WLAN (Wireless Local Area Network)

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 03:00, 24 января 2017.

Беспроводная локальная сеть (англ. Wireless Local Area Network; Wireless LAN; WLAN) — локальная сеть, построенная на основе беспроводных технологий. При таком способе построения сетей передача данных осуществляется через радиоэфир; объединение устройств в сеть происходит без использования кабельных соединений. Наиболее распространенным на сегодняшний день способом построения является Wi-Fi. Из-за дешевизны и простоты установки Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет различными организациями. Например, в некоторых кафе, отелях, вокзалах и аэропортах можно обнаружить бесплатную точку доступа Wi-Fi.

История

Норман Абрамсон, профессор Гавайского Университета, разработал первую в мире беспроводную сеть - ALOHAnet, работавшую в 1971 году и использовавшую дешёвые радиолюбительские передатчики. Сеть включала 7 компьютеров, расположенных на 4 островах и соединённых с цетральным копьютером на острове Оаху без использования проводных линий.

Оборудование для беспроводных локальных сетей изначально стоило много и использовалось только там, где прокладка кабеля была сложной или невозможной. Раннее развитие включала различные отраслевые стандарты и проприетарные протоколы, но в конце 90х они были заменены стандартами, в основном - различными версиями IEEE 802.11 (под брендом Wi-Fi). Начиная с 1991 года Европейский институт телекоммуникационных стандартов начал разработку стандарта HiperLAN/1, а затем и HiperLAN/2, закончив их разработку соотвественно в 1996 и 2000 годах. Оба европейских стандарта не получили такого коммерческого успеха, как 802.11, хотя часть работы над стандартом HiperLAN/2 была использована в качестве физического уровня (PHY) для стандарта IEEE 802.11a.

В 2009 году в стандарт 802.11 был добавлен 802.11n, работающий как в диапазоне 2.4ГГц, так и 5ГГц, с максимальной скоростью до 600Мбит/с. Многие современные роутеры могут использовать оба диапазона одновременно ("dualband"), что позволяет избегать активно используемого 2.4ГГц диапазона, в котором также работают Bluetooth-устройства и микроволновые печи. Также, диапазон 5ГГц шире, чем 2.4ГГц - содержит больше каналов, что позволяет беспрепятственно работать большему количеству устройств в одном месте. Не все каналы доступны во всех странах.

C 1997 по 2003 год разрабатывался стандарт беспроводных сетей HomeRF, предназначенный для домашнего использования. Консорциум компаний, занимавшийся разработкой этого стандарта, включал в себя такие компании, как Proxim Wireless, Intel, Siemens AG, Motorola, Philips и был распущен в 2003 году в связи с широкой доступностью других стандартов (Wi-Fi) домашним пользователям, а также их встроенной поддержкой в ОС Windows.

Подходы к классификации

По дальности действия

Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий.

  • По дальности действия:
    • Беспроводные персональные сети (WPAN — Wireless Personal Area Networks). Примеры технологий — Bluetooth.
    • Беспроводные локальные сети (WLAN — Wireless Local Area Networks). Примеры технологий — Wi-Fi.
    • Беспроводные сети масштаба города (WMAN — Wireless Metropolitan Area Networks). Примеры технологий — WiMAX.
    • Беспроводные глобальные сети (WWAN — Wireless Wide Area Network). Примеры технологий — CSD, GPRS, EDGE, EV-DO, HSPA.
Максимальные дальность и скорость
  • По топологии:
    • «Точка-точка».
    • «Точка-многоточка».
  • По области применения:
    • Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети — создаваемые компаниями для собственных нужд.
    • Операторские беспроводные сети — создаваемые операторами связи для возмездного оказания услуг.

Кратким, но ёмким способом классификации может служить одновременное отображение двух наиболее существенных характеристик беспроводных технологий на двух осях: максимальная скорость передачи информации и максимальное расстояние.

Применение

Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей:

  • Работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т. п.);
  • Соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети).

Для организации беспроводной сети в замкнутом пространстве применяются передатчики со всенаправленными антеннами. Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети — Ad-hoc и клиент-сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый «точка-точка») — это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент-сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент-сервер. Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство — 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала — 100 м, офис из нескольких комнат — 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа.

Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннми, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн — до 50 км). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). Комплексы для объединения локальных сетей по топологии делятся на «точку-точку» и «звезду». При топологии «точка-точка» (режим Ad-hoc в IEEE 802.11) организуется радиомост между двумя удаленными сегментами сети. При топологии «звезда» одна из станций является центральной и взаимодействует с другими удаленными станциями. При этом центральная станция имеет всенаправленную антенну, а другие удаленные станции — однонаправленные антенны. Применение всенаправленной антенны в центральной станции ограничивает дальность связи дистанцией примерно 7 км. Поэтому, если требуется соединить между собой сегменты локальной сети, удаленные друг от друга на расстояние более 7 км, приходится соединять их по принципу «точка-точка». При этом организуется беспроводная сеть с кольцевой или иной, более сложной топологией.

Мощность, излучаемая передатчиком точки доступа или же клиентской станции, работающей по стандарту IEEE 802.11, не превышает 0,1 Вт, но многие производители беспроводных точек доступа ограничивают мощность лишь программным путём, и достаточно просто поднять мощность до 0,2-0,5 Вт. Для сравнения — мощность, излучаемая мобильным телефоном, на порядок больше(в момент звонка - до 2 Вт). Поскольку, в отличие от мобильного телефона, элементы сети расположены далеко от головы, в целом можно считать, что беспроводные компьютерные сети более безопасны с точки зрения здоровья, чем мобильные телефоны.

Если беспроводная сеть используется для объединения сегментов локальной сети, удаленных на большие расстояния, антенны, как правило, размещаются за пределами помещения и на большой высоте.

Стандарты

Стандарты
Стандарт Технология Пропускная способность Радиус действия Частоты
IEEE 802.11a Wi-Fi до 54 Мбит/с до 100 метров 5,0 ГГц
IEEE 802.11b до 11 Мбит/с 2,4 ГГц
IEEE 802.11g до 54 Мбит/с
IEEE 802.11n до 300 Мбит/с (в перспективе до 450, а затем до 600 Мбит/с) 2,4—2,5 или 5,0 ГГц
IEEE 802.11ac до 3.39 Гбит/с / клиент; 6.77 Гбит/с / AP 2.4 + 5.0 ГГц

В стандарте 802.11 передача ведется по каналам (для 802.11g их 13 штук, но в некоторых странах из-за частотных ограничений число фактически доступных каналов может быть меньше).

Один из главных конкурентов 802.11 — стандарт HiperLAN2 (High Performance Radio LAN), разрабатывается при поддержке компаний Nokia и Ericsson. Следует заметить, что его разработка ведется с учетом обеспечения совместимости данного оборудования с системами, построенными на базе 802.11а.

Разрешение на использование частот в РФ

В России, в соответствии с решениями Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) от 7 мая 2007 г. № 07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия» [1] и от 20 декабря 2011 г. № 11-13-07-1, использование Wi-Fi без получения частного разрешения на использование частот возможно для организации сети внутри зданий, закрытых складских помещений и производственных территорий в полосах 2400—2483,5 МГц (стандарты 802.11b и 802.11g; каналы 1—13) и 5150-5350 МГц (802.11a и 802.11n; каналы 34-64). Для легального использования внеофисной беспроводной сети Wi-Fi (например, радиоканала между двумя соседними домами) необходимо получение разрешения на использование частот (как в полосе 2,4 ГГц, так и 5 ГГц) на основании заключения экспертизы о возможности использования заявленных РЭС и их электромагнитной совместимости (ЭМС) с действующими и планируемыми для использования РЭС.

В Москве 29 февраля 2016 было принято решение об использовании в России частотного диапазона 57—66 ГГц для устройств стандарта IEEE 802.11ad (WiGig). Принятое решение вносит изменения в решение ГКРЧ от 7 мая 2007 года № 07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия». Решением ГКРЧ также разрешено использование нового диапазона частот 5650—5850 МГц устройствами стандарта IEEE 802.11aс (Wi-Fi). Это позволит использовать канал до 160 МГц внутри зданий при развертывании сетей Wi-Fi стандарта 802.11aс. Также для диапазонов 5150—5350 МГц и 5650—5850 МГц вдвое была повышена допустимая мощность излучения. Теперь она составляет 10 мВт на 1 МГц.

Поддержка WLAN в ПО

  • ОС семейства BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD) могут работать с большинством адаптеров, начиная с 1998 года. Драйверы для чипов Atheros, Prism, Harris/Intersil и Aironet (от соответствующих производителей Wi-Fi устройств) обычно входят в ОС BSD начиная с версии 3. В OpenBSD 3.7, было включено больше драйверов для беспроводных чипов, включая RealTek RTL8180L, Ralink RT25x0, Atmel AT76C50x, и Intel 2100 и 2200BG/2225BG/2915ABG. Благодаря этому частично удалось решить проблему нехватки открытых драйверов беспроводных чипов для OpenBSD. Возможно некоторые драйверы, реализованные для других BSD-систем, могут быть перенесены, если они ещё не были созданы. NDISwrapper также доступен для FreeBSD.
  • OS X (прежнее название — Mac OS X). Адаптеры производства Apple поддерживались с системы Mac OS 9, выпущенной в 1999 году. С 2006 года все настольные компьютеры и ноутбуки Apple Inc. (а также появившиеся позднее телефоны iPhone, плееры iPod Touch и планшетные компьютеры iPad) штатно оснащаются адаптерами Wi-Fi, сеть Wi-Fi в настоящее время является основным решением Apple для передачи данных, и полностью поддерживается OS X. Возможен режим работы адаптера компьютера в качестве точки доступа, что позволяет при необходимости связывать компьютеры Macintosh в беспроводные сети в отсутствии инфраструктуры. Darwin и OS X, несмотря на частичное совпадение с BSD, имеют свою собственную, уникальную реализацию Wi-Fi.
  • Linux: Начиная с версии 2.6, поддержка некоторых Wi-Fi устройств появилась непосредственно в ядре Linux. Поддержка для чипов Orinoco, Prism, Aironet, Atmel, Ralink включена в основную ветвь ядра, чипы ADMtek и Realtek RTL8180L поддерживаются как закрытыми драйверами производителей, так и открытыми, написанными сообществом. Intel Calexico поддерживаются открытыми драйверами, доступными на SourceForge.net. Atheros поддерживается через открытые проекты. Поддержка других беспроводных устройств доступна при использовании открытого драйвера NDISwrapper, который позволяет Linux-системам, работающим на компьютерах с архитектурой Intel x86, «оборачивать» драйвера производителя для Microsoft Windows для прямого использования. Известна по крайней мере одна коммерческая реализация этой идеи. FSF создало список рекомендуемых адаптеров, более подробную информацию можно найти на сайте Linux wireless.
  • В ОС семейства Microsoft Windows поддержка Wi-Fi обеспечивается, в зависимости от версии, либо посредством драйверов, качество которых зависит от поставщика, либо средствами самой Windows.
    • Ранние версии Windows, такие как Windows 2000 и младше, не содержат встроенных средств для настройки и управления, и тут ситуация зависит от поставщика оборудования.
    • Microsoft Windows XP поддерживает настройку беспроводных устройств. И хотя первоначальная версия включала довольно слабую поддержку, она значительно улучшилась с выходом Service Pack 2, а с выходом Service Pack 3 была добавлена поддержка WPA2.
    • Microsoft Windows Vista содержит улучшенную по сравнению с Windows XP поддержку Wi-Fi.
    • Microsoft Windows 7 поддерживает все современные на момент её выхода беспроводные устройства и протоколы шифрования.

См. также

Примечания