Przed zakupem jakichkolwiek urządzeń sieciowych należy zaprojektować sieć. Dotyczy to zarówno sieci firmowych, o dużym stopniu skomplikowania, jak również sieci domowych. W przypadku sieci firmowych wydaje się to oczywiste ze względu na potrzebę akceptacji planowanych zakupów, czy skomplikowanie samej sieci. W przypadku zastosowań domowych projekt sieci wydaje się przerostem formy nad treścią, jednakże jest równie ważny jak dla zastosowań komercyjnych. Zabezpieczy to nas przed skutkami nieprzemyślanych zakupów, które obciążają nasz prywatny budżet domowy. Najważniejszym elementem jest dokładne określenie wymagań stawianych projektowanej sieci bezprzewodowej. W skrajnym przypadku może się okazać, że nie istnieje rozwiązanie umożliwiające realizację naszych założeń. Przykładowo niewykonalnym zadaniem może okazać się połączenie dwóch oddziałów firmy oddzielonych osiedlem wielokondygnacyjnych bloków, mimo iż odległość pomiędzy oddziałami nie przekracza 1000 metrów. Poniżej przedstawimy wykorzystanie urządzeń do budowy typowych bezprzewodowych sieci komputerowych, jak również rozwiązania bardziej skomplikowane umożliwiające zwiększenie zasięgu sieci.
7.1.Typowe schematy sieci bezprzewodowych
Najprostszym i najtańszym typem sieci jest sieć peer to peer (każdy z każdym). Tak zbudowana sieć umożliwia nawiązanie transmisji bezpośredniej pomiędzy poszczególnymi elementami sieci bezprzewodowej. Jest to rozwiązanie najprostsze z możliwych. Wadą tego rozwiązania jest brak możliwości prostego podłączenia się do sieci przewodowej. Jest to idealne rozwiązanie dla sieci domowych w przypadku, gdy chcemy skopiować dane z komputera stacjonarnego na komputer przenośny, czy korzystać ze wspólnej drukarki. Rysunek 7.1 przedstawia schemat sieci typu peer to peer.
Zastosowanie sieci typu peer to peer wymusza odpowiednie skonfigurowanie karty sieciowej. W przypadku urządzeń mobilnych wykorzystywanych w pracy zawodowej i w domu może zachodzić konieczność ciągłego przełączania trybów pracy urządzenia. Lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie urządzenia dostępowego pośredniczącego w transmisji pomiędzy poszczególnymi elementami sieci bezprzewodowej. Rozwiązanie takie ułatwia ewentualną rozbudowę sieci, dodatkowo umożliwia zastosowanie automatycznego przydzielania adresów IP. Rysunek 7.2 przedstawia typowy schemat sieci bezprzewodowej z wykorzystaniem urządzenia dostępowego.
Najczęściej spotykanym rozwiązaniem wykorzystującym urządzenia dostępowe jest łączenie urządzeń mobilnych z siecią przewodową. Rysunek 7.3 przedstawia typowy schemat połączenia urządzeń mobilnych do sieci przewodowej.
W przypadku zastosowań domowych siecią przewodową może być komputer stacjonarny wyposażony w kartę ethernetową. Rozwiązanie takie zmniejsza koszty budowy sieci, a jednocześnie umożliwia łatwą jej rozbudowę w przyszłości. Projektując małą sieć domową lub firmową możemy wykorzystać urządzenia dostępowe z wbudowanym routerem. Rozwiązanie takie umożliwi bezproblemowe i tanie podłączenie kilku komputerów do jednego łącza internetowego. Dodatkowo każdy punkt dostępowy z routerem dysponuje wbudowanym switchem umożliwiającym podłączenie 4 urządzeń za pomocą sieci ethernet. Rysunek 7.4 przedstawia schemat podłączenia sieci bezprzewodowej do łącza internetowego.
Należy pamiętać, że w zależności od dostawcy możemy dysponować modemem ze złączem USB lub ethernet. Prawie wszystkie dostępne routery wyposażone są w złącze ethernet. Bardzo rzadko spotykane są routery ze złączem USB. W przypadku łącz typu ADSL (np. Neostrada) istnieje możliwość zakupu urządzenia, które jest jednocześnie punktem dostępowym, routerem i modemem ADSL. Jest to dobre rozwiązanie, w przypadku, gdy nasz dostawca internetowy instaluje wyłącznie modemy ze złączem USB. Wszystkie opisane powyżej rozwiązania są rozwiązaniami typowymi, umożliwiającymi zbudowanie prostej sieci bezprzewodowej o małym zasięgu. Urządzenia dostępowe tych sieci pracują w podstawowym trybie Access point. Często zasięg oferowany przez jedno urządzenie dostępowe jest zbyt mały nawet w warunkach małego biura, czy domu. W takim przypadku możemy wykorzystać drugie urządzenie dostępowe w celu zwiększenia zasięgu naszej sieci bezprzewodowej. Rysunek 7.5 przedstawia sposób podłączenia drugiego urządzenia dostępowego w celu zapewnienia większego zasięgu sieci bezprzewodowej.
W zależności od miejsca, w których znajduje się klient sieci bezprzewodowej łączy się on z pierwszym lub drugim urządzeniem dostępowym. Jest to rozwiązanie idealne dla firm, w których znajduje się standardowa sieć kablowa. Kolejne urządzenia dostępowe wpina się w takim przypadku do sieci kablowej w miejscach umożliwiających pokrycie sygnałem wymaganego obszaru. Wszystkie wykorzystane urządzenia dostępowe pracują w trybie Access point i umożliwiają roaming, czyli przekazywanie klienta bezprzewodowego w zależności od siły odbieranego sygnału. Często zdarza się, że nie istnieje możliwość podłączenia dodatkowego urządzenia dostępowego do sieci przewodowej. W takiej sytuacji możemy wykorzystać funkcję repeatera umożliwiającą zwiększenie zasięgu sieci bezprzewodowej. Rysunek 7.6 przedstawia schemat sieci zaprojektowanej z wykorzystaniem repeatera.
Klient znajduje się w zasięgu repeatera. Nawiązanie bezpośredniej łączności pomiędzy klientem, a punktem dostępowym jest niemożliwe. Wysyłany przez klienta sygnał jest retransmitowany przez repeater. Repeater znajduje się w zasięgu sieci właściwego punktu dostępowego, który odbiera retransmitowany sygnał. Pakiety wysyłane przez punkt dostępowy i retransmitowane przez repeater odbierane są przez klienta. W takim rozwiązaniu repeater jest pośrednikiem pomiędzy punktem dostępowym a klientem. Rozwiązanie takie posiada jedną podstawową wadę: prędkość transmisji danych pomiędzy punktem dostępowym a klientem zmniejsza się o połowę. Wiąże się to z faktem, że każdy wysyłany pakiet jest powtarzany przez repeater. W sytuacji, gdy zależy nam na większej przepustowości łącza lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie połączenia mostowego (wymaga zastosowania dodatkowego punktu dostępowego). Rysunek 7.7 przedstawia schemat połączenia dwóch segmentów sieci LAN za pomocą mostu (bridge) bezprzewodowego.
Urządzenia dostępowe pracujące w trybie mostu zapewniają przezroczyste połączenie dwóch segmentów sieci przewodowej. Oznacza to, że poszczególne komputery mogą łączyć się między sobą jak w zwykłej sieci lokalnej. Urządzenia dostępowe tworzą specjalne tablice adresów fizycznych MAC, dzięki którym zostaje ograniczony zbędny ruch pomiędzy poszczególnymi segmentami sieci. W sytuacji, gdy dwa komputery znajdujące się w jednym segmencie dokonują transmisji danych, informacje te nie są retransmitowane poprzez połączenie mostowe. Tylko w przypadku połączenia tworzonego pomiędzy komputerami z różnych segmentów dane są przekazywane pomiędzy urządzeniami dostępowymi. Należy pamiętać, że urządzenia dostępowe pracujące w trybie mostu NIE OBSŁUGUJĄ klientów bezprzewodowych. Możliwe jest połączenie większej liczby segmentów za pomocą połączenia mostowego. Wykonanie takiego połączenia umożliwia tryb multiple bridge. W zależności od specyfiki naszej sieci możliwe jest wykonanie połączenia mostowego w dwóch trybach: każdy z każdym, segment główny i segmenty podrzędne. W sytuacji, gdy ilość przesyłanych informacji pomiędzy poszczególnymi segmentami sieci jest równomierna a jednocześnie istnieje możliwość zestawienia połączeń bezprzewodowych pomiędzy poszczególnymi segmentami dobrym rozwiązaniem jest ustanowienie połączenia za pomocą funkcji mostu wielokrotnego. Rysunek 7.8 przedstawia schemat połączenia 3 segmentów sieci LAN za pomocą łącz bezprzewodowych.
W przypadku, gdy komputery znajdujące się w różnych segmentach nawiązują połączenie dane przesyłane są poprzez most z jednego segmentu do drugiego. Dla połączeń typu multiple bridge dane wysyłane są do wszystkich urządzeń pracujących w tym trybie. Po odebraniu danych następuje ich identyfikacja na podstawie tablicy adresów fizycznych MAC danego segmentu. W przypadku, gdy komputerem docelowym jest komputer z danego segmentu sieci LAN pakiet przekazywany jest do sieci kablowej, w przeciwnym wypadku pakiet jest ignorowany. Wszystkie urządzenia dostępowe pracują w trybie multiple bridge. Możliwe jest utworzenie mostu mieszanego, w którym jedno z urządzeń pracuje w trybie multiple bridge i łączy się z pozostałymi pracującymi w trybie bridge (czyli mostu). Rozwiązania takie stosuje się w sytuacji, gdy niemożliwe jest ustanowienie bezpośredniego połączenia pomiędzy segmentami sieci, natomiast jeden z segmentów znajduje się w miejscu zapewniającym podłączenie pozostałych. Rozwiązania takie stosują również dostawcy bezprzewodowych łącz internetowych, którzy muszą zapewnić połączenie odległych segmentów sieci do łącza Internet. Rysunek 7.9 przedstawia przykładowy schemat mostu mieszanego.
Jak widać na rysunku nie ma możliwości uzyskania bezpośredniego połączenia pomiędzy wszystkimi segmentami sieci. Istnieje natomiast segment pośredniczący, który umożliwia nawiązanie połączenia pomiędzy wszystkimi segmentami sieci. W tym przykładzie dwa urządzenia pracują w trybie mostu, jedno pracuje w trybie mostu wielokrotnego. Ostatnim możliwym do wykorzystania trybem pracy urządzeń dostępowych jest tryb klienta. W tym trybie urządzenie dostępowe zachowuje się jak zwykła bezprzewodowa karta sieciowa. Rysunek 7.10 przedstawia schemat połączenia z wykorzystaniem trybu klienta.
Urządzenie dostępowe pracujące w trybie klienta umożliwia podłączenie tylko jednego urządzenia klienckiego (komputera) do sieci bezprzewodowej. Związane jest to z maskowaniem adresów fizycznych MAC. W trybie klienta urządzenie dostępowe przepuszcza adres fizyczny MAC jednej karty sieciowej, lub podstawia własny adres MAC. W sytuacji, gdy nie zależy nam na bezpośrednim połączeniu pomiędzy poszczególnymi komputerami w sieci możemy podłączyć większą liczbę komputerów poprzez klienta stosując router. Rysunek 7.11 przedstawia podłączenie kilku komputerów poprzez router do sieci bezprzewodowej.
Router wykorzystuje jeden adres IP do nawiązywania połączeń z sieci wewnętrznej do sieci zewnętrznej. Urządzenie dostępowe w trybie klienta łączy więc router w taki sam sposób jakby to był pojedynczy komputer. Dodatkowym plusem takiego rozwiązania jest izolacja komputerów znajdujących się za routerem. Opisane rozwiązania umożliwiają zaprojektowanie sieci o praktycznie dowolnym stopniu skomplikowania, zgodnie z konkretnymi wymaganiami jej użytkowników. W następnej części przedstawimy przykładowe rzeczywiste rozwiązania wykorzystujące zalety sieci bezprzewodowych.
7.2.Rzeczywiste projekty sieci bezprzewodowych
Spadek cen urządzeń standardu 802.11b spowodował wzrost popularności sieci bezprzewodowych. Bardzo szybko zaczęły powstawać osiedlowe sieci bezprzewodowe umożliwiające uzyskanie połączenia do sieci Internet. Powstały firmy świadczące usługi bezprzewodowego dostępu do sieci Internet. Rozwiązanie takie stało się atrakcyjne z następujących powodów:
- instalacja dostępu do sieci Internet trwa kilkanaście minut,
- opłaty za korzystanie z sieci są znacznie niższe niż za korzystanie z rozwiązań oferowanych przez operatorów kablowych,
- uzyskanie dostępu stało się możliwe w miejscach, w których nie ma możliwości podłączenia się do sieci kablowych.
Rysunek 7.12 przedstawia schemat sieci bezprzewodowej pracującej na osiedlu domków jednorodzinnych.
Do wykonania sieci wykorzystano punkt dostępowy z wbudowanym routerem i modemem ADSL firmy D-Link DI-614. Na dachu budynku zamontowano antenę szczelinową o wzmocnieniu 12 dBi połączoną z urządzeniem dostępowym za pomocą dziesięciometrowego odcinka kabla H-155. Zastosowano karty klienckie D-Link DWL-520+. U wszystkich klientów zastosowano anteny panelowe o wzmocnieniu 8 dBi umieszczone w miejscach zapewniających optyczną widoczność anteny dookólnej. Długość kabla połączeniowego pomiędzy antenami a kartami klienckimy w zależności od lokalizacji wyniosła od 6 do 12m. Największa odległość między anteną dookólną a anteną kliencką wynosi 650m. Tak zbudowana sieć została podłączona do łącza ADSL 1Mb. Ze względu na minimalizację sprzętu i kosztów nie zastosowano żadnych rozwiązań ograniczających pasmo transmisji danych. Kolejnym przykładem jest podłączenie domu jednorodzinnego do sieci internet. Rysunek 7.13 przedstawia schemat podłączenia radiowego łącza internetowego.
Połączenie pomiędzy urządzeniem dostępowym a klientem wykonane zostało przy pomocy anteny kierunkowej typu Yagi Z-16Au ustawionej w polaryzacji pionowej (antena przekaźnikowa dostawcy połączenia wymusza stosowanie danej polaryzacji). Zastosowano urządzenie dostępowe Planet WAP-1963A pracujące w trybie klienta. Urządzenie dostępowe podłączono z anteną za pomocą 5 metrowego odcinka kabla H-155. Do urządzenia dostępowego po stronie złącza ethernet podłączono acces pointa z funkcją routera firmy D-Link DI-614. Router oraz urządzenie dostępowe pracujące w trybie klienta posiadają własne adresy IP z puli adresów dostawcy łącza, przy czym adres urządzenia dostępowego nie jest routowany na zewnątrz (brak możliwości korzystania z sieci Internet przy wykorzystaniu adresu urządzenia dostępowego). Do routera za pomocą połączeń kablowych podłączono trzy komputery domowe. Dodatkowo sygnał wewnętrznej sieci lokalnej transmitowany jest drogą radiową umożliwiając dostęp do sieci Internet za pomocą komputera przenośnego z dowolnego miejsca w budynku, jak również w części ogrodu wokół budynku. Kolejnym praktycznym przykładem wykorzystania możliwości sieci bezprzewodowych jest pokazany na rysunku 7.14 schemat podłączenia dużej grupy klientów (ok. 70 komputerów klienckich) do sieci Internet.
Rozmieszczenie poszczególnych elementów sieci uwarunkowane zostało zainteresowaniem sukcesywnie podłączanych klientów. Z tego względu główny punkt dystrybucyjny nie znajduje się w centralnej części sieci (co ułatwiłoby rozprowadzenie sygnału oraz zmniejszyło liczbę potrzebnych elementów sieci). Sieć funkcjonuje od kilku lat. W początkowej fazie rozwoju była to sieć kablowa podłączona do łącza ADSL 0,5Mb. Obecnie sieć podłączona jest do łącza ADSL 2Mb. Funkcję routera pełni serwer oparty na systemie operacyjnym Linux zarządzający jednocześnie przydziałem adresów IP oraz wykorzystaniem pasma przez poszczególne komputery klienckie. Całe 2 Mb pasmo dzielone jest na ilość aktualnie podłączonych klientów, co zapewnia pełne wykorzystanie łącza internetowego. Na dachu budynku, w którym znajduje się serwer zamontowano antenę sektorową. Antena ta transmituje sygnał do całej sieci bezprzewodowej. Ze względu na duże obciążenie łącza radiowego w tym miejscu zastosowano urządzenie dostępowe Planet WAP-4000 umożliwiające nawiązanie transmisji w trybie wielokrotnego mostu z prędkością 54 Mbps. W odległości ok. 2 km zamontowano zestaw dwóch urządzeń dostępowych. Pierwsze z nich to Planet WAP-4000 pracujący w trybie mostu, umożliwiający nawiązanie połączenia z głównym urządzeniem dostępowym. Do zestawienia połączenia wykorzystano antenę kierunkową typu Yagi Z-16Au skierowaną na antenę sektorową. Do mostu podłączono urządzenie dostępowe Planet WAP-1963A z anteną dookólną 12 dBi. Do punktu dostępowego podłączeni są użytkownicy końcowi za pomocą kart sieciowych D-Link DWL-520+ oraz anten panelowych. Kolejnym węzłem sieci jest oddalony o 1,5 km punkt składający się z trzech urządzeń dostępowych. Pierwsze z nich to Planet WAP-4000 pracujący w trybie mostu zapewniający połączenie z głównym punktem dostępowym. Kolejnym urządzeniem jest Planet WAP-1963A pracujący w trybie access point zapewniający podłączenie użytkowników końcowych. Trzecie urządzenie to D-Link 2000AP pracujący w trybie mostu umożliwiający podłączenie kolejnego segmentu sieci bezprzewodowej. Urządzenia pracujące w trybie mostu wyposażono w anteny kierunkowe Yagi Z-16Au, natomiast punkt dostępowy pracuje z anteną dookólną 12 dBi. W odległości ok. 1,8 km znajduje się kolejny węzeł sieci bezprzewodowej. Utworzony został z dwóch urządzeń dostępowych jednego pracującego w trybie mostu (D-Link 2000AP) oraz drugiego pracującego w trybie access point. Do tak utworzonego punktu dostępowego podłączone są bezpośrednio karty klienckie użytkowników końcowych. Dodatkowo w celu zwiększenia zasięgu zastosowano dwa dodatkowe urządzenia pracujące w trybie repeatera. Repeatery wyposażono w anteny dookólne o wzmocnieniu 12 dBi, które jednocześnie umożliwiają połączenie z punktem dostępowym pracującym w trybie access point, jak również z kartami użytkowników. Jeden z repeaterów pracuje w trybie WDS. Oznacza to, że umożliwia dodatkowe podłączenie komputera (lub kilku komputerów) za pomocą sieci kablowej. Rozwiązanie to umożliwiło bezpośrednie podłączenie do sieci komputera klienta, u którego zamontowano repeater.