Домашние и офисные сети под Vista и XP

Стандарт IEEE 802.11g

Наиболее распространенным и быстрым до недавнего времени стандартом можно считать стандарт IEEE 802.11g, который вобрал в себя все самое лучшее от стандартов IEEE 802.11а и IEEE 802.11b, а также содержит много нового. Целью его создания было достижение скорости передачи данных в 54 Мбит/с.

Как и стандарт IEEE 802.11b, стандарт IEEE 802.11g создан для работы в условиях использования диапазона 2,4 ГГц.

Стандарт предписывает обязательные и опциональные скорости передачи данных:

• обязательные – 1, 2, 5,5, 6, 11, 12 и 24 Мбит/с;

• опциональные – 33 Мбит/с, 36 Мбит/с, 48 Мбит/с и 54 Мбит/с.

Для достижения таких показателей используют кодирование с помощью последовательности дополнительных кодов (ССК), метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM), метод гибридного кодирования (CCK-OFDM) и метод двоичного пакетного сверточного кодирования (РВСС). Стоит отметить, что одна и та же скорость передачи может быть достигнута разными методами, но при этом обязательные скорости передачи данных достигаются только с помощью методов ССК и OFDM, а опциональные скорости – методов CCK-OFDM и РВСС.

Преимущество оборудования стандарта IEEE 802.11g – его совместимость с оборудованием IEEE 802.11b, то есть можно легко использовать свой компьютер с сетевой картой стандарта IEEE 802.11b с точкой доступа стандарта IEEE 802.11g, и наоборот. Кроме того, потребляемая мощность оборудования этого стандарта намного ниже, чем аналогичного оборудования стандарта IEEE 802.11а, поэтому оборудование стандарта IEEE 802.11g по праву нашло свое применение в переносных компьютерах.

Как и в случае со стандартом IEEE 802.11b+, существует аналогичный стандарт IEEE 802.11g+, позволяющий работать со скоростью 108 Мбит/с, что уже выводит подобную сеть на уровень сети стандарта 802.3 100Base.

Стандарт IEEE 802.11h

Стандарт IEEE 802.11h разработан с целью эффективного управления мощностью излучения передатчика, выбором несущей частоты передачи и генерации нужных отчетов. Он вносит некоторые новые алгоритмы в МАС-уровень, а также физический уровень стандарта IEEE 802.11а. Прежде всего это связано с тем, что в некоторых странах диапазон 5 ГГц используют для трансляции спутникового телевидения, радарного слежения за объектами и т. п., что может вносить помехи в работу передатчиков беспроводной сети.

Смысл работы алгоритмов стандарта IEEE 802.11b. в том, что компьютеры беспроводной сети (или передатчики) при обнаружении отраженных сигналов (интерференции сигнала) могут динамически переходить на другой диапазон, понижать или повышать мощность передатчиков, что позволяет эффективнее организовать работу уличных и офисных радиосетей.

Стандарт IEEE 802.11i

Стандарт IEEE 802.11i разработан специально для повышения безопасности при работе беспроводной сети. С этой целью разработаны разные алгоритмы шифрования и аутентификации, функции защиты при обмене информацией, функции генерирования ключей и т. д.:

• AES (Advanced Encryption Standard) – алгоритм шифрования, позволяющий работать с ключами шифрования длиной 128, 192 и 256 бит;

• RADIUS (Remote Access Dial-In User Service) – система аутентификации с возможностью генерирования ключей для каждой сессии и управления ими, включающая в себя алгоритмы проверки подлинности пакетов и т. д.;

• TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) – алгоритм шифрования данных;

• WRAP (Wireless Robust Authenticated Protocol) – алгоритм шифрования данных;

• CCMP (Counter with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol) – алгоритм шифрования данных.

Стандарт IEEE 802.11j

Стандарт IEEE 802.11j разработан специально для условий функционирования беспроводных сетей в Японии, а именно – для использования дополнительного диапазона радиочастот 4,9 ГГц-5 ГГц.[7 - Буква j в стандарте не означает, что это «японский» стандарт. Она отображает алфавитную очередность стандартов.] Спецификация предназначена для Японии и расширяет стандарт 802.11а добавочным каналом в 4,9 ГГц.

Примечание

На данный момент частота 4,9 ГГц рассматривается как дополнительный диапазон для использования в США. Из официальных источников известно, что этот диапазон готовится для применения органами общественной и национальной безопасности.

Стандарт IEEE 802.11n

Стандарт IEEE 802.11n – самый перспективный из всех беспроводных стандартов передачи данных, касающихся беспроводных сетей. Хотя он еще не прошел завершающую аттестацию, однако на рынке уже появляются устройства этого стандарта.

Согласно последнему из вариантов спецификации, оборудование, использующее этот стандарт, способно обеспечить скорость передачи данных до 300 Мбит/с, что, согласитесь, достаточно много и может спокойно составить конкуренцию таким проводным стандартам, как Ethernet 802.3 100Base и Gigabit Ethernet.

Стандарт в своей работе использует метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) и квадратурную амплитудную модуляцию (QAM), что обеспечивает не только высокую скорость передачи данных, но и обратную совместимость со стандартами IEEE 802.11а, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g.

Однако для достижения планки в 300 Мбит/с потребовалось использование новой технологии передачи данных, каковой стала технология с множественным вводом/выводом (Multiple Input Multiple Output, MIMO). Смысл ее заключается в параллельной передаче данных по разным каналам с применением многоканальных антенных систем. Кроме того, изменена структура обмена информацией на канальном уровне, что позволило избавиться от передачи лишних служебных данных и увеличить эффективную пропускную способность.

Стандарт IEEE 802.11r

Поскольку ни в каком из беспроводных стандартов толком не описаны правила роуминга, то есть перехода клиента от одной зоны к другой, то это призван сделать стандарт IEEE 802.11r.

Методы и технологии модуляции сигнала

Методы и технологии модуляции сигнала на физическом уровне меняются в зависимости от стандарта беспроводной сети. В этом нет ничего странного, так как каждая технология имеет свои ограничения и достичь каких-либо новых результатов с применением старых технологий удается крайне редко.

Как бы там ни было, сегодня существуют следующие спецификации и технологии физического уровня беспроводной сети:

• спецификация для работы в инфракрасном диапазоне;

• спецификация DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с широкополосной модуляцией с прямым расширением спектра методами прямой псевдослучайной последовательности;

• спецификация FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с широкополосной модуляцией со скачкообразной перестройкой частоты методами псевдослучайной перестройки частоты;

• спецификация OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с использованием подканалов с разными несущими частотами;

• технология кодирования Баркера – описывает способ кодирования данных с помощью последовательностей Баркера;

• технология ССК (Complementary Code Keying) – описывает способ дополнительного кодирования битов передаваемой информации;

• технология CCK-OFDM – описывает способ кодирования данных с помощью гибридного метода, что позволяет увеличить скорость передачи сигнала при невысокой избыточности данных;

• технология QAM (Quadrature Amplitude Modulation, QAM) – описывает способ квадратурной амплитудной модуляции сигнала, который работает на скорости выше 48 Мбит/с;

• технология MIMO (Multiple Input, Multiple Output, MIMO) – передовая технология, описывающая перспективные способы передачи данных путем более эффективного разделения радиоканала на полосы с возможностью параллельной передачи и преобразования цифрового сигнала.

Когда появились первые образцы оборудования, они работали в диапазоне частот 902–928 МГц. При этом достигалась скорость передачи данных 215–860 Кбит/с с использованием метода расширения спектра прямой последовательностью (DSSS). Указанный диапазон частот разбивался на каналы шириной около 5 МГц, что при скорости передачи данных 215 Кбит/с составляет пять каналов. При максимальной скорости передачи данных спектр сигнала достигает 19 МГц, поэтому получался только один частотный канал шириной 26 МГц.

Когда это оборудование только появилось, его скорости передачи данных было достаточно для многих задач при нескольких подключенных компьютерах. Однако чем больше подключалось компьютеров, тем ниже становилась скорость. Например, если к сети подключено пять компьютеров, то реальная скорость передачи данных будет в пять раз меньше теоретической. Получается, что чем больше компьютеров в сети, тем меньше скорость, что при теоретической скорости передачи данных 860 Кбит/с чрезвычайно мало.

Конечно, скорость можно было бы со временем увеличить, однако начали сказываться и другие факторы, самым главным из которых стало использование диапазона 900 МГц операторами мобильной связи. Именно это и привело к тому, что первое оборудование не прижилось среди пользователей. Проанализировав сложившуюся ситуацию, было принято решение использовать диапазон частот 2400–2483,5 МГц, а вскоре – 5,15-5,35 ГГц, 5150–5350 МГц и 5725–5875 МГц, что позволило добиться не только большей пропускной способности, но и большей помехозащищенности. Кроме того, потенциал использования высоких частот намного больше.

Метод DSSS

Смысл метода расширения спектра методом прямой псевдослучайной последовательности (DSSS) заключается в приведении узкополосного спектра сигнала к его широкополосному представлению, что позволяет увеличить помехоустойчивость передаваемых данных.

При использовании метода широкополосной модуляции с прямым расширением спектра диапазон 2400–2483,5 МГц делится на 14 перекрывающихся каналов или три неперекрывающихся канала с промежутком в 25 МГц.

Для пересылки данных используется всего один канал, причем для повышения качества передачи и снижения потребляемой при этом энергии[8 - Большое потребление энергии критично для переносных компьютеров.] (за счет снижения мощности передаваемого сигнала) используется последовательность Баркера, характеризующаяся достаточно большой избыточностью. Избыточность кода позволяет избежать повторной передачи данных, даже если пакет частично поврежден.

Метод FHSS