Особенности проектирования беспроводных компьютерных сетей

1 ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ  БЕСПРОВОДНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ  СЕТЕЙ 

1. Аппаратные  средства для создания беспроводных компьютерных сетей

     Любая компьютерная сеть для функционирования должна состоять из аппаратных средств  и программного обеспечения (ПО), посредством которых производится обмен информацией между сетевыми компонентами. В данном параграфе рассмотрим, какие аппаратные средства используются в беспроводных компьютерных сетях.

     К аппаратным средствам, с помощью  которых конфигурируются беспроводные сети, можно отнести:

1) компьютер  с сетевой картой;

2) канал  связи;

3) точку Wi-Fi соединения;

4) специализированные  аппаратные средства.

          Сетевая карта или сетевой адаптер - это плата расширения, вставляемая в разъем системной платы (main board) компьютера. Также существуют сетевые адаптеры стандарта PCMCIA для ноутбуков (notebook), они вставляются в специальный разъем в корпусе. Или интегрированные на системной плате компьютера - подключаются по какой либо локальной шине. В последние несколько лет появились Ethernet сетевые адаптеры, подключаемые к USB (Universal Serial Bus) порту компьютера, позволяющие подключаться к сети без вскрытия корпуса компьютера

Характеристики  сетевых плат:

• Разрядности 8 бит (самые старые), 16 бит и 32 бита. Следует ожидать появления 64 бит сетевых карт.
• Шина данных, по которой идет обмен информацией между системной платой и сетевой картой: ISA, EISA, VL-Bus, PCI и др.
• Микросхема контроллера или чипа (Chip, chipset), на котором данная плата изготовлена.
• Поддерживаемая сетевая среда передачи (network media), то есть установленными на карте разъемами для подключения к определенному сетевому кабелю: BNC для  сетей 10Base-2, RJ45 для сетей 10Base-T и 100Base-TX, AUI для сетей 10Base-5 или разъемы для подключения к волоконной оптике.
• Скорость работы: Ethernet 10Mbit и/или Fast Ethernet 100Mbit, Gigabit Ethernet 1000Base-..

• MAC- адрес.

         Для определения точки назначения пакетов (frames) в сети Ethernet используется MAC-адрес. Это уникальный серийный номер присваиваемый каждому сетевому устройству Ethernet для идентификации его в сети. MAC-адрес присваивается адаптеру его производителем, но может быть изменен с помощью программы. Делать это не рекомендуется. При работе сетевые адаптеры просматривают весь проходящий сетевой трафик и ищут в каждом пакете свой MAC-адрес. Если таковой находится, то устройсво (адаптер) декодирует этот пакет. Существуют также специальные способы по рассылке пакетов всем устройствам сети одновременно (broadcasting). MAC-адрес имеет длину 6 байт и обычно записывается в шестнадцатиричном виде, например, 12:34:56:78:90:AB. Двоеточия могут и отсутствовать, но их наличие делает число более читаемым. Каждый производитель присваивает адреса из принадлежащего ему диапазона адресов. Первые три байта адреса определяют производителя.

         Для нормальной работы каждой сетевой платы ей необходимы адрес ввода-вывода (In/Out port) и номер прерывания (IRQ). Конфигурирование сетевой платы заключается в настройке ее на свободные адрес и прерывание, которые затем будут использоваться операционной системой. Адрес (i/o port) и прерывание(IRQ) для каждой сетевой платы должно быть свое, отличное от других устройств компьютера.

          Современные сетевые карты, поддерживающие технологию Plug-n-play сами выполняют эту операцию, для всех остальных необходимо проделать ее вручную.

          Канал связи (канал передачи данных; telecommunication channel) — часть сети, связывающая между собой каждую пару ее оконечных терминалов и состоящая из технических средств передачи и приема данных, включая линию связи, а также средств программного обеспечения и протоколов. В зависимости от характера, принципа построения, назначения и использования различают каналы проводной, оптоволоконной, радио-, телефонной, телеграфной, компьютерной, аналоговой, цифровой, дуплексной (двухсторонней) связи.  Каналом (channel) называют соединение для передачи электрических или оптических сигналов между двумя единицами активного оборудования, состоящее из линейного и соединительного кабелей, а также логический маршрут передачи информации или конструктивный элемент для прокладки кабеля.

Разновидности телекоммуникационных каналов связи:

1. Выделенный канал связи (dedicated line) — канал или линия связи (в том числе телефонной), постоянно закрепленные за источниками передачи и приема информации; называются также арендованными, поскольку арендуются, как правило, у телекоммуникационной компании или национальной администрации (министерства) связи.
2. Виртуальный канал (virtual line) — функциональный аналог выделенного канала, однако маршрут следования данных в виртуальном канале не является фиксированным: он выбирается в момент передачи данных прозрачно для их отправителя и получателя.
3. Full duplex — способность устройства или канала связи передавать и принимать данные одновременно в обоих направлениях по одной линии связи.
4. Half duplex — способность устройства или канала связи передавать и принимать информацию в двух направлениях, однако в каждый отдельно взятый момент времени передача или прием данных производится только в одном направлении.
5. Symmetrical communications (симметричная связь) — связь, при которой в обоих направлениях передаются одинаковые по объему потоки данных.
6. Fibre Channel (оптоволоконный канал) — сверхвысокоскоростная (1 Гбит/с и выше) схема или технология полнодуплексной передачи данных с малой задержкой (10-30 мс) на расстояние 10 км. Несмотря на наименование, физической средой передачи может быть не только оптическое волокно, но и коаксиальный кабель или витая пара. Технология или архитектура Fibre Channel имеет пятиуровневую конфигурацию, поддерживается комплексом стандартов, которые предусматривают три вида топологии: точка-точка (Point-to-Point), арбитражная петля (Arbitrated Loop) и коммутирующая структура (Fabric).
7. Wireless Channel (канал беспроводной связи) — канал, который использует в качестве среды передачи данных электромагнитное излучение радиочастотного (как правило, СВЧ) или оптического (как правило, инфракрасного) диапазонов. Каналы беспроводной связи используются в Radio Ethernet и в структурированных беспроводных системах, а также для обеспечения связи на

коротких  расстояниях между компьютерами, компьютерами и другими электронными устройствами.

В беспроводных компьютерных сетях используются каналы:

• беспроводные наземные каналы связи;
• беспроводные оптические каналы связи;

         Беспроводным наземным каналам связи, как и каналам связи другой природы, присущи и достоинства, и недостатки. Несмотря на это, перспективы их применения для России с ее огромными просторами, большим количеством труднодоступных мест и маленькой плотностью населения на большей части территории очевидны. Например, стоимость создания канала связи со скоростью передачи 16 Мбит/с на расстояние 45 км будет в несколько раз дешевле, чем прокладка оптического кабеля. При использовании спутникового канала такие скорости передачи информации просто невозможны, но даже если бы это было не так, цена такой услуги была бы "

Под аббревиатурой  Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «высокая точность беспроводной передачи данных») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам. Разработка этих стандартов ведётся в рамках рабочей группы 802.11 Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Wi-Fi не является единственной технологией беспроводного доступа — специалисты IEEE и других учреждений разработали и продолжают работать над другими стандартами беспроводных коммуникаций, ориентированных на персональные сети (PWAN, для организации подключения в пределах, например, рабочего места сотрудника) или сети, масштаба города и региона (WWAN).

      Количество точек беспроводного  доступа в мире растёт с  каждым днём, обещая в недалёком  будущем широкополосный вход  в глобальную сеть откуда угодно и без особых проблем. Был бы под рукой компьютер с Wi-Fi-адаптером. Информационное издание JiWire опубликовало данные из которых следует, что в настоящее время насчитывается 56139 хот-спотов в 93 странах мира.

      Абсолютное и неоспоримое лидерство  по количеству точек доступа  принадлежит США. Далее идут  Англия, Германия, Франция и Япония. Однако, когда дошли до подсчёта хот-спотов в отдельно взятом городе, оказалось, что лидером стал вовсе не один из американских мегаполисов. На первом месте оказался Лондон. Далее за ним идут Токио, Нью-Йорк, Париж, Сингапур, Берлин и Чикаго.

      Первая коммерческая точка появилась  в Санкт-Петербурге в 2003 г. Сейчас  в городе открыт 58 хот-спот. Московский рынок опередил санкт-петербургский в 2004 — он насчитывает 67 точек доступа, что составляет 56% от общего числа по России. Доля других городов пока незначительна, в сумме она измеряется 4%. Однако, как отмечает бюллетень J’son&Partner, в Новосибирске, Нижнем Новгороде и Самаре растёт число бесплатных хот-спотов. Лидерами Московского рынка названы компании «Моском» и «Таском» (13 и 17 коммерческих точек соответственно), за ними следуют Wi-Fi предназначен для создания беспроводных локальных сетей (WLAN) и организации высокоскоростных беспроводных подключений к Интернету. В зависимости от конкретного стандарта сети Wi-Fi работают на частотах 2,4 ГГц или 5 ГГц и обеспечивают скорость передачи данных от 2 Мбит/с. Одна точка доступа может обеспечить охват в радиусе до 200 метров. Широкое распространение, помимо домашних и офисных сетей, Wi-Fi нашёл в сфере организации публичного доступа в Интернет (хот-спотов) — с использованием этой технологии любой посетитель гостиницы, кафе, ресторана, бизнес-центра или аэровокзала (одним словом, заведения, в котором есть публичная точка доступа Wi-Fi) получает возможность мобильного подключения к Сети посредством своего ноутбука, КПК или телефона, поддерживающего стандарт беспроводного доступа.

      Wi-Fi (читается «вай-фай») — это технология, которая позволяет разным устройствам, прежде всего компьютерам, взаимодействовать между собой без всяких проводов. Для того чтобы избавиться от них, надо установить hotspot (хот-спот, горячую точку, точку доступа) — передатчик, который ловит и передаёт сигнал в радиусе нескольких десятков метров. Если в этот передатчик воткнуть шнур с Интернетом, то Интернет, как бесцветный газ, повиснет в воздухе вокруг хот-спота. Сотрудники офиса, оборудованного Wi-Fi, не прикованы проводами к розеткам, а бродят со своими ноутбуками из кабинета в конференц-зал, оттуда — в столовую, оттуда — на балкон. По части удобства Wi-Fi будет почище мобильной связи.

       За пределами офисов Wi-Fi тоже открывает массу перспектив — гулять по Интернету, валяясь на диване, проверять электронную почту, заходя в шанхайское кафе, купить нужную книжку в Интернет-магазине, занимаясь в библиотеке. Главное, чтобы поблизости находился хот-спот.

      Почти все современные ноутбуки  и карманные компьютеры так  или иначе умеют работать в  сетях Wi-Fi. Все больше и больше аэропортов, кафе и гостиниц в мире устанавливают у себя хот-споты, к которым может подключиться любой желающий — за небольшие деньги или вообще бесплатно. Не за горами тот день, когда понятие «Интернет-кафе» станет бессмыслицей вроде «масла масляного» — Интернет будет в избытке в любом кафе.

     Главное предназначение Wi-Fi — объединять компьютеры в локальную сеть. Раньше эта задача была непростой: сначала в компьютерном магазине надо было долго выбирать подходящие железячки, потом развинчивать компьютер и запихивать в него купленные детали, тянуть метры проводов, соединяя все со всем, и, наконец, убивать много часов, настраивая сеть. С Wi-Fi справится даже прекрасная бездельница.

      Wi-Fi может связывать между собой не только компьютеры. Если у вас на ноутбуке хранится огромная коллекция музыкальных файлов, вы можете слушать их через колонки, которые находятся в другом конце дома; если в коллекции — кино, его можно транслировать на оборудованный Wi-Fi-проектор. Снаружи над входной дверью прикреплена камера наружного наблюдения? Выносите все провода на помойку и переходите на Wi-Fi-камеру — даже лёжа в ванне, вы сможете следить за тем, не угнали ли там ваш небесно-голубой Ford Mustang.

     Тенденция совершенно понятна.  Оглянитесь вокруг: если вы видите  какие-нибудь провода, значит, ещё  есть к чему стремиться.

      В большинство современных ноутбуков  и карманных компьютеров приёмник  и передатчик Wi-Fi уже встроены — например, он встроен во все ноутбуки, построенные на технологии Intel Centrino. Если встроенного Wi-Fi в компьютере нет, то придётся купить недорогое устройство.

       Существует три способа организовать  в квартире сеть с помощью  Wi-Fi: 

1. Если задача состоит в том, чтобы объединить всего два компьютера, то можно обойтись вообще без роутеров. Два Wi-Fi-адаптера могут
2. работать друг с другом напрямую безо всяких центральных антенн. Этот способ годится только для двух компьютеров.
3. Если компьютеров больше, то понадобится точка доступа. Этим можно обойтись, если у вас есть компьютер, который вы готовы сделать сервером, то есть главным в сети. Для того чтобы сеть работала все время, сервер должен быть включён круглосуточно. Сервер может выполнять роль роутера и самостоятельно распределять Интернет-канал, но его настройка потребует некоторой квалификации, и если вы в себе не слишком уверены, лучше пригласить специально обученного человека.
4. Самый простой и универсальный. Точка доступа включается в роутер, роутер — в модем (впрочем, эти устройства могут быть объединены в два или даже в одно). Все! Теперь на каждом компьютере, в котором есть адаптер Wi-Fi, будет работать Интернет. Никакого сервера не нужно.