать на продуктах одного поставщика • Точки доступа D-Linkпозволяют организовать надежную передачу на территории всего предприятия

43. Обработка коллизий в беспроводных сетях • Беспроводной адаптер не может обнаружить коллизию в ходе передачи пакета, т.к. метод обнаружения коллизий CSMA/CD не может работать в беспроводной сети. • Поэтому для обнаружения коллизий и потери пакета используется метод CSMA/CA (Carrier Sense Multiple • Access / Collision Avoidance) с квитированием – на каждый пакет ожидается подтверждение доставки, если такой пакет не пришел – значит произошла коллизия и пакет передается повторно

44. A B Точка доступа • Проблема, называемая “скрытый узел” Например: компьютеры A и B видят точку доступа, ноне видят друг другапри слабом сигнале. Задача состоит в том, чтобы предотвратить коллизию при одновременной передачи данных точке доступа обоими узлами С

45. Перед отправкой пакета сданными узел A посылает точке доступа пакет Ready-to-send (RTS), который содержит поле с указанием времени занятия канала • Если принимающий узел «слышит» этот пакет, он отвечает пакетом Clear-to-send (CTS) и устанавливает свой NetworkAllocation Vector ( NAV ) • После этого начинается передача данных и т.о. исключается коллизия

46. Но компьютер B не слышит этоткадриз-за слабого сигнала от узла А • Точка доступа посылает CTS-кадр, содержащий поле резервирования (занятия канала) • Компьютер B «слышит»этот кадр и перестраивает свой NAV • Итак, коллизий не произошло

47. RTS? A С B С B A С A B С A B CTS! CTS! DATA ACK

48. RTS/CTS схема построения протокола

49. RTS Threshold feature increases available bandwidth by eliminating RTS/CTS traffic from the air, thus reducing the cost. By setting RTS length threshold to a maximum value, the transmitter will effectively never use RTS and the option is virtually switched off. One example is shown in figure. If the hidden station is a non-issue, the threshold can be switched off. If a user decides to switch it on by setting some threshold, there is always a trade off between introducing more overhead and reducing retransmission of messages due to the hidden node problem. The situation in which the RTS/CTS is very helpful is the outdoor point-to-multi-point environment in which the hidden node problem can be a larger problem. The following diagram shows how the RTS/CTS mechanism works for A as a transmitter, B as a receiver and the NAV settings for their neighbors.

50. Параметры настройки беспроводных сетей • Имя сети – ESSID (Extended Service Set ID) • Каждая Точка Доступа должна быть сконфигурирована суникальным ID • Защищенный доступ позволяетдоступ к сетитолько клиентам с правильным ID • Если к одной подсети подключены несколько точек доступа – им нужно присвоить один и тот же ESSID