Проектирование и реализация беспроводной компьютерной сети

     • близкая к нулю стоимость эксплуатации WLAN. Недостатки Wi-Fi.

     Низкую  безопасность и защищенность данных и самих сетей Wi-Fi на сегодня можно считать главным минусом технологии. «Физически» же отследить и отсечь возможного злоумышленника или его аппаратуру внутри сферы радиусом 100 и более метров вряд ли возможно, особенно в многоярусных городских условиях. Некоторые владельцы сетей накладывают дополнительные средства секретности на более верхних уровнях. Однако все равно Wi-Fi сегодня не рекомендуется для использования в правительственных структурах, в ряде частных компаний.

     Беспроводные  локальные сети (WLAN) обладают следующими недостатками:

        • Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Белоруссия и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-i оператора.

        • В России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации. Решение ГКРЧ №04-03-04-003 от 6.12.2004 г. утверждает основные технические характеристики внутриофисных РЭС и содержит список РЭС, подлежащих регистрации в упрощённом порядке, то есть без оформления разрешения на использование радиочастот.

• Высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства.
• Самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Несмотря на то, что новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA2, многие старые точки доступа не поддерживают его и требуют замены. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 года сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например, VPN) для защиты от вторжения.
• Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия. Типичный домашний маршрутизатор Wi-Fi стандарта 802.11b или 802.11g имеет радиус действия 45 м в помещении и 450 м снаружи. Микроволновая печь или зеркало, расположенные между устройствами Wi-Fi, ослабляют уровень сигнала. Расстояние зависит также от частоты.
• Наложение сигналов закрытой или использующей шифрование точки доступа и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах может помешать доступу к открытой точке доступа. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа, например, в больших многоквартирных домах, где многие жильцы ставят свои точки доступа Wi-Fi.
• Неполная совместимость между устройствами разных производителей или неполное соответствие стандарту может привести к ограничению возможностей соединения или уменьшению скорости.
• Уменьшение производительности сети во время дождя.
• Перегрузка оборудования при передаче небольших пакетов данных из-за присоединения большого количества служебной информации.
• Малая пригодность для работы приложений, использующих медиа - потоки в реальном времени (например, протокол RTP, применяемый в JP-телефонии): качество медийного потока непредсказуемо из-за возможных высоких потерь при передаче данных, обусловленных целым рядом неконтролируемых пользователем факторов (атмосферные помехи, ландшафт и иное в частности перечисленное выше).  Несмотря  на данный  недостаток, выпускается масса VoIP оборудования на базе устройств 802.11b/g, которое ориентировано в том числе и на корпоративный сегмент: однако в большинстве случаев документация к подобным устройствам содержит оговорку, гласящую, что качество связи определяется устойчивостью и качеством радиоканала.
• Несмотря на все достоинства, WLAN-сети обладают рядом недостатков, главный из которых - возможность легкого перехвата данных и взлома сети [21].

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выводы  к главе I 

     В первой главе были рассмотрены локальные  вычислительные сети и их классификации, отличия проводных и беспроводных сетей передачи данных, которое показало, что беспроводные сети обладают рядом преимуществ перед кабельными сетями.

     С ростом числа мобильных пользователей  возникает острая необходимость  в оперативном осуществлении  коммуникаций между ними, в обмене данными, в быстром получении информации. Поэтому естественным образом происходит интенсивное развитие технологий беспроводных коммуникаций, рынок которых на данный момент развивается огромными темпами. В нынешнее время во многих организациях используется беспроводные сети Wi-Fi, так как при определённых условиях скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/сек. Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi.

     Рассмотрены беспроводные сети передачи данных WLAN (Wi-Fi), стандарты протоколов, технология коллективного доступа в беспроводных сетях, техническое обеспечение беспроводной сети и защита беспроводной сети WLAN (Wi-Fi), а также преимущества и недостатки беспроводной сети WLAN (Wi-Fi).

     Внедрение беспроводной сети WLAN (Wi-Fi) в МОУ «Нюрбинский технический лицей» позволит полностью автоматизировать процесс обучения учебного заведения, а также поспособствует повышению производительности труда и качества образования. 
 
 
 
 
 
 

Глава II. Проектирование и реализация беспроводной компьютерной сети в МОУ «Нюрбинский технический лицей» 

     Беспроводные  компьютерные сети, способствуют повышению производительности труда и качества обучения, просты в развертывании и увеличивают число мобильных пользователей. Поэтому, проектирование и реализация беспроводной компьютерной сети WLAN (Wi-Fi) в МОУ «Нюрбинский технический лицей» позволит создать единую информационную среду передачи данных, в том числе образовательную, а также повысит производительность труда и качество обучения в учебном заведении. 
 

1. Проектирование  беспроводной компьютерной сети WLAN (Wi-Fi)

 

2.1.1. План помещений для проектирования WLAN (Wi-Fi) 

     В 2011 году будет построено здание МОУ «Нюрбинский технический лицей», во главе которой стоит директор. Здание школы имеет 2 этажа. Занимаемая площадь составляет ~ 3289,81 кв.м. (1-й этаж – 1570,3 кв.м., 2-й этаж -1719,51 кв.м.). По всем двум этажам кабинеты разделены стенами из бетонного полублока связанные с центральными коридороми. На 1-м этаже находится 26 рабочих станций , на втором 19 рабочих станций и 1 сервер (28 рабочие станции соединены между собой витой парой и находятся в кабинетах информатики в двух этажах) (рис. 4, приложение 3). Таким образом, в состав школы входят 18 кабинетов с рабочими станциями. Создание беспроводной сети в МОУ «Нюрбинский технический лицей» позволит повысить качество образования и производительность труда учителей, даст новые возможности, новый стимул развития в системе образования. 

 

Рис. 4. План-схема здания МОУ «Нюрбинский технический лицей»

     План  помещения влияет на выбор топологии  сети значительно сильнее, чем это  может показаться на первый взгляд. 
 

2.1.2. Выбор топологии для проекта 

     Выбор используемой топологии зависит  от условий, задач и возможностей, или же определяется стандартом используемой сети.

     Основными факторами, влияющими на выбор топологии  для построения сети, являются:

     • среда передачи информации;

• метод доступа к среде;
• максимальный радиус действия сети;
• пропускная способность сети;
• метод передачи и др.

     По топологии определяются два основных типа архитектуры беспроводных сетей — Ad Hoc (точка-точка) и Infrastructure Mode (точка доступа).

     В режиме Ad Hoc (точка-точка), который называют также Independent Basic Service Set (IBSS) или режимом Peer to Peer (точка-точка), станции непосредственно взаимодействуют друг с другом. Для этого режима нужен минимум оборудования: каждая станция должна быть оснащена беспроводным адаптером. При такой конфигурации не требуется создания сетевой инфраструктуры. Основными недостатками режима Ad Hoc являются ограниченный диапазон действия возможной сети и невозможность подключения к внешней сети (например, к Интернету).

     В режиме Infrastructure Mode (точка, доступа) станции взаимодействует друг с другом не напрямую, а через точку доступа (Access Point), которая выполняет в беспроводной сети роль своеобразного концентратора (аналогично тому, как это происходит в традиционных кабельных сетях). Между собой точки доступа соединяются с помощью либо сегментов кабельной сети, либо радиомостов [3, с.84].

     Изучив  план здания и типы архитектуры беспроводных сетей мы пришли к выводу, выбора топологии в режиме Infrastructure Mode (точка доступа). Так как, здание имеет большую площадь, а точка доступа выполняет роль концентратора увеличивая максимальную дальность действия сети (рис. 5, приложение 4). 
 
 
 

 
 

     Рис. 5. Топология «точка доступа» в здании МОУ «Нюрбинский технический лицей» (два этажа) 
 

     2.1.3. Выбор оборудования для проекта 

     Есть  несколько типов беспроводных стандартов: 802.11а, 802.11b и 802.11g. В соответствии с этими стандартами существуют и различные типы оборудования. Например: работающие на популярном ныне стандарте 802.11g беспроводной LAN-маршрутизатор со встроенным коммутатором, беспроводная точка доступа с мостом, беспроводная PCI-карта, беспроводная PCMCIA - карта.

     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 802.11а 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 802.11а подразумевает применение частотного диапазона от 5,15 до 5,35 ГГц.

     Оборудование  стандарта 802.11а, 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 802.1 lb, то данная сеть является гомогенной, и скорость передачи данных в ней выше, чем в смешанной сети, где имеются клиенты как 802.11g, так и 802.1 lb. 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 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 [21].

     Мы  использовали оборудование стандарта 802.11g - точка доступа Gigabyte GN-B49G, беспроводная сетевая карта Gigabyte GN-WPEAG 802.11g 108Mbps.

     Прежде  чем переходить к рассмотрению конкретных настроек точек доступа, необходимо определиться с тем, какие именно точки доступа и сетевые карты нам нужны, с тем, чтобы на их основе можно было создавать распределённую беспроводную сеть.

     Итак, основным элементом любой беспроводной сети является точка доступа. 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 одного кабинета, то одной точки доступа будет вполне достаточно. Если же требуется реализовать задачу создания беспроводной сети в школе, состоящей из нескольких кабинетов, разделённых бетонными стенами с арматурой, то одной точки доступа может оказаться явно недостаточно. Если точка доступа установлена в одной стороне здания, то работать с этой точкой доступа из другой стороны здания или этажа (в данном случае препятствием являются бетонные стены) невозможно. Для того чтобы расширить радиус действия беспроводной сети на все здание, проще всего развернуть распределённую беспроводную сеть на базе двух или более точек доступа. Мы для проектирования беспроводной сети использовали в здании МОУ «Нюрбинский технический лицей» шесть точек доступа.

     Рассмотренная нами архитектура распределённой беспроводной сети имеет ещё и то преимущество, что позволяет объединить в беспроводную сеть стационарные ПК. Для этого  мы использовали, беспроводные сетевые  карты GigaByte GN-WPEAG 802.11g 108Mbps, в количестве 35 штук. В проектировании, мы в плане-схеме сетевые карты GigaByte GN-WPEAG 802.11g 108Mbps отметили красными точками (рис. 6.). 
 
 

     

       
 
 
 

План-схема  расположения оборудований , используемых при