Стандарты протоколов беспроводной сети

Протокол - это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети. Реализацией протокольных процедур обычно управляют специальные программы, реже - аппаратные средства.
Протоколы для сетей - то же самое, что язык для людей, говоря на разных языках, люди могут не понимать друг, друга, - так же ведут себя и сети, использующие разные протоколы. Но и внутри сети протоколы обеспечивают разные варианты обращения с информацией, разные виды сервиса при работе с ней. От эффективности этих сервисов, их надежности, простоты, удобства и распространенности зависит то, насколько эффективна и комфортна вообще работа человека в сети.
Список стандартов протокола IEEE 802.11 беспроводной сети:. IEEE 802.11— Изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/с, 2, 4 ГГц и ИК стандарт (1997);

IEEE 802.11a— 54 Мбит/с, 5 ГГц стандарт (1999, выход продуктов в (2001);
IEEE 802.11b— улучшения к 802.11 для поддержки 5, 5 и 11 Мбит/с (1999);
IEEE 802.11c — процедуры операций с мостами; включен в стандарт IEEE 802.1D (2001);
IEEE 802.1 Id— интернациональные роуминговые расширения (2001);
IEEE 802.11е — улучшения: QoS, включение packet bursting (2005);
IEEE 802.1 IF — Inter-Access Point Protocol (2003);
IEEE 802.11g — 54 Мбит/с, 2, 4 ГГц стандарт (обратная совместимость с b) (2003);
IEEE 802.11h— распределенный по спектру 802.11а (5 GHz) для совместимости в Европе (2004);
IEEE 802.11i — улучшенная безопасность (2004); IEEE 802.11j — Расширения для Японии (2004);
IEEE 802.11k — улучшения измерения радио ресурсов;
IEEE 802.111 — (зарезервирован);
IEEE 802.11 m — поддержание эталона;

• IEEE 802.1 In— увеличение скорости передачи данных (600 Мбит/с) 2, 4-2, 5 или 5 ГГц. Обратная совместимость с 802.1 la/b/g. Особенно распространён на рынке в США в устройствах D-Link, Cisco и Apple, (сентябрь 2009);

IEEE 802.1 lo — (зарезервирован);
IEEE 802.11p — WAVE — Wireless Access for the Vehicular Environment (Беспроводной Доступ для Транспортной Среды, такой как машины скорой помощи или пассажирский транспорт);
IEEE 802.11q— (зарезервирован, иногда его путают с 802.1q VLAN trunking);
IEEE 802.11r — быстрый роуминг;
IEEE 802.11s — ESS Mesh Networking;
IEEE 802.11T— Wireless Performance Prediction (WPP, Предсказание Производительности Беспроводного Оборудования) — методы тестов и измерений;
IEEE 802.11u— взаимодействие с не-802 сетями (например, сотовые сети);
IEEE 802.11v — управление беспроводными сетями;
IEEE 802.11х— зарезервирован и не будет использоваться. Не нужно путать со стандартом контроля доступа IEEE 802.1х;
IEEE 802.11у— дополнительный стандарт связи, работающий на частотах 3, 65-3, 70 ГГц. Обеспечивает скорость до 54 Мбит/с на расстоянии до 5000 м на открытом пространстве;
IEEE 802.11w— Protected Management Frames (Защищенные Управляющие Фреймы).

IEEE 802.11— набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2, 4; 3, 6 и 5 ГГц.
Пользователям более известен по названию Wi-Fi, фактически являющемуся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance. Получил широкое распространение благодаря развитию в мобильных электронно-вычислительных устройствах: КПК и ноутбуках.
Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. Один из первых высокоскоростных стандартов беспроводных сетей— IEEE 802.11a— определяет скорость передачи уже до 54 Мбит/с. Рабочий диапазон стандарта 5 ГГц.
Вопреки своему названию, принятый в 1999 году стандарт IEEE 802.11b не является продолжением стандарта 802.11а, поскольку в них используются различные технологии: DSSS (точнее, его улучшенная версия HR-DSSS) в 802.11b против OFDM в 802.11а. Стандарт предусматривает использование нелицензируемого диапазона частот 2, 4 ГГц. Скорость передачи до 11 Мбит/с.
Продукты стандарта IEEE 802.11b, поставляемые разными изготовителями, тестируются на совместимость и сертифицируются организацией Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), которая в настоящее время больше известна под названием Wi-Fi Alliance. Совместимые беспроводные продукты, прошедшие испытания по программе «Альянса Wi-Fi», могут быть маркированы знаком Wi-Fi.
В настоящее время IEEE 802.11b— самый распространённый стандарт, на базе которого построено большинство беспроводных локальных сетей.
Проект стандарта IEEE 802.11g был утверждён в октябре 2002 г. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2, 4 ГГц, обеспечивая скорость передачи 54 Мбит/с и превосходя, таким образом, ныне действующий стандарт IEEE 802.11b, который обеспечивает скорость передачи И Мбит/с. Кроме того, он гарантирует обратную совместимость со стандартом 802.11b. Обратная совместимость стандарта IEEE 802.11g может быть реализована в режиме модуляции DSSS, и тогда скорость передачи будет ограничена одиннадцатью мегабитами в секунду либо в режиме модуляции OFDM, при котором скорость составляет 54 Мбит/с. Таким образом, данный стандарт является наиболее приемлемым при построении беспроводных сетей [19, с.126].

Технология коллективного доступа в беспроводных сетях семейства
802.11g (Wi-Fi)

Такие вопросы, как регулирование совместного использования среды передачи данных, определяются на более высоком уровне - уровне доступа к среде передачи данных. Этот уровень называют МАС – уровнем (Media Access Control). Именно на МАС - уровне устанавливаются правила совместного использования среды передачи данных одновременно несколькими узлами беспроводной сети.
На МАС - уровне определяются два основных типа архитектуры беспроводных сетей — Ad Hoc и Infrastructure Mode.

Режим Ad Hoc (точка-точка)

В режиме Ad Hoc, 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).

Режим Infrastructure Mode (точка-доступа)
В режиме Infrastructure Mode (рис. 3.) станции взаимодействуют 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). Рассматривают два режима взаимодействия с точками доступа — BSS (Basic Service Set) и ESS (Extended Service Set). В режиме BSS все станции связываются между собой только через точку доступа, которая может выполнять также роль моста к внешней сети. В уширенном режиме ESS существует инфраструктура нескольких сетей BSS, причем сами точки доступа взаимодействуют друг с другом, что позволяет передавать трафик от одной BSS к другой. Между собой точки доступа соединяются с помощью либо сегментов кабельной сети, либо радиомостов.

Кроме двух различных режимов функционирования беспроводных сетей на МАС - уровне определяются правила коллективного доступа к среде передачи данных.
Метод коллективного доступа с обнаружением несущей и избежанием коллизий (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance, CSMA/CA). Собственно, этот метод даже по своему названию напоминает технологию коллективного доступа, реализованную в сетях Ethernet, где используется метод коллективного доступа с опознанием несущей и обнаружением коллизий (Carrier-Sense-Multiply-Access With Collision Detection, CSMA/CD). Единственное различие состоит во второй части метода - вместо обнаружения коллизий используется технология избежания коллизий.
Перед тем как послать данные в " эфир", станция сначала отправляет специальное сообщение, называемое RTS (Ready To Send), которое трактуется как готовность данного узла к отправке данных. Такое RTS-сообщение содержит информацию о продолжительности предстоящей передачи и об адресате и доступно всем узлам в сети. Это позволяет другим узлам задержать передачу на время, равное объявленной длительности сообщения. Приёмная станция, получив сигнал RTS, отвечает посылкой сигнала CTS (Clear To Send), свидетельствующего о готовности станции к приёму информации. После этого передающая станция посылает пакет данных, а приёмная станция должна передать кадр АСК, подтверждающий безошибочный прием. Если АСК не получен, попытка передачи пакета данных будет повторена. Таким образом, с использованием подобного четырёхэтапного протокола передачи данных (4 - Way Handshake) реализуется регламентирование коллективного доступа с минимизацией вероятности возникновения коллизий [22].
1.4. Техническое обеспечение беспроводной сети WLAN (Wi-Fi)
Техническое обеспечение беспроводной сети WLAN (Wi-Fi) состоит из трех основных аппаратных компонентов и двух программных, которые должны работать согласованно. Для корректной работы устройств в сети их нужно правильно инсталлировать и установить рабочие параметры.

1.4.1. Компоненты сети

Основными аппаратными компонентами беспроводной сети являются следующие:
1. Абонентские системы:

компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы);
принтеры;
сканеры и др.

2. Сетевое оборудование:

сетевые адаптеры;
точки доступа;

В ЛВС каждый ПК называется рабочей станцией, за исключением одного или нескольких компьютеров, которые предназначены для выполнения функций файл-серверов. Каждая рабочая станция и файл-сервер имеют сетевые карты (адаптеры), которые посредством физических каналов соединяются между собой. В дополнение к локальной операционной системе на каждой рабочей станции активизируется сетевое программное обеспечение, позволяющее станции взаимодействовать с файловым сервером.
Компьютеры, входящие в ЛВС клиент - серверной архитектуры, делятся на два типа: рабочие станции, или клиенты, предназначенные для пользователей, и файловые серверы, которые, как правило, недоступны для обычных пользователей и предназначены для управления ресурсами сети.
Аналогично на файловом сервере запускается сетевое программное обеспечение, которое позволяет ему взаимодействовать с рабочей станцией и обеспечить доступ к своим файлам [10, с.63].