Текст книги "Wi-Fi. Беспроводная сеть"

Автор книги: Джон Росс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 19 страниц)

Такой тип подключения хорош для передачи голоса и простых данных, но недостаточно эффективен для цифровых данных в сложной сети, которая обслуживает множество источников и точек назначения, поскольку постоянно ограничивает возможности цепи, даже когда данные через канал не идут.

Альтернативой является отправка вашего сообщения на центральный коммутатор, который хранит его до тех пор, пока связь с точкой назначения не станет возможной. Это называется системой хранения и передачи. Если сеть была правильно разработана под тип данных и размер трафика системы, время ожидания будет незначительным. Если коммуникационная сеть покрывает большую часть территории, вы можете передавать сообщение на один или более промежуточных центров коммутации перед тем, как оно достигнет конечного адреса. Значительное преимущество такого метода заключается в том, что множество сообщений может передаваться по одной и той же цепи по принципу «как только будет возможен доступ».

Чтобы еще более повысить быстродействие сети, вы можете делить сообщения, превышающие по длине некоторое произвольное значение, на отдельные части, называемые пакетами. Пакеты из более чем одного сообщения могут посылаться совместно по одной и той же цепи, комбинироваться с пакетами, содержащими другие сообщения при прохождении через центры коммутации и самостоятельно восстанавливаться в точке назначения. Каждый пакет данных должен содержать следующий набор информации: адрес точки назначения для пакета, порядок следования этого пакета по отношению к другим в исходной передаче и т. п. Часть этой информации сообщается центрам коммутации (куда передавать каждый пакет), а другая – точке назначения (как восстановить данные из пакета обратно в исходное сообщение).

Та же самая схема повторяется каждый раз, когда вы добавляете следующий уровень действия в коммуникационную систему. Каждый уровень может прикреплять дополнительную информацию к исходному сообщению и убирать эту информацию, если необходимость в ней исчезла. В то время, когда сообщение отправляется с портативного компьютера по беспроводной сети через офисную сеть и интернет-шлюз на удаленный компьютер, подключенный к другой сети, дюжина или более информационных дополнений может добавляться и удаляться, перед тем как адресат прочтет исходный текст. Пакет данных с адресом и контрольной информацией в заголовке перед содержимым сообщения, завершающийся контрольной суммой, называется фреймом. Как проводные, так и беспроводные сети разделяют поток данных на фреймы, которые содержат различные формы информации квитирования вместе с полезными данными.

Может оказаться полезным представление этих битов, байтов, пакетов и фреймов как цифровой версии письма, которое отправляется через сложную систему доставки.

1. Вы пишете письмо и кладете его в конверт. Адрес точки назначения расположен на внешней стороне конверта.

2. Вы приносите письмо в отдел доставки на работе, где клерк кладет ваш конверт в большой конверт Express Mail (Экспресс-почта). Большой конверт имеет название и адрес офиса, где работает адресат.

3. Почтовый клерк относит большой конверт на почту, где другой клерк кладет его в мешок с почтой и прикрепляет к мешку клеймо, указывающее месторасположение почты, обслуживающей офис адресата.

4. Меток с почтой отвозят на грузовике в аэропорт, где его грузят в транспортную тару вместе с другими мешками, доставляемыми в тот же город, где находится точка назначения. Транспортная тара имеет ярлык, сообщающий грузчикам, что находится внутри.

5. Грузчики заносят контейнер в самолет.

6. На данном этапе письмо находится внутри вашего конверта, который расположен внутри конверта Express Mail, находящегося в мешке с письмами в контейнере внутри самолета. Самолет летит в другой аэропорт, близ города, где находится точка назначения.

7. В аэропорту назначения наземная команда выгружает контейнер из самолета.

8. Грузчики вынимают мешок из контейнера и помещают его в другой грузовик.

9. Грузовик перевозит мешок на почту, расположенную рядом с офисом адресата.

10. На почте клерк вынимает большой конверт из мешка и вручает его почтальону.

11. Почтальон доставляет большой конверт Express Mail в офис адресата.

12. Служащий в приемной офиса вынимает ваш конверт из конверта Express Mail и относит его конечному адресату.

13. Адресат вскрывает конверт и читает письмо.

На каждом этапе информация, имеющаяся на внешней стороне пакета, служит инструкцией, как обращаться с пакетом, но манипулятора не интересует, что находится внутри. Ни вы, ни лицо, которое в конечном итоге прочтет ваше письмо, не видите ни большой конверт Express Mail, ни мешок с письмами, ни грузовик, ни контейнер, ни самолет, но каждое из этих хранилищ играет важную роль в перемещении вашего письма из одного места в другое.

Вместо конвертов, мешков и контейнеров электронное сообщение использует строки данных для оповещения системы, но в конечном итоге выглядит точно так же. В сетевой модели OSI каждый уровень транспортировки может быть представлен отдельным слоем.

К счастью, сетевое программное обеспечение автоматически добавляет и удаляет все заголовки, адреса, контрольные суммы и иную информацию, поэтому вы и лицо, принимающее ваше сообщение, их не видите. Тем не менее каждый элемент, добавляемый к исходным данным, увеличивает размер пакета, фрейма или иного хранилища. Следовательно, возрастает количество времени, необходимое для передачи данных через сеть. Поскольку номинальная скорость передачи наряду с «полезными» данными включает всю дополнительную информацию, реальная скорость передачи данных через сеть значительно медленнее.

Другими словами, даже если ваша сеть подключается на скорости 11 Мбит/с, реальная скорость передачи данных может примерно достигать лишь 6–7 Мбит/с.

Элементы управления беспроводной сетью 802.11b

Спецификация 802.11b задает путь для движения данных по физическому слою (радиосвязь). Это называется слоем управления доступом к среде – Media Access Control (MAC). MAC управляет интерфейсом между физическим уровнем и остальной сетевой структурой.

Физический уровень

В сети 802.11 радиопередатчик добавляет 144-битный заголовок к каждому пакету, включая 128 битов, которые приемник использует для синхронизации с передатчиком, и 16-битное поле начала фрейма. Затем следует 48-битный заголовок, который содержит информацию о скорости передачи данных, длину данных, содержащихся в пакете, и последовательность проверки ошибок. Этот заголовок называется РHY-заголовком, потому что при связи управляет физическим уровнем.

Поскольку заголовок определяет скорость следующих за ним данных, заголовок синхронизации всегда передается со скоростью 1 Мбит/с. Поэтому, даже если сеть работает на все 11 Мбит/с, эффективная скорость передачи данных будет значительно медленнее. Самое большее, на что вы можете рассчитывать, – это примерно 85 % от номинальной скорости. Разумеется, другие типы дополнений в пакетах данных еще больше снижают реальную скорость.

Такой 144-битный заголовок был унаследован от медленных DSSS-систем и оставлен в спецификации с целью гарантии совместимости 802.11b-устройств со старшими стандартами. Однако на самом деле он не является сколько-нибудь полезным. Поэтому существует опциональная альтернатива использования более короткого 72-битного заголовка синхронизации. С коротким заголовком поле синхронизации имеет 56 бит, комбинированных с 16-битным полем начала фрейма, используемым в длинном заголовке. Заголовок на 72 бита несовместим со старым оборудованием 802.11, но это не имеет значения, пока все узлы в сети распознают формат короткого заголовка. Во всех остальных отношениях короткий заголовок работает так же хорошо, как и длинный.

Сеть тратит 192 мс на передачу длинного заголовка и лишь 96 мс для короткого. Другими словами, короткий заголовок наполовину освобождает каждый пакет от дополнительной информации. Это оказывает значительное влияние на реальную пропускную способность канала, особенно для таких вещей, как потоковое аудио, видео и голосовые интернет-службы.

Некоторые производители используют по умолчанию длинный заголовок, другие – короткий. Обычно длину заголовка можно изменять в конфигурационном программном обеспечении для сетевых адаптеров и точек доступа.

Для большинства пользователей длина заголовка является одной из тех технических деталей, в которых они не разбираются, равно как и в деталях других устройств в сети. Десять лет назад, когда телефонные модемы были наиболее распространенным способом подключения одного компьютера к другому, каждый раз при вызове через модем нам приходилось беспокоиться о настройке «битов данных– и «битов остановки». Возможно, мы никогда и не знали, каким был бит остановки (это количество времени, требуемое старому механическому принтеру «Teletype» для возврата в свободное состояние после отправки или приема каждого байта), но знали, что он должен быть одинаков на обоих концах.

Длина заголовка – похожая разновидность скрытой настройки: она должна быть одинаковой на всех узлах сети, но большинство людей не знают и не заботятся о том, что она означает.

МАС-уровень

МАС-уровень управляет трафиком, движущимся через радиосеть. Он предотвращает коллизии и конфликты данных с использованием набора правил, называемых множественным доступом с контролем несущей и предотвращением конфликтов – Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA), и обеспечивает функции защиты, определенные стандартом 802.11b. Когда в сети имеется более одной точки доступа, МАС-уровень связывает каждого сетевого клиента с точкой доступа, которая обеспечивает наилучшее качество сигнала.

Когда более чем один узел в сети одновременно пытается передать данные, CSMA/CA просит один из конфликтующих узлов освободить место и произвести повторную попытку позднее, что позволяет оставшемуся узлу отправить свой пакет. CSMA/CA работает так: когда сетевой узел готов отправить пакет, он производит прослушивание на наличие других сигналов. Если ничего не обнаруживается, узел переходит в режим ожидания на произвольный (но короткий) период времени и затем вновь производит прослушивание. Если сигнал по-прежнему не определяется, CSMA/CA отправляет пакет. Устройство, принимающее пакет, проверяет его целостность, и приемник передает уведомление. Но когда передающий узел не принимает уведомления, CSMA/CA предполагает, что произошла коллизия с другим пакетом, и ожидает в течение более длительного интервала времени, а затем вновь производит попытку.

CSMA/CA также имеет опциональную функцию, которая настраивает точку доступа (мост между беспроводной сетью и базовой проводной) в качестве точки-координатора, предоставляющей приоритет сетевому узлу, с которого пытаются отправить критичные ко времени виды данных, например голос или потоковую информацию.

При подтверждении авторизации сетевого устройства для подключения к сети МАС-уровень может поддерживать два вида аутентификации: открытую аутентификацию и аутентификацию с общим ключом. Когда вы конфигурируете свою сеть, все узлы в сети должны использовать один и тот же вид аутентификации.

Сеть поддерживает все эти хозяйственные функции в МАС-уровне посредством обмена (или попытки обмена) сериями контрольных фреймов перед тем, как разрешает отправку данных. Она также устанавливает несколько функций сетевого адаптера:

– режим питания. Сетевой адаптер поддерживает два режима питания: режим непрерывной готовности и экономичный режим опроса. В случае режима непрерывной готовности радиоприемник всегда находится во включенном состоянии и потребляет обычный объем энергии. В случае экономичного режима опроса радиоаппаратура большую часть времени находится в выключенном состоянии, но периодически опрашивает точку доступа на предмет новых сообщений. Как следует из названия, экономичный режим опроса снижает потребляемый от батарей ток в таких портативных устройствах, как компьютеры и PDA;

– управление доступом. Сетевой адаптер осуществляет управление доступом, предотвращая доступ к сети неавторизованиых пользователей. Сеть 802.11b может использовать две формы управления: SSID (имя сети) и МАС-адрес (уникальная символьная строка, которая идентифицирует каждый сетевой узел). Каждый сетевой узел должен иметь запрограммированный SSID, в противном случае точка доступа не будет связываться с данным узлом. Функциональная таблица МАС-адрес он может ограничивать доступ к радиоаппаратуре, адреса которой имеются в списке;

– WEP-шифрование. Сетевой адаптер управляет функцией шифрования с защитой, эквивалентной проводной, – Wired Equivalent Privacy (WEP). Сеть может использовать 64-битный или 128-битный ключ для шифрования и дешифрования данных, пропускаемых через сеть.

Другие уровни управления

Все дополнительные операции, предусмотренные стандартом 802.11, выполняются на физическом и МАС-уровнях. Уровни выше управляют адресацией и маршрутизацией, целостностью данных, синтаксисом и форматом данных, содержащихся внутри каждого пакета. Для этих уровней не имеет значения, каким образом они перемещают пакеты – по проводам, оптоволоконным линиям или через радиоканал. Поэтому вы можете использовать 802.11b с любым видом сети или сетевого протокола. Одна и та же радиоаппаратура может работать с TCP/IP, Novell NetWare и всеми остальными сетевыми протоколами, интегрированными в Windows. Unix, Mac OS и другие операционные системы в равной степени.

Сетевые устройства

Как только тип радиосвязи и формат данных определены, следующим этапом является настройка сетевой структуры. Каким образом компьютер использует формат данных и радиоаппаратуру для реального обмена данными?

Сети 802.11b включают две категории радиоаппаратуры: станции и точки доступа. Станция представляет собой компьютер или иное устройство, например принтер, подключенное к беспроводной сети через внутренний или внешний беспроводной адаптер сетевого интерфейса.

Точка доступа представляет собой базовую станцию для беспроводной сети и мост между беспроводной и традиционной проводной сетью.

Сетевые адаптеры

Сетевые адаптеры для станций могут иметь несколько физических форм:

– съемные PC-карты, которые вставляются в PCMCIA-разъемы на большинстве портативных компьютеров. Антенны и световые индикаторы состояния в большинстве адаптеров на PC-картах выдвигаются на дюйм (2,54 см) после открытия разъема карты. Это связанно с необходимостью избавится от экранирования корпусом. Другие адаптеры на PC-картах имеют разъемы под внешние антенны;

– внутренние сетевые адаптеры на PCI-картах, которые вставляются в настольный компьютер. Большинство PCI-адаптеров на самом деле являются PCMCIA-разъемами, которые позволяют пользователям вставлять РС-карту в тыльную часть компьютера. Однако некоторые встраиваются прямо в PCI-карты расширения. Как альтернатива разъему на задней панели от Actiontec и некоторых других производителей доступны отдельные PCMCIA-разъемы, вставляющиеся во внешние компьютерные отсеки для приводов на передней панели;

– внешние USB-адаптеры. USB-адаптеры часто являются лучшим выбором, чем PC-карты, поскольку адаптер на конце кабеля практически всегда проще переместить в позицию с лучшим приемом сигнала от ближайшей точки доступа;

– внутренние беспроводные адаптеры, интегрированные в портативные компьютерные. Внутренние адаптеры являются модулями, которые вставляются в материнские платы компьютеров. Они имеют тот же внешний вид, что и внешние PC-карты. Антенны для интегрированной радиоаппаратуры обычно скрыты внутри складывающегося компьютерного корпуса;

– съемные адаптеры для PDA и прочих карманных устройств;

– внутренние сетевые интерфейсы, встроенные в другие устройства типа комплектов интернет-телефонии и офисных или бытовых приборов.

Точки доступа

Точки доступа часто комбинируются с другими сетевыми функциями. Вполне вероятно обнаружить автономную точку доступа, которая просто встраивается в проводную сеть при помощи кабеля данных, но существует также масса иных функций. К общим конфигурациям точки доступа относятся:

– простые базовые станции с мостом к Ethernet-порту для подключения к сети;

– базовые станции, которые включают свитч, хаб или маршрутизатор с одним или более портами проводной Ethernet вместе с беспроводной точкой доступа;

– широкополосные маршрутизаторы, обеспечивающие мост между кабельным модемом или DSL-портом и беспроводной точкой доступа;

– программные точки доступа, в качестве базовой станции использующие один из компьютерных беспроводных сетевых интерфейсных адаптеров;

– распределительные шлюзы, поддерживающие ограниченное количество действующих каналов.

Как показано на рис. 1.5, физическая конструкция точек доступа варьируется от одного производителя к другому. Некоторые выглядят, как промышленные устройства, предназначенные для монтажа вне зоны видимости – в полу– или в малозаметном месте на стене; другие имеют привлекательные «аэродинамические» формы, что позволяет размещать их на поверхности кофейного столика. Характерной особенностью одних являются встроенные антенны, а других – постоянно подключенные короткие вертикальные штыревые антенны, у прочих же по-прежнему сохраняются разъемы для внешних антенн (которые поставляются либо не поставляются с точкой доступа). Независимо от размеров и форм каждая точка доступа имеет радиоустройство, которое отправляет и принимает сообщения и данные между сетевыми станциями и портом Ethernet, подключенным к проводной сети.

Рис. 1.5

Рабочие режимы

Сети 802.11b работают в двух режимах: как Ad-Hoc-сети и как инфраструктурные сети. Как следует из названия, Ad-Hoc-сети обычно являются временными. Ad-Нос-сеть представляет собой автономную группу станций, работающую без подключения к более крупной сети или Интернету. Она содержит две или более беспроводных станции без точек доступа или подключения к остальному миру.

Ad-Hoc-сети также называются одноранговыми и независимыми базовыми наборами служб – Independent Basic Service Sets (IBSS). На рис. 1.6 изображена простая Ad-Hoc-сеть.

Инфраструктурные сети имеют одну или более точек доступа, почти всегда подключенную к проводной сети. Каждая беспроводная станция обменивается сообщениями и данными с точкой доступа, которая передает их на другие узлы в проводной сети. Любая сеть, требующая проводного подключения через точку доступа к принтеру, файловому серверу или интернет-шлюзу, является инфраструктурной. Инфраструктурная сеть изображена на рис. 1.7.

Инфраструктурная сеть только с одной базовой станцией также называется базовым набором служб – Basic Service Set (BSS). Когда беспроводная сеть использует две или более точки доступа, сетевая структура является расширенным набором служб – Extended Service Set (ESS). Помните, как несколькими страницами выше техническое название сетевого ID было упомянуто как SSID? Зы можете также встретить название BSSID, если сеть имеет только одну точку доступа, или ESSID, когда точек две или более.

Рис. 1.6

Работа в сети с более чем одной точкой доступа (расширенный набор служб) создает некоторые дополнительные технические сложности. Во-первых, любая базовая станция должна иметь возможность управлять данными с конкретной станции, даже если последняя находится в зоне действия нескольких точек доступа. Если же во время сетевой сессии станция перемещается или рядом с первой точкой доступа неожиданно возникает некий тип локальной помехи, сеть должна сохранять подключение между точками доступа.

Рис. 1.7

Сеть 802.11b решает эту проблему, связывая клиента только с одной точкой доступа в один момент времени и игнорируя сигналы от других станций. Когда сигнал ослабевает на одной точке и усиливается на другой или объем трафика вынуждает сеть заново сбалансировать нагрузку, сеть повторно связывает клиента с новой точкой доступа, которая может обеспечить приемлемое качество услуги. Если вы находите, что это во многом созвучно с работой роуминга сотовых телефонных систем, вы абсолютно правы; сохраняется даже терминология – в компьютерных сетях данный принцип работы также называется роумингом.

Обобщение

Радиосвязь, структура данных и сетевая архитектура являются тремя основными элементами, формирующими внутреннее строение беспроводной Ethernet-сети 802.11Ь. Аналогично компонентам большинства других сетей (и в данном контексте большинства инженерного оборудования) эти элементы должны быть полностью понятны – если в сети пользователи могут отправлять и принимать сообщения, читать файлы и выполнять иные операции, они не должны беспокоиться о малозначащих деталях.

Разумеется, в данном случае предполагается, что сеть всегда работает так, как нужно, и никому из пользователей не приходится звонить в справочную службу с вопросом, почему они не могут прочесть свои электронные письма.

Теперь, когда вы прочитали эту главу, вы больше узнали о том, как беспроводная сеть передает сообщения из точки в точку, и наверняка поймете службу поддержки, которая попросит вас удостовериться, что вы используете канал № 11, что необходимо изменить длину своего заголовка синхронизации или что ваш адаптер работает в инфраструктурном режиме.