Sieci bezprzewodowe -

WiFi

Historia, budowa,

funkcjonalność.

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Historia sieci bezprzewodowych

Historia sieci bezprzewodowych tak naprawdę zaczyna się w roku 1820, kiedy
to duński naukowiec Hans Oersted odkrył iż drut w którym płynie prąd
wytwarza pole magnetyczne.

Pole elektromagnetyczne wywołane przez
przewód elektryczny

To stwierdzenie miało wielkie znaczenie i spowodowało że fizycy zaczęli się tym
coraz bardziej interesować i stworzyli nowy dział fizyki zwany
elektromagnetyzmem. Badania prowadzone w tym kierunku szybko nabrały tempa.
W roku 1864 szkocki fizyk James Clerk Maxwell przewidział istnienie fal
elektromagnetycznych. W niedługim czasie Heinrich Hertz po raz pierwszy
wytworzył fale elektromagnetyczne jak i również pokazał światu urządzenie do ich
odbioru. To spowodowało iż na ziemi zaczęła się nowa era ?radia?. W 1897
Guglielmo Marconi zademonstrował telegraf bez drutu dzięki czemu ludzie mogli
przesyłać informacje bez żadnych sieci kablowych. Na początku skromnie to
wyglądało bo przesyłane wiadomości były przekazywane alfabetem morsa ale już
1906 roku udało się przekazać ludzką mowę.

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Historia sieci bezprzewodowych

Następnie w latach 50, Departament Obrony Stanów Zjednoczonych utworzył
organizacje o nazwie ARPA, która opracowała plan wojskowej sieci badawczej,
pierwszej na świecie zdecentralizowanej sieci komputerowej. Sieć ta została
nazwana ARPAnet. Projektowana sieć miała na celu połączenie ze sobą dużej
liczby komputerów, które miały przesyłać między sobą dane w tak zwanych
pakietach. Komputery te łączyły się dynamicznie poprzez stacje pośrednie. Sieć
ta zapoczątkowała transmisje silnie szyfrowanych danych poprzez radio.
Na początku sieć ta była wykorzystywana podczas wojny przez Amerykanów i
aliantów ale bardzo szybko znalazła zwolenników wśród badaczy i naukowców.
Następnie bardzo szybko została przekształcona w sieć radiową, która służyła do
komunikacji i była oparta na transmisji pakietowej. Sieć ta została nazwana
ALHONET. Sieć ta składała się z siedmiu komputerów łączących się w topologii
dwukierunkowej gwiazdy. Tak właśnie zostały zapoczątkowane narodziny sieci
bezprzewodowych.

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Historia sieci bezprzewodowych

W latach 90 powstały pierwsze karty bezprzewodowe jednak ich cena i dostępność
skutecznie blokowało rozwój sieci radiowych. W 1997 roku organizacja Institute of
Electrical and Electronics Engineers stworzyła standard sieciowy na częstotliwości
radiowej 2,4 GHz, uzyskał on oznaczenie 802.11. Standard ten posiadał bardzo niską
przepustowość rzędu 1 Mb/s i 2 Mb/s. Dwa lata później został stworzony standard
802.11b, który pozwolił na zwiększenie przepustowości do 11 Mb/s. Zastosowanie
częstotliwość 2,4 GHz powodowało, że sieć bezprzewodowa nie zakłócała fal
pochodzących z urządzeń mikrofalowych, silników prądu zmiennego oraz urządzeń
sterowanych częstotliwościowo, które działały na częstotliwościach rzędu KHz, MHz.
Kolejnym krokiem było stworzenie standardu 802.11a. Działał on na częstotliwości
5GHz i posiadał przepustowość 54Mb/s Standard ten miał jednak kilka wad. Wysoka
cena urządzeń, brak kompatybilności ze standardem 802.11b oraz mniejszy zasięg
efektywny spowodowały że standard 802.11a nie zyskał poparcia. Jedynym atutem
tego standardu było to że posiadał osiem nie pokrywających się kanałów dla
częstotliwości fal radiowych. Następnie w roku 2002 na targach Comdex
zaprezentowano nowe urządzenie pracujące w standardzie IEEE 802.11g. Standard
bardzo szybko został zaakceptowany przez organizacje IEEE i to spowodowało iż
znalazł byt u większości producentów.

Sieć bezprzewodowa

Informacje ogólne

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Co to jest sieć bezprzewodowa?

 Bezprzewodowa sieć WiFi jest systemem komunikacji

zaprojektowanym jako alternatywa lub uzupełnienie sieci tradycyjnej
kablowej. Wykorzystuje ona do transmisji danych fal radiowych o
odpowiedniej częstotliwości, minimalizując tym samym konieczność
użycia połączeń kablowych. Sieć bezprzewodowa łączy w sobie
mobilność użytkowania oraz transmisję danych.

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Zasada działania.

 Struktura bezprzewodowa wykorzystuję fale elektromagnetyczne

( radiowe lub podczerwone) z jednego punktu do drugiego bez użycia
kabli. Typowa sieć WiFi to urządzenie nadawczo/odbiorcze połączone
do sieci za pomocą standardowego okablowania. Punkt dostępowy,
(lub antena podłączona do punktu dostępowego) jest zwykle
montowana wysoko, lecz może być również instalowana gdziekolwiek
dla osiągnięcia wymaganego zasięgu. Użytkownicy korzystają z sieci
bezprzewodowej za pomocą bezprzewodowych kart sieciowych, które
występują jako karty PC Card w komputerach przenośnych i
podręcznych, lub jako karty w komputerach biurkowych, lub też jako
zintegrowane urządzenia w komputerach podręcznych.

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Funkcjonalność.

 Sieci bezprzewodowe mają bardzo szerokie zastosowanie, wykorzystuje

się je zarówno do projektowania sieci domowych jak i znajdują
zastosowanie w medycynie, handlu, produkcji i magazynowaniu.

 Dzięki braku struktury kablowej użytkownik nie musi szukać miejsca

połączenia z siecią, bowiem jest ona dostępna w obrębie tej lokalizacji.
Administratorzy nie muszą instalować czy przenosić struktury kablowej
aby móc konfigurować ową sieć.

 Sieci bezprzewodowe posiadają taką samą funkcjonalność jak zwykle

sieci kablowe, bez ograniczeń kabla. Konfiguracje sieci rozciągają się od
prostych rozwiązań typu peer-to-peer do szeroko rozwiniętych sieci
infrastrukturalnych.

 

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Standardy wykorzystywane do budowy sieci
bezprzewodowych.

 802.11a - 54 Mb/s, 5 GHz - jest to standard sieci bezprzewodowej działającej

w paśmie częstotliwości 5 GHz. Sieci w tym standardzie posiadają
przepustowość 54 Mb/s.

 802.11b - 11 Mb/s, 2.4 GHz - standard ten jest powszechnie znany pod nazwą

Wi-Fi (Wireless Fidelity), działa on w paśmie częstotliwości 2,4 GHz. Sieci w tym
standardzie są bardziej popularne od innych standardów. Osiągają one
maksymalną szybkość transmisji 11 Mb/s, a ich maksymalny zasięg to 100 m.

 802.11g - 54 Mb/s, 2.4 GHz - standard ten pracuje w paśmie 2.4 GHz, jednak w

odróżnieniu od 802.11b posiada przepustowość rzędu 54 Mb/s. Wykorzystuje
on technologię ODM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Urządzenia w
tym standardzie dzięki takiej samej częstotliwości pracy jak 802.11b mogą
współpracować z urządzeniami w tym standardzie.

 802.11n - 100 - 600 Mb/s - Obecnie trwają prace nad nowym standardem sieci

bezprzewodowych 802.11n. Standard ten będzie miał przepustowość nawet do
600 Mb/s. Ma on wykorzystywać nową technologię MIMO (Multiple Input,
Multiple Output) , która wykorzystuje wiele kanałów transmisyjnych do
stworzenia jednego połączenia. Prace nad tym standardem powinny zakończyć
się w 2008 roku.

Topologie sieci WIFI

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Topologia gwiazdy.

 Topologia gwiazdy jest obecnie najszerzej stosowanym typem.

Wykorzystuje ona w celach komunikacyjnych centralną stację bazową
tak zwaną punktem dostępowym. Punkt dostępowy (Acces Point AP)
kieruje informację do poszczególnych komputerów w sieci lub do
następnego węzła. Stacja bazowa może być zastosowana jako most
do sieci lokalnej. W takim przypadku umożliwia dostęp do sieci
wewnętrznej, do Internetu oraz do innych urządzeń sieciowych
zainstalowanych w tej sieci. Sieci budowane w tej technologii są
bardzo wydajne i łatwe w rozbudowie. Rozbudowę możemy
przeprowadzić poprzez dodawanie kolejnych punktów dostępu.
Punkty centralne łączą się ze sobą, dzięki czemu możemy stworzyć
rozbudowaną sieć bez użycia struktury kablowej.

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Topologia kraty.

 Topologia kraty działa w trochę inny sposób gdyż brak jest tutaj

centralnej stacji bazowej. Przy takim połączeniu komputery
komunikują się ze sobą bezpośrednio, czyli każdy węzeł może
komunikować się z sąsiednimi węzłami. Dzięki takim sposobie
komunikacji nie potrzebujemy w sieci żadnych przełączników, bowiem
decyzje o sposobie przekazywania pakietów podejmują same
komputery za pomocą specjalnego oprogramowania. Główną rolę w
topologii kraty odgrywają protokoły, które automatycznie wykrywają
nowe węzły sieci i ustalają topologię całej struktury. Wszystkie zadania
związane z definiowaniem topologii są wykonywane w tle, a każdy
komputer buduję sobie własną bazę węzłów znajdujących się w sieci.
Baza ta jest na bieżąco uaktualniana przez oprogramowanie w
przypadku kiedy któryś z węzłów przybywa bądź zostaje odłączony,
dzięki temu mamy zawsze aktualną bazę węzłów znajdujących się w
sieci. Zastosowanie tej topologii umożliwia nam możliwość bardzo
szybkiej rozbudowy sieci, wystarczy bowiem dołączać kolejne węzły, a
sieć sama jest wykryje.

Urządzenia

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Anteny

 W sieciach bezprzewodowych do wzmacniania przesyłanego sygnału

stosuje się anteny zewnętrzne. Zwiększają one zasięg sieci za pomocą
skupienia sygnału radiowego i wysłaniu go w określonym kierunku.
Główne parametry anten to charakterystyka promieniowania, kąt
promieniowania, zysk oraz polaryzacja.

 Zysk jest to liczba, która oznacza jak skuteczna jest antena w

porównaniu z teoretyczną anteną izotopową. Wartość ta jest
wyrażona w decybelach (dBi – „i”- litera ta powstała od nazwy anteny
izotopowej). Polaryzacja natomiast jest to sposób polaryzacji anten
odbiorczych i nadawczych. Ważne jest aby anteny były spolaryzowane
w tej samej płaszczyźnie tzn. poziomej pionowej lub kołowej. Trzeba
również pamiętać o tym, że bardzo dużą role odgrywa ustawienie
anten. Należy je ustawić pod takim kątem, aby jak najlepiej widziała
się z anteną odbiorczą.

 W sieciach radiowych stosujemy cztery rodzaje anten: kierunkowe,

dookolne, szczelinowe i paraboliczne.

 

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Anteny kierunkowe.

 Anteny kierunkowe są to anteny, które wysyłają i odbierają fale radiowe w

jednym określonym kierunku. W antenach tych charakterystyka
promieniowania oraz zysk jest uzależniony od budowy anteny. Anteny
kierunkowe które posiadają większy kąt apertury mają zazwyczaj mniejszy zysk.
Ich zasięg jest na większym obszarze, ale działają na mniejszą odległość. Aby
połączyć dwa odległe punkty należy zastosować anteny o małym kącie
apertury, natomiast posiadające duży zysk, co pozwoli nam uzyskać dobrej
jakości połączenie. Anteny te dają nam zysk około 15 dB oraz działają w
zakresie 15° do 30° w poziomie i pionie. Zazwyczaj anteny te są
wykorzystywane przy połączeniach punkt-punkt, gdzie dwie sieci są łączone za
pomocą Access Pointów pełniących role mostów oraz w sieciach punkt wielo
punkt w celu podłączenia odległych userów do Access Pointa wyposażonego w
antenę dookolną.

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Anteny dookolne.

 Anteny dookolne w przeciwieństwie do anten kierunkowych wysyłają i

odbierają fale radiowe nie w jednym ale we wszystkich kierunkach płaszczyzny
poziomej jednakowo. W przypadku tych anten kąt apertury wynosi 360 stopni,
czyli charakterystyka promieniowania jest okręgiem, w środku którego znajduje
się antena. Charakterystyka promieniowania centralnie pod i nad anteną
posiada dziurę, bowiem pokrycie w tych miejscach jest najgorsze. Promień
okręgu charakterystyki zależy proporcjonalnie od zysku anteny. Większy zysk
anteny powoduje zwiększenie się promienia pokrycia. Anteny dookolne
używane są w sieciach, w których klienci są rozproszeni na dużym obszarze.
Anteny te mają polaryzacje pionową oraz dają zysk ok. 10 dB działające w
zakresie od ok. 360 stopni poziomo oraz 15 stopni w pionie. Anteny te bardzo
dobrze zwiększają zasięg oraz wzmacniają prędkość transmisji punktu
dostępowego.

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Anteny szczelinowe.

 Anteny te działają na podobnej zasadzie co dookolne. Różnica polega na tym,

że anteny szczelinowe posiadają mniejszy kąt pionowy, natomiast
charakteryzuje je o wiele lepsza jakość łącza i większy zysk rzędu ok. 15 do 22
dB. Natomiast kąt działania wynosi 2x120 stopni. Jest to antena zbudowana z
płaszczyzny przewodzącej w której jest wycięta szczelina.

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Anteny paraboliczne.

 Anteny te nie pokrywają dużego

obszaru, jednak skupiają one
wiązkę fal radiowych. Anteny
paraboliczne posiadają mały kąt
apertury. Dzięki takiej
charakterystyce anteny te mają
największy zysk i kierunkowość ze
wszystkich rodzajów anten. Ich
zastosowanie to głównie
połączenia punkt-punkt na dalekie
odległości. Anteny paraboliczne są
odmianą anten kierunkowych, ale
współpracują z talerzem oraz dają
zysk od 20 do 30 dB w zależności
od promienia talerza. Kąt
promieniowania do 10 stopni.

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Karty sieciowe.

 Bezprzewodowe karty sieciowe są to

urządzenia, które pozwalają stacji
roboczej łączyć się z sieciami
bezprzewodowymi standardu 802.11.
Karta sieciowa (ang. NIC - Network
Interface Card) służy do
przekształcania pakietów danych w
sygnały, które są przesyłane w sieci
komputerowej.

 Każda karta NIC posiada własny,

unikatowy w skali światowej adres
fizyczny, znany jako adres MAC,
przyporządkowany w momencie jej
produkcji przez producenta, zazwyczaj
umieszczony na stałe w jej pamięci
ROM.

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Access Point.

 Access Point (AP) jest to urządzenie

(tzw. most), które łączy sieć
przewodową z bezprzewodową.
Dlatego AP posiadają dwa interfejsy.
Pierwszy interfejs łączy AP z siecią
kablową a drugi to interfejs
bezprzewodowy łączący się ze
sieciami radiowymi. Access Point
łączy stacje robocze w sieć
bezprzewodową pod warunkiem gdy
te stacje są wyposażone w
bezprzewodowe karty sieciowe (np.
laptopy, palmtopy). Takiego
rozwiązania używa się by połączyć
dużą ilość urządzeń i uniknąć
kablowania. Najważniejszym
zadaniem Access Pointa jest
przekonwertowanie ramek sieci
bezprzewodowej na ramki Ethernetu.
AP mają zazwyczaj stworzony panel
administracyjny w postaci strony
internetowej.

Zakończenie

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Zastosowanie sieci bezprzewodowej.

Najważniejsze zastosowanie sieci bezprzewodowej to:

 Przenośność - czyli łatwa zmiana lokalizacji np. w firmach

 Brak okablowania strukturalnego

 Szybkość i prostota instalacji

 Elastyczność instalacji

 Redukcja kosztów eksploatacji

 Skalowalność - łatwe dostosowanie do różnych systemów

informatycznych

 Ominięcie trudność i przeszkód

 Mobilność dla użytkownika

 Szybka i łatwa zmiana konfiguracji

 Bezprzewodowy monitoring

 W celach wojskowych

Sieci bezprzewodowe - WiFi

Szkodliwość.

 W ostatnich latach ludzie coraz częściej zaczynają się zastanawiać czy

promieniowanie radiowe emitowane przez urządzenia WiFi stwarza
zagrożenie dla zdrowia człowieka. Wiele osób które cierpi na różne
dolegliwości przypisuje całą winę sygnałom emitowanych przez
urządzenia WiFi. Jednak dzięki ostatnio przeprowadzonym badaniom nie
musimy się obawiać sieci WiFi. Najnowsze badania pokazują, że sieci
radiowe są bezpieczne.

 Tak naprawdę sieci WiFi emitują mniej promieniowania niż inne źródła

takie jak telefon komórkowy czy kuchenki mikrofalowe.

 Duńscy naukowcy z instytutu w Kopenhadze po długotrwałych i

drobiazgowych badaniach udowodnili iż sygnały radiowe, wykorzystywane
w telefonach komórkowych nie powodują powstawania raka ani innych
szczególnych chorób. Dlatego logiczne jest to iż promieniowanie
emitowane przez urządzenia stosowane w sieciach bezprzewodowych
również nie stwarza żadnego niebezpieczeństwa dla człowieka, ponieważ
emitują jeszcze mniejsze promieniowanie i o mniejszej częstotliwości niż
telefony komórkowe. Badania również przeprowadzano w szkołach w śród
dzieci. Pomiary jakie tam wykonano pokazują iż 20 minutom rozmowy
przez telefon komórkowy odpowiada rok przebywania w klasie, w której
działa sieć bezprzewodowa. Wszystko wskazuje na to iż sieci
bezprzewodowe są bezpieczne dla człowieka i nie powodują żadnych
chorób.

KONIEC