26 мая	06	Обзор технологий стандарта 802.11

История

Разработка технологии Wi-Fi (Wireless Fidelity) началась более пятнадцати лет назад. Инициатором и координатором работ выступил ко­митет по стандартизации локальных сетей IEEE 802 (Institute of Electrical and Electronic Engineers). В 1990 году по указанию комитета была органи­зована специальная рабочая группа, в задачи которой входила разработ­ка первого полноценного стандарта беспроводных локальных сетей. На создание готового продукта потребо­валось целых семь лет, и лишь в 1997 году новоиспеченный стандарт IEEE 802.11 был представлен широ­кой публике. Впрочем, потребители встретили первую версию Wi-Fi без особого энтузиазма - проблема зак­лючалась в том, что на разработку технологии ушло непростительно много времени, и к моменту презен­тации стандарт успел заметно уста­реть. Помимо весьма низкой пропу­скной способности, не превышаю­щей 2 Мбит/с (что просто смешно для локальной сети), мало кого мог­ло устроить посредственное качест­во связи, чрезмерная медлитель­ность и весьма низкая дальнобой­ность стандарта, при этом цена на оборудование могла запросто заш­каливать за несколько тысяч долла­ров. Однако сама идея беспроводно­го доступа в Интернет и к ресурсам локальной сети внутри офиса, гостиницы, вокзала или аэропорта была большинством оценена по достоинству. В лю­бом случае, разработчики не собирались прекращать доведение технологии до ума, и осенью 1999 года выпустили сразу две новые спецификации, названные 802.11а и 802.11b, и обеспечивающие максималь­ную пропускную способность в 54 Мбит/с и 11 Мбит/с соответственно.

Первым на при­лавки поступило оборудование, совмести­мое с 802.11b, и на этот раз народного признания не пришлось долго ждать. В ре­кордно короткие сроки технологии Wi-Fi удалось выйти на мировую арену и соста­вить серьезную конкуренцию классичес­ким способам организации локальной се­ти, таким как Ethernet. Этому способство­вало резкое падение цен на оборудова­ние, и, конечно же, избавление от множе­ства юношеских проблем, присущих пер­вой спецификации. Реальные устройства, поддерживающие стандарт 802.11а, поя­вились в продаже лишь в 2001 году, одна­ко рынок был уже настолько заполнен оборудованием 802.11b, что даже несмот­ря на практически пятикратно возросшую пропускную способность, первое время но­вая спецификация оставалась в тени. Сле­дующий виток эволюции Wi-Fi начался ле­том 2003 года, когда разработчики закон­чили следующую версию стандарта 802.11b, совмещающую в себе преимуще­ства предыдущих двух редакций. На дан­ный момент большая часть современного оборудования, ориентированного на рабо­ту по Wi-Fi, оснащается модулями 802.11b, и при этом готовится к выходу очередная спецификация - 802.11 n. В ней нам обе­щают как минимум двукратное увеличе­ние максимальной скорости по сравнению с 802.11а и 802.11b, а также введение со­вершенно новых технологий, прочитать об одной из которых можно на врезке.

Что такое WI-FI?

На самом деле все спецификации Wi-Fi яв­ляются стандартом в стандарте. С одной стороны, они все должны удовлет­ворять стандарту беспроводных сетей 802.11, ас другой - они входят в состав крупнейшего стандарта ло­кальных сетей IEEE 802.

И преимущества такого подхода сложно недооценивать. Так, спецификации 802.11 затрагивают лишь два нижних уровня (фи­зический и канальный) общей модели ISO/OSI, состоящей из семи уровней. На практике это означает, что любое приложе­ние, равно как и операционная система, не почувствует никакой разницы, будет ли оно работать, например, в проводной локаль­ной сети Ethernet, или беспроводной Wi-Fi, а следовательно, затраты на переход с про­водной технологии на беспроводную будут определяться лишь стоимостью оборудова­ния и его установки, и никакая разработка и замена программного обеспечения не потребуется.

Оборудование, предназначенное для ра­боты в стандарте 802.11, в основном де­лится на два класса - это клиенты и точ­ки доступа (Access Point). Роль клиентов могут играть настольные компьютеры, но­утбуки, КПК, телефоны, принтеры, игро­вые приставки и прочая портативная и стационарная бытовая техника, оборудо­ванная Wi-Fi-модулем. Если в ПК или КПК изначально отсутствует поддержка беспроводных сетей, то в большинстве случаев это можно с легкостью воспол­нить приобретением соответствующего адаптера, который может быть реализо­ван в форме практически любой платы расширения. Точки доступа обычно вы­полнены в виде отдельного внешнего уст­ройства, подключаемого непосредственно к кабелю проводной сети Ethernet или к любому другому совместимому источнику широкополосного доступа в Интернет. Иногда точки доступа комбинируют с ка­ким-либо другим устройством, например, весьма распространены ADSL-модемы, совмещенные с точкой доступа Wi-Fi. На точку доступа возлагается львиная часть работы по обслуживанию беспроводной сети: она должна не только поддерживать радиопередачу со всеми клиентами и свя­зывать сеть с внешним миром, но и регу­лировать трафик, обрабатывать данные и совершать массу других операций. Также в некоторых случаях может потребовать­ся и дополнительное оборудование: нап­ример, при недостаточном уровне сигна­ла нужны антенны, а при необходимости соединения между собой двух сетей - мосты.

Существует два основных способа организации беспро­водной сети - это клиент-сер­вер (Infrastructure Mode) и точка-точка (Ad-hoc). В первом случае сеть состоит из одной или нескольких точек доступа и произвольного количества кли­ентов. Это стандартная модель построе­ния локальной сети, которая принципиаль­но отличается от проводной разве что от­сутствием тех самых проводов. Во втором случае связь устанавливается непосред­ственно между несколькими клиентами, минуя точку доступа. Такая модель удоб­на для соединения между собой несколь­ких портативных устройств, например, для моментальной печати фотографий с Wi-Fi-камеры на Wi-Fi-принтер или многополь­зовательской игры на портативных консо­лях (Sony PSP, Nintendo DS и других).

Методы передачи сигнала

Первая спецификация 802.11 предусмат­ривала передачу сигнала на выбор тремя различными способами. В двух из них ис­пользовались радиочастоты в диапазоне от 2400 МГц до 2483 МГц, в частности, один основывался на методе частотных скачков FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), а другой - на методе прямой последовательности DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). В третьем же задействовался инфракрасный диапазон, причем между точкой доступа и клиента­ми не требовалось прямой видимости, так как сигнал должен был передаваться от­раженным от потолка!

Однако не будем останавливаться на этом подробнее, ведь сейчас уже непросто найти сети, работаю­щие по этому стандарту. В спецификации 802.11b от былых трех методов остался всего один - DSSS. А для стандартов 802.11а и 802.11g был избран новый ме­тод - OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), при этом сигнал расщепляет­ся на множество меньших, которые пере­сылаются одновременно по нескольким частотам. При этом спецификация 802.11а отличается от всех остальных тем, что задействуется другой диапазон частот: 5150-5825 МГц. Еще одной особенностью Wi-Fi является то, что весь спектр используемых частот условно разделяется на несколько кана­лов (узких полос частот), частично перек­рывающих друг друга. Однако для нормальной работы сети необходимо, чтобы разные каналы не использовали общие частоты, поэтому одновременно в одном месте может работать не более трех кана­лов в сети 802.11 b/g и не более восьми каналов в сети 802.11а.

Кстати, далеко не во всех странах разре­шается использовать Wi-Fi на безлицен­зионной основе - иногда для установки точки требуется получить соответствующее разрешение, а в некоторых странах и вовсе запрещается занимать опреде­ленные частоты, поэтому для этих стран выпускается оборудование Wi-Fi с урезанным диапазоном. Для всех спецификаций 802.11 макси­мальное расстояние уверенного приема сигнала находится в районе 300-400 мет­ров для открытых помещений, и 90 мет­ров - для закрытых. Данное ограничение не является строгим, и при использовании направленных антенн, в случае прямой видимости, возможно поймать сигнал на расстоянии порядка нескольких километ­ров. Впрочем, не стоит рассчитывать на то, что максимальная скорость передачи данных будет обеспечиваться на любом расстоянии - при отдалении от точки дос­тупа пропускная способность снижается пропорционально расстоянию. Кстати, электромагнитные волны в диапазоне 2.4 ГГц весьма болезненно реагируют на про­хождение через различные препятствия, поэтому в сильно заставленных помеще­ниях с большим количеством перегородок зона охвата точек доступа резко снижает­ся. В диапазоне 5 ГГц дела обстоят замет­но хуже, поэтому для покрытия того же помещения приходится или увеличивать количество точек доступа, или стараться подбирать им оптимальное размещение, например, ближе к потолку, а также обо­рудовать качественными антеннами. Еще одним фактором, мешающим работе беспроводной сети, может оказать­ся другое оборудование, рабо­тающее в том же диапазоне частот. Самым ярким приме­ром служат микроволновые пе­чи, которые излучают электро­магнитные волны как раз с часто­той порядка 2.4 ГГц.

Безопасность

Одной из основных проблем, присущих беспроводным сетям, остается слабая за­щищенность. Первые годы после появле­ния Wi-Fi большинство беспроводных се­тей, построенных по этому стандарту, на­ходились практически в свободном дос­тупе для любого желающего. Для того чтобы свободно подключиться ко всем сетевым ресурсам, достаточно было просто оказаться неподалеку от точки доступа, при этом даже не обязательно заходить внутрь здания, так как сигнал обычно без проблем преодолевает внешние стены. А при использовании хоро­шей направленной антенны злоумыш­ленник мог «подслушать» сигнал, нахо­дясь и на весьма отдаленной позиции.

Изначально основная надежда на обес­печение безопасности лежала на меха­низме шифрования WEP (Wired Equivalent Privacy) с длиной ключа 64 или 128 бит, однако он довольно быстро до­казал свою несостоятельность, причем дальнейшее увеличение длины ключа не привело к какому-либо улучшению. Так­же для обеспечения безопасности можно было установить уникальный код доступа (SSID), который запрашивался у каждого клиента перед подключением к сети, и настроить список доступа ACL, где стро­го задать список МАС-адресов уст­ройств, для которых разрешен доступ к сети. Впрочем, все эти методы сложно назвать серьезной защитой. Естественно, из-за столь низкого уровня безопасности многие компании были вынуждены отказаться от использования беспроводных сетей исключительно из соображений сохранения конфиден­циальности информации. Поэтому перед разработчиками Wi-Fi встала наиваж­нейшая задача - в кратчайшие сроки поднять защищенность Wi-Fi на карди­нально новый уровень. Как временная мера, на смену WEP был предложен стандарт безопасности WPA (Wi-Fi Protected Access), который, впрочем, закрывал лишь известные бреши WEP, в основном за счет введения протокола временной целостности ключей TKIP. А на создание принципиально нового стандарта безопасности, названного 802.11i, потребовалось весьма продол­жительное время, и он был полностью завершен только к лету 2004 года. Сре­ди нововведений, появившихся в 802.11i, можно отметить замену станда­ртного способа аутентификации на бо­лее совершенный и введение нового механизма шифрования, построенного по алгоритму AES (Advanced Encryption Standard). В целом, новой системе уда­лось создать серьезную проблему для злоумышленников. Конечно, некоторые проблемы с безопасностью до сих пор остаются, но и их планируется ликвиди­ровать в следующих версиях.

Итоги

На сегодняшний день технологии Wi-Fi удалось прочно занять свою нишу, она продолжает непрерывно развиваться, постепенно осваивая новые отрасли, вроде передачи мультимедийного кон­тента. Однако в будущем конкуренция со стороны других беспроводных стан­дартов заметно усилится. За царство­вание среди низкоскоростных подклю­чений будет бороться Bluetooth 2.0, сре­ди высокоскоростных - Wireless USB, на больших расстояниях - WiMAX, сре­ди энергосберегающих - ZigBee. И кто окажется в итоге победителем, станет понятно только через несколько лет.

Источник: portables.ru