Зачем нужны беспроволочные сети?
Возможные конфигурации беспроволочных сетей
Обзор основных продуктов
Защита данных
Беспроволочиые сети на инфракрасном излучении
Что выбрать?

Любая серьезная организация, развивая свою вычислительную базу, рано или поздно сталкивается с необходимостью организации сети. Решение этой проблемы требует, помимо закупки сетевых адаптеров, организации линий связи между компьютерами, для чего обычно используется коаксиальный или оптоволоконный кабель. Осуществление последней операции часто наталкивается на значительные затруднения, как чисто организационного, так и принципиального характера. Естественным выходом из этих затруднений представляется использование беспроволочных технологий, в первую очередь - передачи сетевых пакетов по радио.

Беспроволочные компьютерные сети, первые промышленные образцы которых появились в конце 80-х годов, в настоящее время завоевывают все большую популярность. Согласно прогнозам экспертов, в ближайшие пять лет объем продаж беспроволочных сетей в США возрастет почти в 10 раз.

Зачем нужны беспроволочные сети?

Причины, побуждающие сетевых администраторов перейти к использованию беспроволочных технологий (которые пока что дороже и имеют более низкую пропускную способность, чем кабельные сети) различны, хотя все они так или иначе следуют из необходимости обойтись без кабельных работ. В США и Западной Европе радиосвязь рассматривается как возможная альтернатива использования арендованных линий, экономичный способ организации временных сетей или как возможность предоставления сетевого обслуживания мобильным пользователям. Поэтому в этих странах в качестве примеров ситуаций, когда желательно использование беспроволочных сетей, обычно приводят необходимость частых структурных перестроек в организации (сопряженную с изменением конфигурации кабельной сети), организацию локальных сетей при проведении выставок или семинаров, объединение в сеть компьютеров, находящихся непосредственно в производственных помещениях (там прокладка кабелей часто невозможна технически), а также объединение в сеть, например, брокеров в биржевом зале или медицинских работников, выезжающих по вызову к больным. В Западной Европе сюда добавляется необходимость организации локальной сети в зданиях, являющихся памятниками архитектуры (например, Лувр или Британский парламент).

В России (и многих других странах Восточной Европы) ситуация совершенно иная. Здесь отсутствует сетевая инфраструктура. Трудно или невозможно получить разрешение на прокладку кабеля (в особенности между зданиями). Телефонные компании либо вообще не предоставляют линии в аренду, либо качество связи по арендованным линиям настолько плохое, что ни о какой серьезной пропускной способности говорить не приходится. Поэтому в России использование беспроволочных сетей зачастую может оказаться единственной возможностью реализации сетевых технологий.

Возможные конфигурации беспроволочных сетей

Изделия, предлагаемые на рынке беспроволочных сетей, можно классифицировать по поддерживаемым сетевым решениям и по геометрической конфигурации. Продукты, относящиеся к разным категориям, могут, по существу, представлять собой совершенно различные технические решения, кардинально отличающиеся и по уровню сложности, и по стоимости (в несколько раз).

Беспроволочные сетевые комплексы могут объединять в локальную вычислительную сеть компьютеры, находящиеся в одной комнате или в одном здании, а также обеспечивать связь между зданиями. Беспроволочное оборудование первого типа удобно использовать для различных временных применений или если надо объединить в сеть мобильных пользователей в пределах одной комнаты. Сетевые адаптеры, реализующие такие сети, обычно недороги и малогабаритны, радиус действия радиосвязи в таких изделиях невелик.

Сетевое радиооборудование для связи в пределах одного здания существенно дороже и сложнее "комнатных) адаптеров: оно должно обеспечивать проникновение радиоволны сквозь стены и перекрытия, решать проблему многократных отражений. Это оборудование незаменимо в тех случаях, когда кабельные работы, связанные с проделыванием отверстий в стенах и перекрытиях здания, невозможны по техническим и/или организационным причинам (временная аренда, железобетонные стены, административный запрет), а также в тех случаях, когда частые организационные перестройки требуют постоянного переконфигурирования сетей.

Наиболее интересными для России, на наш взгляд, являются изделия, обеспечивающие связь между зданиями, расстояние между которыми может быть весьма значительно. Физически такие изделия представляют собой сетевое устройство, осуществляющее отбор пакетов для передачи удаленному сегменту из общего потока сообщений, и направленную антенну, действующую, как правило, в зоне прямой видимости. Такие сетевые радиомосты нужны, когда необходимо обеспечить связь между удаленными сегментами локальной сети, а прокладка кабеля или использование арендованных линий невозможны (как это чаще всего и бывает в России).

Большинство беспроволочных сетевых комплексов поддерживают конфигурацию Ethernet. При этом, в зависимости от конфигурации, радиоволны могут выполнять роль кабеля, соединяющего сетевые адаптеры между компьютерами, или выступать в качестве моста между удаленными сегментами вычислительной сети. Кроме того, ряд продуктов поддерживают сети архитектуры TokenRing, ArcNet и других. В дальнейшем изложении мы сосредоточимся на сетях, поддерживающих Ethernet, поскольку, во-первых, сети этой архитектуры являются наиболее распространенными, а во-вторых, идеология Ethernet представляется наиболее органичной для сетей на радиосвязи. Беспроволочный и кабельный Ethernet объединяет наличие межкомпьютерной среды, по которой распространяются сообщения: этой средой может быть либо кабель, соединяющий сетевые устройства, либо радиоволны.

С чисто геометрической точки зрения, различные беспроволочные сетевые комплексы могут быть разделены на двухточечные (point-to-point) и многоточечные (point-to-multipoint). В первом случае связь обеспечивается между двумя удаленными друг от друга модулями, во втором - в сеть объединяются несколько модулей. Двухточечный комплекс представляет собой просто мост между двумя удаленными сегментами. Многоточечные же комплексы могут сами по себе реализовывать сеть определенной топологии.

Продукты, присутствующие в настоящий момент на рынке беспроволочных компьютерных сетей, весьма различны по своим техническим параметрам. Многие из предлагаемых изделий либо являются фактически низкоскоростными радиомодемами, либо предназначены исключительно для блуждающих пользователей. Такие изделия, безусловно, представляют интерес для западных потребителей, однако для России, на наш взгляд, наиболее важными являются радиомосты с большой пропускной способностью, позволяющие объединять удаленные сегменты вычислительных сетей.

В приводимом ниже обзоре мы кратко охарактеризуем самые, с нашей точки зрения, интересные продукты.

Обзор основных продуктов

Одной из самых крупных компаний, занятых производством беспроволочных компьютерных сетей, является Motorola (Schaumburg, IL). В настоящее время компания предлагает два продукта - Altair Vista Point и Altair Vista Point LR. Оба эти продукта представляют собой двухточечные радиомосты для связи между удаленными сегментами. Оба моста работают на частоте 18 ГГц и обеспечивают пропускную способность по данным около 5.3 Мбит/сек. Различаются продукты дальностью возможной связи: радиус действия Altair Vista Point может достигать 2.1 км. Данное оборудование предназначено для организации связи в пределах прямой видимости внутри одного здания или между зданиями. Каждый мост, реализуемый при помощи Altair Vista Point, состоит из главного модуля и удаленного модуля, между которыми и происходит передача данных. К продукту прилагается программное обеспечение, позволяющее производить маршрутизацию сообщений, предназначенных для удаленных сегментов.

К достоинствам данного продукта следует отнести высокую пропускную способность, большую дальность связи и удовлетворительную стоимость (от 11,500 долларов за комплект для стандартной версии и от 15,000 долларов за комплект для LR). Основными недостатками разработки следует, пожалуй, считать малую гибкость (что вообще характерно для point-to-point технологий) и требование прямой видимости соединяемых модулей. Кроме того, передающие и приемные модули здесь являются стационарными, что делает невозможной поддержку блуждающих пользователей.

Значительно более продвинутым (хотя и куда более дорогим) является семейство продуктов компании Windata (Littleton, МА). FreePort, AirPort 1, AirPort 11. Все эти продукты относятся к классу point-to-multipoint и реализуют сетевую конфигурацию "звезда". Во всех этих продуктах используется технология spread-spectrum, которая была разработана специально для систем правительственной и военной связи повышенной секретности. Данная технология, на которой основано большинство беспроволочных сетевых комплексов, позволяет увеличить скорость передачи данных, затрудняет перехват радиосообщений и повышает помехозащищенность сигнала. Идея spread-spectrum состоит в использовании для передачи данных более широкого диапазона, чем это обычно требуется. Такая растяжка достигается добавлением дополнительных битов к передаваемым данным. Не зная ключа, невозможно выяснить, какие биты были добавлены, и декодировать сообщение. Дополнительные биты повышают также помехоустойчивость сигнала.

FreePort включает в себя центральный хаб и набор трансиверов, к каждому из которых может быть подключен один или несколько компьютеров. Центральный хаб состоит из шасси и антенны. Шасси подключается к локальной вычислительной сети и осуществляет маршрутизацию сетевых пакетов в удаленные сегменты, связанные с центральным хабом при помощи радиоволн. Антенна центрального хаба является ненаправленной по горизонтали и обеспечивает передачу радиоволн в сектор +/- 3 градуса по вертикали. Радиус действия FreePort составляет 80 метров без требования прямой видимости: сигнал может проникать сквозь стены здания. Передача данных от центрального хаба к трансиверам идет на частотах 5.746-5.830 ГГц, обратно - на частотах 2.400-2.484 ГГц. К каждому хабу может быть подключено до 62 трансиверов.

Трансивер обеспечивает радиообмен подключенных к нему компьютеров с центральным сетевым хабом. Трансивер соединен с интерфейсным модулем, который обеспечивает подключение трансивера к удаленному сегменту локальной сети. Интерфейсные модули бывают двух модификаций - многопортовые (на 8 пользователей) и однопортовые.

FreePort позволяет быстро организовывать разветвленные беспроволочные сети. С его помощью может быть организована как система мостов между удаленными сегментами и центральным хабом, так и просто сеть Ethernet с использованием радиоволн - все зависит от того, что подключается к интерфейсным модулям трансиверов. Такая гибкость, несомненно, является существенным достоинством данного продукта.

Продукты AirPort 1 и AirPort 11 обеспечивают связь между удаленными сегментами сети, расположенными в разных зданиях. Эти продукты во многом схожи, различаются они лишь секторами действия антенны на центральном хабе (120 по горизонтали и 60 по вертикали у AirPort 1 против 7 у AirPort II) и радиусом действия (300 м у AirPort 1 и 1.4 км. у AirPort II). Радиообмен поддерживается только в зоне прямой видимости. Как и во FreePort, передача от хаба к удаленным модулям ведется на частоте 5.8 ГГц, обратно - на частоте 2.4 ГГц. В обоих комплексах к центральному хабу может быть подключено до четырех удаленных модулей (каждый из которых является мостом к удаленному сегменту), причем в AirPort 11 хаб допускает подключение нескольких направленных антенн (по 7 каждая), по антенне на удаленный модуль. К каждому удаленному модулю может быть подключен только один сегмент локальной вычислительной сети. Используя хаб как ретранслятор, пользователь может установить связь между удаленными системами сети, находящимися на расстоянии до 2.8 км друг от друга.

Несомненными достоинствами данных комплексов являются высокая пропускная способность и большой радиус действия, гибкость поддерживаемых сетевых конфигураций, отсутствие (для FreePort) требования прямой видимости при установлении связи внутри здания. К недостаткам продукции компании Windata следует отнести отсутствие портативных сетевых адаптеров и относительно высокую стоимость (FreePort от $7.450 за хаб и от $1.775 за каждый трансивер с интерфейсным модулем; AirPort I: от $12.500 за обеспечение связи между двумя зданиями; Air Port II от $22.000 за связь между двумя зданиями).

Еще большую свободу в реализации сетевых решений обеспечивает семейство продуктов, выпускаемых компанией NCR (Dayton, Ohio) сетевой адаптер NCR WaveLAN (в двух модификациях - для настольных и для переносных компьютеров), сетевой процессор WavePOINT и дополнительная направленная антенна дальней связи. Базовым изделием этого семейства является беспроволочный сетевой адаптер WaveLAN, работающий в нескольких диапазонах от 915 МГц до 2.4 ГГц (только 915 МГц для модификации для переносных компьютеров) и обеспечивающий пропускную способность в 2 Мбит/с. Сетевой адаптер снабжен антенной ненаправленного действия; дальность радиосвязи составляет от 240 м (915 МГц) до 190 м (2.4 ГГц) в открытом офисе. Для передачи данных используется описанная выше техника spread-spectrum. Использование сетевого адаптера позволяет связать в радио - Ethernet неограниченное число пользователей. Здесь мы имеем дело с реализацией шины Ethernet в чистом виде - все компьютеры посылают сообщения в некую среду, охватывающую всех пользователей, а сетевой адаптер конкретного пользователя выделяет из общего потока те пакеты, которые предназначенны именно данному компьютеру.

Имеется возможность осуществления связи между беспроволочной и кабельной сетью. Во-первых, можно использовать так называемое разделение сервера, когда в сетевой сервер устанавливаются как адаптер кабельной сети, так и радиоадаптер. Соответствующее программное обеспечение производит (прозрачно для пользователя) передачу сообщений между беспроволочным и кабельным сегментами сети. Другим путем организации кабельного моста между двумя беспроволочными сегментами (например, расположенными на разных этажах) является использование сетевого процессора WavePOINT, который представляет собой специализированное устройство, работающее как разделенный сервер.

Очень важным, в особенности для российского пользователя, является то, что сетевые изделия компании NCR могут быть оборудованы направленной антенной, обеспечивающей point-to-point связь на расстояниях до 8 км (только в диапазоне 915 МГц). При этом оказывается возможным, используя два процессора WavePOINT с направленными антеннами, организовать прозрачный беспроволочный мост между двумя удаленными кабельными сегментами. Преимуществами данного семейства являются большая гибкость, малогабаритность и портативность сетевых радиоадаптеров с ненаправленной антенной, а также весьма низкая стоимость (адаптер WaveLAN в любой модификации стоит от $695, WavePOINT стоит от $1.995, направленная антенна стоит примерно столько же; таким образом, связь между двумя удаленными зданиями можно организовать, затратив всего 38000). Безусловным недостатком продукта является относительно низкая пропускная способность и малый радиус действия ненаправленной антенны.

Наиболее дальнюю связь при удовлетворительной пропускной способности, насколько нам известно, обеспечивают изделия компании Microwave Radio. Например, изделие MR-22DR-HS, работающее на частоте 23ГГц, обеспечивает дальность point-to-point связи до 20 км; пропускная способность при этом составляет около 8 Мбит/с. Данные изделия предоставляют весьма скудную сетевую поддержку, являясь, по существу, радиомодемами очень большого радиуса действия. Тем не менее, модуль сетевой поддержки может быть включен в комплект поставки по особой заявке пользователя. Данный продукт может оказаться весьма полезным для организации дальнодействующего радиомоста между сегментами вычислительной сети. Отметим в заключение, что все изделия компании Microwave Radio довольно дороги.

Производитель
Продукт
Радиус действия (м)
Пропускная способность Общ./Полезн. (Мбит/сек)
Частота (Ггц)
Конфигурация
Windata
FreePort
80
16/5.7
2.4/5.8
point-to-mulpoint
Windata
AirPort I
300
16/5.7
2.4/5.8
point-to-mulpoint
Windata
AirPort II
1.400
16/5.7
2.4/5.8
point-to-point
Motorola
ALTAIR VistaPoint
150
/5.3
18
point-to-point
Motorola
ALTAIR VistaPoint LR
2.100
/5.3
18
point-to-point
Microwave Radio
MR15DR-HS
до 32.000
2-8/
15
point-to-point
NCR
WaveLAN
250
22/2
0.9-2.4
point-to-point
NCR
WaveLAN напр. ант
8.000
22/2
0.915
point-to-point
Laser Communications
InfraLAN
25
/10-16
870 mm
point-to-point

Защита данных

Важным аспектом технологии беспроволочных компьютерных сетей является проблема защиты данных. Производители беспроволочных сетевых комплексов должны принимать специальные меры для защиты от радиоперехвата. Наряду с традиционной шифровкой, в радиосетях используется два вида защиты: кодирование при передачах и идентификация рабочих станций.

Примером кодирования при передаче является описанная выше техника spread-spectrum. Полезный сигнал, передаваемый по этому методу, выглядит как обычный шум: не зная правил добавления избыточных битов, расшифровать информацию невозможно. Следует также предотвратить возможность использования злоумышленником аналогичного сетевого адаптера (снабженного декодером) для радиоперехвата. Эта проблема решается использованием различных систем идентификации рабочих станций, когда каждый адаптер имеет регистационный номер (задаваемый при инсталляции сети). Незарегистрированные "слушатели" в сети при этом могут быть легко обнаружены.

Беспроволочиые сети на инфракрасном излучении

Согласно мнению экспертов, доля сетей на инфракрасном излучении в ближайшие пять лет возрастет с 4,81 до 21,77 процентов. Причины этого заключаются в простоте установки, высокой пропускной способности, дешевизне сетевого оборудования и высокой степени защиты данных. Инфракрасные сетевые комплексы незаменимы в тех случаях, когда надо организовать локальную сеть в большом офисе, разделенном перегородками выше человеческого роста (чтобы избежать случайных пересечений линий сообщения).

Для примера рассмотрим некоторые продукты, предлагаемые компанией InfraLAN Technologies (Acton, МА). Сетевой трансивер 3000-0 позволяет заменить кабельную связь в локальной сети Ethernet связью на инфракрасном излучении. Трансивер работает на длине волны 870 м и обеспечивает связь на расстоянии до 24 м. Пропускная способность устройства составляет 10 Мбит/с. Трансивер может подключаться к выходу обычного сетевого оборудования - мостов, репитеров и просто сетевых адаптеров на компьютерах. Малый размер корпуса трансивера делает такое его использование особенно удобным.

Если перейти к более сложным сетевым устройствам, то на каждой рабочей станции может быть установлено два оптических узла (содержащих свето- и фотодиоды для приема и передачи информации). Это позволяет организовать двунаправленный кольцевой поток информации. Компания InfraLAN Technologies выпускает специальные устройства, позволяющие автоматически обнаруживать места разрыва связи и перенаправлять поток информации в обход повреждения. Такие устройства могут быть подсоединены к сетевому оборудованию (мостам, репитерам и т.д.) также на физическом уровне, что исключает необходимость каких-либо переделок. Подчеркнем, что хотя геометрически среда распространения информации представляет собой кольцо, на логическом уровне данная система реализует топологию Ethernet.

Компания InfraLAN выпускает также оптические хабы, обеспечивающие передачу информации на полные 360 градусов. Хаб может быть подключен к локальной сети, а посылаемые им сигналы могут приниматься трансиверами, находящимися на расстоянии до 24 м. Все это, опять-таки, сочленяется с существующим сетевым оборудованием на физическом уровне, не требуя замены имеющейся аппаратуры и программного обеспечения.

Таким образом, можно сказать, что продукция компании Infra/LAN (учитывая ее низкую стоимость и высокую пропускную способность) может составить вполне серьезную конкуренцию офисным кабельным сетям.

Что выбрать?

Несмотря на все перечисленные выше достоинства, все же на данном этапе развития беспроволочные сети вряд ли могут рассматриваться как альтернатива кабельным. Скорее, следует говорить о наличии двух относительно независимых экологических ниш для двух сетевых технологий. К беспроволочным решениям следует следует обращаться лишь после того, как станет ясно, что кабельную сеть организовать невозможно.

Если же все-таки решение о покупке беспроволочной сети принято, то следует как можно более четко сформулировать необходимые технические параметры (прежде всего, определить пропускную способность и радиус действия), поскольку продукты, отличающиеся по этим параметрам в полтора-два раза, могут отличаться в цене на порядок. Если речь идет об организации сети в пределах одной комнаты, то, возможно, стоит задуматься об установке инфракрасной сети. Если же необходимо установить связь между удаленными сегментами локальной вычислительной сети, находящимися в разных зданиях, то не обойтись без использования относительно дорогостоящих продуктов компаний Windata и NCR.

В целом же можно сказать, что у беспроволочных компьютерных сетей большое будущее, в особенности в российских условиях, когда это может оказаться единственной возможностью организации локальной вычислительной сети.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями