Беспроводная связь

2 сентября 1969 года принято считать датой рождения всемирной сети Интернет. В тот день три ученых из Калифорнийского университета в Лос- Анджелесе при помощи пятиметрового кабеля соединили компьютер и устройство, которое являлось далеким прапредком современных маршрутизаторов. Несмотря на то, что назвать такую "полусеть" Интернетом у многих язык не повернется, это событие имело все же эпохальное значение: оно положило начало компьютерным коммуникациям. Со временем эксперимент перерос в общеамериканскую сеть ARPAnet, которая в какой-то мере существует и по сей день. Так было положено начало проводной связи между компьютерами (в то время еще не персональными). Однако применяться повсеместно она стала еще совсем не скоро. Тем не менее, на сегодняшний день тип соединения через сетевые карты посредством специального провода потихоньку уходит в прошлое. На его место стремительно приходят беспроводные сети.

Разработка беспроводных стандартов связи для компьютеров стала вестись еще в конце 80-х годов прошлого столетия. Но окончательные спецификации были приняты лишь в 1997 году, то есть 9 лет назад. Тогда организация IEEE представила последнюю редакцию протокола IEEE 802.11, которая описывала основные принципы организации беспроводных сетей. В частности, к ним относится сотовая структура, подобная той, которая сегодня используется для обеспечения мобильных коммуникаций. Каждая сота управляется базовой станцией, которая носит название точки доступа (в английском именовании Access Point, или сокращенно AP). На какой-либо местности может быть установлено несколько точек доступа, которые будут обеспечивать функционирование сети. Переход из зоны действия одной точки к другой (своеобразный роуминг) обеспечивается за счет специальных функций пассивного и активного прослушивания эфира, а также присоединения. Стоит отметить, что четких указаний по организации роуминга для сетей Wi-Fi нет. Главный принцип современных беспроводных сетей заключается в использовании широкополосного сигнала. Для обмена информацией между Wi- Fi точками доступа обычно используется два метода передачи данных: DSSS и FHSS. В первом случае 1 бит данных при помощи специального алгоритма кодируется в последовательность 11 бит, а затем они передаются по 11 каналам, на которые разделяется частотная полоса. Это позволяет достигнуть большей надежности передачи данных, потому как хоть 1 из 11 бит дойдет. Кроме того, благодаря низкой мощности своего сигнала при использовании метода DSSS практически не создаются какие-либо помехи для других устройств, как и для самой сети. Что касается FHSS, то здесь обмен информацией происходит несколько иным образом. Полоса частот делится уже на 79 каналов. Однако для передачи используется только один из подканалов. Если же пакет не был передан, то приемник сообщает об этом передатчику, и тот передает его (пакет) повторно, но уже на другом подканале. Этим обеспечивается помехозащитность связи. Однако стоит отметить, что метод FHSS использует достаточно большую мощность для каждого подканала, что может помешать другим устройствам, работающим по соседству.

Сегодня известно как минимум 10 различных стандартов, в основе которых лежит 802.11: a, b, d, e, f, g, h, i, j и n. 802.11a и 802.11b представляют собой самые первые стандарты беспроводных сетей. Их спецификации были представлены в 1999 году. Отличительной чертой первого является использование широкой полосы радиочастотного спектра 5,150-5,825 ГГц. Этот диапазон менее подвержен помехам со стороны бытовых приборов, которые, в свою очередь, могут помешать 802.11b, функционирующему на частоте 2,4 ГГц. Скорости передачи данных в обоих этих стандартах несколько разнятся. Для "a" определены три обязательные скорости (6, 12 и 24 Мбит/с) и пять необязательных (9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с). Что касается второго стандарта, то пропускная способность сети на его основе составляет 11 Мбит/с. На первый взгляд может показаться, что 802.11a куда как более предпочтителен, нежели 802.11b, однако радиус действия первого составляет порядка 100 м, тогда как второй может передавать данные на втрое большее расстояние, то есть 300 м. Из остальных перечисленных стандартов в различных источниках чаще всего упоминаются 802.11g и 802.11n. Первый из них был принят всего несколько лет назад, но уже получил широчайшее распространение. Как и 802.11b, он работает в диапазоне 2,4 ГГц, однако при этом максимальная пропускная способность канала может достигать 54 Мбит/с. То есть 802.11g — это более дешевый и удобный в использовании аналог 802.11b. Что касается 802.11n, то это наиболее новая версия беспроводного стандарта связи, финальную версию которой компьютерный мир должен увидеть в 2007 году. Главной ее особенностью является еще большее увеличение скорости передачи данных, которая будет составлять 108 Мбит/с. Это позволит беспроводным сетям конкурировать с проводными почти на равных. Правда, как показывает практика, реальная скорость передачи в беспроводных сетях зачастую на пару десятков процентов ниже пиковой заявленной. Это часто зависит от условий окружающей среды, препятствий и даже от качества точек доступа и сетевых карт. Все остальные стандарты на сегодняшний день являются либо промежуточными, либо служебными. Так, к примеру, 802.11f применяется для обмена служебной информацией между точками доступа, а 802.11e представляет собой некоторую надстройку над 802.11a и 802.11b, предлагая поддержку специальных сервисов для передачи мультимедиаданных и QoS (Quality of Service — гарантированное качество услуг). 802.11h является модифицированной версией 802.11a, предназначенной специально для офисных и уличных сетей. Он будет использовать несколько иные протоколы, которые должны будут повысить качество сигнала, особенно при передвижении.

Для обеспечения конфиденциальности при передаче данных применяются несколько алгоритмов шифрования. Для 802.11a и 802.11b это WEP (Wired Equivalent Privacy), который представляет собой далеко не самое лучшее решение в плане безопасности. Он уже был взломан несколько лет назад. С появлением 802.11g были добавлены новые алгоритмы WPA и WPA2. По сравнению с первым методом защиты они имеют два серьезных улучшения. Во-первых, это шифрование данных при помощи протокола краткосрочной целостности ключей или TKIP (Temporal Key Integrity Protocol). Он шифрует ключи путем перестановки и инвертирования участков спектра сигнала или групп символов, используя для этого специальные алгоритмы хэширования, а также производит проверку целостности переданных ключей, что гарантирует их подлинность. И, во-вторых, WPA поддерживает механизм аутентификации пользователей, который для WEP даже не реализован. Аутентификация происходит по протоколу EAP (Extensible Authentication Protocol), который использует шифрование с открытым ключом, позволяя тем самым только авторизованным пользователям получить доступ к сети. WEP, в свою очередь, применял MAC-адреса для определения прав доступа, что является крайне слабой защитой от несанкционированного проникновения. Однако алгоритм WPA также не может гарантировать полную защиту. Повысить ее уровень призван стандарт 802.11i. Его главное отличие от WPA — это использование нового алгоритма AES, в котором для шифрования используется более совершенный метод CCMP вместо RC4. Кроме того, существует стандарт безопасности 802.1x, который позволяет защитить потоки данных как в проводных, так и в беспроводных сетях. Однако для последних требуется поддержка как со стороны точек доступа (аппаратная), так и со стороны клиентского ПО (программная).

Несмотря на то, что повсеместное распространение сети Wi-Fi получили буквально год-полтора назад, применяться они стали еще в 1999 году. Самой первой компанией, внедрившей в свои продукты поддержку беспроводных коммуникаций, стала небезызвестная Apple. 21 июля 1999 г. на очередной MacWorld Expo была представлена новая серия ноутбуков iBook, продажи которой начались в сентябре того же года. В качестве аксессуара к нему можно было приобрести карту беспроводного доступа AirPort, которая позволяла работать в сетях стандарта IEEE802.11b. Однако если вспомнить, что компьютеры Apple занимают не более нескольких процентов от всего рынка ПК, то становится понятным, почему Wi-Fi не получила тогда столь широкого распространения. Первое поколение мобильной платформы Intel Centrino поддерживало только стандарт IEEE802.11b. Два года спустя в платформе Sonoma была добавлена совместимость с 802.11a и 802.11g. В будущем появится возможность работы в сетях 802.11n, а также WiMAX (IEEE802.16). Последний представляет собой следующий этап развития беспроводных коммуникаций. Его главной особенностью является широкая полоса пропускания, которая может распространяться на очень большие расстояния. В частности, речь идет о скоростях до 75 Мбит/с и радиусе действия до 30 км. Кроме того, особенностью WiMAX является возможность работы в условиях плотной городской застройки. Ожидается, что эта технология заменит собой сегодняшние высокоскоростные способы доступа в Интернет вроде ADSL. Что касается этапов внедрения 802.16, то в масштабах всего мира происходит его стремительное распространение. На территории СНГ известно, что в Киеве уже построена одна WiMAX-сеть, по которой предоставляется доступ ко Всемирной паутине. А вот в России распространение WiMAX пока немного сдерживается. Дело в том, что в крупных городах и без того есть множество различных способов подключения к Интернету, да и возможностей Wi-Fi пока хватает. То есть выходит, что WiMAX пока еще банально невостребован. Что касается глубинки, то туда WiMAX придет не раньше, чем он "обоснуется" в городах.

По прогнозам аналитиков, ждать нам придется до 2009 года. Помимо этого, не лишним будет упомянуть о Wireless USB и WiBro. Первый представляет собой стандарт, который может оказаться отличной альтернативой современному Bluetooth. Максимальная пропускная способность Wireless USB может достигать 480 Мбит/с в радиусе 3 м от передатчика, а в радиусе 10 м — 120 Мбит/с. Что касается WiBro, то это специальный стандарт высокоскоростной сотовой связи, предлагаемый сейчас некоторыми операторами в Южной Корее. Если говорить о более далеком будущем (первой половине следующего десятилетия), то тогда ожидается начало внедрения четвертого поколения (4G) сотовой связи, которое сегодня разрабатывается несколькими крупными корпорациями. Пока что лучших результатов достигла японская NTT DoCoMo. Ее специалистами в лабораторных условиях были получены скорости до 2,5 Гбит/с (!), и уже теперь ведутся испытания "на открытом воздухе". Вполне возможно, что тогдашние ноутбуки будут оснащаться специальным модулем для работы в 4G. Это позволит выходить в Интернет практически из любой точки земного шара, причем скорость соединения будет очень высокой. Однако все это будет не ранее чем через 5-10 лет, а пока нам придется довольствоваться сетями Wi-Fi, которые, впрочем, становятся все более доступными и удобными в использовании.

Алексей Садовский