Беспроводная локальная сеть ( WLAN ) — это беспроводная компьютерная сеть , которая связывает два или более устройств с помощью беспроводной связи для формирования локальной сети (LAN) в пределах ограниченной области, например дома, школы, компьютерной лаборатории, кампуса или офисного здания. Это дает пользователям возможность перемещаться в пределах области и оставаться подключенными к сети. Через шлюз WLAN также может обеспечивать 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 торговой маркой, принадлежащей Wi-Fi Alliance . Они используются для домашних и небольших офисных сетей, которые связывают вместе ноутбуки , принтеры , смартфоны , веб-телевизоры и игровые устройства с беспроводным сетевым маршрутизатором, 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 коммуникационную сеть ALOHAnet . Система начала работать в 1971 году и включала семь компьютеров, размещенных на четырех островах для связи с центральным компьютером на острове Оаху без использования телефонных линий. [1]
Аппаратное обеспечение беспроводной локальной сети изначально стоило так дорого, что использовалось только как альтернатива кабельной локальной сети в местах, где прокладка кабелей была затруднена или невозможна. Ранние разработки включали отраслевые решения и фирменные 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) занимался разработкой европейской альтернативы, известной как HiperLAN/1 , первая версия которой была одобрена в 1996 году. За ней последовала функциональная спецификация HiperLAN/2 с влиянием ATM [ требуется ссылка ], завершенная в феврале 2000 года. Ни один из европейских стандартов не достиг коммерческого успеха 802.11, хотя большая часть работы 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 беспроводных диапазона. Это позволяет передаче данных избегать переполненного диапазона 2,4 ГГц , который также используется устройствами Bluetooth и микроволновыми печами . Диапазон 5 ГГц также имеет больше каналов, чем диапазон 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 она распалась в январе 2003 года. [2]
Все компоненты, которые могут подключаться к беспроводной среде в сети, называются станциями. Все станции оснащены контроллерами беспроводного сетевого интерфейса . Беспроводные станции делятся на две категории: беспроводные точки доступа (WAP) и клиенты. WAP являются базовыми станциями для беспроводной сети. Они передают и принимают радиочастоты для беспроводных устройств, с которыми они могут взаимодействовать. Беспроводными клиентами могут быть мобильные устройства, такие как ноутбуки, персональные цифровые помощники , VoIP-телефоны и другие смартфоны , или непереносимые устройства, такие как настольные компьютеры , принтеры и рабочие станции , которые оснащены беспроводным сетевым интерфейсом.
Базовый набор услуг (BSS) — это набор всех станций, которые могут взаимодействовать друг с другом на уровне PHY. Каждый BSS имеет идентификацию (ID), называемую BSSID, которая является MAC-адресом точки доступа, обслуживающей BSS.
Существует два типа BSS: независимая BSS (также называемая IBSS) и инфраструктурная BSS. Независимая BSS (IBSS) — это ad hoc-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 режиме ad hoc (peer-to-peer).
Расширенный набор услуг (ESS) — это набор подключенных BSS. Точки доступа в ESS соединены системой распределения. У каждого ESS есть идентификатор, называемый SSID, который представляет собой 32-байтовую (максимум) строку символов.
Система распределения (DS) соединяет точки доступа в расширенном наборе услуг. Концепция DS может использоваться для увеличения покрытия сети посредством роуминга между ячейками. DS может быть проводной или беспроводной. Текущие беспроводные системы распределения в основном основаны на протоколах WDS или Mesh , [3] хотя используются и другие системы.
IEEE 802.11 имеет два основных режима работы: режим инфраструктуры и режим ad hoc . В режиме ad hoc мобильные устройства взаимодействуют напрямую по принципу «равный-равному». В режиме инфраструктуры мобильные устройства взаимодействуют через беспроводную точку 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: Wired Equivalent Privacy (WEP), больше не считающийся безопасным, Wi-Fi Protected Access (WPA, WPA2, WPA3), для защиты беспроводных компьютерных сетей. Многие точки доступа также будут предлагать Wi-Fi Protected Setup , быстрый, но больше не считающийся безопасным, метод присоединения 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 присоединения к сети. WAP обычно имеет проводное сетевое подключение и может иметь постоянные беспроводные подключения к другим 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 схему безопасности. В этом случае подключение к любой WAP в этой сети подключает клиента к сети, и клиентское программное обеспечение попытается выбрать WAP, которая обеспечивает наилучшее обслуживание, например, WAP с самым сильным сигналом.
Сеть ad hoc — это сеть, в которой станции общаются только по принципу «равный-равному» (P2P). Нет никакой базы, и никто не дает разрешения на разговор. Это достигается с помощью независимого базового набора услуг (IBSS). Сеть Wi-Fi Direct — это другой тип беспроводной сети, в которой станции общаются по принципу «равный-равному». [4] В одноранговой сети беспроводные устройства, находящиеся в зоне действия друг друга, могут обнаруживать и общаться напрямую, не привлекая центральные точки доступа.
В группе Wi-Fi P2P владелец группы действует как точка доступа, а все остальные устройства являются клиентами. Существует два основных метода установления владельца группы в группе Wi-Fi Direct. В одном подходе пользователь устанавливает владельца группы P2P вручную. 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 мощности беспроводного устройства, является ли беспроводное устройство уже владельцем группы в другой группе или от мощности 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 столкновений (CSMA/CA). Это отличается от Ethernet, который использует множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD). Спецификация 802.11 включает положения, разработанные для минимизации столкновений, поскольку мобильным устройствам приходится бороться с проблемой скрытых узлов , когда два мобильных устройства могут находиться в зоне действия общей точки доступа, но вне зоны действия друг друга.
Мост может использоваться для соединения сетей, как правило, разных типов. Беспроводной мост Ethernet позволяет подключать устройства в проводной сети Ethernet к беспроводной сети. Мост действует как точка подключения к беспроводной локальной сети.
Беспроводная распределительная система (WDS) обеспечивает беспроводное соединение точек доступа в сети IEEE 802.11. Она позволяет расширять беспроводную сеть с использованием нескольких точек доступа без необходимости в проводной магистрали для их соединения, как это традиционно требуется. Заметным преимуществом WDS по сравнению с некоторыми другими решениями является то, что она сохраняет MAC-адреса клиентских пакетов по всем каналам между точками доступа. [5]
Точка доступа может быть либо основной, ретрансляционной, либо удаленной базовой станцией. Основная базовая станция обычно подключается к проводному Ethernet. Ретрансляционная базовая станция ретранслирует данные между удаленными базовыми станциями, беспроводными клиентами или другими ретрансляционными станциями либо на основную, либо на другую ретрансляционную базовую станцию. Удаленная базовая станция принимает соединения от беспроводных клиентов и передает их на ретрансляционные или основные станции.
Поскольку данные передаются по беспроводной сети, потребляя беспроводную полосу пропускания, пропускная способность этого метода уменьшается вдвое для беспроводных клиентов, не подключенных к основной базовой станции. Соединения между базовыми станциями осуществляются на уровне 2 и не требуют IP-адресов уровня 3. Возможности WDS также могут называться режимом ретранслятора, поскольку они, по-видимому, одновременно соединяют и принимают беспроводных клиентов (в отличие от традиционного моста).
Все базовые станции в WDS должны быть настроены на использование одного и того же радиоканала и совместное использование ключей WEP или WPA, если они используются. Они могут быть настроены на различные идентификаторы набора услуг. WDS также требует, чтобы каждая базовая станция была настроена на пересылку другим в системе, как указано выше.
Существует два определения беспроводного роуминга локальной сети: