Sieci bezprzewodowe - WiFi

Zobacz slidy

Treść prezentacji

Slide 1

Sieci bezprzewodowe WiFi Historia, budowa, funkcjonalność.

Slide 2

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

Slide 3

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

Slide 4

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 Mbs i 2 Mbs. Dwa lata później został stworzony standard 802.11b, który pozwolił na zwiększenie przepustowości do 11 Mbs. 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 54Mbs 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. Sieci bezprzewodowe - WiFi

Slide 5

Sieć bezprzewodowa Informacje ogólne

Slide 6

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

Slide 7

Zasada działania. Struktura bezprzewodowa wykorzystuję fale elektromagnetyczne ( radiowe lub podczerwone) z jednego punktu do drugiego bez użycia kabli. Typowa sieć WiFi to urządzenie nadawczoodbiorcze 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

Slide 8

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

Slide 9

Standardy wykorzystywane do budowy sieci bezprzewodowych. 802.11a - 54 Mbs, 5 GHz - jest to standard sieci bezprzewodowej działającej w paśmie częstotliwości 5 GHz. Sieci w tym standardzie posiadają przepustowość 54 Mbs. 802.11b - 11 Mbs, 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 Mbs, a ich maksymalny zasięg to 100 m. 802.11g - 54 Mbs, 2.4 GHz - standard ten pracuje w paśmie 2.4 GHz, jednak w odróżnieniu od 802.11b posiada przepustowość rzędu 54 Mbs. 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 Mbs - Obecnie trwają prace nad nowym standardem sieci bezprzewodowych 802.11n. Standard ten będzie miał przepustowość nawet do 600 Mbs. 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. Sieci bezprzewodowe - WiFi

Slide 10

Topologie sieci WIFI

Slide 11

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

Slide 12

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. Sieci bezprzewodowe - WiFi

Slide 13

Urządzenia

Slide 14

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

Slide 15

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

Slide 16

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

Slide 17

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

Slide 18

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

Slide 19

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

Slide 20

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. Sieci bezprzewodowe - WiFi

Slide 21

Zakończenie

Slide 22

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

Slide 23

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. Sieci bezprzewodowe - WiFi

Slide 24

KONIEC