FAKULTET TEHNIČKIH NAUKARAČUNARSTVO

BEŽIČNE MREŽE

Avdović Azra, 02-514/08 Prof. dr. Žarko Barbarić, dipl. inž.Novi Pazar 15. jun. 2009.

Bežične mreže

SADRŽAJ

1. Uvod…………………………………………..…………………..…………………………….32. Podela mreža prema dometu uredjaja i brzini prenosa podataka…....………..…..…………….3

2.1. PAN……………………….……………..……………………..…………………….32.2. LAN…………………………….……..……………………..……………………….42.3. MAN………………………….………..…………………..…………………………42.4. WAN…………………………….……..………………..…………………..…..……5

3. Protokoli……………………………..………………………..………………… ………...…...44. OSI model…………………………..…………………..……………………….…...…………65. WLAN……………………………..……………………..…………………………………….86. WLAN norme…………..…………..……………………..……………………....…........……97. Frekvencije i kanali………………...……………………..…………....…….……...………...118. Sigurnost…………………………...……………………..………………………...…………119. Zaključak……………………….…..……….……………..….………… ...……...………….1210. Literatura...…………………………………………………..……..………..…….………...13

Avdović Azra 2

Bežične mreže

1. Uvod

Pre nego što opišem najznačajnije bežične mreže WLAN i Wimax, opisaću sa samo par reči nekoliko pojmova koji će čitaocu približiti razne vrste mreža i primenjene protokole. Pogledajmo prvo kakvih sve mreža ima.

Mreže se mogu podijeliti na: a) fiksne (lokalne mreže spojene bakrenim vodičima ili optičkim vlaknima, fiksna telefonska mreža i sl.)b) bežične mreže (WLAN mreža kod koje se podaci prenose radio valovima, mobilna telefonija i sl.)

U daljnjem tekstu će biti govora samo o bežičnim mrežama. Mreže se mogu podeliti i na druge načine.

a) Na privatne (obično LAN) i javne mreže (internet npr.). b) Prema geografskoj veličini mreže: PAN, LAN, MAN, WAN. c) Prema dometu bežičnih uređaja: RFID, PAN (Bluetooth ili noviji UWB), WLAN, Wimax, GSM/UMTS. d) Prema brzini prijenosa podatakae) itd.

Moguće su mnoge podele u zavisnosti og primen, tehnologije, dometa uređaja odnosno cilja koji želimo sa tom podelom da postignemo.

2. Podela mreža prema dometu uređaja i brzini prenosa podataka

Na slici 1 prikazano je nekoliko tehnologija koje su prilagođene dometu ili brzini prenosa raznim primenama. Prema dometu one pokrivaju veća ili manja područja pa ih tako i delimo. Tu podelu ću ukratko opisati.

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

2.1. PAN (eng. personal area network) je bežična mreža predviđena za uporabu u neposrednoj okolini osobe koja treba umrežene uređaje. To mogu biti mobilni telefon, slušalice, prenosni računar i druga oprema koju korisnik nosi sa sobom.

Avdović Azra 3

Bežične mreže

Domet te mreže je nekoliko metara. Najznačajniji predstavnik je bežični uredjaj Bluetooth u kojem aktivno može učestvovati do 8 uređaja. Bluetooth koristi prilagođene ethernet protokole. Sledeća 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 prenosa podataka do 1 Gb u sekundi (Gbps).

2.2 LAN (engl. local area network) je jedna od najčešće susretanih mreža. To je računrska mreža koja pokriva malo geografsko područje (kuću, kancelariju, engl. small office – home office, SOHO) 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 primenjene na "fizičkoj razdaljini" i "podatkovnoj vezi" (engl. data link) kao što to pokazuju slike 2. i 3. (pogledati OSI model). Protokol prenosa je obično TCP/IP. Glavne karakteristike LAN-a su:

- obično veća brzina prenosa podataka nego kod WAN-a (internet-a npr.), - male udaljenosti, - obično se koriste posebni prenosni vodovi (kalovi) samo za LAN. Domet uređaja ostaje isti i iznosi približno 100 metara. Bežični LAN, WLAN je opširnije

opisan u posebnom poglavlju. [1]

2.3 MAN (eng. metropolitan area network) je mreža koja može pokriti i ceo grad. Obično se koristi 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 prenosa u poredjenju sa WLAN tehnologijama.

2.4 WAN (eng.wide area network) je računarska mreža koja pokriva veliko geografsko 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 geografski 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 prenos podataka a 2G je za mnoge primene prespora tehnologija. Slovo "G" se koristi za označavanje generacije tehnologije. Kod njega važi :

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 delovima sveta razne frekvencije: 900-MHz, 1800 MHz i 1900 MHz.

2.5G = GPRS, HSCSD ili EDGE su tehnologije koje koriste paketni prenos podataka slično internetu.

3G = UMTS, CDMA-2000, UWC-136 i TDD. UMTS (engl. Universal Mobil Telecommunication System). To su mobilne tehnologije koje trenutno dobijaju na značaju.

4G = dolazeća 4. generacija mobilne telefonije koja za sada još nije normirana. Mobilne mreže pokrivaju u međuvremenu velike delove 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, napomenuću da će dolazeće generacije mobilnih telefona omogućavati govornu komunikaciju kao i dosadašnji mobilni telefoni, ali će im brzina prenosa podataka biti dovoljna da mogu zadovoljiti i potrebe prenosa podataka mobilnih potrošača sličnom brzinom kao što to omogućava ADSL ili DSL u fiksnim telefonskim mrežama.

[1] Alen Blažant- Lokalne mrežehttp://www.tel.fer.hr/files/peta/LiP/LAN.pdf

Avdović Azra 4

Bežične mreže

3. Protokoli

U svetu komunikacija se pod pojmom "protokol" podrazumeva skup normi ( eng. standard) koji definišu način na koji računari razmjenjuju podatke. Kod toga mislim u programskom smislu na sintaksu, semantiku, otkrivanje grešaka, sinhronizaciju prenosa i dr. a u poglavju na primenjene komponente i njihovo ponašanje u procesu razmene podataka. Skup protokola koji definiše jednu primenu se naziva zbir protokola (eng. protocol suite).

Veoma je bitno razlikaovati norme od protokola. Norma je tehnička specifikacija odobrena od priznate ustanove, u smislu postizanja kompatibilnosti među uređajima. Protokol za razmenu podataka između dva učesnika WLAN mreže potiče od Ethernet protokola za 100 Mbps prenos koji je objavljen 1995. Gotovo istovremeno je definisan i protokol WLAN nazvan IEEE 802.11 (1997) koji je u kasnijim godinama (1999) doživio promene i bio dopunjen. Ethernet protokol izvorno potiče iz firme Xerox. [2]

Autor ethernet protokola, Robert Metcalfe (kasnije osnivač firme 3Com), je prvi tvrdio da količina razmenjenih 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 prienos podataka kablom itd.

Taj razvoj je prikazan na slici 2. Na slici 3. je prikazan razlog ovako brzog razvoja. U poredjenju sa sličnin sistemom Sonet, troškovi održavanja ethernet sistema (engl. TOC = total cost of ownership) su i do deset puta niži. Sonet (skraćenica od engl. sinchronous optical network) je norma za prenos podataka staklenim vlaknom. USD per Mega BW znači: zbir troškova nekog razdoblja u US$ podeljenih s brzinom prenosa u megabit-ima u sekundi. Vidimo da i kod etherneta troškovi iz godine u godinu opadaju jer se između ostalih faktora (masovnost npr.) stalno povećavala brzina prenosa. Kako nove brže komponente nisu neminovno koštale više od komponenata predjašnjih sporijih generacija tako je koeficijent USD/Mega BW opadao.

Slika 2. Razvoj Etherneta

[2] 802.11 WLAN Packets and Protokols

Avdović Azra 5

Bežične mreže

http://www.wildpackets.com/support/compendium/manual_apendices/nxA1_AP

Slika 3. Poredjenje troškova etherneta i Soneta

4. OSI model

Za nesmetanu razmenu podataka u mrežama definisan je engl. Open Systems Interconection Reference Model ili OSI model.

OSI model je razvio podkomitet ISO (engl. International Standardisation Organisation). To je skup protokola koji služi kao logički okvir koji garantuje nesmetanu razmenu podataka među umreženim računarima. Norma deli mrežne procese u sedam logičkih slojeva počevši s kablom pa sve do udaljenosti operativnog sistema. Svaki sloj se sastoji od normi koji ispunjavaju specifični zadatak u mrežnoj arhitekturi. Logički slojevi su: fizički, data link, mreža , transport, session, prezentacija i aplikacija.

Kod toga je važno napomenuti da svaki sloj treba SAMO podatke iz prethodnog sloja i daje podatke SAMO sloju iznad njega. Primeri tako organiziranih protokola su prikazani u tabeli 1.

LayerMisc. examples TCP/IP suite SS7 Apple talk suite OSI suite IPX suite SNA UMTS

Name

7. Application HL7, Modbus, SIP

HTTP , SMTP, SMP, SNMP, FTPTelnet, NFS, NTP

ISUPINAPMAPTUPTCAP

AFPFTAM, X400,X 500, DAP

APPC

6. PresentationTDI,, ASCII, EBCDICMIDI, MPEG

XDR, SSL , TLS AFPISO 8823, X226

5. SessionNamed Pipes, Net BIOSSAP SDP

SessionEstablishment forTCP

ASP, ADSP, ZIPPAP

ISO 8327, X225

NWLink DLC?

4. Transport NetBEUITCP , UDP, RTP SCTP

ATP, NBP, AFT,RTMP

TPO, TP1, TP2, TP3, TP4, OSPF

SPX, RIP

3. Network NetBEUI Q.931IP , ICMP, IP sec.ARP, RIP, BGP

MTP-3SCCP

DDPX25 (PLP), CLNP

IPXRRC (RadioResourceControl)

2. Data Link

Ethernet , 802.11 (WeFe)Token Ring, FDDI, PPP,HDLC, Q.921, FrameRelay, ATM, Fibre Channel

MTP-2

Local TalkTocken TalkEther Talc, AppleRemote Access, PPP

X25 (LAPE)Tocken Bus

IEE P02.3framingEthernetIIframing

SDLC

MAC(Media access Control)

1. Phisical

RS-232, V.35, V.34, Q.911,TI, E1, 10 BASE-T , 100 BASE-TX , ISDN, SONET OSI, 802.11b , 802.11g

MTP-1

Local Talc onshielded LokalTalcon unshielded(Phone Net)

X25 ( X21 bus,EIA/TIA-232EIA/TIA-449EIA-530, G703)

TwinaxPHY(Phisical Layer)

Tabela 1. Primeri nekoliko primena OSI modela

Avdović Azra 6

Bežične mreže

OSI model možemo pokazati primijenjen na poznatom TCP/IP protokolu prema tablici1. Zelenom bijom je označeno ovo: Aplikacija: http ( internet pristup i razmjena podatka)Prezentacija: šifriranje SSL (ili drugi nabrojeni načini)Session: TCPTransport: TCPMreža: IP (Internet)

Poslednje dve kolone (engl. data link, physical) nisu određene jer mogu biti različito ostvarene. Fizički pristup internetu može biti, primera radi, preko fiksne telefonske mreže (ADSL ili DSL) ili preko WLAN-a.

Treba napomenuti da nijedna norma ne definiše svih sedam slojeva. Razlog je u tome što slojevi 1-3 definišu razmenu podataka između mrežnih komponenti a slojevi 4-7 definišu komunikaciju od izvora do cilja. Kod toga treba zamisliti da je 7. sloj najbliži korisniku jer definiše aplikaciju. To je programski deo. Slojevi ispod njega definišu prienos podataka. Donji, prvi sloj definiše fizički način prenosa.

OSI model se može promatrati kao zamišljeni i preporučeni model koji na žalost u mnogim slučajevima i kada ga protokoli slede, ne garantuje potpunu kompatiblinost i nesmetan prijenos podataka.

Ethernet i WLAN mreže su određene u prva dva sloja (vidi tabelu 1). Kod Ethernet-a je fizički prenos regulisan s normama 10 BASE–T ili 100 BASE-TX (obojeno plavom bojom) dok je način prenosa podataka (engl. data link, stvaranje paketa podataka i sl.) definisan samom Ethernet normom (IEEE802). Kod WLAN-a je, u pretposlednjem redu, data link Ethernet protokol 802.11 obojan žuto dok je fizički prienos definisan normama 802.11a,b,g, dakle bežično što je isto žuto označeno.

Sedam slojeva OSI modela su prikazani na sledećoj slici.

Slika 4. Slojevi OSI norme

Avdović Azra 7

Bežične mreže

5. WLAN

Bežična lokalna mreža (engl. wireles local area network, WLAN) je tehnologija geografski malih bežičnih mreža dimenzioniranih za male udaljenosti koje u gradskim uslovima iznose od nekoliko desetina do nekoliko stotina metara. Konzorcijum firmi koji overava WLAN uređaje drugih proizvođača zahteva za tu tehnologiju naziv WiFi. Na slici 5. je prikazan krug delotvornosti za RFID, Bluetooth, WLAN (WiFi), WIMAX i UMTS (3G) mreže.

RFID je tehnologija elektroničkih nalepnica koje u promenjivom magnetnom polju mogu magnetskim putem saopštitiiti sadržaj svoje memorije. Doseg magnetskog polja je vrlo mali (približno jedan matar).

Na slici 5. su prikazana područja delovanja pojedinih mreža. Mobilna telefonija i WIMAX mreže delotvorno 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 delotvorne na kraćim udaljenostima. Bluetooth je delotvoran do desetak metara, a WLAN do stotinak metara. Ta osnovna obeležja su razumljiva ako se uzme u obzir namena. Istorijski 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 5. Domet pojedinih vrsta bežičnih mreža

Na slici 6. je prikazano poredjenje WLAN i UMTS sistema. Na vrhovima trougla su pojmovi mobilnost, širina frekventnog pojasa (dakle brzina prienosa podataka) i pokrivenost geografskog 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 prienos podataka) a UMTS za razmenu informacija i u pokretu (automobil, voz itd.).

Avdović Azra 8

Bežične mreže

Slika 6. Poredjenje WLAN-a i UMTS-a

6. WLAN norme

WLAN je normiran. Dodeljeno 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 očigledno bila zamišljena za primenu na malim udaljenostima. Postoji nekoliko normi koje su poznate pod zajedničkim imenom IEEE 802.11. WLAN koristi načela Ethernet protokola koji je definisan normom IEEE 802.

Kod WLAN veza razlikujemo "ad hoc" i "infrastrukturne" veze. Ad hoc veze su prikazane na slikama 7. i 8. To su veze dva računara ili drugih uređaja koji imaju ugrađene module za WLAN komunikaciju. Dodatni uređaji nisu potrebni.

Slika 7. Ad hoc veza dvaju računala

Avdović Azra 9

Bežične mreže

Slika 8. Ad hoc veze nekoliko uređaja

Kod infrastrukturnih veza prikazanih na slici 9. postoji dodatna infrastruktura. To je obično bežični usmerivač (engl. wireless router), koji preko internet modema povezuje internet sa lokalnom mrežom. Međutim bežični usmerivač može biti upotrebljen i za povezivanje pojedinih WLAN učesnika i/ili celih lokalnih mreža i u primenama kada lokalna mreža nije spojena s internetom. U lokalnoj mreži mogu učesnici biti s bežičnim usmerivačem povezani kablom (Ethernet) ili bežično preko njegove pristupne tačke (eng. access point), slika 9.

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 primeniti usmerena antena.

Slika 9. Infrastrukturna veza posredstvom bežičnog usmerivača

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

Avdović Azra 10

Bežične mreže

7. Frekvencije i kanali

WLAN frekvencijsko područje od 2,400 do 2,485 GHz, je podijeljeno u SAD na 11, u Evropi na 13 i Japanu na 14 kanala. (tabela 2.).

Kanal Frekvencija Napomena

1 2.412 GhEvropa, USA, Japan; nema preklapanja

2 2.417 Gh Evropa, USA, Japan3 2.422 Gh Evropa, USA, Japan4 2.427 Gh Evropa, USA, Japan5 2.432 Gh Evropa, USA, Japan6 2.437 Gh Evropa, USA, Japan

7 2.442 GhEvropa, USA, Japan; nema preklapanja

8 2.447 Gh Evropa, USA, Japan9 2.452 Gh Evropa, USA, Japan10 2.457 Gh Evropa, USA, Japan11 2.462 Gh Evropa, USA, Japan12 2.467 Gh Evropa, Japan13 2.472 Gh Evropa , Japan; nema preklapanja14 2.484 Gh Japan

Tabela 2. WLAN frekvencijska područja

8. Sigurnost

Na početku se na sigurnost prienosa informacija putem WLAN mreža nije mnogo mislilo. Tokom vremena su implementirani protokoli za šifrovanje koji su u međuvremenu zastareli (npr. engl. wired equivalent privacy, WEP) pa je sve više u primeni 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. [3]

Avdović Azra 11

Bežične mreže

[3] Sigurnost bežičnih računalnih mreža, seminarski rad, Ivica Marić, FER, Zagreb 2004http://os2.zemris.fer.hr/stari_web/ns/2004/maric/Sigurnost_ bezicnih_racunalnih_mreza.pdf

9. Zaključak

Razvoj bežičnih mreža je brz i konstantan. Bežične mreže su jednostavno postale deo svakodnevnice gotovo svakog čoveka na planeti, bio on toga svestan ili ne. Razlog tome je neverovatno veliki opseg primena bežičnih veza, pri čemu WLAN prednjači kada govorimo o upotrebi prosečnog čoveka.

WLAN se upotrebljava za mnoge namene ali je najčešća primena pristup internetu. Preko WLAN-a je moguće besplatno telefonirati tako da je i to postalo jedna od vrlo važnih primena WLAN-a.

Na početku je WLAN tehnologija bila koncipirana za bežične komunikacije unutar jedne kancelarije ili male firme. WLAN sam po sebi nije revolucionarna tehnologija ali njena primena otvara nove mogućnosti. Najznačajnije je to da WLAN pristupne tačke na javnim mestima (hoteli, aerodromi, 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 roming naplatu. Na taj način WLAN postaje sve važniji konkurent GSM ili UMTS operaterima. Kako se uz pomoć prenosnog računara može sasvim besplatno telefonirati to je primena WLAN-a još atraktivnija. Budući da su u toku izgradnje WLAN mreža koje pokrivaju cele gradove (npr. London i San Francisco) važnost ove tehnologije raste iz dana u dan.

Međutim, najvjerovatnije će najvažnija uporaba WLAN-a biti vezana za DRM (eng. digital rights management ). Prema konceptima koje u skladu s DRM  sistemom za zaštitu autorskih prava, američka zabavna i informatička industrija forsira, neće biti moguće NIŠTA snimiti ili reprodukovati 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 kancelarije MORATI biti umreženi. Za taj zadatak je WLAN prema današnjim spoznajama optimalna tehnologija i zbog toga će joj u bliskoj budućnosti enormno porasti značaj.

Avdović Azra 12

Bežične mreže

10. Literatura:

[1] Alen Blažant- Lokalne mreže

http://www.tel.fer.hr/files/peta/LiP/LAN.pdf

[2] 802.11 WLAN Packets and Protokols

http://www.wildpackets.com/support/compendium/manual_apendices/nxA1_AP

[3] Sigurnost bežičnih računalnih mreža, seminarski rad, Ivica Marić, FER, Zagreb 2004

http://os2.zemris.fer.hr/stari_web/ns/2004/maric/Sigurnost_ bezicnih_racunalnih_mreza.pdf

Avdović Azra 13