Пользователи с доступом к информации посредством беспроводных соединений практически постоянно и, главное, везде могут работать с большей эффективностью и производительностью, нежели их сослуживцы, которые привязаны к телефонным и компьютерным проводным сетям, так как существуют некие правила, которые применимы к конкретной инфраструктуре.

Wi-Fi (от англ. wireless fidelity – беспроводная связь) – это беспроводной метод широкополосного соединения связи класса 802.11, созданный в 1997 г. Как следствие, технология Wi-Fi предназначена для развертывания беспроводных локальных компьютерных сетей, кроме того для создания так именуемых точек доступа, предназначенных для выхода в сеть Интернет.

Оборудование беспроводного доступа представлено огромным количеством производителей. Наибольшей известностью и популярностью пользуется продукция компании «Cisco System».
Cisco в своём классе предлагает пользователям наилучшие решения для беспроводных локальных вычислительных сетей, такие как расширяемость, масштабируемость, легкость в управлении и высочайшую скорость передачи информации.

Точка доступа Cisco Aironet 1300 серии (рис.1) представляет из себя гибкую платформу, которая сочетает функции моста и точки доступа. Данное устройство позволяет создавать соединения с высокой скоростью передачи.

Мост Cisco Aironet предлагает гибкое, удобное в эксплуатации решение для создания беспроводной архитектуры, отвечающее требованиям безопасности, которые предъявляются специалистами в области сетевых технологий WAN.

Главными вариантами использования данного устройства является сетевое соединение в масштабах комплексов зданий, наружная инфраструктура для мобильных сетей и пользователей, публичный доступ вне помещений, а также создание временных сетей для их портативного и быстрого развертывания.

Устройство поддерживает стандарт IEEE 802.11 b/g, который обеспечивает скорости передачи данных 54 Мбит/с с помощью проверенной и защищенной технологии. Компания Cisco максимально облегчила установку и обслуживание устройств этой серии методом интеграции их с проводной сетью. Данные устройства работают под управлением операционной системы Cisco IOS, которая предоставляет расширенные возможности, такие как быстрый и защищенный роуминг, управление качеством обслуживания, а также развертывание виртуальных локальных сетей.

Главными преимуществами оборудования Cisco Aironet является конфигурирование для работы в роли точки доступа или беспроводного моста. Точка доступа обладает мощными механизмами безопасности, основанными на базе стандартов 802.11. Корпус данного оборудования имеет высокую степень защиты и предназначен для работы в довольно жёстких климатических условиях, характеризующихся резкими изменениями температуры окружающей среды. Для усиления сигнала связи, к данному устройству можно подключить дополнительно приобретаемые внешние антенны [1].

Рис.1. Cisco Aironet 1300

Немаловажную роль в создании беспроводных соединений играет инжектор питания для рассматриваемой точки доступа (рис.2). Его основной функцией является преобразование Ethernet интерфейса в двойной F-разъем для двух коаксиальных кабелей, которые являются более подходящими для работы в жестких климатических условиях, а также это устройство обеспечивает питанием Cisco Aironet 1300.

Рис.2. Power Injector для точки доступа

Далее, в качестве маршрутизирующего оборудования выступает устройство Cisco серии 2600 (рис.3), представляющее собой экономичную серию модульных маршрутизаторов для небольших и средних офисов, включающих в себя возможность передачи голоса и факсовых сообщений.

К главным возможностям данного оборудования можно отнести модульную архитектуру, встроенные порты ЛВС, применение флэш-памяти, которая упрощает замену и обслуживание программного обеспечения. Каждый маршрутизатор этой серии имеет одно гнездо для установки сопряжения с глобальной сетью или модуля ЛВС, два гнезда для модулей глобальной сети низкой плотности и одно посадочное место на системной плате для установки сервисного модуля, который может использоваться для аппаратного сжатия или шифрования данных [2].

Рис.3. Cisco 2600

Наконец, коммутирующие устройства также играют существенную роль в организации беспроводной сети. В данном случае рассматривается коммутатор Cisco Catalyst 2950-24 (рис.4), который входит в состав семейства Cisco Catalyst серии 2950.

Это независимые коммутаторы, главное предназначение которых обеспечить бесперебойную производительность на высокой скорости передачи данных. Компания Cisco Systems предоставляет коммутаторы этой серии с двумя видами операционной системы Cisco IOS и с самыми разнообразными модулями, благодаря этому можно подобрать оптимальный вариант для решения поставленных задач.

С целью увеличения производительности и защиты Catalyst 2950 поддерживает специально разработанные для этого функции. Сетевые администраторы имеют возможность настраивать наивысшие уровни защиты данных, оптимизировать и повышать производительность с помощью виртуальных локальных сетей.

Коммутатор поддерживает до 64 VLAN. Данная возможность гарантирует, что данные будут перенаправляться только на компьютеры, входящие в состав виртуальной локальной сети с целью усилить защиту между портами и уменьшить широковещательный трафик сети.

Используя данное устройство, сетевые администраторы имеют возможность обеспечить высокий уровень защиты портов и консоли оборудования. Контроль доступа к порту основывается на анализе MAC-адреса и защищает от несанкционированного доступа.

Коммутатор Catalyst 2950 способен ограничивать статические и динамические IP-адреса, благодаря чему обеспечивается полный контроль над всей сетью. Защита многоуровневого доступа к консоли коммутатора Catalyst 2950 защищает от несанкционированного доступа к конфигурационным параметрам.

Рис.4. Cisco Catalyst 2950-24

В современное время довольно сложно представить жизнь без беспроводных Интернет соединений. Почти у каждого человека есть ноутбук и смартфон с функцией Wi-Fi. Также наличие беспроводных сетей необходимо для компаний, тесно привязанных к использованию ресурсов сети Интернет.

В ходе написания статьи на данном оборудовании было развернуто беспроводное Wi-Fi соединение. Созданная сеть была протестирована на возможность уязвимостей, произведен замер скорости, определены каналы работы и дальности сигнала, более того реализован доступ к сети Интернет.

Данное соединение можно использовать по своему прямому назначению, например, для создания беспроводной ЛВС, соответственно для передачи данных между подключенными устройствами, а также для доступа к сети Интернет.

Вследствие этого и появилась необходимость описания процесса построения беспроводных сетей. Для создания Wi-Fi соединения использовалось следующее оборудование [1]:

• точка доступа Cisco Aironet 1300, поддерживающая стандарт IEEE 802.11b/g, который обеспечивает скорость передачи данных до 54 Мбит/с.
  
• коммутатор Cisco Catalyst 2950-24, обеспечивающий подключение пользователей в малых и средних сетях.
• маршрутизатор серии Cisco 2600.

Следует понимать, что сведения, представленные в данной статье, были получены на тестовом оборудовании в специально созданных лабораторных условиях. При написании использовались только данные от устройств с конфигурацией по умолчанию.

Разрабатываемая беспроводная сеть должна работать в режиме аутентификации WPA2-Enterprise. Данный режим генерирует из введенной открытым текстом парольной фразы 256-разрядный ключ, иногда именуемый предварительно распределяемым ключом PSK.

Рис.1. Схема настраиваемой сети

На рисунке 1 представлена проектируемая схема беспроводной сети.
Для осуществления настроек Cisco Aironet 1300 необходимо в первую очередь получить доступ непосредственно к настройкам точки доступа. Для этого в адресной строке браузера вводится ip-адрес настраиваемой точки. (По умолчанию 10.0.0.1). Затем требуется заполнить имя пользователя и пароль. (Стандартная конфигурация Cisco; Cisco) [2].

После выполнения данной операции потребуется настроить точку доступа как локальный RADIUS сервер. Для этого необходимо выбрать Security > Server Manager и заполнить IP адрес, порты и общий секретный ключ RADIUS сервера.

Для работы локального RADIUS сервера необходимо использовать порты 1812 и 1813. В зоне Default Server Priorities потребуется определить приоритет EAP аутентификации по умолчанию, то есть 10.0.0.1 (рис.2).

Рис.2. Настройка точки доступа как RADIUS сервер

Затем потребуется выбрать Security > Encryption Manager, а
из меню Ciрhеr, выбрать АES ССМР (рис.3). Это действие включает AES шифрование трафика. По окончании необходимо нажать Аррlу.

Рис.3. Реализация AES шифрования

Далее необходимо выбрать Sесurity > SSID Manager и придумать новое SSID (имя сети). Для этого установить флажок Open Authentication в зоне Authentication Methods Accepted (рис.4).

Рис.4. Настройка SSID

Наконец, осталось подключить беспроводную сеть к Интернет. Для этого необходимо соединить непосредственно консольный кабель с маршрутизатором Cisco 2621 и компьютером через COM-порт и произвести небольшую настройку. Конфигурирование производится при помощи программы PuTTY. Утилита PuTTY – это бесплатная программа для подключения к оборудованию по протоколам удалённого доступа, включая SSH, Telnet и Rlogin и не требующая установки.

После запуска утилиты и подключения к маршрутизатору необходимо ввести команды, представленные на рисунках 5-6.

Рис.5. Конфигурация маршрутизатора

При помощи команды #hostname маршрутизатору было присвоено новое имя Router1. Команды #int fa0/0, #int fa0/1, #no shutdown необходимы для включения интерфейсов FastEthernet 0/0 FastEthernet 0/1 на настраиваемом коммутаторе [3].

Рис.6. Дополнительная конфигурация маршрутизатора

При помощи команды #ip route настраивается статическая маршрутизация на интерфейсах FastEthernet 0/0 и FastEthernet 0/1. В данном случае 0.0.0.0 было выбрано в качестве маршрута по умолчанию. Осталось подсоединить кабель Интернет в интерфейс маршрутизатора FastEthernet 0/0. FastEthernet 0/1, в свою очередь, требуется подключить в один из портов первого коммутатора [4].

Проверить доступность одного из ресурсов сети Интернет из созданного беспроводного подключения можно при помощи команды ping, введенной в командной строке.

Рис.7. Проверка работоспособности сети

На рисунке 7 видно, что заданный узел доступен и принимает отправляемые пакеты, а это говорит о том, что созданная беспроводная сеть не только функционирует локально, но и имеет доступ к Интернет.

После создания беспроводной сети эффективность ее работы была протестирована с помощью специально разработанного для этого программного обеспечения. В современное время таких программ огромное множество, но самой информативной и главное бесплатно-распространяемой является «inSSIDer» версии 2.1.6.1395. В ходе тестирования каких-либо серьезных проблем обнаружено не было, созданное беспроводное соединение успешно справляется с поставленными задачами.

Беспроводное Wi-Fi подключение можно использовать по своему прямому назначению, то есть, например, для передачи файлов между подключенными устройствами, а также для доступа к сети Интернет.

Фактически, каждое новое поколение мобильной связи начинало разрабатываться примерно через промежуток в десять лет после предыдущего. Сети беспроводной связи четвертого поколения (4G) на основе IP-протокола начали свое развитие в 2000-х годах и в настоящее время уже внедряются во многих странах.

Право стандарта называться термином 4G определяется его соответствием критериям, прописанным Международным союзом электросвязи (ITU-R). В 2008 году он определил ряд требований для стандарта международной подвижной беспроводной широкополосной связи 4G, названного спецификацией International Mobile Telecommunications Advanced (IMT-A). В соответствии со спецификацией IMT-A сеть 4G должна поддерживать пиковые скорости 100 Мбит/с – для абонентов с высокой мобильностью и 1 Гбит/с – для абонентов с низкой мобильностью [1]. Кроме того, сеть 4G должна обеспечивать возможность хэндовера через различные сети и поддерживать мобильные услуги с высоким качеством, включая удобные для пользователя приложения и оборудование.

В настоящее время наиболее перспективными радиоинтерфейсами считаются мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (Orthogonal frequency-division multiplexing – OFDM) и пространственное кодирование сигнала, при котором передача и прием данных реализуется системами из нескольких антенн (Multiple Input Multiple Output – MIMO).

Метод OFDM позволяет осуществлять передачу информации в условиях сложного канала, в частности – при многолучевом приеме, что, к примеру, актуально в городах с разноэтажной застройкой. Многократные отражения радиосигнала от зданий, других сооружений представляют собой помехи, широко распространенные в цифровых системах. При использовании OFDM высокоскоростной поток данных разделяется на ряд более низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной поднесущей. Впоследствии низкоскоростные потоки данных объединяются. Каждая поднесущая модулируется независимо от другой поднесущей (вид модуляции может быть различным: QPSK, ВPSK, 64-QAM и др.). На приемной стороне, несмотря на сильное перекрытие смежных спектров поднесущих, помехи от соседних частот компенсируются, благодаря ортогональному способу демодуляции. Перенос битов в параллельных цифровых потоках позволяет реализовать охранный временной интервал для каждого передаваемого символа OFDM, а его наличие, в свою очередь, помогает устранить межсимвольную интерференцию при передаче [2].

Особенность технологии MIMO заключается в использовании нескольких антенн на приемной и передающей стороне, то есть данные могут передаваться по нескольким независимым каналам. Это позволяет в разы повысить пропускную способность сети [3].

Международный союз электросвязи официально признал «технологиями четвертого поколения» интерфейсы IEEE 802.16m (WirelessMAN-Advanced – WiMAX-2) и LTE-Advanced (LTE-A) [4]. Первоначально разработанные для решения разных технологических задач, в условиях постоянной конвергенции служб беспроводной связи WiMAX и LTE стали выступать конкурентами, к примеру, в диапазонах 2300 МГц и 2600 МГц.

Среди главных преимуществ LTE-A, прежде всего, − расширение полосы пропускания и скорости передачи за счет агрегации частотных диапазонов [5]. Абонентское устройство может суммировать каналы на разных частотах, доступных оператору (как в смежных, так и несмежных полосах). Так, использование ряда «компонентных» несущих позволяет создать канал с шириной до 100 МГц, а значит, намного увеличить пропускную способность. Однако такой метод связан с определенными сложностями, например, повышением стоимости пользовательского оборудования: терминал должен одновременно принимать одну либо несколько компонентных несущих.

В LTE-A усовершенствована технология множественного доступа в восходящем канале благодаря кластерному SC-FDMA (представляет собой распространение дискретного преобразования Фурье на OFDM (DFT-S-OFDM)). Схема кластерного SC-FDMA аналогична стандартному SC-FDMA (Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access), но позволяет для осуществления передачи выделить несмежные (кластерные) группы поднесущих вместо одной поднесущей. С другой стороны, при несомненном выигрыше этой технологии по гибкости использования спектра, она требует перепланирования и выделения новых радиочастотных ресурсов.

В свою очередь, по сравнению с системами 3G, релиз 2.0 мобильного WiMAX (WiMAX-2) вдвое повышает спектральную эффективность в нисходящем и восходящем каналах. Пиковые скорости стандартов LTE-A и WiMAX-2 существенно не различаются, в них используется и временное и частотное дуплексирование (разделение восходящего и нисходящего каналов), а также передовые технологии MIMO (4х4, к примеру, одна из самых распространенных спецификаций). Однако, во-первых, системы WiMAX имеют преимущество по времени появления на рынке связи в 2 года, так как к 2009 году ряд коммерческих сетей уже были введены в эксплуатацию. Во-вторых, внедряемая технология должна обеспечивать удобный переход от систем 3G к усовершенствованным, будучи развернутой на базе существующих сетей. В случае LTE-A это более проблематично, так как эта спецификация требует революционного улучшения 3G, тогда как переход к WiMAX-2 достаточно плавный, и совместимость с предыдущими релизами гарантирована. Более того, главный поставщик элементной базы систем WiMAX – компания Intel – один из крупнейших производителей на сегодняшний день.

И все же, несмотря на преимущество более раннего выхода WiMAX на рынок связи, LTE-A также представляет собой динамично развивающуюся систему и приспособленную к массовому развертыванию, поскольку ожидается, что именно она будет призвана справиться с быстрым ростом мобильного трафика. К середине 2015 года 88 компаний из 45 стран предоставляли услуги на базе LTE-Advanced.

Таким образом, в настоящее время вопрос о решении мирового рынка в пользу того или иного стандарта остается спорным. Согласно многим прогнозам, WiMАХ будет отведена роль нишевой технологии, тогда как многие крупные операторы беспроводной широкополосной передачи данных ориентируются на переход к LTE. В свою очередь, в некоторых сферах деятельности, не требующих кардинально новых скоростей передачи, этот переход не востребован, так как связан с большими финансовыми затратами на усовершенствованное оборудование и нехваткой радиочастотного спектра. Кроме того, достаточно часто поднимается вопрос объединения двух данных технологий. Интерес к созданию интегральных микросхем, поддерживающих оба стандарта, уже проявляли такие компании, как Clearwire, Intel. Поэтому одной из главных тенденций развития сетей 4G можно назвать ориентацию на создание гибридных сетей WiMAX/LTE.