Создание современной wi-fi сети стандарта 802.11ac на базе решений от zyxel

Подводные камни технологии WDS

Несмотря на кажущиеся преимущества технологии WDS, здесь имеются свои подводные камни, среди которых стоит отметить следующие:

• уменьшение скорости соединения в WDS сети;
• невозможность использования WPA-шифрования данных;
• проблема совместимости оборудования различных производителей.

Уменьшение скорости соединения в беспроводной сети при реализации WDS технологии связано с тем, что все точки доступа используют один и тот же канал связи, поэтому, чем больше точек беспроводного доступа используется в сети в режиме повторителя или моста, тем ниже скорость соединения беспроводных клиентов в такой сети.

Другой недостаток WDS-сети заключается в том, что в ней не поддерживаются технологии аутентификации пользователей и шифрования данных, основанные на динамических ключах. Поддерживаются только статические ключи. То есть единственная технология, поддерживаемая WDS-сетями, – это WEP-шифрование, которое, как известно, является менее стойким в сравнении с WPA-шифрованием.

Ну и последняя проблема WDS-сетей – это проблема совместимости оборудования различных производителей. Дело в том, что на сегодняшний момент не существует единой спецификации WDS, что порождает определённую проблему при использовании устройств различных производителей.

Конечно, если для создания распределённой сети используются точки доступа, построенные на одних и тех же чипсетах, то вопрос о несовместимости оборудования отпадает. Однако в большинстве случаев информация о чипсете, на котором построена точка доступа, недоступна пользователю. Поэтому единственной 100% гарантией совместимости оборудования является использование одинаковых точек доступа для развёртывания WDS-сети. Также велика вероятность совместимости оборудования при использовании точек доступа одного производителя (даже если это различные модели). В отношение же совместимости точек доступа различных производителей вопрос остаётся открытым (хотя, конечно, это не означает, что точки доступа различных производителей будут несовместимы друг с другом).

Технология WDS

Термин WDS (Wireless Distribution System) расшифровывается как «распределённая беспроводная система». Данная технология поддерживается большинством современных точек доступа. Если говорить упрощённо, то данная технология позволяет точкам доступа устанавливать беспроводное соединение не только с беспроводными клиентами, но и между собой.

Соединения WDS основываются на MAC-адресах и используют специальный тип кадров, в которых задействованы все четыре поля для MAC-адресов, определённые стандартом 802.11, вместо трех, как при обычной передаче данных между точкой доступа и клиентом. Напомним, что при взаимодействии клиентов с точкой доступа заголовок каждого кадра содержит MAC-адреса узла-отправителя, узла-получателя и самой точки доступа. В случае использования WDS-технологии в каждый кадр, кроме MAC-адреса узла-отправителя и узла-получателя, вставляются также MAC-адреса ассоциированной с узлом точки доступа и взаимодействующей с ней точки доступа.

Технология WDS может использоваться для реализации двух режимов беспроводных соединений между точками доступа: режима беспроводного моста (радиомоста) и режима беспроводного повторителя.

Режим беспроводного моста позволяет точкам доступа работать только с другими точками доступа, но не с клиентскими адаптерами. Режим беспроводного повторителя позволяет точкам доступа работать как с другими точками доступа, так и с клиентскими адаптерами.

Понятно, что рассматриваемая нами архитектура распределённой беспроводной сети подразумевает функционирование обеих точек доступа в режиме беспроводных повторителей.

Настройка безопасности распределённой беспроводной сети

Если первоначальное тестирование созданной распределённой беспроводной сети прошло успешно, можно переходить ко второму этапу – настройке безопасности сети для предотвращения несанкционированного доступа в свою сеть хотя бы со стороны соседей.

Прежде всего отметим, что созданная нами беспроводная сеть является одноранговой, то есть все компьютеры этой сети равноправны и отсутствует выделенный сервер, регламентирующий работу сети. Поэтому полагаться на политику системной безопасности в такой сети бессмысленно, поскольку подобной политики там просто нет. Поэтому настройку безопасности беспроводной сети необходимо проводить на уровне точек доступа. Безопасность беспроводной сети строится на нескольких «рубежах». На первом рубеже будет использована фильтрация беспроводных клиентов по MAC-адресам, на втором рубеже – использование скрытого идентификатора сети, и на последнем рубеже – шифрование данных.

Настройка точек доступа

Для развертывания распределённой беспроводной сети на базе двух точек доступа, поддерживающих WDS-технологию, прежде всего необходимо настроить по отдельности две беспроводные сети. Собственно, процесс настройки каждой беспроводной сети заключается в настройке двух отдельных точек доступа.

Мы будем рассматривать процесс настройки точек доступа, интегрированных в беспроводные маршрутизаторы Gigabyte GN-B49G и Gigabyte GN-BR01G. Предполагается, что на всех компьютерах, входящих в беспроводную сеть, используется операционная система Windows XP Professional SP3 (английская версия).

Для настройки точки доступа первое, что потребуется выяснить, – это IP-адрес точки доступа, логин и пароль, заданный по умолчанию. Любая точка доступа или маршрутизатор, будучи сетевым устройством, имеет собственный сетевой адрес (IP-адрес).

В подавляющем большинстве случаев по умолчанию IP-адрес точки доступа равен 192.168.1.254, или 192.168.1.1, или 192.168.0.254, или 192.168.0.1, что же касается логина и пароля, то, как правило, по умолчанию логин пользователя – это «admin», а пароль либо не задаётся, либо – это всё тот же «admin». В любом случае, IP-адрес и пароль указывается в инструкции пользователя.

Предположим, что IP-адрес точки доступа по умолчанию равен 192.168.1.254 (характерно для всех точек доступа Gigabyte).

Далее каждую точку доступа необходимо подключить к компьютеру с использованием традиционного сетевого интерфейса Ethernet (для этого на компьютерах должны быть установлены сетевые Ethernet-контроллеры). В случае использования беспроводных маршрутизаторов подключение компьютера производится через LAN-порт маршрутизатора.

Выбор оборудования для беспроводной сети

Есть несколько типов беспроводных стандартов: 802.11a, 802.11b и 802.11g. В соответствии с этими стандартами существуют и различные типы оборудования. Стандарты беспроводных сетей семейства 802.11 отличаются друг от друга прежде всего максимально возможной скоростью передачи. Так, стандарт 802.11b подразумевает максимальную скорость передачи до 11 Мбит/с, а стандарты 802.11a и 802.11g – максимальную скорость передачи до 54 Мбит/с. Кроме того, в стандартах 802.11b и 802.11g предусмотрено использование одного и того же частотного диапазона – от 2,4 до 2,4835 ГГц, а стандарт 802.11a подразумевает применение частотного диапазона от 5,15 до 5,35 ГГц.

Оборудование стандарта 802.11a, в силу используемого им частотного диапазона, не сертифицировано в России. Это, конечно, не мешает применять его в домашних условиях. Однако купить такое оборудование проблематично. Именно поэтому в дальнейшем мы сосредоточимся на рассмотрении стандартов 802.11b и 802.11g.

Следует учесть, что стандарт 802.11g полностью совместим со стандартом 802.11b, то есть стандарт 802.11b является подмножеством стандарта 802.11g, поэтому в беспроводных сетях, основанных на оборудовании стандарта 802.11g, могут также работать клиенты, оснащённые беспроводным адаптером стандарта 802.11b. Верно и обратное – в беспроводных сетях, основанных на оборудовании стандарта 802.11b, могут работать клиенты, оснащённые беспроводным адаптером стандарта 802.11b. Впрочем, в таких смешанных сетях скрыт один подводный камень: если мы имеем дело со смешанной сетью, то есть с сетью, в которой имеются клиенты как с беспроводными адаптерами 802.11b, так и с беспроводными адаптерами 802.11g, то все клиенты сети будут работать по протоколу 802.11b. Более того, если все клиенты сети используют один и тот же протокол, например 802.11b, то данная сеть является гомогенной, и скорость передачи данных в ней выше, чем в смешанной сети, где имеются клиенты как 802.11g, так и 802.11b. Дело в том, что клиенты 802.11b «не слышат» клиентов 802.11g. Поэтому для того, чтобы обеспечить совместный доступ к среде передачи данных клиентов, использующих различные протоколы, в подобных смешанных сетях точки доступа должны отрабатывать определённый механизм защиты. Не вдаваясь в подробности реализации данных механизмов, отметим лишь, что в результате применения механизмов защиты в смешанных сетях реальная скорость передачи становится ещё меньше.

Поэтому при выборе оборудования для беспроводной домашней сети стоит остановиться на оборудовании одного стандарта. Протокол 802.11b сегодня является уже устаревшим, да и реальная скорость передачи данных при использовании данного стандарта может оказаться неприемлемо низкой. Так что оптимальный выбор – оборудование стандарта 802.11g.

Качественный эксперимент

Переместимся из стерильной лаборатории на реальный объект заказчика. В помещении были установлены две точки доступа с мощностью излучения 10 дБм (10 мВт), беспроводной контроллер и необходимая поддерживающая проводная инфраструктура. Схема помещений и места установки точек доступа представлены ниже.
Беспроводной клиент перемещался по помещению, совершая видеозвонок. Сначала мы отключили поддержку стандарта 802.11k в контроллере и установили места, в которых происходило переключение. Как видно из представленной ниже картинки, это случалось на значительном удалении от «старой» точки доступа, вблизи «новой»; в этих местах сигнал становился очень слабым, а скорости едва хватало для передачи видеоконтента. Наблюдались заметные лаги в голосе и видео при переключении.
Затем мы включили поддержку 802.11k и повторили эксперимент. Теперь переключение происходило раньше, в местах, где сигнал от «старой» точки доступа все еще оставался достаточно сильным. Лагов в голосе и видео зафиксировано не было. Место переключения теперь переместилось примерно на середину между точками доступа.
В этом эксперименте мы не ставили перед собой цели выяснить какие бы то ни было численные характеристики переключения, а лишь качественно продемонстрировать суть наблюдаемых различий.
 

Тестирование производительности беспроводной распределённой сети

Итак, после того как распределенная сеть настроена и её работоспособность проверена, можно приступать к тестированию её производительности. При тестировании ноутбук с беспроводным адаптером располагался в непосредственной близости от первой точки доступа (AP #1), в качестве которой выступал беспроводной маршрутизатор Gigabyte GN-B49G c версией прошивки Firmware 1.35E. Вторая точка доступа (AP #2), в качестве которой выступал беспроводной маршрутизатор Gigabyte GN-BR01G c версией прошивки Firmware 1.30E, находилась в соседнем помещении за бетонной стеной.

В первом тесте измерялся трафик между ноутбуком и ПК #1, к которому подключалась точка доступа AP #1. Во втором тесте измерялся трафик между ПК #1 и ПК #2, то есть, между компьютерами, к которым подключены точки доступа. В третьем тесте измерялся трафик между ноутбуком и вторым стационарным компьютером (ПК #2), расположенным за бетонной стеной, к которому подключалась вторая точка доступа. Схема тестирования показана на рис. 14.

Стандарты беспроводной связи

Существует несколько типов беспроводных стандартов: 802.11a, 802.11b и 802.11g. В соответствии с этими стандартами используются различные типы оборудования. Кроме того, всё чаще встречаются точки доступа с поддержкой одновременно нескольких стандартов, например, 802.11g и 802.11a. Стандарты беспроводных сетей семейства 802.11 отличаются друг от друга и максимально возможной скоростью передачи, и радиусом действия беспроводной сети. Так, стандарт 802.11b подразумевает максимальную скорость передачи до 11 Мбит/с, а стандарты 802.11a и 802.11g – максимальную скорость передачи до 54 Мбит/с. Кроме того, в стандартах 802.11b и 802.11g предусмотрено использование одного и тот же частотного диапазона — от 2,4 до 2,4835 ГГц, а стандарт 802.11a подразумевает использование частотного диапазона от 5,15 до 5,35 ГГц. Соответственно, если точка доступа поддерживает одновременно стандарт 802.11a и 802.11g, то она является двухдиапазонной.

Оборудование стандарта 802.11a, в силу используемого им частотного диапазона, не сертифицировано в России. Это, конечно, не мешает использовать его в домашних условиях. Однако купить такое оборудование проблематично. Именно поэтому в дальнейшем мы сосредоточимся на рассмотрении стандартов 802.11b и 802.11g.

Следует учесть, что стандарт 802.11g полностью совместим со стандартом 802.11b, то есть стандарт 802.11b является подмножеством стандарта 802.11g, поэтому в беспроводных сетях, основанных на оборудовании стандарта 802.11g, могут также работать клиенты, оснащённые беспроводным адаптером стандарта 802.11b. Верно и обратное – в беспроводных сетях, основанных на оборудовании стандарта 802.11b, могут работать клиенты, оснащённые беспроводным адаптером стандарта 802.11g. Впрочем, в таких смешанных сетях заложен один подводный камень: если мы имеем дело со смешанной сетью, то есть с сетью, в которой имеются как клиенты с беспроводными адаптерами 802.11b, так и клиенты с беспроводными адаптерами 802.11g, то все клиенты сети будут работать по протоколу 802.11b. Более того, если все клиенты сети используют один и тот же протокол, например, 802.11b, то данная сеть является гомогенной, и скорость передачи данных в такой сети выше, чем в смешанной сети, где имеются как клиенты 802.11g, так и 802.11b. Дело в том, что клиенты 802.11b «не слышат» клиентов 802.11g. Поэтому для того, чтобы обеспечить совместный доступ к среде передачи данных клиентов, использующих различные протоколы, в подобных смешанных сетях точки доступа должны отрабатывать определенный механизм защиты. Не вдаваясь в подробности реализации данных механизмов, отметим лишь, что в результате использования механизмов защиты в смешанных сетях реальная скорость передачи становится ещё меньше.

Поэтому при выборе оборудования для беспроводной домашней сети стоит остановиться на оборудовании одного стандарта. Протокол 802.11b на сегодня является уже устаревшим, да и реальная скорость передачи данных при использовании данного стандарта может оказаться неприемлемо низкой. Так что оптимальный выбор – оборудование стандарта 802.11g.

Некоторые производители предлагают оборудование стандарта 802.11g+ (SuperG), а на коробках своих изделий (точках доступа и беспроводных адаптерах) помимо надписи «802.11g+» указывают ещё и скорость в 100, 108 или даже 125 Мбит/с.

Фактически никакого протокола 802.11g+ не существует, и всё, что скрывается за этим загадочным протоколом – это расширение базового стандарта 802.11g.На самом деле, все производители чипсетов для беспроводных решений (Intersil, Texas Instruments, Atheros, Broadcom и Agere) в том или ином виде реализовали расширенный режим 802.11g+. Однако проблема заключается в том, что все производители по-разному реализуют данный режим, и нет никакой гарантии, что решения различных производителей смогут взаимодействовать друг с другом. Поэтому при покупке точки доступа стандарта 802.11g+ следует убедиться, что беспроводные адаптеры также поддерживают данный стандарт.

Другие стандарты

Кроме популярных технологий, производитель Wi-Fi Alliance разработал и другие стандарты для более специализированного применения. К числу таких модификаций, исполняющих сервисные функции, относятся:

• 802.11d — делает совместимым устройства беспроводной связи разных производителей, адаптирует их к особенностям передачи данных на уровне всей страны;
• 802.11e — определяет качество отправляемых медиафайлов;
• 802.11f — управляет многообразием точек доступа разных производителей, позволяет одинаково работать в разных сетях;

• 802.11h — предотвращает потерю качества сигнала при влиянии метеорологического оборудования и военных радаров;
• 802.11i — улучшенная версия защиты личной информации пользователей;
• 802.11k — следит за нагрузкой определённой сети и перераспределяет пользователей на другие точки доступа;
• 802.11m — содержит в себе все исправления стандартов 802.11;
• 802.11p — определяет характер Wi-Fi-устройств, находящихся в диапазоне 1 км и движущихся со скоростью до 200 км/ч;
• 802.11r — автоматически находит беспроводную сеть в роуминге и подключает к ней мобильные устройства;
• 802.11s — организует полносвязное соединение, где каждый смартфон или планшет может быть маршрутизатором или точкой подключения;
• 802.11t — эта сеть тестирует весь стандарт 802.11 целиком, выдаёт способы проверки и их результаты, выдвигает требования для работы оборудования;
• 802.11u — эта модификация известна всем по разработкам Hotspot 2.0. Она обеспечивает взаимодействие беспроводных и внешних сетей;
• 802.11v — в этой технологии создаются решения для совершенствования модификаций 802.11;
• 802.11y — незаконченная технология, связывающая частоты 3,65–3,70 ГГц;
• 802.11w — стандарт находит способы усиления защиты доступа к передаче информации.

Стандарты Wi-Fi — что такое и кто их устанавливает

Первичные стандарты Wi-Fi никак не обозначались. Они возникли в 1996 г. и применялись на протяжении трех лет. Информационные пакеты закачивались и отдавались на скорости около 1 Мбит/с, но в тот период о портативных устройствах речи не шло, а страницы в интернете «весили» не больше 20 Кб.

Изначально новая технология не была оценена по достоинству и использовалась в определенных целях:

• отладка оборудования
• удаленная настройка ПК и пр.

В то время сотовые телефоны были у единиц, а понятие о передаче данных без кабелей стало распространенным только через несколько лет.

Отсутствие популярности не повлияло на развитие протокола. Производители создавали девайсы, увеличивающие мощность модуля при переносе информации. Первые стандарты Wi-Fi стали работать с удвоенной скоростью — 2 Мбит/с. Объединение из нескольких компаний начало разработку новой технологии, которая бы смогла обеспечивать более высокие пропускные способности.

Стандартные значения

Характеристики дополнительных стандартов Wi-Fi

Кроме основных существуют вторичные протоколы по Wi-Fi, которые применяются для сервисного функционала. Их название имеет общий корень «802.11», а дополнительные буквы уточняют направленность утилиты.

• «802.11d» — предназначен для подстройки прибора под разнообразные условия государства. Для каждой страны диапазон Wi-Fi отличается, а он позволяет регулировать частотные полосы при помощи функционала, в котором есть протоколы управления доступом к среде передач. Известен под названием «китайской миллиметровой волны».
• «802.11e» — связан с мультимедиа, назначает приоритет для видео- и аудиофайлов. С его помощью определяется их качество, к основным относят утилиты «VoIP», «Streaming Multimedia».
• «802.11f» — обеспечивает аутентификацию сетевой аппаратуры при переподключении от одной точки доступа ко второй (на уровне сетевых сегментов). Активизирует протоколы по обмену служебной информацией, которая обязательно используется во время передачи сведений между маршрутизаторами. Таким подходом обеспечивает эффективную работу распределенных полос вещания.
• «802.11h» — эффективно управляет мощностью излучения, позволяет выбирать несущую частоту передачи и генерировать отчетность. С его помощью вносятся новые алгоритмы, способные переходить в нужные диапазоны, увеличивать или снижать мощность передатчиков, что помогает сделать офисные сетки оптимальными. Обеспечивает высокое качество связи при помехах.
• «802.11i» — используется для устранения недостатков по безопасности. Защищает на уровне каналов, создает безопасные соединения любого масштаба. Функционирует с 2004 г.
• «802.11k» — балансирует нагрузку в системе за счет ограниченного количества одновременно подключающихся к одной точке доступа пользователей. За счет него повышается пропускная способность — из-за эффективного использования ресурсов.
• «802.11m» — он собрал в себе все исправления и поправки. Первично подобный выпуск анонсировался в 2007 г., затем — в 2011 г.
• «802.11p» — отвечает за обеспечение взаимодействия приборов, движущихся при скорости около 200 км/ч, а точки доступа располагаются на расстоянии в тысячу метров. Входит в «WAVE», определяющий структуру и вторичный пакет интерфейсов и служебного функционала, отвечающих за безопасную связь между движущимся транспортом. Стандарт разрабатывался для навигационных устройств, автоматизированного сбора платежей, контроля и организации дорожного движения.
• «802.11r» — отвечает за определение быстрого роуминга для аппаратов, при переходе с одной полосы вещания на вторую. Используется для мобильных устройств, помогает не проделывать процедуру подключения каждый раз, когда абонент выходит из покрытия точки доступа.
• «802.11s» — под его управлением аппарат функционирует в роли маршрутизатора и адаптера. При загрузке ближайшей точки доступа вся информация перенаправляется на ближайший узел. Передача пакета проходит до достижения места назначения. В функционале используются новые протоколы, с поддержкой многоадресной и одноадресной поставки с широким форматом вещания.
• «802.11t» — вид предназначен для описания методов тестирования, способов измерений, конечной обработки полученных результатов, требований к испытываемой аппаратуре.
• «802.11u» — отвечает за определение протоколов доступа, запреты и приоритеты работы с внешними системами. За счет него обеспечивается полное взаимодействие проводных и беспроводных сеток.
• «802.11v» — создает решения для улучшения модификаций, обладает поправками, направленными на стабилизацию систем по сетевому управлению. За счет внесенных изменений происходит стабилизация конфигурации аппаратуры клиента, присоединенной к сети. Работает на уровне «MAC» и «PHY».
• «802.11y» — вторичный стандарт, необходимый для частотного диапазона от 3,65 до 3,67 ГГц. Применяется на оборудовании последнего поколения, работающего на скорости 54 Мбит/с и расстоянии до 5 тыс. метров (при условии открытого пространства). Функционал считается незавершенным.

Сравнение технологий

Итоги

В итоге, ASUS RT-AC87U – это один из самых производительных и функциональных беспроводных маршрутизаторов в мире на данный момент. Его возможностей с лихвой хватит для того, чтобы организовать домашнюю сеть с возможностью беспроводной трансляции 4K-контента, максимально быстрым доступом к сети интернет и внутрисетевым ресурсам, а также возможностью подключения стационарных ПК и USB-периферии. Благодаря мощному процессору и достаточному количеству ОЗУ в условиях офисной сети ASUS RT-AC87U сможет обеспечить стабильную работу с многочисленными устройствами. Это устройство создано для того, чтобы обеспечить требовательному пользователю максимальной быструю, устойчивую и комфортную работу с домашней или офисной сетью. Пользователям со средними и низкими требованиями стоит присмотреться к более доступным маршрутизаторам, так как в таких условиях недешевый ASUS RT-AC87U вряд ли сможет раскрыть весь свой потенциал.

Продукт предоставлен компанией ASUS, www.asus.ua

Итоги

ASUS EA-AC87 – отличное решение для перевода домашней Wi-Fi сети на стандарт 802.11 ac без замены основного маршрутизатора. Устройство обладает отличной производительностью, поддержкой MU-MIMO и может работать в режиме моста. К сожалению, девайс получился узкоспециализированным и дорогим, поэтому подойдет далеко не всем, но это характерно для всего оборудования подобного уровня.