Технологии беспроводной связи Wi-Fi

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра математической кибернетики информационной технологии

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине ТИПиС

 

Технологии беспроводной связи Wi-Fi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студент группы ИТ1051 ЗОФТ                       Лапатин Ю.В.

                                           Проверил:   А. В. Алешинцев                      1                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2014

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Архитектура  сети и стандарты

1.2 Организация  сети

1.2.1 Физический уровень IEEE 802.11

1.2.2 Канальный уровень IEEE 802.11

1.3 Типы и разновидности соединений

1.4 Безопасность WiFi сетей

2. Практическая  часть

Заключение

Список литературы

 

Введение

 

Уже несколько десятилетий люди применяют компьютерные сети для обеспечения связи между персоналом, компьютерами и серверами в компаниях, колледжах и городах. Однако наблюдается тенденция ко все более широкому использованию беспроводных сетей. И действительно, сейчас доступны беспроводные интерфейсы, позволяющие использовать сетевые службы, работать с электронной почтой и просматривать Web-страницы независимо от того, где находится пользователь. Эти беспроводные приложения позволяют людям "расширить" свое рабочее место и получить в результате этого ряд преимуществ. Во время деловых поездок можно, например, отправлять электронные письма в ожидании посадки на самолет в аэропорту. Домовладельцы могут с легкостью использовать общее Internet-соединение для многих ПК и ноутбуков без прокладки кабелей.

В наши дни потребность доступа к сетевым данным, без использования кабелей высока. Будь то предприятие или же учебное заведение. Радиосети позволяют применить относительно дешевое и практичное решение создания сети.

 

1 Теоретическая часть

 

1.1 Архитектура, компоненты сети и стандарты

 

Преобладающим для беспроводных локальных сетей является стандарт IEEE 802.ll, различные версии которого регламентируют передачу данных в диапазонах 2,4 и 5 ГГц.

Стандарт RadioEthernet IEEE 802.11 - это стандарт организации беспроводных коммуникаций на ограниченной территории в режиме локальной сети, т.е. когда несколько абонентов имеют равноправный доступ к общему каналу передач. 802.11 - первый промышленный стандарт для беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Networks), или WLAN. Стандарт был разработан Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).

Основная проблема, связанная с этим стандартом, состоит в том, что в должной мере не обеспечивается взаимодействие устройств, соответствующих его различным версиям. Так, адаптеры компьютерных устройств беспроводных локальных сетей стандарта 802.11а не обеспечивают соединения с компьютерными устройствами, соответствующими стандарту 802.11b. Существуют и другие нерешенные

вопросы, связанные со стандартом 802.11, например недостаточная степень безопасности.

Для того чтобы как-то разрешить проблемы, связанные с применением устройств стандарта 802.11, организация "Альянс Wi-Fi" свела все его совместимые функции в единый стандарт, названный Wireless Fidelity (Wi-Fi). Если какое-то устройство беспроводных локальных сетей соответствует стандарту Wi-Fi, это практически гарантирует способность его совместной работы с другими устройствами, соответствующими стандарту Wi-Fi. Открытость стандарта Wi-Fi позволяет различным пользователям,

применяющим разные платформы, работать в одной и той же беспроводной локальной сети, что чрезвычайно важно для общедоступных беспроводных локальных сетей.

Стандарт 802.11 используется как в MAN (Metropolitan Area Network) то есть в региональных сетях, Хотя системы этого стандарта оптимальны для удовлетворения требований, предъявляемым к сетям внутри зданий, они могут обеспечивать соединения и в масштабах города с использованием направленных антенн.

Беспроводные региональные, или как их еще называют городские, сети обслуживают зоны, по площади соответствующие городу.

Характеристики беспроводных региональных сетей различны. Соединения между строениями с использованием радиоканалов скорость передачи до 100 кбит/с, но расстояния свыше 30 км

 

Рисунок 1.1 - Беспроводные региональные сети являются альтернативой для применения в домашних условиях или в компаниях для получения доступа к Интернету.

 

Многие колледжи и начальные школы считают целесообразным развернуть на своей территории беспроводную локальную сеть — в основном, для обеспечения мобильного доступа к сетевым приложениям для своих учащихся. Наличие такого доступа расценивается как конкурентоспособное преимущество. Школы стараются увеличить число учеников с ноутбуками, желающих получить доступ в Интернет и к школьным ресурсам из любого уголка кампуса (студенческого городка), например из класса, библиотеки, институтского двора или общежития. Быстро получить и отправить электронную почту, просмотреть Web-страницы, воспользоваться специализированными школьными приложениями, узнать свои оценки и посмотреть конспекты лекций. Все это дает возможность учащимся рациональнее распределять свое время. Приобретение и обеспечение работы компьютерных классов — дорогое удовольствие, но необходимое для выполнения учебных заданий. Ученикам часто приходится ждать, пока компьютер освободится. Беспроводная локальная сеть дает ученикам доступ к необходимым им ресурсам через их ноутбуки из любого уголка и в любое время, даже когда компьютерный класс закрыт. Благодаря этому доступ к сети равномерно распределяется между учениками, повышая тем самым эффективность обучения. При этом учебное заведение может сэкономить средства, выделяемые на содержание компьютерных классов.

Кабели не отличаются высокой надежностью из-за коррозии и возможных повреждений. Причиной выхода из строя проводных сетей чаще всего является неправильная прокладка кабелей или их повреждение.

Проводная сеть может оказаться необходимой, если беспроводная не удовлетворяет предъявляемым к сети требованиям, но беспроводная сеть может обеспечить резервирование проводного канала связи.

Стандарт RadioEthernet IEEE 802.11 определяет порядок организации беспроводных сетей на уровне управления доступом к среде (MAC-уровне) и физическом (PHY) уровне. В стандарте определен один вариант MAC (Medium Access Control) уровня и три типа физических каналов. Подобно проводному Ethernet, IEEE 802.11 определяет протокол использования единой среды передачи, получивший название carrier sense multiple access collision avoidance (CSMA/CA). Вероятность коллизий беспроводных узлов минимизируется путем предварительной посылки короткого сообщения, называемого ready to send (RTS), оно информирует другие узлы о продолжительности предстоящей передачи и адресате. Это позволяет другим узлам задержать передачу на время, равное объявленной длительности сообщения. Приемная станция должна ответить на RTS посылкой clear to send (CTS). Это позволяет передающему узлу узнать, свободна ли среда и готов ли приемный узел к приему. После получения пакета данных приемный узел должен передать подтверждение (ACK) факта безошибочного приема. Если ACK не получено, попытка передачи пакета данных будет повторена.

В стандарте предусмотрено обеспечение безопасности данных, которое включает аутентификацию для проверки того, что узел, входящий в сеть, авторизован в ней, а также шифрование для защиты от подслушивания.

На физическом уровне стандарт предусматривает два типа радиоканалов и один инфракрасного диапазона.

В основу стандарта 802.11 положена сотовая архитектура. Сеть может состоять из одной или нескольких ячеек (сот). Каждая сота управляется базовой станцией, называемой точкой. Точка доступа и находящиеся в пределах радиуса ее действия рабочие станции образуют базовую зону обслуживания (Basic Service Set, BSS). Точки доступа многосотовой сети взаимодействуют между собой через распределительную систему (Distribution System, DS), представляющую собой эквивалент магистрального сегмента кабельных локальных сетей. Вся инфраструктура, включающая точки доступа и распределительную систему, образует расширенную зону обслуживания (Extended Service Set). Стандартом предусмотрен также односотовый вариант беспроводной сети, который может быть реализован и без точки доступа, при этом часть ее функций выполняется непосредственно рабочими станциями.

Базовая станция — распространенный компонент инфраструктуры. Она обеспечивает передачу информационных сигналов беспроводных сетей, распространяющихся через воздушную среду, в проводную сеть, ее иногда называют распределительной системой. Следовательно, базовая станция обеспечивает доступ пользователей ко множеству сетевых служб, таких как сервисы просмотра Web-страниц, электронная почта и базы данных. Базовая станция часто содержит плату интерфейса беспроводной сети, использующую те же принципы работы, что и плата интерфейса беспроводной сети в компьютере пользователя. Название базовой станции зависит от выполняемых ею функций. Например, точка доступа (Access Point) — это основная базовая станция беспроводных локальных сетей. Комплект точек доступа беспроводной локальной сети обеспечивает роуминг в пределах здания. Плата интерфейса сети, находящаяся в компьютерном устройстве пользователя, устанавливает соединение с ближайшей точкой доступа, обеспечивая взаимодействие с входящими в инфраструктуру системами и пользователями, ассоциированными с другими точками доступа. Когда пользователь перемещается в помещение, ближе к которому расположена другая точка доступа, плата интерфейса сети автоматически переключается на связь с нею, поддерживая надежное соединение. Шлюзы и маршрутизаторы локальной сети — это примеры базовых станций с расширенными возможностями, обеспечивающих выполнение дополнительных функций в сети. Шлюз может выполнять такие функции, как контроль доступа и обеспечение взаимодействия приложений, что улучшает обслуживание распределенных сетей общего доступа. Маршрутизатор (Router) обеспечивает работу нескольких компьютеров через одно широкополосное соединение. Базовая станция может поддерживать соединения типа "точка-точка" или "точка - несколько точек" (рис. 2.4). Системы типа "точка-точка" способны передавать поток сигналов от одной базовой станции или компьютерного устройства к другой (другому).

 

Рисунок 1.2 - Базовая станция поддерживает различные способы соединений

 

В настоящее время существует множество стандартов семейства IEEE 802.11:

• 802.11 - первоначальный основополагающий стандарт. Поддерживает передачу данных по радиоканалу со скоростями 1 и 2 (опционально) Мбит/с;
• 802.11a - высокоскоростной стандарт WLAN. Поддерживает передачу данных со скоростями до 54 Мбит/с по радиоканалу в диапазоне около 5 ГГц;
• 802.11b - самый распространенный стандарт. Поддерживает передачу данных со скоростями до 11 Мбит/с по радиоканалу в диапазоне около 2,4 Ггц;
• 802.11c - Стандарт, регламентирующий работу беспроводных мостов. Данная спецификация используется производителями беспроводных устройств при разработке точек доступа.
• 802.11d - Стандарт определял требования к физическим параметрам каналов (мощность излучения и диапазоны частот) и устройств беспроводных сетей с целью обеспечения их соответствия законодательным нормам различных стран;
• 802.11e - Создание данного стандарта связано с использованием средств мультимедиа. Он определяет механизм назначения приоритетов разным видам трафика - таким, как аудио- и видеоприложения. Требование качества запроса, необходимое для всех радио интерфейсов IEEE WLAN;
• 802.11f - Данный стандарт, связанный с аутентификацией, определяет механизм взаимодействия точек связи между собой при перемещении клиента между сегментами сети. Другое название стандарта - Inter Access Point Protocol. Стандарт, описывающий порядок связи между равнозначными точками доступа;
• 802.11g - устанавливает дополнительную технику модуляции для частоты 2,4 ГГц. Предназначен, для обеспечения скоростей передачи данных до 54 Мбит/с по радиоканалу в диапазоне около 2,4 ГГц;
• 802.11h – Разработка данного стандарта связана с проблемами при использовании 802.11а в Европе, где в диапазоне 5 ГГц работают некоторые системы спутниковой связи. Для предотвращения взаимных помех стандарт 802.11h имеет механизм "квазиинтеллектуального" управления мощностью излучения и выбором несущей частоты передачи. Стандарт, описывающий управление спектром частоты 5 ГГц для использования в Европе и Азии;
• 802.11i (WPA2) – Целью создания данной спецификации является повышение уровня безопасности беспроводных сетей. В ней реализован набор защитных функций при обмене информацией через беспроводные сети - в частности, технология AES (Advanced Encryption Standard) - алгоритм шифрования, поддерживающий ключи длиной 128, 192 и 256 бит. Предусматривается совместимость всех используемых в данное время устройств - в частности, Intel Centrino - с 802.11i-сетями. Затрагивает протоколы802.1X,TKIPиAES;
• 802.11j - Спецификация предназначена для Японии и расширяет стандарт 802.11а добавочным каналом 4,9 ГГц;
• 802.11n - Перспективный стандарт, находящийся на сегодняшний день в разработке, который позволит поднять пропускную способность сетей до 100 Мбит/сек;
• 802.11r - Данный стандарт предусматривает создание универсальной и совместимой системы роуминга для возможности перехода пользователя из зоны действия одной сети в зону действия другой. Из всех существующих стандартов беспроводной передачи данных IEEE 802.11, на практике наиболее часто используются всего три, определенных Инженерным институтом электротехники и радиоэлектроники (IEEE), это: 802.11b, 802.11g и 802.11a;

 

Таблица 1.1 - Сравнение стандартов беспроводной передачи данных

Стандарт	802.11b	802.11g	802.11a
Кол-во исп. радиоканалов	3 не перекрывающихся	3 не перекрывающихся	8 не перекрывающихся
Частотный диапазон	2.4 ГГц	2.4 ГГц	5 ГГц
Макс. скорость передачи д-х	11 Мб/с	54 Мб/с	54 Мб/с

 

Таблица 1.2 - Примерное отношение дальности к скорости для стандартов беспроводной передачи данных

Стандарт	802.11b		802.11g		802.11a
Примерная дальность действия	30 м	100 м	15 м	50 м	12 м	100 м
Пропускная способность	11 Мб/с	1 Мб/с	54 Мб/с	11 Мб/с	54 Мб/с	6 Мб/с

 

В окончательной редакции широко распространенный стандарт 802.11b был принят в 1999 году и благодаря ориентации на свободный от лицензирования диапазон 2,4 ГГц завоевал наибольшую популярность у производителей оборудования. Пропускная способность (теоретическая 11 Мбит/с, реальная — от 1 до 6 Мбит/с) отвечает требованиям большинства приложений. Поскольку оборудование 802.11b, работающее на максимальной скорости 11 Мбит/с, имеет меньший радиус действия, чем на более низких скоростях, то стандартом 802.11b предусмотрено автоматическое понижение скорости при ухудшении качества сигнала. К началу 2004 года в эксплуатации находилось около 15 млн. радиоустройств 802.11b.

В конце 2001-го появился - стандарт беспроводных локальных сетей 802.11a, функционирующих в частотном диапазоне 5 ГГц (диапазон ISM). Беспроводные ЛВС стандарта IEEE 802.11a обеспечивают скорость передачи данных до 54 Мбит/с, т. е. примерно в пять раз быстрее сетей 802.11b, и позволяют передавать большие объемы данных, чем сети IEEE 802.11b.К недостаткам 802.11а относятся большая потребляемая мощность радиопередатчиков для частот 5 ГГц, а также меньший радиус действия (оборудование для 2,4 ГГц может работать на расстоянии до 300 м, а для 5 ГГц — около 100 м). Кроме того, устройства для 802.11а дороже, но со временем ценовой разрыв между продуктами 802.11b и 802.11a будет уменьшаться.

802.11g является  новым стандартом, регламентирующим  метод построения WLAN, функционирующих  в не лицензируемом частотном  диапазоне 2,4 ГГц. Максимальная скорость передачи данных в беспроводных сетях IEEE 802.11g составляет 54 Мбит/с. Стандарт 802.11g представляет собой развитие 802.11b и обратно совместим с 802.11b. Соответственно ноутбук с картой 802.11g сможет подключаться и к уже действующим точкам доступа 802.11b, и ко вновь создаваемым 802.11g. Теоретически 802.11g обладает достоинствами двух своих предшественников. В числе преимуществ 802.11g надо отметить низкую потребляемую мощность, большую дальность действия и высокую проникающую способность сигнала. Можно надеяться и на разумную стоимость оборудования, поскольку низкочастотные устройства проще в изготовлении.