Технології бездротових мереж. Сімейство протоколів ieee 802.11

Міністерство освіти та науки України

Сумський державний університет

Кафедра КСУ

 

 

 

 

 

ЗВІТ 

до лабораторної роботи №6

«ТЕХНОЛОГІЇ БЕЗДРОТОВИХ  МЕРЕЖ.

СІМЕЙСТВО ПРОТОКОЛІВ IEEE 802.11»

Варіант №9

 

 

 

 

 

Виконала:        студентка гр. СУ-61

Горяєва О.О.

 

Перевірив:        Толбатов А.В.

 

 

 

 

 

 

Суми-2010

 

Лабораторна робота №6

ТЕХНОЛОГІЇ  БЕЗДРОТОВИХ МЕРЕЖ. СІМЕЙСТВО ПРОТОКОЛІВ IEEE 802.11

Мета роботи: познайомитись з протоколами і технологіями передачі даних у бездротових мережах, одержати навички вибору устаткування для побудови бездротової локальної комп'ютерної мережі.

 

Теоретичні відомості

Сімейство протоколів IEEE 802.11

Стандарт RadioEthernet IEEE 802.11 – це стандарт організації бездротових комунікацій на обмеженій території в режимі локальної мережі, тобто коли декілька абонентів мають рівноправний доступ до загального каналу передачі. 802.11 – перший промисловий стандарт для бездротових локальних мереж (Wireless Local Area Networks), або WLAN. Стандарт був розроблений Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 802.11 може бути порівняний зі стандартом 802.3 для звичайних дротяних Ethernet мереж.

Стандарт RadioEthernet IEEE 802.11 визначає порядок організації бездротових  мереж на рівні управління доступом до середовища (MAC-рівень) і фізичному (PHY) рівні. У стандарті визначено  один варіант MAC (Medium Access Control) рівня  та три типи фізичних каналів.

Подібно до дротяного Ethernet, IEEE 802.11 визначає протокол використання єдиного середовища передачі, що отримав назву carrier sense multiple access collision avoidance (CSMA/CA). Імовірність колізій бездротових вузлів мінімізується шляхом попередньої посилки короткого повідомлення, званого ready to send (RTS), воно інформує інші вузли про тривалість майбутньої передачі і адресата. Це дозволяє іншим вузлам затримати передачу на час, рівний оголошеній тривалості повідомлення. Приймальна станція повинна відповісти на RTS посилкою clear to send (CTS). Це дозволяє що передає вузла дізнатися, чи вільне середовище і чи готовий приймальний вузол до прийому. Після отримання пакета даних приймальний вузол повинен передати підтвердження (ACK) факту безпомилкового прийому. Якщо ACK не отримано, спроба передачі пакету даних буде повторена.

У стандарті передбачено  забезпечення безпеки даних, що включає  аутентифікацію для перевірки того, що вузол, який входить до мережі, авторизований в ній, а також шифрування для захисту від підслуховування.

На фізичному рівні  стандарт передбачає два типи радіоканалів і один інфрачервоного діапазону.

В основу стандарту 802.11 покладена  стільникова архітектура. Мережа може складатися з однієї або декількох комірок (сот). Кожна сота управляється базовою станцією, що називається точкою доступу (Access Point, AP). Точка доступу, що знаходяться в межах радіуса її дії робочі станції утворюють базову зону обслуговування (Basic Service Set, BSS). Точки доступу багатосотової мережі взаємодіють між собою через розподільну систему (Distribution System, DS), що представляє собою еквівалент магістрального сегменту кабельних ЛС. Вся інфраструктура, що включає точки доступу та розподільну систему, утворює розширену зону обслуговування (Extended Service Set). Стандартом передбачений також односотовий варіант бездротової мережі, який може бути реалізований і без точки доступу, при цьому частина її функцій виконується безпосередньо робочими станціями.

В даний час існує безліч стандартів сімейства IEEE 802.11:

1. 802.11 – початковий основоположний стандарт. Підтримує передачу даних по радіоканалу зі швидкостями 1 і 2 (опціонально) Мбіт/с.

2. 802.11a – високошвидкісний стандарт WLAN. Підтримує передачу даних зі швидкостями до 54 Мбіт/с по радіоканалу в діапазоні близько 5 ГГц.

3. 802.11b – найпоширеніший стандарт. Підтримує передачу даних зі швидкостями до 11 Мбіт/с по радіоканалу в діапазоні близько 2,4 ГГц.

4. 802.11c – стандарт, що регламентує роботу бездротових мостів. Дана специфікація використовується виробниками бездротових пристроїв при розробці точок доступу.

5. 802.11d – стандарт визначав вимоги до фізичних параметрів каналів (потужність випромінювання та діапазони частот) і пристроїв бездротових мереж з метою забезпечення їх відповідності законодавчим нормам різних країн.

6. 802.11e – створення даного стандарту пов'язане з використанням засобів мультимедіа. Він визначає механізм призначення пріоритетів різних видів трафіку, зокрема аудіо та відео. Вимога якості запиту, необхідне для всіх радіо інтерфейсів IEEE WLAN.

7. 802.11f – даний стандарт, пов'язаний з аутентифікацією, визначає механізм взаємодії точок зв'язку між собою при переміщенні клієнта між сегментами мережі. Інша назва стандарту – Inter Access Point Protocol. Стандарт, що описує порядок зв'язку між рівнозначними точками доступу.

8. 802.11n – цей стандарт був затверджений 11 вересня 2009. Стандарт 802.11n підвищує швидкість передачі даних практично вчетверо у порівнянні з пристроями стандартів 802.11g (максимальна швидкість яких дорівнює 54 Мбіт/с), за умови використання в режимі 802.11n з іншими пристроями 802.11n. Теоретично 802.11n здатний забезпечити швидкість передачі даних до 480 Мбіт/с. Пристрої 802.11n працюють в діапазонах 2,4 - 2,5 або 5,0 ГГц.

Крім того, пристрої 802.11n можуть працювати у трьох режимах:

• успадкованого (Legacy), в якому забезпечується підтримка пристроїв 802.11b/g і 802.11a;
• змішаному (Mixed), в якому підтримуються пристрої 802.11b/g, 802.11a і 802.11n;
• «чистому» режимі – 802.11n (саме в цьому режимі і можна скористатися перевагами підвищеної швидкості і збільшеною дальністю передачі даних, забезпечуваними стандартом 802.11n).

Чорнову версію стандарту 802.11n підтримують багато сучасних мережевих пристроїв. Підсумкова версія стандарту, яка була прийнята 11 вересня 2009, забезпечує швидкість до 600 Мбіт/с, багатоканальний вхід/вихід, відомий, як MIMO і більше покриття.

Організація мережі

Стандарт IEEE 802.11 працює на двох нижніх рівнях моделі ISO/OSI: фізичному і канальному. Іншими словами, використовувати устаткування Wi-Fi так само просто, як і Ethernet: протокол TCP/IP накладається поверх протоколу, що описує передачу інформації по каналу зв'язку. Розширення IEEE 802.11b не зачіпає канальний рівень і вносить зміни в IEEE 802.11 тільки на фізичному рівні.

У бездротової локальної  мережі є два типи обладнання: клієнт (звичайно це комп'ютер, укомплектований  бездротової мережевою картою, але  може бути і інший пристрій) і  точка доступу, яка виконує роль мосту між бездротовою і дротовою мережами. Точка доступу містить приймач, інтерфейс провідної мережі, а також вбудований мікрокомп'ютер та програмне забезпечення для обробки даних.

Мережний стандарт IEEE 802.11b

Стандарт 802.11b, з якої почався  «вибух» Wi-Fi, працює в діапазоні частот 2,4 ... 2,5 ГГц (на близьких частотах працюють бездротові телефони та мікрохвильові  печі) і використовує модуляцію DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Максимальна «брудна» швидкість роботи складає 11 Мбіт/с, зі східчастими падіннями до 5,5, 2 і 1 Мбіт / с.

Стандарт 802.11b першим одержав  широке поширення, причому обладнання цього стандарту можна досі зустріти в безлічі корпоративних і  громадських бездротових мереж. Сьогодні 11b поступово витісняється більш швидкісним стандартом 802.11g, який переважає на споживчому і, мабуть, на корпоративному ринках бездротового мережевого обладнання. У той же час, 11b сьогодні поширений в Wi-Fi-телефони, стільниковий системах передачі звуку, КПК і в іншому обладнанні, де критична невисока вартість, а вимоги до швидкості роботи мережі не такі високі.

Розширені версії стандарту 802.11b

Компанія Texas Instruments в першій половині 2002 року представила розширений стандарт 802.11b, реалізований в чіпсеті ACX100, що використовує модуляцію PBCC (Packet Binary Convolutional Coding), яка дозволила збільшити потік з 11 до 22 Мбіт/с. Рішення виявилося дуже популярним і допомогло TI наблизитися до лідера ринку - компанії Intersil. Але поява незабаром продуктів draft-802.11g звело всі старання TI нанівець. Втім, на ринку все-таки встигли з'явитися пристрої із заявленою швидкістю 44 Мбіт/с, але вони вже не одержали масового поширення.

Переваги:

• найбільш поширений стандарт бездротових мереж;
• відносно недороге обладнання.

Недоліки:

• перешкоди з боку бездротових телефонів діапазону 2,4 ГГц, мікрохвильових печей та обладнання Bluetooth;
• схильний до перешкод від сусідніх бездротових мереж, оскільки існує всього три непересічних частотних каналу.

Рекомендація: краще вибрати  стандарт 802.11g, який, крім усього іншого, сумісні з 11b.

Мережний стандарт IEEE 802.11g

802.11g привабливий максимальної пікової швидкістю 54 Мбіт/с і зворотну сумісність із 802.11b. Більш висока швидкість досягається завдяки використанню кодування OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), що вперше було застосовано в стандарті 802.11a. Зворотна сумісність досягається таким же частотним діапазоном 2,4 ГГц і підтримкою старої схеми модуляції Complementary Code Keying (CCK), які використовувалися в 802.11b.

Другий пункт особливо важливий, оскільки всі пристрої 802.11g можуть перемикатися як в режим роботи «тільки-802.11b», так і в змішаний режим «b/g» і в режим «тільки-11g».

Стандарт дуже швидко завоював ринок бездротових мереж, причому  навіть до його офіційної ратифікації, з появою перших продуктів «чорнової» (draft) варіанту 802.11g, націлених на приватних  користувачів. Після ратифікації  стандарту 802.11g він проник і в  корпоративну сферу. Обладнання цього  стандарту залишається лідером  на ринку бездротових мереж, що обумовлено прекрасним співвідношенням ціни і  якості.

Незважаючи на рекламу  виробників, обладнання 802.11g не дуже добре  підходить для передачі потокового відео. І проблема тут не в швидкості, оскільки різні технології дозволяють ефективно її збільшити. Проблема в  тому, що стандарт працює в перевантаженому  діапазоні 2,4 ГГц. У більшості споживачів у діапазоні 2,4 ГГц працює та інше обладнання, яке заважає насолодитися потоковим відео через бездротову мережу. Потоковий звук, з іншого боку, може передаватися стабільно, так як він вимагає набагато меншу пропускну здатність. Але й у цьому випадку все залежить від умов.

Розширені версії стандарту 802.11g

Існує дві основні технології поліпшення 802.11g. Перша – Broadcom 125* High Speed Mode (спочатку Afterburner), яка видаляє з переданих даних всю службову інформацію, без якої не можна обійтися. Використовується стиснення даних і «frame bursting» (відправка більшої кількості пакетів з даними за той же час), а також деякі інші способи зниження обсягу службових даних.

Мережеве обладнання, що використовують цю технологію, звичайно містить напис «125* High Speed Mode», хоча Linksys віддає перевагу «SpeedBooster».

Друга технологія називається Atheros Super-G (або Super-AG для дводіапазонних продуктів). Super-G використовує подібні методи «frame bursting», стиснення та зменшення службових даних, але, крім них, вдається до суперечливого режиму «Turbo».

Режим «Turbo» (нинішня назва  «Dynamic Turbo») передбачає об'єднання двох каналів для підвищення реальної пропускної здатності до 50 Мбіт/с. Однак досягається це ціною створення перешкод сусіднім мережам 802.11b і g. Хоча Atheros кілька разів намагалася змінити режим «Turbo» так, щоб при його використанні сусідні мережі продовжували працювати нормально, режим Super-G як і раніше, не варто використовувати там, де близько є інші бездротові мережі.

У документації устаткування, з підтримкою Super-G зазвичай вказується максимальна швидкість передачі «108Mbps».

Часто збільшення швидкості  можна отримати навіть при використанні обладнання різних виробників, але  з умовою того, що пристрої підтримують  одну й ту ж технологію. Якщо ж  спробувати поєднати в одній мережі устаткування Super-G і 125* і High Speed Mode, то пристрої відкотяться на «звичайний» стандарт 11g.

Крім того, Broadcom і Atheros мають  у своїх арсеналах і технології збільшення дальності дії. Але, оскільки виробники намагаються не вказувати  радіус дії, вони не особливо їх згадують.

Переваги:

• наявність широкого асортименту устаткування;
• відносно низька ціна;
• доступні технології поліпшення швидкості та радіусу дії.

Недоліки:

• перешкоди з боку іншого 2,4-ГГц обладнання, в тому числі СВЧ-печей, бездротових телефонів і Bluetooth-пристроїв;
• перешкоди з боку сусідніх бездротових мереж, оскільки доступні лише три непересічних каналу;
• пристрою однієї технології поліпшення 802.11g не можуть працювати з іншою;
• складно визначити, яка технологія поліпшення 802.11g використовується в даному випадку.

Мережний стандарт IEEE 802.11n

11 вересеня 2009 року міжнародний комітет по стандартам IEEE офіційно затвердив стандарт бездротового зв'язку 802.11n – найновіший стандарт Wi-Fi. Він був вперше запропонований ще в 2002 році, але активно використовується з 2006 року.

Стандарт 802.11n виник на базі розробок конкуруючих компаній Atheros і Broadcom, які довгий час не могли  підвести стандарт під єдиний знаменник. Потім за справу взявся комітет IEEE, який сертифікував перший стандарт 802.11n в чорновому варіанті – так званий Draft 2.0. Це відбулося в березні 2007 року. У IEEE пообіцяли згодом затвердити стандарт як офіційний, а для якнайшвидшого його впровадження навіть пообіцяли не вносити в нього ніяких принципових змін. Саме цей фактор призвів до того, що багато виробників стали випускати пристрої на базі 802.11n, не чекаючи його остаточного затвердження.

На сьогоднішній день стандарт 802.11n підтримує безліч пристроїв, у  тому числі портативних. Вони здатні з'єднуватися з віддаленою мережею зі швидкістю 300 Мбіт/с, що в шість разів вище попереднього офіційного формату 802.11g. Багато в чому такий приріст швидкості обумовлений технологією MIMO (Multiple In, Multiple Out) – спеціальною системою антен, здатної відтворювати сигнал з численних відображень від предметів. Це покращує як швидкість обміну даними, так і дальність дії передавача.