Что такое wireless ethernet
Обновлено: 05.07.2024
Несмотря на то что портативные компьютеры и раньше могли связаться с внешним миром при помощи модема, такое решение все же не позволяло сделать их полностью мобильными, так как оно требовало наличия проводного соединения. Чтобы быть по-настоящему мобильными, портативные компьютеры должны использовать для связи радио- (или инфракрасные) сигналы. Вместе с тем, отсутствие независимого от производителя стандарта на беспроводные локальные сети сдерживало распространение этой технологии. Комитет 802.11 занялся разработкой стандарта еще в самом начале 90-х годов, но окончательная версия была одобрена лишь в июне 1997 года.
На Западе беспроводные сети нашли широкое применение на таких вертикальных рынках, как здравоохранение, розничная торговля, производство, где работникам приходится часто перемещаться с места на место, при этом им по-прежнему необходим доступ в сеть для передачи и получения информации. В России помимо кризиса указанных сфер экономики (за исключением, пожалуй, торговли) внедрение беспроводных технологий для локальных сетей сдерживалось еще и тем, что, в отличие от всего мира, частота 2,4 ГГц у нас не была открыта для использования.
Стандарт 802.11 определяет физический (уровень 1 в модели OSI) и MAC- (нижний подуровень канального уровня) уровни, причем в качестве физической среды передачи он позволяет использовать как инфракрасное излучение, так и радиоволны (см. Рисунок 1). С принятием стандарта 802.11 технология Et-hernet стала еще более универсальной.
Рисунок 1.
Протокол 802.11 описывает физический и MAC-уровни беспроводной сети. Стандарт предусматривает один уровень MAC и три различных физических уровня.
ПРОБЛЕМА СКРЫТОГО УЗЛА
Ввиду особенностей среды передачи, беспроводная локальная сеть имеет несколько иные свойства, нежели традиционная кабельная локальная сеть, поэтому и на подуровне MAC протокол множественного доступа с обнаружением несущей (Carrier Sense Multiple Access, CSMA) не может использоваться в том виде, какой он имеет в проводном Ethernet - вместо обнаружения (Collision Detect, CD) он предусматривает предотвращение коллизий (Collision Avoidance, CA).
Стандарт 802.11 базируется на предложенном еще в 1990 году Карном протоколе множественного доступа с предотвращением коллизий (Multiple Access with Collision Avoidance, MACA). В типичной конфигурации беспроводная сеть представляет собой совокупность распределенных по зданию офиса базовых станций и мобильных клиентов (о возможных конфигурациях мы поговорим ниже). Если мощность передатчиков базовых станций и клиентов позволяет передавать сигнал на расстояние 3-4 метра, то каждая комната представляет собой как бы отдельную ячейку, или сот, а все здание - сотовую систему. Однако, в отличие от сотовых телефонных систем, здесь каждая ячейка имеет только один канал, причем он занимает весь доступный диапазон рабочих частот.
При нахождении приемника в радиусе действия двух активных передающих устройств из-за наложения сигнал оказывается испорчен. Кроме того, зачастую станции могут находиться вне пределов зоны действия друг друга, а это ведет к дополнительным сложностям. Первое, что приходит в голову, - попытаться воспользоваться CSMA и передавать сигнал только тогда, когда эфир свободен. Однако не все так просто. Например, если станция A передает сигнал станции B, а станция C находится вне радиуса действия станции A, то C не зафиксирует передачи и ошибочно заключит, что она может передавать данные. В результате передача C вмешается в передачу A, и B не сможет принять кадр от A. Невозможность зафиксировать передачу потенциального конкурента ввиду чрезмерной его удаленности называется проблемой скрытого узла. Мы можем рассмотреть и обратную ситуацию. Пусть B передает A, и C слышит этот сигнал. В результате она может отказаться от передачи вообще, хотя ее передача никак не повлияет на прием станцией A, так как последняя находится за пределами радиуса действия передатчика C. Эта проблема называется "проблема слышащей станции". Иногда в англоязычной литературе она именуется "проблема захвата" (capture problem).
CSMA позволяет определить, что вблизи передающей станции никакой активности в эфире не наблюдается, тогда как ей, вообще говоря, требуется знать, что активность отсутствует вблизи принимающей станции. По проводам сигналы достигают всех станций, так что в любой конкретный момент времени передачу может осуществлять только одна станция. В системах с небольшим радиусом действия передатчиков несколько станций могут вести передачу одновременно, если у них разные адресаты и если эти адресаты находятся вне зоны действия друг друга.
Идея предложенного Карном протокола состоит в следующем. Собирающаяся передать данные станция посылает сначала короткий кадр (Request to Send, RTS), в ответ на который принимающая станция отправляет подтверждение о готовности приема данных (Clear to Send, CTS). Все находящиеся поблизости станции услышат этот обмен пакетами и воздержатся от собственной передачи данных. Если станция слышит RTS, то она находится вблизи передающей станции и должна воздержаться от собственной передачи до получения передающей станцией подтверждения о возможности передачи. Если же станция слышит CTS, то она находится вблизи принимающей станции и должна воздержаться от собственной передачи на время всей последующей передачи данных. Например, как изображено на Рисунке 2, станция C слышит только RTS, станция D - только CTS, а станция E - и тот и другой сигналы. Таким образом, станции D и E должны молчать, тогда как станция C может вести передачу после прохождения CTS. Однако это не предотвращает коллизий, так как два запроса RTS могут быть отправлены одновременно разными станциями. В результате одна из них (или даже обе) не получит ответа CTS за предопределенный интервал времени, после чего она станет ждать случайное время в соответствии с алгоритмом экспоненциального отката, прежде чем попытается повторить передачу.
Рисунок 2.
Одна передающая станция может находиться за пределами радиуса действия другой, при этом обе станции будут считать, что эфир свободен, а принимающая станция получит испорченные кадры.
ПОДУРОВЕНЬ MAC 802.11
Канальный уровень (второй уровень модели OSI) состоит из двух подуровней. Верхний подуровень управления логическим каналом (Logical Link Control, LLC) является общим для различных технологий локальных сетей - Ethernet (802.3), Token Bus (802.4), Token Ring (802.5). Он остается неизменным и в случае беспроводного Ethernet. Отличие же проявляется на подуровне контроля доступа к среде (Media Access Control, MAC). В стандарте 802.11 он называется методом доступа к беспроводной среде передачи с распределенной базой (Distributed Foundation Wireless MAC, DFWMAC).
Основным методом доступа в 802.11 MAC является распределенная координационная функция (Distributed Coordination Function, DCF) или CSMA/CA. Стандарт также включает альтернативный метод доступа, известный как точечная координационная функция (Point Coordination Function, PCF) (этот метод предусматривает "опрос" станций и использование центрального координатора для определения того, какая из станций имеет право на передачу).
В случае DCF, прежде чем начинать передачу, станция слушает эфир. Если она не зафиксирует сигнал другой станции в течение промежутка времени, превышающего межкадровый промежуток DCF (Distributed InterFrame Space, DIFS), то она приступает к передаче. Если эфир оказывается занят, то она откладывает свою передачу до окончания текущей передачи, выбирает случайный интервал времени (так называемый интервал отката) и инициализирует таймер отката. Таймер отката уменьшается, только когда эфир свободен, и замораживается, когда он занят. После освобождения эфира уменьшение таймера возобновляется, только если среда остается свободной в течение по крайней мере DIFS. При обнулении таймера станция может начинать передачу.
Успешный прием каждого кадра данных немедленно удостоверяется посылкой положительного подтверждения (оно должно быть явным, так как передающая сторона никак не может определить успешность приема данных другой стороной на основании прослушивания своей собственной передачи). Принимающая станция передает кадр с подтверждением приема после получения кадра по истечении так называемого короткого межкадрового интервала времени (Short InterFrame Space, SIFS), который короче, чем DIFS. При отправке подтверждения принимающая сторона не прибегает предварительно к прослушиванию эфира. При неполучении подтверждения передающая сторона повторяет передачу кадра.
DCF предусматривает также альтернативный метод передачи кадров с предварительным обменом специальными короткими кадрами с запросом и ответом по поводу возможности передачи - RTS и CTS. Обмен RTS и CTS не является необходимым, но сама возможность обмена должна быть реализована в обязательном порядке. Обмен RTS и CTS позволяет зарезервировать канал на время, необходимое для передачи кадра данных. Кадр RTS содержит адреса отправителя и получателя, а также планируемое время передачи, а кадр CTS копирует информацию о длительности передачи (см. Рисунок 3). Правила передачи кадра RTS те же, что и для кадра с данными при вышеописанном базовом доступе. После приема кадра RTS получатель отправляет кадр CTS через время SIFS (таким образом он подтверждает успешный прием). После обмена RTS и CTS передатчик может посылать данные по истечении времени SIFS. В случае, если кадр CTS не будет получен через предопределенный интервал времени, попытка передачи RTS повторяется в соответствии с вышеприведенными общими правилами отката.
Рисунок 3.
В отличие от Ethernet, метод доступа к среде предусматривает предотвращение коллизий (Collision Avoidance) вместо их обнаружения (Collision Detection). Прежде чем начать передавать данные, станция отправляет запрос на передачу и ждет соответствующего разрешения от адресата. Такая процедура позволяет зарезервировать среду передачи на необходимое для передачи данных время.
Поле длительности передачи в кадре RTS (и соответственно CTS) содержит выраженное в микросекундах время передачи информационного кадра плюс кадра CTS, длительности трех SIFS и подтверждения приема. Все станции, что слышат RTS, CTS или оба кадра, извлекают из них информацию о длительности планируемой передачи и помещают ее в вектор резервирования сети (Net Allocation Vector, NAV). Станция не может начать передачу, если таймер NAV не равен нулю. Использование NAV для определения статуса канала "занято/свободно" называется "механизм обнаружения виртуальной несущей".
Обмен короткими кадрами RTS и CTS позволяет снизить вероятность коллизий. Обратим также внимание на то, что в окончательном варианте протокола все станции должны воздерживаться от передачи, если они слышат RTS или CTS.
Стандарт предусматривает две возможные архитектуры сети: постоянная сеть (Infrastructure Network) и временная сеть (Ad Hoc Network). Постоянная сеть имеет проводную инфраструктуру с точками доступа, через которые беспроводные клиенты могут взаимодействовать с обычной сетью. Точка доступа вместе с находящимися в радиусе ее действия клиентами называется базовым сервисным комплексом (Basic Service Set, BSS). Временная сеть позволяет организовать взаимный обмен информацией непосредственно между беспроводными клиентами. Создаваемая на временной основе, такая сеть не поддерживает доступ к проводной сети и не нуждается в использовании точек доступа (см. Рисунок 4).
Рисунок 4.
В постоянной сети беспроводные клиенты могут взаимодействовать с проводной сетью через точки доступа; во временной сети клиенты способны обмениваться информацией друг с другом без помощи точек доступа.
ТРИ КИТА
На физическом уровне стандарт 802.11 определяет три различных метода передачи: две технологии радиочастотной передачи в размытом спектре и одну технологию инфракрасной передачи. Здесь мы рассмотрим только первые два метода, поскольку большинство выпускаемых продуктов используют именно их.
Технология размытого спектра известна еще со времен второй мировой войны. Как следует из названия, передаваемый сигнал "размазан" по широкому частотному диапазону. Она получила распространение благодаря устойчивости к вражеским помехам. Очевидно, что эта особенность технологии актуальна и для современного бизнеса, так как компаниям приходится зачастую доверять радиоволнам важную конфиденциальную информацию.
IEEE определяет два вида технологии размытого спектра: прямой последовательности и скачущей частоты. Оба они определены в диапазоне от 2,4 до 2,4835 ГГц (данный диапазон во многих странах мира является безлицензионным) и обеспечивают возможность передачи со скоростью 1 или 2 Мбит/с (в зависимости от зашумленности эфира).
Технология прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) предусматривает модуляцию исходных данных с помощью широкополосного сигнала. Приемнику известен модулирующий сигнал, поэтому он может восстановить исходный сигнал. Первоначально многие выпускаемые продукты были рассчитаны на работу в диапазоне от 902 до 928 МГц. Однако во многих странах этот диапазон требовал получения лицензии на использование, к тому же он был слишком узок и вскоре оказался чересчур зашумлен. Диапазон же на частоте 2,4 ГГц более широк, чем при 900 МГц.
Технология скачущей частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) предусматривает передачу коротких серий данных на одной частоте, затем на другой, потом на третьей и т. д. Конкретная последовательность используемых частот называется последовательностью скачков и должна быть синхронизирована между передающей и принимающей станциями, иначе они не смогут услышать друг друга. Кроме того, она позволяет осуществлять несколько обменов данными одновременно в одном и том же диапазоне частот - постольку поскольку каждый пользователь работает со своей уникальной последовательностью частот. Благодаря этому обстоятельству она более рационально использует доступный диапазон частот.
Американская федеральная комиссия по связи требует, чтобы в случае FHSS последовательность скачков имела не менее 75 различных частот, а передача на какой-либо конкретной частоте длилась не более 400 мс. При наличии помех на какой-либо частоте передача данных повторяется на следующей частоте.
Системы на базе DHSS и FHSS не могут взаимодействовать друг с другом ввиду различия применяемых методов передачи. В большинстве случаев компании придется ограничиться каким-либо одним методом.
ОТКРЫТЫЙ ДОСТУП
Вопрос лицензирования частот оставался, наверное, самым болезненным при применении беспроводных технологий, так как в отличие от всего мира в России диапазон 2,4 ГГц является закрытым. Совсем недавно, благодаря усилиям общественных и коммерческих организаций и содействию Комитета по информационной политике и связи Государственной Думы Российской Федерации, вопрос этот удалось решить. Государственный Комитет по радиочастотам принял постановление "Об условиях использования радиочастот в диапазоне 2400-2483,5 МГц". Согласно этому решению, юридическим и физическим лицам разрешается использование отдельных радиочастот в пределах указанного диапазона без оформления решения ГКРЧ в каждом конкретном случае.
Принятие стандарта решило далеко не все вопросы. Например, стандарт не определяет, как одна точка доступа будет передавать своего беспроводного клиента другой точке доступа при его выходе за пределы радиуса ее действия, т. е. как беспроводная сеть будет поддерживать роуминг.
Стандарт продолжает эволюционировать и дальше. Так, рабочая группа 802.11 планирует заняться подготовкой спецификаций на передачу со скоростью 10 Мбит/с в диапазоне 5,2 ГГц.
В данной статье в лабораторных работах изучается технология беспроводных локальных сетей по стандарту IEEE 802.11. Стандарт IEEE был разработан институтом инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers). Отсюда он и получил своё название. Данный стандарт определяет локальные сети Ethernet; поэтому модель TCP/IP не определяет сети Ethernet в своих запросах на комментарии, а ссылается на документы IEEE Ethernet. Все работы будут выполняться в программе Cisco Packet Tracer.
Концепция беспроводных сетей
Многие пользователи регулярно пользуются услугами и устройствами беспроводных локальных сетей (Wireless LAN — WLAN). На текущий момент времени растёт тенденция использования портативных устройств, таких как ноутбуки, планшеты, смартфоны. Также сейчас активно развиваются концепции «умного дома», большинство устройств которого подключаются «по воздуху». В связи с этим возникла потребность беспроводного подключения во всех людных местах: на работе, дома, в гостинице, в кафе или книжном магазине. С ростом количества беспроводных устройств, которые подключаются через сеть WLAN, выросла популярность беспроводных сетей.
Ниже представлена упрощённая схема работы сети в «Доме книги» на Невском проспекте в Санкт-Петербурге.
Портативные компьютеры посетителей взаимодействуют с устройством WLAN, называемым беспроводной точкой доступа (Access Point). Точка доступа использует радиоканал для отправки и получения фреймов (отдельных, законченных HTML-документов, которые вместе с другими HTML-документами могут быть отображены в окне браузера) от клиентского устройства, например, компьютера. Кроме того, точка доступа подключена к той же сети Ethernet, что и устройства, обеспечивающие работу магазина, следовательно, и покупатели, и сотрудники могут искать информацию на дистанционных веб-сайтах.
Сравнение беспроводных локальных сетей с локальными сетями
Беспроводные локальные сети во многом похожи с локальными сетями, например, оба типа сетей позволяют устройствам взаимодействовать между собой. Для обеих разновидностей сетей работает стандарт IEEE (IEEE 802.3 для сетей Ethernet и 802.11 — для беспроводных сетей). В обоих стандартах описан формат фреймов сети (заголовок и концевик), указано, что заголовок должен иметь длину 6 байтов и содержать МАС-адреса отправителя и получателя. Оба стандарта указывают, как именно устройства в сети должны определять, когда можно передавать фрейм в среду, а когда нельзя.
Основное отличие двух типов сетей состоит в том, что для передачи данных в беспроводных сетях используется технология излучения энергии (или технология излучения радиоволн), а в сетях Ethernet используется передача электрических импульсов по медному кабелю (или импульсов света в оптическом волокне). Для передачи радиоволн не нужна специальная среда работы, обычно говорят, что «связь происходит по воздуху», чтобы подчеркнуть, что никакой физической сети не надо. В действительности любые физические объекты на пути радиосигнала (стены, металлические конструкции и т.п.) являются препятствием, ухудшающим качество радиосигнала.
Стандарты беспроводных локальных сетей
IEEE определяет четыре основных стандарта WLAN 802.11: 802.11a, 802.11b, 802.11g и 802.11n.
Наибольшее влияние на стандарты беспроводных сетей оказали следующие четыре организации (см. таблицу ниже)
Сравнение стандартов WLAN
— OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов)
Помимо основных стандартов из таблицы существуют дополнительные стандарты, которые указаны ниже.
• 802.11 — изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/c, 2,4 ГГц и ИК стандарт (1997).• 802.11c — процедуры операций с мостами; включен в стандарт IEEE 802.1D (2001).
• 802.11d — интернациональные роуминговые расширения (2001).
• 802.11e — улучшения: QoS, пакетный режим (packet bursting) (2005).
• 802.11h — распределённый по спектру 802.11a (5 GHz) для совместимости в Европе (2004).
• 802.11i — улучшенная безопасность (2004).
• 802.11j — расширения для Японии (2004).
• 802.11k — улучшения измерения радиоресурсов.
• 802.11l — зарезервирован.
• 802.11m — поправки и исправления для всей группы стандартов 802.11.
• 802.11o — зарезервирован.
• 802.11p — WAVE — Wireless Access for the Vehicular Environment (беспроводной доступ для среды транспортного средства).
• 802.11q — зарезервирован, иногда его путают с 802.1Q.
• 802.11r — быстрый роуминг.
• 802.11s — ESS Wireless mesh network[en] (Extended Service Set — расширенный набор служб; Mesh Network — многосвязная сеть).
• 802.11u — взаимодействие с не-802 сетями (например, сотовыми).
• 802.11v — управление беспроводными сетями.
• 802.11w — Protected Management Frames (защищенные управляющие фреймы).
• 802.11x — зарезервирован и не будет использоваться. Не нужно путать со стандартом контроля доступа IEEE 802.1X.
• 802.11y — дополнительный стандарт связи, работающий на частотах 3,65-3,70 ГГц. Обеспечивает скорость до 54 Мбит/с на расстоянии до 5000 м на открытом пространстве.
• 802.11ac — новый стандарт IEEE. Скорость передачи данных — до 6,77 Гбит/с для устройств, имеющих 8 антенн. Утверждён в январе 2014 года.
• 802.11ad — новый стандарт с дополнительным диапазоном 60 ГГц (частота не требует лицензирования). Скорость передачи данных — до 7 Гбит/с
Также присутствуют две рекомендации. Буквы при них заглавные.
• 802.11F — Inter-Access Point Protocol (протокол обмена служебной информацией для передачи данных между точками доступа. Данный протокол является рекомендацией, которая описывает необязательное расширение IEEE 802.11, обеспечивающее беспроводную точку доступа для коммуникации между системами разных производителей).
• 802.11T — Wireless Performance Prediction (WPP, предсказание производительности беспроводного оборудования) — методы тестов и измерений (метод представляет собой набор методик, рекомендованных IEEE для тестирования сетей 802.11: способы измерений и обработки результатов, требования, предъявляемые к испытательному оборудованию).
Основные устройства и условные знаки в работе с Wi-Fi
1. Точка доступа – это беспроводной «удлинитель» проводной сети
2. Роутер – это более «умное» устройство, которое не просто принимает и передает данные, но и перераспределяет их согласно различным установленным правилам и выполняет заданные команды.
3. Облако – настроенная часть сети
4. Wi-Fi соединение
5. Прямая линия — кабель (витая пара)
Основные способы использования Wi-Fi
1. Wi-Fi мост – соединение двух точек доступа по Wi-Fi
2. Wi-Fi роутер – подключение всех устройств к роутеру по Wi-Fi (вся сеть подключена беспроводным способом).
3. Wi-Fi точка доступа – подключение части сети для беспроводной работы
Задания лабораторной работы.
1. Создать и настроить второй и третий вариант использования Wi-Fi в Cisco Packet Tracer.
2. Настроить мост между двумя точками доступа (первый вариант использования Wi-Fi) на реальном оборудовании.
Выполнение лабораторной работы.
Задание №1 (вариант сети №2)
1. Создадим на рабочем поле Packet Tracer Wi-Fi маршрутизатор (он же Wi-Fi роутер)
2. Создадим маршрутизатор от провайдера (допустим, название провайдера – «Miry-Mir»). Я выбрал маршрутизатор Cisco 1841.
3. Соединяем их кросс-кабелем (пунктирная линия), так как устройства однотипные (роутеры). Соединяем так: один конец в Router1 в FastEthernet 0/0, а другой конец в Wireless Router0 в разъём Internet, так как Router1 раздаёт нам Интернет.
4. Настроим Интернет роутер (Router1) для работы с сетью. Для этого перейдём в настройки роутера дважды кликнув по нему и перейдём во вкладку CLI (Command Line Interface).
В диалоге «Would you like to enter the initial configuration dialog? [yes/no]:» (Вы хотите войти в начальное диалоговое окно конфигурации) пишем «no».
Пишем следующую последовательность команд:
По традиции, рассмотрим их по порядку.
1) En – enable. Расширенный доступ к конфигурации
2) Conf t – Configuration terminal. Открывает терминал настройки
3) int fa0/0 – interface fastEthernet0/0. Переходим к настройки указанного порта (в нашем случае к fastEthernet0/0)
4) ip address 120.120.0.1 255.255.255.0 – задаётся IP адрес и его маска. Адрес – 120.120.0.1 (допустим, это адрес нам дал провайдер), маска – /24.
5) no shut – no shutdown. Включить, настроенный нами, интерфейс
6) End – завершения настройки.
7) wr mem – write memory. Сохранение конфигураций.
5. Настроим беспроводной роутер (Wireless Router0) для работы с сетью. Для этого, как и в случае с предыдущим роутером, перейдём в настройки роутера дважды кликнув по нему. Во вкладках выберем графический интерфейс пользователя (GUI — graphical user interface). Такой режим будет отображён при вводе в любом браузере адреса роутера.
Выставим следующие настройки:
Internet Connection Type – Static IP
Internet IP Address – 120.120.0.2
Subnet Mask – 255.255.255.0
Default Gateway – 120.120.0.1
Router IP – 192.168.0.1
Subnet Mask (Router IP) – 255.255.255.0
Start IP Address – 192.168.0.100
Maximum numbers of Users – 50
И внизу страницы нажимаем кнопку «Save settings»
Разбор настроек:
Мы выбрали статический IP, так как провайдер выдал нам белый IP адрес (120.120.0.1/24). Путь по умолчанию (Default Gateway) – это адрес роутера от провайдера. Адрес роутера со стороны беспроводных устройств – 192.168.0.1/24. Роутер будет раздавать IP с 100 по 150.
6. Переходим во вкладку Wireless, то есть беспроводное подключение.
Выставляем следующие настройки:
Network Mode – Mixed
Network Name (SSID) – Habr
Radio Band – Auto
Wide Channel – Auto
Standard Channel – 1 – 2.412GHz
SSID Broadcast – Disabled
И внизу страницы нажимаем кнопку «Save settings»
Режим работы роутера мы выбрали смешанный, то есть к нему может подключиться любое устройство, поддерживающее типы роутера (в эмуляторе Cisco Packer Tracer – это g, b и n). Имя сети мы выставили Habr. Ширину канала роутер выберет сам (есть возможность выбрать либо 20, либо 40 мегагерц). Частота в эмуляторе доступна только 2,4GHz её и оставим. Имя сети мы скрыли, то есть устройства не увидят нашей сети Wi-Fi, пока не введут её название.
7. Настроим защиту нашего роутера. Для этого перейдём во вкладку Security и в пункте «Security Mode» выберем WPA2 Personal, так как WPA – уязвимая защита. Выбирать WPA2 Enterprise, тоже, не стоит, так как для ей работы нам потребуется радиус сервер, которым мы не занимались. Алгоритм шифрования оставляем AES и вводим кодовое слово. Я выставил Habrahabr.
8. Добавим 3 устройства, как на схеме (смартфон, ноутбук и компьютер). Затем заменим разъёмы под rj-45 на Wi-Fi антенну (в смартфоне по умолчанию антенна).
9. Во вкладке Config выстави настройки, которые выставлялись на роутере. Данную операцию необходимо проделать на всех устройствах.
10. Переходим на рабочий стол любого компьютера и открываем командную строку.
11. Проверим какие адреса роутер выдал устройствам. Для этого введём команду ipconfig.
Как видно на скриншоте, роутер выдаёт адреса от 192.168.0.100 до 192.168.0.150.
12. Проверяем работоспособность сети из любого устройства командой ping. Пинговать будем 2 адреса – адрес роутера (192.168.0.1) и белый адрес (120.120.0.1), то есть проверим сможет ли устройство выйти в Интернет.
Снова, всё работает.
В итоге у нас получилась Wi-Fi сеть, которая изображена во втором варианте использования
Задание №1 (вариант сети №3)
2. Создадим точку доступа на рабочем поле программы и соединим её со свитчем. При желании точку доступа можно настроить (Port 0 – это физический порт, а Port 1 – беспроводной)
3. Создадим ещё один VLAN для беспроводной точки доступа.
4. Добавим в настройках роутера 0 VLAN 4, а также добавим его в access лист для выхода в интернет.
Так как это мы проделывали в предыдущих лабораторных работах (по VLAN и PAT), подробно останавливаться не буду, но пропишу все команды на устройствах
Роутер (DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol — протокол динамической настройки узла). Сетевой протокол, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP)
Здесь остановлюсь поподробнее, так как ранее мы не встречались с данным параметром.
Роутер (access лист)
Добавим смартфон на рабочую область Packet Tracer и пропингуем ПК, сервер и Интернет, то есть 192.168.2.2, 192.168.3.2, 120.120.53.1.
Как видно, всё работает.
Задание №2 (вариант сети №1)
К сожалению, в Packet Tracer нет возможности создать Wi-Fi мост (он же репитер или повторитель), но мы сделаем это простое действие на реальном оборудовании в графической среде.
Оборудование, на котором будут проводиться настройки – роутер ASUS RT-N10 и, так называемый, репитер TP-LINK TL-WA850RE.
Перейдём к настройке роутера Asus. Для этого откроем браузер и введём адрес роутера (по умолчанию он сам откроется)
Переходим во вкладку «Беспроводная сеть» и выставим настройка как на скринжоте ниже.
Переходим во вкладку «ЛВС» (локальная вычислительная сеть) и выставляем следующие настройки.
Переходим в главную вкладку. Там мы можем посмотреть наш MAC-адрес
Переходим к настройке репитора TP-LINK
Нам автоматически устройство выдаст главное меню и режим быстрой настройки. Нажмём «Выход» и выполним настройку сами.
Переходим во вкладку «Сеть» и выставим следующие настройки.
Переходим во вкладку «Беспроводной режим» и настраиваем входной и выходной поток.
Во вкладке «Профиль» мы видим все созданные нами профили. Нажмём кнопку «Изменить»
Настроим безопасность выходной сети добавлением ключа WPA2.
Переходим в главное меню и выбираем пункт «Подключить» в «Беспроводном соединении». Далее последует настройка моста. Возможно потребуется ввод пароля от роутера Asus.
После нажатия кнопки будет загрузка конфигураций
И вуаля! Всё готово!
Для того, чтобы не путаться к какому устройству подключаться, можно скрыть SSID на роутере Asus
Wi-Fi — это стандарт беспроводного подключения LAN для коммуникации разных устройств, относящийся к набору стандартов IEEE 802.11. Wi-Fi использует радиоволны (так же, как Bluetooth и сотовые сети) для коммуникации устройств в малом масштабе, например: в домах, торговых центрах, на площадях и т. д. Wi-Fi — это самый недорогой и быстрый способ передачи данных на короткие расстояния, включая просмотр веб-страниц, онлайн-игры, видеостриминг и VoIP-вызовы. В 2019 году количество поставленных Wi-Fi устройств превысило 310 млн.
Пользовательский опыт: высокая скорость, низкая задержка, использование в разных условиях на разных типах устройств.
- Самая используемая технология беспроводной коммуникации.
- Основное средство доступа к мировому интернет-трафику.
- Сфера экономики объёмом почти 2 трлн долларов США.
- Рост: в 2019 году общее количество поставленных устройств достигло 4 млрд, а используемых устройств — 13 млрд [1] .
Но всегда ли нужно покупать новый роутер с новейшими технологиями?
Количество устройств
Рекомендуемый стандарт
Просмотр веб-страниц, работа с почтой, общение по видео или телефонные звонки через интернет
Всё вышеперечисленное + загрузка больших файлов и видеостриминг в прямом эфире
Wi-Fi 5 или Wi-Fi 6
Далее, определите нужную площадь охвата. Окружающая обстановка довольно сильно влияет на покрытие и производительность беспроводных устройств.
В разных домах из-за радиопомех (также известных как затухание сигнала) и разной чувствительности приёма клиентов один и тот же роутер будет работать по-разному. В целом, подключение будет хорошим, если использовать диапазон 2,4 ГГц в пределах 20 метров, а 5 ГГц — в пределах 15 метров. Увеличить охват помогают антенны с коэффициентом высокого усиления, технология Beamforming и другие факторы.
Если скорости или покрытия роутера недостаточно, можно призадуматься об использовании OneMesh или Deco Mesh Wi-Fi.
1) OneMesh TM : недорогая Mesh-сеть с имеющимися устройствами TP-Link
Подробнее об устройствах OneMesh
Если роутер поддерживает функцию Speedtest®, можете запустить тест прямо из веб-интерфейса управления или приложения Tether.
Ниже представлено несколько способов повышения скорости Wi-Fi.
1) Подойдите ближе к Wi-Fi роутеру
От расстояния между роутером и вашим устройством зависит скорость Wi-Fi — чем ближе устройство к роутеру, тем лучше подключение.
2) Найдите хорошее место для Wi-Fi роутера
Для максимального покрытия размещайте Wi-Fi роутер посередине открытого пространства и подальше от электроники, от которой могут быть помехи, такой как микроволновые печи, холодильники и беспроводные телефоны.
3) Обновите прошивку Wi-Fi роутера
В новых прошивках могут быть исправлены надоедливые ошибки, оптимизирована производительность, а иногда даже добавлена поддержка более высокой скорости. Обновить прошивку роутера TP-Link можно в веб-интерфейсе управления роутера или в приложении Tether. Новые прошивки также доступны на официальном сайте TP-Link, откуда их можно бесплатно загрузить.
4) Смените диапазон и канал Wi-Fi
Если роутер двухдиапазонный (например, TP-Link Archer C7), для увеличения скорости и уменьшения помех можно сменить диапазон с 2,4 ГГц на 5 ГГц. Если у роутера только один диапазон 2,4 ГГц, попробуйте выбрать статический канал 1, 6 или 11.
5) Приоритизируйте сетевой трафик при помощи QoS
Онлайн-игры, видеозвонки и онлайн-фильмы сильно нагружают пропускную способность. Если на роутере (например, TP-Link Archer C4000) есть функция QoS (приоритизация), можно приоритизировать интернет‑трафик для конкретных онлайн-задач, таких как онлайн‑игры или стримы. Задачам с высоким приоритетом будет выделена дополнительная пропускная способность, поэтому они будут работать плавно даже при большой загруженности сети.
Усилители сигнала (RE)
Усилители сигнала это отличное решение при недостаточном Wi-Fi покрытии. Разместите усилитель примерно посередине между роутером и зоной Wi-Fi со слабым сигналом. Усилитель будет получать и повторять Wi-Fi сигнал роутера вокруг себя, таким образом расширяя покрытие беспроводной сети.
Для выбора подходящего усилителя для домашней сети перейдите в раздел усилителей сигнала.
Оборудование Powerline (PLC)
Адаптеры Powerline используют электропроводку для передачи данных и создания интернет-подключения там, где есть розетка. Это удобно, потому что для увеличения покрытия не нужно прокладывать по всему дому кучу кабелей Ethernet — просто подключите адаптеры Powerline в розетку, а затем подключите их к роутеру. Это создаст высокоскоростную сеть (почти такую же, как проводную), поскольку стены и другие преграды не смогут помешать, как это происходит с усилителями сигнала.
Для выбора подходящего оборудования Powerline для домашней сети перейдите в раздел оборудования Powerline.
Однако надо не забывать, что при этом оба адаптера Powerline должны находиться в одной электрической цепи. Если в доме несколько электрических цепей, нужно убедиться, что обе розетки, в которые вы подключаете адаптеры Powerline, относятся к одной и той же электрической цепи.
Mesh Wi-Fi
Mesh Wi-Fi это Wi-Fi система, созданная для устранения зон со слабым сигналом и обеспечения непрерывного Wi-Fi на каждом квадратном сантиметре дома. Одно из главных преимуществ заключается в том, что у всех устройств общее имя сети, поэтому не надо вручную переподключать свои устройства в поисках более мощного сигнала, как это происходит с точками доступа или адаптерами Powerline. При перемещении по дому телефон или планшет автоматически подключится к устройству Deco с самой высокой скоростью, благодаря чему образуется по-настоящему бесшовная сеть Wi-Fi.
Для выбора подходящего оборудования Mesh Wi-Fi перейдите в раздел оборудования Mesh Wi-Fi.
Беспроводные сети (Wireless LAN, WLAN) базируются на технологии локальных вычислительных сетей со связью по радиоканалу, описанной в стандарте IEEE 802.11. Эта технология дает пользователю возможность ощущать себя как в привычной Etherne t-сети, используя в качестве физической среды передачи информации радиоволны. Стандартом на WLAN от 1999 года определены диапазоны частот для связи и скорости передачи данных.
Структура беспроводной сети задается базовой WLAN-станцией, называемой точной доступа (или, иногда, шлюзом), подключенным к обычной Etherne t-сети и создающим соту с радиодоступом. В пределах этой соты клиенты посредством радиосвязи могут подключаться к Ethernet-сети.
Поскольку точка доступа может работать и как WLAN-клиент, сеть из нескольких точек доступа может функционировать как беспроводная сеть.
Связь с использованием стандартов семейства IEEE 802.11 отличается в плане используемых частот и скоростей обмена информацией — от 1,2 Мбит/с на частоте 2,4 ГГц, описанных в стандарте IEEE 802.11, до 54 Мбит/с на частоте 2,4 ГГц по стандарту IEEE 802.11g, и от 54 Мбит/с на 5 ГГц в стандарте IEEE 802.11а до 500 Мбит/с на частоте 5 ГГц по ожидаемому в ближайшем будущем стандарту IEEE 802.11n.
Однако, с увеличением частот и скоростей передачи, размеры радиочастотной соты и, соответственно, максимальное расстояние между точкой доступа и клиентом, уменьшаются. Ясно, что максимально возможное расстояние от точки доступа до клиента зависит от среды распространения радиоволн в пределах соты WLAN, где используется система. Как известно, железобетонные перекрытия, как и множество помех, излучаемых различным оборудованием, существенно снижают максимальную дальность связи. Кроме того, при распространении радиоволн имеет место явление интерференции, что также снижает радиус действия WLAN-систем. В зависимости от излучаемой мощности и чувствительности приемника на открытой местности максимальное расстояние между точкой доступа и клиентом может составлять до 300 м, а в офисных зданиях — до 50 м. В заводских корпусах оно обычно меньше 50 м.
Специальные антенны, как на WLAN-станции, так и на клиентском оборудовании, могут позволить значительно увеличить максимальную дальность. При использовании узконаправленных антенн с высоким коэффициентом усиления возможна работа на расстояниях до 20 км.
Рис 1. Базовая структура системы WLAN, сетевой уровень wireless backbone — терминал беспроводной связи
Для снижения влияния паразитных помех на качество передачи и, тем самым, для достижения максимальной производительности WLAN-систем применяют специальные стратегии, известные как системы с расширенным спектром — FHSS (расширенный спектр с частотными скачками несущей) и DSSS (расширенный спектр с прямой последовательной сменой несущей).
Обе технологии используют для передачи весь отведенный WLAN-системе диапазон частот. Для диапа зона 2,4 ГГц под передачу данных отводится вся полоса шириной 83 МГц. В пределах этой полосы можно использовать различные частоты.
В технологии FHSS используются различные поднесущие, изменяющиеся в предопределенном порядке. Порядок перебора поднесущих известен как точке доступа, так и клиенту. Если на одной из поднесущих появляется помеха, передача будет повторена на другой. В технологии DSSS все поднесущие передаются одновременно. Передаваемые биты кодируются псевдослучайным образом и накладываются на все поднесущие. Как точке доступа, так и клиенту известен способ кодирования, поэтому приемник способен декодировать переданное сооб щение. Обе стратегии — FHSS и DSSS — способны устранить влияние паразитных помех при небольшой полосе. Однако они не могут устранить проблемы, вызываемые информационной перегрузкой WLAN-системы, которая может возникнуть, когда много систем начинают работать параллельно.
WLAN в промышленности: повышая гибкость, снижая затраты
Использование технологии беспроводных сетей в промышленности не только существенно добавляет гибкости — оно способно также сэкономить организациям значительные сумм ы. В современных распределенных системах управления и сбора данных датчики и исполнительные устройства становятс я все более и более «интеллектуальными» и действуют как «умные контроллеры», обеспечивая гораздо более высокое качество управления по сравнению с обычными устройствами. Такие системы подключают к головному программируемому контроллеру, в качестве физического уровня используя коаксиальный кабель или медную витую пару. Значительная доля затрат для таких систем управления приходится на кабели, в данном случае — на Ethernet-кабели. Если в процессе разработки или эксплуатации такой системы возникнет необходимость внести изменения, расширить сеть или адаптировать ее к новому оборудованию, это повлечет за собой дополнительные высокие затраты на подключение новых датчиков или исполнительных механизмов, не говоря уже о том, какие материальные и временные ресурсы потребуются для дополнения и внесения изменений в топологию такой кабельной сети. В этой ситуации беспроводные ЛВС способны снизить затраты на кабели и повысить гибкость системы в отношении возможностей ее модификации. Это можно проиллюстрировать на следующем сценарии.
Прежде всего, для каждой отдельной машины или промышленного робота одна точка доступа подключается к порту Ethernet головного контроллера. Затем программы-агенты (акторы) могут быть реализованы по беспроводной технологии в радио-соте, создаваемой данной точкой доступа. Беспроводные клиенты оборудованы интерфейсом Ethernet для соединения датчиков и акторов; в новейших разработках WLAN-модули уже интегрированы непосредственно в «умные контроллеры», что означает возможность оперативного внесения изменений в исполнительные устройства. Реализация дополнительных датчиков в такой ситуации уже не создаст непреодолимых проблем. Другим немаловажным преимуществом является возможность прямого доступа к датчикам на сетевом уровне модели OSI (протокол IP). «Умные контроллеры» часто комплектуются интегрированным web-сервером, что позволяет передавать текущий статус и диагностическую информацию в процессе работы за пределы опасной зоны на удаленный компьютер для последующего анализа. Беспроводные адаптеры уже встраиваются в сервисное и диагностическое оборудование в автомобильном секторе, так что программы и микрокод можно загружать в приборы через сеть Интернет непосредственно из офиса.
Wireless-решения на российском рынке
Российский рынок беспроводных решений непрерывно растет. Наиболее широко на нем представлены устройства, предназначенные для применения в офисах, организации беспроводного доступа в Интернет-кафе, гостиницах, выставочных центрах и т. д. К сожалению, компании, работающие в области промышленной автоматизации, только присматриваются к беспроводным технологиям передачи данных и не спешат применять их на производстве. Это неудивительно, так как для организации беспроводного доступа в Интернет или создания небольшой офисной сети, как правило, используются готовые модули, с готовым программным обеспечением. Разработчику же средств промышленной автоматизации приходится иметь дело с оборудованием на порядок сложнее.
Рис 2. Применение сети WLAN в промышленной автоматизации access client mode — режим — «Клиент» access Point mode — режим «точка доступа к сети»
Зачастую перед разработчиком средств промышленной автоматизации стоит задача не разработки «с нуля» некоего устройства, оснащенного системой беспроводной связи, а модернизации уже эксплуатируемой системы с целью обеспечения ее средствами WLAN. В данном случае очень важно применение таких решений, которые позволили бы в короткие сроки и без значительных затрат осуществить данную модернизацию или включить опцию WLAN в уже разработанное устройство, не внося при этом значительных конструктивных изменений. Одним из решений такой задачи может являться применение модулей семейства Connect Wi-XX производства компании Digi International. Данные модули представляют собой встраиваемые сервера устройств, снабженные программным обеспечением, позволяющим использовать модули как устройства ‘Plug-and-Play’. Они могут не только осуществлять передачу информации по сетевому стандарту 802.11b, но и выполнять обработку информации, поступающей в модуль, по последовательному протоколу (модуль оснащен высокоскоростным TTL-интерфейсом). Встроенное программное обеспечение ‘Plug-and-Play’ предусматривает функционирование модуля в одном из следующих режимов:
RealPort — в данном режиме модуль работает как виртуальный COM-порт. На компьютере, который будет связан с модулем, требуется установка специального программного обеспечения.
TCP Socket — модуль работает как преобразователь «последовательный протокол — TCP-протокол». Таким образом, к устройству, оснащенному модулем Digi, можно обращаться по определенному IP-адресу (может быть изменен пользователем). В данном режиме модуль полностью автономен и не требует установки дополнительного программного обеспечения.
UDP Socket — модуль «принимает» информацию по последовательному протоколу и «рассылает» ее по указанным IP-адресам, используя протокол UDP.
Serial bridge — Система из двух или более модулей образует «мост» для передачи пакетов информации, полученной в формате какого-либо последовательного протокола, посредством WLA N. То есть, к примеру, можно посредством WLAN связать два устройства, имеющих COM-порт.
Рис 3. Пример использования WLAN в промышленной автоматизации
Режим эмуляции модема. В данном режиме передача информации ведется согласно протоколу PSTN (Public Switched Telephone Network). Управление установкой связи и передачей пакетов информации ведется стандартными АТ-командами.
Режим настроек пользователя. В данном режиме пользователь может запрограммировать реакцию модуля на поступление сигнала (высокого или низкого уровня напряжения) на один из 5 портов общего назначения. Реакцией может являться отправка электронного письма, содержание которого заранее задается пользователем, на указанный e-mail. Данный режим особенно удобен при использовании модуля для контроля критических параметров на производстве и в охранных системах.
Приятной отличительной особенностью модуля является то, что для начала работы с ним не требуется приобре тения «Пакета разработчика». Вся необходимая документация и программное обеспечение предоставляются при покупке самого модуля. Однако, если разработчик хочет быстрее начать работу и сэкономить время на согласовании модуля с основным устройством, есть возможность приобретения пакета разработчика — Integration kit, в состав которого входит отладочная плата, а также все необходимые разъемы и кабели.
Возможно, набор функций, включенный в стандартное ПО, чем-то не устроит разработчика, и ему потребуется создание собственной программы. Есть два варианта решения данной проблемы:
- можно создать ПО самому и перепрошить микропрограмму модуля. Для это й цели поставляется пакет разработчика «Digi Developmet Kit», включающий в себя все необходимые утилиты и средства разработки и отладки.
- При крупном заказе (от 1000 шт. и более) компания Digi International готова самостоятельно внести изменения во внутреннее программное обеспечение модулей.
Помимо многофункционального программного обеспечения следует отметить компактный размер данного модуля (49,4×19,05×18,67 мм), невысокое энергопотребление (max 1,32 Вт) и работу при температуре от –20 до +85°С.
Все вышеперечисленные особенности делают модули семейства Digi Connection ME одним из самых удачных решений в соответствующем сегменте рынка беспроводных технологий, а если учесть ‘Plug-and-play’ ПО, то, пожалуй, и единственным подходящим для обеспечения средств промышленной автоматики, систем «умного дома» или охранных систем беспроводными средствами коммуникации, работающих по стандартным протоколам.
Читайте также: