Введение

Беспроводная локальная сеть (WLAN) – это компьютерная сеть, соединяющая два или более устройств посредством беспроводной связи в пределах ограниченной территории.

WLAN позволяет пользователям перемещаться в пределах этой территории, оставаясь подключенными к сети. Через шлюз WLAN может обеспечивать соединение с глобальной сетью Интернет. Беспроводные локальные сети, основанные на стандартах IEEE 802.11, являются наиболее распространенными компьютерными сетями в мире. Обычно их называют Wi-Fi – товарным знаком, принадлежащим Wi-Fi Alliance. Они используются в домашних и малых офисных сетях для соединения ноутбуков, принтеров, смартфонов, веб-телевизоров и игровых устройств с беспроводным маршрутизатором, который обеспечивает доступ к Интернету. Точки доступа Wi-Fi, предоставляемые маршрутизаторами в ресторанах, кафе, отелях, библиотеках и аэропортах, позволяют пользователям выходить в Интернет с портативных беспроводных устройств.

История

Норман Абрамсон, профессор Гавайского университета, разработал первую в мире беспроводную компьютерную сеть связи — ALOHAnet. Система начала функционировать в 1971 году и включала семь компьютеров, размещенных на четырех островах, для связи с центральным компьютером на острове Оаху без использования телефонных линий. Первоначально оборудование беспроводной локальной сети (WLAN) стоило дорого, поэтому оно использовалось только как альтернатива кабельной локальной сети в местах, где прокладка кабелей была сложной или невозможной. Ранние разработки включали отраслевые решения и проприетарные протоколы, но в конце 1990-х годов они были заменены техническими стандартами, прежде всего различными версиями IEEE 802.11 (в продуктах, использующих торговую марку Wi-Fi). Начиная с 1991 года, Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI) разрабатывал европейскую альтернативу под названием HiperLAN/1, первая версия которой была утверждена в 1996 году. За ней последовала функциональная спецификация HiperLAN/2 с элементами ATM, завершенная в феврале 2000 года. Ни один из европейских стандартов не достиг коммерческого успеха 802.11, хотя значительная часть работы над HiperLAN/2 сохранилась в физической спецификации (PHY) для IEEE 802.11a, которая почти идентична PHY HiperLAN/2. В 2009 году к 802.11 был добавлен стандарт 802.11n. Он работает в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц с максимальной скоростью передачи данных 600 Мбит/с. Большинство современных маршрутизаторов являются двухдиапазонными и способны использовать оба беспроводных диапазона. Это позволяет избежать перегруженного диапазона 2,4 ГГц, который также используется устройствами Bluetooth и микроволновыми печами. В диапазоне 5 ГГц также больше каналов, чем в диапазоне 2,4 ГГц, что позволяет большему количеству устройств совместно использовать пространство. Не все каналы WLAN доступны во всех регионах. В 1997 году была создана группа HomeRF для продвижения технологии, предназначенной для домашнего использования, но она прекратила свою деятельность в январе 2003 года.

Станции

Все компоненты, которые могут подключаться к беспроводной среде в сети, называются станциями. Все станции оснащены беспроводными сетевыми адаптерами. Беспроводные станции делятся на две категории: беспроводные точки доступа (WAP) и клиенты. Точки доступа WAP являются базовыми станциями беспроводной сети. Они передают и принимают радиочастоты, обеспечивая связь для беспроводных устройств. Беспроводными клиентами могут быть мобильные устройства, такие как ноутбуки, персональные цифровые помощники, VoIP-телефоны и другие смартфоны, или стационарные устройства, такие как настольные компьютеры, принтеры и рабочие станции, оснащенные беспроводным сетевым адаптером.

Сервисный набор

Базовый набор услуг (BSS) – это совокупность всех станций, способных взаимодействовать друг с другом на физическом уровне (PHY). Каждый BSS имеет идентификатор (ID), называемый BSSID, который является MAC-адресом точки доступа, обслуживающей данный BSS. Существуют два типа BSS: независимый BSS (также называемый IBSS) и инфраструктурный BSS. Независимый BSS (IBSS) – это ad hoc сеть, не содержащая точек доступа, что означает невозможность подключения к другим базовым наборам услуг. В IBSS станции (STA) настроены для работы в режиме ad hoc (peer-to-peer). Расширенный сервисный набор (ESS) – это совокупность связанных BSS. Точки доступа в ESS соединены посредством распределительной системы. Каждая ESS имеет идентификатор, называемый SSID, представляющий собой строку символов длиной до 32 байт. Распределительная система (DS) соединяет точки доступа в расширенном сервисном наборе. Концепция DS может использоваться для расширения зоны покрытия сети за счет роуминга между ячейками. DS может быть проводной или беспроводной. Современные беспроводные распределительные системы в основном основаны на протоколах WDS или Mesh, хотя используются и другие системы.

Типы беспроводных локальных сетей

IEEE 802.11 имеет два основных режима работы: инфраструктурный и режим ad hoc. В режиме ad hoc мобильные устройства общаются напрямую друг с другом. В инфраструктурном режиме мобильные устройства общаются через беспроводную точку доступа (WAP), которая также служит мостом к другим сетям, таким как локальная сеть или Интернет. Поскольку беспроводная связь использует более открытую среду для передачи данных по сравнению с проводными локальными сетями, разработчики 802.11 также включили механизмы шифрования: Wired Equivalent Privacy (WEP), который больше не считается безопасным, Wi-Fi Protected Access (WPA, WPA2, WPA3) для защиты беспроводных компьютерных сетей. Многие точки доступа также предлагают Wi-Fi Protected Setup, быстрый, но уже не считающийся безопасным, способ подключения нового устройства к зашифрованной сети.

Инфраструктура

Большинство сетей Wi-Fi развернуты в инфраструктурном режиме. В инфраструктурном режиме беспроводные клиенты, такие как ноутбуки и смартфоны, подключаются к точке доступа (WAP) для присоединения к сети. Точка доступа обычно имеет проводное сетевое подключение и может иметь постоянные беспроводные соединения с другими точками доступа. Точки доступа обычно стационарны и обеспечивают обслуживание своих клиентских устройств в зоне действия. Некоторые сети могут содержать несколько точек доступа, использующих один и тот же SSID и настройки безопасности. В этом случае подключение к любой точке доступа в этой сети присоединяет клиент к сети, а клиентское программное обеспечение будет пытаться выбрать точку доступа, обеспечивающую наилучшее качество обслуживания, например, точку доступа с самым сильным сигналом.

Пиринговые связи

Ад-хок сеть – это сеть, в которой станции взаимодействуют только напрямую (peer to peer). В ней нет базовой станции и никто не выдает разрешения на передачу. Это достигается с использованием независимого набора базовых услуг (IBSS). Wi-Fi Direct – это другой тип беспроводной сети, в которой станции взаимодействуют напрямую. В сети peer to peer беспроводные устройства в зоне досягаемости друг друга могут обнаруживать друг друга и обмениваться данными напрямую, без участия центральных точек доступа. В группе Wi-Fi P2P владелец группы функционирует как точка доступа, а все остальные устройства – как клиенты. Существует два основных способа установления владельца группы в группе Wi-Fi Direct. В одном из них пользователь вручную настраивает владельца группы P2P. Этот метод также известен как автономный владелец группы (автономный ГО). Второй метод, называемый созданием группы на основе согласования, предполагает соревнование между двумя устройствами на основе значения приоритета владельца группы. Устройство с более высоким значением приоритета становится владельцем группы, а второе устройство – клиентом. Значение приоритета владельца группы может зависеть от того, выполняет ли беспроводное устройство переключение между инфраструктурной WLAN-службой и P2P-группой, доступной мощности беспроводного устройства, является ли беспроводное устройство уже владельцем группы в другой группе или силы принимаемого сигнала от первого беспроводного устройства. IEEE 802.11 определяет физический (PHY) и канальный (MAC) уровни, основанные на многоканальном доступе с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA/CA). Это отличается от Ethernet, который использует многоканальный доступ с обнаружением коллизий (CSMA/CD). Спецификация 802.11 содержит механизмы, предназначенные для минимизации коллизий, поскольку мобильные устройства должны справляться с проблемой скрытого узла, когда два мобильных устройства могут находиться в зоне действия общей точки доступа, но вне зоны действия друг друга.

Мост

Мост может использоваться для соединения сетей, обычно разных типов. Беспроводной Ethernet-мост позволяет подключить устройства в проводной сети Ethernet к беспроводной сети. Мост служит точкой подключения к беспроводной локальной сети (WLAN).

Беспроводная система распределения

Беспроводная распределительная система (WDS) обеспечивает беспроводное соединение точек доступа в сети IEEE 802.11. Это позволяет расширить беспроводную сеть, используя несколько точек доступа, без необходимости в проводном магистральном соединении для их связи, что обычно требуется. Значительным преимуществом WDS перед некоторыми другими решениями является сохранение MAC-адресов клиентских пакетов при передаче между точками доступа. Точка доступа может функционировать как основная, ретрансляционная или удаленная базовая станция. Основная базовая станция обычно подключена к проводной сети Ethernet. Ретрансляционная базовая станция передает данные между удаленными базовыми станциями, беспроводными клиентами или другими ретрансляционными станциями либо к основной, либо к другой ретрансляционной базовой станции. Удаленная базовая станция принимает подключения от беспроводных клиентов и пересылает их на ретрансляционные или основные станции. Поскольку данные передаются по беспроводной сети, потребляя пропускную способность, скорость передачи данных для беспроводных клиентов, не подключенных к основной базовой станции, снижается вдвое. Соединения между базовыми станциями осуществляются на втором уровне и не используют и не требуют IP-адреса третьего уровня. Функциональность WDS также может называться режимом повторителя, поскольку она одновременно действует как мост и принимает беспроводные подключения (в отличие от традиционного моста). Все базовые станции в WDS должны быть настроены на использование одного и того же радиоканала и общих ключей WEP или WPA, если они используются. Они могут быть настроены с разными идентификаторами наборов услуг (SSID). WDS также требует, чтобы каждая базовая станция была настроена на пересылку данных другим станциям в системе, как указано выше.