Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Беспроводные локальные вычислительные сети становятся все более популярными, все больше и больше домов, офисных зданий, кафе, библиотек, аэровокзалов, станций метро и других общественных мест оборудуются соответствующей аппаратурой для подключения компьютеров и смартфонов к Интернету. В беспроводной сети два или несколько соседних компьютеров могут обмениваться данными и без подключения к Интернету. Основной стандарт беспроводных локальных сетей — это 802.11. [1]

1. Актуальность темы

В 80-х годах прошлого века появился стандарт цифровой передачи данных GSM. На котором до сих пор работают почти все операторы мобильной связи. Это можно считать отправной точкой развития беспроводных сетевых технологий. Данный протокол стремительно совершенствовался, и в 1997 году появилась новая технология обмена информацией на расстоянии без необходимости использования проводов. Такая технология получила название IEEE 802.11, который более известный широкому кругу людей как WiFi.

С момента появления первого варианта 802.11а в 90-х годах прошлого века прошло не много времени, появились более совершенные технологии, увеличилась скорость и качество перемещения данных. Беспроводными сетями окутан практически все здания, офисы и промышленные предприятия. Ожидается переход на более новая спецификация 802.16, который получил название WiMax. Эта технология позволяет значительно расширить диапазон подключения с нескольких десятком метров по WiFi, до десятков километров без потери качества и скорости. Конечно эта технология будет по началу дорогостоящей, но со временем все мобильные устройства планируется оснащать радиомодулем WiMax.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью работы является улучшение качества обслуживания беспроводной локальной сети использующей технологию IEEE 802.11

Основные задачи исследования:

  1. Анализ беспроводных сетей, в частности технологии IEEE 802.11;
  2. Исследование проблематики современных беспроводных локальных сетей;
  3. Исследование требований QoS, предъявляемых к беспроводным сетям;
  4. Разработка математической модели сети;
  5. Построение модели сети, при которой повышается качество обслуживания абонентов.

Объект исследования: беспроводная инфокоммуникационная сеть.

Предмет исследования: процессы распространения радиосигналов в беспроводных инфокоммуникационных сетях.

3. Обзор беспроводных сетей

3.1 Беспроводные сети: классификация, организация, принцип работы

Сложно представить жизнь современного человека без интернета. Просмотр почты, ведение деловой и личной переписки, чтение новостей, просмотр фильмов и телепередач, стало возможным с появлением компьютерных сетей. А с появлением мобильных устройств, таких как смартфоны, планшеты, ноутбуки появилась возможность обмена информации практически в любом месте, где бы человек не находился. Это стало возможным с появлением беспроводных LAN и WAN.

3.2 Беспроводные компьютерные сети: классификация и принцип работы

В общем случае беспроводная компьютерная система призвана обеспечить взаимодействие пользователей, различных серверов и баз данных посредством обмена цифровыми сигналами через радиоволны. Подключение может осуществляться несколькими способами: Bluetooth, WiFi или WiMax. Классификация проводных и беспроводных сетей осуществляется по одинаковым признакам:

  1. Персональная компьютерная сеть (PAN — Personal Area Network). Соединение осуществляется, например, между мобильными телефонами, находящимися в непосредственной близости друг от друга.
  2. Локальная компьютерная сеть (LAN — Local Area Network). Подключение в пределах одного здания, офиса или квартиры.
  3. Городская компьютерная сеть (MAN — Metropolian Area Network). Работа в пределах одного города.
  4. Глобальная компьютерная сеть (WAN — Wide Area Network). Глобальный выход в интернет.

Спецификация 802.11 это совокупность протоколов, которые в полной мере соответствуют принятым нормативам открытых сетей модели OSI (Open System Interconnection). Эта эталонная модель описывает семь уровней обмена данными, но протокол 802.11 отличается от проводного, только на физическом, и, частично, на канальном уровне. Это уровни непосредственного обмена информацией. Физическим уровнем передачи является радиоволны, а канальный уровень управляет доступом и обеспечивает обмен данными между двумя устройствами.

Классификация беспроводных сетей

Рисунок 1 – Классификация беспроводных сетей

Вайфай работает на двух диапазонах частот: 2,4 (стандарты 802.11a/b/g/n) или 5 (только 802.11n) ГГц. Радиус действия может достигать 250-300 метров в пределах прямой видимости и до 40-50 метров в закрытых помещениях. Каждое конкретное оборудование обеспечивает различные физические показатели в зависимости от модели и фирмы производителя.

Скорость передачи потока данных отличается в зависимости от используемого стандарта и может составлять от 11 Мбит/с по стандарту 802.11b до 600 Мбит/с в 801.11n.

3.3 Организация беспроводной сети

wi-fi animation

WiFi может использоваться для нескольких целей:

  1. организация корпоративной сети предприятия;
  2. организация удаленного рабочего места;
  3. обеспечение входа в интернет.

Соединение осуществляется двумя основными способами:

  1. Работа в режиме инфраструктуры (Infrastructure Mode), когда все компьютеры связываются между собой через точку доступа (Access Point). Роутер работает в режиме коммутатора, и очень часто имеет проводное соединение и доступ в интернет. Чтобы подключиться нужно знать идентификатор (SSID). Это наиболее привычный для обывателя тип подключения. Это актуально для небольших офисов или квартир. В роли точек доступа выступают роутера (Router).
  2. Второй вариант подключения используется если необходимо связать два устройства между собой напрямую. Например, два мобильных телефона или ноутбука. Такой режим называется Adhoc, или равный с равным (peer to peer).

Бытовые роутеры дают возможность подключиться не только через вайфай. Практически каждый оборудован несколькими портами Ethernet, что дает возможность вывести в сеть гаджеты, которые не оборудованы WiFi модулем. В этом случае роутер вступает в качестве моста. Позволяющего объединить проводные и беспроводные устройства.

Для увеличения радиуса действия сети или для расширения существующей топологии, точки доступа объединяются в пул в режиме Adhoc, а другие подключаются к сети через маршрутизатор или коммутатор. Есть возможность увеличить зону покрытия путем установки дополнительных точек доступа в качестве репитера (повторителя). Репитер улавливает сигнал с базовой станции и позволяет клиентам подключаться к нему.

Практически в любом общественном месте можно поймать сигнал WiFi и подключиться для выхода в интернет. Такие общественные точки доступа называются Hotspot. Публичные зоны с вайфай покрытием встречаются в кафе, ресторанах, аэропортах, офисах, школах и других местах. Это очень популярное на данный момент направление.

3.4 Преимущества и недостатки беспроводных сетей

Основное преимущество передачи информации по воздуху, вытекает из самого названия технологии. Нет необходимости в прокладке огромного количества дополнительных проводов. Это существенно снижает время на организацию сети и затраты на монтаж. Для использования вайфай сетей нет необходимости приобретать специальную лицензию, значит можно быть уверенным в том, что устройство, соответствующее стандарту 802.11, приобретенное в одной точке земного шара, будет работать в любой другой.

Беспроводные сети хорошо модернизируются и масштабируются. При необходимости увеличить покрытие сети, всего-навсего устанавливается одно или несколько дополнительных роутеров без необходимости изменить всю систему. В зонах с неравномерным покрытием, устройство-клиент всегда будет переключаться на ту точку, которая имеет наивысшее качество связи.

Среди недостатков стоит отметить проблемы с безопасностью. Все современные роутеры поддерживают несколько протоколов шифрования, есть возможность фильтрации клиентов по MAC-адресам. Таким образом при достаточной внимательности можно организовать систему наименее подверженную рискам. Еще один недостаток это перекрытие зон покрытия от различных роутеров. В большинстве случаев эта проблема решается переключением работы на другом канале. [2]

4. Общие рекомендации по построению беспроводной сети на основе Wi-Fi

1. Необходимое число точек доступа

Число точек доступа Wi-Fi, необходимых для построения сети в конкретном месте, удаленно определить невозможно. Мощность Wi-Fi–сигнала в точке приема зависит от расстояния (от клиента до точки доступа). От внешних помех (зашумленности эфира) и препятствий, наличия других радиоизлучений зависит соотношение сигнал/шум. Определить число точек поможет подробное картирование местности (обследование и нанесение на карту зон покрытия Wi-Fi–сигнала от точки доступа, которое будет в дальнейшем использоваться) или полная установка всего оборудования и его тестирование на месте. Тоже самое относится и к выбору антенн для усиления сигнала.

2. Роуминг

Если необходим роуминг, точки доступа необходимо соединить между собой Ethernet-кабелем (например, через обычный сетевой Ethernet-коммутатор второго уровня L2). Зоны покрытия различных точек должны пересекаться, но не более чем на 30%. При отсутствии пересечения зон клиент все равно отключится от одной точки при переходе к другой (появляются «слепые зоны»), а при слишком большом пересечении клиент не сможет выбрать приоритетную точку доступа по силе сигнала. При этом соседние точки должны использовать разные непересекающиеся каналы для работы.

3. Соединение нескольких точек Wi-Fi между собой

Если нет возможности проложить между точками Ethernet-кабель, можно соединить точки доступа между собой по беспроводной сети. В этом случае не получится использовать роуминг.

Для такой сети лучше использовать точки с двумя Wi-Fi-интерфейсами, один из которых будет служить мостом для соединения с соседней точкой доступа, а второй - работать как точка доступа Wi-Fi. Если же используется точка с одним интерфейсом (в этом случае нужно настроить интерфейс в режиме AP+Bridge), фактическая скорость передачи данных между клиентом Wi-Fi-сети и точкой доступа серьезно уменьшится (т.к. технология Wi-Fi использует мультиплексирование с разделением по времени (TDM) - т.е. передача данных в один момент времени возможна только от одного участника сети в одну сторону).

По возможности лучше соединять точки доступа Wi-Fi кабелем Ethernet – это обеспечивает более стабильную и скоростную связь.

4. Максимально возможное число клиентов

Число клиентов, способных подключиться к одной точке доступа, ограничено и, как правило, невелико. При этом полезная скорость передачи данных от клиента к точке доступа будет уменьшаться пропорционально числу клиентов одной точки и потребляемому ими трафику (если клиент неактивен или только смотрит веб-страницы, он не сильно замедлит общую скорость, а если качает большие файлы, смотрит фильмы и т.п., то сильно замедлит общую скорость). Поэтому нужно сопоставить максимально возможное число точек, которые можно установить, с числом предполагаемых клиентов и желаемой скоростью обмена данными. Не исключено, некоторых клиентов лучше будет подключать кабелем.

5. Реальная скорость передачи данных

Скорость синхронизации клиента Wi-Fi с точкой доступа (54 Мбит/с, 150 Мбит/с, 300 Мбит/с) - это не фактическая скорость обмена данными между точкой и клиентом. Реальная скорость будет значительно меньше.

6. DHCP-сервер и маршрутизация

Точка доступа Wi-Fi работает на втором уровне сетевой модели OSI, т.е. на уровне МАС-адресов и VLAN. Она не может выдавать клиентам IP-адреса и ограничивать доступ на уровне шлюза. Для выдачи IP-адресов клиентам потребуется DHCP-сервер, а для организации доступа в Интернет – шлюз (например, можно использовать Ethernet-маршрутизатор со встроенным DHCP-сервером).

7. Разделение пользователей на группы

Если требуется разделить пользователей на группы средствами точек доступа, то это можно сделать несколькими способами:

  1. Если шлюза в сети нет, можно использовать механизм Layer 2 Isolation и Intra-BSS traffic blocking. Доступ между пользователями будет блокироваться на втором уровне.
  2. Если в сети есть шлюз, нужно использовать VLAN для разделения пользователей. Вышестоящий шлюз должен поддерживать эти VLAN и на основании них разделять пользователей на IP-уровне.

8. Режим контроллера на точках доступа

Режим контроллера позволяет настраивать несколько точек доступа одновременно через интерфейс одного устройства. В линейке ZyXEL есть следующие модели точек доступа Wi-Fi:

  1. Точки доступа Wi-Fi серии NWA1000-N – «одиночные». Каждую такую точку нужно настраивать отдельно.
  2. Точки доступа Wi-Fi серии NWA3000-N могут быть использованы как контроллеры сети Wi-Fi, работающей на точках этой серии. При этом одна точка доступа назначается контроллером сети (Controller AP), а остальные управляемые (Managed AP), т.к. настраиваются через контроллер.
  3. Точки доступа Wi-Fi серии NWA5000-N могут быть использованы только как подчиненные точки контроллера точек доступа NXC5200. Настройки беспроводной сети производятся только на контроллере.

9. Ретранслятор (репитер) сигнала Wi-Fi

Точки доступа Wi-Fi серий NWA3000-N и NWA-3000 можно использовать для соединения удаленных сегментов сети по беспроводной сети Wi-Fi (для соединения удаленных точек - режим «Bridge/Repeater», для подключения удаленных клиентов к общей сети – режим «AP+Bridge»).

10. Подключение к беспроводному провайдеру или существующей точке доступа

Режим клиента Wi-Fi–сети поддерживается точками серии NWA1000-N. При этом быть одновременно беспроводным клиентом и точкой доступа NWA1000-N не может. [3]

Выводы

В данной работе был проведен обзор технологий беспроводных сетей, в частности IEEE 802.11 Wi-Fi. Показана актуальность данной технологии в современных инфокоммуникационных сетях. Также были предложены рекомендации по построению беспроводной сети.

Примечание

Автореферат носит обзорный характер и не является полной версией магистерской работы. При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Планируемы срок завершения работы: июнь 2019 года. Расширенные сведения по работе и полный перечень материалов могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Таненбаум Э. Компьютерные сети / Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл. - 5-е изд. – СанктПетербург: Питер, 2012. – 960 с.
  2. Wi-Fi. Беспроводные сети, классификация, принцип работы. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://posetke.ru
  3. Общие рекомендации по построению беспроводных сетей. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://kb.zyxel.ru
  4. Олифер, В. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов / В. Олифер, Н. Олифер. - 5-е изд. – Санкт-Петербург: Питер, 2016. – 992 с.
  5. Гепко И.А., Олейник В.Ф., Чайка Ю.Д., Бондаренко А.В. Современные беспроводные сети: состояние и перспективы развития. – Киев: ЭКМО, 2009. - 672с.
  6. Росс Джон. Wi-Fi. Беспроводная сеть. – М.: НТ Пресс, 2007. – 320 с.
  7. Группа стандартов Wi-Fi IEEE 802.11. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://wi-life.ru