Беспроводная локальная сеть ( WLAN ) — это беспроводная компьютерная сеть , которая связывает два или более устройств с помощью беспроводной связи для формирования локальной сети (LAN) на ограниченной территории, например, дома, школы, компьютерной лаборатории, кампуса или офисного здания. Это дает пользователям возможность перемещаться по территории и оставаться подключенными к сети. Через шлюз WLAN также может обеспечить подключение к более широкому Интернету .
Беспроводные локальные сети, основанные на стандартах IEEE 802.11 , являются наиболее широко используемыми компьютерными сетями в мире. Их обычно называют Wi-Fi , что является товарным знаком, принадлежащим Wi-Fi Alliance . Они используются для домашних и небольших офисных сетей, которые объединяют портативные компьютеры , принтеры , смартфоны , веб-телевизоры и игровые устройства с помощью беспроводного маршрутизатора , который подключает их к Интернету. Точки доступа, предоставляемые маршрутизаторами в ресторанах, кафе, отелях, библиотеках и аэропортах, позволяют потребителям получать доступ к Интернету с помощью портативных беспроводных устройств.
Норман Абрамсон , профессор Гавайского университета , разработал первую в мире беспроводную компьютерную сеть связи ALOHAnet . Система вступила в строй в 1971 году и включала семь компьютеров, развернутых на четырех островах для связи с центральным компьютером на острове Оаху без использования телефонных линий. [1]
Оборудование беспроводной локальной сети изначально стоило так дорого, что его использовали только в качестве альтернативы проводной локальной сети в тех местах, где прокладка кабелей была затруднена или невозможна. Ранняя разработка включала отраслевые решения и собственные протоколы, но в конце 1990-х годов они были заменены техническими стандартами , в первую очередь различными версиями IEEE 802.11 (в продуктах, использующих торговую марку Wi-Fi ).
Начиная с 1991 года Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI ) разрабатывал европейскую альтернативу, известную как HiperLAN/1, первая версия которой была одобрена в 1996 году. За этим последовала функциональная спецификация HiperLAN/2 с влиянием ATM , завершенная в феврале. 2000. Ни один из европейских стандартов не достиг коммерческого успеха 802.11, хотя большая часть работ над HiperLAN/2 сохранилась в физической спецификации ( PHY ) для IEEE 802.11a , которая почти идентична PHY HiperLAN/2.
В 2009 году к 802.11 был добавлен 802.11n. Он работает в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц с максимальной скоростью передачи данных 600 Мбит/с. Большинство новых маршрутизаторов являются двухдиапазонными и могут использовать оба диапазона беспроводной связи. Это позволяет передаче данных избежать перегруженного диапазона 2,4 ГГц , который также используется устройствами Bluetooth и микроволновыми печами . В диапазоне 5 ГГц также имеется больше каналов, чем в диапазоне 2,4 ГГц, что позволяет большему количеству устройств совместно использовать пространство. Не все каналы WLAN доступны во всех регионах.
Группа HomeRF была создана в 1997 году для продвижения технологии, предназначенной для использования в жилых помещениях, но распалась в январе 2003 года. [2]
Все компоненты, которые могут подключаться к беспроводной среде сети, называются станциями. Все станции оснащены контроллерами беспроводного сетевого интерфейса . Беспроводные станции делятся на две категории: точки беспроводного доступа (WAP) и клиенты. WAP — это базовые станции беспроводной сети. Они передают и принимают радиочастоты для связи с беспроводными устройствами. Беспроводными клиентами могут быть мобильные устройства, такие как ноутбуки, персональные цифровые помощники , телефоны VoIP и другие смартфоны , или непортативные устройства, такие как настольные компьютеры , принтеры и рабочие станции , оснащенные интерфейсом беспроводной сети.
Базовый набор услуг (BSS) — это набор всех станций, которые могут взаимодействовать друг с другом на физическом уровне. Каждый BSS имеет идентификатор (ID), называемый BSSID, который представляет собой MAC-адрес точки доступа, обслуживающей BSS.
Существует два типа BSS: независимый BSS (также называемый IBSS) и инфраструктурный BSS. Независимый BSS (IBSS) — это одноранговая сеть , которая не содержит точек доступа, что означает, что они не могут подключаться к какому-либо другому базовому набору услуг. В IBSS STA настраиваются в одноранговом (одноранговом) режиме.
Расширенный набор услуг (ESS) — это набор подключенных BSS. Точки доступа в ESS соединяются системой распределения. Каждый ESS имеет идентификатор, называемый SSID, который представляет собой строку символов длиной 32 байта (максимум).
Система распределения (DS) соединяет точки доступа в расширенный набор услуг. Концепция DS может использоваться для увеличения покрытия сети за счет роуминга между сотами. DS может быть проводным или беспроводным. Современные системы беспроводного распределения в основном основаны на протоколах WDS или Mesh [3] , хотя используются и другие системы.
IEEE 802.11 имеет два основных режима работы: инфраструктурный и одноранговый режим. В режиме ad hoc мобильные устройства обмениваются данными напрямую в одноранговой сети. В режиме инфраструктуры мобильные устройства обмениваются данными через точку беспроводного доступа (WAP), которая также служит мостом к другим сетям, таким как локальная сеть или Интернет.
Поскольку беспроводная связь использует более открытую среду для связи по сравнению с проводными локальными сетями, разработчики 802.11 также включили механизмы шифрования: эквивалентная конфиденциальность проводной сети (WEP), которая больше не считается безопасной, защищенный доступ Wi-Fi (WPA, WPA2, WPA3), чтобы безопасные беспроводные компьютерные сети. Многие точки доступа также предлагают Wi-Fi Protected Setup — быстрый, но уже не считающийся безопасным метод подключения нового устройства к зашифрованной сети.
Большинство сетей Wi-Fi развернуты в режиме инфраструктуры . В режиме инфраструктуры беспроводные клиенты, такие как ноутбуки и смартфоны, подключаются к WAP для подключения к сети. WAP обычно имеет проводное сетевое соединение и может иметь постоянное беспроводное соединение с другими WAP.
WAP обычно фиксированы и предоставляют услуги своим клиентским узлам в пределах досягаемости. В некоторых сетях будет несколько WAP, использующих один и тот же SSID и механизм безопасности. В этом случае при подключении к любой WAP в этой сети клиент подключается к сети, и клиентское программное обеспечение пытается выбрать WAP, обеспечивающее лучший сервис, например WAP с самым сильным сигналом.
Одноранговая сеть — это сеть, в которой станции обмениваются данными только в одноранговой сети (P2P). Базы нет и никто не дает разрешения говорить. Это достигается с помощью независимого базового набора услуг (IBSS). Сеть Wi-Fi Direct — это другой тип беспроводной сети, в которой станции обмениваются одноранговыми данными. [4] В одноранговой сети беспроводные устройства, находящиеся в радиусе действия друг друга, могут обнаруживать и взаимодействовать напрямую, без участия центральных точек доступа.
В группе Wi-Fi P2P владелец группы действует как точка доступа, а все остальные устройства — как клиенты. Существует два основных способа установить владельца группы в группе Wi-Fi Direct. В одном подходе пользователь вручную устанавливает владельца P2P-группы. Этот метод также известен как автономный владелец группы ( автономный GO ). Во втором методе, называемом созданием группы на основе переговоров , два устройства конкурируют на основе значения намерения владельца группы. Устройство с более высоким значением намерения становится владельцем группы, а второе устройство становится клиентом. Значение намерения владельца группы может зависеть от того, выполняет ли беспроводное устройство перекрестное соединение между инфраструктурной службой WLAN и группой P2P, доступной мощностью беспроводного устройства, является ли беспроводное устройство уже владельцем группы в другой группе или уровнем принимаемого сигнала. первого беспроводного устройства.
IEEE 802.11 определяет уровни PHY и управления доступом к среде (MAC) на основе множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA/CA). В этом отличие от Ethernet, который использует множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). Спецификация 802.11 включает положения, призванные минимизировать коллизии, поскольку мобильным устройствам приходится сталкиваться с проблемой скрытого узла , когда два мобильных устройства могут находиться в радиусе действия общей точки доступа, но вне зоны действия друг друга.
Мост можно использовать для соединения сетей, обычно разных типов. Беспроводной мост Ethernet позволяет подключать устройства из проводной сети Ethernet к беспроводной сети. Мост действует как точка подключения к беспроводной локальной сети.
Система беспроводного распределения (WDS) обеспечивает беспроводное соединение точек доступа в сети IEEE 802.11. Это позволяет расширять беспроводную сеть с использованием нескольких точек доступа без необходимости использования проводной магистрали для их соединения, как это требуется традиционно. Заметным преимуществом WDS перед некоторыми другими решениями является то, что он сохраняет MAC-адреса клиентских пакетов по каналам между точками доступа. [5]
Точка доступа может быть основной, ретрансляционной или удаленной базовой станцией. Основная базовая станция обычно подключается к проводной сети Ethernet. Ретрансляционная базовая станция передает данные между удаленными базовыми станциями, беспроводными клиентами или другими ретрансляционными станциями либо на главную, либо на другую ретрансляционную базовую станцию. Удаленная базовая станция принимает соединения от беспроводных клиентов и передает их на ретрансляционные или основные станции.
Поскольку данные пересылаются по беспроводной сети, потребляя пропускную способность беспроводной сети, пропускная способность в этом методе снижается вдвое для беспроводных клиентов, не подключенных к основной базовой станции. Соединения между базовыми станциями выполняются на уровне 2 и не требуют IP-адресов уровня 3. Возможность WDS также может называться режимом ретранслятора, поскольку она одновременно обеспечивает соединение и прием беспроводных клиентов (в отличие от традиционного моста).
Все базовые станции в WDS должны быть настроены на использование одного и того же радиоканала и совместно использовать ключи WEP или ключи WPA, если они используются. Их можно настроить на разные идентификаторы набора услуг. WDS также требует, чтобы каждая базовая станция была настроена на пересылку другим участникам системы, как указано выше.
Существует два определения роуминга беспроводной локальной сети: