Стандарт 802.11b

Ограничение скорости в стандарте 802.11 привело к тому, что устройства и локальные сети этого типа практически перестали использоваться. На смену 802.11 в 1999 г. пришел более быстрый стандарт 802.11b (802.11 High rate), который работает на той же центральной частоте 2,4 ГГц с максимальной скоростью до 22 Мбит/с. В спецификации 802.11b используется метод расширения спектра Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) — расширение спектра радиосигнала посредством применения прямой последовательности. Основные параметры Wi-Fi 802.11b приведены в таблице 2 [5]

Таблица 3. Основные параметры стандарта IEEE 802.11b (в соответствии с действующими нормативами РФ)

Основная архитектура, идеология, структура и характерные особенности уровней нового стандарта 802.11b аналогичны первоначальному варианту Wi-Fi — 802.11, изменился только физический уровень, характеризующий более высокие скорости доступа и передачи данных. Распределение частот линейного тракта системы передачи (Frequency Assignment Plan) реализуется в соответствии с формулой, приведенной в таблице 3.

Для модуляции и поддержки различных режимов скорости передачи данных есть разные способы. Скорость 1 Мбит/с поддерживается за счет метода DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying). Для обеспечения скорости 2 Мбит/с используется метод DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying). Схема модуляции ССК (Complementary Code Keying) допускает скорости передачи 5,5 и 11 Мбит/с. Использование CCK-кодов позволяет кодировать 8 бит на один символ. Символьная скорость 1,385 мегасимволов в секунду (11/8 = 1,385) соответствует скорости 11 Мбит/с. При этом кодируется 8 бит на символ. При скорости передачи 5,5 бит/с в одном символе кодируется только 4 бита.

В протоколе также предусмотрена коррекция ошибок методом FEC. В расширенном варианте стандарта 802.11b+ скорость передачи данных может достигать 22 Мбит/с. Поскольку метод частотных скачков FHSS, используемый в 802.11, не может поддерживать высокие скорости, он исключен из 802.11b. Поэтому оборудование для 802.11b совместимо с DSSS-системами 802.11, но не будет работать с системами FHSS 802.11.

В стандарте 802.11b предусмотрен режим работы в условиях сильных помех и слабого сигнала. С этой целью используется динамический сдвиг скорости, позволяющий автоматически изменять скорость передачи данных в зависимости от уровня сигнала и помех. Так, например, в том случае, когда повышается уровень помех, автоматически снижается скорость передачи данных до 5,5, 2 или 1 Мбит/с. При уменьшении помех устройство возвращается к нормальному режиму работы на больших скоростях.

В стандарте 802.11b контроль доступа реализован как на МАС-уровне, так и с помощью шифрования данных через WEP. Когда включен WEP, он защищает только пакет данных, но не защищает заголовки физического уровня, так что другие станции в сети могут просматривать данные, необходимые для управления сетью. Необходимо подчеркнуть, что за последние годы в шифре RC4 были найдены многочисленные изъяны. Поэтому все чаще стали использоваться модернизированные протоколы шифрования. Например, стандарт TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) использует тот же шифр RC4, что и WEP, но с инициа-лизационным вектором длиной 48 бит. Для проверки целостности сообщений добавлен протокол MIC (Message Integrity Check). При его использовании станция блокируется, если в течение минуты будет послано более двух не прошедших проверку запросов. В протоколе AES-CCMP распределение ключей и проверка целостности выполнена в одном компоненте CCMP (Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol). Для шифрования используется шифр AES.

С развитием технологий LAN во всем мире резко возросло количество различных беспроводных устройств, и возникла проблема помех и перегруженности диапазона 2,4 ГГц. Это связано с тем, что такие устройства, как микроволновые печи, беспроводные телефоны, рации, Bluetooth-оборудование и другие аналогичные приборы заметно влияют друг на друга. В частности, это сказывается и на качестве работы оборудования Wi-Fi.

Как было отмечено выше, в стандарте 802.11 максимальная скорость передачи определяется как сумма по каналам. Поэтому теоретическая скорость не однозначно соответствует реальной скорости передачи данных. В случаях, когда различные устройства 802.11 используют одни и те же каналы или работают в зоне мощных радиопомех, могут возникать существенные снижения скорости. Например, беспроводная станция, установившая соединение на скорости 11 Мбит/с, реально будет работать со скоростью не больше 1 Мбит/с, если она находится в зоне действия мощной микроволновой печи.

Стандарт 802.11a

Чтобы как-то разгрузить диапазон 2,4 ГГц, был разработан стандарт 802.11a для частот 5 ГГц. В этом диапазоне не так много источников помех, как в диапазоне 2,4 ГГц, и средний уровень совокупных шумов значительно ниже. В стандарте 802.11a используются две базовые центральные частоты в районе 5 ГГц и максимальная скорость передачи данных составляет до 54 Мбит/с. В этом стандарте в качестве способа доступа к среде применен множественный метод с контролем несущей и предотвращением коллизий. В качестве основного метода расширения спектра принят Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) — мультиплексирование c ортогональным частотным разделением сигналов [8]. Для стандарта 802.11а в России выделены две частотные полосы (табл. 4).

Таблица 4. Основные параметры стандарта IEEE 802.11a (в соответствии с действующими нормативами РФ)

Стандарт 802.11g

Следующим шагом на пути развития устройств Wi-Fi был стандарт 802.11g, принятый в 2003 г. Практически 802.11g — это усовершенствованный вариант 802.11b. Он предназначен для устройств, работающих на частотах 2,4 ГГц с максимальной скоростью 54 Мбит/с. Этот стандарт задумывался как универсальный. Поэтому в нем допускаются методы расширения спектра, использующиеся в предыдущих версиях, а именно DSSS, OFDM, PBCC [9]. Основные параметры Wi-Fi-802.11g, одобренные для РФ, приведены в таблице 5.

Таблица 5. Основные параметры стандарта IEEE 802.11g (в соответствии с действующими нормативами РФ).

Выделенная для 802.11g полоса частот в РФ составляет 2400-2483,5 МГц. Частотный план (Frequency Assignment Plan) рассчитывается по формуле из таблицы 5. Стандарт 802.11g полностью совместим с 802.11b. Основное отличие заключается в допустимых методах доступа к среде и способах модуляции. В стандарте 802.11g используются рассмотренные выше технологии DSSS, PBCC, которые взяты из 802.11b. Метод OFDM принят из стандарта 802.11a. Методы модуляции DBPSK, DBPSK, CCK, CCK, PBCC также взяты из 802.11a, b.

Не вдаваясь особенно в подробности, можно сказать, что стандарт 802.11g аналогичен стандарту 802.11b по частоте 2,4 ГГц и похож на стандарт 802.11a по максимальной скорости передачи 54 Мбит/с.

3 Режимы и особенности их организации

Беспроводные сети Wi-Fi поддерживают несколько различных режимов работы, реализуемых для конкретных целей. Каждый режим сопровождается пояснительным рисунком для лучшего представления взаимодействия элементов сети. Большим плюсом является подробное описание настройки подключения, используя как встроенные в Windows службы, так и утилиту D-Link AirPlus XtremeG Wreless Utility, которая идет в комплекте с оборудованием D-Link. Очень интересно будет ознакомиться с режимами WDS и WDS WITH AP, которые образуют мостовое соединение. Для лекции характерно большое количество примеров установки, настройки и проверки соединения.