Bezprzewodowe sieci komputerowe, jednostka centralna, zasięg, zalety i wady

Technologia Wi-Fi (Wireless Fidelity) wykorzystywana jest przez coraz liczniejszą rzeszę użytkowników. Z początku wydawało się, że największymi odbiorcami tej techniki będą firmy, które instalują bezprzewodową infrastrukturę sieciową, po to by udostępnić intranet lub zasoby globalnej Sieci przede wszystkim swoim pracownikom. Urządzenia do komunikacji bezprzewodowej posłużyły też w miejscach publicznych do stworzenia tak zwanych hotspotów . Tymczasem wciąż malejące ceny urządzeń dostępowych (Access Pointów i bezprzewodowych kart sieciowych) spowodowały, że zwykli użytkownicy coraz chętniej spoglądają w kierunku sieci Wi-Fi. Jednak same koszty to nie wszystko. Sieci bezprzewodowe są interesujące także z jeszcze kilku innych powodów. Po pierwsze, korzystając z technologii Wi-Fi, możemy łatwo i raczej bezproblemowo zbudować sieć lokalną w biurze lub w domu. WLAN-y (od. ang. Wireless LAN) nie wymagają przede wszystkim setek metrów kabli i dziurawienia ścian tylko po to, aby przewody sieciowe można było przeprowadzić z pomieszczenia do pomieszczenia.

Rys. Access Pointy mogą mieć różną funkcjonalność. Niektóre z nich są tylko punktami dostępowymi, inne zaś producenci wyposażyli w funkcję routera i switcha sieci LAN

Ponadto dodatkowym atutem bezprzewodowości jest mobilność. Komputer nie jest już "przywiązany" do miejsca, w którym akurat znajduje się gniazdko sieciowe. Gdy nasz pecet pracuje w sieci bezprzewodowej, możemy przemieszczać się z nim swobodnie, po całym mieszkaniu lub biurze i nadal będziemy mieli dostęp do zasobów sieciowych. Wi-Fi jest także jednym z najprostszych sposobów na współdzielenie, np. przez cienką ścianę lub podwórze, łącza internetowego na kilku "sąsiedzkich" komputerach.

Drugim ważnym powodem, dla którego bezprzewodowy dostęp do Sieci staje się tak popularny, jest niemały w polskich warunkach problem tak zwanej "ostatniej mili". Wielu providerów zdecydowało się właśnie na takie rozwiązanie, oferując użytkownikom stałe łącze realizowane za pomocą technologii Wi-Fi. Warto przy tej okazji zaznaczyć, że taki dostęp do Internetu jest zwykle nieco tańszy niż w przypadku skorzystania z klasycznych technologii kablowych.

Niestety pomimo stosunkowo niskiej ceny i prostoty budowy takiej sieci nie jest ona wolna od wad. Najważniejsza z nich to zazwyczaj wolniejsza transmisja danych niż ta uzyskiwana w instalacjach kablowych. Transmisja radiowa jest też bardziej podatna na tłumienie sygnału, przez co korzystanie z sieci bezprzewodowych częstokroć bywa utrudnione, np. z powodu pojawiających się na drodze fal radiowych przeszkód. Niebagatelne znaczenie ma również bezpieczeństwo sieci, które w przypadku WLAN-ów jest nieco trudniejsze do zapewnienia, ale nawet w warunkach domowych można sprawić, że sieć będzie dysponowała wystarczającym poziomem bezpieczeństwa.

Warto się zastanowić, jakie czynniki mają największy wpływ na szybkość transmisji danych i zasięg - a więc z punktu widzenia użytkownika, na dwa podstawowe parametry pracy sieci bezprzewodowych. Obie wielkości uzależnione są od częstotliwości zastosowanych fal radiowych oraz mocy nadajnika. Niestety, producenci nie mogą swobodnie z nich korzystać, ponieważ częstotliwości i moce nadajników objęte są szczegółowymi regulacjami prawnymi. Ponadto w różnych krajach obowiązują odmienne przepisy dotyczące transmisji radiowej, co dodatkowo komplikuje i ogranicza możliwości budowy uniwersalnych bezprzewodowych sieci.

Bezprzewodowe sieci Wi-Fi ustandaryzowane przez międzynarodową organizację IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) działają na dwóch częstotliwościach. Jak się okazuje, na całym świecie zastosowanie mają tylko częstotliwości z przedziału 2,4-2,5 GHz (pasmo ISM - Industry, Science & Medicine). Dlatego też obecnie najpopularniejsze standardy sieci Wi-Fi, czyli IEEE 802.11b i IEEE 802.11g, pracują właśnie na tej częstotliwości. W USA można spotkać urządzenia zgodne ze standardem IEEE 802.11a, który do transmisji korzysta z pasma 5 GHz (pasmo UNII - Unlicensed National Information Infrastructure). Jednak ta częstotliwość w Europie zarezerwowana jest dla celów wojskowych, dlatego też standard 802.11a nie może być używany bez ograniczeń (np. w Polsce dopuszcza się jego stosowanie, ale tylko wewnątrz budynków, a sygnał nie może się wydostawać poza ich obręb).

Zalety sieci bezprzewodowych:

• Przenośność

Bezprzewodowe systemy sieciowe umożliwiają użytkownikom sieci dostęp do aktualnych informacji bez względu na lokalizację. Taka przenośność zwiększa wydajność i stwarza możliwość świadczenia usług niedostępnych przy korzystaniu z sieci kablowej.

• Szybkość i prostota instalacji

Instalacja sieci bezprzewodowej może być szybka i łatwa dzięki wyeliminowaniu potrzeby układania kabli, robienia przepustów przez ściany i kondygnacje.

• Elastyczność instalacji

Technologia bezprzewodowa umożliwia zbudowanie sieci tam, gdzie nie ma możliwości położenia kabli.

• Redukcja kosztów eksploatacji

Podczas gdy wstępny koszt instalacji bezprzewodowej może być wyższy niż sieci kablowej, całkowite koszty instalacji systemu i koszty eksploatacyjne mogą być znacząco niższe. Długoterminowa redukcja kosztów jest jeszcze większa w zastosowaniach wymagających częstych zmian konfiguracji lub lokalizacji.

• Skalowalność

Bezprzewodowe systemy sieciowe mogą być konfigurowane w różnych topologiach dopasowując je do wymogów danego systemu informatycznego. Łatwo modyfikuje się konfigurację i zasięg sieci, począwszy od indywidualnych użytkowników w układzie peer-to-peer, aż po złożone infrastruktury, które mogą obsługiwać dużą liczbę użytkowników i/lub znaczny obszar poprzez dodawanie kolejnych punktów dostępowych.

• Łatwość i prostota obsługi

Użytkownicy nie potrzebują zaawansowanej wiedzy, aby korzystać z sieci bezprzewodowej. Cechą sieci bezprzewodowych jest ich "przeźroczystość" dla systemów operacyjnych. Aplikacje pracują tak samo na sieci kablowej. Produkty dla sieci bezprzewodowych zawierają narzędzia diagnostyczne związane z bezprzewodowymi elementami systemu, jakkolwiek większość produktów jest tak zaprojektowana, że zwykle użytkownik nie potrzebuje z tych narzędzi korzystać. Wiele z elementów konfiguracji, które zaprzątają umysły administratorów sieci jest tu bardzo uproszczona. Ponieważ tylko punkty dostępowe (AP) sieci wymagają okablowania, nie trzeba instalować kabli aby udostępnić zasoby sieci użytkownikom zdalnym (bezprzewodowym).

Wady sieci bezprzewodowych:

• wolniejsze

• mniej bezpieczne, wymagają dodatkowych zabezpieczeń co dodatkowo zmniejsza prędkość transmisji

• czasami eter jest już zajęty (szczególnie w dużych miastach gdzie nie ma już wolnych pasm częstotliwości);

• wymagają dużych inwestycji lub rezerwacji odpowiedniego pasma

• urządzenia dla sieci bezprzewodowych są droższe

• bardziej podatne na zakłócenia

• szybkość transmisji zależy od odległości między urządzeniami komunikującymi się

Wyjaśnij pojęcie zapora ogniowa w sieciach komputerowych

Zapora sieciowa (ang. firewall - zapora ogniowa, ściana ognia) - jeden ze sposobów zabezpieczania sieci/komputera/serwera przed intruzami. Termin określający sprzęt komputerowy wraz ze specjalnym oprogramowaniem bądź samo oprogramowanie blokujące niepowołany dostęp do sieci komputerowej, komputera, serwera itp. na której straży stoi.

Zapory sieciowe są zwykle stawiane na styku dwóch sieci komputerowych, np. Internetu i sieci lokalnej (LAN) (wtedy zapora pracuje często dodatkowo jako router), oraz na ważnych serwerach (ich ochrona). Na zaporze można zdefiniować specjalna strefę DMZ, która izoluje od wewnętrznej sieci serwery udostępniające usługi na zewnątrz.

Typy zapór sieciowych

• filtrujące: monitorują przepływające przez nie pakiety sieciowe i przepuszczają tylko zgodne z regułami ustawionymi na danej zaporze (zapora pracująca dodatkowo jako router). Zwykle w niewielkich sieciach jest zapora sprzętowa, bądź dedykowany komputer z systemem operacyjnym Linux. Obecnie najczęściej wykorzystywana metoda filtrowania w Linuksie to reguły oparte na iptables. Dostępne są także zamknięte komercyjne rozwiązania programowe, z których wiele posiada bardzo wymyślne własności i rozbudowany system konfiguracji oraz wachlarz możliwych do zintegrowania rozwiązań, pozwalających nie tylko na analizę i filtrowanie pakietów IP, ale także na sprawdzanie poprawności pakietów z punktu widzenia wyższych warstw modelu ISO/OSI a nawet na prowadzenia ochrony antywirusowej.

• oprogramowanie komputerów stacjonarnych: udostępnia wybrane porty do połączeń "z zewnątrz" monitorując ruch, udostępnia także połączenia na zewnątrz komputera wybranym usługom/programom. Często zintegrowane z ochroną antywirusową (na przykład Norton Internet Security)

• 
  zapory pośredniczące (proxy): wykonujące połączenie w imieniu użytkownika (przykład: zamiast uruchomienia sesji ftp do systemu zdalnego uruchamiamy sesję ftp na zaporze i dopiero stamtąd uruchamiany połączenie z systemem zdalnym. Zabezpieczające działanie proxy polega w tym wypadku na blokowaniu wszelkich pakietów niepoprawnych z punktu widzenia protokołu ftp, które przy bezpośrednim połaczeniu mogłyby być może być obsłużone przez nasz lokalny system, oraz na udostępnieniu możliwości zarządzania i kontroli kto i kiedy oraz w jaki sposób korzysta z usługi FTP).

Współcześnie często pracująca zapora sieciowa jest hybrydowym rozwiązaniem analizującym pakiety w każdej warstwie od warstwy sieciowej, aż do warstwy aplikacji, oraz umożliwiającym realizację złożonych polityk bezpieczeństwa oraz integrację z systemami IDS.

Nazwa się wzięła od instalacji zakładanej w samochodach, która w trakcie wypadku zabezpiecza pasażerów przed zgnieceniem przez silnik i/lub pożarem. Według innej teorii nazwa pochodzi od terminu określającego w budownictwie grubą ognioodporną zaporę, zabezpieczającą część budynku przed rozprzestrzenianiem się ognia w przypadku pożaru.

Rodzaje i zastosowanie światłowodów

Światłowód jest to falowód służący do przesyłania promieniowania świetlnego. Pierwotnie miał postać metalowych rurek o wypolerowanych ściankach, służących do przesyłania promieniowania podczerwonego. Obecnie występuje w formie włókien dielektrycznych - najczęściej szklanych, z otuliną z tworzywa sztucznego, charakteryzującego się mniejszym współczynnikiem załamania światła niż wartość tego współczynnika dla szkła. Do transmisji danych, zamiast prądu elektrycznego, wykorzystywana jest odpowiednio modulowana wiązka światła (zapobiegająca zniekształceniom sygnału), której źródłem może być laser lub dioda LED.

Dzięki temu możliwa jest transmisja danych do 3 Tb/s, a przepływ danych jest zabezpieczony przed niepowołanym dostępem. Światłowody nie emitują zewnętrznego pola elektromagnetycznego, w związku z czym niemożliwe jest podsłuchanie transmisji. Cechuje je duża odporność na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne, stopa błędów mniejsza niż 10-10 przy najwyższych przepływnościach binarnych, mała tłumienność jednostkowa (około 0,20 dB/km dla fali o długości 1,5 μm).

Wiązka włókien światłowodowych

Rodzaje światłowodów

Światłowody telekomunikacyjne dzielimy na jedno- i wielomodowe.

Ogólnie światłowód, jako struktura prowadząca światło, może przyjmować różne formy i może być wykonany z różnych materiałów. Zastosowanie światłowodów wykracza daleko poza telekomunikację i obejmuje takie dziedziny jak medycyna, systemy oświetleniowe oraz czujniki.

Światłowody różnią się ze względu na strukturę modową, kształt, materiał wykonania, rozkład współczynnika załamania w rdzeniu i mechanizm prowadzenia światła.

Światłowody jednomodowe

Światłowody jednomodowe (ang. Single Mode Fibers, SMF) charakteryzują się średnicą rdzenia od 8 do 10 mikrometrów. W światłowodach jednomodowych sygnał - wytworzony przez laser półprzewodnikowy - ulega tylko niewielkim zniekształceniom (brak dyspersji międzymodowej). Fala świetlna rozchodzi się prawie równolegle do osi światłowodu i dociera do końca włókna w jednym modzie - tzw. modzie podstawowym. Światłowody jednomodowe charakteryzują się małą średnicą rdzenia - zwykle od 8 do 10 mikronów, a także skokową zmianą współczynnika załamania światła.

Ten rodzaj światłowodów nadaje się do dalekosiężnej telekomunikacji światłowodowej, gdyż sygnał może być transmitowany bez wzmacniania na odległość do 100 km, zaś ich żywotność wynosi 25 lat. Umożliwiają one stosowanie wielu protokołów jednocześnie, co zapewnia bardzo efektywny transfer danych.

Światłowody wielomodowe

Światłowody wielomodowe (ang. Multi Mode Fiber, MMF) charakteryzują się zwykle średnicą rdzenia 50 lub 62,5 mikrometra. W światłowodzie wielomodowym następuje rozdzielenie fali wejściowej na wiele promieni o takiej samej długości fali, lecz propagowanymi po innych drogach. W światłowodach wielomodowych występuje zjawisko zniekształcenia impulsu wyjściowego a co za tym idzie, ograniczenie prędkości transmisji i odległości, na jaką może być transmitowana. Światłowody wielomodowe dzielimy na skokowe i gradientowe.

Gradientowe

Światłowód gradientowy ma budowę warstwową. Każda jest inaczej domieszkowana, dzięki czemu współczynnik załamania światła zmienia się w sposób ciągły. Wartość maksymalną przyjmuje na osi rdzenia zaś minimalną na granicy z płaszczem.

Światłowody gradientowe zapewniają - dla różnych modów (poruszających się po łukach) - tę samą prędkość rozchodzenia wzdłuż kabla. Dzieje się tak, gdyż fale rozchodzące się w większej odległości od środka poruszają się w warstwach o mniejszym współczynniku załamania, oznacza to że mają większą prędkość liniową.

Skokowe

Jak sama nazwa wskazuje w światłowodzie tym współczynnik załamania zmienia się skokowo pomiędzy rdzeniem i płaszczem. Mody prowadzone są w rdzenia pod różnymi kątami, przez co mają różną drogę do przebycia. Jak wiadomo prędkość rozchodzenia światła jest stała (w szkle 200 000 km/s), dlatego czasy przejścia promieni przez światłowód są różne. Jest to przyczyną tzw. dyspersji międzymodowej, która powoduje poszerzenie impulsu docierającego na koniec światłowodu. Powoduje to ograniczenie pasma i odległości, na jaką mogą być przesyłane sygnały. Dyspersja chromatyczna występuje zarówno w światłowodach jednomodowych jak i w światłowodach wielomodowych.

Zastosowanie światłowodów:

• Łącza telefoniczne: w jednym z pierwszych zbudowanych systemów, światłowodowe kable połączyły budynki urzędów telefonicznych w Chicago, oddalone od siebie o l km i o 2,4 km. Kable zawierały po 24 włókna optyczne, z których każde - pracując w standardzie T3 - mogło przenosić 672 kanały telefoniczne. Możliwość realizacji międzymiastowych linii z kablami światłowodowymi stała się faktem, kiedy zademonstrowano łącze optyczne o długości ponad 100 km bez wzmacniaków. Dziś możliwa jest nawet budowa podmorskiej linii światłowodowej ułożonej na dnie Oceanu Atlantyckiego. Odległość między Nowym Jorkiem a Londynem, wynosząca 6500 km, wymagałaby zainstalowania około 200 wzmacniaków rozstawionych, co 30-35 km.

• Sieci telekomunikacyjne w elektrowniach: Światłowody mogą być prowadzone przez tereny elektrowni lub podstacji energetycznych bez żadnego uszczerbku dla transmitowanych sygnałów. Możliwe jest dołączenie światłowodu do któregoś z kabli przewodzących prąd lub po prostu wykonanie kabla energetycznego zawierającego również żyłę światłowodową.

• Rozgłośnie telewizyjne: Niewielki ciężar kabla światłowodowego jest bardzo wygodny przy transmisjach "na żywo, umożliwia, bowiem znaczną swobodę ruchu kamer i minikamer. W zastosowaniach tych wykorzystuje się tylko jeden kanał, a więc sygnał może być przekazywany w paśmie podstawowym w postaci analogowej. Szerokość pasma 6 MHz jest w zupełności wystarczająca.

• Zdalna kontrola i ostrzeganie: Światłowody skutecznie konkurują z kablami koncentrycznymi również w zakresie transmisji sygnałów wizyjnych dla celów zdalnej kontroli i nadzoru. Duża odporność na zakłócenia elektromagnetyczne oraz mała podatność na zniszczenie wskutek wyładowań atmosferycznych są w tych zastosowaniach szczególnie istotne.

• Komputery: Systemy światłowodowe są szczególnie predysponowane do transmisji danych w postaci cyfrowej, na przykład takich, jakie powstają w komputerach, Możliwe jest wykonywanie połączeń między centralnym procesorem a urządzeniami peryferyjnymi, między centralnym procesorem a pamięcią oraz między różnymi procesorami. Małe rozmiary i niewielki ciężar, dobre zabezpieczenie informacji wynikające z "zamknięcia" promieniowania wewnątrz włókna optycznego sprawiają, że światłowody są odpowiednim torem do transmisji danych, bez względu na odległość.

• Okablowanie samolotów i statków: Istotną zaletą w zastosowaniach na statkach i w samolotach jest zmniejszone ryzyko iskrzenia i pożaru.

3

---