Построение беспроводных сетей, часть 2: Bluetooth, 802.11a, 802.11b и 802.11g

Переходим на 802.11b

Во времена, предшествовавшие 802.11 (1999 год), беспроводное сетевое оборудование, если оно не стоило как ваша годовая зарплата, было просто ужасным. Пропускная способность у него была как у Bluetooth, работало оборудование лишь на малом расстоянии и имело сильное затухание при прохождении сквозь стены (как правило, такое оборудование могло работать лишь в тех случаях, когда без особого труда можно было проложить кабель...), имело просто ужасные задержки при передаче, страшные потери пакетов, и "очаровательный" ассортимент причудливого программного обеспечения.

Затем, все немного улучшилось; 802.11b перешел из сегмента дорогого оборудования в сегмент недорогого, которое уже стало доступно для небольших организаций и домашних пользователей.

У 802.11b есть весомое преимущество, которое заключается в том, что это уже утвердившийся стандарт. Различные 802.11b устройства достаточно хорошо работают друг с другом (включая "AirPort" Apple, который, по сути, является переделанным 802.11b с включенным по-умолчанию WEP), драйверы работают стабильно, стандарт представлен широким ассортиментом относительно недорогого оборудования малоизвестных фирм.

В случае использования дома или в небольшом офисе, у 802.11b могут возникнуть три проблемы.

Проблема первая – рабочий диапазон 2,4 ГГц, может быть занят другим распространенным оборудованием в месте проживания. Микроволновые печи, например, тоже используют 2,4 ГГц диапазон; микроволновку вовсе не нужно вскрывать,  чтобы заметно повлиять на 802.11b трафик. 2,4 ГГц не особо хорош и в случае работы через преграды. Принцип работы микроволновых печей заключается в поглощении водой электромагнитных волн 2,4 ГГц. Для нас это означает, что 2,4 ГГц сигналы плохо проходят, например, через дерево, или тело человека; существует множество материалов, представляющих существенные преграды для такого излучения.

Проблема вторая – они небезопасны. Сети 802.11b трудно обезопасить, сетевой протокол изначально не подразумевает безопасность. Он, как Ethernet; Ethernet совсем не защищен, если не использовать высокоуровневых решений.

Большинство сетей Ethernet, и почти все домашние сети и сети малых офисов – используют практически нулевую безопасность; любой подключившийся к сети может получить доступ ко всем ресурсам LAN, доступ в Интернет через общее подключение и многое другое. Хотя для того чтобы подключиться, необходимо с компьютером находиться где-то поблизости.

Беспроводные сети позволяют подключаться злоумышленнику, находящемуся на возвышении даже на расстоянии мили, при условии использования небольшой направленной антенны, с тем же успехом, что и в здании. Поместите точку доступа в сеть, защищенную брандмауэром, и для злоумышленника ваша сеть окажется практически открытой. Из этого выросла маленькая, но занятная отрасль, реализовавшая некоторые неожиданные решения.

Сейчас вы можете воспользоваться WEP. В будущем, ситуация может улучшиться, однако не стоит сильно на это надеяться.

WEP все же лучше, чем ничего, для защиты подключений, но это ненамного лучше, поскольку его слабости широко известны. Если же вы желаете, чтобы все могли подключаться к вашей беспроводной сети 802.11b, тогда все просто; не включайте WEP, и разрешите широковещание SSID. Большинство из тех, кто делал то или другое, обычно даже не знают о последствиях.

Проблема третья – невысокая скорость 802.11b. Теоретическая пиковая пропускная способность 802.11b составляет 11 Мбит/с. Вы получите ее только при сильном сигнале, хотя минимальная скорость составляет всего один мегабит в секунду. А с учетом служебных данных, вы получите примерно такую же скорость, что и при использовании десятимегабитного Ethernet (не говоря о стамегабитном, более распространенном сегодня).

При этом такую пропускную способность вы получите только в том случае, если в каждый момент времени только одно устройство в сегменте передает данные. Чем больше пользователей одновременно работают в сети, тем хуже; у 802.11 нет отдельного канала для определения коллизий, поэтому используется метод множественного доступа к среде передачи CSMA/CA, который при использовании среды передачи более чем одним пользователем, делит полосу пропускания на всех. Каждый пользователь получает меньшую долю, чем вы можете ожидать. При увеличении числа пользователей одновременно пытающихся получить доступ к WLAN, увеличивается количество служебных данных, поэтому число пользователей более 15 или 20 на каждую точку доступа – плохое решение.

А как насчет 802.11a?

Эти проблемы 802.11b могут быть преодолены тем или иным способом. Существует более новый (по крайней мере, на рынке), но менее популярный стандарт 802.11a, который предназначен для другого сегмента рынка (причины поясним чуть позже), но который великолепно подходит для некоторых задач.

802.11a работает, с точки зрения конечного пользователя, так же, как 802.11b – за исключением того, что он использует диапазон пяти-с-чем-то гигагерц, вместо 2,4, и имеет пиковую пропускную способность 54 Мбит/с, вместо 11. Минимальная скорость составляет 6 Мбит/с.

Более высокая частота хороша тем, что 802.11a работает вне диапазона 2,4 ГГц, который может оказаться занятым. Если у вас много шумов в диапазоне 2,4 ГГц, 802.11a может оказаться намного эффективнее, чем 802.11b. 802.11a также не будет пересекаться с существующими сетями 802.11b, и они не будут видны друг для друга. Некоторые ошибочно полагают, что 802.11a может сосуществовать с 802.11b, как совместимое с более медленным стандартом; это не так. Но в любом случае, они не навредят друг другу.

5 ГГц еще меньше проходит через преграды, чем 2,4 ГГц, поэтому даже если 802.11b в диапазоне 2,4 ГГц и не создает помех, 802.11a не сможет работать на полной скорости на том расстоянии, на котором у 802.11b не возникнет проблем. Но если удастся подключиться, он практически всегда должен работать быстрее, чем 802.11b на том же расстоянии.

802.11a технически не более защищен, чем 802.11b, Но тот факт, что он менее распространен, немного успокаивает. Атакующие вряд ли будут искать по городу и прослушивать сети 802.11a, по той же причине, что и немногие автомобильные воры редко решаются на угон Lamborghini Miura сегодня.

Это всего лишь безопасность за счет неизвестности; это все равно, что класть ключ от входной двери под коврик. Но это все же лучше, чем оставлять ключ с яркой этикеткой в замке, как это происходит в некоторых WLAN сетях.

Если 802.11b недостаточно быстр для вас, то, конечно альтернатива в 54 мегабита в секунду может вам понравиться. У 802.11a те же проблемы с одновременным множественным доступом, что и у 802.11b, но значительно большая пропускная способность выводит его вперед.

Здесь представлена точка доступа 802.11a от Actiontec. Это не базовый вариант точки доступа.

...но сзади выглядит просто. На задней панели расположен последовательный порт для настройки (хотя большинство пользователей никогда им не воспользуются), традиционный сетевой разъем 10/100BaseT, разъем для подключения питания, и утопленная кнопка сброса, для тех, кто забыл пароль.

На нижней части устройства расположены четыре отверстия, обеспечивающих надежное крепление устройства на стену или потолок. С такой установкой справится любой, кто хотя бы раз держал в руках отвертку. Установка на большой высоте хороша в том случае, если вы хотите обеспечить покрытие большой территории при помощи одной точки доступа. Проблема может заключаться в том, что длина провода питания от блока до устройства составляет всего около одного метра, но это не так страшно.

И еще одна особенность этой точки доступа, которую не видно снаружи: она поддерживает собственную разработку Atheros - скорость 72 Мбит/с в "Турбо" режиме. Если вся ваша 802.11a WLAN поддерживает такой режим (теоретически, все оборудование, построенное на совместимых с "Турбо" чипах Atheros должно его поддерживать...), то включение подобного режима должно заметно повысить скорость.

(У Proxim тоже есть подобный режим "2X", при котором теоретическая пропускная способность составляет 108 мегабит в секунду, Atheros пытается достичь его в недавно появившемся собственном 802.11a чипсете. Кроме этого есть еще и псевдо стандарт "802.11b+" обеспечивающий меньшую пропускную способность для WLAN - 22 Мбит/с.)

Турбо режим не может сделать из узлов со слабым сигналом и скоростью 6 мегабит в секунду 72 мегабитные с сильным сигналом, но и не принесет вреда. И предоставит большую безопасность из-за меньшей распространенности.

Точка доступа поддерживает длины ключей WEP до 152 бит, равно как и традиционные 64 и 128 бит. Есть возможность создания списка доступа ACL, в котором указываются МАС адреса, с которыми разрешено подключение к точке доступа; это является простым способом разрешения доступа к WLAN только для тех, кому вы доверяете.

Установка точки доступа не представляет ничего сложного. Как и большинство других пластмассовых коробок - сегодняшнего сетевого оборудования, у них есть HTML интерфейс, работать с которым можно просто указав в любом браузере IP адрес точки доступа.

Интерфейс, представший перед нами, оказался не таким дружественным, как предполагало его название, но работал прекрасно. В комплекте поставляется установочный CD, но все, что не нем есть – это обучающая презентация; так что можете не доставать его вообще.

К несчастью, при просмотре презентации, вы не увидите имя пользователя по-умолчанию для точки доступа (имя пользователя Admin, пароль отсутствует) – но он указан в бумажном варианте документации. Более опытные пользователи могут настроить точку доступа при помощи скрипта, который облегчит ваши страдания при настройке большого количества точек доступа в сети.

Actiontec выпускает адаптеры PCMCIA для сетей 802.11a; как и в случае с 802.11b, вы можете объединить компьютеры с WLAN адаптерами вместе в "ad-hoc" режиме - без точки доступа. Более традиционный вид WLAN, с использованием точек доступа называют режимом "infrastructure".

Кстати, в "домашнем беспроводном мультимедиа шлюзе" от Actiontec, который мы тестировали в прошлый раз, реализация беспроводной части была основана на PCMCIA слотах, которые совместимы с 802.11a картами, равно как с картами 802.11b.

802.11a адаптеры от Actiontec, так же, как и 802.11b, идут со встроенными антеннами, и не имеют разъемов для подключения внешних антенн. У точки доступа традиционно есть две антенны, но их нельзя снять или заменить. Из-за этого такое оборудование становится практически бесполезным на большом расстоянии – кроме случая вскрытия устройства и грубой ручной установки более хорошей антенны. Большинству занимающихся оптимизацией беспроводных сетей нужен стандартный разъем для подключения внешней антенны, к которому можно подцепить параболическую или сетчатую антенну, на ваш выбор.

Использование в 802.11a более высокой частоты означает, что такое оборудование в любом случае не будет работать с имеющимися на рынке антеннами для 802.11b; вам придется либо сделать ее самостоятельно, либо искать в продаже для этого редко используемого частотного диапазона.

В наших тестах, оборудование Actiontec показало себя достаточно хорошо. Конечно, не помешали бы лучшие антенны, но стандартные вполне успешно справились со своей задачей.

В той ситуации, когда можно с легкостью проложить кабель, при отсутствии стен и других преград между точкой доступа и тестовым ноутбуком с установленными PCMCIA картами, 802.11a показал результат лишь около 2,4 мегабайт пользовательских данных в секунду – почти 20 мегабит пользовательских данных в секунду. Турбо режим показал себя, как и было заявлено, и увеличил пропускную способность выше трех мегабайт в секунду.

Даже при наличии только двух узлов в WLAN (точка доступа и ноутбук), 20 мегабит в секунду пользовательских данных из 54 мегабит в секунду говорит о достаточно большом количестве служебной информации. Проводной Ethernet показывает себя лучше; вы получите более семи мегабайт полезной пропускной способности в секунду при передаче через любое соединение 100BaseT Ethernet, которое не сильно загружено другим трафиком. Однако 2,4 - это не так уж плохо.

Добавим пару перегородок, и скорость соединения 802.11a упадет до 24 или 36 мегабит в секунду. Низкоскоростные режимы во время тестирования менялись, и мы получили полезную пропускную способность около 0,9 мегабайт в секунду – около 7,5 мегабит в секунду полезной пропускной способности – при полной пропускной способности соединения 24 мегабита в секунду. Скорость подключения колебалась когда уровень сигнала был невысоким, но изменения скорости ни разу не вызвали обрыва связи, так что это не является серьезной проблемой.

В обычном жилом доме (а тем более в офисном здании), вы вероятно сможете оказаться с ноутбуком с 802.11a адаптером со встроенной антенной, таким как Actiontec, вне зоны действия точки доступа, даже в том случае, если вы установите ее в центральном помещении. Сети Ad-hoc при использовании адаптеров с интегрированными антеннами будут еще менее надежными.

Если вы установите точку доступа достаточно высоко, то это может вам помочь; одна точка доступа сможет обеспечить покрытие довольно большого офиса, разделенного перегородками, но лишь при установке под потолком. 802.11a также достаточно хорошо показывает себя в управлении скоростью даже при очень низком уровне сигнала. При тестировании, мы не часто замечали падение пропускной способности до 6 мегабит в секунду.

Но если вы хотите установить точку доступа на столе в комнате, и при этом желаете, чтобы ноутбук видел сеть, когда вы сидите во дворе за столиком для пикника, то 802.11b подойдет вам лучше. Или, по крайней мере, 802.11a адаптеры с большими антеннами. У сетевых адаптеров с большими гибкими антеннами есть свои проблемы, но по крайней мере вы сможете работать на расстоянии.

Atheros утверждает (в PDF документе, находящемся здесь), что 802.11a в офисе будет работать на расстоянии не менее 60 метров от точки доступа, при существенно большей пропускной способности, чем у 802.11b на том же расстоянии. Но только в случае использования PCMCIA адаптера с внешней антенной. При использовании внутренней антенны, ни 802.11a ни 802.11b не покажут себя с хорошей стороны кроме случая когда расстояние не велико, до тех пор, пока вы не расположите точку доступа достаточно высоко и не оборудуете ее качественной антенной. В таком случае, 802.11a оказывается менее пригоден для использования, чем его более медленный родственник.

Стоит ли дожидаться 802.11g?

Преимущества 802.11a над 802.11b не являются чем-то сверхъестественным. Стандарт предоставляет хорошую пропускную способность на небольшом расстоянии, но при использовании сетевых адаптеров с маленькими антеннами, таких как рассмотренные Actiontec, мы видим, что различные помехи очень сильно влияют на передачу; требования же 802.11b более демократичны в отношении надежной работы.

При работе на открытом пространстве, или в свободном помещении, где точка доступа может быть установлена достаточно высоко, чтобы обеспечить прямую видимость на всей территории, 802.11a должен показать себя лучше – но это не типичная ситуация его применения, по крайней мере в большинстве случаев.

Если вы находитесь где-то, где есть множество помех в диапазоне 2,4 ГГц, или не хотите использовать полосу 2,4 ГГц чтобы не помешать работе чего-то важного, то 802.11a будет как раз тем, что вам необходимо.

Хотя, мы далеки от мнения, что 802.11a является идеальным решением для работы на большом расстоянии. Он, конечно, работает достаточно хорошо, но 802.11b более предпочтителен в таком случае.

Тем не менее, все, что нам требуется – это стандарт, с пропускной способностью как у 802.11a, но при этом обратно совместимый с 802.11b, и с возможностью использования оборудования с теми же антеннами.

Коротко о 802.11g

802.11g - это почти готовый 2,4 ГГц стандарт WLAN (он еще не был утвержден, при написании статьи...), который может обеспечивать пропускную способность до 54 мегабит в секунду при работе совместно с другим оборудованием 802.11g, и также может работать с устройствами 802.11b.

Стандарт 802.11g достаточно близок к объявлению, и различные производители оборудования уже выпустили первые образцы. Сложившаяся ситуация напоминает старые времена, когда правили модемы. К такому оборудованию можно отнести и Apple с новым "AirPort Extreme" стандарта 802.11g.

Новизна стандарта предполагает, что к первой версии будет еще множество дополнений. Не надейтесь, что оборудование одного производителя будет работать с оборудованием другого, и что сегодняшнее оборудование одного производителя будет работать с его завтрашними образцами без обновления прошивки, или чего-нибудь еще. Но сильной неразберихи быть не должно. Некоторые производители более оптимистичны по этому поводу, чем другие.

Actiontec оказалась не первой, анонсировавшей оборудование 802.11g; ее оборудование "Wireless-G" пока еще не продается, но пройдет совсем немного времени и его можно будет найти на прилавках любого магазина.

Если вы хотите создать беспроводную сеть там, где большое количество помех в диапазоне 2,4 ГГц, то в таком случае вас спасет 802.11a. Мы не думаем, что этот стандарт исчезнет без следа, у него есть своя ниша. Но 802.11g выглядит идеальным решением для многих целей. Обратная совместимость, работа с антеннами на 2,4 ГГц, высокая скорость. Что еще нужно?