Úspěch Wi-Fi přineslo využívání bezlicenčního pásma, což má negativní důsledky ve formě silného zarušení příslušného frekvenčního spektra a dále

Transkript

1 WI-FI 1

2 CHARAKTERISTIKA Cílem Wi-Fi sítí je zajišťovat vzájemné bezdrátové propojení přenosných zařízení a dále jejich připojování na lokální (např. firemní) sítě LAN. bezdrátovému připojení do sítě Internet v rámci rozsáhlejších lokalit a tzv. hotspotů. Wi-Fi zařízení jsou dnes prakticky ve všech přenosných počítačích a i v některých mobilních telefonech. 2

3 Úspěch Wi-Fi přineslo využívání bezlicenčního pásma, což má negativní důsledky ve formě silného zarušení příslušného frekvenčního spektra a dále častých bezpečnostních incidentů. Následníkem Wi-Fi by měla být bezdrátová technologie WiMAX, která se zaměřuje na zlepšení přenosu signálu na větší vzdálenosti. Wi-Fi zajišťuje komunikaci na spojové vrstvě, zbytek je záležitost vyšších protokolů. Typicky se proto přenášejí zapouzdřené ethernetové rámce. Pro bezdrátovou komunikaci na sdíleném médiu (šíření elektromagnetického pole prostorem) je používán protokol CSMA/CA (Ethernet používá na vodičích CSMA/CD). 3

4 STRUKTURA BEZDRÁTOVÉ SÍTĚ Bezdrátová síť může být vybudována různými způsoby v závislosti na požadované funkci. Ve všech případech hraje klíčovou roli identifikátor SSID (Service Set Identifier), což je řetězec až 32 ASCII znaků, kterými se jednotlivé sítě rozlišují. SSID identifikátor je v pravidelných intervalech vysílán jako broadcast, takže všichni potenciální klienti si mohou snadno zobrazit dostupné bezdrátové sítě, ke kterým je možné se připojit (tzv. asociovat se s přístupovým bodem). 4

5 BROADCAST Broadcast je v informatice zpráva, kterou v počítačové síti přijmou všechna připojená síťová rozhraní. Pomocí broadcastů se v současných sítích šíří například informace o sdílení v sítích Microsoft (pomocí protokolu SMB) nebo identifikace zařízení (CDP protokol). Pokud není síť vhodným způsobem rozdělena (na podsítě) nebo chráněna (firewallem), mohou broadcasty způsobit zahlcení sítě. 5

6 TYPY BROADCASTŮ Přestože je princip broadcastu stále stejný (jeden vysílá, všichni slyší), jsou broadcasty rozděleny do několika typů, které vyjadřují specifické podmínky jejich šíření v (pod)síti. MAC broadcast Speciální adresa pro poslání všem zařízením. K adresaci rámce, který má být odeslán jako MAC broadcast, se používá speciální MAC adresa ve tvaru FF:FF:FF:FF:FF:FF. Takový datový rámec je přijat všemi síťovými zařízeními, která jsou připojena ke stejnému segmentu sítě, do kterého patří zdroj odchozího paketu. Takový segment ohraničuje router, který lokální broadcast dále nepropustí (projde ale skrz switch i hub). IP broadcast Rozsah IP adres použitý v síti představuje IP adresu sítě + rozsah IP adres použitelný pro připojená zařízení + IP adresu broadcastu. Příklad: V síti /24 (maska ) se používají tyto IP adresy: IP adresa sítě: IP adresa použitelná pro připojená zařízení: IP adresa broadcastu:

7 STRUKTURA BEZDRÁTOVÉ SÍTĚ Aby mezi sebou mohla komunikovat zařízení různých výrobců i různých platforem, existují mezinárodní standardy. Jejich specifikací se zabývá institut IEEE (z angl. Institute of Electrical and Electronic Engineers) - specifikace standardů bezdrátových lokálních sítí jsou publikovány pod číslem Tento dokument dále obsahuje užší specifikace rozlišené revizními písmeny: např b a g. Oba tyto nejčastěji se vyskytující standardy definují bezdrátové sítě pracující ve volném pásmu 2,4 GHz, liší se maximální dosažitelnou rychlostí (u standardu b je nejvyšší dosažitelnou rychlostí 11 Mb/s, u g je to až 54 Mb/s). 7

8 STRUKTURA BEZDRÁTOVÉ SÍTĚ Nejjednodušším způsobem, jak bezdrátovou síť skrýt, je zamezit vysílání SSID. Připojující se klient pak musí SSID předem znát, jinak se nedokáže k druhé straně připojit. Protože je však SSID při připojování klienta přenášeno v čitelné podobě, lze ho snadno zachytit a skrytou síť odhalit. 8

9 STRUKTURA BEZDRÁTOVÉ SÍTĚ Ad-hoc sítě V ad-hoc síti se navzájem spojují dva klienti, kteří jsou v rovnocenné pozici (peer-to-peer). Vzájemná identifikace probíhá pomocí SSID. Obě strany musí být v přímém rádiovém dosahu, což je typické pro malou síť nebo příležitostné spojení, kdy jsou počítače ve vzdálenosti několika metrů. 9

10 PŘÍKLAD 10

11 STRUKTURA BEZDRÁTOVÉ SÍTĚ Infrastrukturní sítě Typická infrastrukturní bezdrátová síť obsahuje jeden nebo více přístupových bodů (AP Access Point), které vysílají své SSID. Klient si podle názvů sítí vybere, ke které se připojí. Několik přístupových bodů může mít stejný SSID identifikátor a je plně záležitostí klienta, ke kterému se připojí. Může se například přepojovat v závislosti na síle signálu a umožňovat tak klientovi volný pohyb ve větší síti (tzv. roaming). 11

12 PŘÍKLAD 12

13 POJMY VZTAHUJÍCÍ SE K WI-FI Access Point Přístupový bod (AP) řídí komunikaci mezi wi-fi zařízeními, která jsou zapojena v infrastrukturním režimu. Přístupové body je možné použít pro poskytování různých služeb pro lokální síť a připojení k internetu. Firewall Firewall chrání lokální síť před narušiteli tím, že omezuje přístup na počítač nebo síť. Různé firewally poskytují různé typy a úrovně ochrany včetně blokování portů používaných internetovými aplikacemi pro připojení k jiným počítačům, zabránění přenosům na základě jejich původu a analýzy a odmítnutí pokusů o proniknutí na základě určitých modelů podezřelých přístupů. Většina přístupových bodů obsahuje firewall. Většinu firewallu můžete nakonfigurovat tak, aby umožňovaly přístup ke specifickým částem vaší sítě nebo aby odepřely veškerý přístup zvnějšku. 13

14 POJMY VZTAHUJÍCÍ SE K WI-FI Home gateway Brána (gateway) je v počítačových sítích uzel, který spojuje dvě různé sítě. Brána musí vykonávat i funkci směrovače (routeru) a proto ji řadíme v posloupnosti síťových zařízení výše. WISP Provozní režim WiFi zařízení, které umí kombinovat příjem dat přes WiFi část a nastavit ROUTER pro LAN výstupy. 14

15 SÍTĚ 4. GENERACE Sítě 4. generace postavené na blanket technologii přináší průlomový zlom v plánování a výstavbě WiFi sítí. Jelikož jsou všechna AP provozována na stejném kanále, je velmi snadné nalézt alespoň jeden volný kanál i v zarušeném ISM pásmu. Blanket sítě mají vnitřní mechanismus, který brání rušení mezi vlastními AP, i když jsou všechny provozovány na jednom kanále. Sítě 4. generace počítají s nejvyššími nároky na zabezpečení bezdrátového spojení a veškerých citlivých informací. Nutným základem je kvalitní hardware, podpora nejvyšších šifrovacích protokolů a metod, a to bez degradace přenosových parametrů a stability sítě. Díky tomu, že jde o unikátní blanket sítě bez nutnosti re-asociace klientů i při pohybu, je provoz i nejnáročnějších služeb s vysokým zabezpečením bez výpadků a bez snížení provozních parametrů. 15

16 KOMPONENTY WI-FI Antény, kabely a konektory Anténa je zařízení k příjmu nebo k vysílání rádiových signálů, je to část vysokofrekvenčního vedení upravená tak, aby účinně vyzařovala energii do prostoru. Elektromagnetické vlnění vysokých frekvencí se šíří podobně jako světlo. Mluvíme o tzv. přímé viditelnosti. Každá překážka mezi anténami může znemožnit příjem, nebo výrazně omezit dosah signálu. Za překážku lze považovat nejen terénní nerovnosti, ale i budovy, stromy, mlhu, déšť a sněžení. Běžný dosah bezdrátových sítí je v budovách 30 až 50 metrů. Ve venkovním prostředí při použití směrových antén až několik kilometrů. S narůstající vzdáleností se snižuje reálná rychlost přenosu. 16

17 TECHNICKÉ PARAMETRY ANTÉN směrovost antény jedná se o schopnost antény vyzařovat/přijímat elektromagnetické vlny v požadovaném směru, tuto směrovost posuzujeme dle tzv. vyzařovacích charakteristik. Vyzařovací charakteristiky se dělí na: vertikální (řez svislou rovinou) horizontální (řez horizontální rovinou) vyzařovací úhel antény tento úhel je dán tzv. směrovým diagramem a vypočítavá se jako rozdíl úhlů bodů, kde je pokles signálu o 3dB. impedance antény Z [Ω] je vlastní impedance, která by měla být reálná (bez imaginární složky); Impedance antény musí být alespoň přibližně stejná, jako impedance přívodního kabelu, aby nedocházelo k odrazům a k nárůstu odraženého výkonu. V bezdrátových sítích se používají antény s impedancí 50Ω. zisk antény udává, kolikrát větší výkon musíme dodat do půlvlnného dipólu, aby v místě příjmu byla stejná nergie jako u směrové antény, jednotkou je decibel. Anténa, která přijímá signál stejně, jako dipól, má zisk 0 db. 17

18 ZÁKLADNÍ TYPY ANTÉN PRO BEZDRÁTOVÉ SÍTĚ všesměrové Vykrývají 360 horizontálně, ideální pro použití jako centrální AP v oblastech bez rušení. Do této skupiny spadají všechny antény od nejmenších "pendreků dodávaných s aktivními prvky až po outdoorové antény se ziskem přes 10dB. 18

19 19

20 20

21 SMĚROVÉ Vyzařují symetrický paprsek, jejich pootočením změnit polarizaci vysílání. Jsou ideální jako klientské antény, pro budování spojů bodbod a antény s širším vyzařovacím úhlem mohou nahradit sektorové antény. YAGI antény vývojově nejstarší typ antény. V současnosti obvykle bývají uzavřeny ve vodotěsném pouzdru. Z hlediska rušení je nepříjemná přítomnost takzvaných vedlejších vyzařovacích laloků. Síta (Grid antény) díky provedení jsou méně náchylné na poškození větrem, ale mají vyšší šumové číslo. Paraboly směrové antény s nejlepšími parametry, vzhledem k plnému kovovému talíři jsou náchylné na vychýlení větrem. 21

22 22

23 PANELOVÉ Antény ve tvaru panelu, podle vyzařovací charakteristiky bývají buďto sektorové nebo směrové. 23

24 POZNÁMKA V hustě osídlených aglomeracích lze téměř všude nalézt velké množství signálů, způsobujících rušení spojení. Některé se mohou vyskytnout i na stejném kanále, jako žádoucí signál. Signál, který chceme přijímat nemusí být nejsilnější ze signálů, které se v daném místě nacházejí. Nežádoucí rušivé signály tak mohou spojení úplně znemožnit. Situaci je možné řešit přeladěním na jiný kanál a směrováním antény. V praxi je zřetelně vidět důležitost vyzařovacího diagramu antény, resp. její směrovosti - často natáčíme anténu nikoli na maximum žádoucího signálu, ale snažíme se co nejvíce potlačit nežádoucí signály. Je samozřejmé, že před přeladěním na jiný kanál je nutné provést rozbor signálů jak v místě klienta, tak i v místě přístupového bodu. Ke směrování antény přistupujeme vždy až po nalezení kanálu s minimálním rušením. Poměrně nepříznivá situace nastává na přístupových bodech. Ty jsou vždy stavěny tak, aby mohly obsloužit více klientů. Je-li přístupový bod situován tak, že se klienti nacházejí v mnoha různých směrech, bývá nutné použít všesměrovou anténu. Všesměrová anténa také přijímá rušení ze všech směrů. 24

25 KABELY Většina antén, s kterými se můžeme setkat, je navržena pro napájení koaxiálním kabelem o impedanci 50 Ω (ohmů).rozhodujícím faktorem pro použití určitého typu kabelu je jeho útlum. Ten je vždy vztažen k pracovnímu kmitočtu a jednotkové délky. Uvádí se tedy např. v db/100 m při nějakém kmitočtu. Obecně platí, že silnější kabel (tedy s větším průměrem) mívá nižší útlum. Konstrukčně je kabel uspořádán tak, že je tvořen středním vodičem, dielektrikem, vnějším stíněním a ochranným pláštěm. Střední vodič bývá plný, nebo lanko. Dielektrikum může být polyetylenové (PE), pěnové, teflonové (PTFE), někdy i vzdušné nebo kombinované. U kabelů se vzdušným či kombinovaným dielektrikem bývá střední vodič fixován ve správné poloze např. pomocí korálků, polyetylenovou hvězdičkou apod. 25

26 KABELY Vnější stínění je většinou provedeno jako měděné opletení, které může být někdy dvojité. Stínění se vyskytuje rovněž postříbřené či stříbrné, někdy ho může tvořit měděná trubka, která může být také zvlněná. Vyskytují se rovněž kombinace opletené a fólie apod. Konstrukční uspořádání kabelu má velký vliv na jeho útlum, levné kabely mívají pouze jednoduché stínění tvořené jednovrstvým opletením. 26

27 KONEKTORY V praxi se setkáváme zpravidla se dvěma typy konektorů. Prvním je konektor typu N. Bývá na anténách a důvodem jeho použití je možnost montáže jak na kabel o průměru mm, tak i na tenčí kabely o průměru 4 6 mm. Lze ho umístit i ve venkovním prostředí, je však nutné ošetřit ho proti vnikání vlhkosti. Vždy je nutné zvolit typ konektoru podle průměru kabelu, na který bude montován! Druhým typem konektoru je RSMA, někdy též nazývaný reverzní SMA. Bývá na WiFi kartách. Běžně dostupné typy nejsou vhodné pro venkovní použití. Většinou je zlacený a je vhodný pouze k montáži na tenké typy koaxiálních kabelů. 27

28 PIGTAIL Je propojovací koaxiální kabel, opatřený konektory. Dodává se v různých délkách a s různými konektory. 28

29 DOPLŇKY Pásmová koaxiální přepěťová ochrana určená pro ochranu proti průmyslovému rušení, přepětí a atmosférickým výbojům. Anténní slučovač pro pásmo 2,4 GHz. Umožňuje připojit dvě antény na jedno vedení nebo k jedné anténě připojit dvě zařízení vysílající na různých kanálech. přepěťová ochrana Anténní slučovač 29

30 PŘÍSTUPOVÝ BOD - AP (ACCESS POINT ) Je zařízení, ke kterému se klienti připojují. Klienti spolu nekomunikují přímo, ale prostřednictvím přístupového bodu, takže mohou být jednodušší a nemusí být ve vzájemném rádiovém spojení. Centralizovaný způsob komunikace též umožňuje použití směrových antén, které zvyšují dosah rádiového signálu. Tento typ uspořádání nazýváme infrastrukturní síť. 30

31 PŘÍSTUPOVÝ BOD - AP (ACCESS POINT ) Zařízení může poskytovat vlastní DHCP server, možnost NAT, předávání portů do vnitřní sítě (port forwarding), autentizace klientů proti RADIUS serveru, různé úrovně šifrování a podobně. Některé chybějící vlastnosti lze nahradit vhodně umístěným doplňujícím počítačem nebo dalším jednoúčelovým zařízením (router). 31

32 NAT (NETWORK ADDRESS TRANSLATION) NAT se většinou používá pro přístup více počítačů z lokální sítě na Internet pod jedinou veřejnou adresou. NAT ovšem může způsobit problémy v komunikaci mezi klienty a snížit rychlost přenosu. Výhody umožňuje připojit více počítačů na jednu veřejnou IP adresu - řeší se tak nedostatek přidělených veřejných IP adres. zvyšuje bezpečnost počítačů připojených za NATem (potenciální útočník nezná opravdovou IP adresu) 32

33 ROLE PŘÍSTUPOVÝCH BODŮ Přístupové body vystupují v několika různých rolích, které jsou dány nejen požadavky na strukturu sítě, ale i schopnostmi těchto zařízení. I když jsou schopnosti bezdrátových zařízení snadno rozšiřitelné pomocí změny softwarového vybavení, většina výrobců ji neumožňuje. Naopak hardwarově identická zařízení se mohou cenově několikanásobně lišit jen díky existenci jednoduchého softwarového doplňku 33

34 Bridge - bezdrátová síť je součástí sítě LAN bridge odděluje síťový provoz, ale propouští lokální broadcasty není nutné konfigurovat Router bezdrátová síť je samostatnou podsítí router odděluje síťový provoz a nepropouští lokální broadcasty vyžaduje konfiguraci IP adres zařízení a nastavení směrování 34

35 Pokud je v bezdrátovém zařízení (AP) zabudována bezdrátová část dvakrát, označuje se jako point-to-multipoint, protože dokáže např. bezdrátový signál dálkově přijímat a zároveň ho distribuovat dalším bezdrátovým klientům v blízkém okolí. Takto jsou konstruovány bezdrátové přípojné body poskytovatelů internetového připojení (providerů), kteří však někdy kvůli ceně používají dvě samostatná bezdrátová zařízení. 35

36 SPECIFICKÝM TYPEM JSOU WDS SÍTĚ (WIRELESS DISTRIBUTION SYSTEM), kdy všechny přístupové body vysílají na stejném kanálu, navzájem spolu komunikují a jeví se tak klientům jako jedna síť. Výhodou je, že jen jedno AP musí být připojeno k mateřské síti a jednotlivá AP nemusí mít dvě samostatné bezdrátové části, jako u point-to-multipoint. Nevýhodou je pak snižování propustnosti sítě v závislosti na počtu skoků, než se signál přes jednotlivá AP dostane do mateřské sítě, protože veškerý provoz se šíří po celé bezdrátové síti na stejném kanálu. 36

37 NEVÝHODY TECHNOLOGIE BEZDRÁTOVÝCH SÍTÍ kvalita spojení výrazně klesá při ztrátě přímé viditelnosti klienta na přístupový bod omezený počet nepřekrývajících se kanálů způsobuje rušení komunikace u sousedních přístupových bodů připojení klienti se dělí o dostupnou šířku pásma, takže s jejich zvyšujícím se počtem klesá i datová propustnost vyšší přenosové rychlosti se dosahuje typicky ve směru ke klientovi pokud klient vysílá, snižuje se dosažitelná propustnost kolizemi, které vznikají na přístupovém bodu, přičemž jejich minimalizaci se snaží zajistit protokol CSMA/CA 37

38 CSMA/CA patří v do třídy protokolů označovaných jako metody s vícenásobným přístupem a nasloucháním nosné (CSMA). Jejich charakteristikou je, že před začátkem vysílání paketu stanice určitý čas poslouchá, zda je přenosové médium volné. Pokud ano, může zahájit vysílání. V opačném případě čeká na konec právě probíhajícího vysílání. 38

39 CSMA/CA se používá tam, kde vzhledem k vlastnostem komunikačního kanálu nelze použít CSMA/CD. Uplatnil se například v bezdrátových sítích standardu (a, b, g, n), pro nějž je charakteristický poloduplexní režim práce stanice buď naslouchá nebo vysílá a to na tomtéž kanálu, nikoliv obojí naráz. Detekce kolizí zde proto není možná. Navíc by vysílání jedné stanice v některých částech sítě mohlo kolidovat s vysíláním stanice jiné, jejíž vysílání však sama přímo neslyší. Standard předepisuje následující (zjednodušené) chování stanice při vysílání datového rámce: Je-li médium volné po určenou dobu, může stanice zahájit vysílání. Pokud je vysílání neúspěšné (druhá strana nepotrvdí příjem), zahájí exponenciální čekání. Pokud je médium obsazeno, počká na jeho uvolnění a následně zahájí exponenciální čekání, stejně jako při neúspěšném odvysílání. Exponenciální čekání znamená odložený pokus o vysílání. Stanice si náhodně vybere dobu z intervalu, jehož velikost se během opakovaných pokusů zdvojnásobuje. Tuto náhodnou dobu čeká a zároveň sleduje, zda nezačal vysílat někdo jiný. Pokud ano, vrátí se ke kroku 2. Zůstalo-li médium volné, odvysílá rámec. Jestliže vysílání neuspěje, opakuje exponenciální čekání. Náhodný výběr čekací doby z rychle rostoucího intervalu má za cíl snížit pravděpodobnost, že kolidující stanice spolu budou při dalším pokusu kolidovat znovu. 39

40 Konfiguraci přístupového bodu WA-2204A si můžete on-line vyzkoušet na této stránce. 40