12
Схема реализации SOHO-сети объединяющей проводные и
беспроводные технологии приведена на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема реализации SOHO-сети объединяющей
проводные и беспроводные технологии
Как видно из рисунка 4, для организации проводного сегмента
применяют коммутатор, беспроводной маршрутизатор и точки доступа.
Кроме сетевого оборудования в состав SOHO-сети входит сервер,
сочетающий функции прокси-сервера, файлового сервера, принт-сервера.
1.2. Использование стандарта IEEE 802.11 и его расширений для
организации беспроводных домашних сетей
Рассмотрим применение стандарта IEEE 802.11 и его расширений для
организации беспроводных домашних сетей. Этот стандарт включает
13
различные варианты организации SOHO-сетей, которые отличаются друг от
друга скорость передачи данных и диапазоном рабочих частот.
Одними из первых стандартов для организации беспроводных
домашних сетей были стандарты IEEE 802.11a и IEEE 802.11b,
обеспечивающие скорость передачи данных до 11Мбит/с и поддерживающий
частоту 2,4 ГГц
7
.
Далее в организации беспроводных домашних сетей стали применяется
стандарты IEEE 802.11g, которые позволили передавать данные со скоростью
54 Мбит/с и поддерживать работу на частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц.
Достоинства и недостатки применения диапазонов 2,4 ГГц и 5 ГГц для
организации SOHO-сетей приведены в таблице 2.
Таблица 2
Достоинства и недостатки применения диапазонов 2,4 ГГц и 5 ГГц
для организации SOHO-сетей
Диапазоны
Диапазон 2,4 ГГц
Диапазон 5 ГГц
Преимущества
- невысокая стоимость
оборудования
- максимальная зона
покрытия сети
- упрощение процедур
настройки на частоту
- поддержка стандарта
802.11g
- скорость передачи выше,
чем при частоте 2,4 ГГц
Недостатки
- поддержка стандарта
802.11b не обеспечивает
высокую скорость передачи
данных
- меньшая зона покрытия
- не поддерживаются
упрощенные процедуры
получения частот
Далее в 2001 году были выпущены улучшенные спецификации IEEE
802.11c и IEEE 802.11d, позволяющие учитывать специфику различных
стран.
В 2005 г. беспроводные технологии были улучшены с выходом
стандарта IEEE 802.11e и стандарта IEEE 802.11f, описывающего передачу
данных между точками доступа.
7
Конищева Е. С. Сравнительная характеристика стандартов IEEE 802.11- WI-FI// Концепт, 2017. – С.102-110
14
Следующим этапом развития беспроводных технологий стало
утверждение в 2009 году стандарта IEEE 802.11n. Выход этого стандарта
позволил передавать данные со скоростью до 600 Мбит/с и поддерживать
частоты 2,4 ГГц и 5 ГГц. Совершенствованием стандарта IEEE 802.11n стал
стандарт IEEE 802.11ac (2014 г.), обеспечивающий скорость передачи
данных от 433 Мбит/с до 6,77 Гбит/с.
Внедрение стандарта IEEE 802.11ax позволило совершенствовать
стандарт беспроводных технологий IEEE 802.11 aс. С его выходом появилась
одновременная поддержка восходящих и нисходящих каналов передачи
данных MIMO, диапазонов передачи данных в диапазонах частот 2,4 ГГц, 5
ГГц и 6 ГГц. Поддержка разнородного оборудования, создание подключений
при низкой пропускной способности позволило создать экономию на
электроэнергии
8
.
Дополнением к стандарту IEEE 802.11 упрощающим обнаружение
сервисов в беспроводных домашних сетях выступает спецификация IEEE
802.11aq. С ее помощью производится обнаружение сервисов доступных как
сетевым операторам, так и конечным пользователям.
Для обеспечения безопасности данных по стандарту IEEE 802.11
предусмотрены алгоритмы WEP и WPA. Для криптозащиты в WEP
применяется шифр RC4, а для определения контрольных сумм шифр CRC32.
В шифре WEP-40 применяется 40-битный ключ, который совместно с 24-
битным вектором инициализации создается ключ шифрования RC4.
В алгоритме WEP применяется аутентификация с открытой системой
(Open System auth) и аутентификация с общим ключом (Shared Key auth).
Основные этапы аутентификации с общим ключом приведены на рисунке 5.
8
Галас В.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Часть 2. Сети и телекоммуникации:
учебник/ В. П. Галас. - Владимир: Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых,
2016. – С.182
15
Рисунок 5. Основные этапы аутентификации с общим ключом
В случае аутентификации с открытой системой производится
подключение к точки доступа. Ключ WEP позволяет шифровать трафик и
процедуры аутентификации в этом случае не выполняются.
Алгоритм WPA применяется для реализации парольной защиты Pre-
Shared Key на сетевом оборудовании, представленном беспроводными
маршрутизаторами, мостами, точками доступа и клиентскими адаптерами.
С помощью стандарта IEEE 802.11 определяются кадры управления
(Management Frames), кадры контроля (Control Frames) и кадры данных (Data
Frames)
9
.
Для каждого кадра можно задать контрольное поле, позволяющее
определить версию протокола 802.11, тип кадра и индикаторы. При этом
каждый кадр должен включать МАС-адрес получателя и источника,
контрольную сумму и тело кадра в последовательности. С помощью кадров
802.11 производится инкапсуляция пакетов верхних уровней модели OSI.
9
Чекмарев Ю.В. Локальные вычислительные сети: учебное пособие/ Ю. В. Чекмарев. - Саратов:
Профобразование, 2017. – С.142
Клиентом отправляет точке доступа запрос
на аутентификацию
Точка доступа отправляет ответ на
контрольный текст
Клиентом производится шифрование текста
ключеом и отправка обратно
Точка доступа дешифрует полученный
шифротекст и сверяет его с оригинальным
собщением
16
В этом случае пользовательские устройства могут работать в режимах
пассивного или активного сканирования. В режиме пассивного сканирования
пользовательским устройством последовательно выполняется
прослушивание частотных каналов в пределах диапазона, а в режиме
активного сканировании запросы отправляются в эфир.
В стандарте IEEE 802.11 для кадра аутентификации необходимо
выполнить два обязательных условия для пересылки трафика:
аутентификацию и ассоциацию.
Процесса аутентификации в сети 802.11 предусматривает разрешение
или отвержение точкой доступа идентификационных данных. При этом
конечным устройством производится процесс отправки кадра, включающего
информацию по идентификации к точке доступа. В случае открытой
аутентификации радиокартой производится отправка начального кадра,
включающего специальную тестовую последовательность
10
.
Основной функцией кадров контроля 802.11 является доставка кадров
данных между рабочими станциями и точкой доступа.
Виды кадров данных по стандарту IEEE 802.11 и их назначение
приведено в таблице 3.
Таблица 3
Виды кадров данных по стандарту IEEE 802.11 и их назначение
Вид кадра
Назначение
1. Простой фрейм
данных (Data Frame)
После получения фрейма точкой доступа
производится буферизация данных и
отправка их на адрес клиента
2. Null Function (Без
данных)
Не выполняются какие-либо действия и не
совершаются операции
3. Режим PCF (Point
Coordination Function)
Производится посылка сигнальных фреймов
через определенные промежутки времени
10
Максимов Н. В. Компьютерные сети: учеб. пособие / Н.В. Максимов, И.И. Попов. – М.: ИНФРА-М, 2018.
– С.169
17
В октябре 2018 года компанией Wi-Fi Alliance была предложена
упрощенная схема обозначения стандартов Wi-Fi. Стандарт IEEE 802.11ax
начали именовать Wi-Fi 6, а стандарт IEEE 802.11ac теперь обозначает Wi-Fi
5.
Среди последних версий стандарта IEEE следует отметить IEEE 802.16:
WiMax. Он позволил передавать данные со скоростью передачи от 30 до 40
Мбит/с. На канальном уровне модели WiMax поддерживается режим
передачи канала в реальном режиме времени (rtPS), которым обеспечивается
необходимая полоса пропускания с минимальными задержками времени и
поддержкой технологии QoS.
В основе технологии WiMax находятся технологии OFDM для
частотного разделения каналов с мультиплексированием и технология
OFDMA. Стандарт IEEE 802.16a поддерживает беспроводный
широкополосный доступ, на основании которого оператором
предоставляются различные услуги по передачи голоса по технологии
OFDMA. Также в технологию WiMax входят различные схемы модуляции и
технология FEC (Forward Error Correction) для повышения качества сервиса
путем исправления ошибок и их упреждения
11
.
Поскольку на физическом уровне WiMax поддерживается
масштабируемая полоса пропускания, то ее использовать для работы с
приложениями IPTV. На базе WiMax разрабатываются сети доступа,
предоставляются IP-услуги (Triple Play), включающие IPTV, VoIP,
использование беспроводных сетей для получения Интернет-мультимедиа
услуг.
С помощью стандарта IEEE 802.16 производится разделение
канального уровня на три подуровня с выделением подуровня конвергенции
CS, основного подуровня CPS и подуровня безопасности SS. На подуровне
11
Заика А.А. Локальные сети и интернет / А.А. Заика – М.: Интернет-Университет Информационных
Технологий (ИНТУИТ), 2016. – С.33
18
конвергенции производится прием пакетов IPTV, который впоследствии
упорядочивается в соответствии с портом TCP/UDP, получателя, источника,
IP-адреса, МАС-адреса.
На основном подуровне производится упаковка и фрагментация
пакетов, что позволяет эффективно использовать полосу пропускания.
Фрагментация пакетов позволяет реализовать метод формирования
автоматических запросов (ARQ) с целью сведения к минимуму повторной
передачи. На этом уровне осуществляться конструирование пакетов для
передачи по IPTV. На уровне безопасности для блокировки попыток
получения несанкционированного доступа производится кодировка
информации, организация обмена ключами криптозащиты между рабочими
станциями и использование кода CRC. Также на этом уровне проверяется
качество пропускной способности радиосигналов, параметры защиты данных
с применением управляющих сигналов
12
.
Канальный уровень выполняет функции соединения. Базовой станцией
производится присвоение соединению уникального идентификатора с
разбивкой потоков трафика по различным задачам.
Схема организации данных на канальном уровне приведена на рисунке
6.
12
Максименко В. Н. Вычислительные машины, системы и сети: учеб. пособие / В. Н. Максименко. - М.:
Московский технический университет связи и информатики, 2016. – С.21
19
Рисунок 6. Схема организации данных на канальном уровне
Для IPTV услуг обязательным параметром сервисного потока QoS
выступают зарезервированная гарантируемая минимальная скорость
передачи данных, время максимальной задержки передачи пакета между
подуровнями и политику передачи и запроса.
Создание сервисных потоков и их инициирование производится
базовой или пользовательской станцией. При этом компонентом управления
производится динамическое изменение параметров QoS.
Двухфазной модель производятся задачи по сохранению сетевых
ресурсов, управление доступом к ресурсам, исполнение политики проверки и
функции блокировки попыток получения несанкционированного доступа.
1.3. Назначение сетей малых офисов и схемы реализации
Малый офис – это структурное подразделение предприятия,
численность сотрудников в котором не превышает 50 человек. В сети малого
офиса может быть установлены сервер, телефония, активное сетевое
оборудование, мини-АТС и организованы автоматизированные рабочие
места сотрудников
13
.
Основной целью сети малого офиса является организация обмена
данными между работниками, создание единой среды совместного
использования информационных ресурсов, возможность получения
централизованных услуг телефонии, получение доступа в сеть Интернет
через один шлюз.
Основные компоненты сети малого офиса приведены на рисунке 7.
13
Шишова Н.А. Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей: учебное пособие/ Н. А.
Шишова. - М.: Московский технический университет связи и информатики, 2015. – С.25
20
Рисунок 7. Основные компоненты сети малого офиса
Количество компонентов и их возможности зависят от выделенного
бюджета руководством предприятия.
При проектировании физической сети малого офиса рекомендуется
учитывать следующие параметры
14
:
1. Среда передачи данных: тип кабеля, стандарт беспроводного
соединения.
2. Виды монтажа кабеля: использование коробов (монтаж в стену) или
стоек и определением места размещения розеток.
3. Если планируется организовать офис на более чем 10 рабочих мест,
то необходимо предусмотреть коммутационное или серверное помещение.
Также возможно использование серверных и коммутационных стоек с
осуществлением коммутации и маршрутизации трафика.
4. Организация рабочих мест с выбором персональных компьютеров
(стационарный способ) или ноутбуков (мобильные рабочие места).
14
Москалева Т. С. Обзор существующих технологий для IPTV// Вестник Оренбургского государственного
университете, 2017. - №5. С.56-62
Компонеты СКС: кабели, патч-панели,
Компоненты рабочих станций: системные блоки,
мониторы, а также новутбуки
Файловые серверы, Принт-серверы, веб-серверы
мини-АТС и телефонные аппараты
Многофункциональные устройства, принтеры,
сканеры, факсы
21
5. Выбор типа серверного оборудования в зависимости от функций
серверов (сервер баз данных, файловый сервер, сервер баз данных, почтовый
сервер или сервер приложений).
5. Организация IP-телефонии в офисе с выбором цифровых или
аналоговых телефонных аппаратов и мини-АТС для распределения входящих
вызовов внутри офиса.
6. Выбор принтеров, сканеров, копиров и их разнесением по рабочим
местам. Также можно установить многофункциональное устройство,
совмещающее в себе несколько функций.
В случае логической реализации сети малого офиса необходимо
предусмотреть способы размещения информации на сервере и рабочих
станциях, средства обеспечения защиты данных, получения доступа в сеть
Интернет, конфигурирования средств IP-телефонии, возможность
подключения принтеров, факсов и другого оборудования.
Рассмотрим простой вариант организации сети офиса с количеством
автоматизированных рабочих мест не более 10. В такое сети работники
получают доступ к сети Интернет и общим ресурсам. Схема сети малого
офиса с подключением не более 10 рабочих мест приведена на рисунке 8.
Рисунок 8. Схема сети малого офиса с подключением не более 10
рабочих мест