Схема, которая использовалась до WPA, называется WEP (Wired Equivalent Privacy — приватность на уровне проводной связи). Для этой схемы аутентификация с предустановленным ключом выполнялась перед ассоциацией. Однако ее польза не велика из-за недостатков конструкции, которые делают WEP легко взламываемым. Первая практическая демонстрация взлома WEP произошла, когда Адам Стаббле-филд был летним стажером в AT&T (Stubblefield и др., 2002). Он смог написать код и проверить атаку за одну неделю, большая часть которой была потрачена на получение разрешения администрации на покупку карт WiFi, необходимых для эксперимента. Программное обеспечение для взлома паролей WEP теперь есть в свободном доступе.
Когда кадры достигают точки доступа, служба распределения (distribution service)
определяет их маршрутизацию. Если адрес назначения является локальным для данной точки доступа, то кадры следуют напрямую по радиоканалу. В противном случае, их необходимо пересылать по проводной сети.
Служба интеграции (integration service) поддерживает трансляцию, необходимую, если кадр нужно выслать за пределы сети стандарта 802.11 или если он получен из сети не этого стандарта. Типичный случай здесь — соединение между беспроводной ЛВС и Интернетом.
Доставка данных (data delivery). Собственно говоря, именно этот сервис является ключевым во всей работе сети. Ведь сеть 802.11 существует для обмена данными. Эта служба позволяет станциям передавать и получать данные по протоколам, которые мы описали ранее в этой главе. Поскольку стандарт 802.11 основан на стандарте Ethernet, а в последнем доставка данных не является гарантированной на 100 %, то для беспроводных сетей это тем более верно. Верхние уровни должны заниматься обнаружением и исправлением ошибок.
Беспроводная передача — это широковещательный сигнал. Для сохранения конфиденциальности информации, посланной по беспроводной ЛВС, она должна быть зашифрована. Эта цель достигается службой конфиденциальности (privacy service), которая управляет деталями шифрования и дешифрования. Алгоритм шифрования для WPA2 основан на AES (Advanced Encryption Standard — улучшенный стандарт шифрования), американском правительственном стандарте, одобренном в 2002 году. Ключи, которые используются для шифрования, определяются во время процедуры аутентификации.
Для обработки трафика с различными приоритетами имеется служба планирования трафика QOS (QOS trffic scheduling). Она использует протоколы, которые мы описали, чтобы дать голосовому и видео трафику преимущество перед трафиком «с максимальными усилиями» и фоновым трафиком. Сопутствующая служба также обеспечивает синхронизацию более высокого уровня. Это позволяет станциям координировать свои действия, что может быть полезным для обработки мультимедиа.
Наконец, есть две службы, которые помогают станциям управлять использованием спектра. Регулирование мощности передатчика (transmit power control) дает станциям информацию, которая нужна им, чтобы соответствовать установленным нормативным пределам мощности передачи, которые варьируются в зависимости от региона. Служба динамического выбора частоты (dynamic frequency selection) дает станциям информацию, необходимую, чтобы избежать передачи в частотном диапазоне 5 ГГц, который используется радарами.
С помощью этих сервисов стандарт 802.11 обеспечивает богатый набор возможностей для того, чтобы соединить близко расположенных мобильных клиентов с Интернетом. Это был огромный успех, и стандарт неоднократно исправлялся, чтобы добавить еще больше возможностей. Увидеть, откуда и куда движется этот стандарт, можно в работе (Hiertz и др., 2010).
4.5. Широкополосные беспроводные сети
Что-то мы засиделись в помещении. Выйдем и посмотрим на улицу, где тоже есть интересные сети, то, что называется «последней милей». Во многих странах телефонная система в какой-то момент перестала быть жестко управляемой, и появилось множество фирм, предлагающих локальные услуги голосовой связи и интернет-услуги.
Предложений действительно много. Проблема только в том, что прокладка волоконно-оптического или коаксиального кабеля к миллионам абонентов обходится очень дорого. Что же делать?
Ответ одновременно и прост, и сложен. Нужны широкополосные беспроводные сети. Установить одну большую антенну на горке где-нибудь рядом с населенным пунктом и расставить на крышах домов абонентов приемные антенны гораздо проще и дешевле, чем рыть множество траншей и протягивать кабель. Таким образом, конкурирующие операторы связи начали экспериментировать в развитии многомегабитных беспроводных систем связи, реализующих услуги голосовой коммуникации, доступа к Интернету, видео по заказу и т. д.
Для стимулирования рынка, IEEE сформировал группу, чтобы стандартизировать широкополосную городскую беспроводную сеть. Следующее число в нумерации 802 было 802.16, таким образом, стандарт получил этот номер. Неофициально технологию называют WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Мы будем использовать термины 802.16 и WiMAX попеременно.
Впервые стандарт 802.16 был апробирован в декабре 2001 года. Ранние версии обеспечили беспроводную местную линию связи между фиксированными точками с прямой видимостью друг друга. Эта схема вскоре была изменена, чтобы сделать WiMAX более конкурентоспособной альтернативой кабелю и DSL для доступа к Интернету. К январю 2003 года стандарт 802.16 был пересмотрен, чтобы поддержать связи вне прямой видимости с использованием технологии OFDM в частотах между 2 и 10 ГГц. Это изменение сделало установку намного легче, хотя станции все еще были с фиксированными местоположениями. Угрозу представлял рост сотовых сетей поколения 3G, обещающий высокие скорости передачи данных и подвижность. В ответ к декабрю 2005 года 802.16 снова был улучшен, чтобы позволить подвижность на скоростях транспорта. Мобильный широкополосный доступ к Интернету — цель текущего стандарта, IEEE 802.16-2009.
Подобно некоторым другим стандартам из серии 802, стандарт 802.16 построен с использованием идей модели OSI. Здесь можно найти и уровни, и подуровни, используется схожая терминология, сервисные примитивы и т. п. К сожалению, как и OSI, стандарт 802.16 страдает громоздкостью. Фактически, форум WiMAX (WiMAX Forum) создавался для того, чтобы определить имеющие возможность взаимодействовать подмножества стандарта для коммерческих предложений. В последующих разделах мы приведем краткое описание основных свойств 802.16, но такое исследование является далеко не полным, в нем опущены многие детали. Дополнительную информацию о WiMAX и широкополосных беспроводных сетях в целом вы найдете в (Andrews и др., 2007).
4.5.1. Сравнение стандарта 802.16 с 802.11 и 3G
Казалось бы, зачем провозглашать новый стандарт? Почему бы не использовать 802.11 или 3G? Фактически, WiMAX комбинирует подходы и 802.11 и 3G, становясь больше похожа на технологию 4G.
Как и стандарт 802.11, WiMAX относится к беспроводным технологиям присоединения устройств к Интернету на скоростях порядка нескольких мегабит в секунду, вместо использования кабеля или DSL. Устройства могут быть мобильными, или, по крайней мере, портативными. WiMAX не начинался с добавления данных с низкой скоростью к подобным голосовым сотовым сетям; 802.16 был разработан, чтобы перенести IP пакеты по радиоканалу и соединиться с основанной на IP сетью с минимумом суеты. Чтобы поддержать различные приложения, пакеты могут нести трафик соединения равноправных узлов ЛВС, звонки IP-телефонии или потоковые мультмедиа-трансляции. Так же как и 802.11, WiMAX основан на технологии OFDM, чтобы гарантировать хорошую работу, несмотря на ухудшения беспроводного сигнала, такие как многолучевое затухание, и на технологии MIMO, чтобы достигнуть высоких уровней пропускной способности.
