Wi-Fi. Беспроводная сеть - Джон Росс

В беспроводной сети адаптеры на каждом компьютере преобразуют цифровые данные в радиосигналы, которые они передают на другие сетевые устройства. Они же преобразуют входящие радиосигналы от внешних сетевых элементов обратно в цифровые данные. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers — Институт инженеров no электротехнике и электронике) разработал набор стандартов и спецификаций для беспроводных сетей под названием «IEEE 802.11», определяющий форму и содержание этих сигналов.

Базовый стандарт 802.11 (без индекса «Ь» на конце) был принят в 1997 году.

Он ориентировался на несколько беспроводных сред: два вида радиопередачи (которые мы представим в этой главе далее) и сети с использованием инфракрасного излучения. Более современный стандарт 802.11b обеспечивает дополнительные спецификации для беспроводных сетей Ethernet. Похожий документ, IEEE 802.11a, описывает беспроводные сети, которые работают на более высоких скоростях и других радиочастотах. Другие стандарты радиосети 802.11 с соответствующей документацией также готовятся к публикации.

На сегодняшний день наиболее широко используемой спецификацией является 802.11b. Это стандарт де-факто, используемый практически в каждой Ethernet-сети, и вы наверняка сталкивались с ним в офисах, общественных местах и в большинстве внутренних сетей. Стоит обращать внимание и на развитие других стандартов, однако на данный момент 802.11b наиболее пригоден для использования, особенно если вы рассчитываете подключаться к сетям, где не можете самостоятельно управлять всем оборудованием.

Примечание

Хотя беспроводные сети, представленные в данной книге, соответствуют в основном стандарту 802.11Ь, большая часть сведений относится и к другим видам сетей 802.11.

Следует помнить о двух основных аббревиатурах в стандартах беспроводной сети: WECA и Wi-Fi. WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance — Альянс совместимости беспроводного оборудования Ethernet) представляет собой промышленную группу, в которую входят все основные производители оборудования 802.11b. Их задачей является тестирование и гарантия возможности совместной работы в одной сети беспроводных сетевых устройств всех составляющих членство компаний, а также продвижение сетей 802.11 как всемирного стандарта для беспроводных сетей. Маркетинговые таланты из WECA по-дружески назвали спецификации 802.11 Wi-Fi (сокращение от Wireless Fidelity — беспроводное качество) и сменили собственное имя на Wi-Fi Alliance (Альянс Wi-Fi).

Дважды в год Альянс проводит «анализ совместимости», при котором инженеры многих фирм-производителей подтверждают, что их оборудование соответствующим образом будет взаимодействовать с оборудованием от других поставщиков. Сетевое оборудование, имеющее логотип Wi-Fi, сертицифировано как соответствующее релевантным стандартам и прошедшее тесты на взаимодействие. На рис. 1.2 показан логотип Wi-Fi на сетевых адаптерах от двух различных производителей.

Рис. 1.2

Сети 802.11b работают в специальном диапазоне радиочастот 2,4 ГГц, который зарезервирован в большинстве стран мира для нелицензируемых радиослужб соединений точка-точка с распределением спектра.

Нелицензируемый означает, что любой, кто использует оборудование, соответствующее техническим требованиям, может передавать и принимать радиосигналы на этих частотах, не получая лицензию на радиостанцию. В отличие от большинства радиослужб, которые требуют лицензии на право эксклюзивного использования частоты для отдельного пользователя или группы пользователей и которые ограничивают использование данной частоты определенной службой, нелицензируемая служба является общедоступной, и каждый имеет равные права на один и тот же участок спектра. Теоретически технология радио с распределением спектра делает возможным сосуществование с другими пользователями (в разумных пределах) без значительных взаимных помех.

Радиослужба соединения точка-точка (point-to-point) управляет коммуникационным каналом, который переносит информацию от передатчика к отдельному приемнику. Противоположностью такому соединению является широковещательная (broadcast) служба (например, радио- или телевизионная станция), которая отправляет один и тот же сигнал большому количеству приемников одновременно.

Расширенным спектром (spread spectrum) называется ряд способов передачи отдельного радиосигнала с использованием относительно широкого сегмента радиоспектра. В беспроводных сетях Ethernet используются две различные системы радиопередачи с расширенным спектром, называемые FHSS (частотное расширение спектра) и DSSS (расширение спектра с прямой последовательностью). В некоторых старших сетях 802.11 используется более медленная FHSS-система, но в современном поколении 802.11b и 802.11а беспроводных сетей Ethernet используется DSSS.

По сравнению с другими типами сигналов, использующими отдельный узкий канал, радиосвязь с расширенным спектром обеспечивает несколько важных преимуществ. Расширенного спектра более чем достаточно для передачи дополнительной энергии, поэтому радиопередатчики могут работать на очень малой мощности. Поскольку они действуют в относительно широком диапазоне частот, то менее чувствительны к помехам от других радиосигналов и электрического шума. Это означает, что сигналы можно использовать в средах, где традиционный узкополосный тип принять и распознать невозможно, а поскольку сигнал с частотным расширением спектра перемещается по множеству каналов, неавторизованному абоненту предельно трудно перехватить и декодировать его содержимое.

Технология расширенного спектра имеет интересную историю. Она была изобретена актрисой Хейди Ламарр (Hedy Lamarr) и американским композитором-авангардистом Джорджем Антейлом (George Antheil) как «секретная коммуникационная система» для связи с радиоуправляемыми торпедами, которая не должна была глушиться врагом. Перед своим появлением в Голливуде Ламарр вышла замуж за поставщика военного снаряжения в Австрии, где ей доводилось слышать о проблемах с торпедами на званых обедах с клиентами ее мужа. Спустя годы, во время второй мировой войны, она придумала концепцию изменения радиочастот для противостояния помехам.

Антейл стал известным, заставив эту идею работать. Его наиболее популярной композицией была работа «Балет «Механика» (Ballet Mechanique), партитура которой состояла из 16 пианистов, двух авиационных пропеллеров, четырех ксилофонов, четырех басовых барабанов и сирены. Он применил ту же разновидность механизма, которую ранее использовал при синхронизации пианистов, для изменения радиочастот при передаче с расширенным спектром. Первоначальная система на основе перфорированной бумажной ленты имела 88 различных радиоканалов — по одному для каждой из 88 клавиш пианино.

Теоретически тот же метод мог быть использован для передачи голоса и данных, но во времена электронных ламп, бумажной ленты и механической синхронизации весь процесс был слишком сложен для реального создания и использования. К 1962 году твердотельные электронные компоненты заменили электронные лампы и клавиатуры пианино, и технология была использована на судах ВМФ США для секретной связи во время кубинского кризиса. В наши дни радиосвязь с расширенным спектром используется в американской системе спутниковой связи Air Force Space Command's Milstar, в цифровых сотовых телефонах и в беспроводных сетях.

Первоначальная разработка Ламарр и Антейла для радио с расширенным спектром основывалась на системе частотного сдвига. Как следует из названия, технология FHSS разделяет радиосигнал на малые сегменты и в течение секунды он многократно «перескакивает» с одной частоты на другую во время передачи данных этих сегментов. Передатчик и приемник используют синхронизированную модель сдвига, которая определяет порядок использования различных подканалов.

Системы на базе FHSS маскируют помехи от других пользователей, используя уэкополосный сигнал несущей, который многократно изменяет частоту в течение каждой секунды. Дополнительные пары передатчиков и приемников одновременно могут использовать различные модели сдвига в одном и том же наборе подканалов. В любой отдельно взятый момент времени каждая передача, скорее всего, использует свой подканал, поэтому между сигналами помех не возникает. Когда случается конфликт, система повторно отправляет тот же пакет до тех пор, пока приемник не получит верную копию и не отправит подтверждение о приеме обратно на передающую станцию.

Для беспроводных служб передачи данных нелицензированный диапазон 2,4 ГГц делится на 75 подканалов шириной в 75 МГц. Поскольку каждый частотный скачок будет небольшой задержкой для потока данных, передача на основе FHSS осуществляется относительно медленно.