Wi-Fi: Все, что Вы хотели знать, но боялись спросить - Щербаков А. К. 21 стр.

Следует также учитывать, что два устройства Bluetooth соединяются друг с другом только в том случае, если поддерживают один и тот же профиль Bluetooth, который представляет собой набор функций, основанных на протоколах Bluetooth. В данной технологии определены профили последовательного порта (Serial Port Profile — SPP), коммутируемого доступа (dial-up networking), гарнитуры, устройства hands-free, подключения к ЛВС, факса, передачи файла и синхронизации. Итак, если сотовый телефон поддерживает только профиль устройства hands-free, а гарнитура — только профиль гарнитуры, они не будут взаимодействовать.

Профиль SPP имитирует работу соединения с последовательным портом RS-232, что даёт возможность любому приложению, работающему с этим портом, использовать вместо него средства Bluetooth. Версия спецификации Bluetooth с номером 1.2 была принята в ноябре прошлого года. В ней определена поддержка адаптивной технологии FH, повышающей помехоустойчивость оборудования, а также предусмотрены уменьшение времени установления соединения, повышение качества передачи речи и расширенная поддержка распределённой сети (scatter-net). О распределённой сети Bluetooth говорят в том случае, если одно и то же устройство работает в двух пикосетях. Спецификация версии 1.2 совместима со спецификацией версии 1.1.

Устройствами Bluetooth просто пользоваться, если они правильно сконфигурированы. Обязательно читайте инструкции производителей оборудования! Многие средства Bluetooth комплектуются управляющими утилитами и мастерами, помогающими конфигурировать их. В зависимости от выполняемой задачи вам, возможно, придётся воспользоваться мастерами третьих фирм. Например, с помощью утилиты Communication Manager компании AT&T Wireless конфигурируют ноутбуки, чтобы передавать и принимать пакеты данных посредством Bluetooth-совместимых телефонов по сети AT&T Wireless. Поддержка Bluetooth в составе ОС Windows XP поможет вам сконфигурировать соответствующие устройства с помощью единого (для продуктов разных производителей) пользовательского интерфейса.

Любой технически «подкованный» пользователь справится с конфигурированием устройств Bluetooth, но у людей, не обладающих техническими знаниями, с этим могут возникнуть трудности. Если вы, являясь ИТ-специалистом предприятия, отвечаете за техническую поддержку пользователей, которым предстоит работать с определёнными устройствами Bluetooth, то заранее сконфигурируйте эти устройства для них или порекомендуйте им использовать проверенные вами простые инсталляционные мастера.

Если устройство Bluetooth сконфигурировано должным образом, установление соединения в дальнейшем осуществляется автоматически. Впрочем, многие устройства Bluetooth могут запрашивать разрешение на установление соединения при поступлении соответствующего запроса извне. Эту функцию легко отключить, но помните о том, что она полезна с точки зрения обеспечения информационной безопасности.

В последнее время технология Bluetooth подверглась жёсткой критике из-за атак типа Bluesnarfing, приводящих к краже данных с устройств Bluetooth. На самом деле в этой технологии предусмотрены неплохие методы аутентификации и шифрования, но эффективность их действия зависит от правильной конфигурации устройств и разумного подхода к их применению. Как это бывает с оборудованием Wi-Fi, установленные по умолчанию параметры работы средств Bluetooth могут и не обеспечивать защиты данных.

Вот несколько советов по повышению уровня информационной безопасности сетей Bluetooth.

1. Реализуйте стратегию защиты этих сетей.

2. Не используйте устройства Bluetooth для передачи строго конфиденциальных данных. Даже при правильной их конфигурации опытный и настойчивый хакер способен перехватить эти данные.

3. Спаривайте ваши устройства в физически защищённом месте. Если хакер перехватит информацию, передаваемую в ходе процесса спаривания, он сможет успешно атаковать их.

4. При спаривании устройств задействуйте только надёжный PIN-код. Совместно с другими параметрами он используется для получения ключа шифрования. Надёжным считается такой PIN-код, который представляет собой трудно угадываемую комбинацию из восьми или более букв и цифр.

5. После спаривания сконфигурируйте ваши устройства, как неподдающиеся обнаружению (другими устройствами Bluetooth). Эта мера предосторожности существенно затруднит подключение кого бы то ни было к вашим устройствам.

6. Задействуйте функцию запрашивания разрешения на установление соединения, что сделает связь по технологии Bluetooth более безопасной.

7. Отключайте средства Bluetooth, если вы не пользуетесь ими.

8. Отмените спаривание с потерянными или украденными устройствами, ведь с их помощью хакер может связаться с другими вашими устройствами, с которыми они были спарены.

Применение гарнитуры Bluetooth избавляет от надоедливого соединительного провода, имеющегося у обычного наушника сотового телефона, но помните о том, что аккумулятор этой гарнитуры (как и аккумулятор сотового телефона) время от времени нужно подзаряжать.

Bluetooth — это хорошо разработанная технология беспроводной связи, но она не предназначена для передачи изображений с высоким разрешением, музыкальных файлов и видеоинформации, а также для синхронизации больших баз данных. Для этих целей разработана новая сверхширокополосная технология UWB, которая может стать опасным конкурентом для Bluetooth. В отличие от обычных схем модуляции радиосигнала в технологии UWB предусмотрено использование коротких радиоимпульсов, обеспечивающих маломощное излучение в широкой полосе частот. Но до того времени, когда средства UWB получат широкое распространение, у технологии Bluetooth имеются хорошие шансы закрепиться на рынке (в течение ближайших нескольких лет) в качестве дополнения к новым технологиям, подобным UWB.

Антенны для устройств беспроводных ЛВС

До недавнего времени разработчики оборудования для беспроводных ЛВС (БЛВС) не уделяли должного внимания проектированию антенн. Например, антенны некоторых ноутбуков, которые представляют собой проложенные внутри корпуса машин куски провода, даже не были сориентированы для оптимального функционирования. Широко используемые в точках доступа антенны, предназначенные для разнесённого приёма радиосигналов, работают ненамного лучше этих проводов.

Однако ситуация меняется. Новые «интеллектуальные» антенны от компаний Airgo Networks, Motia, Vivato и других производителей существенно улучшают характеристики устройств БЛВС, в том числе повышают их дальность действия. Если в будущем вы планируете задействовать «интеллектуальные» антенны или хотите использовать возможности имеющихся антенн по максимуму, то вам следует знать их параметры. Это так же важно, как знание характеристик вносимого затухания, волнового сопротивления и перекрёстных наводок кабеля проводной ЛВС.

Любая антенна выполняет две основные функции. Работая на приём, она преобразует электромагнитную волну в электрический сигнал. Последний затем обрабатывается беспроводным устройством, в результате чего получаются цифровые данные. При передаче информации антенна преобразует электрический сигнал в электромагнитную волну, которая излучается в окружающее пространство. Для передачи потоков данных по радиоволнам используются сложные схемы модуляции.

От того, как хорошо антенна осуществляет эти функции, зависят возможность подключения пользователей к БЛВС и скорость передачи данных. Если антенна не будет излучать радиоволны должным образом, интерфейсы БЛВС (адаптируясь к низкому уровню сигнала) снизят свои максимальные скоро-сти передачи, что приведёт к уменьшению производительности сети. Подходящая антенна должна обеспечивать требуемое радиопокрытие и минимизировать уровень сигналов БЛВС, выходящих за пределы обслуживаемого здания.

Итак, рассмотрим параметры антенн. В качестве базы для сравнения способности разрабатываемых антенн усиливать радиосигнал радиоинженеры используют гипотетический изотропный излучатель. Он излучает радиосигнал равномерно по всем направлениям, поэтому его диаграмма направленности (ДН) имеет вид сферы.

Коэффициент усиления (КУ) такой антенны равен 0 дБ, а КУ любой другой антенны выражают в децибелах относительно изотропного излучателя.

ДН антенны может быть представлена в виде трехмерного изображения или как два двухмерных графика. Самым распространённым типом антенн в БЛВС является всенаправленный диполь. Такими антеннами оснащены многие точки доступа. Будучи ориентированным перпендикулярно поверхности земли, в азимутальной плоскости диполь излучает сигнал равномерно по всем направлениям, а его ДН в этой плоскости (при использовании полярных координат) имеет форму окружности, в центре которой находится сам диполь. При этом предполагается, что она установлена перпендикулярно поверхности земли. В отличие от сферической ДН изотропного излучателя ДН этой антенны как бы растянута в азимутальной плоскости, т. е. большую часть энергии радиоволн она излучает по горизонтали, что, собственно, и обеспечивает её более высокий КУ (2,2 дБ) по сравнению с КУ изотропного излучателя. Увеличение КУ антенны способствует росту дальности действия радиосистемы. Оснащённая антенной с такой ДН точка доступа обеспечит радиопокрытие большого помещения, при этом уровень её излучения на соседних этажах здания будет низким. Если же антенну ориентировать горизонтально, то излучаемый ею сигнал будет распространяться и между этажами. При каждом увеличении КУ антенны на 3 дБ уровень принимаемого ею сигнала удваивается.

Специалисты конструируют и остронаправленные антенны, которые фокусируют электромагнитную энергию в узкий луч. К таким антеннам относятся большие параболические антенны, с помощью которых организуют наземные радиолинии длиной до 40 км и более. Названные антенны имеют КУ до 25 дБ и выше.

Для оптимизации радиопокрытия к точкам доступа нередко подключают внешние антенны. Возможность их подключения имеется во многих точках доступа, предназначенных для корпоративных сетей. Однако Федеральная комиссия по связи США запрещает применение внешних антенн с устройствами, работающими в некоторых частотных полосах диапазона частот 5 ГГц. Поэтому работающие в этих полосах точки доступа вам придётся использовать с имеющимися у них антеннами.

Ведущие производители точек доступа, такие, как компании Cisco Systems, Proxim и Symbol Technologies, предлагают несколько видов антенн для своих продуктов. Другие же производители, включая большинство компаний, недавно вышедших на рынок БЛВС со своими беспроводными коммутаторами, оснащают свои точки доступа фиксированными всенаправленными антеннами. Точка доступа компании Airespace поддерживает внешние антенны и работает с интегрированной направленной пластинчатой антенной, что обеспечивает большую дальность действия, чем конкурирующие продукты.

Ноутбуки оснащают беспроводными сетевыми адаптерами PC Card или Mini-PCI. Первые имеют простую всенаправленную антенну. В корпусе ноутбука такой адаптер расположен горизонтально, и, как правило, так же ориентирована его антенна, которая в основном излучает вверх и вниз, а не по сторонам, что уменьшает дальность связи. Стоит отметить адаптер FriendlyNET AL1511 фирмы Asante, оснащённый выдвижными антеннами Xwing. Это устройство обладает самой большой дальностью связи. Оно не самое прочное, но его вертикально ориентированные антенны работают хорошо, помогая обеспечить надёжную связь в тех случаях, когда компьютер находится на границе зоны действия сети. Некоторые 2,4-ГГц беспроводные сетевые адаптеры имеют гнездо для подключения внешней антенны.

Беспроводной сетевой адаптер Mini-PCI обычно работает с расположенной в ноутбуке антенной. Как правило, эти антенны — двухдиапа-зонные, т.е. имеют элементы, функционирующие в диапазонах частот 2,4 и 5 ГГц. Антенну лучше всего размещать по периметру дисплея ноутбука, но тогда для связи её с беспроводным сетевым адаптером потребуется использовать кабель, в котором радиосигнал будет затухать (потери в антенном кабеле ноутбука составляют 3 дБ и более). Поэтому многие производители размещают антенну рядом с адаптером Mini-PCI, который расположен под клавиатурой ноутбука. К сожалению, при такой компоновке антенна этого адаптера работает хуже, чем антенна платы PC Card.

Хорошей новостью для пользователей БЛВС является то, что антенны устройств этих сетей становятся «интеллектуальнее» и эффективнее в работе.

Простейшие «интеллектуальные» антенны, предназначенные для разнесённого приёма радиосигналов, широко используются в точках доступа и адаптерах БЛВС. Такая антенна состоит из двух элементов (излучателей) и внутреннего коммутатора, подсоединяющего к приёмнику тот элемент, который принимает более мощный сигнал. Она помогает уменьшить негативный эффект многолучевого распространения радиоволн, вызванного их отражением от разных предметов, в результате чего один и тот же переданный радиосигнал многократно (с разной временной задержкой) поступает на вход приёмника точки доступа, что приводит к сильному ослаблению принимаемого сигнала.

Для увеличения зоны действия БЛВС требуются ещё более «интеллектуальные» антенны, к которым относятся фазированные антенные решётки. Такой решёткой, состоящей из большого числа излучателей, оборудован коммутатор Wi-Fi компании Vivato. Он функционирует как точка доступа, а его решётка наводит радиолуч на клиентское устройство стандарта 802.11. Данная антенная система увеличивает дальность связи (особенно на улице). Однако фазированные антенные решётки, как правило, имеют значительные габаритные размеры и стоят дорого.

Ещё один вариант реализации «интеллектуальной» антенны — адаптивная решётка. Такие решётки разрабатывают фирма Motia и другие производители. В них принятые элементами решётки сигналы умножаются на определённые весовые коэффициенты, а затем суммируются. Адаптивная решётка может быть реализована в виде дополнительной подсистемы, подсоединяемой к имеющемуся устройству Wi-Fi.

Этот подход является довольно перспективным, но, чтобы потенциальные заказчики смогли воспользоваться всеми преимуществами того или иного варианта построения «интеллектуальной» антенны, необходимо внести существенные изменения в стандарты на БЛВС. Рабочая группа IEEE 802.11n разрабатывает стандарт на БЛВС следующего поколения, обеспечивающую скорость передачи данных до 100 Мбит/с. В действующих сегодня стандартах 802.11a и 802.11g определена максимальная скорость передачи 54 Мбит/с, а её реальные значения составляют 25-30 Мбит/с.

Аналитики предполагают, что в стандарте 802.11n будет предусмотрена возможность использования устройств типа MIMO (Multiple Input, Multiple Output), работающих с несколькими антеннами. Такой продукт уже разработан компанией Airgo.

В упомянутом стандарте должны появиться и другие новшества. Так, для поддержки 100-Мбит/с скорости передачи данных на значительные расстояния потребуется существенно изменить MAC-уровень 802.11, что чревато возникновением проблем с обратной совместимостью беспроводных устройств. Следите за развитием стандарта 802.11n и за появлением на рынке поддерживающих его устройств. Они будут высокопроизводительными и (благодаря некоторым перспективным антеннам) «интеллектуальными».

Функционирование устройств Wi-Fi на физическом уровне

Осенью 1999 г. была создана организация Wireless Ethernet Compatibility Alliance (сейчас её название Wi-Fi Alliance), которой принадлежит бренд Wi-Fi. На проведённой ею в то время пресс-конференции представитель этой организации назвал технологию Wi-Fi беспроводным аналогом Ethernet (wireless Ethernet). Когда же один из журналистов усомнился в правильности такого сравнения, ему было сказано, что технологии Wi-Fi и Ethernet очень похожи, поскольку в них предусмотрен конкурентный доступ узлов сети к среде передачи данных и имеется много общего в реализации канального уровня.

Однако сходство названных технологий на этом и заканчивается. Они существенно отличаются друг от друга на физическом уровне. Если трафик сетей Ethernet локализован в более или менее защищённых от воздействия внешней среды электрических и оптических кабелях, то трафик систем Wi-Fi передаётся по радиоволнам и при этом подвержен влиянию помех и атмосферных осадков, которые могут парализовать работу системы.

Производители средств Wi-Fi стараются не афишировать возможные проблемы в их работе, связанные с их физическим уровнем. Вместо этого они подчёркивают простоту инсталляции и сетевой интеграции оборудования Wi-Fi. Вам следует знать об этих проблемах и, чтобы успешно управлять большими беспроводными ЛВС (БЛВС), нужно ещё разбираться в основах радиотехники. Здесь вполне уместно провести аналогию с сетями Ethernet, для эффективного администрирования которых необходимы знания в области структурированных кабельных систем.

Подобно модемам для коммутируемых линий и кабельным модемам, устройства Wi-Fi модулируют передаваемые сигналы. С помощью разных методов модуляции они преобразуют получаемые от компьютера цифровые сигналы в аналоговые радиочастотные. Скорость передачи данных с помощью модулированной несущей зависит от ряда факторов, в том числе от ширины полосы пропускания канала связи и типа используемого метода модуляции. По сравнению с простыми методами (или схемами) модуляции (например, BPSK, реализуемый 1-Мбит/с устройствами БЛВС), сложные методы модуляции (например, 64-QAM, поддерживаемый 54-Мбит/с оборудованием) обеспечивают более высокую скорость передачи данных. Но при использовании сложных методов модуляции устойчивость работы радиосистемы к воздействию шума снижается.

Поскольку по мере распространения в атмосфере радиосигнал затухает, разработчикам и пользователям радиосистем приходится искать компромисс между скоростью передачи данных и дальностью связи. Радиоволны в атмосфере затухают быстрее, чем радиочастотные сигналы, передаваемые кабельными модемами по гибридным (оптоволоконным и коаксиальным) кабельным системам.

Сети Wi-Fi работают в нелицензируемых (в США) частотных диапазонах 2,4-2,4835 (ISM-диапазон); 5,15-5,35 и 5,725-5,825 ГГц (UNII-диапазоны). Ширина полосы пропускания радиоканала систем Wi-Fi равна 22 МГц.

Устройства, предназначенные для работы в нелицензируемых диапазонах, должны быть спроектированы таким образом, чтобы сводить к минимуму вероятность негативного влияния (на их функционирование) взаимных помех. По этой причине устройства Wi-Fi имеют небольшую выходную мощность и устойчивы к воздействию не очень сильных помех, которые создаются другими устройствами, функционирующими в том же диапазоне.