Сети ЭВМ и телекоммуникации

Основные данные о работе

Версия шаблона	2.1
Филиал	Ульяновский
Вид работы	Курсовая работа
Название дисциплины	Сети ЭВМ и телекоммуникации
Тема	Характеристика беспроводных КС
Фамилия студента
Имя студента
Отчество студента
№ контракта

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………….3

1 Стандарт IEEE 802.11………………………………………………………..…..5

1.1 Основные принципы IEEE 802.11………………………………………….....5

1.2 Стек протоколов IEEE 802.11………………………………………..……..…6

1.3 Уровень доступа к среде стандарта  IEEE 802.11………………………....….7

1.4 Технологии физического уровня  стандарта IEEE 802.11……………....…..10

2 Классификация беспроводных компьютерных  сетей……………………..….12

2.1 Radio Ethernet……………………………………………………………..…...12

2.2 Wi-Fi: стандарты 802.11a, 802.11b, 802.11g…………………………………13

2.3 Bluetooth………………………………………………………………….…....15

2.4 WiMAX………………………………………………………………….……..16

3 Защита беспроводных сетей………………………………………………..…..18

3.1 Угрозы безопасности сети………………………………………………...….18

3.2 Шифрование…………………………………………………………..…...….20

3.3 WEP……………………………………………………………………….…...21

3.4 Аутентификация……………………………………………………….….…..22

Заключение……………………………………………………………………..…25

Глоссарий……………………………………………………………………….…27

Список использованных источников…………………………………………….29

Приложения…………………………………………………………………...…..30

Введение

История беспроводных технологий передачи информации началась в конце XIX века с передачей первого радиосигнала и появлением в 20-х годах ХХ века первых радиоприемников с амплитудной  модуляцией. В 30-е годы появилось  радио с частотной модуляцией и телевидение. В 70-е годы созданы первые беспроводные телефонные системы как естественный итог удовлетворения потребности в мобильной передаче голоса. Сначала это были аналоговые сети, а начале 80-х был разработан стандарт GSM, ознаменовавший начало перехода на цифровые стандарты, как обеспечивающие лучшее распределение спектра, лучшее качество сигнала, лучшую безопасность. С 90-x годов ХХ века происходит укрепление позиций беспроводных сетей. Беспроводные технологии прочно входят в нашу жизнь. Развиваясь с огромной скоростью, они создают новые устройства и услуги.

Обилие новых беспроводных технологий таких, как CDMA (технология с кодовым  разделением каналов), GSM (глобальная система для мобильных коммуникаций), TDMA (множественный доступ с разделением  во времени), 802.11, WAP (протокол беспроводных технологий), 3G (третье поколение), GPRS (услуга пакетной передачи данных), Bluetooth (голубой зуб, по имени Харальда Голубого Зуба – предводителя викингов, жившего в Х веке), EDGE (увеличенная скорость передачи даны для GSM), i-mode и т.д. говорит о том, что начинается революция в этой области.

Весьма перспективно и развитие беспроводных локальных сетей (WLAN), Bluetooth (сети средних и коротких расстояний). Беспроводные сети развертываются в аэропортах, университетах, отелях, ресторанах, предприятиях. История разработки стандартов беспроводных сетей началась в 1990 году, когда был образован комитет 802.11 всемирной организацией IEEE (Институт инженеров по электричеству и электронике).¹

Значительный импульс развитию беспроводных технологий дала Всемирная паутина и идея работы в Сети при помощи беспроводных устройств. В конце 90-х годов пользователям была предложена WAP-услуга, сначала не вызвавшая у населения большого интереса. Это были основные информационные услуги – новости, погода, всевозможные расписания и т.п. Также весьма низким спросом пользовались вначале и Bluetooth, и WLAN в основном из-за высокой стоимости этих средств связи.

Существенным для развития беспроводных технологий является и возможность  их использования домашними пользователями. С ростом числа устройств в домашней сети все более актуальной становится проблема множества проводов, соединяющих эти устройства между собой. А это - уже повод для перехода на беспроводные технологии. Повышение степени комфортности современного дома, объединение в единое целое всех его структур и объектов (компьютеров, телевизоров, цифровых фотокамер, домашнего развлекательного центра, систем охраны, климатических систем, кухонных устройств и т.д.) - основа идеи создания интеллектуального цифрового дома – также реализуется с помощью беспроводных устройств.

Хотя насчитывается огромное число  единичных пользователей наиболее быстрорастущим сегментом потребителей беспроводных технологий является корпоративный. Беспроводная передача данных является важным стратегическим средством и обеспечивает:

1) рост производительности (сотрудники получают постоянный и быстрый доступ к корпоративной информации, они быстрее узнают новости);

2) повышение качества обслуживания клиентов (можно мгновенно принимать жалобы и пожелания и мгновенно реагировать на них);

3) создание конкурентных преимуществ (повышение скорости обмена информацией и, следовательно, скорости принятия решения).²

Основная часть

1 Стандарт IEEE 802.11

 

1.1 Основные принципы IEEE 802.11

 

Как и все стандарты комитета IEEE 802.11 в документе IEEE 802.11 рассматривают два нижних уровня модели взаимодействия открытых систем (OSI): физический и канальный (Data Link Layer). Причем последний подразделяется на два подуровня. Стандарт IEEE 802.11 рассматривает только нижний подуровень – Medium Access Control (MAC), т.е. управление доступом к каналу (к среде передачи). Иными словами на физическом уровне стандарт определяет способ работы со средой передачи, скорость и методы модуляции. На MAC-уровне – принцип, по которому устройства используют (делят) общий канал, способы подключения устройств к точкам доступа и их аутентификации, механизмы защиты данных. Поскольку стандарт IEEE 802.11 разрабатывался как “беспроводной Ethernet”, он предусматривает пакетную передачу с 48-битными адресами пакетов, как и любая сеть Ethernet. Комитет IEEE 802 особое внимание уделял совместимости всех своих стандартов, в результате проводные и беспроводные сети IEEE 802 легко сопрягаются друг с другом.

Когда речь заходит о радио тракте, ключевой вопрос – частотный диапазон IEEE 802.11 привязан к существующим в США и ряде других стран безлицензионным частотным диапазонам. Изначально он был ориентирован на диапазон 2,400 – 2,4835 ГГц с шириной полосы 83,5 МГц. Определяемая стандартом спектральная маска для одного канала приведена на рис. 1 (мощность отсчитывается относительно пиков функции sin(x)/x). Ширина канала по уровню – 30 дБ составляет 22 МГц, следовательно, в полосе 83,5 МГц возможно три неперекрывающихся канала.

 

Рис. 1. Спектральная маска канала  сети 802.11 при модуляции методом DSSS.

Стандарт предусматривает  два  основных способа организации локальных  сетей: по принципу “равный с равным (ad-hoc-сеть)” и в виде структурированной сети. В первом случае связь устанавливается непосредственно между двумя станциями, и никакого администрирования не предусмотрено. В случае структурированных сетей в их составе появляется дополнительное устройство – точка доступа (AP – Access Point), как правило, стационарная и действующая на фиксированном канале. Связь между устройствами происходит только через AP. Через них же возможен выход на внешние проводные сети. В сети IEEE 802.11 может быть несколько AP, объедененных проводной сетью Ethernet. Фактически такая сеть представляет собой набор базовых станций с перрекрывающимися зонами охвата. Стандарт IEEE 802.11 допускает перемещение устройств из зоны одной AP в зону другой (роуминг), тем самым обеспечивая мобильность. Поскольку для мобильных станций важен вопрос ресурса элементов питания, в стандарте заложен специальный протокол управления энергопотреблением – непосредственно при обмене передающее устройство может перевести приемник в режим ожидания. ³

 

1.2 Стек протоколов IEEE 802.11

 

Стандарт IEEE 802.11 соответствует общей структуре стандартов комитета 802, то есть состоит из физического уровня и уровня MAC, над которыми работает уровень LLC. Как и у всех технологий семейства 802, технология 802.11 определяется нижними двумя уровнями, то есть физическим уровнем и уровнем MAC, а уровень LLC выполняет свои стандартные общие для всех технологий LAN функции. Так как искажения кадров в беспроводной среде более вероятны, чем в проводной, уровень LLC должен, скорее всего, использоваться в режиме LLC2. Но это уже не зависит от технологии 802.11, режим работы уровня LLC выбирается протоколами верхних уровней. Структура стека протоколов IEEE 802.11 показана на рис. 2.

Рис. 2. Стек протоколов IEEE 802.11.

На физическом уровне существует несколько  вариантов спецификаций, которые  отличаются используемым частотным диапазоном, методом кодирования и как следствие — скоростью передачи данных. Все варианты физического уровня работают с одним и тем же алгоритмом уровня MAC, но некоторые временные параметры уровня MAC зависят от используемого физического уровня.

 

1.3 Уровень доступа к среде  стандарта IEEE 802.11

 

В сетях 802.11 уровень MAC обеспечивает два режима доступа к разделяемой среде (см. рис.2): распределенный режим DCF (Distributed Coordination Function) и централизованный режим PCF (Point Coordination Function).

Распределенный режим доступа DCF

В этом режиме реализуется метод  «множественный доступ с контролем  несущей и предотвращением коллизий» (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA). Вместо неэффективного в беспроводных сетях прямого распознавания коллизий по методу CSMA/CD, здесь используется их косвенное выявление. Для этого каждый переданный кадр должен подтверждаться кадром положительной квитанции, посылаемым станцией назначения. Если же по истечении оговоренного тайм-аута квитанция не поступает, станция-отправитель считает, что произошла коллизия.

Режим доступа DCF требует синхронизации  станций. В спецификации 802.11 эта проблема решается достаточно элегантно – временные интервалы начинают отсчитываться от момента окончания передачи очередного кадра (рис. 3). Это не требует передачи каких-либо специальных синхронизирующих сигналов и не ограничивает размер пакета размером слота, так как слоты принимаются во внимание только при принятии решения о начале передачи кадра.

Рис.3 Режим доступа DCF.

Централизованный режим доступа PCF, обеспечивает приоритетное обслуживание трафика. Режим доступа PCF в сетях 802.11 сосуществует с режимом DCF. Оба режима координируются с помощью трех типов межкадровых интервалов (рис.4).

Рис.4 Сосуществование режимов PCF и DCF.

После освобождения среды каждая станция  отсчитывает время простоя среды, сравнивая его с тремя значениями:

- короткий межкадровый интервал (Short IFS, SIFS);

- межкадровый интервал режима PCF (PIFS);

- межкадровый интервал режима DCF (DIFS).

Захват среды с помощью распределенной процедуры DCF возможен только в

том случае, когда среда свободна в течение времени, равного или  большего, чем DIFS.

Межкадровый интервал SIFS имеет наименьшее значение, он служит для

первоочередного захвата среды ответными CTS-кадрами или квитанциями, которые продолжают или завершают уже начавшуюся передачу кадра.

Значение  межкадрового интервала PIFS больше, чем SIFS, но меньше, чем DIFS. Промежутком времени  между завершением PIFS и DIFS пользуется арбитр среды. В этом промежутке он может передать специальный кадр, который говорит всем станциям, что начинается контролируемый период.

На  управляемом интервале реализуется  централизованный метод доступа PCF. Арбитр выполняет процедуру опроса, чтобы по очереди предоставить каждой такой станции право на использование среды, направляя ей специальный кадр. Станция, получив такой кадр, может ответить другим кадром, который подтверждает прием специального кадра и одновременно передает данные (либо по адресу арбитра для транзитной передачи, либо непосредственно станции).

 

1.4 Технологии физического уровня  стандарта IEEE 802.11

 

Набор стандартов 802.11 определяет целый ряд  технологий реализации

физического уровня (PHY), этот список перечислен ниже:

Уровень PHY стандарта 802.11 со скачкообразной перестройкой частоты (frequency hopping) в диапазоне 2,4 ГГц.

Уровень PHY стандарта 802.11 с расширением спектра  методом прямой последовательности (direct sequence) в диапазоне 2,4 ГГц.

Уровень PHYстандарта 802.l1b с комплиментарным кодированием в диапазоне 2,4 ГГц.

Уровень PHY стандарта 802.11а с ортогональным  частотным мультиплексированием (orthogonal frequency division multiplexion, OFDM) в диапазоне 5 ГГц.

Расширенный физический уровень (extended rate physical (ERP) layer) стандарта 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц.

Основное назначение физических уровней стандарта 802.11 – обеспечить механизмы беспроводной передачи для подуровня MAC, а также поддерживать выполнение вторичных функций, таких как оценка состояния беспроводной среды и сообщение о нем подуровню MAC. Уровни МАС и PHY разрабатывались так, чтобы они были независимыми.

Каждый из физических уровней стандарта 802.11 имеет два подуровня:

Physical Layer Convergence Procedure (PLCP). Процедура определения состояния физического уровня.⁴

Physical Medium Dependent (PMD). Подуровень физического  уровня, зависящий от среды передачи.

На рис.5. показано, как эти подуровни соотносятся между собой и с вышестоящими уровнями.