2. Топология беспроводных компьютерных сетей
Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей - работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т.п.) и соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети).
Для организации беспроводной сети в замкнутом пространстве применяются передатчики со всенаправленными антеннами. Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети - Ad-hoc и клиент/сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый называемый "точка-точка") - это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент/сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент/сервер. Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство - 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала, - 100 м, офис из нескольких комнат - 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа. Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн - до 50 км). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). Комплексы для объединения локальных сетей по топологии делятся на "точку-точку" и "звезду". При топологии "точка-точка" (режим Ad-hoc в IEEE 802.11) организуется радиомост между двумя удаленными сегментами сети. При топологии "звезда" одна из станций является центральной и взаимодействует с другими удаленными станциями. При этом центральная станция имеет всенаправленную антенну, а другие удаленные станции - однонаправленные антенны. Применение всенаправленной антенны в центральной станции ограничивает дальность связи дистанцией примерно 7 км. Поэтому, если требуется соединить между собой сегменты локальной сети, удаленные друг от друга на расстояние более 7 км, приходится соединять их по принципу "точка-точка". При этом организуется беспроводная сеть с кольцевой или иной, более сложной топологией [2].
3. Устройства для создания беспроводных компьютерных сетей.
Большинство адаптеров для беспроводных компьютерных сетей сейчас выпускается в формате карт PC Card Type II, предусматривающем установку устройства в ноутбук, хотя существуют и модели адаптеров для установки в слоты PCI или ISA, но их значительно меньше. Поэтому, увы, для установки беспроводного сетевого адаптера в настольный персональный компьютер приходится еще и приобретать дополнительный переходник, вставляемый в слот PCI. Относительно недавно начат выпуск сетевых адаптеров Wi-Fi, выполненных в виде плат стандарта CompactFlash. Такие устройства предназначены для карманных компьютеров, работающих под операционной системой Windows CE (Pocket PC). Существуют и сетевые адаптеры Wi-Fi, выполненные в виде отдельных устройств с интерфейсом USB.
Современной тенденцией является использование в сетевых адаптерах внутренних антенн. В точках доступа для повышения дальности связи чаще используются внешние антенны. В некоторых моделях точек доступа качестве приемопередатчика используется тот же сетевой адаптер, что и в клиентских станциях, причем в точке доступа его так же просто заменять, как и в клиентской станции. Такое техническое решение ограничивает дальность связи (а большая дальность для квартиры или маленького офиса может оказаться излишней), и причина, побудившая инженеров пойти на такой шаг, не совсем понятна. Возможно, они считали, что так будет проще модернизировать точку доступа, если в стандарт беспроводных сетей будут внесены какие-либо изменения на физическом уровне.
Рисунок 3 сетевой адаптер 3Com AirConnect
Типичным случаем является объединение в одном устройстве точки доступа и маршрутизатора. Точка доступа может также включать в себя и некоторые другие устройства, например модем. Для небольшого офиса очень удобно использовать точку доступа, объединенную с принт-сервером. К ней можно подключить самый обычный принтер, превратив его тем самым в сетевой.
Управление точкой доступа в современных беспроводных сетях, как правило, осуществляется по протоколу TCP/IP через обычный Интернет-браузер.
Ясно, что клиентские станции стоят пока значительно дороже, чем простые сетевые карты Ethernet. Но ведь важна не стоимость клиентских устройств как таковых, а общая стоимость системы, а также ее установки и обслуживания. И вот тут мы сталкиваемся с новой ситуацией: разница между стоимостью комплекта оборудования для проводной сети Ethernet (с учетом затрат на покупку кабеля) и стоимостью комплекта оборудования IEEE 802.11b сопоставима по порядку величины со стоимостью прокладки кабеля. И если тенденция снижения цен на беспроводное сетевое оборудование сохранится (при том, что стоимость прокладки кабеля значительно зависит от стоимости труда, которая в нашей стране сейчас растет), то уже в ближайшем будущем может оказаться что в ряде случаев экономически выгоднее развернуть беспроводную локальную сеть, чем возиться с прокладкой кабелей.
Для каждого устройства, участвующего в беспроводной сети, необходим беспроводной сетевой адаптер, также называемый беспроводной сетевой картой. Все современные ноутбуки, некоторые настольные компьютеры, смартфоны и PDA уже оснащены встроенными беспроводными сетевыми адаптерами. Однако, во многих случаях для создания беспроводной сети сетевые адаптеры необходимо приобретать отдельно.
Популярные сетевые адаптеры для ноутбуков имеют форм-фактор PC Card(PCMCIA), соответственно, для настольных компьютеров существуют модели с интерфейсом PCI, беспроводные USB-адаптеры можно подключать как портативные, так и в настольные системы, для PDA существуют адаптеры с интерфейсами СompactFlash и SDIO.
Для создания небольшой беспроводной локальной сети из двух (в некоторых случаях - и большего числа) устройств достаточно иметь необходимое число сетевых адаптеров. (Требуется, чтобы они поддерживали режим AdHoc).
Однако, если вы захотите увеличить производительность вашей сети, включить в сеть больше компьютеров и расширить радиус действия сети, вам понадобятся беспроводные точки доступа и/или беспроводные маршрутизаторы.
Функции беспроводных маршрутизаторов аналогичны функциям традиционных проводных маршрутизаторов. Обычно они используются в тех случаях, когда беспроводная сеть создается с нуля.
Альтернативой маршрутизаторам являются точки доступа, позволяющие подключить беспроводную сеть к уже существующей проводной сети. Точки доступа используются, как правило, для расширения сети, в которой уже есть проводной коммутатор (switch) или маршрутизатор. Для построения домашней локальной сети достаточно одной точки доступа, которой вполне по силам обеспечить необходимый радиус действия. Офисные сети обычно требуют несколько точек доступа и/или маршрутизаторов.
Точки доступа и маршрутизаторы, а также сетевые карты с интерфейсом PCI, как правило, могут использоваться с более мощными антеннами вместо штатных, что значительно увеличивает дальность связи или радиус охвата.
3.1 Wi-Fi access points (точки доступа) и Wi-Fi routers (роутеры)
В современных системах связи данные (биты и байты) передаются последовательно через различные среды передачи — электрические импульсы в проводах, радиосигналы, световые сигналы и т.д. Для преобразуования этих данных существуют различные сетевые устройства:
Wireless Access Point, WAP (беспроводная точка доступа)— это беспроводная базовая станция, предназначенная для обеспечения беспроводного доступа к уже существующей сети (беспроводной или проводной) или создания новой беспроводной сети. Другими словами, Wireless Access Point — WiFi-адаптер, подключенный к компьютеру и преобразующий цифровые сигналы в радиоволны определенной частоты.
Чаще всего беспроводные точки доступа используются для предоставления доступа мобильным устройствам (ноутбуки, принтеры и т.д.) к стационарной локальной сети.
Также беспроводные точки доступа часто используются для создания так называемых «горячих точек» — областей, в пределах которых клиенту предоставляется, как правило, бесплатный доступ к сети Интернет. Обычно такие точки находятся в библиотеках, аэропортах, уличных кафе крупных городов.
Router (Маршрутиза́тор или ру́тер, ро́утер) — специализированный сетевой компьютер или автономное устройство, имеющее минимум два сетевых интерфейса (два ip-адреса) и пересылающее пакеты данных между различными сетями, принимающее решения о пересылке на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором. Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.
Роутер имеет два комплекта сетевых настроек (сетевых интерфейса),если соединяет две сети, например, проводную внешнюю (глобальную) и проводную внутреннюю (локальную).
Роутер имеет три комплекта сетевых настроек (сетевых интерфейса),если соединяет три сети, например, проводную внешнюю (глобальную), проводную внутреннюю (локальную) и беспроводную внутреннюю (локальную).
Маршрутизаторы делятся на программные и аппаратные. Программные — специлизированые программы в компьютере, а аппаратные — отдельные сетевые устройства.
Разница между WiFi роутером и точкой доступа WiFi
По сути, и WiFi роутеры и точки доступа WiFi выполняют одни и те же функции — создают радиопокрытие, находясь в котором, любое устройство может подключиться к сети в режиме AP-Client. На этом сходства устройств заканчиваются.
Данные устройства различаются как визуально, так и структурно.
Особенности Access Point (AP)
1. Только один Ethernet-порт. У классической точки доступа WiFi имеется только один Ethernet-порт.
2. Отсутствие DHCP. В заводских настройках у точки доступа отключен DHCP-сервер и для подключения к ней по Ethernet или по WiFi, сетевому адаптеру необходимо присвоить статический IP-адрес, который лежит в той же подсети, что и заводской IP-адрес точки доступа.
Например, подключение одной из точек доступа WiFi к компьютеру через браузер (web-интерфейс), стало возможным лишь после установки в этом компьютере строго определённых статических сетевых настроек:
ip: |
192.168.1.51 |
submask: |
255.255.255.0 |
gateway: |
192.168.1.50 |
А WiFi роутер отлично подключился бы и при динамических (автоматических) сетевых настройках.
3. Малое количество поддерживаемых протоколов. Точки доступа могут быть подключены своим Ethernet-портом к провайдерам, которые используют протоколы подключения DHCP или Static IP.
Точки доступа, имеющие более богатый функционал в плане различных настроек WiFi сети, чаще используются для создания WiFi сетей с большими площадями.
Особенности Router
1. Большее количество портов. У классических WiFi роутеров 5 Ethernet-портов. При этом, отдельно выделен WAN-порт, который служит для подключения кабеля провайдера. Остальные Ethernet-порты маркируются как LAN — они служат для подключения по витой паре клиентов локальной сети, которую создает роутер.
2. Наличие DHCP сервера. У роутеров DHCP-сервер в заводских настройках включен, и любой клиент роутера может получить от данного сервера IP-адрес автоматически. Для этого необходимо настроить службу DHCP-клиент адаптера, с помощью которого производится подключение к роутеру, на автоматическое получение IP-адресов.
3. Наличие встроенного firewall. Кроме включенного в заводских настройках DHCP-сервера, роутеры оснащены программно-аппаратным firewall (файерволом), который минимизирует вероятность хакерских атак и хищения конфиденциальной информации у клиентов локальной сети, которую он создает, но не гарантирует 100% защиты.
4. Возможность работать с VPN. В то время, как WiFi роутеры (помимо протоколов DHCP/ Static IP) могут «поднимать» VPN-туннели по протоколам PPPoE, PPTP, L2TP и работать с интернет-провайдерами, использующими технологию VPN.
5. Работа с NAT (Network Address Translation). Зачастую, WiFi роутеры называют шлюзами или маршрутизаторами. Роутеры действительно выполняют роль шлюза доступа в сеть интернет, так как они «стоят на стыке» двух и более сетей (WAN — сеть провайдера, LAN — проводная локальная сеть, которую он создает и WLAN — беспроводная локальная сеть технологии WiFi).
Такую возможность дает роутеру реализованный в нем протокол трансляции сетевых адресов, называемый NAT (в точках доступа не реализован). Благодаря протоколу NAT, роутер преобразует один IP-адрес, полученный от провайдера для работы в сети интернет в несколько локальных IP-адресов (зачастую, это адреса класса «С» — вида 192.168.0.0 — 192.168.255.255).
Роутеры позволяют заключать один контракт с провайдером и использовать нескольким клиентам один канал одновременно. Таким образом, роутеры позволяют абонентам провайдеров экономить на количестве контрактов, а провайдерам — на IP-адресах.
WiFi роутер — это более функциональное и универсальное устройство для построения домашней WiFi сети или сети небольшого офиса.
Access Point. Режим работы: «access point», «repeater», «bridge»...
Access Point (точки доступа) призваны выполнять самые разнообразные функции:
Режим AP-client
В этом режиме устройство будет работать в качестве обычного беспроводного клиента (выполнять функции беспроводного адаптера). В новом оборудовании режим «точка доступа» установлен по умолчанию. В этом режиме можно подключиться со своего компьютера, оснащенного Wi-Fi адаптером, к беспроводной сети точки доступа. В большинстве случаев для работы в этом режиме специфические настройки не требуются.
Следует учитывать, что точка доступа — это обычный Hub (концентратор). При нескольких подключениях к одной точке полоса пропускания делится на количество подключённых пользователей.
С помощью точки доступа можно легко организовать роуминг при перемещении мобильного компьютера пользователя на большее расстояине, чем зона охвата одной точки доступа, организовав «соты» из нескольких точек доступа и обеспечив перекрытие их зон действия.
В этом случае необходимо обеспечить, чтобы в предполагаемой зоне перемещения мобильного пользователя все точки доступа и мобильные компьютеры имели одинаковые настройки (номера каналов, идентификаторы и др.).
Ро́уминг (roaming от roam — бродить, странствовать) — процедура предоставления услуг (сотовой связи, Wi-Fi) абоненту вне зоны обслуживания «домашней» сети абонента с использованием ресурсов другой (гостевой) сети. При этом абоненту не требуется заключать договор с принимающим оператором, а плата за услуги списывается с его счёта. При телефонном роуминге у абонента обычно сохраняется его телефонный номер.
С технической точки зрения, обслуживание абонента сотовой сети базовой станцией, приписанной к другому коммутатору, уже является роумингом. Но чаще всего под роумингом подразумевают обслуживание в сети другого оператора. Такая услуга требует предварительной взаимной договорённости между операторами.
Режим Bridge (Wi-Fi мост)
Данный режим необходим для объединения по радиосвязи двух удаленных сегментов сетей Ethernet в одно целое в тех местах, где прокладка кабеля не представляется возможной или попросту нерентабельна. Важно отметить, что для осуществления исправной работы в режимах «ретранслятор» и «мост», SSID (идентификатор беспроводной сети), канал и тип шифрования должны совпадать.
Режим Repeater (Ретранслятор)
В данном режиме точка доступа работает как приемо-передатчик или «повторитель». Она принимает слабый сигнал от другой точки доступа и, усиливая его, передает на этой же частоте дальше до необходимого адресата.