شبکه هاي LAN بي سيم: سازمان هاي هدايت گر و استانداردها
در اين مقاله مقدماتي، به روش هاي گوناگونِ طراحي و توسعه ي شبکه هاي بي سيم، سازمان هاي هدايت گر اين صنعت پر شتاب، و در نهايت استانداردهاي حاکم بر اين صنعت مي پردازيم.
سناريوهاي متداول در توسعه ي WLAN
برخي از کاربردهاي متداول شبکه هاي LAN بي سيم عبارتند از:
• دفاتر کار کوچک/ شبکه ي خانگي (SOHO)
• دسترسي به داده هاي شرکتي در مقياس بزرگ (Enterprise) و تحرک پذيري کاربر نهايي
• گسترش شبکه به مکان هاي دور
• دفاتر کار سيّار (mobile office)
• Hotspotهاي عمومي بي سيم
• کلاس هاي درس
• محيط هاي بيمارستاني
• ISPها
• شبکه هاي حمل و نقل
• اتصال داده اي ساختمان ها به يکديگر
هرکدام از اين حوزه ها، اکنون آنقدر براي کاربران و خوانندگان محترم ملموس هستند که نيازي به توضيح بيشتر در مورد آن ها وجود ندارد. اين فهرست مختصر، صرفاً به لحاظ رعايت مقدمه سازي براي ورود به مبحث شبکه هاي WLAN آورده شده است.
سازمان هاي حاکم بر حوزه ي رگولاتوري فرکانس راديويي
سازمانهاي هدايت گر در صنعت WLAN
فهم کاري که هريک از اين سازمان ها انجام مي دهند، مهم است. اما شايد مهم تر از آن فهم چگونگي همکاري اين سازمان ها با يکديگر باشد. بعنوان مثال ارتباط کاري بين FCC و IEEE يا رابطه ي بين Wi-Fi Alliance و IEEE چيست؟ FCC، مرزها و محدوده ها را مشخص مي کند که در داخل آن مرزها، IEEE استانداردهايي را ممکن است، تعريف نمايد.
Wi-Fi Alliance، تجهيزات بي سيم را از جنبه ي سازگاري با يکديگر، تست و تائيد مي نمايد.
اين سه سازمان، سرويس هاي تنظيم مقررات، تهيه ي استاندارد و قابليت سازگاري را براي فناوري هاي WLAN در داخل خاک آمريکا ارائه مي دهند. مزيت هاي ارائه شده به کاربر واضح است. هنگامي که آيين نامه هاي تنظيم مقررات مثل محدوديت هاي توان خروجي موجود باشند، امکان ايجاد شبکه هاي بي سيم با تداخل کمتر با شبکه هاي پيراموني وجود خواهد داشت. وقتي استانداردهاي لازم مثل استاندارد IEEE 802.11 وجود دارند، خريد تجهيزات سازگار از سازندگان مختلف، آسان تر خواهد بود. هنگاميکه گواهينامه هاي معتبر کارکردپذيري موجود باشد، مصرف کنندگان مي توانند محصولاتي قابل اطمينان که بخوبي با يکديگر کار خواهند نمود، را تهيه نمايند.
در دنياي ايده آل، همه ي اين مزايا بطور دقيق و کامل، در اختيار ما به عنوان مصرف کنندگان اين فناوري خواهند بود. اما در دنياي واقعي، تداخل کاهش مي يابد، اما حذف نمي شود؛ سخت افزارها قابليت سازگاري دارند، اما لزوماً سازگاري کامل ندارند. زمان تست کاهش مي يابد، اما کاملاً حذف نمي شود. اگر شما يک شبکه ي بي سيم را در محيط اداري نصب مي کنيد (که فضا را با ساير بخش هاي اداري به اشتراک مي گذارد) حتي با توان خروجي پايين، شما هنوز ممکن است با تداخل مواجه باشيد.
اگر شما با دستگاه هايي از سازندگان مختلف مواجه باشيد، ممکن است با مشکلات سازگارپذيري فراتر از استانداردي که دستگاه مبتني بر آن است، مواجه شويد. اگر شما داراي سخت افزار مورد تاييد Wi-Fi Alliance باشيد، هنوز نياز به تست داريد.
بدنه هاي حاکم بر حوزه ي رگولاتوري
FCC
باند 2.4GHz صنعتي، علمي، پزشکي (ISM)
باند 5GHz معروف به UNII
براي آشنايي بيشتر با کميسيون ارتباطات فدرال، به سايت www.fcc.gov مراجعه فرماييد.
جدول ذيل، محدوديت هاي توان ارسال تنظيم شده توسط FCC را براي باند UNII ارائه مي نمايد.
باند فرکانسی |
حداکثر توان خروجی |
محدوده ی کاربری |
UII 5/15-5/25 GHz |
40 mW |
محدود به محیط های داخلی |
UII 5/25-5/35 GHz |
200 mW |
محیط های مسقّف / غیرمسقّف |
UII 5/470-5/725 GHz |
200 mW |
محیط های مسقّف / غیرمسقّف |
UII 5/725-5/825 GHz |
200 mW |
توان خروجی بالاتر برای محیط های آزاد |
ITU-R
• حفظ و گسترش همکاري هاي بين المللي بين همه ي کشورهاي عضو براي بهبود و استفاده معقول از همه ي انواع فناوري هاي مخابراتي
• ترويج و ارتقاء همکاري اعضا و سازمان ها در فعاليت هاي اتحاديه براي توسعه ي مخابرات
• ارائه ي کمک هاي فني به کشورهاي در حال توسعه در حوزه ي مخابرات و کمک به تامين مواد اوليه، نيروي انساني و منابع مالي مورد نياز براي بهبود دسترسي به سرويس هاي ارتباطي در کشورهاي در حال توسعه
ITU-R به طور خاص، يک بانک اطلاعاتي از فرکانس هاي تخصيص يافته ي جهاني را نگهداري نموده و به مديريت هماهنگ طيف الکترومغناطيسي از طريق پنج ناحيه ي مديريتي کمک مي نمايد. اين پنج ناحيه عبارتند از:
• ناحيه ي A: آمريکا
• ناحيه ي B: اروپاي غربي
• ناحيه ي C: اروپاي شرقي
• ناحيه ي D: آفريقا
• ناحيه ي E: آسيا و استراليا
هر ناحيه داراي يک يا چند گروه تنظيم مقررات منطقه اي يا محلي، مثل FCC در ناحيه ي A (در آمريکا) يا ACMA در ناحيه ي E براي استراليا است.
IEEE
IEEE در سراسر جهان بيش از 350000 عضو دارد. ساختار تشکيلاتي IEEE، هدف اين سازمان را در حوزه ي علمي و آموزشي، پيشبرد حوزه هاي تئوري و کاربردي مهندسي الکترونيک، برق، مخابرات و کامپيوتر تعريف مي نمايد. اين ماموريت به اين صورت تعريف مي گردد: "فرايند مهندسي خلق، توسعه، يکپارچه سازي، به اشتراک گذاري و بکارگيري دانش حوزه ي الکترونيک و علم و فناوري اطلاعات، براي بهره مند ساختن نوع انسان و حرَف مختلف".
در نهايت، IEEE تاکنون استانداردهاي زيادي را در شاخه هاي گوناگون مهندسي الکترونيک و مخابرات ايجاد نموده است. در حوزه ي شبکه هاي کامپيوتري، IEEE استاندارد 802 و بطور خاص در حوزه ي بي سيم، اين انجمن استاندارد IEEE 802.11 را ارائه نموده است.
باندهای بدون نیاز به مجوز مورد استفاده توسط IEEE 802/11 |
||
باند بدون مجوز |
عرض باند کل |
طیف فرکانسی |
ISM |
100 MHz |
2500-2400 MHz |
U-NII |
100 MHz |
5/25-5/15 GHz |
U-NII |
100 MHz |
5/25-5/25 GHz |
U-NII |
225 MHz |
5/470-5/725 GHz |
U-NII |
100 MHz |
5/725-5/8255 GHz |
چشم انداز استاندارد هاي IEEE WLAN
ساير کارگروه هاي فعال در صنعت بي سيم، شامل IEEE 802.16 (حوزه ي WiMAX) و IEEE 802.20 که روي دسترسي بي سيم باند پهن موبايل فعاليت مي کنند، مي باشند.
جالب است بدانيد که اکثر کارگروه هاي ايجاد شده بعد از IEEE 802.11، در حوزه ي بي سيم هستند و اين مبيّن اين حقيقت غير قابل انکار است که آينده، متعلق به بي سيم است. استاندارد اصلي IEEE 802.11 در سال 1997 به تصويب رسيد و در سندي با عنوان IEEE 802.11-1999 منتشر گرديد.
اين استاندارد در سال 1999 اصلاح گرديد؛ سند اصلي کمي تغيير يافت و توسط سندي جديد بنام IEEE 802.11-1999 جايگزين و چندين اصلاحيه روي آن صورت گرفت. نسخه ي 2003 با اصلاحيه ي جديد با عنوان 802.11-1999 عرضه گرديد. از آن زمان تاکنون چندين اصلاحيه روي اين استاندارد صورت گرفته است.
جدول زیر، خلاصه ای از استانداردهای قبل از n.11/802 را نشان می دهد:
802.11g |
802.11b |
802.11a |
802.11 |
Details |
x |
x |
|
x |
2.4 GHz ISM band |
|
|
x |
|
5 GHz UNII bands |
|
|
|
x |
FHSS |
x |
x |
|
x |
DSSS |
x |
x |
|
|
HR/DSSS |
x |
|
|
|
ERP-OFDM |
|
|
x |
|
OFDM |
x |
x |
|
x |
1 and 2 Mbps |
x |
x |
|
|
5.5 and 11 Mbps |
x |
|
x |
|
6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps |
IETF
IEEE و استانداردهاي LAN بي سيم
802.11
• باند ISM 2.4 GHz
• (Frequency-hopping spread spectrum) FHSS
• (Direct-sequence spread spectrum) DSSS
• مادون قرمز (IR)
• 1 تا 2 مگابيت بر ثانيه
802.11b
• باند (2.4 GHz) ISM
• (Direct-sequence spread spectrum) DSSS
• (High rate-Direct-sequence spread spectrum) HR-DSSS
• 5.5 و Mbps 11
• قابليت سازگاري با DSSS 802.11 (1 تا 2 مگابيت بر ثانيه)
802.11a
نرخ ارسال داده براي IEEE 802.11a تا 54Mbps (با استفاده از مالتي پلکس تقسيم فرکانس متعامد يا OFDM) تعريف شده است. جزئيات طيف فناوري طيف گسترده، و نرخ ارسال داده براي 802.11 به شرح ذيل مي باشد:
• باند UNII (5 GHz)
GHz 5.150-5.250 UNII-1
GHz 5.250-5.350 UNII-2
GHz 5.725-5.825 UNII-3
مالتي پلکس تقسيم فرکانس (OFDM)
نرخ هاي ارسال 18، 24، 48 و 54 مگابيت بر ثانيه ضرورتاً به OFDM نياز ندارند. يک مزيت استفاده از باند 5GHz، امکان بروز تداخل کمتر در اين طيف فرکانسي است که به روترها و Access Pointهاي بي سيم قادر به کار در اين طيف فرکانسي، برتري ويژه اي مي دهد. تداخل کمتر به معناي افزايش قدرت عملکرد و قابليت اعتماد مي باشد.
802.11g
• باند ISM (2.4 GHz)
2.4 GHz ISM band
• (Direct-sequence spread spectrum) DSSS
• (High rate-Direct-sequence spread spectrum) HR-DSSS
• مالتي پلکس تقسيم فرکانس فيزيکي-متعامد با نرخ ارسال توسعه يافته (ERP-OFDM)
• کد کانولووشني باينري بسته اي (PBCC؛ اختياري)
• 1 تا 2 مگابيت بر ثانيه (سازگار با DSSS)
• 5.5 و CCK Mbps 11 (سازگار با HD/DSSS)
• 6، 9 و 12 مگابيت بر ثانيه (OFDM)
• 18، 24، 36، 48 و 54 مگابيت بر ثانيه (OFDM پشتيباني مي شود اما الزامي نيست)
• 802.11g با 802.11 و 802.11b سازگار است زيرا از باند فرکانسي يکسان (2.4GHz) و روش هاي دسترسي همسان استفاده مي کند.
802.11n
• باند (2.4 GHz) ISM
• باند (5 GHz) UNII
• MIMO (چند ورودي-چند خروجي)
• نرخ ارسال بيت تا 600 مگابيت بر ثانيه
• HT-OFDM
ساير اصلاحيه هاي IEEE 802.11
در ذيل به برخي از آنها که مرتبط با بحث ما هستند، مي پردازيم:
802.11e
802.11i
سازندگان تجهيزات بي سيم، به ويژگي هاي امنيتي ذيل مواجه بودند:
• پنهان سازي SSID
• فيلتر نمودن آدرس MAC
• WEP
هريک از اين آسيب پذيري هاي شناخته شده، سبب ضعف در 802.11 مي شدند. 802.11i با ارائه ي چندين بهبود و راه حل، با اين ضعف ها مقابله مي کند. که به آنها در اين ويژه نامه خواهيم پرداخت.
گواهينامه هاي سازگار بودن دستگاه هاي بي سيم با يکديگر
کاربر نهايي شديداً تمايل دارد تا هزينه اي که براي محصولات گوناگون پرداخته است، به هدر نرفته و محصولات خريداري شده بتوانند با يکديگر به خوبي کار کرده و هماهنگ باشند. اين نياز و گرايش باعث ايجاد آزمون ها و گواهينامه ي قابليت سازگاري دستگاه هاي بي سيم گرديد. که به معرفي آنها مي پردازيم.
Wi-Fi Alliance
در سال 2000، نام WECA به Wi-Fi Alliance تغيير يافت. عبارت Wi-Fi مبين يک گواهينامه است و توسط مردم به اشتباه به کار برده مي شود. Wi-Fi يک آرم تجاري ثبت شده است که در سال 1999 براي WECA ثبت و اکنون به Wi-Fi Alliance اطلاق مي گردد. همان طور که گفتيم Wi-Fi Alliance يک سازمان صدور گواهي است که وظيفه ي تست، آناليز و قابليت سازگاري تجهيزات از برندهاي گوناگون در صنعت بي سيم را بعهده دارد. در جاييکه FCC قواعد را ايجاد نموده و IEEE چگونگي کار در محدوده ي اين قواعد را تعيين مي نمايد، Wi-Fi Alliance تضمين مي نمايد که دستگاه ها و محصولات بي سيم، با روش پياده سازي فناوري WLAN سازگار هستند.
تنها محصولاتي از اعضاي اين سازمان که بطور موفقيت آميزي تست گرديده اند مجاز به دريافت برچسب Wi-Fi Alliance هستند. شما به عنوان مصرف کننده براي اطمينان از قابليت سازگاري محصول مورد نظر خود بايد لوگوي مطابق با شکل ذيل را روي محصول مربوطه مشاهده نماييد.
مکانیسم امنیتی Wi-Fi Alliance |
مکانیسم تایید اعتبار |
مکانیسم رمزگذاری |
WPA – Personal |
Passphrase |
TKIP/RC4 |
WPA – Enterprise |
802.1X/EAP |
TKIP/RC4 |
WPA 2.0 – Personal |
Passphrase |
CCMP/AES or TKIP/RC4 |
WPA 2.0 – Enterprise |
802.1X/EAP |
CCMP/AES or TKIP/RC4 |
چشم انداز گواهينامه ي Wi-Fi Protected Access (WPA)
اين دو گزينه عبارتند از Personal mode و Enterprise mode.
Personal mode در شبکه هاي خانگي/دفاتر تجاري کوچک (SOHO) مورد استفاده قرار مي گيرد. Enterprise mode در شرکت ها و سازمان هاي بزرگ کاربرد دارد.
چشم انداز گواهي WPA 2.0
پس WPA 2.0 نسخه ي پس از انتشار 802.11i است. همانند WPA، گواهينامه ي WPA 2.0 از دو مود Personal و Enterprise پشتيباني مي کند. WPA 2.0 راه حل هاي امنيتي پيشرفته تري را ارائه مي نمايد و با نسخه ي قبلي يعني WPA سازگار است.
مکانيسم امنيتي مود Personal، از passphrase براي تاييد اعتبار کاربر استفاده مي کند که در شبکه هاي SOHO کاربرد دارد. استفاده از passphrase براي توليد يک کليد 256 بيتي preshared، امنيت بالايي را ايجاد مي کند.
مکانيسم مود enterprise، از 802.1x/EAP براي تاييد اعتبار استفاده مي کند که يک روش تاييد اعتبار مبتني بر پورت است که در شبکه هاي enterprise کاربرد دارد. 802.1x/EPA با استفاده از تاييد اعتبار اکسترنال و پروتکل EAP امنيت بالايي را ايجاد مي کند. جدول ذيل، دو رويکرد امنيتي WPA و WPA 2.0 را تشريح مي نمايد:
چشم انداز گواهي Wi-Fi Protected Setup (WPS)
گواهي WPS، به پشتيباني دو نوع روش تائيد اعتبار نياز دارد تا امکان دهد کاربران بطور اتوماتيک نام هاي شبکه و روش رمزگذاري و تاييد اعتبار قدرتمند WPA 2.0 را پيکربندي نمايند:
• پيکربندي دکمه اي يا Push-button configuration (PBC)
• پيکربندي مبتني بر PIN يا شماره ي شناسايي کاربر
پشتيباني از هر دو پيکربندي PIN و PBC بايد در access pointها و دستگاه هاي سرويس گيرنده (مثل لپ تاپ ها) وجود داشته باشد.
يک گزينه ي اختياري سوم، توکن هاي NCF نيز پشتيباني مي گردد.
منبع: ماهنامه ي کامپيوتري بزرگراه رايانه، شماره ي 136.