2006-04-27 Sieci WiFi IEEE 802.11 teoretycznie Papa32

W życiu bywa tak, że żadna wiedza praktyczna bez teorii nie jest pełna i żadna teoria bez wiedzy praktycznej też nie. Dlatego, byś mógł w pełni zrozumieć wszystkie zwroty którymi operują autorzy naszych artykułów musisz dowiedzieć się czegoś o WiFi.

Słownictwo

Sieć bezprzewodowa, znana pod skrótem WLAN (Wireless LAN - Bezprzewodowy LAN) lub WiFi (Wireless Fidelity - Bezprzewodowa Jakość) to sieć lokalna zrealizowana bez użycia przewodów.

Stosowane powszechnie przewodowe sieci komputerowe umożliwiają wzajemne łączenie urządzeń z wykorzystaniem do tego celu różnych typów kabli i światłowodów. Natomiast WLAN to sieć lokalna zrealizowana bez użycia przewodów. W sieciach tego typu medium transmisyjnym są zazwyczaj fale radiowe 2,4 GHz lub rzadziej 5 Ghz. Są one projektowane zgodnie ze standardem IEEE 802.11.

Szybkość przesyłu danych zależy od standardu oraz odległości pomiędzy użytymi urządzeniami i wynosi najczęściej 11, 22, 44, 54 lub 108 Mbps.

802.11 to grupa standardów IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers - Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników) dotyczących sieci bezprzewodowych sporządzonych przez grupę 11 z IEEE 802. Standardy 801.11 stanowią podstawę certyfikatów WiFi.

Rodzina 802.11 obejmuje tak naprawdę trzy zupełnie niezależnie protokoły skupiające się na kodowaniu a, b i g. Obecnie za bezpieczeństwo odpowiadają oddzielne standardy jak np. 802.11i. Pozostałe standardy jak c-f, h-j oraz n to rozszerzenia usług czy poprawki w innych standardów z rodziny. Pierwszym powszechnie zaakceptowanym standardem był 802.11b, potem weszły 802.11a oraz 802.11g.

Dostępnie w Polsce sieci WiFi wykorzystują zwykle standard 802.11b, a od niedawna 802.11g. Zakres częstotliwości fal radiowych wykorzystywany w 802.11 nie podlega koncesjonowaniu (do 100mW) i dlatego można bez żadnych zezwoleń instalować sieci tego typu. Jednak w paśmie tym występują znaczne zakłócenia np. pochodzące od kuchenek mikrofalowych. Najpopularniejsze standardy IEEE 802.11 to:

I. 802.11 - oryginalny
Pierwszym standardem sieci radiowej był IEEE 802.11 opublikowany w 1997 roku. Dziś dla odróżnienia oznacza się go jako 802.1y. Określał on dwie prędkości transmisji - 1 oraz 2 Mb/s. Medium miało być promieniowanie podczerwone (podczerwień) oraz wykorzystywany w przemyśle i medycynie zakres częstotliwości 2,4 GHz.

II. 802.11b
Standard 802.11b według specyfikacji ma zasięg 46 m w pomieszczeniu i 96 m na otwartej przestrzeni. Lecz dane te mogą ulec zmianie przy zastosowaniu innych anten. Urządzenia 802.11b pozwalają zwykle na przekaz z prędkością 11 Mb/s. Sprawność protokołu obniża tą prędkość do 5,5 Mb/s. Jednak materiały takie jak metal, woda lub beton znacznie pochłaniają fale i obniżają jakość sygnału. Standard 802.11b przewiduje wykorzystanie algorytmów do wykrywania sygnałów zagłuszających oraz unikania kolizji podczas komunikacji wielu radiowych kart sieciowych.

Odpowiednie anteny zewnętrzne ze wzmacniaczami mogą zwykle osiągać zasięg do 8 km. Przeprowadzono nawet testy, w których połączenie 802.11b pracowało na dystansie 120 km. Praktycznym zastosowaniem tego typu urządzeń jest zastępowanie drogich połączeń operatora kablowego lub starszego sprzętu do komunikacji mikrofalowej. Produkowane masowo urządzenia 802.11b obsługują szybkość 11 Mb/s, ale prędkość można obniżyć do 5,5Mb/s, 2Mb/s oraz 1 Mb/s. Spektrum 802.11b podzielone na 14 kanałów o szerokości 22 MHz, przyczym tylko trzy kanały nie pokrywają się w swoich zakresach. W Polsce można wykorzystywać tylko pasma od 2400,0 do 2483,5 MHz czyli od 1 do 13.

Niektórzy producenci wprowadzili własne produkty dające prędkość 22, 33 oraz 44 Mb/s oparte na standardzie. Swoją modyfikację nazwali 802.11b+, ale nigdy nie stała się ona standardem uznanym przez IEEE. Często też powoduje problemy w nawiązaniu połączeń z innymi urządzeniami które nie obsługują tego rozszerzenia.

III. 802.11a
Dopiero w roku 1999 ostatecznie ustalono specyfikację 802.11a. Do produkcji urządzenia zgodne ze standardem weszły w roku 2001. 802.11a wykorzystuje częstotliwość 5 GHz. Jego podstawowa prędkość to 54 Mb/s, ale w praktyce działa najlepiej w granicach 20 Mb/s. Mniejsze dopuszczalne prędkości to 48, 36, 34, 18, 12, 9 oraz 6 Mb/s. 802.11a obejmuje 12 niezachodzących kanałów, 8 przeznaczonych do pracy w budynkach oraz 4 przeznaczone do pracy między dwoma punktami (ang. point to point). Istniały pewne próby uregulowania
tego zakresu częstotliwości przez niektóre kraje, ale dziś większość państw pozwala na niekoncesjonowane wykorzystanie pasma dla 802.11a.

Standard 802.11a nie doczekał się jak dotąd tak masowego wykorzystania jak 802.11b, jednak sytuacja ostatnim czasem uległa znaczącej poprawie. Z drugiej strony wiele obecnie dostępnych na rynku urządzeń może pracować w oparciu o oba standardy. Niektóre karty pozwalają nawet na pracę w dwóch systemach równolegle.

IV. 802.11g
W czerwcu 2003 roku ostatecznie uznano standard 802.11g. Pracuje on podobnie jak 802.11b na częstotliwości 2,4 GHz, ale pozwala na transfer z prędkością 54 Mb/s. Standard 802.11g jest całkowicie zgodny w dół ze standardem 802.11b. Jednak wykorzystanie starszych urządzeń powoduje w praktyce redukcję prędkości do 11 Mb/s. Już przed wprowadzeniem standardu wiele firm rozpoczęło wdrażanie go w swoich produktach. W lecie 2003 roku pojawiła się całą gama kart i Access Pointów dwu kanałowych oraz zgodnych z wszystkimi 3 standardami WiFi czyli 802.11b, a i g.

Wielu producentów wprowadziło w swoich urządzeniach opcję Super G pozwalającą na łączenie pasma kilku kanałów w jedno. Dzięki wykorzystaniu Super G udało się osiągnąć prędkość 108 Mb/s. Dodatkowo poprawiono algorytmy zarządzania ruchem pakietów radiowych, co poprawiło sprawność protokołu. Niestety nie wszystkie urządzenia sieciowe pozwalają na pełne wykorzystanie tych możliwości.

V. 802.11n
W styczniu 2004 IEEE ogłosiło rozpoczęcie prac nad nowym standardem 802.11n. Ma on obejmować rozległe sieci bezprzewodowe. Prędkości rzędu 100 Mb/s albo nawet 250 Mb/s mają stać się w pełni dostępne. Do tego celu zostanie prawdopodobnie wykorzystana technologia MIMO (Multiple Input, Multiple Output) wykorzystująca wiele fizycznych kanałów transmisyjnych do stworzenia jednego połączenia. Zapowiedziano też zwiększenie zasięgu. Prace standaryzacyjne powinny się zakończyć w przed końcem roku 2006.

Sieci bezprzewodowe buduje się w dwóch topologiach:

A. Topologia gwiazdy (infrastructure) opiera się na punkcie centralnym, którym może być Access Point lub odpowiednio
skonfigurowany komputer. Pakiet informacji, wysyłany jest z komputera, a odbierany w stacji centralnej i kierowany przez nią do odpowiedniego komputera w sieci lub po za nią (Internet).

Sieci zbudowane w tej topologii mają ogromne możliwości i są wydajne. Zastosowanie punktu dostępowego zwiększa maksymalne odległości między stacjami i umożliwia podłączenie przewodowej sieci LAN. Sieć zbudowaną w oparciu o tą topologię można praktycznie do woli powiększać poprzez dołączanie kolejnych punktów dostępowych.

B. Topologia bezpośrednia (ad-hoc) charakteryzuje się tym, że poszczególne komputery nie komunikują się z innymi za pośrednictwem centralnych punktów dostępu, ale wymieniają dane bezpośrednio.

W takich sieciach nie trzeba instalować Access Pointów, ponieważ decyzje o sposobie przekazywania pakietów podejmują same komputery. Wadą takich sieci jest maksymalna liczba komputerów wynosząca cztery i mniejsza niż w przypadku sieci opartych na punkcie centralnym wydajność.

Na całość infrastruktury sieci bezprzewodowych składają się następujące elementy:

1. Access Point (punkt dostępowy) to urządzenie stosowane w sieciach bezprzewodowych stanowiące element łączący część przewodową sieci (najczęściej w standardzie Ethernet) a część bezprzewodową (standard 802.11 znany też jako Ethernet bezprzewodowy).

Służy on najczęściej służy do komunikacji między bezprzewodowymi
urządzeniami (najczęściej są to bezprzewodowe karty sieciowe) w topologii gwiazdy. Zarządza on ruchem w obrębie takiej sieci.


2. Bezprzewodowa karta sieciowa służy do przekształcania pakietów danych w sygnały, które są przesyłane w sieci komputerowej. Urządzenia te pracują w standardzie IEEE 802.11.

Takie karty pracować mogą w obydwu topologiach. Niektóre z nich są w stanie pracować jako punkt centralny w sieci WiFi. Zwykle podłączane są one do komputerów przez złącza PCI (komputery stacjonarne), PCMCIA lub miniPCI (notebooki) oraz USB (większość komputerów).


3. Antena zewnętrzna ma za zadanie zwiększenie pokrycia sieci. W sieciach domowych używa się zwykle atenek omini, ze względu na małe odległości i estetyczny wygląd, natomiast w linkach na znaczne odległości stosuje się anteny o większym zysku energetycznym, mocowane zwykle na dachach lub nawet masztach. Ze względu na budowę i cechy charakterystyczne wyróżniamy anteny:

a. Biquard zwana potocznie panelową od swojej płaskiej
budowy. Pracuje w polaryzacji liniowej - pionowej i poziomej. Ma szeroki kąt promieniowania, dlatego sprawdza się w miastach przy przeszkodach typu maszty i anteny.

b. Yda-Yagi (przyjęło się YAGI). Ma mniejszy kąt promieniowania niż panelowa. Pracuje w polaryzacji liniowej - pionowej i poziomej. Sprawdza się w linkach bezpośrednich, bez przeszkód do 4km.

c. Siatkowa ma zwykle mały kąt promieniowania, dlatego maksymalnie skupia falę i nadaje się na długie linki. Polaryzacja zależy od promiennika.

d. Szczelinowa zwana sektorową nadaje się na stacje bazowe, ze względu na duży kąt promieniowania. Pracuje w polaryzacji pionowej lub poziomej w zależności od budowy.

e. Helikalna jest łudząco podobna do YAGI, ma jednak zupełnie
inne właściwości. Pracuje w polaryzacji kołowej (ok 3dbi straty ze wszytki innymi antenami). Stosowana w połączeniach punkt-punkt.

f. Paraboliczna składa się z talerza i promiennika, którym zwykle
jest YAGI lub Biquard. Jak w przypadku anteny siatkowej nadaje się na długie linki, zaś polaryzacja zależy od promiennika.

g. Kolinearna do antena promieniująca 360* w pionie, a więc dookolna. Stosuje się ją przy nadajnikach. Polaryzacja - pionowa.

Źródło: warxing.pl

Więcej artykułów: