Gimnazija Novi Pazar

Maturski rad:

Bezicne mreze

Mentor: UčenikHidajet Kucevic Haris Dolovac

Sadrzaj:

1.1 Privatne mreže2.1 Podjela mreža prema dometu uređaja i brzini prijenosa podataka2.2 PAN2.3 LAN2.4 MAN2.5 WAN3.1 Protokoli 4.1 WLAN (WiFi)4.2 WLAN norme 4.3 Frekvencije i kanali 4.4 Sigurnost4.5 Primene6.1 WIMAX7.1 Z-Wave

Uvod

Žeđ za informacijama je očito postojala u svako doba. U staroj Grčkoj je Philippides trčao 40 km od Termopila do Atine da javi o ishodu bitke sa Persijancima kod Maratona i tako ušao u istoriju sporta ali na neki način i informatike.

U modernom vremenu razmjena informacija postala toliko važna da su tražena rešenja i tehnička pomagala koje je financirala država . Prvi takav primer je optički telegraf koji je financirala francuska država. Oko godine 1791 je Claude Chappe sa bratom Ignacom isprobao razmenu informacija uz pomoć optičkih signala koje je udaljeni promatrač u dogovoreno vrijeme promatrao i slao dalje na isti način.Od tog vremena pa do danas covek tezi da usavrsi racunare I njihove komponente. Gotovo polovina prodanih računara u prošloj godini su prenosivi, a istraživanja pokazuju kako više od 25 posto radnika radi van svoje kancelarije. Kada se povežu te dvie činjenice, vidi se kolika je potreba za bežičnim mrežama.

Prednost Bezicnih nad žičanim komunikacionim linijama:prilika da se organizuju komunikacioni kanali, bez obzira na prisustvo i kvalitet kablovske infrastrukture, te mogućnost da se brzo izmene tačke konekcije bez postavljnja kablova i ostalih osnovnih troškova.

Prednost nad satelitskim komunikacionim kanalima:nepostojanje značajnih troškova iznajmljivanja satelitskih kanala

Privatne mreže

To su, prema internet terminologiji, mreže koje rade posebno područje adresa predviđenih za komunikaciju među računarima jedne interne, privatne mreže. Te adrese nisu predviđene za upotrebu u internetu u okvir as primijenjenog internet protokola obično označenog kao Ipv4 (intrenet protocol version 4) koji primjenjuje 32 bitno adresiranje.

Podela mreža prema dometu uređaja i brzini prienosa podataka

Slika 1. prikazuje nekoliko tehnologija koje su prilagođene dometom ili brzinom prienosa raznim primenama. Prema dosegu one pokrivaju veća ili manja područja pa ih tako i delimo. Tu podelu ćemo ukratko opisati.

Slika 1. Podela bežičnih mreža prema dometu uređaja i brzini prijenosa podataka

PAN (eng. personal area network) To je bežična mreža previđena za upotrebu u neposrednoj okolini osobi koja radi sa umreženim uređajem. To mogu biti mobilni telefon, slušalice, prienosni računar i druga oprema koju korisnik nosi sa sobom.

Domet te mreže je nekoliko metara. Najznačajniji predstavnik je bežični sistem Bluetooth u kojem aktivno može sudjelovati do 8 uređaja. Bluetooth radi prilagođene ethernet protokole. Slijedeća generacija PAN uređaja će isto koristiti prilagođeni ethernet protokol. To je norma IEEE 802.15.3. Kod istog dometa od svega nekoliko metara (destak) UWB (engl. High Speed Wireless PAN) će imati brzinu prijenosa podataka do 1 Gb u sekundi (Gbps).

LAN (engl. local area network)

Jedna od najčešće susretanih mreža je LAN (eng. local area network). To je računarska mreža koja pokriva malo zemljino područje (dom, ured, engl. small office – home office) ili nekoliko bliskih zgrada. LAN se obično temelji na Ethernet protokolu kod žičanih veza ili WLAN-u kod bežičnih veza.

Ethernet i WLAN su norme primijenjene na fizičkoj "podatkovnoj vezi" (engl. data link) kao što to pokazuju slika 2. Protokol prijenosa je obično TCP/IP. Glavne karakteristike LAN-a su:

- obično veća brzina prijenosa podataka nego kod WAN-a (internet-a npr.), - male udaljenosti, - obično se rade posebni prijenosni vodovi (kablovi) samo za LAN.

Na slici 1. je prikazan WLAN s normama IEEE 802.11 a/g ili b. Dolazeća norma 802.11n će biti brža od postojećih a/g ili b inačica. Domet uređaja ostaje isti i iznosi približno 100 metara.

MAN (eng. metropolitan area network)

To je mreža koja može pokriti i ceo grad. Radi se obično bežična struktura ili stakleno vlakno za povezivanje pojedinih područja i njihovih LAN mreža u veliku celinu. Na slici 1. je prikazana bežična tehnologija WIMAX prema standardu IEEE 802.16 sa dometom do 50-tak kilometara i brzinom prijenosa usporedivom sa WLAN tehnologijama. Ta tehnologija je posebno obrađena u jednom od posebnih poglavlja.

WAN (eng.wide area network)

To je računrska mreža koja pokriva veliko zemljino područje s mnogo računara. Najpoznatiji primjer je Internet. U nekim slučajevima velika preduzeća u okviru svog WAN-a objedinjuju pojedina LAN područja koja mogu biti kilometrima udaljena itd.

Na slici 1. je prikazana bežična WAN tehnologija označena sa 2.5G, 3G i 4G. To su poznate i raširene tehnologije mobilnih telefona. 1G nije bila predviđena za prijenos podataka a 2G je za mnoge primene prespora tehnologija. Slovo "G" se koristi za označavanje generacije tehnologije.Kod toga vrijedi :

1G = analogne mreže mobilne telefonije, preteče GSM tehnike. U Austriji su to bile A-, B-, i C-mreže.2G = GSM (engl. Global System for Mobile Communication) ili DCS, koji koriste u raznim dijelovima svijeta razne frekvencije: 900-MHz, 1800 MHz i 1900 MHz.

2.5G = GPRS, HSCSD ili EDGE su tehnologije koje koriste paketni prijenos podataka slično internetu.3G = UMTS, CDMA-2000, UWC-136 i TDD. UMTS (engl. Universal Mobil Telecommunication System). To su mobilne tehnologije koje trenutno dobivaju na značaju.

4G = dolazeća 4. generacija mobilne telefonije koja za sada još nije normirana.

Mobilne mreže pokrivaju u međuvremenu velike dijelove gotovo svih kontinenata. U gusto naseljenoj Evropi je ta pokrivenost gotovo 100%-tna. Ta sveprisutnost je vrlo važna karakteristika te tehnologije.

Da ne bude zabune, napomenimo da će dolazeće generacije mobilnih telefona omogućavati govornu komunikaciju kao i dosadašnji mobilni telefoni, ali će im brzina prijenosa podataka biti dovoljna da mogu zadovoljiti i potrebe prijenosa podataka mobilnih potrošača sličnom brzinom kao što to omogućava ADSL ili DSL u fiksnim telefonskim mrežama.

Protokoli

U svijetu komunikacija se pod pojmom "protokol" podrazumijeva skup normi (njem. die Norme, eng. standard) koji definiraju način na koji računari razmjenjuju podatke. Kod toga mislimo u programskom smislu na sintaksu, otkrivanje grešaka, sinkronizaciju prijenosa i dr. a na strani sklopovlja na primjenjene komponente i njihovo ponašanje u procesu razmjene podataka. Skup protokola koji definira jednu primjenu se naziva zbirka protokola (eng. protocol suite). Primjer je TCP/IP zbirka protokola (eng. TCP/IP suite). 

Kod toga treba razlikaovati norme od protokola. Norma je tehnička specifikacija odobrena od priznatog tijela (napr. Hrvatskog zavoda za norme) u smislu postizanja kompatibilnosti među uređajima.

Protokol za razmjenu podataka između dva učesnika WLAN mreže potiče od Ethernet protokola za 100 Mbps prijenos koji je objavljen 1995. Gotovo istodobno definiran je i protokol WLAN nazvan IEEE 802.11 (1997) koji je u kasnijim godinama (1999) doživeo promjene i bio dopunjen. Ethernet protokol izvorno potiče od tvrtke Xerox.

Autor ethernet protokola, Robert Metcalfe je prvi tvrdio da količina razmijenjenih podataka u nekoj mreži raste sa kvadratom broja učesnika. Broj mogućih dvostrukih veza u jednoj mreži s N korisnika je N*(N-1)/2. Za veliki N taj izraz teži prema N2/2.

Razvoj etherneta je zadnjih godina bio vrlo intenzivan. Nalazimo ga kod WLAN-a, Bluetootha, Aple norme 1394 (popularan naziv engl. fire-wire), u nekoliko generacija normi za prijenos podataka kablom itd.

Slika 2. Razvoj Etherneta

Bežična lokalna mreža (engl. wireles local area network, WLAN) je tehnologija zemljopisno malih bežičnih mreža dimenzioniranih za male udaljenosti koje u gradskim uslovima iznose od nekoliko desetaka do nekoliko stotina metara. Konzorcijum firmi koji ovjerava (potvrđuje da su kompatibilni s normama) WLAN uređaje drugih proizvođača radi za tu tehnologiju naziv WiFi. Na slici 1. je prikazan krug djelotvornosti za RFID, Bluetooth, WLAN (WiFi), WIMAX i UMTS (3G) mreže.

RFID je tehnologija elektroničkih naljepnica koje u promjenjivom magnetskom polju mogu magnetskim putem saopćiti sadržaj svoje memorije. Doseg magnetskog polja je vrlo mali (približno jedan matar). To nije mrežna tehnologija. O njoj će biti govora u posebnom poglavlju.

Na slici 6. su prikazana područja djelovanja pojedinih mreža. Mobilna telefonija i WIMAX mreže djelotvorno rade na većim udaljenostima. Tu udaljenosti prijemnika i odašiljača mogu iznositi i do 50 km. Bluetooth (odnosno novija tehnologija UWB) i WLAN (WiFi) su mreže djelotvorne na kraćim udaljenostima. Bluetooth je djelotvoran do desetak metara, a WLAN do stotinjak metara. Ta osnovna obilježja su razumljiva ako se uzme u obzir namjena. Povijesno gledano mobilna telefonija je imala zadatak prenositi vrlo malo informacija – samo ljudski govor i to na srednje udaljenosti (do najviše nekoliko desetaka kilometara pri idealnim uslovima). WLAN je stvoren da prenosi veće količine podataka između dva računara ali na kraće udaljenosti.

Slika 6. Domet pojedinih vrsta bežičnih mreža

Na slici 7. je prikazana poredjenje WLAN i UMTS sistema. Na vrhovima trougla su pojmovi mobilnost, širina frekventnog pojasa (dakle brzina prienosa podataka) i pokrivenost nekog područja. Veća udaljenost od središta trougla prema vrhovima trougla kaže da je to svojstvo više izraženo. Vidljivo je da je WLAN prilagođen za veliku širinu frekventnog područja (dakle brzi

Slika 7. Usporedba WLAN-a i UMTS-a

prijenos podataka) a UMTS za razmenu informacija i u pokretu (automobil, voz itd.).

WLAN norme

WLAN je normiran. Dodijeljeno mu je frekventno područje ISM (kratica od eng. industrial, scientific, medical) u okolini 2,4 GHz. Ukupna snaga zračenja antene ne sme prelaziti 1 W. Kasnije je novim normama dodeljeno i frekventno područje u okolini 5 GHz ali je i tu snaga zračenja ostala mala. Tehnologija je očito bila zamišljena za primjenu na malim udaljenostima. Postoji nekoliko normi koje su poznate pod zajedničkim imenom IEEE 802.11. WLAN radi načela Ethernet protokola koji je definiran normom IEEE 802. U toj porodici normi su 802.11 norme koje definisu WLAN i norme 802.16 koje definisu WIMAX tehnologiju. Sledi kratak opis porodice 802.11 normi:

802.11 prvobitna norma iz 1997. godine

Prijenos podataka bruto 1 ili 2 MBit/s Frekvencija 2,400 do 2,485 GHz Zastario, ne primjenjuje se više

802.11a Proširenje, 1999

Prijenos podataka bruto 54 MBit/s (neto ca. 50 %) Frekvencija 5,15 do 5,72 GHz (u Njemačkoj 13. studenog 2002

prihvaćena kao 802.11h) Slabo rasprostranjen

802.11b Proširenje, 1999

Prijenos podataka bruto 11 MBit/s (neto ca. 50 %) Frekvencija 2,400 do 2,485 GHz Još relativno dobro rasprostranjen

802.11g Proširenje 2003

Prijenos podataka bruto 54 MBit/s (neto ca. 50 %) Frekvencija: 2,400 do 2,485 GHz Najrasprostranjeniji standard

802.11n Novi standard u razvojnoj fazi, standardiziranje krajem 2006

Prijenos podataka bruto 540 MBit/s Frekvencija: planirana 5 GHz Nije u uporabi

802.11p Prošireneje 802.11a za povezivanje u vozilo-vozilo mrežama i prijenos podataka. Planirano standardiziranje oko kraja 2008.

Prijenos podataka bruto 27 MBit/s Frekvencija: planirano 5,850-5,925 GHz (u Americi je za taj tip mreže

ta frekvencija več rezervirana) Nije u uporabi

Spominje se i norma 802.11s koja bi trebala biti usaglašena i obelodanjena 2008 godine. Ta norma definiše MESH-WLAN.

Pod tim pojmom si možemo predstaviti WLAN mrežu u kojoj se pojedine pristupne točke WLAN mreže (eng. access point)

mogu samostalno bežično povezati i tako proširiti WLAN mrežu bez kablovske Ethernet veze između njih.

Trenutno se uglavnom rade ove dvije norme:

IEEE 802.11g vrijedi za prijenose podataka brzinom od 54 MBps na frekvencijama od 2,400 do 2,485 GHz i na kratkim udaljenostima.

IEEE 802.11b se odnosi na brzinu prijenosa od 11 MBps na frekvenciji od 2,4 GHz - 2,485 GHz sa mogućnošću prenosa podataka na udaljenosti do 300 metara. Kako se na tom frekventnom području rade i neki drugi sustavi (Bluetooth, mikrovalne pećnice i dr.) u gradskim sredinama su moguće smetnje.

Slika 8. Komunikacija među WLAN pristupnim točkama (eng. access point)

Slika 9. Šematski prikaz pet WLAN pristupnih tačaka (eng. access point) koji bez Ethernet kabla mogu povezati prvog

sa petim u lancu

Kod WLAN veza razlikujemo "ad hoc" i "infrastrukturne" veze. Ad hoc veze su prikazane na slikama 10. i 11. To su veze dva računara ili drugih uređaja koji imaju ugrađene module za WLAN komunikaciju. Dodatni uređaji nisu potrebni. Kod infrastrukturnih veza prikazanih na slici 10. postoji dodatna infrastruktura. To je obično bežični usmerivač (engl. wireless router), slika 16. koji preko internet modema povezuje internet sa lokalnom mrežom. Međutim bežični usmerivač može biti upotrebljen i za povezivanje

pojedinih WLAN učesnika i/ili cijelih lokalnih mreža i u primenama kada lokalna mreža nije spojena s internetom.

Slika 10. Ad hoc veza dva računraa

U lokalnoj mreži mogu učesnici biti s bežičnim usmerivačem povezani kabelom (Ethernet) ili bežično preko njegove pristupne tačke (eng. access point), slika 12.

Za frekvencije WLAN-a je dovoljna štapna antena odgovarajuće dužine. Samo u izvanrednim slučajevima kada se želi povećati doseg WLAN-a u jednom smeru može se primijeniti usmerena antena.

Slika 11. Ad hoc veze nekoliko uređaja

Slika 12. Infrastrukturna veza posredstvom bežičnog usmjerivača (engl. wireless router)

Ako želimo neko udaljeno područje povezati u LAN, možemo to učiniti na dva načina: LAN kablom ili bežično. Ako to činimo bežično, bežični usmjerivač spojen na LAN gradi most (eng. bridge) prema drugom bežičnom usmerivaču koji na svom, udaljenom području povezuje svoje WLAN učesnike.To je primjer t.zv. transparentnog premošćivanja i povezivanja segmenata mreže.

U LAN mrežama nalazimo i HUB-ove koji nisu bežična komponenta ali nju treba radi potpunosti spomenuti. HUB je komponenta koja povezuje nekoliko LAN komponenti u jedan mrežni segment. Kod toga HUB radi na fizičkoj razini OSI modela i primljeni signal na jednim vratima (eng. port) proslijedi ovisno o adresi paketa podataka na neka od svojih drugih vrata. Njegov bežični pandam u WLAN mrežama je u tom slučaju pristupna točka (eng. access point)

Frekvencije i kanali

WLAN frekvencijsko područje od 2,400 do 2,485 GHz, dodijeljeno standardom IEEE802.11 je podijeljeno u SAD na 11, u Evropi na 13 i Japanu na 14 kanala.

Sigurnost

Na početku se na sigurnost prijenosa informacija putem WLAN mreža nije mnogo mislilo. Tokom vremena su implementirani protokoli za šifriranje koji su u međuvremenu zastarjeli (npr. engl. wired equivalent privacy, WEP) te je sve više u primjeni norma engl. advanced encryption standard (AES) propisana u okviru 802.11i. Ta norma je, ako se izabere dovoljno dugačka lozinka (barem 32 znaka), praktično sigurna s gledišta tajnosti podataka. Razvoj na tom području još traje .

Primene

WLAN se radi za mnoge namjene ali je najčešća primjena pristup internetu. Na slici  14. je prikazana najčešća uporaba WLAN-a. U međuvremenu je preko WLAN-a moguće besplatno telefonirati tako da je i to postalo jedna od vrlo važnih primjena WLAN-a.

Zanimljivo je još na kraju spomenuti ideju firme FON iz Madrida svako ko na svoj internet priključak priključi dodatni WLAN bežični usmjerivač (engl. wireless router) i tako omogući bežično korištenje interneta drugim korisnicima u promjeru od nekoliko desetaka do stotina metara oko tog uređaja, može sam besplatno koristiti internet bilo gdje u svijetu kad dođe u blizinu bežičnog usmjerivača (engl. wireless router) nekog drugog člana "fon zajednice". Ideja je za nekoliko mjeseci oduševila više od 27.000 ljudi koji su na taj način stvorili dodatne WLAN pristupne tačke po celom

Svetu.To znači da svaki od njih može rabiti bilo koji od 30.000 pristupnih WLAN točaka besplatno. Po drugom modelu uporabe usluge je moguće naplatiti.

Pošto su kompanije Google i Skype postali partneri koji taj projekt i financijski potpomažu možemo vjerovati da se radi o značajnom projektu kojeg ćemo i u budućnosti svakodnevno sretati.

Slika 14. Primjena WLANA u privatne i poslovne svrhe

Na početku je WLAN tehnologija bila koncipirana za bežične komunikacije unutar jednog ureda ili male firme. WLAN sam po sebi nije revolucionarna tehnologija ali njena primjena otvara nove mogućnosti. Najznačajnije je to da WLAN pristupne tačke na javnim mjestima (hoteli, aeorodromi, trgovi, restorani itd.) omogućavaju jeftin ili besplatan bežični pristup internetu.

Mobilni telefoni koji mogu komunicirati uz pomoć WLAN-a (telefoniranje internetom, VoIP) zaobilaze međunarodnu i engl. roaming naplatu. Na taj način WLAN postaje sve važniji konkurent GSM ili UMTS  operaterima. Kako se uz pomoć prenosivog računara može sasvim besplatno telefonirati to je primjena WLAN-a još atraktivnija. Budući da su u toku izgradnje WLAN mreža koje pokrivaju cijele gradove (npr. London i San Francisco) važnost ove tehnologije raste iz dana u dan.

Međutim, najverojatnije će najvažnija uporaba WLAN-a biti vezana za DRM (eng. digital rights management, vidi: upravljanje digitalnim pravima). Prema konceptima koje u skladu s DRM  sistemom za zaštitu autorskih prava, američka zabavna i informatička industrija forsira, neće biti moguće NIŠTA snimiti ili reproducirati ako za to snimač ili uređaj za reprodukciju nije preko interneta dobio digitalno pravo da to učini. Zbog toga će svi uređaji jednog doma ili ureda MORATI biti umreženi. Za taj zadatak je WLAN prema današnjim spoznajama optimalna tehnologija i zbog toga će joj u bliskoj budućnosti enormno porasti značaj.

Slika 16. Bežični usmjerivač (engl. wireles router)

WIMAX (engl. worldwide interoperability for microwave access) mreže smo već spomenuli i pokazali da su koncipirane za udaljenosti do 50 km. Za slične udaljenosti (u idealnom slučaju do 30 km) su koncipirane i UMTS (3G) mreže ali su im brzine prijenosa gotovo za dva reda veličine niže nego WIMAX tehnologije koja upravo ovih dana doživljava svoju širu promociju.

Možemo ju predstaviti kao bežični produžetak internet priključka na čijem kraju je priključena WLAN mreža za snabdijevanje malih lokalnih  potrošača.

Ako razmotrimo moguće primjene WIMAX-a uočavamo veliku fleksibilnost koncepta koji pokazuje velike brzine prijenosa podataka kad su u pitanju priključci većih korisnika, tj . korisnika koji trebaju razmjenjivati mnogo podataka u kratkom vremenu. WIMAX tehnologija je prilagođena i priključivanju domaćinstava na internet. Kod toga treba spomenuti da WIMAX može simultano prenositi VoIP, video i internet podatke.   

Može se pretpostaviti da će WIMAX za nerazvijene zemlje predstavljati atraktivnu mogućnost spajanja provincijalnih područja s

metropolom ali i priključak tih krajeva na internet. 

Z-Wave je vrlo zanimljiva tehnologija koja omogućava jednostavno i jeftino umrežavanje kućnih aparata i njihovo daljinsko upravljanje. Tu mislimo na vrata od garaže, frizider i sl. Ti aparati ne trebaju velike količine podataka jer ne prenose audio ili video sadržaje

Tehnologija ima svojstvo mesh-mreže tako da svaki deo mreže može primljene podatke poslati dalje dok se u lancu ne nađe uređaj kome je poruka namijenjena.

Npr. ako iz jednog ugla kuće želimo daljinski zatvoriti vrata od garaže, poruka će putovati kroz kuću od npr. utičnice, preko frizidera i šporeta dok ne stigne do prijemnika u garaži koji u tom slučaju potvrđuje prijem vesti i šalje ga istim putem natrag do nalogodavca.

Literatura:

1. http:// www. wikipedia .org/ 2. http://www.ietf.org/rfc/rfc4193.tx3. http://standards.ieee.org/getieee802/portfolio.html4. http://www.skype.com/intl/de/5. http://www.info.biz.hr6. http://www.planetpdamag.com/content/102302pr.htm7. http://en.fon.com/8. http://de.wikipedia.org/wiki/FON_%28WLAN%299. http://www.broadcom.com/products/secureeasysetup.php10. http://www.wimaxforum.org/technology11. http://ieee802.org/16/12. http://wirelessman.org/