Архітектура, компоненти мережі і стандарти технології WI-FI

Стандарт RadioEthernet IEEE 802.11 - це стандарт організації бездротових комунікацій на обмеженій території в режимі локальної мережі, тобто коли декілька абонентів мають рівноправний доступ до загального каналу передач.

802.11 - перший промисловий стандарт для бездротових локальних мереж (Wireless Local Area Networks ), або WLAN. Стандарт був розроблений Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 802.11 може бути порівняний із стандартом 802.3 для звичайних дротяних мереж Ethernet.

Стандарт RadioEthernet IEEE 802.11 визначає порядок організації бездротових мереж на рівні управління доступом до середовища (MAC-уровне) і фізичному (PHY) рівні. У стандарті визначений один варіант MAC (Medium Access Control) рівня і три типи фізичних каналів.

Подібно до дротяного Ethernet, IEEE 802.11 визначає протокол використання єдиного середовища передачі, що отримав назву carrier sense multiple access collision avoidance (CSMA/CA). Вірогідність колізій бездротових вузлів мінімізується шляхом попереднього посилання короткого повідомлення ready to send (RTS), воно інформує інші вузли про тривалість майбутньої передачі і адресата. Це дозволяє іншим вузлам затримати передачу на якийсь час, рівне оголошеній тривалості повідомлення. Приймальна станція повинна відповісти на RTS посилкою clear to send (CTS). Це дозволяє вузлу, що передає, дізнатися, чи вільне середовище і чи готовий приймальний вузол до прийому. Після отримання пакету даних приймальний вузол повинен передати підтвердження (ACK) факту безпомилкового прийому. Якщо ACK не отримане, спроба передачі пакету даних буде повторена.

У стандарті передбачено забезпечення безпеки даних, яке включає аутентифікацію для перевірки того, що вузол, що входить в мережу, авторизований в ній, а також шифрування для захисту від підслуховування.

На фізичному рівні стандарт передбачає два типи радіоканалів і один інфрачервоного діапазону. У основу стандарту 802.11 покладена стільникова архітектура. Мережа може складатися з однієї або декількох осередків (стільник). Кожна стільника управляється базовою станцією, званою точкою доступу (Access Point, AP). Точка доступу і що знаходяться в межах радіусу її дії робочі станції утворюють базову зону обслуговування (Basic Service Set, BSS). Точки доступу багатостільникової мережі взаємодіють між собою через розподільну систему (Distribution System, DS), що є еквівалентом магістрального сегменту кабельних ЛС. Вся інфраструктура, що включає точки доступу і розподільну систему, утворює розширену зону обслуговування (Extended Service Set). Стандартом передбачений також односотовый варіант бездротової мережі, який може бути реалізований і без точки доступу, при цьому частина її функцій виконується безпосередньо робочими станціями.

В даний час існує безліч стандартів сімейства IEEE 802.11:

1. 802.11 - первинний основоположний стандарт. Підтримує передачу даних по радіоканалу з швидкостями 1 і 2 (опционально) Мбіт/с.

2. 802.11а - високошвидкісний стандарт WLAN. Підтримує передачу даних з швидкостями до 54 Мбіт/с по радіоканалу в діапазоні близько 5 ГГц.

3. 802.11b - найпоширеніший стандарт. Підтримує передачу даних з швидкостями до 11 Мбіт/с по радіоканалу в діапазоні близько 2,4 ГГц.

4. 802.11з - Стандарт, що регламентує роботу бездротових мостів. Дана специфікація використовується виробниками бездротових пристроїв при розробці точок доступу.

5. 802.11d - Стандарт визначав вимоги до фізичних параметрів каналів (потужність випромінювання і діапазони частот) і пристроїв бездротових мереж з метою забезпечення їх відповідності законодавчим нормам різних країн.

6. 802.11e - Створення даного стандарту зв'язане з використанням засобів мультимедіа. Він визначає механізм призначення пріоритетів різним видам трафіку - таким, як аудио- і відеододатки. Вимога якості запиту, необхідна для всіх радіо інтерфейсів IEEE WLAN.

7. 802.11f - Даний стандарт, пов'язаний з аутентифікацією, визначає механізм взаємодії точок зв'язку між собою при переміщенні клієнта між сегментами мережі. Інша назва стандарту - Inter Access Point Protocol. Стандарт, що описує порядок зв'язку між рівнозначними точками доступу.

8. 802.11g - встановлює додаткову техніку модуляції для частоти 2,4 ГГц. Призначений, для забезпечення швидкостей передачі даних до 54 Мбіт/с по радіоканалу в діапазоні близько 2,4 ГГц.

9. 802.11h – Розробка даного стандарту пов'язана з проблемами при використанні 802.11а в Європі, де в діапазоні 5 ГГц працюють деякі системи супутникового зв'язку. Для запобігання взаємним перешкодам стандарт 802.11h має механізм "квазіінтелектуального" управління потужністю випромінювання і вибором несучої частоти передачі. Стандарт, що описує управління спектром частоти 5 ГГц для використання в Європі і Азії.

10. 802.11i (WPA2) – Метою створення даної специфікації є підвищення рівня безпеки бездротових мереж. У ній реалізований набір захисних функцій при обміні інформацією через бездротові мережі - зокрема, технологія AES (Advanced Encryption Standard) - алгоритм шифрування, що підтримує ключі завдовжки 128, 192 і 256 битий. Передбачається сумісність всіх використовуваних зараз пристроїв - зокрема, Intel Centrino - з 802.11i-сетями. Зачіпає протоколи 802.1X, TKIP і AES.

11. 802.11j - Специфікація призначена для Японії і розширює стандарт 802.11а додатковим каналом 4,9 ГГц.

12. 802.11n - Перспективний стандарт, що знаходиться на сьогоднішній день в розробці, який дозволить підняти пропускну спроможність мереж 100 Мбіт/сек.

13. 802.11r - Даний стандарт передбачає створення універсальної і сумісної системи роуминга для можливості переходу користувача із зони дії однієї мережі в зону дії інший.

Зі всіх існуючих стандартів бездротової передачі даних IEEE 802.11, на практиці найчастіше використовуються всього три, визначених Інженерним інститутом електротехніки і радіоелектроніки (IEEE), це: 802.11b, 802.11g і 802.11a.

Порівняння стандартів бездротової передачі даних:

Стандарт	802.11b	802.11g	802.11а
Кількість використовуваних радіоканалів	3 що не перекриваються	3 що не перекриваються	8 що не перекриваються
Частотний діапазон	2.4 ГГц	2.4 ГГц	5 ГГц
Макс. швидкість передачі даних	11 Мб/с	54 Мб/с	54 Мб/с
Зразкова дальність дії	30 м при 11 Мб/с 100 м при 1 Мб/с	15 м при 54 Мб/с 50 м при 11 Мб/с	12 м при 54 Мб/с 100 м при 6 Мб/с