رشد شبکه های بی سیم

امروزه با بهبود عملکرد, کارایی و عوامل امنیتی, شبکه های بی سیم به شکل قابل توجهی در حال رشد و گسترش هستند و استاندارد IEEE ۸۰۲ ۱۱ استاندارد بنیادی است که شبکه های بی سیم بر مبنای آن طراحی و پیاده سازی می شوند

۱) پیش درآمد

امروزه با بهبود عملكرد، كارایی و عوامل امنیتی، شبكه‌های بی‌سیم به شكل قابل توجهی در حال رشد و گسترش هستند و استاندارد IEEE ۸۰۲.۱۱ استاندارد بنیادی است كه شبكه‌های بی‌سیم بر مبنای آن طراحی و پیاده سازی می‌شوند.

در ماه ژوئن سال ۱۹۹۷ انجمن مهندسان برق و الكترونیك (IEEE) استاندارد IEEE ۸۰۲.۱۱-۱۹۹۷ را به عنوان اولین استانداردِ شبكه‌های محلی بی‌سیم منتشر ساخت. این استاندارد در سال ۱۹۹۹ مجدداً بازنگری شد و نگارش روز آمد شده آن تحت عنوان IEEE ۸۰۲.۱۱-۱۹۹۹ منتشر شد. استاندارد جاری شبكه‌های محلی بی‌سیم یا همانIEEE ۸۰۲.۱۱ تحت عنوان ISO/IEC ۸۸۰۲-۱۱:۱۹۹۹، توسط سازمان استاندارد سازی بین‌المللی (ISO) و مؤسسه استانداردهای ملی آمریكا (ANSI) پذیرفته شده است. تكمیل این استاندارد در سال ۱۹۹۷، شكل گیری و پیدایش شبكه سازی محلی بی‌سیم و مبتنی بر استاندارد را به دنبال داشت. استاندارد ۱۹۹۷، پهنای باند ۲Mbps را تعریف می‌كند با این ویژگی كه در شرایط نامساعد و محیط‌های دارای اغتشاش (نویز) این پهنای باند می‌تواند به مقدار ۱Mbps كاهش یابد. روش تلفیق یا مدولاسیون در این پهنای باند روش DSSS است. بر اساس این استاندارد پهنای باند ۱ Mbps با استفاده از روش مدولاسیون FHSS نیز قابل دستیابی است و در محیط‌های عاری از اغتشاش (نویز) پهنای باند ۲ Mbpsنیز قابل استفاده است. هر دو روش مدولاسیون در محدوده باند رادیویی ۲.۴ GHz عمل می‌كنند. یكی از نكات جالب توجه در خصوص این استاندارد استفاده از رسانه مادون قرمز علاوه بر مدولاسیون‌های رادیویی DSSS و FHSS به عنوان رسانهانتقال است. ولی كاربرد این رسانه با توجه به محدودیت حوزه عملیاتی آن نسبتاً محدود و نادر است. گروه كاری ۸۰۲.۱۱ به زیر گروه‌های متعددی تقسیم می‌شود.

▪ برخی از مهم‌ترین زیر گروه‌ها به قرار زیر است:

- ۸۰۲.۱۱D: Additional Regulatory Domains

- ۸۰۲.۱۱E: Quality of Service (QoS)

- ۸۰۲.۱۱F: Inter-Access Point Protocol (IAPP)

- ۸۰۲.۱۱G: Higher Data Rates at ۲.۴ GHz

- ۸۰۲.۱۱H: Dynamic Channel Selection and Transmission Power Control

- ۸۰۲.۱۱i: Authentication and Security

كمیته ۸۰۲.۱۱e كمیته‌ای است كه سعی دارد قابلیت QoS اِتـِرنت را در محیط شبكه‌های بی‌سیم ارائه كند. توجه داشته باشید كه فعالیت‌های این گروه تمام گونه‌های ۸۰۲.۱۱ شامل a، b، و g را در بر دارد. این كمیته در نظر دارد كه ارتباط كیفیت سرویس سیمی یا Ethernet QoS را به دنیای بی‌سیم بیاورد.

كمیته ۸۰۲.۱۱g كمیته‌ای است كه با عنوان ۸۰۲.۱۱ توسعه یافته نیز شناخته می‌شود. این كمیته در نظر دارد نرخ ارسال داده‌ها در باند فركانسی ISM را افزایش دهد. باند فركانسی ISM یا باند فركانسی صنعتی، پژوهشی، و پزشكی، یك باند فركانسی بدون مجوز است. استفاده از این باند فركانسی كه در محدوده ۲۴۰۰ مگاهرتز تا ۲۴۸۳.۵ مگاهرتز قرار دارد، بر اساس مقررات FCC در كاربردهای تشعشع رادیویی نیازی به مجوز ندارد. استاندارد ۸۰۲.۱۱g تا كنون نهایی نشده است و مهم‌ترین علت آن رقابت شدید میان تكنیك‌های مدولاسیون است. اعضاء این كمیته و سازندگان تراشه توافق كرده‌اند كه از تكنیك تسهیم OFDM استفاده نمایند ولی با این وجود روش PBCC نیز می‌تواند به عنوان یك روش جایگزین و رقیب مطرح باشد.

كمیته ۸۰۲.۱۱h مسئول تهیه استانداردهای یكنواخت و یكپارچه برای توان مصرفی و نیز توان امواج ارسالی توسط فرستنده‌های مبتنی بر ۸۰۲.۱۱ است.

فعالیت دو كمیته ۸۰۲.۱۱i و ۸۰۲.۱۱x در ابتدا برروی سیستم‌های مبتنی بر ۸۰۲.۱۱b تمركز داشت. این دو كمیته مسئول تهیه پروتكل‌های جدید امنیت هستند. استاندارد اولیه از الگوریتمی موسوم به WEP استفاده می‌كند كه در آن دو ساختار كلید رمز نگاری به طول ۴۰ و ۱۲۸ بیت وجود دارد. WEP مشخصاً یك روش رمزنگاری است كه از الگوریتم RC۴ برای رمزنگاری فریم‌ها استفاده می‌كند. فعالیت این كمیته در راستای بهبود مسائل امنیتی شبكه‌های محلی بی‌سیم است.

این استاندارد لایه‌های كنترل دسترسی به رسانه (MAC) و لایه فیزیكی (PHY) در یك شبكه محلی با اتصال بی‌سیم را دربردارد.

محیط‌های بی‌سیم دارای خصوصیات و ویژگی‌های منحصر به فردی می‌باشند كه در مقایسه با شبكه‌های محلی سیمی جایگاه خاصی را به این گونه شبكه‌ها می‌بخشد. به طور مشخص ویژگی‌های فیزیكی یك شبكه محلی بی‌سیم محدودیت‌های فاصله، افزایش نرخ خطا و كاهش قابلیت اطمینان رسانه، همبندی‌های پویا و متغیر، تداخل امواج، و عدم وجود یك ارتباط قابل اطمینان و پایدار در مقایسه با اتصال سیمی است. این محدودیت‌ها، استاندارد شبكه‌های محلی بی‌سیم را وا می‌دارد كه فرضیات خود را بر پایه یك ارتباط محلی و با بُرد كوتاه بنا نهد. پوشش‌های جغرافیایی وسیع‌تر از طریق اتصال شبكه‌های محلی بی‌سیم كوچك برپا می‌شود كه در حكم عناصر ساختمانی شبكه گسترده هستند. سیـّار بودن ایستگاه‌های كاری بی‌سیم نیز از دیگر ویژگی‌های مهم شبكه‌های محلی بی‌سیم است. در حقیقت اگر در یك شبكه محلی بی‌سیم ایستگاه‌های كاری قادر نباشند در یك محدودهعملیاتی قابل قبول و همچنین میان سایر شبكه‌های بی‌سیم تحرك داشته باشد، استفاده از شبكه‌های محلی بی‌سیم توجیه كاربردی مناسبی نخواهد داشت.

از سوی دیگر به منظور حفظ سازگاری و توانایی تطابق و همكاری با سایر استانداردها، لایهدسترسی به رسانه (MAC) در استاندارد ۸۰۲.۱۱ می‌بایست از دید لایه‌های بالاتر مشابه یك شبكه محلی مبتنی بر استاندارد ۸۰۲ عمل كند. بدین خاطر لایه MAC در این استاندارد مجبور است كه سیـّاربودن ایستگاه‌های كاری را به گونه‌ای شفاف پوشش دهد كه از دید لایه‌های بالاتر استاندارد این سیـّاربودن احساس نشود. این نكته سبب می‌شود كه لایهMAC در این استاندارد وظایفی را بر عهده بگیرد كه معمولاً توسط لایه‌های بالاتر شبكه انجام می‌شوند. در واقع این استاندارد لایه‌های فیزیكی و پیوند داده جدیدی به مدل مرجع OSI اضافه می‌كند و به طور مشخص لایه فیزیكی جدید از فركانس‌های رادیویی به عنوان رسانهانتقال بهره می‌برد.

برای كسب اطلاعات بیشتر در خصوص گروه‌های كاری IEEE ۸۰۲.۱۱ می‌توانید به نشانی http://www.ieee۸۰۲.org/۱۱ مراجعه كنید. علاوه بر استاندارد IEEE ۸۰۲.۱۱-۱۹۹۹ دو الحاقیه IEEE ۸۰۲.۱۱a و IEEE ۸۰۲.۱۱b تغییرات و بهبودهای قابل توجهی را به استاندارد اولیه اضافه كرده است كه در ادامه این مقاله به بررسی آنها خواهیم پرداخت.

۲) معماری شبكه‌های محلی بی‌سیم

معماری ۸۰۲.۱۱ از عناصر ساختمانی متعددی تشكیل شده است كه در كنار هم، سـّیار بودن ایستگاه‌های كاری را پنهان از دید لایه‌های فوقانی برآورده می‌سازد. ایستگاه بی‌سیم یا به اختصار ایستگاه (STA)، بنیادی‌ترین عنصر ساختمانی در یك شبكه محلی بی‌سیم است. یك ایستگاه، دستگاهی است كه بر اساس تعاریف و پروتكل‌های ۸۰۲.۱۱ (لایه‌های MAC و PHY) عمل كرده و به رسانه بی‌سیم متصل است. توجه داشته باشید كه براساس تعریف كلاسیكِ شبكه‌های كامپیوتری، یك شبكه كامپیوتری مجموعه‌ای از كامپیوترهای مستقل و متصل است كه منظور از اتصال در این تعریف، توانایی جابجایی و مبادله پیام‌ها است. ایستگاه‌های كاری بی‌سیم امروزی عمدتاً به صورت مجموعه سخت‌افزاری/نرم‌افزاری كارت‌های شبكه بی‌سیم پیاده‌سازی می‌شوند. همچنین یك ایستگاه می‌تواند یك كامپیوتر قابل حمل، كامپیوتر كفدستی و یا یك نقطه دسترسی باشد. نقطه دسترسی در واقع در حكم پلی است كه ارتباط ایستگاه‌های بی‌سیم را با سیستم توزیع یا شبكه سیمی برقرار می‌سازد. كوچكترین عنصر ساختمانی شبكه‌های محلی بی‌سیم در استاندارد ۸۰۲.۱۱ مجموعه سرویس پایه یا BSS نامیده می‌شود. در واقع BSS مجموعه‌ای از ایستگاه‌های بی‌سیم است.

۲-۱) همبندی‌های ۸۰۲.۱۱

در یك تقسیم بندی كلی می‌توان دو همبندی را برای شبكه‌های محلی بی‌سیم در نظر گرفت. سـاده‌ترین همبندی، فی‌البداهه (Ad Hoc) و براساس فرهنگ واژگان استاندارد ۸۰۲.۱۱، IBSS است. در این همبندی ایستگاه‌ها از طریق رسانه بی‌سیم به صورت نظیر به نظیر با یكدیگر در ارتباط هستند و برای تبادل داده (تبادل پیام) از تجهیزات یا ایستگاه واسطی استفاده نمی‌كنند. واضح است كه در این همبندی به سبب محدودیت‌های فاصله هر ایستگاهی ضرورتاً نمی‌تواند با تمام ایستگاه‌های دیگر در تماس باشد. به این ترتیب شرط اتصال مستقیم در همبندی IBSS آن است كه ایستگاه‌ها در محدوده عملیاتی بی‌سیم یا همان بُرد شبكه بی‌سیم قرار داشته باشند.

همبندی دیگر زیرساختار است. در این همبندی عنصر خاصی موسوم به نقطه دسترسی وجود دارد. نقطه دسترسی ایستگاه‌های موجود در یك مجموعه سرویس را به سیستم توزیع متصل می‌كند. در این هم بندی تمام ایستگاه‌ها با نقطه دسترسی تماس می‌گیرند و اتصال مستقیم بین ایستگاه‌ها وجود ندارد در واقع نقطهدسترسی وظیفه دارد فریم‌ها (قاب‌های داده) را بین ایستگاه‌ها توزیع و پخش كند.

در این هم بندی سیستم توزیع، رسانه‌ای است كه از طریق آن نقطه دسترسی (AP) با سایر نقاط دسترسی در تماس است و از طریق آن می‌تواند فریم‌ها را به سایر ایستگاه‌ها ارسال نماید. از سوی دیگر می‌تواند بسته‌ها را در اختیار ایستگاه‌های متصل به شبكه سیمی نیز قراردهد. در استاندارد ۸۰۲.۱۱ توصیف ویژه‌ای برای سیستم توزیع ارائه نشده است، لذا محدودیتی برای پیاده سازی سیستم توزیع وجود ندارد، در واقع این استاندارد تنها خدماتی را معین می‌كند كه سیستم توزیع می‌بایست ارائه نماید. بنابراین سیستم توزیع می‌تواند یك شبكه ۸۰۲.۳ معمولی و یا دستگاه خاصی باشد كه سرویس توزیع مورد نظر را فراهم می‌كند.

استاندارد ۸۰۲.۱۱ با استفاده از همبندی خاصی محدوده عملیاتی شبكه را گسترش می‌دهد. این همبندی به شكل مجموعه سرویس گسترش یافته (ESS) بر پا می‌شود. در این روش یك مجموعه گسترده و متشكل از چندین BSS یا مجموعه سرویس پایه از طریق نقاط دسترسی با یكدیگر در تماس هستند و به این ترتیب ترافیك داده بین مجموعه‌های سرویس پایه مبادله شده و انتقال پیام‌ها شكل می‌گیرد. در این همبندی ایستگاه‌ها می‌توانند در محدوده عملیاتی بزرگ‌تری گردش نمایند. ارتباط بین نقاط دسترسی از طریق سیستم توزیع فراهم می‌شود. در واقع سیستم توزیع ستون فقرات شبكه‌های محلی بی‌سیم است و می‌تواند با استفاده از فنّاوری بی‌سیم یا شبكه‌های سیمی شكل گیرد. سیستم توزیع در هر نقطه دسترسی به عنوان یك لایه عملیاتی ساده است كه وظیفه آن تعیین گیرنده پیام و انتقال فریم به مقصدش می‌باشد. نكته قابل توجه در این همبندی آن است كه تجهیزات شبكه خارج از حوزه ESS تمام ایستگاه‌های سیـّار داخل ESS را صرفنظر از پویایی و تحركشان به صورت یك شبكه منفرد در سطح لایه MAC تلقی می‌كنند. به این ترتیب پروتكل‌های رایج شبكه‌های كامپیوتری كوچكترین تأثیری از سیـّار بودن ایستگاه‌ها و رسانه بی‌سیم نمی‌پذیرند. جدول ۲-۱ همبندی‌های رایج در شبكه‌های بی‌سیم مبتنی بر ۸۰۲.۱۱ را به اختصار جمع بندی می‌كند.

جدول ۲-۱- همبندیهای رایج در استاندارد ۸۰۲.۱۱

بر اساس این استاندارد خدمات خاصی در ایستگاه‌های كاری پیاده‌سازی می‌شوند. در حقیقت تمام ایستگاه‌های كاری موجود در یك شبكه محلی مبتنی بر ۸۰۲.۱۱ و نیز نقاط دسترسی موظف هستند كه خدمات ایستگاهی را فراهم نمایند. با توجه به اینكه امنیت فیزیكی به منظور جلوگیری از دسترسی غیر مجاز بر خلاف شبكه‌های سیمی، در شبكه‌های بی‌سیم قابل اعمال نیست استاندارد ۸۰۲.۱۱ خدمات هویت سنجی را به منظور كنترل دسترسی به شبكه تعریف می‌نماید. سرویس هویت سنجی به ایستگاه كاری امكان می‌دهد كه ایستگاه دیگری را شناسایی نماید. قبل از اثبات هویت ایستگاه كاری، آن ایستگاه مجاز نیست كه از شبكه بی‌سیم برای تبادل داده استفاده نماید. در یك تقسیم بندی كلی ۸۰۲.۱۱ دو گونه خدمت هویت سنجی را تعریف می‌كند:

- Open System Authentication

- Shared Key Authentication

شهاب وهابزاده

---