Проектирование беспроводной локальной сети

     Введение 

     Термин WDS (Wireless Distribution System) расшифровывается как «распределённая беспроводная система». Если говорить упрощённо, то данная технология позволяет точкам доступа устанавливать беспроводное соединение не только с беспроводными  клиентами, но и между собой. Беспроводные сети, называемые также Wi-Fi- или WLAN (Wireless LAN)-сети, обладают, по сравнению с традиционными проводными сетями, немалыми преимуществами, главным из которых, конечно же, является простота развёртывания.

     Так, беспроводная сеть не нуждается в прокладке кабелей (часто требующей штробления стен); трудно оспорить такие достоинства беспроводной сети, как мобильность пользователей в зоне её действия и простота подключения к ней новых пользователей. В то же время беспроводные сети на современном этапе их развития не лишены серьёзных недостатков. Прежде всего, это низкая, по сегодняшним меркам, скорость соединения, которая к тому же серьёзно зависит от наличия преград и от расстояния между приёмником и передатчиком; плохая масштабируемость, а также, если речь идёт об использовании беспроводной сети в помещениях, довольно ограниченный радиус действия сети.

     Один  из способов увеличения радиуса действия беспроводной сети заключается в создании распределённой сети на основе нескольких точек беспроводного доступа. При создании таких сетей в домашних условиях появляется возможность превратить всю квартиру в единую беспроводную зону и увеличить скорость соединения вне зависимости от количества стен (преград) в квартире.

     В этой статье мы подробно расскажем  о том, как шаг за шагом развернуть и настроить распределённую беспроводную сеть в домашних условиях с использованием двух точек беспроводного доступа. 

     Выбор оборудования для беспроводной сети 

     Есть  несколько типов беспроводных стандартов: 802.11a, 802.11b и 802.11g. В соответствии с  этими стандартами существуют и  различные типы оборудования. Стандарты  беспроводных сетей семейства 802.11 отличаются друг от друга прежде всего максимально возможной скоростью передачи. Так, стандарт 802.11b подразумевает максимальную скорость передачи до 11 Мбит/с, а стандарты 802.11a и 802.11g – максимальную скорость передачи до 54 Мбит/с. Кроме того, в стандартах 802.11b и 802.11g предусмотрено использование одного и того же частотного диапазона – от 2,4 до 2,4835 ГГц, а стандарт 802.11a подразумевает применение частотного диапазона от 5,15 до 5,35 ГГц.

     Оборудование  стандарта 802.11a, в силу используемого  им частотного диапазона, не сертифицировано в России. Это, конечно, не мешает применять его в домашних условиях. Однако купить такое оборудование проблематично. Именно поэтому в дальнейшем мы сосредоточимся на рассмотрении стандартов 802.11b и 802.11g.

     Следует учесть, что стандарт 802.11g полностью совместим со стандартом 802.11b, то есть стандарт 802.11b является подмножеством стандарта 802.11g, поэтому в беспроводных сетях, основанных на оборудовании стандарта 802.11g, могут также работать клиенты, оснащённые беспроводным адаптером стандарта 802.11b. Верно и обратное – в беспроводных сетях, основанных на оборудовании стандарта 802.11b, могут работать клиенты, оснащённые беспроводным адаптером стандарта 802.11b. Впрочем, в таких смешанных сетях скрыт один подводный камень: если мы имеем дело со смешанной сетью, то есть с сетью, в которой имеются клиенты как с беспроводными адаптерами 802.11b, так и с беспроводными адаптерами 802.11g, то все клиенты сети будут работать по протоколу 802.11b. Более того, если все клиенты сети используют один и тот же протокол, например 802.11b, то данная сеть является гомогенной, и скорость передачи данных в ней выше, чем в смешанной сети, где имеются клиенты как 802.11g, так и 802.11b. Дело в том, что клиенты 802.11b «не слышат» клиентов 802.11g. Поэтому для того, чтобы обеспечить совместный доступ к среде передачи данных клиентов, использующих различные протоколы, в подобных смешанных сетях точки доступа должны отрабатывать определённый механизм защиты. Не вдаваясь в подробности реализации данных механизмов, отметим лишь, что в результате применения механизмов защиты в смешанных сетях реальная скорость передачи становится ещё меньше.

     Поэтому при выборе оборудования для беспроводной домашней сети стоит остановиться на оборудовании одного стандарта. Протокол 802.11b сегодня является уже устаревшим, да и реальная скорость передачи данных при использовании данного стандарта может оказаться неприемлемо низкой. Так что оптимальный выбор – оборудование стандарта 802.11g.

     Архитектура распределённой беспроводной сети

     Основным  элементом любой беспроводной сети является точка доступа. Последняя  может представлять собой как  отдельное устройство, так и быть интегрированной в беспроводной маршрутизатор.

     Как мы уже отмечали, основным недостатком  беспроводной сети, построенной на основе одной точки доступа, является её ограниченный радиус действия и ярко выраженная зависимость скорости соединения от наличия преград и расстояния между точкой доступа и беспроводным клиентом сети. Если речь идёт о создании беспроводной сети в пределах одной комнаты, то одной точки доступа будет вполне достаточно. Если же требуется реализовать задачу создания беспроводной сети в квартире, состоящей из нескольких комнат, разделённых бетонными стенами с арматурой, то одной точки доступа может оказаться явно недостаточно. Рассмотрим типичный пример двухкомнатной квартиры с бетонными стенами. Если точка доступа установлена в одной комнате, то работать с этой точкой доступа из соседней комнаты (в данном случае препятствием является одна бетонная стена) ещё возможно. Однако установка соединения из кухни, которая отделена от комнаты с точкой доступа двумя бетонными стенами, если и возможно, то на недопустимо низкой скорости.

     Для того, что расширить радиус действия беспроводной сети на всю квартиру, проще всего развернуть распределённую беспроводную сеть на базе двух или более точек доступа.

     Итак, для примера рассмотрим ситуацию, когда в квартире (или небольшом  офисе) имеется два стационарных компьютера и один или несколько  ноутбуков, оснащённых беспроводными адаптерами, а также две точки доступа (AP), подключённых к стационарным компьютерам (рис. 1). Требуется развернуть распределённую беспроводную сеть на основе двух точек доступа с тем, что бы объединить ресурсы всех компьютеров в единую сеть и, кроме того, увеличить скорость соединения между всеми клиентами сети. Пример, демонстрирующий увеличение радиуса действия беспроводной сети, показан на рис. 2. 

     Рассмотренная нами архитектура распределённой беспроводной сети имеет ещё и то преимущество, что позволяет объединить в беспроводную сеть стационарные ПК, не оснащённые беспроводными  адаптерами. В данном случае вместо беспроводных адаптеров выступают точки доступа, к которым подключены стационарные ПК.

     Если  речь идёт не о квартире, а о небольшом  офисе, то в качестве компьютеров  ПК #1 и ПК #2 могут выступать проводные  сегменты сети. Тогда две точки  доступа, функционирующие в режиме беспроводных мостов, позволяют соединять друг с другом два беспроводных сегмента сети беспроводным образом.

     Итак, после того, как архитектура распределённой беспроводной сети определена, рассмотрим пример её практической реализации. Однако, прежде чем переходить к рассмотрению конкретных настроек точек доступа, необходимо определиться с тем, какие именно точки доступа нужны, с тем, чтобы на их основе можно было создавать распределённую беспроводную сеть

     За  последние несколько лет беспроводные сети (WLAN) получили широкое распространение во всём мире. И если ранее речь шла преимущественно об использовании беспроводных сетей в офисах и хот-спотах, то теперь они широко используются и в домашних условиях, и для развертывания мобильных офисов (в условиях командировок). Специально для домашних пользователей и небольших офисов продаются точки беспроводного доступа и беспроводные маршрутизаторы класса SOHO, а для мобильных пользователей – карманные беспроводные маршрутизаторы. Однако, принимая решение о переходе к беспроводной сети, не стоит забывать, что на сегодняшнем этапе их развития они имеют одно уязвимое место. Речь идёт о безопасности беспроводных сетей.

     «Да сколько можно об одном и том  же! Надоело, уже. Хватит нас пугать всякими страшилками», – возмутятся многие пользователи. Да, действительно, проблеме безопасности беспроводных сетей уделяется немалое внимание и в Интернете, и в технической прессе. Да и сами протоколы беспроводной связи изначально наделены средствами обеспечения безопасности. Но так ли они надёжны, и можно ли на них полагаться?

     В этой статье мы расскажем о том, как  за несколько минут можно взломать «защищённую» беспроводную сеть и стать  её несанкционированным, но полноправным пользователем. Однако нам не хотелось бы, чтобы данная статья рассматривалась как пособие для начинающих хакеров. Скорее, наоборот – по результатам данной статьи можно будет сделать некоторые выводы о том, как повысить безопасность беспроводной сети и осложнить задачу злоумышленника. Ведь кто не умеет взламывать сети, тот и не знает, как их защищать. А потому и начнём мы именно с того, что научимся взламывать. Итак, поехали…

     Кратко  о средствах безопасности беспроводных сетей 

     Любая беспроводная сеть состоит как минимум  из двух базовых компонентов –  точки беспроводного доступа  и клиента беспроводной сети (режим ad-hoc, при котором клиенты беспроводной сети общаются друг с другом напрямую без участия точки доступа, мы рассматривать не будем). Стандартами беспроводных сетей 802.11a/b/g предусматривается несколько механизмов обеспечения безопасности, к которым относятся различные механизмы аутентификации пользователей и реализация шифрования при передаче данных.

     Протокол WEP

     Все современные беспроводные устройства (точки доступа, беспроводные адаптеры и маршрутизаторы) поддерживают протокол безопасности WEP (Wired Equivalent Privacy), который был изначально заложен в спецификацию беспроводных сетей IEEE 802.11. Данный протокол является своего рода аналогом проводной безопасности (во всяком случае, расшифровывается он именно так), однако реально никакого эквивалентного проводным сетям уровня безопасности он, конечно же, не предоставляет.

     Протокол WEP позволяет шифровать поток  передаваемых данных на основе алгоритма RC 4 с ключом размером 64 или 128 бит.

     Данные  ключи имеют так называемую статическую  составляющую длиной от 40 до 104 бит и  дополнительную динамическую составляющую размером 24 бита, называемую вектором инициализации (Initialization Vector, IV).

     На  простейшем уровне процедура WEP-шифрования выглядит следующим образом: первоначально  передаваемые в пакете данные проверяются  на целостность (алгоритм CRC-32), после  чего контрольная сумма (integrity check value, ICV) добавляется в служебное поле заголовка пакета. Далее генерируется 24-битный вектор инициализации, (IV) и к нему добавляется статический (40-или 104-битный) секретный ключ. Полученный таким образом 64-или 128-битный ключ и является исходным ключом для генерации псевдослучайного числа, использующегося для шифрования данных. Далее данные смешиваются (шифруются) с помощью логической операции XOR с псевдослучайной ключевой последовательностью, а вектор инициализации добавляется в служебное поле кадра. Вот, собственно, и всё.

     Протокол  безопасности WEP предусматривает два  способа аутентификации пользователей: Open System (открытая) и Shared Key (общая). При  использовании открытой аутентификации никакой аутентификации, собственно, и не существует, то есть любой пользователь может получить доступ в беспроводную сеть. Однако даже при использовании открытой системы допускается использование WEP-шифрования данных.

     Протокол WPA

     Как будет показано чуть позже, протокол WEP имеет ряд серьёзных недостатков  и не является для взломщиков труднопреодолимым препятствием. Поэтому в 2003 году был представлен следующий стандарт безопасности — WPA (Wi-Fi Protected Access). Главной особенностью этого стандарта является технология динамической генерации ключей шифрования данных, построенная на базе протокола TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), представляющего собой дальнейшее развитие алгоритма шифрования RC 4. По протоколу TKIP сетевые устройства работают с 48-битовым вектором инициализации (в отличие от 24-битового вектора WEP) и реализуют правила изменения последовательности его битов, что исключает повторное использование ключей. В протоколе TKIP предусмотрена генерация нового 128-битного ключа для каждого передаваемого пакета. Кроме того, контрольные криптографические суммы в WPA рассчитываются по новому методу под названием MIC (Message Integrity Code). В каждый кадр здесь помещается специальный восьмибайтный код целостности сообщения, проверка которого позволяет отражать атаки с применением подложных пакетов. В итоге получается, что каждый передаваемый по сети пакет данных имеет собственный уникальный ключ, а каждое устройство беспроводной сети наделяется динамически изменяемым ключом.

     Кроме того, протокол WPA поддерживает шифрование по стандарту AES (Advanced Encryption Standard), то есть по усовершенствованному стандарту шифрования, который отличается более стойким криптоалгоритмом, чем это реализовано в протоколах WEP и TKIP.