1.5 (1)

1. Беспроводные средства передачи данных.

2. Беспроводные технологии

Беспроводные технологии — подкласс информационных технологий,
служат для передачи информации между двумя и более точками на
расстоянии, не требуя проводной связи. Для передачи информации
могут использоваться радиоволны, а также инфракрасное, оптическое
или лазерное излучение.

3. Классификация

Классификация по дальности действия:
• Беспроводные персональные сети WPAN (Wireless Personal Area
Networks). К этим сетям относятся Bluetooth.
• Беспроводные локальные сети WLAN (Wireless Local Area Networks). К
этим сетям относятся сети стандарта Wi-Fi.
• Беспроводные сети масштаба города WMAN (Wireless Metropolitan
Area Networks). Примеры технологий - WiMAX.
Классификация по применению:
• Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети — создаваемые
компаниями для собственных нужд.
• Операторские беспроводные сети — создаваемые операторами связи
для возмездного оказания услуг.

4. Bluetooth

Технология Bluetooth — это технология передачи данных по радио на малые
расстояния (до 10 м, с возможностью расширения до 100 м), позволяющая
осуществлять связь беспроводных телефонов, компьютеров и различной
периферии, не требуя прямой видимости. По мощности радиопередатчика
аппаратура делится на три класса: первый (максимальная выходная мощность
100 мВт), второй (2,5 мВт) и третий (1 мВт).
Типичным случаем является объединение в одном устройстве точки доступа и
маршрутизатора. Точка доступа может также включать в себя и некоторые
другие устройства, например модем. Для небольшого офиса очень удобно
использовать точку доступа, объединенную с принт-сервером. К ней можно
подключить самый обычный принтер, превратив его тем самым в сетевой.
Управление точкой доступа в современных беспроводных сетях, как правило,
осуществляется по протоколу TCP/IP через обычный Интернет-браузер.

5. Wi-Fi

Wi-Fi — технология беспроводной локальной сети с устройствами
на основе стандартов IEEE 802.11. Логотип Wi-Fi является торговой
маркой Wi-Fi Alliance. Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского
словосочетания Wireless Fidelity[2], которое можно дословно перевести
как «беспроводная точность») в настоящее время развивается целое
семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по
радиоканалам. Основными диапазонами Wi-Fi считаются 2.4 ГГц (2412
МГц-2472 МГц) и 5 ГГц (5160-5825 МГц). Сигнал Wi-Fi может передаваться
на километры даже при низкой мощности передачи, но для приема Wi-Fi
сигнала с обычного Wi-Fi маршрутизатора на далеком расстоянии нужна
антенна с высоким коэффициентом усиления (например параболическая
антенна или Wi-Fi пушка).
Любое оборудование, соответствующее стандарту IEEE 802.11, может
быть протестировано в Wi-Fi Alliance и получить соответствующий
сертификат и право нанесения логотипа Wi-Fi.

6. Принцип работы

Обычно схема сети Wi-Fi содержит не менее одной точки доступа и не менее одного
клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc),
когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых
адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с
помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс.
Поэтому 0,1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID
сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа.
При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник
может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi
даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более
подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта.
Однако стандарт не описывает всех аспектов построения беспроводных локальных
сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу посвоему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки
зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения
беспроводных локальных сетей.

7. Классификация

По способу объединения точек доступа в единую систему можно
выделить:
• Автономные точки доступа (называются также самостоятельные,
децентрализованные, умные)
• Точки доступа, работающие под управлением контроллера
(называются также «легковесные», централизованные)
• Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)
По способу организации и управления радиоканалами можно выделить
беспроводные локальные сети:
• Со статическими настройками радиоканалов
• С динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов
• Со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов

8. Стандарт Wi-Fi IEEE 802.11.

IEEE 802.11х - базовым стандартом и определяет протоколы,
необходимые для организации беспроводных локальных сетей
(WLAN).
Основные из них — протокол управления доступом к среде MAC
(нижний подуровень канального уровня) и протокол PHY передачи
сигналов в физической среде. В качестве последней допускается
использование радиоволн и инфракрасного излучения.
Стандартом 802.11 определен единственный подуровень MAC,
взаимодействующий с тремя типами протоколов физического
уровня, соответствующих различным технологиям передачи
сигнало

9.

В качестве основного метода доступа к среде стандартом 802.11 определен механизм CSMA/CA
(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance — множественный доступ с обнаружением
несущей и предотвращением столкновения пакетов).
• правление питанием. Для экономии энергоресурсов мобильных рабочих станций,
используемых в беспроводных ЛВС, стандартом 802.11 предусмотрен механизм
переключения станций в так называемый пассивный режим с минимальным потреблением
мощности.
• Архитектура и компоненты сети. В основу стандарта 802.11 положена сотовая
архитектура,причем сеть может состоять как из одной, так и нескольких ячеек. Каждая сота
управляется базовой станцией, являющейся ТД, которая вместе с находящимися в пределах
радиуса ее действия рабочими станциями пользователей образует базовую зону
обслуживания. Точки доступа многосотовой сети взаимодействуют между собой через
распределительную систему, представляющую собой эквивалент магистрального сегмента
кабельных ЛВС. Вся инфраструктура, включающая точки доступа и распределительную
систему, образует расширенную зону обслуживания. Стандартом предусмотрен также
односотовый вариант беспроводной сети, который может быть реализован и без точки
доступа, при этом часть ее функций выполняются непосредственно рабочими станциями.
• Роуминг. Для обеспечения перехода мобильных рабочих станций из зоны действия одной
точки доступа к другой в многосотовых системах предусмотрены специальные процедуры
сканирования (активного и пассивного прослушивания эфира) и присоединения (Association),
однако строгих спецификаций по реализации роуминга стандарт 802.11 не предусматривает.
• Обеспечение безопасности. Для защиты WLAN стандартом IEEE 802.11 предусмотрен целый
комплекс мер безопасности передачи данных под общим названием Wired Equivalent Privacy
(WEP). Он включает средства противодействия несанкционированному доступу к сети
(механизмы и процедуры аутентификации), а также предотвращение перехвата информации
(шифрование).

10. WiMAX

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная
технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на
больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных
компьютеров до мобильных телефонов). Технология разработана на основе стандарта IEEE
802.16, который также называют Wireless MAN.
Область использования
WiMAX разработан для решения следующих задач:
· Соединение точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.
· Обеспечение беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным
линиям и DSL.
· Предоставление высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных
услуг.
Создание точек доступа, не привязанных к географическому положению.
WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим
покрытием, чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве
«магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и
выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет
создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках целых городов.

11. Спецификации стандартов WiMAX

IEEE 802.16-2004 (известен также как 802.16d или фиксированный WiMAX).
Спецификация утверждена в 2004 году. Поддерживает фиксированный доступ в зонах с
наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства: стационарные
модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В
большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. По сведениям
WiMAX Forum, насчитывается уже порядка 175 внедрений фиксированной версии. Многие
аналитики видят в ней конкурирующую или взаимодополняющую технологию проводного
широкополосного доступа DSL.
IEEE 802.16-2005 (известен также как 802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация
утверждена в 2005 году и оптимизирована для поддержки мобильных пользователей и
поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер(англ.), idle mode и роуминг.
Планируемые частотные диапазоны для сетей Mobile WiMAX таковы: 2,3-2,5; 2,5-2,7; 3,4-3,8
ГГц. В мире реализованы несколько пилотных проектов, в том числе первым в России свою
сеть развернул «Скартел». Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии
третьего поколения (например, EV-DO, HSDPA).
Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX
позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу
с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает
наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при
передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный
WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

12. Технология беспроводной передачи данных ZigBee

В 2001 году рабочей группой № 4 IEEE 802.15 были начаты работы по
созданию нового стандарта, который бы соответствовал следующим
требованиям:
• очень малое энергопотребление аппаратной части, реализующей
технологию беспроводной передачи данных (время работы от батареи
должно составлять от нескольких месяцев до нескольких лет);
• передача информации должна осуществляться на не высокой
скорости;
• низкая стоимость аппаратной части.
ZigBee(Стандарт IEEE 802.15.4) определяет взаимодействие только двух
низших уровней модели взаимодействия: физического уровня (PHY) и
уровня управления доступом к радиоканалу для трех нелицензируемых
диапазонов частот: 2,4 ГГц, 868 МГц и 915 МГц. В таблице 2 приведены
основные характеристики оборудования, функционирующего в этих
диапазонах частот.

13.

Для построения беспроводной сети на основе технологии ZigBee
разработчику необходимо приобрести по крайней мере один
сетевой координатор и необходимое количество оконечных
устройств. При планировании сети следует учитывать, что
максимальное количество активных оконечных устройств,
подсоединенных к сетевому координатору, не должно превышать
240. Кроме того, необходимо приобрести у производителя ZigBeeчипов программные средства для разработки, конфигурирования
сети и создания пользовательских приложений и профилей.
Практически все производители ZigBee-чипов предлагают на рынке
целую линейку продукции, отличающейся, как правило, только
объемом памяти ROM и RAM. Например, чип со 128 Кбайт ROM и 8
Кбайт RAM может быть запрограммирован на работу в качестве
координатора, маршрутизатора и оконечного устройства.

14. Приложения, в которые может быть интегрирована технология ZigBee:

• Системы автоматизации жизнеобеспечения домов и строений
(удаленное управление сетевыми розетками, выключателями,
реостатами и т. д.).
• Системы управления бытовой электроникой.
• Системы автоматического снятия показаний с различных счетчиков
(газа, воды, электричества и т. д.).
• Системы безопасности (датчики задымления, датчики доступа и
охраны, датчики утечки газа, воды, датчики движения и т. д.).
• Системы мониторинга окружающей среды (датчики температуры,
давления, влажности, вибрации и т. д.).
• Системы промышленной автоматизации.

15.  Подуровни канального уровня LLC и MAC.

Подуровни канального уровня LLC и MAC.
Специфика локальных сетей также нашла свое отражение в разделении
канального уровня на два подуровня, которые часто называют также
уровнями. Канальный уровень (Data Link Layer) делится в локальных
сетях на два подуровня:
• логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);
Уровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с
различной степенью надежности, а также реализует функции
интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно через
уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную
ему транспортную операцию с нужным качеством. На уровне LLC
существует несколько режимов работы, отличающихся наличием или
отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае
их потери или искажения, то есть отличающихся качеством
транспортных услуг этого уровня.

16.  Подуровни канального уровня LLC и MAC.

Подуровни канального уровня LLC и MAC.
• управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).
Уровень MAC появился из-за существования в локальных сетях
разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень
обеспечивает корректное совместное использование общей среды,
предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в
распоряжение той или иной станции сети. После того как доступ к среде
получен, ею может пользоваться более высокий уровень - уровень LLC,
организующий передачу логических единиц данных, кадров
информации, с различным уровнем качества транспортных услуг. В
современных локальных сетях получили распространение несколько
протоколов уровня MAC, реализующих различные алгоритмы доступа к
разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику
таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring,
FDDI, l00VG-AnyLAN.

17.

Структура стандартов IEEE 802.X

18. Протокол LLC уровня управления логическим каналом (802.2).

Протокол LLC обеспечивает для технологий локальных сетей нужное
качество услуг транспортной службы, передавая свои кадры либо
дейтаграммным способом, либо с помощью процедур с установлением
соединения и восстановлением кадров. Протокол LLC занимает уровень
между сетевыми протоколами и протоколами уровня MAC. Протоколы
сетевого уровня передают через межуровневый интерфейс данные для
протокола LLC - свой пакет (например, пакет IP, IPX или NetBEUI),
адресную информацию об узле назначения, а также требования к
качеству транспортных услуг, которое протокол LLC должен обеспечить.
Протокол LLC помещает пакет протокола верхнего уровня в свой кадр,
который дополняется необходимыми служебными полями. Далее через
межуровневый интерфейс протокол. LLC передает свой кадр вместе с
адресной информацией об узле назначения соответствующему
протоколу уровня MAC, который упаковывает кадр LLC в свой кадр
(например, кадр Ethernet).

19. Протокол LLC

В основу протокола LLC положен протокол HDLC (High-level Data Link Control Procedure), являющийся
стандартом ISO. Собственно стандарт HDLC представляет собой обобщение нескольких близких стандартов,
характерных для различных технологий: протокола LAP-B сетей Х.25 (стандарта, широко распространенного
в территориальных сетях), LAP-D, используемого в сетях ISDN, LAP-M, работающего в современных
модемах. В спецификации IEEE 802.2 также имеется несколько небольших отличий от стандарта HDLC.
Первоначально в фирменных технологиях подуровень LLC не выделялся в самостоятельный подуровень, да
и его функции растворялись в общих функциях протокола канального уровня. Из-за больших различий в
функциях протоколов фирменных технологий, которые можно отнести к уровню LLC, на уровне LLC
пришлось ввести три типа процедур. Протокол сетевого уровня может обращаться к одной из этих процедур.

20.  Уровни протокола LLC.

Уровни протокола LLC.
В соответствии со стандартом 802.2 уровень управления
логическим каналом LLC предоставляет верхним уровням три типа
процедур:
• LLC1 - процедура без установления соединения и без
подтверждения;
• LLC2 - процедура с установлением соединения и
подтверждением;
• LLC3 - процедура без установления соединения, но с
подтверждением.

21.     Структура кадров LLC.

Структура кадров LLC.
По своему назначению все кадры уровня LLC (называемые в стандарте 802.2 блоками
данных - Protocol Data Unit, PDU) подразделяются на три типа - информационные,
управляющие и ненумерованные.
• Информационные кадры (Information) предназначены для передачи информации
в процедурах с установлением логического соединения LLC2 и должны обязательно
содержать поле информации. В процессе передачи информационных блоков
осуществляется их нумерация в режиме скользящего окна.
• Управляющие кадры (Supervisory) предназначены для передачи команд и ответов в
процедурах с установлением логического соединения LLC2, в том числе запросов на
повторную передачу искаженных информационных блоков.
• Ненумерованные кадры (Unnumbered) предназначены для передачи
ненумерованных команд и ответов, выполняющих в процедурах без установления
логического соединения передачу информации, идентификацию и тестирование
LLC-уровня, а в процедурах с установлением логического соединения LLC2 установление и разъединение логического соединения, а также информирование
об ошибках. Все типы кадров уровня LLC имеют единый формат:

22. Кадр LLC

Кадр LLC обрамляется двумя однобайтовыми полями «Флаг»,
имеющими значение 01111110. Флаги используются на уровне MAC
для определения границ кадра LLC. В соответствии с
многоуровневой структурой протоколов стандартов IEEE 802, кадр
LLC вкладывается в кадр уровня MAC: кадр Ethernet, Token Ring, FDDI
и т. д. При этом флаги кадра LLC отбрасываются.
Кадр LLC содержит поле данных и заголовок, который состоит из
трех полей:
• адрес точки входа службы назначения (Destination Service Access
Point, DSAP);
• адрес точки входа службы источника (Source Service Access Point,
SSAP);
• управляющее поле (Control).

23. Структура поля управления

24. Управление доступом к среде передачи данных MAC.

Управление доступом к среде (англ. media access control, MAC) —
подуровень канального (второго) уровня модели OSI, согласно
стандартам IEEE 802.
MAC обеспечивает адресацию и механизмы управления доступом
к каналам, что позволяет нескольким терминалам или точкам
доступа общаться между собой в многоточечной сети (например,
в локальной или городской вычислительной сети), и
эмулирует полнодуплексный логический канал связи в
многоточечной сети.

25. Механизм адресации

Механизм адресации уровня MAC называется физической
адресацией или MAC-адресами. MAC-адрес представляет собой
уникальный серийный номер (см. OUI), который присваивается каждому
сетевому устройству (такому, как сетевая карта в компьютере или сетевой
коммутатор)[1] во время изготовления, и позволяет однозначно
определить его среди других сетевых устройств в мире. Это гарантирует,
что все устройства в сети будут иметь различные MAC-адреса (по аналогии
с почтовыми адресами), что делает возможным доставку пакетов данных
в место назначения внутри подсети, т.е. физической сети, состоящей из
нескольких сегментов, взаимосвязанных повторителями, хабами, или
свичами (но не IP-маршрутизаторами). IP-маршрутизаторы могут
соединять несколько подсетей.
Примером физической сети может служить Ethernet-сеть, которая
может быть расширена точками доступа беспроводной локальной
вычислительной сети (WLAN) и сетевыми адаптерами WLAN, так как они
делят те же 48-битные MAC-адреса, что и Ethernet.

26. Механизм контроля доступа к каналу

Механизм контроля доступа к каналу, предоставляемый
уровнем MAC, также известен, как протокол множественного
доступа. Данный протокол позволяет нескольким станциям делить
между собой одну среду передачи данных, к которой они
подключены.
Протокол множественного доступа может определять и
предотвращать коллизии пакетов (кадров) данных при условии, что
в качестве режима конкурирующего доступа используется метод
доступа к каналу, или зарезервированы ресурсы для установления
логического канала.