Беспроводные мосты
Высокочастотные беспроводные мосты — это специальные устройства, обеспечивающие высокопроизводительную передачу голоса и данных в сетях Radio Ethernet. Наиболее известным оборудованием из этого семейства являются устройства Stratum производства компании Proxim (рис. 8.5).
Рис. 8.5. Беспроводной мост
Оборудование этого класса обладает достаточной пропускной способностью для всех типов трафика, включая IP и Voice Over IP. Предусмотрена функция автоматического определения типа сети 10 BaseT/100BaseT Ethernet. В дополнение к стандартным функциям стомегабитного моста, обеспечивающего связь между различными сегментами сети, Stratum располагает двумя дополнительными интерфейсами, обеспечивающими транспорт потоков Т1, например для передачи голосовых данных в цифровом виде между учрежденческими АТС.
Беспроводные мосты используют полосу частот, выделенную в соответствии с рекомендациями FCC для широкополосных соединений типа «точка-точка». Высокочастотный диапазон обеспечивает независимость эффективности работы оборудования от погодных условий. При использовании стандартной антенны в виде плоско-панельной фазированной решетки обеспечивается дальность связи до 6,5 км, а применение внешней параболической антенны позволяет увеличить дальность связи до 11 км. Связь обеспечивается при условии прямой видимости.
Долгие годы оптоволоконные сети оставались стандартом производительности для телекоммуникаций. Сегодня, с появлением высокочастотных беспроводным мостов, устанавливаются новые стандарты организации связи на большие расстояния для беспроводных коммуникаций, ранее доступные только оптоволоконным системам. Эффективные алгоритмы коррекции ошибок в сочетании с высоким соотношением сигнал-шум позволяют обеспечить надежность связи, сопоставимую с аналогичными показателями для сетей на основе оптоволоконных линий. Широкополосные возможности оборудования делают его идеальным выбором для решения задач, когда требуется высокая пропускная способность, таких как высокоскоростной доступ к Интернету, передача голоса поверх протокола IP или трансляция видео в реальном времени.
Оборудование для беспроводной сети может быть установлено в течение нескольких часов, кроме того, оно обычно не требует обслуживания или настройки в течение всего срока службы. Для хранения системного программного обеспечения в данном аппаратном комплексе используется Flash-память. Мониторинг оборудования возможен с использованием стандартных протоколов SNMP или Telnet, например посредством таких управляющих программ, как HP Open View или SunNet Manager. Сортветствие индустриальным стандартам обеспечивает полный SNMP-доступ ко всем параметрам и настройкам системы. Для управления используется стандартный HTML-интерфейс пользователя, организованный в виде контекстных меню; предусмотрена многоуровневая организация паролей для защиты в случае доступа со стандартных веб-браузеров.
Комбинация высокой пропускной способности, соответствия промышленным стандартам, легкости в инсталляции и управлении, возможности передачи не только данных, но и голоса обеспечивает высокую конкурентоспособность оборудования Radio Ethernet по сравнению с другими аналогичными системами, в том числе основанными на использовании кабельного соединения или оптической линии связи.
Наблюдая динамику развития беспроводных сетевых систем не только в нашей стране, но и во всем мире, можно смело судить о том, что данный класс оборудования уверенно завоевывает значительную долю рынка информационных технологий, и, возможно, в не столь уж отдаленном будущем сети с беспроводной архитектурой станут доминирующими среди массы традиционных кабельных сетей, постепенно перейдя из сферы технических новинок в разряд обыденных и общепризнанных явлений.
Краткие сведения о беспроводных технологиях
Краткие сведения о беспроводныхтехнологиях
Настольные системы
Системы Radio Ethernet
Оборудование для систем с микросотовой архитектурой
Беспроводные мосты
Краткие сведения о беспроводных технологиях
Настольные системы беспроводной связи
Системы Radio Ethernet
Системы с микросотовой архитектурой
Технологические особенности организации беспроводных сетей
В этой главе мы кратко рассмотрим основные технологии передачи данных в беспроводных локальных сетях. В настоящее время беспроводные технологии становятся все более доступными и понемногу получают значительное распространение среди прочих способов передачи данных между нескольким объединенными в вычислительную систему компьютерами. Проектирование локальной сети практически всегда сопряжено со множеством трудностей: следует закупить необходимое оборудование и программное обеспечение, проложить кабель и смонтировать разъемы, расположить компьютеры таким образом, чтобы соединяющие их провода не мешали окружающим свободно перемещаться по помещению. Однако еще на стадии предварительных расчетов зачастую выясняется, что некоторые участки сети по тем или иным причинам невозможно связать между собой. Известно, что при организации связи в локальной сети с использованием коаксиального кабеля или кабеля «витая пара» максимально допустимое расстояние между двумя компьютерами без использования дополнительных технических средств составляет всего лишь десятки метров. А как быть, если, например, склад предприятия находится на расстоянии полукилометра от административного корпуса, где расположена бухгалтерия и другие вспомогательные службы, и между ними просто необходимо обеспечить бесперебойный обмен информацией? Или офис вашей компании размещается в охраняемом государством историческом здании, являющемся памятником архитектуры, где прокладка кабеля затруднена установленными администрацией правилами? Вполне возможна и иная ситуация: нескольким друзьям, живущим в соседних домах, расположенных на расстоянии нескольких сотен метров, захотелось объединить свои компьютеры в локальную сеть. До недавнего времени эта проблема была фактически неразрешимой.
Вместе с тем технические средства, позволяющие обеспечивать беспроводную связь между несколькими компьютерами в локальной сети, существовали уже довольно давно — их разработка началась в США еще в пятидесятые годы. Правда, как это обычно и случается с практически любым ноу-хау из сферы информационных технологий, данные разработки предназначались в основном для нужд военной промышленности. Пионером в указанной области стала американская корпорация Proxim.
Компания Proxim, Inc была создана в 1984 году с целью создания оборудования беспроводной передачи данных для военных приложений. В 1989 году, после того как Федеральная комиссия по телекоммуникациям (FCC) США разрешила использование беспроводных технологий для коммерческих целей, Proxim переориентировался на потребительский рынок. Тем не менее, активное развитие рынка аппаратных средств, предназначенных для организации беспроводной передачи данных в локальной сети предприятия или канала связи для Интернет-провайдеров тормозилось чрезвычайно высокой стоимостью конечного оборудования даже для корпоративных заказчиков. Далеко не все коммерческие организации могли позволить себе приобрести беспроводную сетевую карту ценой от пятисот до семисот долларов США за штуку, не говоря уже о более дорогостоящих аппаратных средствах подобного класса. Именно поэтому беспроводные сети считались до недавнего времени элитными, профессиональными системами, недоступными большей части потребителей. «Свет в конце тоннеля» наметился лишь тогда, когда на российском рынке появилось недорогое беспроводное сетевое оборудование, ориентированное, в первую очередь, на использование в сфере малого, среднего бизнеса, а также в домашних локальных сетях. На сегодняшний день такие системы представлены несколькими семействами аппаратных средств, о которых нам хотелось бы рассказать чуть подробнее.
Настольные системы
Семейство продуктов для домашних и малых корпоративных сетей обеспечивает пользователю практически все преимущества, которые характерны для обычной локальной сети, включая еще одну немаловажную особенность: такая сеть является беспроводной. В настоящее время на рынке присутствует относительно недорогое оборудование данного класса различных производителей: это серия устройств Symphony производства уже упомянутой выше компании Proxim, а также устройства производства компаний LinkSys и Z-com.
Связь между компьютерами с применением таких устройств осуществляется на частоте 2,4 ГГц, мощность, потребляемая подобными аппаратными средствами, не превышает обычно 100 мВт, максимальное расстояние, на которое могут быть удалены друг от друга связанные в сеть компьютеры, без использования направленных антенн, составляет 100-200 м, в том числе сквозь стены и перекрытия зданий. Скорость передачи данных в такой системе составляет от 1,6 до 10 Мбит/с. В случае, если вместо традиционных антенн с круговой диаграммой направленности в беспроводной сети используются узконаправленные антенны, расстояние между компьютерами может быть увеличено, но его конечное значение зависит от множества факторов, например от характеристик помещения, в котором располагаются вычислительные машины, наличия стен, их толщины и материала.
Рис. 8.1. Беспроводной сетевой адаптер
В семейство настольного оборудования входят беспроводные сетевые карты (рис. 8.1), которые могут быть использованы совместно с любым персональным компьютером аналогично обыкновенным сетевым адаптерам, применяющимся в традиционных кабельных сетях, беспроводной модем, который позволяет быстро подключить созданную вами сеть к Интернету по коммутируемой телефонной линии, и совместимый со стандартом 10BaseT мост, с помощью которого можно соединить беспроводной сегмент сети с уже существующей локальной сетью Ethernet или выделенным каналом Интернета. Подобное оборудование обычно поддерживает интерфейсы ISA, PCI и USB, что позволяет устанавливать его в обычных настольных ПК, а также стандарт PCMCIA, благодаря чему в такую сеть можно включить компьютер класса Notebook. Очевидны и другие преимущества беспроводной локальной сети на основе аппаратных средств данного класса по сравнению с обыкновенными кабельными сетями: такая система не требует прокладки проводов и монтажа разъемов, нет необходимости в использовании сетевых концентраторов, беспроводной модем может быть включен в сеть без выделения для него отдельного компьютера, поскольку он может работать в режиме самостоятельного сетевого устройства, эффективный алгоритм передачи информации надежно защищает беспроводную сеть от несанкционированного доступа, а низкий уровень излучаемой мощности гарантирует полную безопасность этого оборудования для здоровья человека. Однако относительно низкая стоимость подобных комплектующих накладывает жесткие технические ограничения на их функциональные возможности, главное из которых заключается в том, что подобная система в совокупности может содержать не более десяти различных устройств. В частности, в беспроводную сеть Proxim Symphony можно подключить либо десять компьютеров, организовав с их помощью замкнутую структуру передачи данных, либо 9 компьютеров и беспроводной модем, обеспечивающий связь с Интернетом, либо 9 компьютеров и мост, осуществляющий соединение с другой локальной сетью, либо 8 компьютеров, мост и беспроводной модем.
Тем не менее, использование беспроводных малых сетей является оптимальным решением для небольших предприятий, при расширении корпоративной локальной сети в случаях, когда по тем или иным причинам прокладка кабеля в офисных или жилых помещениях не представляется возможной, такие сети незаменимы для выставок, семинаров, конференций и презентаций, поскольку беспроводная сеть может быть развернута в сжатые сроки и быстро свернута по окончании мероприятия при минимальных затратах. Доступные цены позволяют этой технологии уверенно конкурировать с традиционными кабельными сетями. В некоторых случаях, например, при соединении значительно удаленных сегментов сетей, решения на основе беспроводного оборудования могут быть даже дешевле аналогичных сетевых решений на базе кабельных сетей. При этом требования к системе также весьма демократичны: процессор Pentium 200 МГц или выше, свободный слот ISA, PCI или PCMCIA Type 2, RAM от 16 Мбайт, ОС Windows 95/98/NT4/2000/XP и свободное пространство на жестком диске не менее 10 Мбайт.
Оборудование для систем с микросотовой архитектурой
Высокотехнологичное оборудование для организации микросотовой беспроводной связи в настоящее время стоит несколько дороже «настольных» устройств, но вместе с тем более высокая стоимость этого класса устройств оправдывается чрезвычайной широтой их функциональных возможностей. При сходных с «настольными» системами технических характеристиках такие комплектующие позволяют создавать до пятнадцати независимых беспроводных сетей в одном физическом пространстве общей пропускной способностью 24 Мбит/с, со средней скоростью передачи данных на канале связи в 1,6 Мбит/с и выше. Подключение нескольких беспроводных точек доступа (рис. 8.4) к различным участкам кабельной сети Ethernet позволяет организовать микросотовую архитектуру связи с возможностью роуминга внутри такой системы. Иными словами, человек с компьютером Notebook, оснащенным беспроводной сетевой картой, может перемещаться в пределах зоны охвата испускаемого антеннами сигнала, постоянно оставаясь в сети. Компьютер сам будет переключаться от одной точки доступа к другой в зависимости от того, к какому из данных устройств он находится ближе в текущий момент времени.
Рис. 8.4. Беспроводные точки доступа (Access Points)
Более того: микросотовая архитектура открывает возможность не прокладывать кабельную сеть на удаленных участках территории, где необходимо обеспечить стабильную связь, с целью подключить еще одну точку доступа — вполне достаточно установить на границе зоны охвата репитер, ретранслирующий сигнал дальше, чтобы еще больше увеличить площадь радиопокрытия. Устройства, называемые Access Point, позволяют подключать к беспроводной сети любые аппаратные средства с интерфейсом стандарта RS232, не выделяя для этих целей специальный компьютер. Таким образом, для включения в сеть принтера, прибора для считывания штрих-кода или информации с магнитной карты достаточно соединить их стандартным кабелем с устройством Access Point — с этого момента они могут быть доступны оператору любого находящегося в сети компьютера. Помимо репитеров, беспроводных сетевых карт стандарта ISA и PCMCIA для MS Windows и беспроводных адаптеров для устройств с интерфейсом RS232 такое оборудование нередко включает в себя сетевые карты стандарта PCMCIA, совместимые с Windows СЕ и предназначенные для использования на портативных и миникомпыотерах, а также беспроводные мосты стандарта Ethernet и Token Ring мощностью 100 и 500 мВт.
Системы Radio Ethernet
В своем изначальном варианте системы Radio Ethernet были предназначены для организации связи по принципу «точка—точка» и использовались, как правило, для объединения нескольких удаленных локальных сетей Ethernet в единую вычислительную систему. Основной недостаток технологии Radio Ethernet заключается в том, что такие системы обеспечивали исключительно поочередный алгоритм передачи данных, то есть в случае, если к каналу связи было одновременно подключено несколько абонентов, каждый из них вынужден был ожидать, пока другой абонент завершит прием и передачу информации. Это неизбежно приводило к возникновению «заторов» в сети и невозможности «достучаться» до удаленного сегмента LAN, если канал занят. Общая схема двухсегментной сети Radio Ethernet показана на рис. 8.2.
Рис. 8.2. Общая схема сети Radio Ethernet
Современные технические решения позволяют организовывать соединения Radio Ethernet с пропускной способностью до 54 Мбит/с и обеспечивают дальность связи от 100 м до 24 км. В спецификации Института инженеров по радиотехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) данный стандарт, утвержденный в 1997 году, получил обозначение IEEE 802.11, а среди англоязычных пользователей «прижился» под названием Wireless Local Aria Network (WLAN). Архитектура Radio Ethernet реализуется на основе механизма общего и равноправного доступа всех абонентов к каналу передачи данных. Для организации канала при этом используются либо световые волны инфракрасного диапазона, либо широкополосный радиосигнал с расширяемым спектром или скачкообразной перестройкой частоты, причем в случае применения радиоволн сигнал передается на частотах 915 МГц или 2,4 ГГц — в зависимости от типа применяемого оборудования, — что позволяет обеспечить скорость передачи данных от 1 до 6 Мбит/с. Вот здесь-то и возникает целый ряд объективных сложностей, которые заметно сужают возможность применения данных технологий в нашей стране. Поскольку аппаратура, использующая в качестве среды передачи данных инфракрасные волны, требует установки приемника и передатчика сигнала в пределах прямой видимости, а качество связи сильно зависит от погодных условий, влажности и задымленности, использовать такие устройства имеет смысл только внутри зданий в пределах одного помещения. Радиодиапазон 900 МГц в России и большинстве стран СНГ занят операторами сотовой связи и радиоканалами различных государственных ведомств и служб, в связи с этим такая аппаратура применяется в основном в пределах здания для организации связи между сегментами сети, расположенными в различных помещениях. В случае установки соединения между соседними зданиями, а также внутри офисных центров, где одновременно присутствует множество владельцев мобильных и высокочастотных комнатных телефонов, высокий
уровень посторонних помех заметно снижает качество и скорость соединения. Что же касается оборудования, работающего на частоте 2,4 ГГц, то для его использования в России требуется специальное разрешение Госсвязь-надзора (в то же время нигде за рубежом получать какие-либо санкции от государственных инстанций для этих целей не нужно, вследствие чего такое оборудование чрезвычайно популярно в Европе и США).
Таким образом, наиболее оптимальным способом связи в рамках технологии Radio Ethernet на территории России является стандарт передачи данных с помощью широкополосных радиоволн частотой 915 МГц. При такой организации связи канал оказывается достаточно устойчивым к широкополосным помехам, однако данное оборудование само создает множество помех с низкой спектральной плотностью. Связь осуществляется на основе собственного канального протокола, обеспечивающего автоматическое определение несущей и предварительное резервирование канала передачи данных, который освобождается по окончании трансляции очередного потока информационных пакетов. Помимо протоколов канального уровня стандарт Radio Ethernet опирается на протокол MAC (Medium Access Control) — протокол доступа к среде передачи данных, также в сетях Radio Ethernet используется специальный протокол обеспечения безопасности WEP (Wired Equivalent Privacy), в задачу которого входит ограничение несанкционированного доступа к сети с использованием алгоритмов аутентификации пользователей и шифрования.
Технология Radio Ethernet принципиально позволяет строить беспроводные сети с микросотовой архитектурой (рис. 8.3). В такой системе роль приемников и передатчиков информации играют специальные устройства, называемые точки доступа, или Access Points (АР). Каждая точка доступа обеспечивает двустороннюю передачу данных на определенной площади в зоне своего действия; благодаря использованию нескольких точек доступа можно организовать некую зону покрытия, в пределах которой пользователь сможет подключиться к локальной сети. Такая сеть может быть создана на основе различных топологий: «точка—точка», «звезда», «точка—много точек» и т. д.
Расширение стандарта Radio Ethernet, принятое в 1999 году и получившее обозначение IEEE 802.1 la, описывает возможность передачи данных в беспроводной среде с пропускной способностью канала связи в 6, 9,12,18, 24, 36,48 и 54 Мбит/с на частоте 5 ГГц. Для оборудования, работающего в этом частотном диапазоне, характерна более высокая устойчивость к помехам, но в то же время и большая потребляемая мощность в сочетании с меньшим расстоянием между узлами сети.
Существует и еще один стандарт: IEEE 802.11b, также известный под названием Wi-Fi (Wireless Fidelity), в котором описаны сети Radio Ethernet,
работающие в частотном диапазоне 2,4 ГГц и обеспечивающие пропускную ¦ способность до 11 Мбит/с. В рамках данного стандарта предусмотрен специальный алгоритм автоматического понижения скорости передачи данных в случае возникновения устойчивых помех. В рамках стандарта 802.11е, предварительно утвержденного в конце 2001 года, помимо разрешения целого ряда спорных вопросов совместимости предполагается включение дополнительных механизмов передачи по беспроводным каналам потоков, мультимедийных данных. В настоящее время Институтом инженеров по радиотехнике и электронике рассматривается еще целый ряд стандартов, в рамках которых, как предполагается, будут решены проблемы распределения радиочастот, а также некоторые вопросы безопасности.
Рис. 8.З. Беспроводная локальная сеть с микросотовой архитектурой
