Вопросы построения беспроводных сетей

Цель данной статьи – дать начальное представление о внутриофисных беспроводных сетях. Надеемся, что приведенная информация окажется полезной, если придется принимать решение о целесообразности внедрения данной технологии в вашей организации.

Основные термины

Access Point (Точка доступа) – сетевое устройство, которое обеспечивает обмен данными между беспроводными клиентами, а также между беспроводной и проводной частями сети.

Ad Hoc ("На скорую руку") – изолированная беспроводная сеть, состоящая из компьютеров с беспроводными адаптерами, которые обмениваются информацией каждый с каждым. Такая сеть может включать точку доступа, которая не подключена к проводной или беспроводной сети.

Base Station (Базовая станция) – центральное радиопередающее устройство, которое обеспечивает обмен информацией с беспроводными устройствами, находящимися в зоне ее действия. Зона действия базовой станции называется ячейкой или сотой. Точка доступа в беспроводной сети является базовой станцией.

BSS – базовый набор служб беспроводной сети. Включает точку доступа и ассоциированных с нею беспроводных клиентов.

ESS – расширенный набор служб беспроводной сети, который состоит из двух или более BSS. Такие BSS могут быть соединены между собой посредством проводной или беспроводной сети. Беспроводные клиенты могут перемещаться из одного BSS в другой BSS в пределах одного ESS. Каждый ESS имеет имя (ESS-ID или SSID), которое задается в настройках точек доступа и беспроводных адаптеров клиентов.

Wireless Distribution System (WDS) – распределительная система беспроводной сети – средство для обмена информацией между точками доступа, входящими в состав одной ESS.

Стандарты беспроводных сетей

IEEE 802.11b – первый "рабочий" стандарт беспроводных сетей, который на данный момент уже морально устарел. Максимальная скорость передачи 11Мб/с, частотный диапазон 2.4ГГц (2.4-2.483ГГц). Данный диапазон является нелицензируемым ISM-диапазоном (ISM – Industrial, Scientific and Medical), что допускает его использование для беспроводной связи на коротких расстояниях. При этом ограничивается величина выходной мощности передатчика (для России – 100мВт, что примерно соответствует радиусу покрытия 50-100м для точки доступа с всенаправленной антенной в обычном офисном помещении).

IEEE 802.11g – наиболее распространенный в настоящее время стандарт, который обратно совместим с 802.11b. Скорость передачи увеличена до 54Мб/с (до 108Мб/c с использованием частных технологий), радиус покрытия и частотный диапазон такой же, как у 802.11b. Диапазон разбит на 13 каналов шириной 22МГц каждый, с шагом между каналами 5МГц. Для предотвращения взаимных помех соседние точки доступа должны работать на неперекрывающиехся каналах, поэтому на практике обычно используют каналы 1, 6 или 11.

IEEE 802.11a – обеспечивает скорость передачи 54Мб/c и радиус покрытия 50м, несовместим с 802.11b/g, поскольку работает в другом диапазоне – 5.2ГГц. В России этот стандарт менее распространен, чем 802.11b/g, из-за сложности получения разрешения Госкомитета по радиочастотам на эксплуатацию беспроводной сети в этом диапазоне.

Таким образом, в настоящее время наиболее актуальным является стандарт 802.11g, который мы и будем рассматривать.

Основные аспекты применения беспроводных сетей

Беспроводные сети применяются тогда, когда необходимо обеспечить мобильность пользователей, а также в тех случаях, когда прокладка проводной сети затруднена или нецелесообразна.

Принимая решение об организации беспроводной сети, необходимо понимать ограничения, которые присущи данной технологии.

Первое обстоятельство связано с пропускной способностью беспроводных устройств. Из-за наличия помех при беспроводной передаче приходится передавать дополнительную (по сравнению с проводными сетями) служебную информацию – увеличенный по сравнению с Ethernet размер кадра, подтверждения получения пакета, повторная пересылка пакетов. Это приводит к тому, что полезная скорость канала составляет примерно половину "теоретической" пропускной способности. Поэтому при использовании стандарта 802.11g можно рассчитывать на реальную скорость порядка 25Мб/с.

Второй неафишируемый факт заключается в том, что всем беспроводным клиентам, подключенным к одной и той же точке доступа, приходится делить пропускную способность канала между собой. Из-за того, что среда передачи является общей, в каждый момент времени вести передачу может только одна станция, а все остальные должны ждать, пока эфир не освободится. В этом смысле точка доступа является аналогом такого устройства проводных сетей, как концентратор (или "хаб"). Концентраторы в настоящее время практически не используются, им на смену пришли более интеллектуальные устройства – коммутаторы, которые устанавливают независимые каналы связи между передатчиком и приемником. В коммутируемой проводной сети Ethernet все устройства могут одновременно передавать и принимать данные со скоростью 100Мб/с или 1Гб/с, не мешая друг другу, в то время как в беспроводной сети для оценки быстродействия клиентского интерфейса приходится учитывать количество и "активность" других подключенных клиентов.

Еще одним важным моментом является обеспечение безопасности в беспроводных сетях. Поскольку данные передаются в эфире, они легко могут быть перехвачены посторонним лицом. Поэтому необходимы специальные меры для защиты информации, о которых мы подробнее поговорим ниже.

Кроме того, необходимо разрешение на использование полосы частот, а также разрешение на эксплуатацию беспроводной сети. Отметим, что для диапазона 2,4ГГц действует упрощенный (фактически уведомительный) порядок получения этих разрешений.

Классификация устройств беспроводных сетей

Точки доступа

Точка доступа является основным элементом построения беспроводной сети. В типовой конфигурации точка доступа служит для "присоединения" беспроводных клиентов к проводной части сети и обеспечения обмена данными между ними. Для этого точка доступа имеет проводной порт RJ-45 (как правило, стандарта 10BASE-T/100BASE-TX), а также приемо-передатчик, снабженный двумя антеннами. Две антенны нужны для улучшения приема радиосигнала, поскольку из-за интерференции отраженных волн в пространстве могут образовываться "пучности" и "впадины" ("стоячие" волны). Если одна из антенн попадет в область "впадины", прием на нее будет невозможен, но вторая антенна, находящаяся от первой на расстоянии полуторной длины волны (18 см), гарантированно во "впадину" не попадет. Разнос антенн используется только при приеме сигналов, на передачу работает всегда только одна антенна.

Стандартная антенна точки доступа – диполь. Ее диаграмма направленности имеет форму тороида, ось которого совпадает с антенной. Поэтому ориентировать антенну нужно вертикально.

С точки зрения сетевой архитектуры точка доступа является устройством второго уровня (уровня передачи данных). В проводной сети ее аналогом является концентратор ("хаб"). Тем не менее каждая точка доступа должна иметь IP-адрес, который используется для управления. Типичная конфигурация сетевой инфраструктуры с использованием точки доступа приведена на следующем рисунке:

Рис.1 Пример типового использования точки доступа

Точка доступа может использоваться также в режиме повторителя или моста, когда прокладывать проводную сеть до зоны обслуживания беспроводных клиентов нецелесообразно:

Рис.2 Использование точки доступа в режиме повторителя

Максимальный радиус покрытия точки доступа составляет в офисном помещении 100м. Но следует учитывать, что по мере удаления от точки доступа сигнал слабеет и скорость обмена снижается. Для работы на максимальных скоростях клиенты должны находиться от точки доступа не дальше 15-20 метров.На уровень сигнала оказывают влияние стены, офисные перегородки, мебель, жалюзи и т.п., а также источники помех – микроволновые печи, лампы дневного света, лифтовое оборудование и т.п. Для правильного пооектирования беспроводной сети необходимо предварительное обследование помещений с измерением уровня сигналов при различных вариантах размещения точек доступа.

Если зоны покрытия одной точки доступа недостаточно для обслуживания всех беспроводных клиентов, можно расположить несколько точек доступа в виде сот, так, чтобы их зоны покрытия вместе составляли необходимую рабочую область. В этом случае важно, чтобы соседние точки доступа не использовали один и тот же радиоканал во избежание помех:

Рис.3 Выбор номера радио-канала для соседних точек доступа

Для того, чтобы беспроводной клиент мог переключаться с одной точки доступа на другую (роуминг), все точки доступа в такой конфигурации должны принадлежать одной и той же ESS и находиться в одной IP-подсети.

Поскольку беспроводные клиенты, подключенные к одной точке доступа, используют один и тот же радиоканал, для сохранения приемлемого уровня пропускной способности количество таких клиентов не должно превышать 20-25. Если в зоне покрытия точки доступа необходимо разместить большее количество клиентов, можно поставить рядом три точки доступа, настроенные на различные каналы – 1, 6 и 11.

Сравнительные характеристики точек доступа 3Com можно посмотреть в следующей таблице:

Сравнительные характеристики беспроводных точек доступа 3Com.

Маршрутизаторы для беспроводных сетей

Эти устройства обычно совмещают в себе точку доступа, коммутатор для проводных клиентов (обычно на 4 порта), а также маршрутизатор для подключения локальной сети к Интернет. Внешний интерфейс маршрутизатора (WAN-порт) может быть выполнен в виде порта Ethernet (RJ-45) либо в виде телефонного разъема (RJ-11). В последнем случае такой маршрутизатор будет иметь встроенный ADSL-модем.

Беспроводные маршрутизаторы используются, как правило, в небольших сетях и позволяют развернуть сетевую инфраструктуру на базе одного устройства. Для этого они обычно умеют выполнять функции брандмауэра для защиты сети от внешних атак, обеспечивают трансляцию IP-адресов, имеют встроенный DHCP-сервер, а также позволяют управлять доступом клиентов локальной сети к Интернет.

В следующей таблице приведены сравнительные характеристики маршрутизаторов 3Com для беспроводных сетей.

Сравнительные характеристики беспроводных маршрутизаторов 3Com

Клиентские устройства

Клиентские устройства беспроводных сетей – это сетевые карты и адаптеры, устанавливаемые на компьютерах пользователей и предназначенные для беспроводного доступа к сети.

Как правило, все современные мобильные компьютеры имеют в своем составе установленный беспроводной адаптер стандарта IEEE 802.11g. Если такой адаптер отсутствует, к ноутбуку моjжно подключить внешний беспроводной адаптер с интерфейсом USB. Также доступны такие адаптеры в формате PC Card.

Настольный компьютер тоже можно сделать беспроводным, установив в него соответствующую плату расширения PCI, либо подключив к нему USB-адаптер.

Мосты для беспроводных сетей

Мосты предназначены для беспроводной связи удаленных сегментов сети (проводных или беспроводных) между собой. Мосты могут иметь исполнение для наружного (Outdoor) или внутреннего (Indoor) применения. За счет использования направленных антенн и отсутствия физических преград распространению сигнала дальность связи мостов Outdoor может достигать 17км. "Наружные" мосты имеют защиту от воздействия атмосферных факторов и могут использовать различные типы сменных антенн.

Безопасность в беспроводных сетях

Для обеспечения безопасного использования беспроводных сетей следует обратить внимание на следующие моменты.

Во-первых, как уже упоминалось ранее, беспроводная сеть должна иметь имя (ESS-ID или SSID). Точка доступа, принадлежащая этой сети, может либо включать это имя в свои широковещательные кадры, "приглашая" новых клиентов подключиться к ней (используется в публичных сетях), либо нет, что затрудняет для "посторонних" клиентов обнаружение беспроводной сети (используется в корпоративных сетях).

Во-вторых, в беспроводных сетях существует специальный механизм проверки подлинности клиента – аутентификация. Конкретная реализация этого механизма зависит от используемого стандарта безопасности. Аутентификацию клиентов можно отключить, в этом случае любой компьютер сможет подключиться к сети. Данный режим называется открытой системой (Open system authentication).

В-третьих, для того, чтобы данные, передаваемые в эфире, не могли быть перехвачены посторонним лицом, эти данные должны быть зашифрованы. Используются различные схемы шифрования в зависимости, опять же, от используемого стандарта безопасности.

Теперь поговорим, собственно, об этих стандартах.

В сетях 802.11b используется стандарт безопасности WEP (Wired Equivalent Privacy – безопасность, эквивалентная проводным сетям). Этот стандарт предусматривает наличие у точки доступа и всех клиентов одинакового секретного ключа. Ключ имеет фиксированную длину 40 или 104 бита и используется для аутентификации клиентов и шифрования данных. (Поскольку к ключу добавляется переменный вектор инициализации длиной 24 бита, суммарная длина ключа при шифровании составляет 64 или 128 бит). Используется алгоритм шифрации RC4. Стандарт WEP обеспечивает проверку целостности данных, для чего к данным перед шифрацией добавляется 4-х байтовое значение хэш-функции. Принимающая сторона расшифровывает данные, вычисляет значение хэш-функции, и если оно не совпадает с исходным, уничтожает пакет. Это защищает данные от порчи или подмены во время передачи.

Стандарт WEP имеет несколько недостатков. Во-первых, использование статического ключа снижает устойчивость к взлому. Во-вторых, ключ нужно "вручную" задавать на всех беспроводных клиентах, а если возникнет необходимость поменять ключ, придется проделать эту процедуру заново.

Этих недостатков лишен более поздний стандарт безопасности WPA (Wi-Fi Protected Access). Во-первых, он использует динамические ключи (128 бит), что повышает устойчивость зашифрованных данных к взлому. Во-вторых, для аутентификации клиентов можно использовать не общие секретные ключи, а RADIUS-сервер, который хранит базу данных с учетными записями клиентов. В этом случае ключи шифрования создаются автоматически. Для небольших сетей, в которых развертывание RADIUS-сервера нецелесообразно, предусмотрен режим с общими секретными ключами аутентификации – WPA-PSK.

Процесс аутентификации с использованием RADIUS-сервера выглядит так. Клиент запрашивает точку доступа на предмет аутентификации, точка доступа обращается к RADIUS-серверу за разрешением и в случае положительного ответа клиент получает доступ в сеть. Подлинность клиентов в этом случае может проверяться по их логину и паролю в домене Windows либо по наличию у них сертификата подлинности. Организовать такую схему можно в домене на базе операционной системы Windows 2003 Server, в состав которой входит RADIUS-сервер, а также средства поддержки сертификатов.

Следующим шагом на пути развития стандартов безопасности стал WPA2, который обратно совместим с WPA, а также соответствует официальному стандарту IEEE 802.11i для беспроводных сетей. Он отличается от WPA улучшенным алгоритмом шифрования.

Заключение

Дополнительную информацию по вопросам внедрения беспроводных сетей Вы можете получить у специалистов нашей компании. Тел. (495) 258-00-71,
e-mail sales@team.ru.