Выпускная квалификационная работа бакалавра (стр. 5 )

• 802.11v. В стандарте должны быть разработаны поправки, направленные на совершенствование систем управления сетями стандарта IEEE 802.11. Модернизация на МАС - и PHY-уровнях должна позволить централизовать и упорядочить конфигурацию клиентских устройств, соединенных с сетью.

• 802.11y. Дополнительный стандарт связи для диапазона частот 3,65-3,70 ГГц. Предназначен для устройств последнего поколения, работающих с внешними антеннами на скоростях до 54 Мбит/с на расстоянии до 5 км на открытом пространстве. Стандарт полностью не завершен.

• 802.11w. Определяет методы и процедуры улучшения защиты и безопасности уровня управления доступом к среде передачи данных (МАС). Протоколы стандарта структурируют систему контроля целостности данных, подлинности их источника, запрета несанкционированного воспроизведения и копирования, конфиденциальности данных и других средств защиты. В стандарте введена защита фрейма управления (MFP: Management Frame Protection), а дополнительные меры безопасности позволяют нейтрализовать внешние атаки, такие, как, например, DoS. Немного больше по MFP здесь: 1, 2.  Кроме того, эти меры обеспечат безопасность для наиболее уязвимой сетевой информации, которая будет передаваться по сетям с поддержкой IEEE 802.11r, k, y.[1]

1.2.1 Основные особенности технологии 802.11ас

Технология имеет целый набор преимуществ, которые обеспечат быструю адаптацию в нашем регионе, как это в настоящее время происходит по всему миру. Основные преимущества технологии:

- в несколько раз большая скорость пропускания (по сравнению со стандартом WiFi 802.11n),

- большее покрытие (по сравнению со стандартом 11n),

- экономия батарей мобильных устройств (в 2-4 раза по сравнению с 11n)

Основными преимуществами стандарта WiFi 802.11ас являются высокие скорости передачи в радиоканале и, соответственно, большая агрегированная полоса пропускания точки доступа, а также более совершенные механизмы контроля активного и пассивного состояния клиентских устройств. Все это вместе ведет к значительной экономии заряда батареи мобильного устройства.

Решения на базе wifi-стандарта 802.11ас достигает высоких скоростей передачи данных (data transfer) с помощью трехразмерной функциональной матрицы:

1. Большее количество объединяемых частотных каналов в сумме до: 80mhz или даже 160mhz (по сравнению с максимумом в 40mhz для 802.11n).

2. Большая доступная модуляция: до QAM256

(в 802.11n максимум QAM64).

3. Больший уровень MIMO: до 8 пространственных потоков

(в 802.11n до 4 потоков).

Технология 802.11ас работает только на частотах WiFi 5GHz. Поэтому двухполосные точки доступа чаще всего продолжают использовать 801.11n на частотах 2.4GHz. Но WiFi-клиенты 802.11ас работают в менее загруженном спектре частот 5GHz.

Первое поколение (Первая волна) устройств стандарта WiFi 802.11ас (Wave-1) продолжает оставаться полудуплексной радиотехнологией. Такие устройства используют как правило частотные каналы шириной до 80MHz и чаще всего до трех пространственных потоков. Поэтому при относительно грубом делении можно обозначить низкий уровень продуктов 802.11ас со скоростями в радиоканале до 433Мб/с, средний уровень со скоростями до 867Мб/с и высокий уровень со скоростями до 1,3Гб/с. Практически доступные скорости передачи данных (transfer) для пользователей будут значительно ниже в силу проблем общей эффективности группы стандартов 802.11. Как правило практически доступный максимум не выше 60%. Точки доступа и WiFi-маршрутизаторы 802.11ас первой волны сейчас широко доступны в мире и начнут официально завозиться в РФ как только разрешатся нормативно-регуляторные вопросы.

Второе поколение продуктов стандарта 802.11ас на момент выхода статьи не доступно. Предполагается, что вторая волна 11ас вначале будет поддерживать частотные каналы до 160MHz, до четырех пространственных потоков и технологию одновременной коммуникации более чем с одним пользователем MU-MIMO (Multi User MIMO). MU-MIMO позволяет отправлять множество фреймов одновременно ко многим пользователям в том же самом частотном спектре. Тем самым с множественными антеннами и с помощью соответствующей технологии точка доступа WiFi может вести себя как беспроводный коммутатор. Но технология ограничена сверху максимальным количеством доступных пространственных потоков. Отсюда в случае трех поддерживаемых пространственных потоках на точке доступа и наличии только трехпотоковых клиентов (MacBook Pro, например), то всегда с точкой будет взаимодействовать только один клиент даже при поддержке MU-MIMO. Поэтому MU-MIMO особенно перспективно выглядит для случая когда в сети присутствуют в основном персональные мобильные устройства, такие как смартфоны и планшеты имеющие максимум 2 пространственных потока, но чаще всего один. Для случая смартфонов с одним потоком и точки доступа WiFi с тремя потоками и MU-MIMO мы будем иметь случай работы один к трем и точка будет поддерживать до трех клиентов одновременно и параллельно.

Таблица 1.2.1: 802.11ас достижимые скорости в 802.11ас

Последние два варианта с восемью пространственными потоками на данном этапе развития технологии выглядят маловероятными для массового производства и применения.[2]

1.3. Основы стандарта 802.1Q

IEEE 802.1Q — открытый стандарт, который описывает процедуру тегирования трафика для передачи информации о принадлежности к VLAN.

Так как 802.1Q не изменяет заголовки кадра (фрейма), то сетевые устройства, которые не поддерживают этот стандарт, могут передавать трафик без учёта его принадлежности к VLAN.

802.1Q помещает внутрь фрейма тег, который передает информацию о принадлежности трафика к VLAN.

Размер тега — 4 байта. Он состоит из таких полей:

Tag Protocol Identifier (TPID, идентификатор протокола тегирования). Размер поля — 16 бит. Указывает какой протокол используется для тегирования. Для 802.1Q используется значение 0x8100. Priority (приоритет). Размер поля — 3 бита. Используется стандартом IEEE 802.1p для задания приоритета передаваемого трафика. Canonical Format Indicator (CFI, индикатор канонического формата). Размер поля — 1 бит. Указывает на формат MAC-адреса. 0 — канонический, 1 — не канонический. CFI используется для совместимости между сетями Ethernet и Token Ring. VLAN Identifier (VID, идентификатор VLAN). Размер поля — 12 бит. Указывает какому VLAN принадлежит фрейм. Диапазон возможных значений от 0 до 4095.

При использовании стандарта Ethernet II, 802.1Q вставляет тег перед полем «Тип протокола». Так как фрейм изменился, пересчитывается контрольная сумма.

В стандарте 802.1Q существует понятие Native VLAN. По умолчанию это VLAN 1. Трафик, передающийся в этом VLAN, не тегируется.

Shortest Path Bridging Включается в IEEE 802.1Q-2014[1]

Существует аналогичный 802.1Q проприетарный протокол, разработанный компанией Cisco Systems — ISL.

Вставка тега 802.1Q в кадр Ethernet-II

1.4.Типы кабелей

1.4.1. Витая пара

Витая пара служит для построения компьютерных сетей. Витая пара может быть экранированной и неэкранированной.

Состоит из одной или нескольких пар проводов, перевитых попарно, что делается в целях улучшения приема и передачи сигнала. Проводники в парах изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,4—0,6 мм. Скручивание проводов снижает влияние внешних и взаимных помех на полез­ные сигналы, передаваемые по кабелю (электромагнитные помехи одинаково влияют на оба провода пары).

Также внутри кабеля встречается так называемая «разрывная нить» (обычно капрон), которая используется для облегчения разделки внешней оболочки — при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, который открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников. Также разрывная нить, ввиду своей высокой прочности на разрыв, выполняет защитную функцию.

Каждый проводник заключен в изоляцию из ПВХ или пропилена. Внешняя оболочка также из ПВХ. Кабель может быть дополнительно оснащен влагонепронициаемой оболочкой из полипропилена.

Рисунок 1.3. – Структура витой пары

В зависимости от вида кабеля возможны различные варианты защиты:

UTP или незащищенная, без общего экрана для пар проводов; FTP, или фольгированная, с экраном из алюминиевой фольги; STP, или защищенная, с общим экраном из медной сетки, к тому же каждая витая пара окружена отдельным экраном; S/FTP, или фольгированная, экранированная с общим экраном из фольги, к тому же каждая пара дополнительно включена в экран.

Кроме того, витые пары разделяются на категории по количеству пар, объединенных в один кабель. Самый распространенный вид, применяемый для компьютерных сетей – это категория CAT5. Он состоит из 4 пар проводов различного цвета. Скорость передачи данных – до 1 Гб/с при использовании всех пар.

Нужно отличать электрическую изоляцию проводящих жил, которая имеется в любом кабеле, от электромагнитной изоляции. Первая состоит из непрово­дящего диэлектрического слоя - бумаги или полимера, например поливинилхлорида или полистирола. Во втором случае помимо электрической изоляции проводящие жилы помешаются также внутрь электромагнитного экрана, в каче­стве которого чаще всего применяется проводящая медная оплетка.

Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитные помехи одинаково влияют на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов.

Экранированная витая пара хорошо защищает передаваемые сигналы от внеш­них помех, а также меньше излучает электромагнитные колебания вовне, что, в свою очередь, защищает пользователей сетей от вредного для здоровья излу­чения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его про­кладку.