Торонто, 2002

802.11    WIRELESS NETWORKING. ЧАСТЬ 1.

В последнее время wireless networks набирают широкую популярность. Правда если в Молдавии эта технология используется в основном для решения задачи объединения сетей, то в Канаде популярны также офисные беспроводные сети. Почему они популярны в Канаде - тема отдельной аналитической статьи. Пока мне кажется, что подобных причин для широкого распространения этой технологии до рабочих мест клиентов в Молдавии и в России нет. И я надеюсь, что не появятся. 

Данная работа создана на базе документа "802.11 Wireless Networking Guide" компании Enterasys Networks (p/n 9034042-04).

  Введение

Здесь описано как разрабатывать, инсталлировать, конфигурировать и обслуживать беспроводные сети стандарта 802.11. Не смотря на то, что это руководство создано на основе материалов по применению оборудования RoamAbout фирмы Enterasys Networks, оно вполне универсально, изложено с учетом личного опыта внедрения подобных систем и может быть использовано при проектировании беспроводных сетей на базе оборудования других производителей. Здесь также рассмотрены типичные проблемы, с которыми сталкиваются во время проведения инсталляционных работ или в процессе эксплуатации.  

1.   ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ WIRELESS NETWORK

Ключевым оборудованием для создания беспроводных сетей на базе RoamAbout являются RoamAbout PC Card и RoamAbout Access Point. При этом существуют три базовые конфигурации:

•         Wireless Infrastructure Network Configuration. В этом случае один или более Access Points осуществляют подключении "беспроводных" клиентов к традиционной кабельной сети используя Workgroup Bridge режим. В этом режиме клиентами являются компьютеры, оснащенные сетевыми картами стандарта 802.11.

•         LAN-to-LAN Configuration. В этом случае два или более Access Points объединяют традиционные сети используя беспроводные линки между Access Point-ами. В таких случаях существуют два варианта использования RoamAbout: 

  • Point-to-Point, с помощью соединяются две проводные сети используя LAN-to-LAN Endpoint Bridge режим

  • Point-to-Multipoint, с помощью которого соединяются несколько проводных сетей используя LAN-to-LAN Multipoint Bridge режим

•         Peer-to-Peer или Ad-Hoc Network Configuration. В этом случае "беспроводные" клиенты связываются друг с другом без использования Access Point-ов.

1.1.  RoamAbout Access Point

RoamAbout Access Point это двух портовый Bridge. Один из его портов подключается к сети 802.3, а другой - к сети стандарта 802.11. Беспроводное соединение обеспечивается с помощью 802.11 сетевых карт. При этом RoamAbout обеспечивает следующие виды Bridging Services:

•         Store-and-Forward Capability - хранение и передача пакетов. Это означает, что Access Point умеет принимать, контролировать и передавать пакеты в другие разрешенные LANs.

•         Frame Filtering Based on Address - фильтрация пакетов на основе их адресов. Это означает, что используя адреса базы данных, адрес источника и адрес получателя, указанных во входящем пакете, Access Point изолирует трафик, который не должен попадать в другие LAN. Благодаря этому действию уменьшается общий трафик в сторону внешних LAN, т.к. локальный трафик не распространяется за пределы Bridge-a. Тем самым увеличивается пропускная способность каналов связи и возрастает безопасность передачи данных в сети.

•         Data Link Layer Relay - возможности канального уровня по модели OSI. То, что Access Point работает на канальном (2-м) уровне модели OSI делает его независимым от протоколов, с помощью которых обеспечивается соединение LAN между собой. Незаметность для клиентов сети способа соединения LAN между собой - ключевой фактор в сервисе, предоставляемом данным устройством.

•         Dynamic Address Learning - динамическое пополнение адресной таблицы. Это означает, что когда в процессе реальной работы при передаче данных появляются новые адреса источников и получателей пакетов, они автоматически пополняют адресную таблицу Access Point. Все производители подобных сетевых устройств по-своему решают проблему "устаревания адресов", следя за тем, чтобы адресная таблица не переполнилась. Для решения этой проблемы Access Point позволяет управлять Aging-таймером.

•         Workgroup Bridge mode - определяет работу Access Point с беспроводными клиентами. В этом случае он работает только с адресами, фигурирующими как источник или получатель и имеющими беспроводное подключение. Access Point. В этом случае по умолчанию Aging-таймер установлен на 32 минуты.

•         LAN-to-LAN Endpoint Bridge Mode - в этом режиме оба Access Point переводятся в Endpoint конфигурацию.

•         LAN-to-LAN Multipoint Bridge Mode - в этом режиме Access Point конфигурируется как специальный беспроводной линк между LANs. LAN-to-LAN Multipoint Bridge Mode доступен только для Access Point 2000 с версией программного обеспечения V6.0 и выше. В этом случае один Access Point должен быть назначен как Central Access Point. Central Access Point может поддерживать связь с 6-ю Access Point-ами, сконфигурированными как Endpoint. В этом режиме Access Point фильтрует пакеты по адресу назначения и передает все пакеты с неизвестными адресами. Для активизации этого режима работы необходимо приобретение специальной лицензии.

На этом возможности Access Point при создании беспроводных сетей далеко не заканчиваются. Можно упомянуть еще о следующих дополнительных характеристиках этого устройства:

•         Поддерживает до 250 беспроводных пользователей на один Access Point в режиме Wireless Infrastructure.

•         Опционально поддерживает криптографию в беспроводных линках с длиной ключа 40 bit. Возможность расширения - до 128 bit.

•         Запрос доступа при подключении к сети новой "беспроводной" станции.

•         Для обеспечения сервиса контроля доступа поддерживает технологию RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service), выступая как RADIUS-клиент.

•         Поддерживает Roaming между Access Point для мобильных пользователей без потери соединения.

•         Поддерживает управление как с локальной консоли, так и с удаленной сетевой станции.

•         Поддерживает RMON групп 1, 2, 3 и 9 (Statistics, History, Alarms, Events).

•         Перезапись управляющего программного обеспечения через BOOTP и TFTP.

•         Address Database на 8000 адресов.

•         Поддерживает резервные связи по протоколу Spanning Tree.

•         Настройка протокольных фильтров.

•         Настройка адресных фильтров по адресу источника и получателя.

   
1.2.  RoamAbout PC Card 

RoamAbout PC Card представляет PCMCI карту, работающую согласно стандарта 802.11. Она функционирует аналогично любой стандартной карты проводного Ethernet. После установки в компьютер и инсталляции драйвера она фигурирует как RoamAbout Wireless Client.

RoamAbout PC Card имеет следующие отличительные особенности:

•         Устанавливается в любой РС, имеющий PC Card Type II slot.

•         Может быть установлена в РС на ISA slot. В этом случае она устанавливается на специальный "переходник" CCIBB-IP.

•         Может быть установлена в РС на PSI slot. В этом случае она устанавливается на специальный "переходник" CSIBD-PC, а BIOS РС должен поддерживать PCI 2.2 или выше.

•         Работает согласно стандарта 802.11.

•         Поддерживает связь как с RoamAbout так и с другими RoamAbout PC Card.

•         RoamAbout Client Utility имеют функцию отображения качества беспроводной связи.

•         Поддерживается всеми популярными операционными системами.

•         Поддерживает криптографию до 128 bit. Опционально доступна криптография с длиной ключа 40 bit.

•         Поддерживает roaming между Access Point без прерывания соединения.

•         Поддерживает roaming по множественным каналам, автоматически выбирая каналы Access Point-ов своей сети.

•         RoamAbout PC Card устанавливается не только в РС, но также и в Access Point как порт 802.11. В версии на 11 Mbit устанавливается только один порт 802.11. В версии на 54 Mbit может быть установлено 2 порта (один для связи с другими Access Point-ами, а другой для связи с РС). Версия Access Point на 54 Mbit по сути дела имеет одно существенное эксплуатационное отличие от 11 Mbit версии: она поддерживает сразу два режима работы: Wireless Infrastructure и LAN-to-LAN Configuration, однако для внедрения требует решения большого количества организационных вопросов с комитетом по радиочастотам, т.к. работает в диапазоне 5 GHz.

2.   ОСНОВНЫЕ КОНФИГУРАЦИИ WIRELESS NETWORK

Топологии кабельных LAN имеют свою аналогию в виде конфигураций безпроводных LAN. И как в проводных сетях важно выдерживать правила топологий, так и для Wireless LAN соблюдение этих правил чрезвычайно важно.

2.1.  Wireless Infrastructure Network

Рис.1-1. Сотовая организация Wireless сети

Подключение клиентов к сети можно осуществить также двумя способами: путем подключения к ближайшей сети или путем подключения к специфичной сети. Это имеет значение для мобильных клиентов. Постоянно установленные рабочие места надо подключать к специфичной сети. И в том и другом случаях подключение произойдет, когда клиент окажется в зоне действия или ближайшей или специфичной сети. К сожалению, в случае подключения по варианту "к ближайшей сети" (Wireless Network Name = ANY), мобильному клиенту потребуется перезагружаться, когда он попадет в "зону покрытия" другой сети.

2.2.  LAN-to-LAN Configuration

Режим LAN-to-LAN Configuration используется в том случае, когда надо объединить две или более традиционные сети, используя беспроводные линки. В таких случаях существуют два варианта использования RoamAbout:

•         Point-to-Point вариант. С его помощью соединяются две проводные сети используя LAN-to-LAN Endpoint Bridge режим в конфигурации Access Point.

•         Point-to-Multipoint, с помощью которого соединяются несколько проводных сетей используя LAN-to-LAN Multipoint Bridge режим.

Обычно при реализации данного режима используют специальные внешние антенны. В варианте Point-to-Point это обычно направленные антенны, т.к. при этом увеличивается дальность, качество и безопасность связи, а в случае Point-to-Multipoint конфигурации на центральном Access Point устанавливают круговую антенну, а у Access Point сателлитов - направленные. При этом надо иметь в виду, что требуется "прямая видимость" между антенами. В этом случае сигнал не будет испытывать дополнительного ослабления.  

2.2.1. Point-to-Point Configuration

Наиболее типичным применением этой конфигурации является объединение 2-х традиционных ЛВС с помощью wireless технологии 802.11. Пример Point-to-Point конфигурации приведен на рис. 1-2. На нем изображены два Access Point в Endpoint Bridge Mode в комплекте с направленными антеннами.

 
Рис.1-2. Point-to-Point Configuration

 

2.2.2.  Point-to-Multipoint Configuration

Наиболее типичным применением этой конфигурации является объединение нескольких традиционных ЛВС с помощью wireless технологии 802.11. В этом случае один из Access Point конфигурируется как Central Access Point, а остальные (до шести) как Endpoint устройства. Пример Point-to-Multipoint конфигурации приведен на рис. 1-3. На нем изображены один Central Access Point с круговой антенной и шесть Endpoint-ов с направленными антеннами. 

В такой конфигурации Endpoint-ы не могут взаимодействовать друг с другом напрямую, т.е. минуя Central Access Point.    В данном режиме у Central Access Point должен быть установлен параметр Wireless Relay как Disable, а на каждом Endpoint Access Point этот параметр должен быть установлен в Enable.

Рис.1-3. Point-to-Multipoint Configuration

 

На рис. 1-4 приведен пример из двух Central Access Point в общей Point-to-Multipoint конфигурации.

В подобной конфигурации параметр Wireless Relay для Central Access Point должен быть установлен в Enable, a каждый Endpoint узел должен быть закреплен только за одним Central Access Point устройством.

Рис.1-4. Point-to-Multipoint-to-Multipoint Configuration

Как видно из рис. 1-4 Central Access Point установлены в зданиях А и В. В остальных зданиях - Access Point-ы установлены как Endpoint устройства.

В подобной конфигурации по причине неоднозначности пути для избежания проблем Bridging-a каждый Endpoint узел должен быть закреплен только за одним Central Access Point устройством, иначе возможно образование "петель" или параллельно работающих каналов между двумя ЛВС. Т.к. в этом случае пакеты будут бесконечно заполнять эфир, препятствуя распространению полезной информации. На практике за возникновением подобной ситуации следит Spanning Tree протокол. Поэтому в сложных конфигурациях его целесообразно оставлять включенным.  

2.2.3.  Запрещенные топологии LAN-to-LAN Configuration

Примеры базовых запрещенных топологий приведены на рис. 1-5. Все они связаны с неоднозначностью путей донесения пакетов. Если же по какой-то причине подобная конфигурация и возникнет, то при включенном Spanning Tree протоколе это не приведет к фатальным последствиям, а только к перерыву в работе сети (м.б. и довольно значительному) на время работы Spanning Tree. 

Рис.1-5. Запрещенные wireless топологии  

2.3.  Ad-Hoc Network Configuration

Беспроводные Ad-Hoc, более известные как Peer-to-Peer или независимые Network, создаются без применения Access Point. Персональные компьютеры, входящие в созданную с применением подобной технологии рабочую группу из нескольких РС, могут взаимодействовать друг с другом путем использования сетевых карт стандарта 802.11. Диаметр подобной сети зависит от многих факторов, основными из которых являются близость РС друг от друга, и препятствия, создаваемые для распространения сигнала окружающей средой.

Пример Peer-to-Peer Network приведен на рис. 1-6.

 

Рис.1-6. Peer-to-Peer Network

На этом рисунке клиент "D" имеет зону покрытия (изображена серым цветом), которая касается всех остальных клиентов ("А", "В" и "С"). Этот клиент ("D") может поддерживать связь с любым клиентом сети, как, в прочем и клиент "В". С другой стороны, клиент "С" не имеет контакта с клиентом "А". Как результат - эти клиенты не смогут производить обмен информацией друг с другом до тех пор, пока не придвинутся ближе друг к другу.

 Количество клиентов в сети подобного рода зависит от нагрузки на канал связи, создаваемой каждым клиентом. Так, например, Вы можете иметь довольно много РС, если будете использовать только электронную почту. При этом производительность сети будет удовлетворять клиентов. Однако, если несколько абонентов сети начнут передавать файлы большого размера, отклик системы перестанет удовлетворять ВСЕХ клиентов.

3.  ШТАТНЫЕ АНТЕННЫ

В отличии от большинства прочих производителей wireless card  RoamAbout PC Card PC Card могут работать и с внешними антеннами. Enterasys предлагает две штатные внешние антенны, применение которых может существенно улучшить тактико-технические показатели создаваемой системы в целом или улучшить положение дел на отдельном рабочем месте. Конечно, в зависимости от конфигурации сети и характера местности, на которой она разворачивается, могут потребоваться и специальные антенны (обычно достаточно тех, которые устанавливаются на Access Point).

3.1.     Автомобильная круговая антенна

Наиболее типичной антенной, используемой для связи клиентов с Access Point является ненаправленная Vehicle-Mount Antenna, имеющая коэффициент усиления 5 dB (Omni-Directional Vehicle-Mount 5 dB Antenna), внешний вид которой изображен на рис. 1-7. Конструктив антенны позволяет производить ее монтаж как внутри помещений, так и на открытом воздухе. Длина соединительного кабеля при этом должна составлять 2.5 м.

 

Рис.1-7. Omni-Directional Vehicle-Mount 5 dB Antenna

3.2.     Антенна повышенной дальности излучения

Этот тип антенны, изображенный на рис. 1-8, обеспечивает прием и передачу сигнала в условиях, когда существуют препятствия свободному распространению сигнала. Обычно это стены, различные металлические поверхности и т.п. преграды. Как правило, она используется внутри помещений как антенна desktop клиента.

 

Рис.1-8. Range Extender Antenna