شبکه های بی سیم محلی
| دسته بندی | کامپیوتر و IT |
| بازدید ها | 13 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 36 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 41 |
شبکه های بی سیم محلی
مقدمه
تاکنون چندین بار به دسترسی به شبکه یا اینترنت نیاز داشته و آرزو کرده اید که در یک اتاق متفاوت یا فضای بیرون بدون احتیاج به کابل کشی طویل کار کنید؟ یا چندین بار در یک مکان عمومی مثل هواپیما یا هتل احتیاج به فرستادن یک e-mail فوری داشته اید؟
اگر شما هم جزء هزاران کار بر شبکه اعم از کاربران خانگی، مسافران تجاری باشید، پاسخ یکی است. قابل توجه کاربران شبکه: 11 .802 پایه و اساس شبکه های بی سیم جواب سئوال است.11. 802 قابلیت تحرک پذیری و همچنین پهنای باند مورد نیازی که کاربران خواهان آن هستند را فراهم می آورد.
ایده شبکه بی سیم محلی یک ایده جدید نیست چندین دهه از این مفهوم می گذرد. استاندارد 11 . 802 درسال 1997 تصویب شد، پس علت اینکه شبکه های بی سیم جدیداً گسترش پیدا کرده اند چیست؟ پهنای باند و قیمت پایین باعث توسعه این شبکه ها شده است.
شبکه های بی سیم اولیه مثل Ricbchet,ARDIS,ALHa تنها ارسال داده به نرخی کمتر از 1Mbps را فراهم می آوردند. با آمدن 11 . 802 این مقدار 2Mbps افزایش یافت. نسخهb11. 802 در سال 1999 تصویب شده و نرخ انتقال داده تا 11Mbps را فراهم می آورد که قابل مقایسه با سرعت در شبکه های محلی سیمی مثل اترنت (10Mbps ) می باشد. استانداردهای 802.11ag نرخ انتقال داده تا54Mbps را فراهم آوردند مثل شبکه های Fast Ethernet در شبکه های سیمی.
تولید کنندگان کمی بعد ارزش شبکه های بی سیم را درک کرده اند و بسیاری از این صنایع به این نوع شبکه اعتماد کرده و از آن برای تولید محصولاتشان استفاده کردند.
اگر چه شبکه های 11 . 802 یک توپولوژی محلی هستند، اما مدیران شبکه های سیمی و شبکه های سیمی مثل اترنت 3 .802 را مبارزه طلبیدند و وسایل شبکه های موبایل را در اختیار مدیران شبکه قرار دادند.
802.11 Wireless Ians:
11 .802 به علت پیاده سازی اسان و استفاده راحت آن در توسعه شبکه، به صورت فراگیر درآمده است. از دیدگاه کاربر، این شبکه ها دقیقاً مثل شبکه های اترنت هستند و معماری آنها ساده است، اگر چه رویارویی با یک محیط کنترل نشده، پیچیده تر از مواجهه با یک محیط سیمی کنترل شده است.
MAC در 11 .802 باید یک مکانیزم دسترسی که امکان دسترسی نسبتاً خوبی به محیط را بدهد، فراهم آورد. ایستگاههای11. 802 قابلیت تشخیص بر خوردی را که ایستگاههای اترنت سیمی دارند، مبتنی بر CSMACD دارند، دارا نمی باشند.(1 قابلیت تشخیص Collision ندارند.)
درنتیجه به یک MAC قوی تر و Scalable تر برای دسترسی به خط با کمترین Overrhead نیاز است.
نگاهی بر توپولوژیهای Wlan :
شبکه های 11 .802 دارای انعطاف پذیری در طراحی هستند. شما می توانید یکی از سه آرایش زیر از توپولوژیهای Wlan را انتخاب کنید:
- Independent Basic Service Sets ( IBSSs. AD- HOC )
- Basic Service Sets ( Bsss)
- Extended Service Sets ( Esss)
یک Service Set مجموعه ای از وسایل جانبی است که Wlan را ایجاد کنند. دسترسی به شبکه با Broadcast کردن یک سیکنال از طریق Rf carrier Wireless به یک ایستگاه گیرنده ، درون رنجی از فرستنده ها می تواند صورت گیرد. فرستنده ارسالش را با یک Service Set Identifier (SSID) آغاز می کند. گیرنده SSID را برای فیلتر کردن سیکنال های دریافتی به کار می برد و از این طریق سیکنال مربوط به خودش را می یابد.
IBSS:
یک IBSS شامل گروهی از ایستگاههای 11 . 802 می باشد که مستقیماً با یکدیگر در ارتباط اند که به این نوع شبکه ها AD-HOC هم اطلاق می شود. چون یک شبکه بی سیم اساساً Peer-to-peer می باشد، (که چگونه دو ایستگاه با کاردمال واسط شبکه 11 .802 ( NICS ) مجهز شده اند و می توانند یک IBSS را ایجاد و از این طریق با هم ارتباط برقرار کنند)؟
AD/HOC/IBSS
یک شبکه AD_HOC زمانی ایجاد می شود.که وسایل کلانیت به طور منفرد بدون استفاده از Access point یک شبکه کامل را ایجاد کنند. این شبکه ها نیاز به هیچ نقشه قبلی یا برداشت نقشه تکه ای زمین( محیط ) ندارند بنابر این معمولاً کوچک هستند وتنها به اندازه که برای برقراری ارتباطات برای Share کردن اطلاعات لازم است می می باشد. برخلاف حالت ESS ، کلانیت ها مستقیماً باهم در ارتباطند که تنها یک BSS ایجاد کرده که هیچ ارتباطی با شبکه سیم دار ( Wired ) ندارند. دراینجا محدودیتی در تعداد وسایلی که می توانند در IBSS باشند، وجود ندارد. اما چون هر وسیله ای یک کلاینت است، اغلب، تعداد معینی از اعضا نمی توانند با هم صحبت کنند. به علت عدم وجود AP در IBSS ، زمان به صورت توزیع شده کنترل می شود، یعنی کلانیتی که آغاز کننده ارتباط است یک وقفه beacon تنظیم می کند، برای ایجاد Target beacon Transmission time ( TBTT). زمانیکه یک TBTT رسید، هرکلانیت در IBSS کارهای زیر را انجام می دهد:
- تایمرهای قبلی از TBTT را منحل می کند.
- یک تأخیر به صورت رندم از اول معین می کند.
اگر قبل از اتمام زمان تأخیر، beacon ای برسد، تایمرهای قبلی را از سر می گیرد ولی اگر beacon ای دریافت نکند، در این مدت زمان تا انتهای زمان تأخیر، یک beacon فرستاده وبعد تایمرهای قبلی را از سر می گیرد.
چون در اغلب موارد احتمال وجود یک نود پنهان وجود دارد، ممکن است تعداد beacon های زیادی از کلانیت های مختلف در زمان وقفه فرستاده شود، بنابراین کلانیت ها ممکن است چندین beacon دریافت کنند اگر چه این در استاندارد اجازه داده شده وپیامدی در بر ندارد، چون کلانیت ها تنها در جستجوی دریافت اولین beacon مربوط به تایمرخودشان هستند.
Embeded timer درون beacon یک تایمر عملکرد همزمان است.
( Timer Synchronization function) TSF . هر کلانیت TSF درون beacon را با تایمر خودش مقایسه می کند و اگر مقدار دریافت شده بیشتر باشد، به این معنی است که کلاک ایستگاه فرستنده سریعتر کار می کند، بنابراین تایمرش را update می کند. با مقداری که دریافت کرده است.
ESS:
چندینinForastructure توسط واسطهای uplink می توانند به هم متصل شوند. در دنیای 11 . 802 واسطهای uplink ، BSS را با سیستم توزیع ( DS ) متصل می کند. مجموعه متصل شده BSS توسط DS را ESS می نامند. نیازی نیست uplink برقراری ارتباط uplink با DS به صورت سیمی باشد. اما اکثر اوقات اغلب بخش uplink DS به صورت اترنت ?? است.
802.11 Medium Access Mechanisms :
شبکه های مبتنی بر 11 . 802 مکانیزم Carrier Sense Multiple Access With collision avoidanceـ( CSMAICA ) را به کار می برند، درحالیکه مکانیزم اترنت CSMA/CD می باشد. اترنت سیمی تشخیص collision درمحیط امکانپذیر است. اگر دو ایستگاه همزمان شروع به ارسال کنند، سطح سیگنال درسیم انتقال بالا می رود که نشاندهنده وقوع تصادم به ایستگاه فرستنده است.
ایستگاههای 11 .802 قبل از ارسال خط را سنس کرده و درصورت اشغال بودن خط منتظر می مانند تا خط آزاد شود و بعد ارسال کنند. نودهای 11 .802 قابلیت تشخیص collision را ندارند و فقط از وقوع آن دوری می کنند .
نگاهی بر CSMA/CD :
می توان مکانیزم CSMA/CD را با کنفرانس تلفنی مقایسه کرد. هر یک از دوطرفی که می خواهد صحبت کند، باید منتظر بماند تا صحبت دیگری تمام شود. زمانیکه خط ازاد است، هر یک می توانند صحبت کنند، اگر دو طرف همزمان شروع به صحبت کنند، باید توقف کرده و بعد در فرصت مناسب دوباره صحبت کنند.
CSMA/CD منظم تر از CSMA/CD است. مجدداً در مقایسه با کنفرانس اما با کمی تفاوت:
- قبل از اینکه هر یک از دو طرف صحبت کنند باید تصمیم بگیرند که چه مقدار قصد صحبت کردن دارند، این به هر یک از نودهایی که مثلاً قصد ارسال دارند فرصت می دهد که بفهمند تا چه حد باید منتظر بمانند تا نوبت ارسال آنها برسد.
- طرفین ( نودها) نمی توانند تا زمانیکه مدت زمان اعلام شده از سوی شخص قبلی ( نود قبلی ) تمام نشده، صحبت کرده ( ارسال کنند).
- نودها از اینکه صدایشان در هنگام صحبت کردن شنیده شده یا خیر، آگاه نیستند تا اینکه تأییده ای از سخنان خود را از نودهای گیرنده دریافت کنند.
- بنابر این اگر ناگهان دو نود همزمان شروع به ارسال کنند، چون صدا را نمی شنوند، از اینکه همزمان درحال صحبت کردن هستند اطلاع ندارند، بعد از اینکه تأییده ای آن دریافت نکردند، نودها فهمندکه با هم صحبت کرده اند.
- نودها به طور رندم یک زمان را مجدداً انتخاب و شروع به صحبت می کنند.
بنابر آنچه گفته شد، CSMA/CD دارای قوانین منظم تری نسبت به CSMA/CD می باشد. این قوانین ازوقوع collison جلوگیری می کنند. این ممانعت برای شبکه های بی سیم بسیار کلیدی و با اهمیت است چرا که صریحاً مکانیزصریحی برای تشخیص تصادم ندارند. CSMA/CD به طور ضمنی collison را تشخیص می دهد. یعنی زمانیکه یک فرستنده تائید مورد نظرش را دریافت نمی کند.
پیاده سازی CSMA/CA در (DCF) Distributed Coordination Function آشکار می شود، برای توضیح اینکه CSMA/CD چگونه کار می کند، توضیح بعضی مفاهیم (اجزاء) اولیه کلیدی در CSMA/CA 802.11 مهم است.
- Carrier Sense
- DCF
- Acknowlegment Frames.
- Request to Send /clear to Send (RTS/CTS) medium reservation
به علاوه، دو مکانیزم دیگر، یعنی دو بخش دیگر مکانیزم دسترسی به خط ها در 802.11 که مستقیماً به CSMA/CA مرتبط نیستند، عبارتند از :
- Frame fragmentation
- Point coordination Function (PCF)
- Carrier Sense:
ایستگاهی که می خواهد روی محیط بی سیم ارسال کند باید تشخیص دهد که آیا خط مشغول است یا خیر. اگر خط مشغول باشد، ایستگاه باید ارسال فریم را تا زمانیکه خط آزاد شود به تعویق بیاندازد. ایستگاه وضعیت خط را از دو طریق می تواند تشخیص دهد:
- با چک کردن لایه فیزیکال برای اینکه بفهمد / یا Carrier حاضر است.
- با استفاده از توابع سنس کریر مجازی (NAV)Network Allocation Vector ایستگاه می تواند لایه فیزیکی را چک کند و تشخیص دهد که محیط در دسترس است. اما در بعضی مواقع ممکن است خط توسط ایستگاه دیگری به وسیله NAVرزرو شده باشد. NAV یک تایمر است که بر طبق فریمهای ارسال شده روی خط Update می شود. برای مثال در یک زیر ساختار BSS فرض کنید که فردی فرعی را برای فردی دیگرارسال می کند. فردیx) )فریمی(y )را برای فردی دیگر ارسال می کند، چون محیط بی سیم یک محیطBroadcast است، افراد(z )دیگری هم فریم x را دریافت خواهند کرد.
فریمهای 11-802 دارای یک فیلد duration هستند که مقدار آن به اندازه کافی برای ارسال فریم و دریافت تاییده آن بزرگ است. z ، NAV مربوط به خودش را با مقدار Update duration می کند و تلاشی برای ارسال فریم نخواهد کرد تا زمانیکه NAV صفر شود.
توجه کنید که در ایستگاه ها فقط NAV زمانی Update می شود که مقدار فیلد Duration دریافت شده از مقداری که در NAV خودشان است، بزرگتر باشد. برای مثال اگرz ، دارای NAV با مقدار 10ms باشد و فریمی با NAV برابر 5ms دریافت کند، NAV اش را Update نمی کند اما اگر فریمی با مقدار NAV = 20ms دریافت کند، باید NAV خود را Update کند.
DCF:
مکانیزم دسترسی که IEEE برای شبکه 802.11 در نظر گرفته، DCF است. این مکانیزم نیز بر مبنای CSMA/CA می باشد. برای توضیح عملکرد DCF به مفاهیم زیر توجه کنید:
در عملکرد DCF ، یک ایستگاه منتظر برای ارسال فریم باید مقدار مشخصی از زمان منتظر مانده و بعد از اینکه خط در دسترس قرار گرفت، ارسال کند. این مقدار از زمان DCF Interframe Space (DIFS) نامیده می شود. زمانیکه DIFS سپری شد، خط برای دسترسی ایستگاه آماده است.
احتمال زیادی وجود دارد که دو ایستگاه به طور همزمان برای ارسال تلاش کنند، (زمانیکه خط بی کار می شود)، و در نتیجه Collision به وجود می آید. برای اجتناب از این وضعیت، DCF یک تایمر رندم Backoff به کار می برد.
الگوریتم رندم Backoff به طور رندم مقداری از ؟؟ تا مقدار آماده شدن پنجره (CW)Contention window را انتخاب خواهد کرد. پیش فرض مقداری CW توسط تولید کنندگان تغییر می کند و در NIC ایستگاه ذخیره می شود. مقادیر محدوده رندم برای Backoff از تایم اسلات صفر شروع می شود و به ماکزیمم مقدار می رسد، (Cwmin cwmax ). یک ایستگاه به طور رندم یک مقدار بین صفر و مقداری جاری CW را انتخاب خواهد کرد. مقدار رندم ،تعداد تایم اسلات های 802.11 ای است که ایستگاه باید قبل از آغاز به ارسال در هنگام آزاد بودن خط صبر کند. یک تایم اسلات مقدار زمانی است که بر مبنای فیزیکال بر اساس ویژگیهای RF در BSS استنتاج می شود. بر اساس مشخصات 802.11 نیاز است که ایستگاه یک فریم تاییده به فرستنده فریم بفرستد. این فریم تاییده به ایستگاه فرستنده اجازه می دهد که به طور غیر مستقیم بفهمد که آیا برخورد در محیط رخ داده است یا خیر. اگر ایستگاه فرستنده فریم تاییده ای دریافت نکند، تصور می کند که برخورد در محیط رخ داده است ایستگاه فرستنده شمارنده های Retry اش را Update می کند، مقدار CW را دو برابر می کند و مراحل دسترسی به محیط را دوباره آغاز می کند.
Acknow legment Frames:
یک ایستگاه گیرنده یک فریم تاییده به ایستگاه فرستنده به منظور آگاه ساختن او از عدم وجود خطا دو ارسال می فرستد. با اطلاع از اینکه، ایستگاه گیرنده باید به خط دسترسی پیدا کند و فریم تاییده را بفرستد، شما ممکن است تصور کنید که فریم تاییده ممکن است که به علت وجود درگیری در خط تاخیر کند در حالیکه ارسال یک فرم تاییده یک حالت خاص است. فریم تاییده می تواند از مرحله رندم Backoff عبور کند و یک وقفه کوتاه بعد از اینکه فریم دریافت شد برای ارسال تاییده منتظر بماند. این وقفه کوتاهی که ایستگاه گیرنده منتظر می ماند Short Inter frame Space (Sips) نامیده می شود.
802.11 fragmentation Frame:
Frame Fragmetation یکی از توابع لایه MAC است که قابلیت اطمینان در ارسال فریم در محیطهای بی سیم را افزایش می دهد. فرضیه کنار این مفهوم این است که یک فریم به تکه ای کوچکتری شکسته می شود و هر تکه به طور مجزا می تواند ارسال شود. فرض بر این است که احتمال ارسال موفقیت آمیز یک فریم کوچکتر در محیط بی سیم بیشتر است. هر تکه از فریم به طور مجرد تایید خواهد شد. بنابراین اگر تکه ای از آن خراب شود، یا دچار تصادم (Collision) شود، فقط ان تکه باید مجدداً فرستاده شود و نه همه فریم ها که این باعث افزایش گذردهی خط می شود.
مدیر شبکه می تواند اندازه تکه ها را تعیین کند. این عمل فقط روی فریمهای Unicast انجام می شود. فرمیهای Broadcast یا Multicast به طور کامل فرستاده می شوند.
تکه های فریم به صورت توده ای (Burst) فرستاده می شوند، با استفاده از مکانیزم دسترسی خط DCF. اگرچه Fragmentation می تواند قابلیت اطمینان در ارسال فریم در یک شبکه بی سیم محلی را افزایش دهد، ولی Overhead را در پروتکل MAC 802.11 زیاد می کند. هر تکه از فریم حاوی اطلاعات یک هدر MAC - 802.11 است، همچنین به یک فریم تاییده متناظر نیاز دارد. این افزایش Overhead در MAC باعث کاهش گذردهی واقعی ایستگاه بی سیم می شود.
PCF:
یک مکانیزم دسترسی به خط به صورت انتخابی است که علاوه بر DCF به کار می رود. PCF مکانیزمی است که از بر خورد فریم ها در هنگام تحویل به AP یا از AP را جلوگیری می کند. اغلب تولید کنندگان به این خصیصه (PCF) توجهی ندارند چون Overhead را زیاد می کند و این باعث شده که توسعه چندانی پیدا کند.
خصوصیت (QOS) Quality of Service در استاندارد 802.11 بر اساس PCF برای ایجاد دسترسی مفیدتر و ارسال بهتر صوت و Video صورت گرفته است.
- وسایل غیر استاندارد.NoN Stondard Device وسایل ویژه زیر مدنظر هستند:
- Repeater APS
- Universal clients (workgroup bridgs(
- Wirless Bridge
اگر چه هر کدام از این وسایل، ابزار مفیدی برای شبکه محسوب می شوند، اما باید توجه کنید که هیچ کدام در استاندارد 802.11 تعریف نشده اند و هیچ تضمینی برای استفاده از آنها وجود ندارد چرا که هر یک ارائه کنندگان مختلف ممکن است مکانیزمهای متفاوتی برای پیاده سازی این ابزارها تعیین کنند. برای اطمینان به شبکه،در صورت استفاده از این وسایل، باید مطمئن باشید که آنها دو دیواسی که از یک فروشنده ارائه شده اند را به هم مرتبط می کنند.
Repeater APS
شما (باید خودتان راهی) ممکن است است، خودتان را در وضعیتی ببینید که برقراری ارتباط یک AP به یک زیر ساختار سیمی به سادگی صورت نگیرد یا مانعی برای برقراری ارتباط AP با کلانیت ها مشکل ایجاد کند. در چنین وضعیتی، می توانید از یک Repeater AP استفاده کنید.
بسیار شبیه تکرار کننده های سیمی است، آنچه تکرار کننده بی سیم انجام می دهد، تنها ارسال همه پکت هایی است که در سطح بی سیم خود دریافت می کند، تکرار کننده AP بر روی گسترش BSS و همچنین Callision domain اثر دارد.
اگر چه می تواند یک ابزار موثر باشد، باید توجه داشت که در موقع به کارگیری آن،Overlap ناشی از Broadcast Domian می تواند روی گذردهی اثر بسیار گذاشته و گذردهی را نصف کند.
مشکل می تواند با زنجیره ای از تکرار کننده های AP تشدید شود. به علاوه، استفاده از تکرار کننده AP ممکن است شما را محدود بکند که کلانیت ها با تعمیم هایی که آنها را قادر با برقراری ارتباط به تکرار کننده های AP و اجرای خدمات از روی تکرار کننده های AP می سازد، استفاده کنند. علی رغم این محدودیت ها، برنامه های زیادی پیدا خواهید کرد که به استفاده از تکرار کننده نیاز دارند.
Universal clients and workgroup Bridge:
ممکن است یک وسیله پیدا کنید که اترنت سیمی یا واسط سریال را فراهم کند اما دارای اسلات برای NIC بی سیم نباشد، اگر داشتن چنین وسیله ای برای شما مفید است ( در شبکه بی سیم)، می توانید از Unirersal client و Workgroup Bnidge استفاده کنید.
بعضی از وسایلی که در این تقسیم بندی قرار می گیرند، عبارتند از :
Retial Point of Sale Devices پرینترها، PC های قدیمی، Copies و شبکه های کوچک موبایل.
Universal client یا Workgroup bridge بسته های Wired را که دریافت می کند به صورت بسته های بی سیم کپسوله می کنند بنابراین یک واسط 802.11 به AP فراهم می کنند. (واژه سه Universal client اغلب زمانی به کار می رود که یک تنها وسیله سیمی متصل شده باشد،) در حالی که Workgroup Bridge برای یک شبکه کوچک از وسایل چند گانه به کار می رود. چون هیچ مبنای استانداردی برای کپسوله کردن یا فوروارد کردن این داده های سیمی وجود ندارد، بنابراین اغلب باید مطمئن باشید که Universal client یا Workgroup Bndge شما با AP تان با هم سازگاری دارند.
Wireless Bridgs:
اگر مفهوم Workgroup Bridge را تعمیم دهیم به طوریکه به جایی برسیم که دو یا تعداد بیشتری شبکه وایر را به هم مرتبط کنیم، به مفهوم Wireless Bnidge می رسیم. مشابه پل های وایر، پل های بی سیم شبکه ها را متصل می کنند. شما از یک پل بی سیم برای ارتباط شبکه هایی که ذاتاً متحرک هستند، استفاده می کنید.
شبکه هایی که به هم متصل می شوند ممکن است که مجاور هم نباشند، در این حالت پل بی سیم روشی را برای ارتباط این شبکه ها فراهم می آورد. تفاوت اصلی پل ساده با یک پل گروهی این است Workgroup Bridge تنها درسته در شبکه های کوچک در محیط یک دفتر به کار برده می شود، در حالیکه پل می تواند شبکه های بزرگ که اغلب در مسافتهای دورتری نسبت به آنچه در شبکه های محلی بی سیم دیده می شود را به هم متصل کند.