(IEEE 802.11, IEEE 802.11b)

Bevielis Ethernetas (RadioEthernet)

Dabar Ethernetas yra yra plačiausiai taikoma LAN technologija. Etherneto populiarumą nulėmė kelios priežastys: Ethernetas buvo pirmas, plačiau paplitęs didelio greičio LAN; jis palyginus su kitomis technologijomis, yra paprastesnis ir pigesnis. Šiandieninis Ethernetas turi daug formų ir pavidalų. Jo LAN tinklai gali būti magistralės ar žvaigždės topologijos, perduoti informaciją skirtingais greičiais. Didžiausi perdavimo greičiai pasiekiami optiniuse kabeliuse, tačiau dėl didelės jų kainos, jie naudojami tik pagrindinėse magistralėse ar ar prijungiant didelės aprėpties tinklus. Paprastam vartotojui geriausia ir prieinamiausia tecnologija yra taip vadinama RadioEthernet’as (WLAN’as)

RadioEtherneto IEEE 802.11, sukurtas LAN’ams Etherneto standarto pagrindu, yra pilnas jo analogas. Yra 3 pagrindinės vartotojų darbo schemos:

Tiesioginis jungimas (point-to-point).
Žvaigždė.
Kiekvieno jungimas su kiekvienu.

1. Point-to-point : Šiu atveju svarbiau ne abonentų mobilumas, o duomenų perdavimo patikimumas. Įrenginiai statomi stacionariai.

2. Žvaigždė : Naudojama jungiant tiek stacionarius, tiek ir mobilius abonentus.

3. Kiekvieno jungimas su kiekvienu : Toks sprendimas naudojamas pastato viduje lokalaus tinklo organizavimui.

Kuo geri WLAN’ai:

Mobilumas, kas padidina produktyvumą dėl realiai pasiekiamos informacijos, nepaisant esamos darbo vietos, greitesniam ir efektyvesniam sprendimų priėmimui.
Puikus būdas prijungti vietas kurios negali būti prijungiamos laidais, pvz.: seni pastatai, labai storos sienos ir t.t.
Sumažėję įsigyjimo kainos-ypatingai dinaminėj aplinkoj, reikalaujančioj daugkartinio modifikavimo-minimalaus laidyno ir instaliacijos kainų vienam prietaisui ir vartotojui dėka.

Bevielio tinklo technologijų plėtra: IEEE 802.11 standartas

1990 m. IEEE 802 standartų komitetas suformavo grupę bevielių LAN 802.11 standartui kurti. Ši grupė pradėjo plėtoti bendrą standartą radio įrangai ir tinklams, dirbantiems prie 2.4 GHz dažnio, kur kur pedavimo greitis 1 ir 2 Mbps. Šie darbai tęsėsi 7 metus ir 1997 m. Buvo pateikta pirmoji 802.11 specifikacija.

IEEE 802.11 yra pirmasis standartas WLAN’ams, tačiau pirmasis standartas neatitiko to meto vartotojų raikalavimų. Tada buvo sukurtas naujas standartas, kad bevielė LAN technoloogija būtų populiari, pigi, ir patraukli.

1999 m. IEEE buvo patvirtintas pirmojo standarto išplėtimas. Naujasis IEEE 802.11b (802.11 aukštesnis lygis) charakterizuoja standartą bevielių tinklų produktams, dirbantiems 11 Mbps greičiu, kas leidžia naudotis šia technologija didelėse organizacijose.

Bevielio priėjimo prie vielinių tinklų poreikis auga kartu su mobilių prietaisų gausėjimu, taip pat auga ir vartotojų noras buti prisijungus prie tinklo bet be laidų.

IEEE 802.11 standartas ir jo išplėtimas 802.11b

Kaip ir visi IEEE 802 standartai, 802.11 dirba 2 žemesniais ISO/OSI modelio lygiais: fiziniu ir kanalų lygiu.Bet koks protokolas, sistema 802.11 standartu dirbs taip pat puikiai kaip ir tinkle (Ethernete).

Pagrindinė 802.11b architektūra, ypatumai ir paslaugos yra apibrėžti pradiniame 802.11 standarte. 802.11b paliečia tik fizinį lygį, pridėdama didesnį persiuntimo greitį.

802.11 veikimo būdai

802.11 dirba su 2 įrangos tipais: kliento kompiuteriu, kuris yra aprūpintas bevielio tinklo sąsajos plokšte (NIC) ir sujungimo mazgu (AP), kuris yra kaip tiltas tarp bevielio ir paprasto(vielinio) tinklo. Prijungimo taškas paprastai susideda iš siūtuvo-imtuvo, paprasto tinklo interfeiso(802.3) ir programinės įrangos duomenų apdorojimui. ISA, PCI arba PC Card tinklo plokštės 802.11 standarte gali aptarnauti bevielę stotį.

IEEE 802.11 standartas tinkle gali veikti 2 būdais: “Ad-hock” ir “Kliento/Serverio”.

Kliento/serverio architektūros bevielis tinklas susideda iš mažiausiai 1 sujungimo mazgo ir keleto bevielių stočių. Tokia kombinacija vadinama BSS(Basic Service Set). Keletas BSS’ų sudaro ESS (Extended Service Set) . Kadangi dauguma stočių reikalauja priėjimo prie printerių, failų, interneto jos dirbs kliento/serverio modelio pagrindu.

“Ad-hock” (point-to-point) tipas arba IBSS(Independent Basic Servise Set) yra paprastas tinklas, kur keletas stočių yra sujungtos tiesiogiai be specialių sujungimo mazgų (AP). Šis tipas yra naudingas ten, kur bevielis tinklas nėra suformuotas ra ba neįmanomas.

802.11 standarto fizinis lygis

Fizinis lygis dirba 2 plačiajuosčių radio bangų perdavimo metodais ir 1 infraraudonųjų. Radio Etherneto įrenginiai dirba ISM 2.4 GHz diapazone ir paprastai naudoja 83 MHz juostą (nuo 2.4 iki 2.483 GHz). Technologijos naudodamos radiodažnių metodą padidina patikimumą, leidžia daugeliui prietaisų naudotis viena juosta su mažiausiais trikdžiais.

802.11 standartas naudoja 2 metodus DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) ir FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). Šie metodai yra visiškai skirtingi ir nesuderinami.

FHSS metodas

FHSS metode 2.4 GHz juosta yra dalinama į 79 kanalus po 1 MHz. Gavėjas ir siuntėjas suderina tarpusavyje įjungimo/išjungimo schemas (jų yra 22) ir duomenys sėkmingai persiunčiami naudojantis viena iš schemų. Kiekvienas duomenų persiuntimo metodas 802.11 standarto tinkle yra įgyvendinamas naudojant skirtingas perjungimo schemas. Schemos sudarytos taip, kad kaip galima labiau sumažintų galimybę pasinaudoti vienu kanalu 2 siuntėjams tuo pačiu metu. Tačiau esant labai dideliam seansų skaičiui, atsiranda kolizijos tikimybė.

FHSS metodas siūlo labai paprastą siūstuvo/imtuvo konstrukciją, bet jis yra apibrėžtas 2 Mbps greičiu. Tai paaiškina faktas, kad 1 kanalas užima lygiai 1 MHz pločio juostą, o FHSS metodas turi naudoti visą 2.4 GHz diapazoną. Tai įtakoja dažną kanalų perjungimą (pvz.: JAV minimalus perjungimo greitis yra 2.5 perjungimo per sekundę). Tačiau visa tai labai daug kainuoja.

DSSS metodas

Šis metodas 2.4 GHz juoatą padalina į 14 kanalų (JAV jų yra 11). Jei kanalai naudojami vienu metu toje pačioje vietoje, jie turi būti atskirti 25 MHz juostomis, kad išvengti galimo triukšmo. Tai reiškia, kad tik 3 kanalai gali būti naudojami toje pačioje vietoje. Duomenys yra perduodami vienu iš tų kanalų, nepersijungiant į kitus kanalus. Norint kompensuoti nepageidaujamą triukšmą, naudojama Barker’io 11-bitų seka. Kiekvienas vartotojo duomenų bitas yra konvertuojamas į 11 duomenų bitų persiuntimui. Toks aukštas kiekvieno bito dubliavimas leidžia žymiai padidinti perdavimo patikimumą su žemesnia signalo galia. Net jei dalis signalo ir butų prarasta, jis dažniausiai yra atstatomas. Tai labai sumažina pakartotinių siuntimų skaičių.

Pokyčiai 802.11b standarte

Pagrindiniai pokyčiai 802.11b standarte yra 2 nauji duomenų persiuntimo greičiai: 5.5 ir 11 Mbps. Šiam tikslui kūrėjai naudojo DSSS metodą, kadangi FHSS negali dirbti didesniu nei2 Mbps greičiu dėl tam tikrų apribojimų. Visos 802.11b standarto sistemos bus suderintos su 802.11 standarto DSSS sistemomis, tačiau ne su FHSS.

Labai triukšmingos aplinkos ir ilgų atstumų palaikymui 802.11b standarto tinklai naudoja dinamišką siuntimo greičių perjungimą, kas leidžia keisti duomenų siuntimo greitį atsižvelgiant į kanalo galimybes.

PVZ.: Vartotojas gali prisijungti prie tinklo didžiausiu 11 Mbps greičiu. Tačiau jei padidėja kanalo apkrova ar triukšmas, prietaisas pradės siųsti duomenis mažesniu 5.5, 2 ar 1 Mbps greičiu. Jei darbas galimas didesniu greičiu, prietaisas jį automatiškai perjungs. Greičio perjungimas yra fizinio lygio mechanizmas suprantamas aukštesniems lygiams ir vartotojui.

Kanalų (Data Link) lygis 802.11 standarte

Duomenų lygis susideda iš 2 sublygių: LLC (Logical Link Control) ir MAC (Media Access Control). 802.11 standartas naudoja tokį patį LLC ir 48 bitų adresavimą kaip ir kiti 802 standarto tinklai. Tai suteikia galimybę prisijungti prie paprastų ir bevielių tinklų.

MAC lygis yra visiškai kitoks.

802.11 standarto MAC lygis yra panašus į vieną realizuotą 802.3 standarte, kuris palaiko daug vartotojų bendroje aplinkoje, kai vartotojas gali pasitikrinti aplinką prieš į ją įeidamas.

802.3 standarto Etherneto tinkluose naudojamas CSMA/CD protokolas (Carrier Sence Multiple Access with Collision Detection). Šis protokolas apibūdina kaip Etherneto stotys prieina prie paprastų tinklų ir kaip jos aptinka ir pašalina kolizijas, kurios atsiranda, kai keletas prietaisų bando veikti tame pačiame tinkle tuo pačiu metu. Kad aptiktų koliziją , stotys turi galėti ir siųsti ir gauti duomenis. 802.11 standartas numato vienpusį siųstuvo/imtuvo panaudojimą, todėl stotis negali nustatyti kolizijų, kai duomenys perduodami bevieliame 802.11 standarto tinkle.

Kad pašalinti šį trūkumą 802.11 standartas naudoja pakeistą CSMA/CA protokolą (Carrier Sence Multiple Access with Collision Avoidance) arba DCF (Distributed Coordination Function). CSMA/CA protokolas stengiasi išvengti kolizijų naudodamas ACK paketo patvirtinimą. Tai reiškia, kad imtuvas turi nusiųsti siųstuvui ACK paketą, kad patvirtintų, jog gavo nesugadintą duomenų paketą.

CSMA/CA dirba tokiu būdu. Stotis pasiruošusi siųsti duomenis, patikrina kanalus ir jei neaptiktas tų kanalų aktyvumas, stotis ,palaukusi atsitiktinį laiko tarpą, pradės siųsti duomenis, jei aplinka vis dar laisva. Jei duomenų paketas gautas nesugadintas, stotis-gavėja parsiunčia ACK paketą stočiai-siuntėjai, kurį gavus ji baigia darbą. Jei stotis-siuntėja ACK paketo negauna, ji nusprendžia, kad galėjo įvykti kolizija ir palaukus atsitiktinį laiko tarpą siuntimą pakartoja.

Kad išsiaiškinti ar kanalas laisvas, naudojamas CCA (Chanel Clearance Algorithm). Jis matuoja signalo energiją ir apibūdina gauto signalo (RSSI) galią.Jei gauto signalo galia yra mažesnė už nustatytą bazinę galią, tada kanalas laikomas laisvu ir MAC lygis suteikia CTS (Clear to Send) statusą. Jei galia didesnė nei bazinė,b siuntimas atidedamas remiantis protokolo taisyklėmis. Standartas siūlo dar vieną būdą, kaip nustatyti ar kanalas laisvas ar ne, kuris gali būti naudojamas kartu arba atskirai nuo RSSI. Tai – CFM (Carrier Frequency Method). Šį metodą labiau renkasi tie, kurie tikrina to pačio tipo nešamą dažnį kaip ir 802.11 standarte. Kuris metodas geresnis priklauso nuo triukšmo lygio darbo aplinkoje. CSMA/CA protokolas suranda būdą, kaip efektyviai spręsti triukšmo problemas, tačiau tai reikalauja daug išlaidų, todėl 802.11 standarto tinklai dirba lėčiau nei ekvivalentūs Etherneto LAN’ai.

MAC lygio “paslėpto taško” problema

Kita savita MAC lygio problema yra “paslėpto taško” problema, kai 2 stotys gali gauti signalus iš prijungimo mazgo, bet negali viena iš kitos, dėl per didelio atstumo ar kliūčių.

Norint išspręsti šią problemą 802.11 MAC lygyje, naudojamas RTS/CTS protokolas (Request to Send/ Clear to Send).Stotys siuntėjos pasiunčia RTS ir laukia prijungimo mazgo atsakymo CTS. Iš prijungimo mazgo gautas CTS signalas priverčia stotis atidėti jų duomenų siuntimą ir viena stotis gali siųsti duomenis ir gauti ACK paketą be kolizijų. Kadangi RTS/CTS yra brangus duomenų siuntimo metodas, jis paprastai naudojamas dideliems duomenų paketams siųsti, kurių pakartotinis siuntimas yra per brangus.

Galiausiai, 802.11 standarto MAC lygis numato paketų suskaidumą ir CRC skaičiavimą. Kiekvienas paketas turi nustatytą ir patvirtintą CRC sumą. Tai skiriasi nuo Etherneto tinklų, kur klaidas apdoroja aukštesnio lygio protokolai (pvz.: TCP). Duomenų paketų skaidymas leidžia didelius duomenų paketus suskaidyti į mažesnius prieš juos siunčiant. Tai naudinga kai aplinka yra labai apkrauta ar labai triukšminga, todėl, kad tokiu būdu mažesni paketai yra mažiau apgadinami. Šis metodas sumažina pakartotinių siuntimų skaičių, taip pagerindamas viso bevielio tinklo darbą. Mac lygis atsako už gautų fragmentų sujungimą, kad procesas būtų aiškus ir aukštesnio lygio protokolams.

Tinklo sujungimas

802.11standarto MAC lygis atsakingas už tai, kaip klientas ptisijungia prie prijungimo mazgo. Kai klientas patenka į keleto prijungimo mazgų aptarnaujamą sritį, jis pasirenka vieną, atitinkantį jo reikalavimus, ir prie jo prisijungia. Kai tik klientas gauna patvirtinimą prisijungti, jis persijungia į tą radio kanalą, kuriame dirbs. Kartas nuo karto klientas patikrina visus 802.11 standarto kanalus, kad sužinotų ar yra nors vienas prijungimo mazgas, kuris siūlo geresnias paslaugas. Jei stotis randa tokį mazgą, ji persijungia prie jo ir jo dažnių.

Perjungimas dažnaiusiai vyksta jei stotis buvo perkelta toliau nuo prijungimo mazgo, dėl ko susilpnėja signalas. Kitais atvejais perjungimas vyksta dėl pastatuose pasikeitusių radio dažnių, dėl per didelio judėjimo tinkle per tam tikrą prijungimo mazgą. Pastaroji funkcija yra žinoma kaip balansavimas apkrovomis, o jos pagrindinis uždavinys yra paskirstyti tas apkrovas kaip galima efektyviau.

Dinaminio prjungimo ir perjungimo procesas leidžia administratoriams sutvarkyti didelės apimties bevielius tinklus, taip sukuriant persidengiančius elementus. Idealus variantas yra toks, kai du kaimyniniai persidengiantys mazgai naudoja skirtingus DSSS kanalus, kad išvengtų susikirtimo.

Srautinių duomenų palaikymas

Srautiniai duomenys (video ar garsas) 802.11 standarto MAC lygyje yra palaikomi naudojant PCF (Point Coordination Function). Skirtingai nuo DCF (Distributed Coordination Function), kur kontrolę vykdo visos stotys, PCF būdu tik prijungimo mazgas kontroliuoja priėjimą prie kanalų. Jei BSS instaliutas kartu su veikiančiu PCF, laikas yra vienodai suskirstytas visoms operacijoms, tiek PCF būdui tiek CSMA/CA. Kai stotis yra PCF būsenoje, prijungimo mazgas teiraujasi visų stočių, kuri galėtų priimti duomenis. Kiekvienai stočiai duotas konkretus laiko tarpas. Nei viena iš stočių, tik paprašytoji, negali siųsti duomenų. Taip užtikrinamas minimalus gaišties laikas. Tačiau šios schemos trūkumas yra tas, kad prijungimo mazgas turi teirautis visų stočių, o tai neefektyvu didelėse organizacijose.

Galios aprūpinimo kontroliavimas

802.11 MAC lygis palaiko efektyviausią energijos būseną, kad pailginti mobilių prietaisų gyvavimo laiką. Standartas paliako dvi galios vartojimo būsenas: “pastovių operacijų” ir “energijos efektyvumo”. Pirmu atveju radio aparatas visada įjungtas, antru atveju radio aparatas yra įjungiamas periodiškai, kad gauti kontrolinius signalus iš prijundimo mazgo. Tie signalai informuoja kuri stotis turi gauti duomenis.

Saugumas

802.11 standartas numato priėjimo prie MAC lygio kontrolę ir kodavimo mechanizmą, žinomą kaip WEP (Wired Equivalent Privacy), kad numatyti bevielių tinklų saugumą ekvivalentų paprastiems tinklams. Kai WEP galioja, jis apsaugo duomenų paketus, bet ne fizinio lygio antraštes, todėl kita stotis gali peržiūrėti duomenis, reikalingus kontroliuoti tinklui. Kad kontroliuoti priėjimą prie duomenų, kiekvienas prijungimo mazgas gauna ESS ID (arba WLAN’o paslaugu ID), be kurio mobili stotis negali prisijungti prie prijungimo mazgo. Beto prijungimo mazgas gali saugoti sąrašą leistinų MAC adresų ACL (Access Control List), Kuris prisijungti leis tik tiems, kurių adresas yra sąraše.

Standartas leidžia koduoti duomenis RC4 algoritmu su 40 bitų raktu. Kai stotis prisijungia prie prijungimo mazgo, tada visi siunčiami duomenys gali būti koduojami naudojant tą raktą. Klientas turi panaudoti savo raktą, kad atkoduotų tuos duomenis teisingai, kad autentifikuotų save ir prisijungtų prie tinklo. 802.11b standarto tinklo aukštesnis nei antras lygis palaiko tokius pačius priėjimo kontrolės ir kodavimo standartus (pvz.: IPSec), kaip ir kiti 802 standarto tinklai.

Asta Liaukuvienė

Naudotos literatūros sąrašas:

1. http://www.digit-life.com/articles/wlan/
2. http://alpha.fdu.edu/~anandt
3. http://www.citforum.ru/cgi-bin/yandmarkup?HndlQuery=102114689&HndlDoc=2173&PageNum=0

Views All Time
Views All Time
4062
Views Today
Views Today
1
0 0