آشنایی با شبکه های وایرلس

همان طور که می دانید شبکه های کامپیوتری امروزی محدود به بستر کابلی نیستند. با گسترش روز افزون سیستم های کامپیوتری همراه نظیر لپ تاپ، تبلت و گوشی های موبایل هوشمند، نیاز به اتصال به شبکه روی بستر وایرلس نیز افزایش یافته است. لذا شبکه های سازمانی امروزی ترکیبی از بستر کابلی و بی سیم هستند. در شبکه های وایرلس، از امواج رادیویی برای ارسال و دریافت دیتا استفاده می شود و معمولاً یک اکسس پوینت بی سیم (Wireless Access Point) به عنوان نقطه اتصال در نظر گرفته شده و دستگاه ها و سیستم های کامپیوتری با استفاده از کارت شبکه وایرلس به آن وصل می شوند.

تیم فنی شبکه ۲۴ قصد دارد در یک سری از مقالات آموزشی، ضمن معرفی شبکه های وایرلس، نحوه پیاده سازی و امنیت شبکه های وایرلس را نیز خدمت شما عزیزان آموزش دهد.
شبکه وایرلس چیست ؟
همان طور که پیش تر گفته شد در شبکه های وایرلس از فرکانس های رادیویی (Radio Frequencies) برای انتقال دیتا روی بستر هوا استفاده می شود. بنابراین برای اتصال به یک شبکه وایرلس صرفاً نیاز به یک کارت شبکه وایرلس (Wireless NIC) داریم.

اغلب شبکه های وایرلس دارای یک اکسس پوینت (AP) هستند که این اکسس پوینت دارای یک یا چند آنتن برای ارسال و دریافت سیگنال های رادیویی است. این آنتن ها با توجه به کاربردی که دارند به چند دسته تقسیم می شوند که در

ادامه به معرفی آنها می پردازیم.
انواع آنتن در شبکه های وایرلس
● Omni-directional : این نوع آنتن سیگنال های رادیویی را در تمام جهت ها ارسال می کند تا محدوده و منطقه وسیعی را در تمام اطراف خود تحت پوشش قرار دهد.

●Semi-directional : ارسال سیگنال های رادیویی در آنتن های Semi-directional در یک جهت است، امّا محدوده گسترده ای در همان یک جهت تحت پوشش قرار داده می شود. برای درک بهتر می توانید این نوع آنتن ها را با چراغ های روشنایی خیابان مقایسه کنید که از بالا به پایین تابیده و گستره ای از خیابان را روشن می کنند. آنتن های اکسس پوینت های سقفی که در راهروها نصب می شوند از این نوع هستند.

● Highly directional : این نوع از آنتن ها که به عنوان Unidirectional نیز شناخته می شود، سیگنال های رادیویی را در یک جهت و در یک محدوده کوچک ارسال می کنند. چراغ های روشنایی صحنه (Spotlight) مثال خوبی برای درک عملکرد این نوع آنتن ها هستند چون نور تابیده شده از لامپ صرفاً یک فضای دایره ای شکل چند متری را روشن می کند. این نوع آنتن ها عموماً برای ایجاد لینک های point-to-point کاربرد دارند.

چند شیوه معمول برای تعیین گستره و ناحیه پوشش دهی آنتن ها وجود دارد که برای کنترل اتصال ها و امنیت شبکه وایرلس می توانیم از آنها بهره ببریم. این روش ها عموماً با تغییر پارامترها و مشخصات آنتن پیاده سازی می شود که به ترتیب زیر هستند :

۱ – محل نصب آنتن / اکسس پوینت : برای داشتن کارایی و ناحیه پوشش دهی بهتر، نیاز هست که نسبت به آنتن ها دید مستقیم داشته باشیم یعنی مانعی بین آنتن ها وجود نداشته باشد (Line of Sight) . کاملاً واضح است که سیگنال های رادیویی در صورت عبور از موانع تضعیف می شوند. همواره اطمینان داشته باشید که آنتن و یا اکسس پوینت در فاصله مناسبی از کاربران قرار دارد. چون در صورتی که یک کاربر فاصله زیادی از اکسس پوینت داشته باشد ممکن است نتواند به شبکه متصل شود. از نقطه نظر امنیتی نیز مطمئناً سعی تمام مدیران شبکه بر آن است که سیگنال های شبکه وایرلس فقط کاربران همان سازمان را پوشش دهد لذا گزینه نخست برای نصب اکسس پوینت، مرکز ساختمان است. چون اگر اکسس پوینت و یا آنتن را در نزدیکی دیواره های بیرونی نصب کنیم سیگنال های رادیویی بیرون ساختمان را نیز تحت پوشش قرار داده و ممکن است فردی از خارج بتواند به شبکه وایرلس سازمان متصل شود.
2 – سطح توان (Power Level) : می توان با تغییر سطح توان روی اکسس پوینت میزان قدرت سیگنال را کنترل نمود. اگر برخی کاربران به علّت فاصله زیاد امکان اتصال به شبکه وایرلس را نداشته باشند، می توان با بالا بردن توان، سیگنال را تقویت نموده تا بتواند مسافت بیشتری را بپیماید. از لحاظ امنیتی بهتر است پایین ترین سطح توان را به میزانی که فضای مورد نظر را پوشش دهد انتخاب نماییم.
تا اینجای کار توضیح دادیم که بستر وایرلس در شبکه های سازمانی متشکل از اکسس پوینت هایی است که دارای یک یا چند آنتن می باشند و کاربران با استفاده از کارت شبکه های وایرلس به آنها متصل می شوند. اکسس پوینت ها اغلب به شبکه کابلی وصل هستند بنابراین کاربران شبکه وایرلس می توانند از منابع شبکه کابلی استفاده نمایند.
کابران خانگی نیز از مسیریاب های بی سیم (Wireless Routers) استفاده می کنند که هم به عنوان روتر و هم به عنوان اکسس پوینت عمل می کنند و سرویس هایی نظیر NAT و DHCP نیز بر روی آنها فعال است.
انواع شبکه های وایرلس :
به طور کلی دو نوع شبکه وایرلس داریم : ad hoc mode و infrastructure mode
هر کدام از این دو نوع به عنوان شبکه وایرلس شناخته می شوند و هر کدام مزایای خود را دارند.
در نوع ad hoc دستگاه های وایرلس مانند لپ تاپ در یک محیط peer-to-peer و بدون نیاز به یک دستگاه واسط مرکزی به سایر دستگاه های وایرلس متصل می شوند. مزیت این نوع شبکه در ان است که نیازی به خریداری اکسس پوینت نداریم.
در شبکه وایرلس infrastructure mode، کاربران به یک دستگاه مرکزی به نام Access Point متصل هستند. کاربران دیتا را برای اکسس پوینت می فرستند و اکسس پوینت نیز دیتا را برای مقصد مورد نظر آنها ارسال می کند. همان طور که قبلاً گفتیم از آنجایی که اکسس پوینت با کابل به شبکه کابلی متصل است، کاربران می توانند به منابع شبکه کابلی دسترسی داشته باشند. مزیت هایی نظیر مدیریت متمرکز دسترسی افراد به شبکه وایرلس، کنترل ترافیک شبکه و … باعث شده است این نوع شبکه وایرلس از محبوبیت بیشتری برخوردار باشد.
نوعی دیگری از توپولوژی شبکه های وایرلس که می بایست با آن آشنا شویم، توپولوژی Mesh است. در توپولوژی Mesh چند مسیر یاب بی سیم (Wireless Router) به یکدیگر اتصال دارند. ( هر روتر یک اتصال به روتر دیگر دارد) . این کار برای ایجاد fault tolerance انجام می شود.

استانداردهای شبکه وایرلس :
مؤسسه (IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers استانداردهای بی سیم را در مدل های پروژه ۸۰۲ گسترش داده است. همه ما استاندارد IEEE 802.11 را با نام WiFi می شناسیم. IEEE 802.11 به مرور زمان استانداردهای مختلفی را تعریف نموده است که در زیر به بررسی هر کدام از آنها خواهیم پرداخت.
● ۸۰۲.۱۱ a : قدیمی ترین استاندارد وایرلس است که بر روی فرکانس ۵ GHz کار می کند. دستگاه های وایرلس با استاندارد ۸۰۲.۱۱ a می توانند داده ها را با نرخ ۵۴ Mb/s انتقال دهند و همچنین با دستگاه های استاندارد های ۸۰۲.۱۱ b و ۸۰۲.۱۱ g نیز سازگاری ندارند.
● ۸۰۲.۱۱ b : نرخ ارسال داده برای این استاندارد ۱۱ Mb/s است و از فرکانس ۲.۴ GHz نیز استفاده می کند. دستگاه استاندارد ۸۰۲.۱۱ b با استانداردهای ۸۰۲.۱۱ g/n نیز سازگار هستند چ.ن همه انها بر روی یک فرکانس مشابه کار می کنند و از استاندارد WiFi تبعیت می کنند.
● ۸۰۲.۱۱ g : استاندارد نسبتاً جدیدتری است که ضمن سازگاری با استاندارد ۸۰۲.۱۱ b نرخ ارسال داده را تا ۵۴ Mb/s افزایش داده است، در حالی که از فرکانس ۲.۴ GHz استفاده می کند. تمام دستگاه های این استاندارد با استانداردهای ۸۰۲.۱۱ b/n نیز سازگاری دارند چون همانطور که پیش تر گفتیم همه اینها از یک فرکانس مشابه استفاده نموده و از استاندارد WiFi تبعیت می کنند.
● ۸۰۲.۱۱ n : استاندارد جدیدی است که در سال ۲۰۰۹ عرضه شده است. هدف از ارائه ۸۰۲.۱۱ n افزایش نرخ جا به جایی اطلاعات، فراتر از آن چیزی که استاندارد های ۸۰۲.۱۱ b/g پشتیبانی می کنند بوده است.
استاندارد ۸۰۲.۱۱ n نرخ انتقال داده تا ۶۰۰ Mb/s را پشتیبانی می کند و برای دستیابی به این هدف از دو ویژگی جدید استفاده می کند : (Multiple Input Multiple Output (MIMO و Channel Bonding MIMO از چند آنتن برای رسیدن به throughput بیشتر نسبت به حالت تک آنتن استفاده می کند.
Channel Bonding نیز داده ها را بر روی دو channel که با یکدیگر تداخل ندارند جا به جا می کند و بدین ترتیب throughput بیشتری حاصل می شود.
802.۱۱ n با هدف سازگاری با استانداردهای ۸۰۲.۱۱ a ، ۸۰۲.۱۱ b و ۸۰۲.۱۱ g طراحی شده است و همچنین می تواند بر روی هر دو فرکانس ۲.۴ GHz و 5GHz راه اندازی شود.
● ۸۰۲.۱۱ ac : جدیدترین استاندارد وایرلس که در سال ۲۰۱۴ تأیید شده است و به عنوان یک استاندارد با throughput بالا در نظر گرفته می شود. استاندارد ۸۰۲.۱۱ ac بر روی محدوده فرکانسی 5GHz کار می کند و توانایی فراهم کردن throughput تا ۱ Gb/sرا دارد. این نرخ جا به جایی داده با افزایش پهنای channel و همچنین استفاده از ویژگی هایی نظیر MIMO و (Multi-User MIMO (MU-MIMO حاصل می شود. MI-MIMO ویژگی است که اجازه می دهد چند ارسال کننده، سیگنال های جداگانه را به صورت هم زمان ارسال کنند و چند دریافت کننده نیز سیگنال های جداگانه را به صورت هم زمان دریافت کنند.
همان طور که پیش تر اشاره کردیم استاندارد IEEE 802.11 با نام WiFi شناخته می شود و هرکدام از استانداردهای ۸۰۲.۱۱ b/g/n به عنوان بخشی از این استاندارد هستند.
نکته مهمی که باید به آن توجه داشت این است که درتمام این استانداردها هرچه فاصله با Access Point بیشتر شود سرعت انتقال داده نیز کاهش می یابد.

بررسی Channel ها :
در قسمت قبل اشاره کردیم که استانداردهای ۸۰۲.۱۱ b/g/n همگی در فرکانس ۲.۴ GHz کار می کنند. نکته مهمی که باید بدانید این است که، ۲.۴ Ghz در واقع یک محدوده فرکانسی است که با نام باند فرکانسی ۲.۴ Ghz شناخته می شود. این محدوده فرکانسی به بازه های فرکانسی کوچک تری تقسیم می شود که به هر کدام از آنها یک Channelگفته می شود. بنابراین در شبکه های وایرلس دو باند فرکانسی ۲.۴ GHz با بازه (۲.4GHz-2.5Ghz) و 5GHz با بازه (۵.725GHz-5.825GHz) داریم.
اغلب تجهیزات وایرلس امکان انتخاب channel مورد استفاده را دارند. یکی از دلایل بروز اختلال و قطعی در شبکه وایرلس تداخل فرکانسی با سایر تجهیزات وایرلس است. مثال بارز در این مورد تداخل فرکانسی با تلفن های بی سیم است. چون تلفن های بی سیم در محدوده ۲.۴ GHz کار می کنند و بنابراین ممکن است با شبکه وای فای تداخل ایجاد کرده و سبب بروز مشکل شوند. برای رفع این مشکلات و تداخل ها می بایست channel ها مورد استفاده در اکسس پوینت ها را بنا به شرایط عوض نماییم.
هرکدام از channel ها نیز دارای پهنای باند فرکانسی هستند که هرچه میزان این پهنای باند فرکانسی بیشتر باشد میزان بیشتری از دیتا جا به جا خواهد شد و بنابراین پهنای باند بیشتری در دسترس خواهد بود.
افزایش پهنای باند فرکانسی یکی از شیوه های نوین در بالابردن نرخ جا به جایی داده ها در شبکه های وایرلس است.
در مقالات بعدی به آموزش پیاده سازی و امنیت شبکه های وایرلس خواهیم پرداخت.

تهیه و تنظیم مقاله توسط مهندس پوریا یعقوبی