Кіріспе
Сымсыз желі (WLAN) – сымсыз байланыс арқылы екі немесе одан көп құрылғыны шектеулі аумақта – үй, мектеп, компьютерлік зертхана, кампус немесе кеңсе ғимараты сияқты жергілікті желіге (LAN) қосатын сымсыз компьютерлік желі. Бұл пайдаланушыларға аумақ ішінде еркін қозғалып, желіге қосылу мүмкіндігін береді. Сымсыз желі шлюз арқылы кең ауқымды Интернетке де қолжетімділік ұсына алады. IEEE 802.11 стандарттарына негізделген сымсыз желілер әлемдегі ең көп таралған компьютерлік желілер болып табылады. Олар көбінесе Wi-Fi деп аталады, бұл Wi-Fi Alliance-қа тиесілі тауарлық белгі. Олар ноутбуктер, принтерлер, смартфондар, веб-телевизорлар және ойын құрылғыларын сымсыз маршрутизатормен байланыстыратын үй және шағын кеңсе желілерінде қолданылады, ол оларды Интернетке қосады. Ресторандарда, кофеханаларда, қонақүйлерде, кітапханаларда және әуежайларда маршрутизаторлар арқылы ұсынылатын хот-споттар тұтынушыларға портативті сымсыз құрылғылармен Интернетке кіруге мүмкіндік береді.
A wireless LAN (WLAN) is a wireless computer network that links two or more devices using wireless communication to form a local area network (LAN) within a limited area such as a home, school, computer laboratory, campus, or office building. This gives users the ability to move around within the area and remain connected to the network. Through a gateway, a WLAN can also provide a connection to the wider Internet. Wireless LANs based on the IEEE 802.11 standards are the most widely used computer networks in the world. These are commonly called Wi Fi, which is a trademark belonging to the Wi Fi Alliance. They are used for home and small office networks that link together laptop computers, printers, smartphones, Web TVs and gaming devices with a wireless router, which links them to the internet. Hotspots provided by routers at restaurants, coffee shops, hotels, libraries, and airports allow consumers to access the internet with portable wireless devices.
Тарих
Гавайи университетінің профессоры Норман Абрамсон әлемдегі алғашқы сымсыз компьютерлік байланыс желісін – ALOHAnet-ті жасады. Жүйе 1971 жылы іске қосылды және құрамында телефон желісін пайдаланбастан Оаху аралындағы орталық компьютермен байланысу үшін төрт аралға орналасқан жеті компьютер болды. Сымсыз LAN аппараттық құралдары бастапқыда қатты қымбат болғандықтан, кабель тарту қиын немесе мүмкін емес жағдайларда ғана кабельді LAN-ға балама ретінде қолданылды. Алғашқы әзірлемелер салалық ерекше шешімдер мен эксклюзивті протоколдарды қамтыды, бірақ 1990 жылдардың соңында олар негізінен IEEE 802.11 стандартының әртүрлі нұсқаларымен (Wi-Fi таңбасымен өнімдерде) алмастырылды. 1991 жылдан бастап Еуропалық телекоммуникациялық стандарттар институты (ETSI) HiperLAN/1 деп аталатын еуропалық баламаны ұсынды, оның алғашқы нұсқасы 1996 жылы мақұлданды. 2000 жылдың ақпанында ATM технологиясының ықпалымен HiperLAN/2 функционалдық сипаттамасы жасалды. Еуропалық стандарттардың ешқайсысы 802.11 стандартының коммерциялық сәттілігіне жете алмады, алайда HiperLAN/2 бойынша жасалған көптеген жұмыстар IEEE 802.11a стандартының физикалық қабатында (PHY) сақталды, ол HiperLAN/2 PHY-мен дерлік бірдей. 2009 жылы 802.11n стандарты 802.11 стандартына қосылды. Ол 2,4 ГГц және 5 ГГц жиіліктерінде 600 Мбит/с максималды жылдамдықпен жұмыс істейді. Көптеген жаңа маршрутизаторлар екі жиілікті қолдайды және екі сымсыз жиілікті де пайдалана алады. Бұл деректерді Bluetooth құрылғылары мен микротолқынды пештермен де бөлісілетін 2,4 ГГц жиілігінің жүктемелігін азайтуға мүмкіндік береді. 5 ГГц жиілігінде 2,4 ГГц жиілігіне қарағанда көбірек арналар бар, бұл кеңістікті көптеген құрылғылармен бөлісуге мүмкіндік береді. Барлық WLAN арналары барлық аймақтарда қолжетімді емес. 1997 жылы тұрғын үйлерде пайдалануға арналған технологияны ілгерілету мақсатында құрылған HomeRF тобы 2003 жылдың қаңтарында таратылды.
Станциялар
Желідегі сымсыз ортаға қосыла алатын барлық компоненттер станциялар деп аталады. Барлық станциялар сымсыз желілік интерфейс контроллерлерімен жабдықталған. Сымсыз станциялар екі санатқа бөлінеді: сымсыз қолжетімділік нүктелері (WAP) және клиенттер. WAP – сымсыз желі үшін базалық станциялар. Олар сымсыз мүмкіндігі бар құрылғылармен байланыс үшін радиожиіліктерді жібереді және қабылдайды. Сымсыз клиенттер ноутбуктер, жеке цифрлық көмекшілер, VoIP телефондары және басқа да смартфондар сияқты мобильді құрылғылар, немесе сымсыз желі интерфейсімен жабдықталған үстелді компьютерлер, принтерлер және жұмыс станциялары сияқты жылдырылмайтын құрылғылар болуы мүмкін.
Қызмет жиынтығы
Негізгі қызмет жиынтығы (BSS) – PHY қабатында бір-бірімен байланыс жасай алатын барлық станциялар жиынтығы. Әрбір BSS-де BSSID деп аталатын идентификатор (ID) болады, ол BSS-ке қызмет көрсететін кіру нүктесінің MAC-адресі болып табылады. БСС-ның екі түрі бар: тәуелсіз БСС (IBSS деп те аталады) және инфрақұрылымдық БСС. Тәуелсіз BSS (IBSS) – кіру нүктелері жоқ, яғни олар басқа негізгі қызмет жиынтығына қосыла алмайды. IBSS-де STA-лар ad hoc (бір-бірмен) режимінде конфигурацияланады. Кеңейтілген қызмет жиынтығы (ESS) – байланысқан BSS-тер жиынтығы. ESS-дегі кіру нүктелері тарату жүйесі арқылы байланыстырылған. Әрбір ESS-де 32 байтқа дейін болатын таңбалар тізбегінен тұратын SSID деп аталатын ID бар. Тарату жүйесі (DS) кеңейтілген қызмет жиынтығындағы кіру нүктелерін байланыстырады. DS тұжырымдамасы ұяшықтар арасындағы роуминг арқылы желінің қамту аймағын кеңейтуге мүмкіндік береді. DS сымды немесе сымсыз болуы мүмкін. Қазіргі сымсыз тарату жүйелері көбінесе WDS немесе Mesh протоколдарына негізделген, бірақ басқа жүйелер де қолданылады.
Сымсыз LAN-тың түрлері
IEEE 802.11 екі негізгі жұмыс режиміне ие: инфрақұрылымдық және жеке режим. Жеке режимде мобильді құрылғылар тікелей, бір-бірімен байланысады. Инфрақұрылымдық режимде мобильді құрылғылар сымсыз қолжетімділік нүктесі (WAP) арқылы байланыс жасайды, ол сонымен қатар жергілікті желі немесе Интернет сияқты басқа желілерге көпір ретінде қызмет етеді. Сымсыз байланыс, сымды LAN-дармен салыстырғанда, байланыс үшін көбірек ашық ортаны қолданатындықтан, 802.11 стандартты әзірлеушілері шифрлау механизмдерін де енгізді: Сымды эквивалентті құпиялылық (WEP), қазіргі таңда қауіпсіз деп есептелмейді, Wi-Fi қорғалған қолжетімділік (WPA, WPA2, WPA3) сымсыз компьютер желілерін қорғау үшін. Көптеген қолжетімділік нүктелері Wi-Fi қорғалған орнатуды да ұсынады, бұл жаңа құрылғыны шифрланған желіге қосудың жылдам, бірақ қазіргі таңда қауіпсіз емес әдісі.
Инфрақұрылым
Wi-Fi желілерінің көпшілігі инфрақұрылымдық режимде құрылады. Инфрақұрылымдық режимде, ноутбуктер мен смартфондар сияқты сымсыз клиенттер, желіге қосылу үшін WAP-қа қосылады. WAP әдетте сымды желілік қосылысқа ие және басқа WAP-тармен тұрақты сымсыз байланыстарға ие болуы мүмкін. WAP-тар көбінесе орнықты болып, өз клиенттік түйіндеріне қызмет көрсетеді. Кейбір желілерде бірдей SSID және қауіпсіздік параметрлерін пайдаланатын бірнеше WAP болуы мүмкін. Мұндай жағдайда, осы желідегі кез келген WAP-қа қосылу клиентті желіге қосады, ал клиенттік бағдарламалық құрал ең жақсы қызметті ұсынатын WAP-ты таңдауға тырысады, мысалы, ең күшті сигнал беретін WAP-ты.
Теңестіргіш-теңестіргіш
Ад-хок желісі – станциялар тек қана бір-бірімен (P2P) байланыс жасайтын желі. Негізгі станция болмайды және ешкім сөйлесуге рұқсат беруге міндетті емес. Бұл Тәуелсіз Базалық Қызмет Жинағын (IBSS) пайдалану арқылы іске асырылады. Wi-Fi Direct желісі – станциялар бір-бірімен байланыс жасайтын сымсыз желілердің тағы бір түрі. Пир-пир (P2P) желісінде бір-бірінің ішіндегі сымсыз құрылғылар орталық қолжетімділік нүктесін қатыстырмай-ақ бір-бірімен тікелей байланыс орната алады. Wi-Fi P2P тобында топ иесі қолжетімділік нүктесі ретінде жұмыс істейді, ал қалған құрылғылар клиенттер болып табылады. Wi-Fi Direct тобында топ иесін белгілеудің екі негізгі әдісі бар. Бірінші әдіс бойынша пайдаланушы P2P топ иесін қолмен орнатады. Бұл әдіс автономды топ иесі (автономды GO) деп те аталады. Екінші әдіс – келіссөздерге негізделген топ құру, онда екі құрылғы топ иесі болу ниетінің көрсеткішіне сәйкес бәсекелеседі. Көрсеткіші жоғарырақ құрылғы топ иесі болады, ал екінші құрылғы клиентке айналады. Топ иесі болу ниетінің көрсеткіші сымсыз құрылғының инфрақұрылымдық WLAN қызметі мен P2P тобы арасындағы байланысты жүзеге асыруына, сымсыз құрылғыдағы қолданылатын қуатқа, сымсыз құрылғының басқа топта топ иесі болуына немесе бірінші сымсыз құрылғының қабылдаған сигнал күшіне байланысты болуы мүмкін. IEEE 802.11 стандарты тасымалдаушы сезіміне негізделген, соқтығысуды болдырмау (CSMA/CA) арқылы жұмыс істейтін физикалық (PHY) және ортаға кіруді басқару (MAC) қабаттарын анықтайды. Бұл Ethernet-тен өзгеше, ол соқтығысуды анықтау (CSMA/CD) арқылы тасымалдаушы сезіміне негізделген көптеген кірулерді қолданады. 802.11 спецификациясы соқтығысуды азайтуға бағытталған шараларды қамтиды, себебі мобильді құрылғылар «жасырын түйін» мәселесімен күресуге тиіс, яғни екі мобильді құрылғы ортақ қолжетімділік нүктесінің қашықтығында болуы мүмкін, бірақ бір-бірінен тыс қашықтықта орналасқан болуы мүмкін.
Көпір
Көпір әртүрлі типтегі желілерді байланыстыру үшін қолданылуы мүмкін. Сымсыз Ethernet көпірі сымды Ethernet желісіндегі құрылғыларды сымсыз желіге қосуға мүмкіндік береді. Көпір сымсыз LAN-ға қосылу орны ретінде жұмыс істейді.
Сымсыз тарату жүйесі
Сымсыз тарату жүйесі (WDS) IEEE 802.11 желісінде қолжетімділік нүктелерін сымсыз байланыс арқылы өзара байланыстыруға мүмкіндік береді. Ол сымсыз желіні бірнеше кіру нүктелерін пайдалану арқылы, оларды байланыстыратын сымдық магистраль қажеттілігінсіз кеңейтуге мүмкіндік береді, бұл әдетте қажет болады. WDS-тің басқа шешімдерге қарағанда ерекше артықшылығы – ол қолжетімділік нүктелері арасындағы байланыстарда клиенттік пакеттердің MAC-адрестерін сақтайды. Кіру нүктесі негізгі, релелік немесе қашықтағы базалық станция бола алады. Негізгі базалық станция әдетте сымдық Ethernet-ке қосылады. Релелік базалық станция қашықтағы базалық станциялардың, сымсыз клиенттердің немесе басқа релелік станциялардың арасындағы деректерді негізгі немесе басқа релелік базалық станцияға жібереді. Қашықтағы базалық станция сымсыз клиенттерден қосылымдарды қабылдайды және оларды релелік немесе негізгі станцияларға жібереді. Деректер сымсыз жолмен жіберілетіндіктен, сымсыз өткізу қабілетін пайдаланады, осы әдісте негізгі базалық станцияға қосылмаған сымсыз клиенттер үшін өткізу қабілеті екі есеге төмендейді. Базалық станциялар арасындағы байланыс 2-ші деңгейде жүзеге асырылады және 3-ші деңгейдегі IP-адрестерді қажет етпейді. WDS мүмкіндігін қайталаушы режим деп те атауға болады, себебі ол бір уақытта көпір ретінде жұмыс істейді және сымсыз клиенттерді қабылдайды (дәстүрлі көпірлерден өзгеше). WDS-дегі барлық базалық станциялар бір радиоарнаны пайдалану және қолданылған жағдайда WEP кілттерін немесе WPA кілттерін бөлісу үшін конфигурациялануы тиіс. Оларды әртүрлі қызметтік жиынтық идентификаторларына (service set identifiers) конфигурациялауға болады. WDS сонымен қатар әрбір базалық станцияның жоғарыда айтылғандай, жүйедегі басқа станцияларға деректерді жіберу үшін конфигурацияланғанын талап етеді.