Локалне мреже(Локална мрежа - ЛАН) биле су најједноставније рачунарске мреже. Њихове карактеристичне карактеристике, као разноликост рачунарских мрежа, састојале су се у ограниченом броју чворова (по редоследу јединица), малој удаљености између међусобно повезаних рачунара (територија једне зграде, спрата, канцеларије), присуству аутономних комуникационих линија између мрежних чворова (обично ожичених - кабловских). Изворна топологија локалних мрежа била је најједноставнија и састојала се од повезивања мрежних чворова (рачунара) на заједничку жичану линију која се назива магистрала.. Листа типичних карактеристика ЛАН-а које су преживеле до данас укључује ограничени број претплатника мреже, ограничену територију унутар које се претплатници дистрибуирају и присуство телекомуникационе линије између претплатника (чворова). У модерним ЛАН-овима оригиналне функције су се промениле у три аспекта:
1) промене у топологији комуникационих линија (у поређењу са топологијом типа „магистрала“);
2) промене у типу мрежних чворова (заједно са рачунарима мрежни чворови могу бити уређаји са различитим врстама дигиталног садржаја: видео, графика, телефонија итд.);
3) увођење међусобне везе између ЛАН-а (укључујући све његове чворове) и окосне мреже, која се користи за међусобно повезивање мрежа у различите сврхе (нарочито, других ЛАН-ова).
Последњи од набројаних аспеката повезан је са стицањем модерних ЛАН-ова квалитативно нових својстава у поређењу са њиховом првобитном наменом, наиме, због односа са мрежом окоснице, ЛАН је стекао способност да обавља функције приступне мрежедо кичме. Функције интерфејса између ЛАН-а и кичмене мреже обавља један од ЛАН чворова, који укључује Нетворк-Интерфаце Цонтроллер-НИЦ.
ВирелессЛАН (Вирелесс ЛАН - ВЛАН) се разликују од жичних по томе што се међусобно повезивање мрежних чворова врши помоћу радио сигнала. Чворови укључују уређаје за пренос и пријем. Окружење у коме се налазе чворови је окружење за ширење радио сигнала. Као резултат, елиминише се потреба за жичаним линијама. ВЛАН приступна тачка (АП) делује као жичано ЛАН чвориште.
Бежична веза са матичном мрежом може се користити не само у односу на појединачне претплатнике, већ и у односу на претплатнике групе, који су жичани ЛАН-ови..
Потреба и сврсисходност употребе бежичних ЛАН-ова заједно са жичаним ЛАН-овима резултат је предности које се постижу недостатком жичних веза. Ове бенефиције се манифестују у следећим околностима:
1) потреба за стварањем ЛАН-а између чворова одвојених природним и вештачким препрекама (на пример, водене препреке, зидови кућа, подови);
2) потреба да се осигура мобилност чворова обједињених у локалној мрежи;
3) потреба за остваривањем приступа мрежној мрежи са приступом Интернет мрежи на јавним местима краткотрајног боравка (хотели, железничке станице, читаонице библиотека итд.).
Потражња за бежичном локалном комуникацијом (са становишта потрошача) одређује место ВЛАН-а у модерним бежичним телекомуникацијама. Најважније потрошачко својство ВЛАН-а, заједно са погодношћу њихове примене да би се осигурала међусобна комуникација претплатника, јесте омогућавање претплатницима приступ матичним мрежама. Ово последње, нарочито, објашњава употребу израза на енглеском језику „хот спот“(хотспот) за јавно постављање ВЛАН-а са приступом Интернету.
Историјски аспекти формирања ВЛАН
Потрошња потрошача за ВЛАН апликацијама предвиђа се у свим индустријским земљама са широко распрострањеном употребом личних рачунара (ПЦ) од раних 1970-их.
Објективна потреба да се осигура компатибилност ВЛАН опреме различитих произвођача довела је до потребе за развојем одговарајућих стандарда, које су истовремено произвела тела за стандардизацију из три регије:
1) у САД - Институт инжењера електротехнике и електронике (ИЕЕЕ);
2) у Европи - од стране Европског института за телекомуникационе стандарде (ЕТСИ);
3) у Јапану - Удружење радио-индустрије и бизниса (АРИБ).
Најпознатији су стандарди развијени под покровитељством ИЕЕЕ и ЕТСИ.
У ИЕЕЕ, ВЛАН стандарде креирала је Радна група 802.11 ВГ из Одбора за стандарде 802 ЛАН / МАН. У оквиру одбора ИЕЕЕ 802, радна група ВГ 802.11 развија ВЛАН стандарде, а сродни стандарди познати су као ИЕЕЕ 802.11 стандарди. Оригинални (основни) ИЕЕЕ 802.11 стандард усвојен је 1987. године. У будућности је стално пролазио кроз побољшања, која одговарају верзијама са различитим словним ознакама - од адо к.
ВЛАН стандарди које је развио ЕТСИ познати су као ХИПЕРЛАН (Радио високе перформансе високих перформанси). Развој ових стандарда изведен је готово истовремено са ИЕЕЕ 802.11 стандардом (са годину дана унапред). У почетку је требало да развије 4 верзије ових стандарда, али у стварности је био ограничен на две верзије: ХИПЕРЛАН 1 и ХИПЕРЛАН2. Према плану, претпостављало се да ВЛАН стандарда ХИПЕРЛАН, уз употребу фреквенцијског ресурса еквивалентног ИЕЕЕ 802.11 стандарду, треба да има веће брзине преноса података. Развој стандарда подржали су познати произвођачи хардвера, посебно Ерицссон.
Међутим, процес практичне примене ВЛАН-а (узимајући у обзир тренутно стање на тржишту) довео је до потребе да програмери и тела за стандардизацију изаберу само један од праваца за развој технологија бежичних мрежа. Испоставило се да су овај правац мреже породице стандарда ИЕЕЕ 802.11.
Удружења произвођача ВЛАН опреме активно су учествовала у развоју стандарда. Стандард ИЕЕЕ 802.11 је у складу са формирањем ВЕЦА (Вирелесс Етхернет Цомпатибилити Аллианце), познатог по популарном бренду Ви-Фи Аллианце. Улога овог удружења манифестовала се у развоју система сертификације за ИЕЕЕ 802.11 производе, због чега су познати као Ви-Фи производи. Слична удружења произвођача производа ХИПЕРЛАН: ХИПЕРЛАН савез и ХИПЕРЛАН2 глобални форум тренутно су мање активни. Међутим, вероватно би било непрактично у потпуности негирати неке својствене предности ХИПЕРЛАН-а и није искључена могућност њихове будуће употребе.
Фактори који одређују архитектуру ВЛАН
Једна од најзначајнијих карактеристика разликовања локалних дигиталних мрежа у поређењу са глобалним је присуство аутономних телекомуникационих линија између њихових чворова. Разлика између архитектуре бежичног и жичног ЛАН-а је због својстава медија за ширење коришћених сигнала:
- проводни медиј за вођење у жичаном ЛАН-у;
- природно окружење у бежичној ЛАН мрежи (Вирелесс ЛАН -ВЛАН).
Сродна употреба оба окружења је да су то окружења са вишеструким приступом (МА).. Сигнали различитих претплатника у условима њиховог независног рада могу се преносити истовремено, што доводи до суперпозиције сигнала у окружењу. Ова суперпозиција резултира разликом између укупног сигнала и сваког од одашиљаних и значајно компликује могућност њиховог правилног пријема. До судара може доћи у заједничком окружењу, без обзира на његова физичка својства.сигнали. Отклањање колизија претпоставља доследно коришћење околине, чија је обавезна компонента праћење њеног запошљавања. Приступ медијима заснован на заузетости назива се вишеструки приступ Царриер Сенсе.(Вишеструки приступ Царриер Сенсе - ЦСМА). ЛАН-ови различитих укуса (жични и бежични) користе неколико деривата ове методе приступа.
Приступ чворовима окружењу оба типа врши се помоћу мрежних адаптера(Нетворк Интерфаце Цард - НИЦ, Вирелесс НИЦ - ВНИЦ), који обављају функције доња два слоја основног референтног модела за интероперабилност отворених система ИСО / ОСИ, и то:
- физички слој (Пхисицал Лаиер - ПХИ);
- подслој контролног приступа медију (Медиа Аццесс Цонтрол - МАЦ) слоја везе података (ДЛЛ).
Мрежни адаптери (жичани и бежични) омогућавају надгледање околине, координирани приступ различитих чворова, генерисање, пренос и пријем сигнала.
У жичном окружењу, које је двожична дуга линија, попут кабла, пренос сигнала између чворова прати релативно мало слабљење током њиховог ширења. Судар сигнала два (или више) чворова доводи до значајне промене карактеристика укупног сигнала (првенствено нивоа енергије), у поређењу са појединачним сигналима. Сходно томе, сваки чвор који користи НИЦ може да детектује чињеницу судара сигнала током њиховог преноса и предузме радње како би осигурао приоритет приступа окружењу различитих чворова. Наређени вишеструки приступ за смањење судара у жичаним окружењима постао је познат као вишеструки приступ Царриер Сенсе са откривањем судара(ЦСМА / Откривање судара - ЦСМА / ЦД). Откривање судара је својствено својству жичног окружења.
У бежичном окружењу, које је природно и вештачко попуњавање простора који окружује чворове, сигнали се шире, значајно умањујући се удаљеношћу од извора. Укупан сигнал неколико извора нема енергетске карактеристике које одговарају чињеници судара. Потоњи се може открити провером присуства грешака у примљеном и обрађеном ВНИЦ дигиталном сигналу након завршетка његовог преноса. Сходно томе, реакција на чињеницу судара може се спровести са закашњењем, а спречавање судара постаје суштинска потреба. Повезана метода бежичног вишеструког приступа развијена је у припреми за стандард ИЕЕЕ 802.11. Назван је вишеструким приступом и избегавањем судара Царриер Сенсе.(ЦСМА / Избегавање судара - ЦСМА / ЦА).
Локалне дигиталне мреже великих организација су, по правилу, комбинација жичаних и бежичних сегмената. Сходно томе, ЛАН архитектура би требало да обезбеди систем дистрибуције који обавља следеће функције:
- обезбеђивање међусобне везе између различитих ЛАН сегмената (укључујући жичане и бежичне сегменте);
- обезбеђивање приступа свим ЛАН сегментима у окосницу Интернет окружења.
Приступ матичној мрежи се омогућава преко веб сервера (услужних сервера) са одговарајућим својствима интерфејса. Питања мрежног и транспортног слоја (Нетворк Лаиер, Транспорт Лаиер) у вези са интероперабилношћу отворених система превазилазе ИЕЕЕ 802.11 стандард, који је ограничен на МАЦ и ПХИ проблеме у имплементацијама ВЛАН-а. Сходно томе, разматрање ВЛАН архитектуре је у стандарду ограничено на питања изградње бежичних сегмената и ЛАН дистрибутивних система.
Елементи архитектуре ВЛАН
Листа основних елемената укључује основне сервисне комплете, портале и систем дистрибуције. Структура и садржај функција које обављају наведени елементи су следећи.
1. Основни сервисни скупови(Басиц Сервице Сет - БСС) су бежичне ЛАН компоненте које омогућавају њиховим чворовима да комуницирају једни с другима и са другим ЛАН чворовима преносећи сигнале помоћу електромагнетних таласа. Структурне компоненте БСС су станице(Станица - СТА) и приступне тачке(Приступна тачка - АП).
БСС станицесу колекција мрежних чворова и бежичних мрежних адаптера. Испод чвораМрежа означава било који уређај који је извор пакетних порука (рачунар, дигитални телефон итд.). ВНИЦ омогућава пријем и пренос радио сигнала (ПХИ-слој), као и обављање функција контролора МАЦ-слоја.Генерално, појам „станица“ у односу на колекцију чвора и ВНИЦ-а одговара аналогном концепту предвиђеном Радио прописима - то је колекција пријемника и предајника, укључујући додатне уређаје неопходне за обављање функција радиокомуникација услуга.
Приступна тачка(АП) је ентитет који има СТА својства и пружа две функције: координацију приступа БСС-овима уобичајеном бежичном окружењу и приступ БСС-ова дистрибутивном систему.
Потреба за координацијом рада БСС станица је због њихове употребе заједничког фреквенцијско-територијалног ресурса. Подручје унутар којег се пружа комуникација између БСС-а назива се основним услужним подручјем.(Подручје основне услуге - БСА). Тежина БСС-а дели један заједнички фреквенцијски опсег за размену радио-сигнала, а судари радио-сигнала са различитих станица резултирају штетним међусобним сметњама, што искључује могућност истовремене комуникације неколико станица. Комуникација између БСС станица врши се у полудуплексном режиму са релејним сигналима (по аналогији са радио релејном комуникацијом) различитих СТА приступних тачака. Скуп функција које СТА и АП обављају како би се осигурао пренос порука унутар БСС-а назива се станичном услугом.(Служба станице - СС).
Приступне тачке су инфраструктурни елементи БСС-а; користе се у свим просторијама (основна сервисна подручја) која су дизајнирана за континуирани рад ВЛАН-а (посебно у жаришним тачкама). Као инфраструктурни елементи, АП пружају интерфејс између БСС-а и ЛАН дистрибутивног система. У случају да је БСС аутономан, приступна тачка може пружити директан приступ матичној мрежи (Интернету). У ту сврху, индустријски дизајни АП опремљени су рутером.
2. Дистрибутивни системДистрибутивни систем (ДС) је мрежни елемент који омогућава размену порука између различитих БСС-ова, као и између БСС-а и ожичених ЛАН-ова у мрежи. Окружење које обезбеђује пренос порука између мрежних сегмената (ожичених и бежичних) назива се окружење дистрибутивног система.(Средњи систем дистрибуције - ДСМ). Скуп функција које обавља ДС назива се услугом дистрибутивног система.(Услуга дистрибутивног система - ДСС). Статион Сервицес (СС) и ДСС заједно пружају могућност преноса порука између СТА у различитим ЛАН сегментима. Суштинска карактеристика размене порука преко ДС-а је да су протоколи преноса протоколи МАЦ-слоја, тако да станице различитих БСС-а и жичаних сегмената међусобно комуницирају не прелазећи овај слој.
Окружење дистрибутивног система за дигиталне мреже које се налазе унутар зграда је углавном ожичено. Дистрибуционо окружење за ЛАН-ове који се простиру на сегментима који су распршени на отвореном простору установе (попут кампуса или канцеларије) може бити бежично. Стандард ИЕЕЕ 802.11 не намеће ограничења како се ДСМ имплементира, нити на листу функција стека протокола ИСО / ОСИ које окружење може да изврши. Конкретно, ове функције могу ићи даље од 2. слоја (веза) и покривати 3. слој (мрежа). Ово последње одговара међусобном повезивању ЛАН-а са мрежама широког подручја (ВАН), посебно Интернетом (у овом случају се може користити рутер). Стварање интерфејса између ДС-а и ВАН-а одговара једној од најчешћих употреба Ви-Фи-а - ВЛАН-у - стварању жаришних тачака. У оквиру протокола ИЕЕЕ 802.11, однос између ВЛАН-а и ВАН-а није регулисан.
3. Порталису мрежни елементи преко којих су жични мрежни сегменти повезани на дистрибутивни систем (ДС), који раде у складу са захтевима жичних ЛАН стандарда (на пример, 802.3 - Етхернет). Портали омогућавају пренос порука између сегмената бежичне и жичане мреже према протоколима на МАЦ нивоу. Повезивање чворова ожичених сегмената на ДС помоћу портала назива се њихова интеграција (интеграција)на мрежу.Због преноса порука према протоколима истог слоја (МАЦ-слој), чворови свих мрежних сегмената, жичани и бежични, логички су једнаки.
Колекција свих БСС мрежа и интегрисаних жичаних сегмената (локалне мреже) назива се проширени скуп услуга(Проширени скуп услуга - ЕСС). Подручје које заузимају ЕСС елементи назива се проширено подручје пружања услуга.(Проширено подручје пружања услуга - ЕСА). Максимални број ЕСС чворова није регулисан стандардом ИЕЕЕ 802.11. ЕСС инфраструктуру: њен дистрибутивни систем, приступне тачке, портали, ВАН интерфејс - креира ЕСС оператер (добављач). Мрежа пружа, прво, међусобну везу између свих чворова укључених у жичани и бежични сегмент, и, друго, комуникацију са чворовима глобалне мреже (ако је таква комуникација обезбеђена).
Једнозначност идентификације мрежних чворова током преноса порука између њих обезбеђена је усвојеним системом кодног означавања мрежних елемената. Постоје 3 врсте идентификатора елемената:
- ЕСС идентификатор(Сервице Сет Идентифиер - ССИД), што је ЕСС име од 32 алфанумеричка знака;
- БСС идентификатор(Идентификатор основног сервисног скупа - БССИД), који се подудара са МАЦ адресом приступне тачке одговарајућег БСС-а;
- СТА идентификатор, која се подудара са МАЦ адресом дотичне станице.
МАЦ адресе додељују се АП и СТА у складу са општеприхваћеним правилима: прва три бајта адресе користе се за одређивање произвођача НИЦ-а, а преостала три се користе за означавање НИЦ броја. Идентификаторе мреже (ССИД) дефинишу њихови оператери и обично су текстуално „име мреже“. Све ЕСС станице морају имати право да користе његове телекомуникационе ресурсе. ССИД-ови се користе за почетну (почетну) проверу подобности претплатника за рад у ЕСС-у.
Интеракција архитектонских елемената
Битна функционална карактеристика ЕСС-а је динамичност промене претплатничког састава: претплатници мреже могу се у било ком тренутку повезати с њим, прекинути комуникацију са мрежом (напустити је), мешати се између различитих БСС мрежа. Динамичко функционисање ЕСС-а обезбеђује се интеракцијом између елемената (компоненти) његове архитектуре.
Скуп функција које елементи обављају назива се одговарајућим услугама.(услуге). Стандард дефинише 9 врста услуга:
- аутентификација претплатника;
- претплатничка удружења;
- уклањање идентитета претплатника;
- раздвајање претплатника;
- поновно удруживање претплатника;
- жичана ЛАН интеграција;
- достава порука;
- поверљивост порука;
- дистрибуција порука.
Услуге су класификоване према два главна критеријума:
1) на основу улоге услуга у обезбеђивању функционисања мреже (према овој особини разликују се услуге које обезбеђују формирање мреже и услуге које обезбеђују пренос порука између претплатника);
2) по типу мрежних елемената који извршавају одговарајућу услужну функцију. На основу тога, услуге су подељене на станице(Статион Сервице - СС) и услуге дистрибутивног система(Услуга дистрибутивног система - ДСС).
Формирање мреже, зависно од присуства свих њених инфраструктурних елемената (дистрибутивни систем, приступне тачке, портали), састоји се у повезивању / искључивању својих претплатника мобилне телефоније. Повезивање ових последњих укључује проверу њихове аутентичности(Аутентификација) и удруживање(Удружење) претплатника на мрежу. Када претплатници мобилне телефоније напусте мрежу, раздвајају се(Раздруживање) и деаутентификација(Деаутентицатион). Кретање мобилних претплатника са једног БСС-а на други без напуштања ЕСС-а обезбеђује услуга поновног придруживања(Поновно придруживање). Аутентификација / деаутентификација су услуге станица, а удруживање / раздруживање услуге дистрибутивног система. Логичну везу са ДС ожичене ЛАН мреже врши интеграциона услуга укључена у ДСС.
Пренос порука између претплатника унутар мреже врше службе за доставу(МСДУ испорука), приватност(Приватност) и дистрибуцијаПоруке (дистрибуција). Прве две су базиране на станицама, последња је ДСС услуга. Размена информација између мрежних елемената у процесу њеног формирања и рада подразумева пренос порука две врсте: сервисних порука које омогућавају управљање (Управљање) и контролу (Контрола) приступа бежичном медијуму и порука за пренос података (Подаци). Поруке се преносе у облику оквира (Фраме), чија је листа сорти регулисана стандардом.
У процесу повезивања / искључења и функционисања у мрежи, мобилне станице могу бити у једном од следећа три стања:
- стање1 - почетно стање када СТА није потврђена и није повезана;
- држава 2 - средње стање (током повезивања / прекида) када је СТА овјерена, али није повезана;
- стање 3 - оперативно функционално стање када је СТА овјерена и придружена.
Број стања одређује листу подтипова оквира који се могу користити у овом стању; најужа листа одговара стању 1, пуна листа одговара стању 3. У зависности од броја стања, почев од којег је дозвољено користити оквире различитих врста и подтипова, постоје 3 класе оквира:
- класа 1, која укључује оквире који се користе почев од стања 1;
- класа 2, која укључује оквире који се користе из стања 2; - класа 3, која укључује оквире који се користе само у стању 3.
Напоменимо квалитативне разлике између оквира:
1) Оквири класе 1 омогућавају извршавање процедура повезаних са СТА везом на мрежу, СТА приступом бежичном окружењу (Вирелесс Медиум, ВМ) и преносом података, али је могућност коришћења ДС искључена за све процедуре;
2) Оквири класе 2 обезбеђују извршење управљачких поступака у вези са удруживањем, раздвајањем и поновним придруживањем СТА; поновно придруживање СТА могуће је само ако је претходно било повезано;
3) оквири класе 3 омогућавају пренос података помоћу ДС-а (то је њихова суштинска разлика од оквира података класе 1).
Прелазак СТА у стање са већим бројем постиже се успешним извршавањем кључних процедура тренутног стања (аутентификација - у стању 1, удружења - у стању 2). Обрнути прелаз у стање са мањим бројем постиже се обавештењем о изласку из тренутног стања (раздруживање - у стању 3; деаутентикација - у стању 2). Оквир за деаутентификацију који СТА шаље у стању 3 претпоставља да је одвајање извршено и доводи до тога да СТА пређе у стање 1.
