Новые информационные технологии
Лекция 17, Лекция 18
«Практические вопросы проектирования широкополосных сетей»
МОСКВА 2013
Введение
При проектировании современных компьютерных сетей возникает множество проблем – начиная от выбора производителей оборудования и стандартов до попытки предсказания, с какой эффективностью эта сеть будет работать. При планировании беспроводной сети необходимо учитывать множество факторов для обеспечения наилучших параметров соединения. Пожалуй, одним из главных принципов являются грамотное расположение точек доступа с учетом множества параметров.
Для выбора конфигурации беспроводной сети в первую очередь необходимо произвести замеры уровня сигнала и с учетом уже существующей сетевой инфраструктуры составить проект будущей сети. При составлении проекта мы можем задействовать имеющийся проводной сегмент с добавлением беспроводной части, либо исключительно беспроводную сеть, от этого зависит выбор оборудования и его физическое расположение. Радиус покрытия беспроводной сети достаточно небольшой и значительно зависит не только от выбора используемого оборудования, но и от конфигурации офисного помещения. В помещении площадью до 100 квадратных метров разделенном перегородками или гипсокартонными стенами, как правило, достаточно для покрытия одной точки доступа. В случае если в офисе основательные стены, то необходимо использование дополнительных точек доступа, расположенных в местах, где возможно затухание сигнала от базовой точки доступа. Оснащение даже стационарного оборудования, например персональных компьютеров, беспроводными возможностями - достаточно простой и быстрый процесс. Для улучшения качества сигнала возможно использование внешних дополнительных антенн: узконаправленной для соединения в зоне прямой видимости, либо когда необходимо чтобы сигнал распространялся в одном направлении и всенаправленной, когда необходимо увеличить зону покрытия в помещении.
Благодаря современному оборудованию развертывать беспроводные сети стало проще, скорость передачи данных увеличилась, а надежность и защищенность от несанкционированного доступа возросли. Теперь развертывание надежной беспроводной сети можно выполнить за семь сравнительно простых этапов.
Л17 Основные этапы развертывания беспроводных сетей
Анализ требований к беспроводной сети
Даже если существует уверенность в том, что компания готова к развертыванию беспроводных сетей, все же необходимо взвесить все «за» и «против» и определить, действительно ли планируемая беспроводная сеть будет отвечать требованиям бизнеса. Беспроводная сеть может оказаться менее затратным решением, чем прокладка или модернизация кабельной системы, которая зачастую оказывается неприемлемо дорогой. Заинтересованные пользователи могут указывать на такие достоинства беспроводной сети, как широкие возможности подключения и пропускная способность в переговорных помещениях и офисах. Но следует иметь в виду, что заявленные производителями характеристики необходимо проверять.
Беспроводные сети обладают некоторыми врожденными недостатками — в первую очередь это разделение полосы пропускания между всеми пользователями, а также наличие угрозы для системы безопасности. В зависимости от ожиданий пользователей и опыта работы с проводными сетями, доступная пропускная способность сети может не рассматриваться как решающий фактор. Нужно просто учитывать, что пропускная способность точки доступа является теоретическим максимумом, который разделяется между всеми пользователями, подключенными к данной точке доступа. Более важно, что распространяющийся по воздуху радиосигнал более уязвим для перехвата, чем трафик, передаваемый по проводной офисной сети, но, впрочем, новые разработки делают беспроводные сети более безопасными, чем раньше. Применяемые в беспроводных сетях стандарты безопасности будут рассмотрены ниже.
Определить зону покрытия
Убедившись, что для бизнеса беспроводная сеть действительно необходима, следует определить, какова должна быть зона покрытия беспроводной сети. Это зависит от требований бизнеса, определенных на первом этапе. Настоятельно рекомендуется построить диаграмму зон покрытия беспроводной сети на чертеже здания или предприятия. При планировании максимальной зоны покрытия можно использовать радиус 100 м как общее правило, но при этом следует учитывать, что с увеличением расстояния от клиента до точки доступа уровень сигнала и скорость передачи данных будут уменьшаться.
Определив зоны доступности беспроводной сети и наметив места расположения точек доступа, необходимо убедиться, что точки доступа действительно можно там разместить. Точки доступа должны быть обеспечены электропитанием и подключением к проводной сети. Если монтаж электропроводки представляет затруднения, можно рассмотреть приобретение точек доступа, использующих технологии передачи электропитания по витой паре PoE (Power over Ethernet), которые мы рассмотрим позже.
Определение порядка использования полосы пропускания
Если необходимо предоставить беспроводное подключение слишком большому числу пользователей, предъявляющих высокие требования к полосе пропускания, может потребоваться установить несколько точек доступа для предоставления более широкой полосы пропускания каждому пользователю. Например, если четыре пользователя подключены к одной точке доступа 802.11g и задействуют один и тот же канал, теоретически полоса пропускания делится на четыре части, что составляет 13.5 Мбит/с (на четвертом этапе объясняется взаимосвязь между пропускной способностью и числом каналов). Добавление второй точки доступа позволит каждому подключенному сотруднику использовать до 27 Мбит/с. При этом точки доступа должны иметь средства распределения нагрузки для обеспечения равномерного предоставления полосы пропускания между всеми пользователями.
Определение требований к оборудованию
Теперь перед реализацией беспроводной сети необходимо решить несколько технических вопросов. Для работы потребуются точки доступа и адаптеры беспроводной связи, а также, возможно, беспроводной мост, специализированные антенны и беспроводной переключатель.
Адаптер (рис. 1.1 ) представляет собой устройство, которое подключается через слот расширения PCI, PCMCI, CompactFlash. Существуют также адаптеры с подключением через порт USB 2.0. Wi-Fi адаптер выполняет ту же функцию, что и сетевая карта в проводной сети. Он служит для подключения компьютера пользователя к беспроводной сети. Благодаря платформе Centrino все современные ноутбуки имеют встроенные адаптеры Wi-Fi, совместимые со многими современными стандартами. Wi-Fi адаптерами, как правило, снабжены и КПК (карманные персональные компьютеры), что также позволяет подключать их к беспроводным сетям.
Для доступа к беспроводной сети адаптер может устанавливать связь непосредственно с другими адаптерами. Такая сеть называется беспроводной одноранговой сетью или Ad Hoc ("к случаю"). Адаптер также может устанавливать связь через специальное устройство - точку доступа. Такой режим называется инфраструктурой.
Для выбора способа подключения адаптер должен быть настроен на использование либо Ad Hoc, либо инфраструктурного режима.
Рис. 1.1. Адаптеры
Точка доступа (рис. 1.2) представляет собой автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемно-передающим устройством.
Через точку доступа осуществляется взаимодействие и обмен информацией между беспроводными адаптерами, а также связь с проводным сегментом сети. Таким образом, точка доступа играет роль коммутатора.
Рис. 1.2. Точка доступа
Точка доступа имеет сетевой интерфейс (uplink port), при помощи которого она может быть подключена к обычной проводной сети. Через этот же интерфейс может осуществляться и настройка точки.
Точка доступа может использоваться как для подключения к ней клиентов (базовый режим точки доступа), так и для взаимодействия с другими точками доступа с целью построения распределенной сети (Wireless Distributed System - WDS). Это режимы беспроводного моста "точка-точка" и "точка - много точек", беспроводный клиент и повторитель.
Доступ к сети обеспечивается путем передачи широковещательных сигналов через эфир. Принимающая станция может получать сигналы в диапазоне работы нескольких передающих станций. Станция-приемник использует идентификатор зоны обслуживания (Service Set IDentifier - SSID) для фильтрации получаемых сигналов и выделения того, который ей нужен.
Зоной обслуживания (Service Set - SS) называются логически сгруппированные устройства, обеспечивающие подключение к беспроводной сети.
Базовая зона обслуживания (Basic Service Set - BSS) - это группа станций, которые связываются друг с другом по беспроводной связи. Технология BSS предполагает наличие особой станции, которая называется точкой доступа (access point).
Беспроводной мост (рис. 1.3) позволяет обеспечить беспроводное соединение двух сегментов сети — это полезно для связывания сегментов сети, если прокладка кабеля между этими сегментами затруднена, например между отдельными зданиями.
Специализированные антенны могут обеспечить более высокую дальность или ограничить область доступа. Например, если требуется установить беспроводной мост между двумя корпусами, следует воспользоваться направленными антеннами типа «волновой канал Яги» (Yagi antenna), сориентировав их друг на друга. Для обеспечения централизованного управления точками доступа может потребоваться беспроводной коммутатор в сочетании с совместимыми точками доступа. Поставщики оборудования предлагают подобные решения, позволяющие обеспечить управление доступом, централизованную настройку параметров безопасности, мониторинг использования, обнаружение посторонних точек доступа, а также обеспечивающие бесшовный роуминг из централизованной точки управления сетью.
Рис. 1.3. Беспроводной мост
Теперь можно обоснованно оценить количество необходимого для реализации проекта оборудования — точек доступа, адаптеров и мостов. Стоит также составить краткий список возможностей, которые должны поддерживаться оборудованием; например, в него можно включить поддержку PoE или распределение нагрузки. Хотя почти все модели беспроводного оборудования для корпоративного сегмента обеспечивают поддержку современных средств обеспечения безопасности, в этот краткий список возможностей следует внести все планируемые функции обеспечения безопасности.
При развертывании беспроводной сети с нуля одним из самых ответственных решений является выбор стандарта беспроводной связи. Стандарты беспроводной связи обеспечивают частичную совместимость, причем сертифицированное оборудование это делает наилучшим образом, однако оптимальной совместимости можно добиться, только если все оборудование будет работать в одном стандарте. Стандарты 802.11a и 802.11g обеспечивают передачу данных со скоростью до 54 Мбит/с, в то время как исходный стандарт 802.11b предусматривает скорость передачи 11 Мбит/с. Хотя маркировка на имеющемся в продаже оборудовании обещает скорость передачи данных до 108 Мбит/с, следует иметь в виду, что для этого используется аппаратное сжатие данных, и итоговая степень сжатия зависит от характера потока передаваемых данных. Если скорость передачи данных не является критичным параметром, то оборудование 802.11b может оказаться оптимальным вариантом с точки зрения затрат. Однако при этом следует иметь в виду, что в устаревшем оборудовании не поддерживаются некоторые современные технологии защиты данных, которые будут рассмотрены ниже. Большинство компаний выбирают более скоростные стандарты 802.11a и 802.11g. Для облегчения выбора в табл.1 приводятся данные, позволяющие сопоставить характеристики различных беспроводных стандартов.
Табл.1
Хотя маркетинговые данные не акцентируют внимание на количестве каналов, используемых каждым протоколом, все же следует учитывать преимущества использования большего числа каналов. Протокол 802.11a поддерживает более широкую полосу частот, чем 802.11b и 802.11g, и соответственно, позволяет разделить эту полосу пропускания на большее число каналов. Протокол 802.11a поддерживает восемь каналов, в то время как 802.11b и 802.11g,n могут использовать только по три канала. Каждый канал может использоваться для передачи данных со скоростью, поддерживаемой протоколом. Нетрудно убедиться, что 802.11b на трех каналах со скоростью передачи 11 Мбит/с обеспечивает суммарную пропускную способность 33 Мбит/с; 802.11g на тех же трех каналах по 54 Мбит/с — 162 Мбит/с, а 802.11a с восемью каналами по 54 Мбит/с может обеспечить рекордную скорость 432 Мбит/с. Даже более современный протокол 802.11g с теоретической пропускной способностью 108 Мбит/с дает общую скорость только 324 Мбит/с.
Из приведенных цифр видно, что преимущество за стандартом 802.11a. Конечно, учитывая более высокую цену решения, основанного на 802.11a, потребуется провести анализ количества пользователей беспроводной сети и их требования к пропускной способности. Кроме того, следует учитывать, что некоторые варианты аппаратуры поддерживают несколько стандартов, позволяя обеспечить гибкость реализованному решению.