Безжични компютърни мрежи- wireless, Bluetooth

Вероятно най-голямото влияние на безжичните мрежи може да бъде усетено в доброто им възприемане от потребителите. Най-очевидният пример за по­пулярността на тази технология може да бъде видян при новите преносими компютри, повечето от които вече се доставят с интегриран 802.11b или g интерфейс.

Безжичните LAN мрежи са базирани на радиовълнова технология, разпределения спектър, първоначално разработена за военна комуникация от армията на САЩ по време на Втората световна война. Военните техници са се спрели на разпределения спектър, тъй като той е по-устойчив на заглушаване. Други предимства по онова време дали възможност за увеличаване на скоростта на предаване на радио данни. След 1945 г., цивилните предприятия започнали да разширяват тази технология, осъзнавайки потенциалните ползи за потреби­телите.

Технологията разпределен спектър еволюирала до предшественика на съвременните безжични LAN мрежи през 1971 г., благодарение на един проект на Хавайския университет, наречен AlohNet. Този проект дал възможност на седем компютъра на различни острови да общуват двупосочно с централен комутатор на остров Оаху.

Проучванията на университета покрай AlohNet прокара пътя към първото поколение от съвременно оборудване за безжични мрежи, което работеше в честотния диапазон 901-928 MHz. Тази фаза от развитието се радваше на ограничена употреба от потребителите, поради задръстване на честотната лента и относително ниската скорост, поради което употребата беше ограничена предимно за военни цели.

От този момент насам, за свободно използване беше определена честотата 2.4 GHz, така че безжичната технология започна своя растеж в този диапазон и беше създадена спецификацията 802.11. Тази спецификация прераснала в широко разпространения стандарт 802.11b, като същевременно продължава да се развива към все по -бързи и по-сигурни реализации на технологията.

802.11а

Това все още е стандартът, който се има предвид от повечето хора, когато стане дума за безжични мрежи. Той позволява скорости от 11 MBps в честотната лента 2.4 GHz, а обхватът му може да достигне до повече от 500 метра.

Този стандарт е разработен за предоставянето на по-високи скорости за данни 54 MBps в честотната лента 2.4 GHz и предлага допълнителна сигурност чрез въвеждането на WiFi Protected Access, или WPA. 802.11g устройствата в момента се внедряват на мястото на 802.11b устройствата и вече поч­ти са достигнали широко разпространение.

Макар и още във фаза на разработка, този стандарт има за цел да разреши много от проблемите със сигурността, които морят 802.11b, и да предос­тави по-надеждна система за удостоверяване и криптиране. По време на списването на настоящата книга, тази спецификация не е завършена.

802.lln е прокламиран като високоскоростният отговор на сегашните ог­раничени в скоростта безжични мрежи. С операционна скорост от 100 Mbps, той горе-долу ще удвои съществуващите скорости за безжичен пренос, като същевременно ще предлага съвместимост с по-старите спе­цификации b и g. По време на списването на настоящата книга, тази спе­цификация не е завършена. Някои производители, обаче, вече предложиха предварителни продукти, които са базирани на ранните чернови на спе­цификацията.

Табл. 2.1.

Стандартът 802.11 фиксира два вида безжично мрежово оборудване - клиент, ролята на който обикновено се поема от компютър с инсталирана безжична мрежова интерфейсна платка (Network Interface Card, NIC), и точка за достъп (Access point, AP), която служи за връзка между безжична и кабелна мрежа.

Фиг.1.1.

Както споменах по-горе, основната промяна, внесена от 802.11b в основния стандарт, е поддръжката на две нови скорости на предаване на данни - 5.5 и 11 Mbps. За постигането на тези скорости се използва методът на пряка последователност (DSSS), което означава, че системите 802.11, използващи DSSS, ще са съвместими с DSSS системите 802.11, но няма да се "виждат" със системите, използващи FHSS 802.11. Другото полезно нещо при 802.11b е методът на динамична промяна на скоростта на трансфер в зависимост от силата на сигнала, шумовете в ефира или отдалечеността на станцията. Това, обяснено на неусложнен и разбираем език означава, че устройствата IEEE 802.11b могат да установят връзка помежду си при 11 Mbps, после, при възникване на смущения, или при отслабване на сигнала, те автоматично ще намалят скоростта на предаване. След определен период от време, след като се появи възможност устройствата пак да работят на по-висока скорост, скоростта пак ще бъде автоматично увеличена до максимално възможната. Просто и логично...

Повечето модели интерфейсни карти са предназначени за включване към шината PC Card/PCMCIA. За да могат те да бъдат монтирани в компютрите, които нямат такъв слот, производителите предлагат преходници към PCI от PCMCIА.

Фиг. 2.2.

За радост на всички, на които нямат свободно място на PCI слотовете на desktop системите им, много от производителите произвеждат и външни устройства с интерфейс USB.

В резюме основните характеристики на адаптерите IEEE 802.11b изглеждат така:

• 
  интерфейс: PC Card, USB, PCI
  
• 
  скорост на предаване на данни: до 11 Mbps
  
• 
  работа в half-duplex режим
  
• 
  възможност за работа в режим точка-точка и клиент/сървър с точка за достъп
  
• 
  работна честота: 2.4 GHz
  
• 
  далечина на връзката: 100..500 м в зависимост от външните условия и от скоростта
  

Адаптерите, отговарящи на спецификациите IEEE 802.11a, на външен вид по нищо не се отличават от старите 802.11b, но имат три много основни "вътрешни" разлики:

• 
  интерфейс: Card Bus, USB 2.0
  
• 
  скорост на предаване на данни: до 54 Mbps
  
• 
  работна честота: 5 GHz
  

Макар и да са спецификации на един и същ формат, отличаващи се само по една буква в наименованието си, устройствата , отговарящи на стандарта 802.11b не могат да бъдат модернизирани до по-бързия 802.11а. По този начин, ако в момента имате изградена 802.11b мрежа, единственият начин, по който можете да я накарате да заработи на 54 Mbps, е да подмените оборудването с ново. Единственото изключение са последните модели точки за достъп (Access Points), които позволяват монтирането в тях на PCMCI карти, отговарящи на стандарта 802.11b, и на 802.11a.

Когато IEEE създаде стандарта 802.11b, те осъзнаваха, че отворената същ­ност на безжичните мрежи изисква някакъв механизъм за опазване на це­лостта и сигурността на данните и поради това създадоха Wired Equivalent Privacy (WEP). Стандартът обещаваше да предостави криптиране на ниво 128-бита и потребителите трябваше да могат да се наслаждават на същите нива на сигурност, както при традиционните кабелни мрежи.

Надеждите за такъв вид сигурност, обаче, много бързо бяха попарени. В един документ, наречен „Weaknesses in the Key Scheduling Algorithm of RC4" от Скот Флюрер (Scott Fluhrer), Итсик Мантии (Itsik Mantin) и Ади Шамир (Adi Shamir), бяха описани много подробно слабостите в генерирането и реализи­рането на WEP. Въпреки че по време на създаването на този документ тази разработка беше теоретична атака, един студент от Университета Райе, Адам Стъбълфийлд (Adam Stubblefield), я превърна в реалност и проведе първата WEP атака. Макар че той не разпространи публично своите инструменти, ве­че се предлагат много подобни такива за Linux, даващи възможност на атаку­ващите да пробият WEP, превръщайки го в ненадежден протокол за сигур­ност.

Все пак трябва да се отбележи, че провеждането на една WEP атака изисква значително количество време. Успехът на атаката зависи на количеството криптирани данни, които атакуващият е уловил. Инструментите от типа на AirSnort изискват приблизително 5 до 10 милиона криптирани пакети. За пробиването на една безжична LAN мрежа, постоянно натоварена с макси­малното количество трафик, може да са необходими до 10 часа. Тъй като по­вечето мрежи не работят на пълен капацитет толкова време, може да се очак­ва, че атаката ще отнеме доста повече време, от порядъка на няколко дни при по-малките мрежи.

За истинска защита от злонамерено поведение и подслушване, обаче, трябва да се използва VPN технология и безжичните мрежи не трябва никога да се свързват директно към вътрешни, доверени мрежи.

Различните производители използват леко различаващи се архитектури за предоставянето на 802.11b функционалност. Има два големи производители на чипове, Hermes и Prism, а във всеки от тези чипове производителите на хардуер правят различни промени за подобряване на сигурността или ско-ростта. Например оборудването на USRobotics, базирано на чиповете на Prism, вече предлага 802.11b на 22 MBps, но то не може да работи на тази скорост съвместно с 22 MBps 802.11b хардуер на ВЬ11ж. Тези устройства, обаче, са съвместими на скорост 11 MBps.
801.11g u 802.11b В Linux
Поради новите чипове и разликите между производителите, поддръжката на 802.11g в Linux е донякъде трудна. Поддръжката на 802.11g устройства под Linux все още е в зародиш и не е стабилна и надеждна като тази за 802.11b. Нор­малната поддръжка на g устройства под Linux, обаче, не е далеч. Благодаре­ние на работата на групите от типа на Prism54.org, която разработва g драй­вери, и обявлението на Intel, че ще предостави драйвери за своите чипове Centrino, пълната поддръжка е на разстояние по-малко от година.

Както беше споменато по-горе, съществуват два основни вида 802.11b чипо­ве, Hermes и Prism. Макар в началото картите на Hermes да бяха доминира­щи, благодарение на популярността на картите WaveLAN (Orinoco) на Lucent, значителна част от производителите на карти днес използват чипа prism2 на Prism. Някои много популярни Prism карти са например тези на D-Link, Linksys и USR. С всяка от тези карти ще получите приблизително едно и също бързодействие, а и те са взаимозаменяеми, когато работят по стандар­та 802.11b. Това означава, че няма проблем да се свърже безжична карта на Lucent с точка за достъп на D-Link, и обратното. Следва кратък списък с ос­новните производители на карти и техните чипове. Ако вашата карта не е в този списък, проверете в ръководството й за експлоатация или на уеб сайта на производителя.

Lucent Orinoco Silver и Gold Cards

Gateway Solo

Buffalo Technologies

• Карти c чипове Prism 2:

Addtron

Linksys

ZoomMax

Всички технологии за безжични комуникации използват един или друг вариант на кодиране на данните с цел тяхна защита. Мрежите, отговарящи на стандарта IEEE 802.11, използват функции за криптиране WEP за кодиране на информацията, като, в зависимост от класа на устройството криптирането може да бъде 64- или 128- битово. При Bluetooth има три режима на защита, като най-защитеният Security mode 3 (link level enforced security) оперира с сеансови ключове (Bond), които се генерират в процеса на свързване на две устройства, и се използват в процеса на свързване, идентификация и предаване на данни между две устройства. При всички положения, проблемът със защитата на данните при безжичните комуникационни устройства е открит - все още е сравнително лесно да бъде уловен сигнала от ефира и той да бъде декодиран.Както споменах, 802.11b осигурява контрол на данните на MAC ниво и механизми на криптиране, известни като Wired Equivalent Privacy (WEP), които могат да бъдат включени или изключени.Когато WEP е включен, той защитава само пакета с данни, но не и заглавието му, така че всички свързани в мрежата устройства могат да "преглеждат" преминаващите данни. За контрол на достъпа във всяка точка на достъп се разполага ESSID (или WLAN Service Area ID), без информация за който станцията не може да се включи към точката за достъп. Освен това, при нея може да се съхранява списък от "разрешени" MAC адреси на упълномощените устройства, по този начин разрешавайки към мрежата да се включват само тези устройства, които се намират в списъка. Криптирането на данни се извършва с помощта на алгоритма RC4 с 40-битов ключ, но има и по-прости начини на криптиране. Решавайки, кое точно устройство да си закупите, обърнете внимание и на този параметър - някои производители на безжични комуникационни устройства, с цел поевтиняване на изделията си, използват по-прости алгоритми за кодиране.

Bluetooth. Тази безсмислена като превод дума (буквалния й превод е "син зъб") все по-често се среща в материалите, посветени на компютрите. Най-вероятно вие знаете, че става дума за технология, чрез която се изграждат безжични мрежи, в които могат да участват не само компютри, но и други устройства - например мобилни телефони или дори апарати от домашния ни интериор - печки, хладилиници...

Технологии за безжично свързване са били разработвани и преди Bluetooth, но по една или друга причина нито една от тях не е получила широко разпространение. От друга страна, има причини, който не позволяват на Bluetоoth да увеличи своя дял при текущо използваните интерфейси. Ето някои от тях:

• 
  висока (засега) производствена цена на необходимата за функционирането на интерфейса елементна база
  
• 
  липса на добра поддръжка на ниво операционна система (може да бъде решено с написване на драйвери)
  
• 
  липса на интерес от страна на производителите да предлагат устройства с Bluetooth интерфейс
  
• 
  нерешени проблеми със запазването на неприкосновеността на обменяните между устройствата данни (лесно се прихващат и декодират от разстояние)
  
• 
  ниска скорост на предаване на данни
  
• 
  малък обхват на устройствата
  

Фиг. 2.3.

От друга страна, има предимства, които може би ще помогнат на тази технология да си изгради добро бъдеще (на Bluetooth в сегашния му вид или на негов наследник, изчистен от недостатъците на предшественика):

• 
  добре обмислена структура
  
• 
  неотклонно намаляваща цена на хардуерния модул (едночипово решение)
  
• 
  поддръжка от страна на консорциум, основан през 1998 г, със свободно безплатно членство, в който членуват над 2000 компании, между които IBM, Intel, Nokia, Erricson, Toshiba, 3COM, Lucent, Microsoft.
  

Ericsson Bluetooth модул

Разстояние, на което могат да се отдалечат две устройства е около 20-30 метра (типичното разстояние обикновено не надвишава 10 метра), но се работи по удължаването му. В замяна на това, няколко Bluetooth устройства могат да се свържат в мрежа и през стена (стени) или на няколко етажа в една сграда, без да има необходимост от пряка видимост или външна антена, по същия начин, по който могат да се свързват IEEE 802.11 устройствата. Широчината на канала е 723,2 Kb/sec. за устройства, работещи в асинхронен режим, и 433,9 Kb/sec. за работещите в синхронен режим. Когато по канала е се предават данни, могат да бъдат предавани 3 аудиоканала, като всеки едни от тях поддържа 64 Kb/sec. синхронен пренос. Допуска се съставен сигнал от данни и аудио.Bluetooth има и друга, отличваща го от останалите технологии особеност: различните Bluetooth устройства влизат в контакт едно с друго автоматично, веднага след като попаднат в обсега на приемо-предавателя, а за установяването на връзката, аутентификацията и др. се грижи програмното осигуряване.

Запознаването със спецификациите на Bluetooth стандарта, версия 1.1, официално излязла на 1 декември 2000 г. (първите спецификации на стандарта са от октомври 1998 г.), отнема доста време да се запознаеш с нея, като се има предвид, че само публичния документ е съставен от 1084 страници. Но ето някои данни ...

Едно от големите предимства на Bluetooth е, че устройството, поддържащо стандарта, влизайки в обхват може да установи връзка не с едно, а с множество други, поддържащи тази технология, като не е задължително те да си взаимодействат активно.

Устройство, обменящо активно информация с други устройства, според терминологията на Bluetooth се нарича master, a устройствата, с които то комуникира активно се наричат slave, като максималния брой slave устройства може да бъде 7. Освен това може да съществуват още неограничен брой неактивни slave устройства, които са установили връзка с него, макар, че са синхронизирани с master, не обменят данни с последния, очаквайки освобождаване на свободно място, за да осъществят преноса на данни. Такъв тип връзка между устройствата се нарича piconet. В рамките на една piconet връзка може да има само едно master устройство, но когато е необходимо, свързаното с него slave може да смени статуса си на master, образувайки своя pinocet структура. Този тип сложна съставна структура носи наименованието scatternet, в която всяко едно устройство може да бъде едновременно и master и slave, в зависимост от конкртената ситуация и мястото му в структурата.

Фиг. 2.5.

По този начин една scatternet мрежа от Bluetooth устройства е един, образно казано, динамично променящ се организъм, преобразуващ структурата си според текущите нужди (в зависимост от това, към кои точки от мрежата се комутират новите устройства). Разбира се, за да се избегне дублирането на устройствата и други нежелани отклонения, всяко устройство, освен уникалното си име, взаимодейства с другите, използвайки различен канал за връзка, на различна честота и с различен от другите параметър hopping, характеризиращ hopping channel (хопинг-канал). Хопинг (hopping)-това е периодична промяна на честотата, определяна от параметъра hopping sequence. Ето какво представлява най-просто казано процеса установяване на връзка на ново устройство, попаднало в обхвата на друго (други) Bluetooth устройства. Първоначално всяко Bluetooth устройство, попадайки в някакво пространствено положение, извършва претърсване на каналите за свързване, търсейки други устройства. Този режим носи името Device Discovery, и, в зависимост от това, в кой от описаните режими се намират евентуално откритите устройства, се установява или не връзка. Тези устройства може да се намират в няколко режима:

• 
  discovery mode-устройствата, работещи при този режим се намират в готовност да приемат установяващите връзка процедури.
  
• 
  limited diskoverable mode-при този режим устройствата приемат връзката само при спазване на някои условия (например ограничено време).
  
• 
  non-discoverable mode-този режим се използва, когато устройствата не трябва да приемат нови запитвания.
  

Фиг. 2.6.

Освен всичко това, устройствата, намиращи се в някои от първите два режима могат да пребивават и в connectable или non-connectable mode. Ако устройството е в първия mode, устройствата разменят служебна информация, настройвайки специфични параметри на връзката помежду им.От друга страна при положение, че устройството е във втория mode, то може да бъде открито от участници в сеанса, но не позволява установяване на някои параметри на връзката и респективно, приемането и предаването на данни.

На следващия етап се извършва прочитането на имената на всички достъпни Bluetooth устройства. Според спецификациите, освен, че разполага с уникален мрежов адрес, всяко устройство на ниво потребител оперира със собствено име. Името на устройството може да бъде с дължина до 248 байта, като не задължително то да бъде уникално в рамките на една мрежа от Bluetooth устройства.

Bluetooth устройствата имат много ценно свойство, определено от спецификациите, което му позволява автоматично, при установена връзка с друго устройство, автоматично да се включи към списъка с предоставените от последното (или последните) услуги. За това се "грижи" протоколът Service Discovery Protocol (SDP).

Последното нещо, върху което бих искал да се спра, е болният въпрос със защитата на данните. Технологията за защитата им е вградена в самия протокол, като съществуват три режима за защита:

1. 
   Security mode 1 (non secure) - устройството няма право да активира защитни механизми.
   
2. 
   Security mode 2 (service level enforced security) - устройството не активира защитни механизми, докато не бъде свързано с друго, след което механизмът за защита се активира в съответствия с типа и изискванията на използваните служби.
   
3. 
   Security mode 3 (link level enforced security) - защитният механизъм се активира още по време на установаване на връзката, като ако някое от устройствата не отговаря на изискванията, то няма да може да се свърже.
   

Въпреки ниските скорости на трансфер, интерфейсът Bluetooth си има и своите положителни страни. От една страна, това е лесният начин за връзка между отделните устройства, не изискващ сложни настройки и някакви специални познания от страна на потребителя. От друга - при невъзможност да се изгради мрежа между два компютъра (или някакви други две устройства с интерфейс Bluetooth) по друг начин, този интерфейс позволява безжичен пренос на данни между тях, и то на разстояние минимум 10 метра.

Не трябва да изпускаме от поглед и другите възможни сфери на приложение на устройтвата с този интерфейс. Това са, например, вече съществуващите безжични гарнитури с Bluetooth интерфейс за мобилмите телефони, снимка на която има в началото на статията. Някои производители се опитват да проправят път на пазара, предлагайки първите мишки и клавиатури с такъв интерфейс, а съм срещала данни за прототипи на ново поколение битови уреди, използващи интерфейса за връзка с централния команден център на едно ново "умно" жилище от близкото бъдеще.

Дали ще се наложи този интерфейс? В света на компютърните технологии това може само да се предполага. Факт е, че големите производители на дънни платки като MSI и EpoX имат продукти с вграден интерфейс Bluetooth, множество модели GSM апарати, PDA и преносими компютри - също, говори за нарастващия интерес от страна на производителите, които понякога също участват в прогреса. Рано е още да се говори за реакция на потребителите, които често консумират това, което производителите им го предлагат, дори и без да го искат целенасочено. Така или иначе, малко по малко Bluetooth набира инерция, и, както често се получава в света на компютърните технологии, при излизането на следващата, по-бърза и защитена версия, най-вероятно ще стане това, което всички биха искали, и ще си осигури добро бъдеще. Ако, разбира се, другите безжични технологии не го изпреварят.....

Мрежовите потребители в една фирма обикновено са свързани към локална мрежа за да имат достъп например до интернет, електронната си поща, онлайн услуги или обща информация. Чрез безжичните решения потребителите могат да имат достъп до тези мрежови услуги без да е необходимо да търсят място за включване в кабелната мрежа. В същото време компаниите могат да изграждат нови или да разширяват съществуващите мрежи без да се налага да инсталират или да преместват кабели. Безжичните локални мрежи много предимства в сравнение с траидиционните кабелни мрежи

1. 
   Хънт, К. Linux Мрежови съвъри. С., Софтпрес,2003;
   
2. 
   Комър,Б. TCP/IP Мрежи и администратиране. С., ИнфоДАР, 1999;
   
3. 
   http://www.dhstudio.eu
   
4. 
   http://linux-bg.org/
   
5. 
   Комър,Б. TCP/IP Мрежи и администратиране. С., ИнфоДАР, 1999;