Характеристика, особенности, преимущества и недостатки технологии Wi-Fi

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Эта тема крайне актуальна потому, что в наше время технология Wi-Fi используется почти везде. Это домашние локальные сети, локальные сети на предприятиях и складах, в аэропортах, заведениях общественного питания, ресторанах, барах и клубах. Простота внедрения технологии, ее относительная надежность и поддержка ведущими производителями аппаратного обеспечения обеспечили Wi-Fi высокую популярность во многих сферах жизни человека.

Wi-Fi можно без преувеличения назвать быстроразвивающейся технологией: менее чем за десять лет был пройден путь от низкоскоростных каналов с некриптоустойчивым шифрованием до каналов с пропускной способностью до 7 Гбит с трудновзламываемым методом шифрования WPA2.

1. Краткая история

Технология Wi-Fi скорее всего нескоро бы появилась на свет если бы в 1985 году федеральное агентство по связи (FCC) не приняло решение открыть некоторые полосы беспроводного спектра для использования без государственной лицензии. Изначально эти частоты (900 МГц, 2.4ГГц и 5.8ГГц) использовались в оборудовании, не связанном с телекоммуникацией, однако FCC разрешила использовать их в качестве частот для коммуникационных целей, с тем лишь условием, чтобы использующие указанные диапазоны устройства не создавали помехи оборудованию, функционирующему на этих же частотах. Выход был найден в применении так называемого спектра распространения (spread spectrum). Этот способ передачи информации первоначально использовался для военных целей. Распространение радиосигнала, происходящее по широкому диапазону частот, в отличие от обычной передачи на постоянной частоте, делало сигнал сложным для перехвата и обеспечивало определенный уровень помехозащищенности.

В 1988 году организация IEEE начала разработку стандарта 802.11, который был утвержден только через девять лет в 1997 году. Вскоре появились новые стандарты 802.11а и 802.11b, работающие на частотах 5.8 ГГц и 2.4 ГГц соответственно. Однако из-за сложности спецификации (около 400 страниц) технология распространялась весьма медленно. Чтобы решить эту проблему шесть компаний (Intersil, 3Com, Nokia, Aironet (в данное время поглощена Cisco), Symbol и Lucent (в настоящее время Alcatel-Lucent) создали организацию WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), которая в 2002 году была переименована в Wi-Fi Alliance.

Поскольку у стандарта 802.11 не было определенного яркого имени, было решено провести конкурс, победителем которого стала всем известная аббревиатура Wi-Fi. Свое широкое распространение технология Wi-Fi начала благодаря компании Apple, которая вместе с линейкой ноутбуков iBook представила беспроводной адаптер Apple AirPort.

В настоящее время существует более 30 стандартов Wi-Fi, самыми распространенными из которых являются 802.11a, b, g, n и ас.

2. Полный список стандартов 802.11

802.11 -- изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/c, 2,4 ГГц и ИК стандарт (1997).

802.11a -- 54 Мбит/c, 5 ГГц стандарт (1999, выход продуктов в 2001).

802.11b -- улучшения к 802.11 для поддержки 5,5 и 11 Мбит/с (1999).

802.11c -- процедуры операций с мостами; включен в стандарт IEEE 802.1D (2001).

802.11d -- интернациональные роуминговые расширения (2001).

802.11e -- улучшения: QoS, включение packet bursting (2005).

802.11F -- Inter-Access Point Protocol (2003).

802.11g -- 54 Мбит/c, 2,4 ГГц стандарт (обратная совместимость с b) (2003).

802.11h -- распределённый по спектру 802.11a (5 ГГц) для совместимости в Европе (2004).

802.11i -- улучшенная безопасность (2004).

802.11j -- расширения для Японии (2004).

802.11k -- улучшения измерения радио ресурсов.

802.11l -- зарезервирован.

802.11m -- поддержание эталона; обрезки.

802.11n -- увеличение скорости передачи данных (600 Мбит/c). 2,4--2,5 или 5 ГГц. Обратная совместимость с 802.11a/b/g . Особенно распространён на рынке в США в устройствах D-Link, Cisco и Apple (сентябрь 2009).

802.11o -- зарезервирован.

802.11p -- WAVE -- Wireless Access for the Vehicular Environment (Беспроводной Доступ для Транспортной Среды, такой как машины скорой помощи или пассажирский транспорт).

802.11q -- зарезервирован, иногда его путают с 802.1Q.

802.11r -- быстрый роуминг.

802.11s -- Введение ESS и Wireless Mesh Network (Extended Service Set -- Расширенный Набор Служб; Mesh Network -- ячеистая сеть).

802.11T -- Wireless Performance Prediction (WPP, Предсказание Производительности Беспроводного Оборудования) -- методы тестов и измерений.

802.11u -- взаимодействие с не-802 сетями (например, сотовые сети).

802.11v -- управление беспроводными сетями.

802.11x -- зарезервирован и не будет использоваться. Не нужно путать со стандартом контроля доступа IEEE 802.1X.

802.11y -- 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.

802.11w -- Protected Management Frames (Защищенные Управляющие Фреймы).

802.11ac -- новый стандарт IEEE. Скорость передачи данных -- до 6,77 Гбит/с для устройств, имеющих 8 антенн. Утвержден в январе 2014 года.

802.11ad -- новый стандарт с дополнительным диапазоном 60 ГГц (частота не требует лицензирования). Скорость передачи данных -- до 7 Гбит/с.

3. Методы шифрования

WEP - самый старый метод шифрования, он же самый ненадежный. Основными недостатками являются:

· использование для шифрования непосредственно пароля, введенного пользователем;

· недостаточная длина ключа шифрования;

· использование функции CRC32 для контроля целостности пакетов.

WPA/WPA2- эти методы намного более криптостойкие чем WEP, поскольку вместо устаревшего шифра RC4 (Rivest Cipher 4) в них используется алгоритм AES (Advanced Encryption Standard).

WPA и WPA2 имеют следующие преимущества:

· ключи шифрования генерируются во время соединения, а не распределяются статически.

· для контроля целостности передаваемых сообщений используется алгоритм Michael.

· используется вектор инициализации существенно большей длины.

4. Область применения

Стандарт Wi-Fi используется в компьютерах и сетевом оборудовании, микрофонах и бытовой электронике. Консорциум Wi-Fi Alliance (в который на данный момент входит около шестисот компаний) постоянно работает над расширением использования беспроводных стандартов. Большинство распространенных технологий, которые имеют низкую стоимость и обеспечивают высокую производительность, переходят во встраиваемые системы. Не исключение и Wi-Fi.

Первая из программ продвижения Wi-Fi -- сертификация горячих точек Wi-Fi. Горячей точкой называется точка доступа, расположенная в общественных местах, например, в отелях, аэропортах, кафе. По решению провайдера пользование ими предоставляется в комплекте с другими услугами или за отдельную плату. На сегодня насчитывается более миллиона горячих точек, поскольку для разгрузки сотовых сетей часть трафика передается по Wi-Fi.

Ожидается, что в последующие два года объем передаваемых данных в мобильных сетях станет в 4 раза больше объема голосового трафика и достигнет почти 5 Тб в год. Технический директор Wi-Fi Alliance, Грег Эннис (Greg Ennis), отмечает: «Wi-Fi всегда будет быстрее, чем 3G или 4G, но когда люди передвигаются и не могут его использовать, то они используют сотовые сети». Более простая процедура настройки Wi-Fi позволит подключаться к сети абонентам, находящимся в движении. Можно также ожидать, что появится стандарт передачи голосовых данных по Wi-Fi по аналогии с VoIP.

Стандарт используется в одноранговых персональных сетях вместо Bluetooth, который имеет очень малый радиус действия.

Позже был предложен стандарт Wi-Fi Direct для прямого соединения устройств без использования сети Wi-Fi и точки доступа. Соединения Wi-Fi Direct бывают трех типов: «точка-точка», «точка-множество» и подключение одноранговой персональной сети к точке доступа Wi-Fi (см. рис. 1). Ожидается, что самой распространенной станет конфигурация «точка-точка», которая используется устройствами для прямого обмена данными или приложениями. Так, Wi-Fi Direct позволяет распечатывать снимки с фотоаппарата, обмениваться видеоиграми, отображать фотографии с камеры на экране телевизора и т.д. Второй большой потенциальной областью применения являются встраиваемые системы. Прямое соединение модулей позволит, например, конфигурировать устройства или собирать данные с помощью карманных устройств или смартфона. Помимо встраиваемых систем Wi-Fi Direct может использоваться в автоматических и полуавтоматических системах «машина-машина».

Второй тип соединений -- один-множество -- применяется для быстрого подключения периферийных устройств (камера, наушники, принтер и т.д.) к компьютеру или для создания специализированных сетей для обмена изображениями или презентациями между компьютерами без использования проектора или дисплея. По такой схеме можно соединять некоторые устаревшие устройства. Сертифицированные Wi-Fi Direct Connect устройства способны подключаться ко множеству других устройств.

Третья конфигурация позволяет подключаться напрямую к группе устройств, имеющих интерфейс Wi-Fi Direct Connect, а также объединять группу компьютеров в сеть через горячую точку. Для данной конфигурации предусмотрено два уровня безопасности: для группы и для сети. Кроме того, провайдер или сетевой администратор может управлять доступом к Wi-Fi Direct для взимания платы за подсоединение каждого абонента. Заметим, что не все устройства, оснащенные Wi-Fi Direct, поддерживают одновременное соединение WLAN.

Установка одного или нескольких соединений Wi-Fi Direct производится вручную. Одно устройство запрашивает доступ, а другое дает разрешение. Процедура обмена происходит по интерфейсу WPS (Wi-Fi protected setup). Устройство не получает доступ до тех пор, пока пользователь не даст разрешение. Передача по беспроводному каналу защищена технологией AES (Advanced Encryption Standard), которая используется в правительственных сетях. Безопасность соединения обеспечивается шифрованием WPA2.

Ожидается, что наиболее востребованными и распространенными станут соединения «точка-точка». По характеристикам Wi-Fi Direct превосходит Wireless USB и позволяет реализовать все функции, для которых разрабатывался Bluetooth. Благодаря высокой скорости обмена можно будет создавать распределенные видеоприложения с дальностью охвата Wi-Fi.

Рис. 1. Конфигурации Wi-Fi Direct Connect

аппаратный сетевой беспроводной

Если говорить о конкретных областях применения, то чаще всего технология Wi-Fi используется для организации локальной сети дома, в офисе, на складе или предприятии.

Для эффективного использования Wi-Fi в домашних условиях или в рамках небольшого офиса используются небольшие беспроводные маршрутизаторы, которые и осуществляют широкополосное соединение.

На предприятии сети могут состоять из нескольких точек доступа, которые могут образовывать перекрывающиеся радиоячейки (соты). Это дает возможность пользователям перемещаться в пределах предприятия и иметь доступ к его ресурсам через беспроводную сеть. Для работы такой сети, конечно, требуется либо проводной маршрутизатор в комбинации с более мощной точкой доступа, либо беспроводной маршрутизатор беспроводной локальной сети. Само собой беспроводные локальные сети на предприятии должны быть надежно защищены.

Основой работы на складах и предприятиях с использованием технологии Wi-Fi является штриховое кодирование, которое позволяет задействовать специализированное оборудование, такое как: терминалы сбора данных, принтеры для печати этикеток, ручные сканеры штрих кода, оборудование беспроводной связи. Принцип работы такой системы довольно прост: работники склада считывают информацию с товара с помощью ТСД, полученная информация автоматически записывается в БД склада и при необходимости редактируется персоналом. Оборудования для организации беспроводной локальной сети на складе аналогично оборудованию для предприятий.

Wi-Fi также используется в шахтах для отслеживания перемещений и определения местоположения персонала в аварийных ситуациях.

5. Достоинства и недостатки технологии Wi-Fi

Достоинства.

· Для разворачивания сети не требуется проведение кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.

· Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.

· Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.

· Мобильность. Вы больше не привязаны к одному месту и можете пользоваться Интернетом в комфортной для вас обстановке.

· В пределах Wi-Fi зоны в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т. д.

· Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на порядок меньше, чем у сотового телефона.

5.2 Недостатки.

· В диапазоне 2,4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др, и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.

· Реальная скорость зависит от доли служебного трафика, которая зависит уже от наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств относительно друг друга и т. п. Из-за этого может складываться впечатление, что производители оборудования завышают номинальную скорость.

· Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах не одинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов.

· При использовании стандарта шифрования WEP существует возможность с легкостью взломать точку доступа.

· В режиме точка-точка (Ad-hoc) стандарт предписывает лишь реализовать скорость 11 Мб/сек. Отсутствует возможность использовать шифрование WPA/WPA2.

6. Юридический статус технологии Wi-Fi в России

В России, в соответствии с решениями Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) от 7 мая 2007 г. № 07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия» и от 20 декабря 2011 г. № 11-13-07-1. Использование Wi-Fi без получения частного разрешения на использование частот возможно для организации сети внутри зданий, закрытых складских помещений и производственных территорий в полосах 2400--2483,5 МГц (стандарты 802.11b и 802.11g; каналы 1--13) и 5150-5350 МГц (802.11a и 802.11n; каналы 34-64). Для легального использования внеофисной беспроводной сети Wi-Fi (например, радиоканала между двумя соседними домами) необходимо получение разрешения на использование частот (как в полосе 2,4 ГГц, так и 5 ГГц) на основании заключения экспертизы о возможности использования заявленных РЭС и их электромагнитной совместимости (ЭМС) с действующими и планируемыми для использования РЭС.

Заключение

Подытоживая, можно сказать, что спектр применения технологии Wi-Fi крайне широк. Wi-Fi может использоваться и в квартирах или небольших офисах, и на крупных предприятиях, и даже в горнорудном производстве.

Как технология Wi-Fi прошел довольно трудный путь до «взлета» в 1999 и стремительного рывка в развитии в последующие годы. За это время Wi-Fi стал неотъемлемой частью жизни человечества, по сути став культовой технологией.

Литература

1. Борисов В.И. Спектр уязвимостей беспроводных сетей стандарта IEEE 802.11. Информация и безопасность/ В.И Борисов, В.Б Щербаков, С.А Ермаков // 2008. Т. 11. № 3. С. 431-434.

2. «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия»: Решения ГКРЧ от 07.05.2007. № 07-20-03-001 // Рос. газ. - 2007. - 7 авг. - С.8.

3. Jeremy Budd. A Brief History of Wi-Fi // The Economist. -- 2004.-- № 6.-- P. 31-33.

4. Tom Williams. Wi-Fi to Become Even More Versatile and Ubiquitous // RTC MAGAZINE -- 2011. -- №7 -- P. 100-102.

Размещено на Allbest.ru