Стандарт WiFi
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
Введение В данное время беспроводные технологии плотно влились в нашу жизнь, и постоянная необходимость быть в сети всё сильней и сильнее усложняет разработку сетей. Большие корпоративные сети и малые офисные, они все имеют свою специфику и требуют индивидуального подхода. В связи с чем ручная проектировка сетей требует слишком долгих сроков, что серьёзно затрудняет быстрое развёртывание. Поэтому различные разработчики сетевого оборудования создают специальные программы, позволяющие быстро провести необходимые расчёты или даже спроектировать всю сеть целиком за пользователя. В данной работе спроектируем Wi-Fi сеть с помощью одной из таких программ (Wi-Fi Planner Pro) и сравним результаты её работы и ручного рассчёта на примере одной из точек доступа.  Стандарт Wi-Fi Общие сведения Wireless LAN или, как его называют в русскоязычном сегменте интернета, БЛВС (Беспроводная Локально-Вычислительная Сеть) стандарта Wi-Fi 802.11 разрабатывалась для решения задачи беспроводного широкополосного доступа к сетям передачи данных на больших скоростях. Главная цель и смысл технологии это предоставление мобильности пользователям с различными типами носимых устройств: -ноутбуки -планшеты -смартфоны -Wi-Fi радиотелефоны (VoIP over Wi-Fi) и т.п.. Пользователь стандарта Wi-Fi получается не привязанным к конкретному столу или розетке Ethernet, а может перемещаться по всему офису или всей зоне покрытия сети Wi-Fi с большой свободой, а также достойным уровнем безопасности обмена данными. Wireless LAN во всеобщем смысле это просто иной способ доступа по сравнению с такими распространенными вариантами доступа как Ethernet различных типов, xDSL и т.п. На данный момент много технически закаленных пользователей и, осознавая потенциал последних технологий, такой пользователь желает получить максимум мобильности, возможность выбора коммуникационного устройства, желает иметь подключение к сети в любой момент, и где угодно, надежно, с широкой полосой и большим уровнем качества обслуживания для разных типов приложений. Для пользователя важно иметь опыт работы в беспроводной сети стандарта Wi-Fi схожий тому, который он имеет подключив свое устройство к корпоративной гигабитной розетке. Но, как такового, любого пользователя заботит лишь его терминал с пакетом приложений и доступ в сеть интернет или к корпоративным ресурсам с вышеописанными впечатлениями. Инфраструктура же самой сети рядовому пользователю не важна. Это задача корпоративных IT-служб или операторов связи. Для решения составляющей качественного и дешёвого беспроводного доступа к сети обмена данными и для обеспечения мобильности технология Wi-Fi (группа стандартов WI-Fi IEEE 802.11) подходит на сегодняшний день лучше всего. Как таковое это связано с высокой доступностью и дешувизной клиентского оборудования, а также условно бесплатными частотами в 2.4GHz и в 5GHz. Важно также и то, что инфраструктурное оборудование (сетевая часть) уже достигло выского уровня, оставаясь при этом относительно недорогим. В данном случае важным является выбор правильной архитектуры сети Wi-Fi и наиболее подходящего производителя Wi-Fi решений. Технология Wi-Fi появилась благодаря разработке и совершенствованию техники широкополосных коммуникаций (Spread Spectrum) ещё со времён Второй Мировой Войны. Эта техника характеризуется использованием большей спектральной полосы и невысокой пиковой мощностью. Также здесь применяются различные техники моуляции. Сигналы Spread Spectrum во многом походят на радиошум и сложны для детектирования и перехвата без специализированного оборудования. В отличии от узкополосных сигналов, где при узкой спектральной полосе для получения услуги на адекватной дистанции всё вкладывается в мощность, здесь схожая энергия «размазывается» по значительно более широкой полосе и каждая несущая имеет меньшую мощность по сравнению с узкополосным сигналом. Это собственно и моделирует идею радиошума, который является ни чем иным как широкополосным маломощным сигналом (хотя для нас шум, конечно, нежелателен). Разного рода широкополосные «глушилки» (джаммеры) и интерференция значительно меньше влияют на данную технологию, чем на системы с узкополосными сигналами. Именно по этой причине эта технология импользовалась только военными до недавнего времени. Фактически коммерческое развитие технология получила только с 1980-х годов, когда FCC (США) открыла её для гражданской промышленности, но, естественно, с большим количеством ограничений. В любом случае военные используют иные частоты, своершенно иные схемы модуляции и кодирования, поэтому, строго говоря, несмотря на единую основу, гражданская и военная технологии здесь несовместимы. Коммерческий Wi-Fi работает на частотах 2.4GHz и 5GHz. -частотные каналы 2.4GHz используются для стандартов Wi-Fi 802.11n, 802.11g, 802.11b. В 2.4GHz используются частотные каналы шириной 22MHz (например в США доступно 11 каналов, в Евросоюзе 13). В большинстве случаев только 3 канала в 2.4GHz не перекрываются, это каналы 1, 6 и 11. Поэтому ёмкость любой сети в данном частотном спектре Wi-Fi ограниченна именно этим частотным ресурсом. Неперекрывающиеся каналы могут использоваться как параллельно в одной локации для увеличения емкости сети, так и для формирования ячеистой структуры сети Wi-Fi для обеспечения "коврового покрытия" большой территории. При этом соседние ячейки работают на разных каналах. - 5GHz используется для стандартов 802.11n, 11a, 11ac В частотном спектре 5GHz используются частотные каналы WiFi шириной 20MHz (например в США доступно 23 канала, в Евросоюзе около 19). Но в реальности количество доступных каналов в этом спектре очень сильно варьируется от страны к стране, а во многих странах еще и ограничено для решений не поддерживающих функцию DFS (Dynamic Frequency Selection), которая позволяет не конкурировать подобным устройствам за частоту с метеорологическими радарами, работающим в этом же диапазоне. Сценарии реализации Сначала необходимо сказать, что существует три больших направления разработки и использования архитектур Wi-Fi-решений: 1. автономная архитектура, 2. централизованная/управляемая архитектура. 3. конвергентная архитектура (объединение проводного и беспроводного доступа) Именно на основе данных архитектур создается основное количество проектов сетей стандарта Wi-Fi. В данном модуле мы остановимся на первом и втором вариантах. Необходимо сразу отметить что абсолютное большинство сетей стандарта Wi-Fi Корпоративного или Операторского классов среднего и большого масштаба сегодня строятся на принципах Централизованной Архитектуры с Контроллером сети WiFi во главе. Все основные производители решений Wi-Fi высокого уровня (Cisco, Aruba, Ruckus, HP, Huawei и тд) имеют такие предложения. В случае Автономной архитектуры сети Wi-Fi решение представляет собой набор несвязанных точек доступа, каждая из которых конфигурируется и обслуживается независимо. Поэтому сложность обслуживания сети, построенной подобным образом, растет линейно, а порой и экспоненциально, с ростом количества устройств. Отсюда сети с автономной архитектурой, как правило, давно не проектируют большими. Обычно это не более 3-5 Точек Доступа WiFi. Здесь существуют некоторые исключения, которые облегчают создание чуть более масштабных сетей, например, технология кластеризации точек доступа. Такое решение предлагает Cisco в линейке Точек Доступа Wi-Fi для малого бизнеса (Cisco WAP 321, WAP 121). Но такая архитектура в любом случае не имеет полноценного управления радиоресурсами и тп, т.к. нет единого центра. Все сводится к упрощению задачи конфигурирования сети Wi-Fi. Также в случае автономной архитектуры возникают огромные проблемы с реализацией системы безопасности беспроводной сети, т.к. почти невозможно выполнять корелляцию атаки с учетом всех Точек Доступа в зоне покрытия при отсутствии единого центра. Точки Доступа Wi-Fi независимы и видят эфир каждая по своему, а для полноценной интерпретации такого события как атаки важен масштаб восприятия, понимания динамики атаки. Эта же явление наблюдается и при возникновении проблем с интерференцией, когда невозможно организовать совместное динамическое управление радиоресурсами (RRM-Radio Resource Management) в виду отсутствия единого центра сбора информации со всех ТД и соответствующего принятия решений. Стоит отметить, что известны случаи автономных сетей, состоящих из десятков ТД. Но гарантией эффективной работы такой инфраструктуры в нашей практике являлось наличие квалифицированных инженеров по Wi-Fi в ИТ-службе, которые сами писали специальные скрипты для массового управления всеми Точками Доступа, контроля по SNMP и сбора статистики и т.п. В любом случае, это весьма нетривиальный подход, который еще и очень опасен в перспективе из-за проблем с обслуживанием подобного решения в случае ухода инженера-разработчика данного самописного программного обеспечения. Автономные точки доступа можно приобрести практически у любого вендора решений стандарта Wi-Fi. Некоторым развитием автономной архитектуры явились псевдо-централизованные решения, в которых в относительно небольшой группе точек доступа одна из группы выделяется как контроллер данной группы. По сути такой мини-контроллер может выполнять многие функции полноценного контроллера сети стандарта Wi-Fi. Но не надо забывать, что один и тот же процессор типовой точки доступа выполняет как собственно задачи беспроводного доступа, так и задачи контроля радиоресурсов, безопасности, интерференции всей группы точек доступа. Масштабирование таких решений, конечно, невелико. Подобные решения и точки доступа предлагает, например, компания Aruba (Aruba Instant). Технология Aruba Instant поддерживается, например, в моделях Точек Доступа Wi-Fi Aruba IAP-92, IAP-104, IAP-134, IAP-175 и тд. В случае Централизованной архитектуры сети Wi-Fi полное управление инфраструктурой сети радиодоступа выполняется контроллером сети WLAN. Например, у Cisco подобная архитектура называется CUWN (Cisco Unified Wireless Network). Контроллер в централизованном решении сети стандарта Wi-Fi управляет загрузкой/изменением ПО, изменениями конфигурации, RRM (динамическое управление радиоресурсами), управляет связью сети Wi-Fi-стандарта с внешними серверами (ААА, DHCP, LDAP и т.п.), управляет аутентификацией пользователей, управляет профилями качества обслуживания QoS, специальными функциями и т.п. Более того, контроллеры могут объединяться в группы для обеспечения бесшовного роуминга клиентов между различными точками доступа в зоне покрытия. Например, в решениях Cisco Systems можно объединить десятки контроллеров в один мобильный домен и, соответственно, до нескольких десятков тысяч точек доступа. Создание подобных мобильных доменов позволяет обеспечить бесшовные хендоверы (в терминах Wi-Fi - это роуминг) между точками доступа управляемых как одним контроллером, так и разными. Существуют эффективно работающие сети, количество точек доступа в которых приближается к 100.000. Подобных масштабов можно добиться только в централизованной архитектуре решения. Необходимо отметить, что централизованную архитектуру в своих решениях предлагают все ведущие производители: Cisco, Aruba, Ruckus, HP и т.п. Естественно для Точек Доступа или маршрутизаторов с Wi-Fi необходимо ориентироваться на поддержку стандарта IEEE 802.11n и 802.11ас. На базе технологии Wi-Fi-стандарта развертываются разнообразные решения, приведем несколько примеров по направлениям: - Wi-Fi-доступ для дома (с использованием небольших домашних маршрутизаторов с поддержкой радио стандарта Wi-Fi, например от Belkin/Linksys, D-Link, Netgear и т.п.). Чаще всего в квартире устанавливается один домашний маршрутизатор с Wi-Fi (обычно с частотным спектром 2.4GHz, но лучше, если 2.4+5GHz), который подключается тем или иным проводным интерфейсом к сети провайдера и предоставляет беспроводный доступ домашним пользователям. Здесь имеет смысл обзавестись хотя бы простейшим программным обеспечением типа Wi-Fi Analizer под Android (доступен для Андроид-устройств через Google Play) и проверить, на каких частотных каналах работают подобные устройства соседей. Часто большинство использует идентичные каналы или, что хуже, смежные и перекрывающиеся. Анализ спектра позволит настроить ваше устройство на не занятые каналы, либо каналы с наименьшим уровнем сигнала. И не забывайте включать WPA2 (обычно дома это WPA2-Personal с PSK). - SOHO/Small Office Home office – Wi-Fi-доступ для небольшого офиса (используются небольшие роутеры с Wi-Fi, более производительные и многофункциональные, чем домашние роутеры, например, Cisco WAP, WET, AP, Cisco ISR с Wi-Fi модулями и ряд других схожих функционально устройств, а также Точки Доступа в Автономном режиме). Здесь как раз чаще всего очень оправдано использование одного многофункционального, но производительного устройства. Зона покрытия мала, доступного места мало, но нагрузка уже может быть существенно выше, чем в квартире, и требования к стабильности Wi-Fi-доступа и в целом к сети передачи данных несоизмеримы. Поэтому лучше всего выбрать специализированное устройство, спроектированное для данных задач. - Небольшие корпоративные сети доступа Wi-Fi (часть этажа, этаж, небольшое здание и т.п.). Здесь очень хорошо могут применяться решения с централизованной архитектурой, но рассчитанные на небольшое количество Точек Доступа, редко данный уровень решения имеет более 10-20 ТД. Поэтому стоит подобрать небольшой современный контроллер (например, Cisco 2500, Aruba 3000) на базе отдельного устройства или как модуль в многофункциональный маршрутизатор (например, модуль SRE в маршутизатор Cisco ISR). - Большие корпоративные сети доступа Wi-Fi (университетские кампусы, корпоративные кампусы, офисные кампусы, заводские территории, порты и т.п.). Для подобных задач централизованная архитектура с мощными и функциональными контроллерами - это единственно правильный подход. Можно использовать современные контроллеры. Например такие контроллеры сети стандарта Wi-Fi, как: - Cisco 5508, - Aruba A6000, - Ruckus ZoneDirector 3000 и т.п. В каждом конкретном случае потребуются Точки Доступа того же производителя, что и контреллер сети WiFi-стандарта. Такие контроллеры обычно развертываются в Датацентре компании. Если производитель Wi-Fi-систем предлагает решение на модулях для коммутаторов или маршрутизаторов, например: - модуль Cisco WiSM2 в коммутатор семейства Cisco Catalyst 6500/6800, - модуль Huawei ACU2 в коммутаторы Huawei S12700, S9700, S7700, - модуль HP JD442A в коммутатор HP 9500, модуль JD440A в коммутатор HP 7500 и т.п., то можно их использовать и на Границе сети (вспомним трехуровневую модель сети передачи данных: ядро, дистрибьюция, доступ). Централизованная архитектура сети Wi-Fi позволит обеспечить практически любой масштаб сети и эффективно управлять ею из единой точки с минимальной нагрузкой на ИТ-персонал. - Так называемые «бранчи» (Branches) – Wi-Fi-доступ для маленьких удаленных офисов (объединяет большое количество небольших удаленных офисов под централизованным управлением, например, широко используется в банковской сфере для связи штаб-квартиры с удаленными офисами; здесь чаще всего связь между удаленными офисами и центральной штаб-квартирой организуется по арендованным каналам у операторов связи, а иногда и через спутниковые каналы). В данном случае ключевой проблемой является то, что в силу обычной практики минимизации затрат в бизнесе, коммуникационные каналы для связи с малыми офисами из штаб-квартиры редко бывают выделенными, широкими и надежными. Чаще всего подключение малых удаленных офисов выполняется путем "подключения к интернету" через ближайшего и дешевого провайдера, а о подписании контракта с SLA (Service Level Agreement) с этим провайдером никто и не задумывается (а провайдер, вероятно, даже не обеспечивает таких услуг). Доступ к корпоративной сети организуется через VPN. При таком подходе очень нередко возникает ситуация, когда канал в удаленном офисе падает или возникают перегрузки на сети провайдера или на стыке его сети с сетью провайдера, к которому подключена штаб-квартира, и связь со штаб-квартирой временно пропадает или становится очень нестабильной. В любом случае подобные проблемы не отменяют желания иметь беспроводную сеть в удаленном офисе, но если таких офисов много (как почти в каждом банке, страховой компании или ритейловой сети), то обслуживание их становится большой проблемой, так как держать ИТ-персонал в каждом офисе просто не рентабельно, а посылать инженера из центра при малейших проблемах с сетью долго и дорого. Решение должно обеспечивать: - централизованное управление всем конгломератом удаленных сетей Wi-Fi стандарта (в удаленных офисах) из центрального сайта. Причем это не должно зависеть от разных характеристик каналов «удаленный офис - штаб-квартира»; при этом должны быть возможности централизованного мониторинга, разрешения проблем и конфигурирования удаленных устройств. - предоставление услуги Wi-Fi в удаленном офисе и при временном падении связи с центральным сайтом (с обязательной поддержкой аутентификации и возможностью входа/выхода Wi-Fi-клиентов), - возможность как центральной коммутации пользовательского трафика (вывод трафика из удаленного сайта в центральный), так и локальной коммутации (в удаленном офисе). Для этого необходимо специальное решение и оно есть, например, это специальные облачные контроллеры Flex от Cisco серии 7500 или любой другой Контроллер с поддержкой функционала Cisco FlexConnect. - Внешние городские сети доступа Wi-Fi (точки доступа располагаются на улице и предоставляют сервис круглогодично вне помещений, например, для городских служб, горожан и гостей города). В данном случае наибольший интерес вызывают полносвязные сети Wi-Fi (Mesh), где услуга конечным пользователям предоставляется через один радиоинтерфейс Точки Доступа (обычно на частотах 2.4GHz), а через другой (обычно на частотах Wi-Fi 5GHz) формируется транспортный радиоканал с соседними Точками Доступа. В Mesh-сетях обычно присутствуют два типа ТД: тип Mesh (MAP у Cisco) и Root (RAP у Cisco), где RAP соединяется с проводной сетью, а на MAP строится беспроводная часть сети. В сети Mesh формируются деревья с корнем в RAP, а деревья строятся посредством специализированных протоколов (IAPP у Cisco). Ветви деревьев, как правило, не должны превышать 8 хопов, но здесь все упирается в профили трафика на сети и услуги, а также в конструкцию ТД (если в частотах 5GHz присутствует один радиомодуль, то на каждом хопе пропускная способность бекхола падает практически в два раза, а если есть два независимых радиомодуля частоты 5GHz, то пропускная способность снижается минимально). Сама инфраструктура Mesh обычно управляется Контроллером сети Wi-Fi-стандарта. Очень хорошо, если программное обеспечение Контроллера Wi-Fi может одновременно управлять и Точками Доступа Wi-Fi в обычном режиме и ТД в Mesh-режиме, так как это позволяет гибко подходить к проектированию сети и связывать как внешние домены, так и внутренние для обеспечения бесшовной мобильности на сети. Необходимо отметить, что подобные решения нередко применяются и для таких "уличных/внешних" проектов беспроводного доступа WiFi, как покрытие карьеров, заводских территорий, линий рельсового транспорта и т.п. - Различные решения сети доступа Wi-Fi для специальных случаев (тем не менее, довольно широко распространено): - решения Wi-Fi для ангаров, складов, - решения Wi-Fi для заводских цехов и территорий, - решения Wi-Fi для железнодорожного транспорта (надземного и подземного - здесь подходы различны), - решения Wi-Fi для авиационного транспорта, - решения Wi-Fi для больших торговых центров, - решения Wi-Fi для стадионов и больших демонстрационных или концертных залов (здесь характерна высокая плотность пользователей), - решения Wi-Fi для больниц и госпиталей и т.п. Во всех этих случаях централизованная архитектура сети стандарта Wi-Fi 802.11 это наиболее правильный выбор, а решение надо разрабатывать с учетом особенностей задачи. Необходимо отметить, что для реализации Wi-Fi-решений в различных условиях окружениях разработаны и используются Точки Доступа трех основных типов конструкций: 1. Точки Доступа Wi-Fi для использования внутри помещений / "офисный" вариант (часто такие ТД характеризуются привлекательным внешним видом, интегрированными антеннами и относительно узким температурным диапазоном, например, 0- +40 грС), 2. Точки Доступа Wi-Fi для использования внутри помещений / "ангарно-складской" вариант (часто такие ТД имеют металлический корпус, возможность использования внешних антенн и более широкий температурный диапазон, например, -20 - +55 грС), 3. Точки Доступа Wi-Fi для использования вне помещений, на улице / "уличный" вариант (часто такие ТД Wi-Fi характеризуются усиленным внешним корпусом, внешними, иногда интегрированными антеннами, влагозащищенностью корпуса и соединений, широким температурным диапазоном, например, -40 - +55 гр С). Надо также отметить, что существуют модели со специальными корпусами, предназначенными для очень тяжелых окружений, например, для опасной атмосферы, как на химических или нефтеперерабатывающих предприятиях и т.п. Также важно знать, что существует предложение специальных термочехлов, позволяющих использовать внутренние точки доступа вне помещений, а также взрывобезопасных кожухов для особо опасных зон, но здесь надо очень аккуратно и внимательно исследовать вопрос, прежде чем делать выводы. |