Wireless Components

Беспроводные сети используют «точку доступа (AP)», также называемую «беспроводной точкой доступа (WAP)», для обеспечения шлюза в проводную сеть, и «адаптер беспроводной локальной сети (WLAN-адаптер или просто беспроводной адаптер)» для обеспечения связи между клиентским беспроводным ПК и точкой доступа.

ВСЕ В ОДНОМ УСТРОЙСТВЕ

«Беспроводные маршрутизаторы» объединяют в себе точку доступа и маршрутизатор. Они являются отличным выбором для домашних или небольших офисных сетей (SOHO). Большинство беспроводных маршрутизаторов также включают несколько портов концентратора или коммутатора Ethernet, что позволяет подключать проводные адаптеры Ethernet к маршрутизатору, обеспечивая универсальное решение. Маршрутизатор защищает вашу сеть от вторжений, беспроводная точка доступа обслуживает беспроводных клиентов, а порты концентратора или коммутатора Ethernet служат для подключения проводных ПК. Поскольку беспроводные маршрутизаторы стоят лишь на несколько долларов дороже специализированных компонентов, они чрезвычайно популярны. Мы используем беспроводной маршрутизатор D-Link DI-624 для управления нашей сетью SOHO.

Совет от Джима Кули

Многие кабельные/DSL-модемы теперь поставляются только с выходным разъемом USB, что затрудняет подключение к точке доступа/маршрутизатору. Возможно, вам придется приобрести новый модем, который также оснащен разъемом Ethernet. Кроме того, некоторые поставщики услуг кабельного/DSL-интернета предлагают выбор модемов. Если ваш провайдер предоставляет такую возможность, попросите модем с разъемом Ethernet.

Точка доступа подключается к проводной сети (или напрямую к кабельному/DSL-модему) и может одновременно обеспечивать беспроводную связь для множества беспроводных адаптеров. Типичная точка доступа позволяет подключать до 32 или 64 беспроводных адаптеров одновременно. Все беспроводные адаптеры, подключающиеся к точке доступа, совместно используют беспроводную полосу пропускания, предоставляемую этой точкой. Например, если точка доступа обеспечивает пропускную способность 54 Мбит/с, все подключенные адаптеры делят эти 54 Мбит/с между собой, даже если каждый адаптер теоретически может поддерживать максимальную пропускную способность 54 Мбит/с или выше.

Если в конкретный момент данные передает только один беспроводной адаптер, он получает всю доступную полосу пропускания. Если данные передают сразу несколько адаптеров, доступная полоса распределяется между ними. Соответственно, мгновенная полоса пропускания, доступная конкретному адаптеру, динамически меняется в зависимости от того, сколько еще адаптеров используют сеть в данный момент и какой объем данных они передают.

ДЕЛИТЬСЯ НЕ ВСЕГДА ХОРОШО

Разделение полосы пропускания означает, что беспроводная сеть может быть плохим выбором для приложений, требующих передачи данных в реальном времени с высокой пропускной способностью, например, для потокового видео. Полосы пропускания современных беспроводных компонентов едва хватает для трансляции видео качества DVD в идеальных условиях. Если один или несколько других беспроводных клиентов также используют сеть, видео будет воспроизводиться рывками. По этой причине для потокового видео мы всегда рекомендуем использовать проводную сеть или, альтернативно, выделенное беспроводное соединение 802.11a.

Беспроводная сеть может иметь одну или несколько точек доступа. Хотя большинство домашних или SOHO-сетей отлично работают с одной точкой доступа, использование второй точки обеспечивает дополнительное покрытие, позволяет подключать больше адаптеров одновременно и увеличивает общую доступную полосу пропускания. Например, одной точки доступа может быть недостаточно для покрытия большого дома, особенно если он построен с использованием камня, стальных стоек, толстых штукатурных стен или других материалов, блокирующих радиоволны. Мы не думаем, что ограничение в 32 или 64 подключенных адаптера станет проблемой в домашних или SOHO-условиях, но ограниченная общая полоса пропускания может ее создать.

Установка второй точки доступа на некотором расстоянии от первой расширяет зону покрытия и удваивает полосу пропускания, доступную для совместного использования беспроводными клиентами. В зависимости от местоположения некоторые адаптеры могут находиться в зоне действия обеих точек доступа, а другие — только одной из них. При правильной настройке беспроводной сети клиентские адаптеры просто подключаются к доступной точке доступа без вмешательства пользователя. Если клиент мобилен (например, ноутбук, который переносят из комнаты в комнату), соединение автоматически переключается с одной точки доступа на другую по мере перемещения клиента в зоне покрытия.

На рисунке 14-2 показана типичная точка доступа для дома или малого бизнеса. Эта точка доступа, модель D-Link DWL-2100AP, использует распространенную ненаправленную антенну с низким коэффициентом усиления («резиновая уточка»), применяемую в большинстве беспроводных устройств. Крепления таких антенн позволяют ориентировать их в трех плоскостях для максимизации уровня сигнала и оптимизации зоны покрытия. Некоторые точки доступа используют стационарно закрепленные антенны. Другие, включая данную модель, оснащены разъемом для внешней антенны. Доступны различные внешние антенны, включая модели для наружной установки, модели с более высоким коэффициентом усиления, чем у стандартных антенн, и узконаправленные модели.

Рисунок 14-2: D-Link DWL-2100AP, типичная точка доступа

Клиенты подключаются к беспроводной сети с помощью беспроводных адаптеров, которые функционально аналогичны стандартным Ethernet-адаптерам, используемым в проводных сетях. Беспроводные адаптеры доступны с различными интерфейсами, включая PCI (для настольных систем), «CardBus» (для ноутбуков), «PCMCIA» (для старых ноутбуков и портативных устройств) и USB (для любых систем). Как и точки доступа, PCI- и USB-беспроводные адаптеры обычно поставляются с ненаправленной антенной с низким коэффициентом усиления, которую часто можно заменить на внешнюю направленную антенну с высоким коэффициентом усиления. На рисунке 14-3 показан D-Link AirPlus ExtremeG DWL-G520 — типичный беспроводной PCI-адаптер. Беспроводные адаптеры CardBus, такие как D-Link DWL-G650, показанный на рисунке 14-4, имеют внутреннюю ненаправленную антенну с низким коэффициентом усиления и не предусматривают подключение внешней антенны. Однако некоторые модели адаптеров CardBus (или PCMCIA), например некоторые карты Proxim Orinoco, оснащены портом для внешней антенны.

Рисунок 14-3: D-Link DWL-G520, типичный беспроводной PCI-адаптер

Рисунок 14-4: D-Link DWL-G650, типичная беспроводная карта CardBus

Совместимость беспроводных компонентов

Точки доступа и беспроводные адаптеры поддерживают один или несколько стандартов 802.11, а также могут поддерживать проприетарные протоколы. Стандартные точки доступа и адаптеры разных производителей обычно хорошо работают вместе, за редким исключением. Вы можете, например, обычно подключиться к точке доступа D-Link с помощью беспроводного адаптера NETGEAR или наоборот, при условии, что оба устройства разработаны для одного и того же стандарта или стандартов. Некоторые точки доступа и адаптеры поддерживают только один стандарт (например, 802.11g или 802.11a), а другие поддерживают несколько (например, 802.11a/b/g).

Некоторые производители беспроводного оборудования, особенно ориентированные на бизнес, опережают процесс стандартизации, добавляя проприетарные функции, которые еще не были утверждены в качестве стандарта (и могут никогда не быть утверждены). Такие расширенные продукты привлекательны для бизнеса своими дополнительными возможностями и обычно способны работать с продуктами, основанными на стандартах, но, как правило, только на уровне «наименьшего общего знаменателя». Например, Belkin опередила события с новым стандартом 802.11n, представив так называемые «Pre-N» точки доступа и адаптеры. Эти Pre-N продукты (которые могут в итоге оказаться несовместимыми с финальным стандартом 802.11n) обеспечивают более высокую скорость и больший радиус действия при совместном использовании, но при работе с компонентами стандарта 802.11g или более ранними они функционируют как обычные стандартные компоненты.

В целом мы рекомендуем по возможности избегать использования беспроводных компонентов, зависящих от проприетарных расширений для обеспечения необходимого уровня функциональности. Современные беспроводные компоненты на основе стандартов обеспечивают достаточный уровень безопасности и управляемости для любых домашних или малых бизнес-сред.

Радиус действия беспроводного соединения зависит от многих факторов, включая скорость, уровень помех, препятствия на пути сигнала и типы используемых антенн. Однако при прочих равных условиях радиус действия соединения определяется мощностью передатчика и чувствительностью приемника. Различные бренды и модели беспроводных компонентов могут значительно различаться по обоим этим показателям.

Мощность передатчика компонентов беспроводной сети обычно измеряется в «дБм» и может варьироваться от 0 дБм (что равно 1 милливатту или мВт) до 30 дБм (чуть более 1000 мВт). Увеличение или уменьшение мощности примерно на 3 дБм соответствует удвоению или уменьшению вдвое мощности передачи. Например, выходная мощность 3 дБм соответствует примерно 2 мВт. Увеличение или уменьшение на 10 дБм означает увеличение или уменьшение мощности передатчика в 10 раз. Например, выходная мощность 10 дБм — это около 10 мВт; 20 дБм — около 100 мВт; а 30 дБм — около 1000 мВт. При прочих равных условиях увеличение выходной мощности увеличивает радиус действия и скорость передачи.

Беспроводные устройства могут использовать фиксированную мощность передачи, устанавливать ее динамически под управлением прошивки или позволять задавать ее вручную. Необходимая мощность передачи зависит от расстояния между устройствами, чувствительности приемника, скорости передачи данных, количества препятствий на пути сигнала и других факторов. Как правило, большие расстояния между устройствами и более высокие скорости передачи данных требуют большей мощности.

Может показаться, что лучшим решением было бы постоянное использование максимальной мощности передачи всеми устройствами, но высокая мощность не всегда желательна. Использование большей мощности, чем необходимо, не улучшает скорость или качество беспроводного соединения; оно лишь создает лишнее РЧ-излучение в окружающей среде, которое может создавать помехи для других беспроводных устройств, способных работать на том же канале без конфликтов.

Соответственно, прошивка некоторых беспроводных устройств запрограммирована на согласование характеристик связи с другими устройствами, включая мощность передатчика, для установления оптимального соединения на минимально необходимом уровне мощности. Это согласование может происходить при очень низких скоростях передачи данных, поэтому начальный контакт между устройствами может осуществляться на низкой мощности. Каждое устройство сообщает другому о своих возможностях, включая максимальную поддерживаемую скорость соединения. Затем устройства увеличивают мощность передатчика до минимального уровня, необходимого для поддержания максимальной общей скорости передачи данных. Если максимальной доступной мощности передатчика недостаточно для поддержки максимальной общей скорости, они переключаются на более низкую скорость, используя тот уровень мощности, который необходим для этой более низкой скорости.

Другие беспроводные устройства позволяют задавать мощность передачи вручную, обычно в диапазоне от нескольких мВт до, возможно, 100 или 200 мВт. Часто выходная мощность указывается не в цифрах, а в виде названий (Full, Half, Quarter, Eighth и так далее) или как максимальная выходная мощность с возможностью снижения на несколько шагов по 3 дБ, каждый из которых делит мощность пополам. В других устройствах вообще нет функции регулировки мощности передатчика, и они используют фиксированную мощность, обычно около 30 мВт.

Обратной стороной мощности передатчика является чувствительность приемника. При прочих равных условиях более чувствительный приемник может поддерживать соединение при более слабом сигнале, чем менее чувствительный. Чувствительный приемник так же важен, как и мощный передатчик, поскольку уровень сигнала быстро падает с увеличением расстояния от передатчика, а высокие скорости передачи данных требуют более сильного сигнала.

Если вы создаете беспроводную сеть, для которой критически важен радиус действия, особенно если на пути сигнала есть препятствия, стоит уделить внимание чувствительности приемника компонентов, которые вы рассматриваете. Например, D-Link DWL-2100AP обладает отличной чувствительностью. Дешевый безымянный компонент может иметь чувствительность приемника на 10 дБм ниже, чем у модели D-Link (документация к дешевой точке доступа вряд ли признает это, но мы говорим о реальных условиях). Это означает, что в то время как точка доступа D-Link находится на своем максимальном радиусе действия для поддержания соединения 54 Мбит/с, дешевая точка доступа может поддерживать только 24 или 36 Мбит/с. Более того, если D-Link находится на пределе своей дальности для поддержки 36 Мбит/с, дешевая точка доступа может поддерживать только 6 или 9 Мбит/с.

Большинство стандартных беспроводных компонентов поставляются со стандартной антенной типа «резиновая уточка», которую обычно описывают как ненаправленную. Это верно лишь отчасти: стандартная антенна излучает сигнал ненаправленно преимущественно в одной плоскости. Например, если расположить антенну вертикально (под углом 90° к горизонтальной плоскости), как показано на рисунке 14-5, диаграмма направленности будет напоминать «бублик», распространяющийся горизонтально во всех направлениях. Если такую точку доступа установить на одном этаже дома, зона ее покрытия может охватить все комнаты на этом этаже, но сигнал в комнатах на этажах выше или ниже будет слабым.

Рисунок 14-5: Антенна ориентирована вертикально для максимального горизонтального покрытия

Поскольку ориентация антенны оказывает огромное влияние на зону покрытия, большинство креплений позволяют поворачивать антенну во всех плоскостях. Например, на рисунке 14-6 показана антенна в той же вертикальной плоскости, что и на предыдущем изображении, но повернутая под углом 45° к горизонтальной плоскости. В таком положении точка доступа обеспечивает меньшую зону покрытия на текущем этаже, но добавляет покрытие для части этажа выше, расположенной справа от точки доступа, и для части этажа ниже, расположенной слева от нее.

Рисунок 14-6: Антенна наклонена для увеличения вертикального покрытия за счет горизонтального

Аналогично, на рисунке 14-7 показана антенна, наклоненная под углом 45° одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно первого изображения. При такой ориентации точка доступа обеспечивает некоторое горизонтальное покрытие на текущем этаже, а также дополнительное покрытие для участка этажа выше справа-спереди от точки доступа и участка этажа ниже слева-сзади.

Рисунок 14-7: Антенна наклонена для дополнительного вертикального покрытия спереди-назад за счет горизонтального и вертикального покрытия справа-налево

Ориентация антенны точки доступа оказывает огромное влияние на зону покрытия. Изменение ориентации даже на несколько градусов может привести к значительным различиям в уровне сигнала по всей зоне покрытия, улучшая прием в одних местах за счет других. Кроме того, препятствия могут по-разному влиять на сигнал при разной ориентации антенны. При установке беспроводной сети не просто ориентируйте антенну вертикально, надеясь на лучшее. Потратьте время на настройку ориентации антенны, чтобы увидеть, как это влияет на уровень сигнала в вашей зоне покрытия. Используйте ноутбук с беспроводным адаптером и запустите программу для обследования сети, поставляемую с адаптером, или такой пакет, как Network Stumbler (http://www.stumbler.net), для оптимизации зоны покрытия.

ДИКИЙ И НЕПРЕДСКАЗУЕМЫЙ ДИАПАЗОН 2,4 ГГЦ

Большинство видов беспроводной связи используют диапазон 2,4 ГГц, который является нелицензируемым и может свободно использоваться кем угодно. Беспроводные компоненты вынуждены делить этот диапазон с миллионами других электронных устройств — от микроволновых печей и радионянь до беспроводных телефонов, систем безопасности и пультов управления гаражными воротами, что означает наличие большого количества помех.

Мы убедились в этом на собственном опыте, когда Роберт решил сделать скриншоты утилиты настройки беспроводного адаптера Super G. Качество сигнала и скорость передачи данных были на максимуме, пока Барбара не включила микроволновую печь. Беспроводной адаптер и точка доступа D-Link сохранили соединение, но качество сигнала и скорость резко упали. Это выглядело так, будто кто-то включил «глушилку», что, конечно, именно так и было.

Если вы используете беспроводную сеть, будьте готовы идти на компромиссы при возникновении конфликтов в спектре. Возможно, вам даже придется заменить часть другого электронного оборудования, например, заменить ваши беспроводные телефоны на 2,4 ГГц на модели 900 МГц или 5,8 ГГц.

Подробнее о беспроводных сетях