تحقیق شبکه های کامپیوتری بی‌ سیم

چکیده

شبکه‌های کامپیوتری بی‌سیم ( WLAN ) و کاربرد آن در جامعه و بویژه محیط‌های عملیاتی خاص که در آنها برپائی شبکه‌های معمولی سیمی مقدور نمی‌باشد و یا برپائی آنها باعث کاهش کارائی تجهیزات کامپیوتری می‌باشند، موضوع این تحقیق می‌باشد. در این تحقیق تجهیزات نصب این نوع شبکه‌ها ، تکنولوژیهای مورد استفاده در آنها و همچنین مسائل امنیتی این شبکه‌ها مورد بررسی قرار گرفته اند.

مقدمه

شبکه بی‌سیم یا WLAN (Wireless  Local Area Network )  مجموعه‌ای انعطاف پذیر برای مبادله اطلاعات است که جایگزین مناسبی برای شبکه‌های سیمی محسوب میگردد.

در این نوع شبکه با استفاده از امواج رادیوئی و برخی فن‌آوری‌های دیگر ، داده‌ها از طریق هوا ارسال و دریافت می‌گردند و با این کار نیاز به ارتباطات سیمی به حداقل می‌رسد. همچنین مزیت این شبکه ها اینست که ارتباطات داده‌ای در حال حرکت را برای ما امکان پذیر می‌سازند.

این شبکه‌ها محبوبیت خاصی در بین برخی مشاغل  و مکانهای عمومی  مانند خدمات انبارداری، خدمات بیمارستانی و دانشگاهها پیدا کرده‌اند. در این محیطها از پایانه‌های دستی و NoteBook ها برای ارسال Online اطلاعات به کامپیوترهای مرکزی ، استفاده می‌کنند .

نیاز روز افزون به پویایی  کارها ، استفاده از تجهیزاتی مانند تلفن همراه ، پیجرها و... بواسطه وجود شبکه های بی سیم امکان پذیر شده است .

اگر کاربر یا شرکت یا برنامه کاربردی خواهان آن باشد که داده و اطلاعات مورد نیاز خود را به صورت متحرک در هر لحظه در اختیار داشته باشند شبکه های  بی سیم جواب مناسبی برای آنهاست.

مفاهیم و تعاریف

وقتی از شبکه اطلاع رسانی سخن به میان می آید،اغلب کابل شبکه به عنوان وسیله انتقال داده در نظر گرفته می شود.در حالیکه چندین سال است که استفاده از شبکه سازی بی سیم در دنیا آغاز گردیده است.تا همین اواخر یک LAN  بی سیم با سرعت انتقال پایین و خدمات غیرقابل اعتماد و مترادف بود ، اما هم اکنون تکنولوژی LAN  بی سیم خدمات قابل قبولی را با سرعتی که حداقل برای کاربران معمولی شبکه کابلی پذیرفته شده می باشد، فراهم می کنند.

WLAN ها ( LAN های بی سیم ) از امواج الکترومغناطیسی (رادیویی یا مادون قرمز) برای انتقال اطلاعات از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می کنند.امواج رادیویی اغلب به عنوان یک حامل رادیویی تلقی می گردند،چرا که این امواج وظیفه انتقال انرژی الکترومغناطیسی از فرستنده را به گیرنده دورتر از خود بعهده دارند. داده هنگام ارسال بر روی موج حامل رادیویی سوار می شود و درگیرنده نیز به راحتی از موج حامل تفکیک می گردد. به این عمل مدولاسیون اطلاعات به موج حامل گفته می شود. هنگامیکه داده با موج رادیویی حامل مدوله می شود، سیگنال رادیویی دارای  فرکانس های مختلفی علاوه بر فرکانس اصلی موج حامل می گردد

به عبارت دیگر فرکانس اطلاعات داده به فرکانس موج حامل اضافه می شود. در گیرنده رادیویی برای استخراج اطلاعات، گیرنده روی فرکانس خاصی تنظیم می گردد و سایر فرکانس های اضافی فیلتر می شوند. 

در یک ساختار WLAN،یک دستگاه فرستنده و گیرنده مرکزی، ( Access Point ) AP  خوانده می شود. AP  با استفاده از کابل شبکه استاندارد به شبکه محلی سیمی متصل می گردد . در حالت ساده، گیرنده AP  وظیفه دریافت، ذخیره و ارسال داده را بین شبکه محلی سیمی و WLAN  به عهده دارد . AP  با آنتنی که به آن متصل است ، می تواند در محل مرتفع و یا هر مکانی که امکان ارتباط بهتر را فراهم می کند، نصب شود .

هر کاربرمی توانداز طریق یک کارت شبکه بی سیم

( Wireless Adapter)  به سیستم WLAN  متصل می شود. این کارت ها به صورت استاندارد برای رایانه های شخصی و کیفی ساخته می شوند.کارت WLAN  به عنوان واسطی بین سیستم عامل شبکه کاربروامواج دریافتی از آنتن عمل می کند. سیستم عامل شبکه عملاً درگیر چگونگی ارتباط ایجاد شده نخواهد بود.

امروزه استاندارد غالب در شبکه های WLAN، IEEE802.11  می باشد. گروهی که بر روی این استاندارد کار می کند در سال 1990 با هدف توسعه استاندارد جهانی شبکه سازی بی سیم با سرعت انتقال 1 تا 2 مگابیت در ثانیه شکل گرفت . استاندارد مذکور با نام IEEE802.11a  شناخته می شود . استاندارد b IEEE802.11 که جدیدتر است ، سرعت انتقال را تا 5/5 و 11 مگابایت در ثانیه می افزاید .

تشریح مقدماتی شبکه های بی سیم و کابلی

شبکه های محلی (LAN ) برای خانه و محیط کار می توانند به دو صورت کابلی (Wired ) یا بی سیم (Wireless ) طراحی گردند. درابتدا این شبکه ها به روش کابلی با استفاده از تکنولوژی Ethernet  طراحی می شدند اما اکنون با روند رو به افزایش استفاده از شبکه های بی سیم با تکنولوژی Wi-Fi  مواجه هستیم.

در شبکه های کابلی (که در حال حاضر بیشتر با توپولوژی ستاره ای بکار می روند ) بایستی از محل هر ایستگاه کاری تا دستگاه توزیع کننده (هاب یا سوئیچ ) به صورت مستقل کابل کشی صورت پذیرد(طول کابل ازنوع CAT5  نبایستی 100 متر بیشتر باشد در غیر اینصورت از فیبر نوری استفاده میگردد) که تجهیزات بکار رفته از دونوع غیر فعال (Passive ) مانند کابل، پریز، داکت ، پچ پنل

و.......... . و فعال (Active )مانند هاب ،سوئیچ ،روتر ، کارت شبکه و........... هستند .

موسسه مهندسی IEEE استانداردهای  802.3u را برای Fast Ethernet  و 802.3ab و802.3z را برای Gigabit Ethernet ( مربوط به  کابلهای الکتریکی و نوری ) در نظر گرفته است .

شبکه های بی سیم نیز شامل دستگاه مرکزی (Access Point )  می باشد که هر ایستگاه کاری می تواند حداکثر تا فاصله 30 متر ی آن (بدون مانع ) قرار گیرد. شبکه های بی سیم (Wlan ) یکی از سه استانداردارتباطی Wi-Fi زیر را بکار می برند :

802.11b که اولین استانداردی است که به صورت گسترده بکار رفته است.

802.11a سریعتر اما گرانتراز 802.11b می باشد.

802.11g جدیدترین استاندارد که شامل هر دو استاندارد قبلی بوده واز همه گرانتر میباشد.

 هر دونوع شبکه های کابلی و بی سیم ادعای برتری بر دیگری را دارند اما انتخاب صحیح با در نظر گرفتن قابلیتهای آنها میسر می باشد.

عوامل مقایسه

در مقایسه شبکه های بی سیم و کابلی می تواند قابلیتهای زیر مورد بررسی قرار گیرد:

نصب و راه اندازی

هزینه

قابلیت اطمینان

کارائی

امنیت

نصب و راه اندازی 

در شبکه های کابلی بدلیل آنکه به هر یک از ایستگاههای کاری بایستی از محل سویئچ  مربوطه کابل کشیده شود با مسائلی همچون سوارخ کاری، داکت کشی، نصب پریز و......... مواجه هستیم  در ضمن اگر محل فیزیکی ایستگاه مورد نظر تغییر یابد بایستی که کابل کشی مجدد و .......صورت پذیرد.

شبکه های بی سیم از امواج استفاده نموده و قابلیت تحرک بالائی را دارا هستند بنابراین تغییرات در محل فیزیکی ایستگاههای کاری به راحتی امکان پذیر می باشد برای راه اندازی آن کافیست که از روشهای زیر بهره برد:

Ad hoc  که ارتباط مستقیم یا همتا به همتا (peer to peer ) تجهیزات را با یکدیگر میسر می سازد.

Infrastructure که باعث ارتباط تمامی تجهیزات با دستگاه مرکزی می شود.

بنابراین میتوان دریافت که نصب و را ه اندازی شبکه های کابلی یا تغییرات در آن بسیار مشکلتر نسبت به مورد مشابه یعنی شبکه های بی سیم است.

هزینه

تجهیزاتی همچون هاب، سوئیچ یا کابل شبکه نسبت به مورد های مشابه در شبکه های بی سیم ارزانتر می باشد اما درنظر گرفتن هزینه های  نصب و تغییرات احتمالی محیطی نیز قابل توجه است.

قابل به ذکر است که با رشد روز افزون شبکه های بی سیم، قیمت آن نیز در حال کاهش است.

قابلیت اطمینان

تجهیزات کابلی بسیار قابل اعتماد میباشند که دلیل سرمایه گذاری سازندگان از حدود بیست سال گذشته نیز همین می باشد فقط بایستی در موقع نصب و یا جابجائی، اتصالات  با دقت کنترل شوند.

تجهیزات بی سیم همچون Broadband Router ها  مشکلاتی مانند قطع شدن‌های پیاپی، تداخل امواج الکترومغناظیس، تداخل با شبکه‌های بی‌سیم مجاور و ... را داشته اند که روند رو به تکامل آن  نسبت به گذشته(مانند 802.11g ) باعث بهبود در قابلیت اطمینان  نیز داشته است .

کارائی

شبکه های کابلی دارای بالاترین کارائی هستند در ابتدا پهنای باند 10 Mbps سپس به پهنای باندهای بالاتر( 100 Mbps و 1000Mbps ) افزایش  یافتند حتی در حال حاضر سوئیچهائی  با پهنای باند 1Gbps  نیز ارائه شده است .

شبکه های بی سیم با استاندارد 802.11b حداکثر پهنای باند 11Mbps و با 802.11a و 802.11g  پهنای باند 54 Mbps را پشتیبانی می کنند  حتی در تکنولوژیهای جدید این روند با قیمتی نسبتا بالاتر به 108Mbps  نیز افزایش داده شده است علاوه بر این کارائی Wi-Fi  نسبت به فاصله حساس می باشد یعنی حداکثر کارائی با افزایش فاصله نسبت به َAccess Point پایین خواهد آمد. این پهنای باند برای به اشتراک گذاشتن اینترنت یا فایلها کافی بوده اما برای برنامه هائی که نیاز به رد و بدل اطلاعات زیاد بین سرور و ایستگاهای کاری (Client to Server ) دارند کافی نیست.

امنیت

بدلیل اینکه در شبکه های کابلی که به اینترنت هم متصل هستند، وجود دیواره آتش از الزامات است و تجهیزاتی مانند هاب یا سوئیچ به تنهایی قادر به انجام وظایف دیواره آتش نمیباشند، بایستی در چنین شبکه هایی دیواره آتش مجزایی نصب شود .

تجهیزات شبکه های بی سیم مانند  Broadband Router ها دیواره آتش بصورت نرم افزاری وجود داشته و تنها بایستی تنظیمات لازم صورت پذیرد. از سوی دیگر به دلیل اینکه در شبکه‌های بی‌سیم از هوا بعنوان رسانه انتقال استفاده میشود، بدون پیاده سازی تکنیک‌های خاصی مانند رمزنگاری، امنیت اطلاعات بطور کامل تامین  نمی گردد استفاده از رمزنگاری  WEP (Wired Equivalent Privacy ) باعث بالا رفتن امنیت در این تجهیزات گردیده است .

انتخاب صحیح کدام است؟

با توجه به بررسی  و آنالیز مطالبی که مطالعه کردید بایستی تصمیم گرفت که در محیطی که اشتراک اطلاعات وجود دارد و نیاز به ارتباط احساس می شود  کدام یک از شبکه های بی سیم و کابلی مناسب تر به نظر می رسند .

جدول زیر خلاصه ای از معیارهای در نظر گرفته شده در این مقاله می باشد . بعنوان مثال اگر هزینه برای شما مهم بوده و نیاز به استفاده از حداکثر کارائی را دارید ولی پویائی برای شما مهم نمی باشد بهتر است از شبکه کابلی استفاده کنید.

بنابراین اگر هنوز در صدد تصمیم بین ایجاد یک شبکه کامپیوتری هستید جدول زیر انتخاب را  برای شما ساده تر خواهد نمود.

جدول مقایسه ای :

نوع سرویس

شبکه های کابلی

شبکه های بی‌سیم

نصب و راه اندازی

نسبتا مشکل

آسان

هزینه

کمتر

بیشتر

قابلیت اطمینان

بالا

متوسط

کارائی

خیلی خوب

خوب

امنیت

خوب

نسبتا خوب

پویایی حرکت

محدود

پویاتر

شبکه های بی سیم :

مسیری که ارسال کننده را به دریافت کننده در شبکه های بی سیم متصل  می کند چهار نوع اتصال می باشد که عبارتند از :

اتصال ایستگاه کاری بی سیم

اتصال نظیر به نظیر بی سیم

اتصال داخل هاب بی سیم

پل با Bridg  بی سیم

شبکه سازی بی سیم که باعث می شود کاربر از اتصالات زمینی رها شده و مشکلات زمان گذشته را نداشته باشد به دو فن آوری خاص اطلاق می شود که عبارتند از :

انواع شبکه های بی سیم

WLANS(Wireless Local Area Networks )

این نوع شبکه برای کاربران محلی از جمله محیطهای(Campus) دانشگاهی یا آزمایشگاهها که نیاز به استفاده از اینترنت دارند مفید می باشد. در این حالت اگر تعداد کاربران محدود باشند می توان بدون استفاده از Access Point این ارتباط را برقرار نمود .در غیر اینصورت استفاده از Access Point ضروری است.می توان با استفاده از آنتن های مناسب مسافت ارتباطی کاربران را به شرط عدم وجود مانع تاحدی طولانی تر نمود.

WPANS(Wireless Personal Area Networks )

دو تکنولوژی مورد استفاده برای این شبکه ها عبارت از :

IR (Infra Red ) و Bluetooth (IEEE 802.15 ) می باشد که مجوز ارتباط در محیطی حدود 90 متر را می دهد البته در IR نیاز به ارتباط مستقیم بوده و محدودیت مسافت وجود دارد.

 WMANS(Wireless MetropolitanArea Networks ) توسط این تکنولوژی ارتباط بین چندین شبکه یا ساختمان در یک شهر برقرار می شود برای Backup  آن می توان از خطوط اجاره ای ،فیبر نوری یا کابلهای مسی استفاده نمود.

WWANS (Wireless Wide  Area Networks )

برای شبکه هائی با فواصل زیاد همچون بین شهرها یا کشورها بکار می رود این ارتباط از طریق آنتن ها ی بی سیم یا ماهواره صورت می پذیرد .

جدول و شکل زیر کاربرد انواع شبکه های بی سیم در فواصل متفاوت را نشان می دهد :

اترنت بی سیم  Bluetooth  :

نوع ساده ای از ارتباط شبکه های بی سیم است که حداکثر ارتباط 8 دستگاه را  با تکنولوژی Bluetooth  پشتیبانی می کند دستگاههایی از قبیل PDA ، نوت بوک، تلفن های همراه و کامپیوترهای شخصی از جمله این موارد هستند می دهد اگرچه این تکنولوژی ممکن است در صفحه کلیدها ،موس ها و Headset  و Hands-free تلفن های همراه نیز دیده شود این تکنولوژی در سال 1994 توسط شرکت اریکسون ایجاد شد  در سال 1998   تعداد کوچکی از کمپانیهای مشهور مانند اریکسون ،نوکیا، اینتل و توشیبا استفاده شد. بلوتوس در فواصل کوتاهی بین  9 تا90 متر کار می کنند این فاصله پشتیبانی به امنیت این تکنولوژی می افزاید .

چرا که اگر کسی بخواهد ارتباط شما را شنود کند گر چه به ابزار خاصی نیاز ندارد اما بایستی در فاصله نزدیکی از شما قرار بگیرد مهمتری ویژگی بلوتوس این است که بر خلاف Infrared موانعی مانند دیوار تاثیری بر روی سیگنال آن ندارند از تکنولوژی رادیوئی استفاده کرده که خیلی گران نبوده و مصرف برق خیلی کمی دارد.

شبکه های بی سیم یک شبکه محلی است که داده ها را از طریق امواج رادیویی و علائم نوری مادون قرمز تکنولوژی دیگری که به اتصالات فیزیکی بین  گره ها و هاب نیاز ندارد. ارسال و دریافت می کند. شبکه سازی بی سیم به این معناست که ما را از قید اتصالات زمینی رها و موانع کابلی اتصال گرهای قطع شده و مشکلات مشخصه Cat V  مربوط به زمان گذشته را از بین می برد .

WLANها از دو توپولوژی حمایت می کنند :

Ad hoc topology

Topology infrastructure

در توپولوژی Ad hoc  کامپیوترها به شبکه بی سیم مجهز هستند و مستقیماً با یکدیگر به شکل Peer-to-Peer  ارتباط برقرار می نمایند.

کامپیوترها برای ارتباط باید در محدوده یکدیگر قرار داشته باشند. این نوع شبکه برای پشتیبانی از تعداد محدودی از کامپیوترها، مثلاً در محیط خانه یا دفاتر کوچک طراحی می شود.

امروزه نوعی از توپولوژی Adhoc  به نام                                               "Networking ad hoc peer-to-peer  " مطرح است. این نوع شبکه که به شبکه " Mesh " نیز معروف است، شبکه ای پویا از دستگاه های بی سیم است که به هیچ نوع زیرساخت موجود یا کنترل مرکزی وابسته نیست. در این شرایط ، دستگاه های شبکه همچنین به مانند گره هایی عمل می کند که کاربران از طریق آنها می توانند داده ها را انتقال دهند ، به این معنی که دستگاه هر کاربر بعنوان مسیریاب و تکرار کننده ( Repeater )   عمل می کند . این شبکه نوع تکامل یافته شبکه Point-to-multipoint  است که در آن همه کاربران می بایست برای استفاده از شبکه دسترسی مستقیم به نقطه دستیابی مرکزی داشته باشند . در معماری Mesh  کاربران می توانند بوسیله Multi-Hopping  ، از طریق گره های دیگر به نقطه مرکزی وصل شوند ، بدون اینکه به ایجاد هیچگونه پیوند مستقیم RF  نیاز باشد . بعلاوه در شبکه Mesh  در صورتیکه کاربران بتوانند یک پیوند فرکانس رادیویی برقرار کنند ، نیازی به نقطه دسترسی  ( Access Point )   نیست و کاربران می توانند بدون وجود نقطه کنترل مرکزی با یکدیگر ، فایل ها ، نامه های الکترونیکی و صوت و تصویر را به اشتراک بگذارند. این ارتباط دو نفره، به آسانی برای دربرگرفتن کاربران بیشتر قابل گسترش است.

توپولوژی Infrastructure  اصولاً برای گسترش و افزایش انعطاف پذیری  شبکه های کابلی معمولی بکار می رود. بدین شکل که اتصال کامپیوترهای مجهز به تکنولوژی بی سیم را با استفاده از Access Point  به آن امکان می سازد. در برخی موارد ، یک AP  کامپیوتری است که کارت شبکه بی سیم را کنار کارت شبکه معمولی – که آن را یک Lan  کابلی متصل می کند – دارا می باشد. کامپیوترهای بی سیم با استفاده از AP  به عنوان واسطه با شبکه کابلی ارتباط برقرار می کنند. AP اساساً بعنوان یک Translation Bridge  عمل می کند، زیرا سیگنال های شبکه بی سیم را به سیگنال های شبکه کابلی تبدیل می کند. مانند تمام تکنولوژی های ارتباطی بی سیم ، شرایط مسافتی و محیطی می توانند بر روی عملکرد ایستگاه های سیار بسیار تأثیرگذار باشند. یک AP  می تواند  10 تا 20 کامپیوتر را پشتیبانی کند، بسته به اینکه میزان استفاده آنها از Lan  چقدر است. این پشتیبانی تا زمانی ادامه دارد که آن کامپیوترها در شعاع تقریبی   100 تا 200 فوت نسبت به AP  قرار داشته باشند . موانع فیزیکی مداخله کننده این عملکرد را به طرز چشمگیری کاهش می دهند .