Temat 3 - 20.12.14 Światłowody - budowa, rodzaje, zastosowanie, zasada działania

I            Media przewodowe

1) Definicja światłowodu

Światłowód – przezroczysta zamknięta struktura z włókna szklanego wykorzystywana do propagacji światła jako nośnika informacji. Światłowody są wykorzystywane w telekomunikacji, telewizji kablowej, technice laserowej. Światłowody znajdują zastosowanie jako elementy urządzeń optoelektronicznych i jako składniki optycznych układów zintegrowanych.

Światłowód - falowód służący do przesyłania promieniowania świetlnego. Występuje w formie włókien dielektrycznych - najczęściej szklanych, z otuliną z tworzywa sztucznego. Do transmisji danych wykorzystywana jest odpowiednio modulowana wiązka światła (zapobiega zniekształceniom sygnału). Możliwa jest teoretyczna transmisja danych do 3 Tb/s, a przepływ danych jest zabezpieczony przed niepowołanym dostępem (nie emitują zewnętrznego pola elektromagnetycznego).

Prawidłowo eksploatowane światłowody nie emitują zewnętrznego pola elektromagnetycznego, w związku z czym podsłuchanie transmisji jest bardzo trudne technicznie i kosztowne. Cechuje je duża odporność na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne, stopa błędów mniejsza niż 10-10 przy najwyższych przepustowościach, mała tłumienność jednostkowa (około 0,20 dB/km dla fali o długości 1,5 μm).

2) Budowa światłowodu (ilustracje, opis, przekrój poprzeczny)

Światłowody mogą być klasyfikowane ze względu na ich geometrię (planarne, paskowe lub włókniste), strukturę modową (jednomodowe lub wielomodowe), rozkład współczynnika załamania (skokowe i gradientowe) oraz rodzaj stosowanego materiału (szklane, plastikowe lub półprzewodnikowe).

Struktura światłowodu jednomodowego:

1. Rdzeń: 8 μm.
2. Włókno: 125 μm.
3. Pokrycia wewnętrzne (plaszcz): 250 μm.
4. Pokrycie zewnętrzne (bufor): 400 µm.
 

Dyspersja w optyce – zależność współczynnika załamania ośrodka od częstotliwości fali świetlnej. Jednym ze skutków dyspersji jest to, że wiązki światła o różnych barwach, padające na granicę ośrodków pod kątem różnym od zera, załamują się pod różnymi kątami. Efekt ten można zaobserwować, gdy światło białe pada na pryzmat i ulega rozszczepieniu na barwy tęczy.

Współczynnik załamania światła wynika z prędkości rozchodzenia się światła w ośrodku. W optyce za dyspersję uznaje się też zależność prędkości rozchodzenia się światła od innych czynników np. w falowodzie określa się dyspersję modową, w której prędkość ruchu modu wzdłuż falowodu zależy od jego drogi w falowodzie.

Dyspersja falowodowa jest to zależność efektywnego współczynnika załamania od częstotliwości. Dyspersja falowodowa częściowo powodowana jest wędrowaniem wiązki przez płaszcz światłowodu. Szybkość rozchodzenia się zależy od właściwości materiałowych płaszcza.

Światłowód jednomodowy:
- mała średnica rdzenia (4-10 mm) ogranicza możliwość jednoczesnego wprowadzenia do wnętrza włókna tylko pojedynczej wiązki światła.
- sygnał wyjściowy charakteryzuje się niemal identycznym natężeniem impulsu optycznego oraz zbliżonym do wejściowego rozkładem natężenia pola optycznego.

Światłowód wielomodowy skokowy
- pozwala na jednoczesny przesył kilku pakietów danych (wiązek światła).
- w rdzeniu o średnicy 50-1000 mm ze względu na występowanie niekorzystnego zjawiska dyspersji, sygnał wejściowy ulega rozmyciu na wyjściu, a im dłuższy dystans ma światło do pokonania tym zaburzenie sygnału jest większe.
Światłowód wielomodowy gradientowy
- aby zminimalizować rozmycie impulsu wyjściowego, stosuje się czasem światłowody wielomodowe z gradientowym współczynnikiem załamania światła.

Klasyfikacja światłowodów

Geometria

Światłowody telekomunikacyjne dzielimy na planarne, paskowe i włókniste. Pod względem budowy różnią się one przede wszystkim grubością szklanego rdzenia (grubość pozostałych warstw jest taka sama), co wpływa na sposób przesyłania informacji.

Światłowód planarny 

Najprostszy światłowód planarny składa się z trzech warstw, z których środkowa ma większy współczynnik załamania, niż warstwy zewnętrzne. Światło jest uwięzione w tej warstwie na skutek całkowitego wewnętrznego odbicia, o ile kierunki rozchodzenia się promieni tworzą z normalną kąty większe od kąta granicznego.

Światłowód paskowy

Światłowód paskowy powstaje, kiedy propagacja wiązki w warstwie zostaje ograniczona w dwóch kierunkach.

Światłowód włóknisty

Światłowód włóknisty to zazwyczaj falowód dielektryczny o przekroju kołowym, otoczony przez płaszcz z innego materiału dielektrycznego o mniejszym współczynniku załamania.

Struktura modowa

Światłowody telekomunikacyjne dzielą się na jedno- i wielomodowe. Pod względem budowy różnią się one przede wszystkim grubością szklanego rdzenia (grubość pozostałych warstw jest taka sama), co wpływa na sposób przesyłania informacji.

Światłowody jednomodowe (ang. Single Mode Fiber, SMF) charakteryzują się średnicą rdzenia od 8 do 10 mikrometrów, a także skokową zmianą współczynnika załamania światła. W światłowodach jednomodowych sygnał – wytworzony przez laser półprzewodnikowy – ulega tylko niewielkim zniekształceniom (brak dyspersji międzymodowej).

Światłowody wielomodowe (ang. Multi Mode Fiber, MMF) charakteryzują się zwykle średnicą rdzenia 50 lub 62,5 mikrometra. W światłowodzie wielomodowym fala o takiej samej długości fali może rozchodzić się wieloma drogami zwanych modami. Prędkość ruchu modów wzdłuż falowodu może być różna, powodując zniekształcenie (rozmycie) impulsu, a co za tym idzie, ograniczenie prędkości transmisji lub odległości transmisji.

Rozkład współczynnika załamania

Rozkład współczynnika załamania światła jest charakterystyczną właściwością światłowodu, konieczną do realizacji konkretnego rozwiązania światłowodowego. Światłowody znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach i nie jest możliwe wytwarzanie ich tylko jedną metodą. Właśnie dlatego koniecznie trzeba rozróżnić światłowody pomiędzy skokowymi i gradientowymi.

Światłowód skokowy

Przepływ strumieni świetlnych w światłowodzie wielomodowym skokowym

W światłowodzie tego typu współczynnik załamania zmienia się skokowo pomiędzy rdzeniem a płaszczem. Mody prowadzone są w rdzeniu pod różnymi kątami, przez co mają różną drogę do przebycia. Prędkość światła zależy od ośrodka, w którym światło się rozchodzi: w próżni ta prędkość wynosi 300 000 km/s a w światłowodzie 200 000 km/s, dlatego czasy przejścia promieni przez mody światłowodu są różne.

Światłowód gradientowy

Przepływ strumieni świetlnych w światłowodzie wielomodowym gradientowym

Rdzeń światłowodu gradientowego ma budowę warstwową. Każda jest inaczej domieszkowana, dzięki czemu współczynnik załamania światła zmienia się w sposób ciągły. Największą wartość ma na osi rdzenia, zaś najmniejszą na granicy z płaszczem. Światłowody gradientowe zapewniają – dla różnych modów (poruszających się po łukach) – tę samą prędkość rozchodzenia wzdłuż modu. Dzieje się tak, gdyż fale rozchodzące się w większej odległości od środka poruszają się w warstwach o mniejszym współczynniku załamania; oznacza to, że mają większą prędkość liczoną wzdłuż drogi poruszania się promienia.

Materiał

Ze względu na materiały światłowody możemy dzielić na następujące grupy: szklane, plastikowe i półprzewodnikowe.

Światłowód szklany

Światłowody szklane są wykorzystywane do przesyłania danych na dużych odległościach i z wielkimi prędkościami. W przeźroczystym włóknie materiał rdzenia stanowi nieorganiczne tworzywo.

Światłowód plastikowy

Światłowody plastikowe wykorzystywane są jedynie do lokalnego przesyłania danych między urządzeniami na małe odległości i z małymi prędkościami (w porównaniu ze światłowodami szklanymi). W przeźroczystym włóknie materiał rdzenia stanowi tworzywo organiczne. Światłowody plastikowe charakteryzują się trzema podstawowymi wymiarami: średnicą rdzenia, średnicą płaszcza oraz średnicą pokrycia zewnętrznego. Do grupy światłowodów plastikowych zalicza się HCS/PCS (Hard Clad Silica, Plastic Clad Silica), w których płaszcz jest plastikowy, ale rdzeń szklany. Typowe zastosowania światłowodów plastikowych to automatyka przemysłowa, motoryzacja, sprzęt domowy (np. Toslink) i rozwiązania typu Fiber To The Desktop.

Światłowód półprzewodnikowy

Światłowody półprzewodnikowe charakteryzują się półprzewodnikowym rdzeniem, najczęściej jest to arsenek galu (GaAs).

 

3) Przykładowe standardy sieci Ethernet (tabelka, rodzaje światłowodu, szybkość transmisji , długość segmentu)

Światłowody telekomunikacyjne produkowane są z uwzględnieniem szeregu norm, ułatwiających tworzenie systemów transmisji danych. Współczesne protokoły komunikacyjne (SDH, Ethernet) zakładają, że sygnał w pojedynczym włóknie światłowodowym przesyłany jest tylko w jedną stronę. Chcąc mieć możliwość komunikacji dwukierunkowej (wysyłanie i odbiór) należy pomiędzy dwoma punktami (urządzeniami sieciowymi) wykonać połączenie składające się z dwóch włókien światłowodowych. Jest to wymóg standardów, a nie praw optyki. Istnieje możliwość wykonania transmisji z użyciem jednego włókna optycznego dzięki użyciu zwielokrotnienia na różnych długościach fali (technologie WDM/CWDM/DWDM).

Poniżej prezentowane są przykładowe standardy sieci Ethernet wykorzystującej łącza światłowodowe:

• 100Base-FX — światłowód wielomodowy, maksymalna prędkość transmisji 100 Mb/s, maksymalna długość segmentu — 2000 m,

• 1000Base-LX — światłowód jednomodowy, maksymalna prędkość transmisji 1000 Mb/s, maksymalna długość segmentu — 10 km,

• 1000Base-SX — światłowód wielomodowy, maksymalna prędkość transmisji 1000 Mb/s, maksymalna długość segmentu — 550 m,

• 10GBase-LR — światłowód jednomodowy, maksymalna prędkość transmisji 10 GB/s, maksymalna długość segmentu — 10 km.

II            Media bezprzewodowe

1) Rodzaje i zastosowanie fal zakresu podczerwieni

Podczerwień (promieniowanie podczerwone) – promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal pomiędzy światłem widzialnym, a falami radiowymi. Oznacza to zakres od 780 nm do 1 mm. Każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne (zobacz ciało doskonale czarne).

Każdy system przesyłania informacji cechuje się pewną szerokością pasma, określającą maksymalną częstotliwość z jaką sprzęt może zmieniać sygnał. Szerokość pasma mierzymy w cyklach na sekundę, czyli hercach (Hz). Twierdzenie Nyquista o próbkowaniu mówi, że istnieje zależność między szerokością pasma systemu transmisyjnego a maksymalną liczbą bitów, które można za jego pomocą przesłać w czasie jednej sekundy. Twierdzenie to to podaje teoretyczne ograniczenia ograniczenie ba maksymalną szybkość przesyłania danych. Jeśli system transmisyjny używa.

K – możliwych wartości napięcia to zgodnie z twierdzeniem Nyquista maksymalna szybkość przesyłania
danych. D wynosi :

D = 2 B log2 K

D – szybkość przesyłania danych [bity/sek]

B – szerokość pasma

K – możliwe wartości napięcia

Inżynierowie zauważali, że w rzeczywistych systemach komunikacyjnych istnieją pewne zaburzenia nazywane szumem, niepozwalające na osiągnięcie teoretycznej granicy szybkości. Claude Shannon w 1948 r. uogólnił twierdzenie Nyquista na systemy w których występuje szum. Twierdzenie Shannona:
 
C = B log2 (1 + S / N)
 
C – efektywne ograniczenie pojemności kanału [bity/sek]
B – szerokość pasma
S – średnia moc sygnału
N – średnia moc szumów
S/N – stosunek sygnału do szumu [dB]
 
Decybel [dB] jest podstawową jednostką używaną przez projektantów telekomunikacyjnych przy porównaniu możliwości okablowania.
Decybel pozwala na określenie stosunku napięcia lub mocy pomiędzy wejściem i wyjściem układu
Miara decybelowa pozwala wyrazić wielkości różniące się od siebie o wiele rzędów wielkości
w jednej skali.
Wzrost o 3 dB oznacza podwojenie mocy, a o 20 dB oznacza 100 krotne zwiększenie mocy.
 
 

2) Zastosowanie fal radiowych oraz zasady transmisji

Fale metrowe VHF– zakres fal radiowych (pasmo radiowe) o częstotliwości od 30 do 300 MHz, co odpowiada długości fali od 10 metrów do 1 metra. Ten zakres fal przeciętnemu człowiekowi kojarzy się najbardziej (przez co potocznie bywa błędnie utożsamiany na wyłączność) z radiodyfuzją UKF.

Fale ultrakrótkie używane są zwłaszcza do łączności na mniejsze odległości. W tym zakresie działają telewizja naziemna, radiofonia, sieć pagerowa oraz różne systemy łączności lokalnej – np. w lotnictwie, policji, innych służbach, radiu taxi i wielu innych. Na częstotliwościach 50-52 MHz; 70,1-70,3; 144-146 MHz w Regionie I (w tym w Polsce)znajdują się pasma przeznaczone dla krótkofalowców. Stacje radiowe modulowane częstotliwościowo przesyłają dodatkowe informacje RDS.

Pasmo II - powszechne zastosowanie tego pasma opiera się o radiofonię analogową z zakresu częstotliwości między 87,5 MHz - 108 MHz jako UKF-FM (standard CCIR). Do 31.12.1999 roku w Polsce wykorzystywano przedział 65,5 MHz - 74,0 MHz UKF-FM (standard OIRT). Po tej dacie nastąpił administracyjny zakaz emisji sygnału radiofonicznego w starym zakresie.

Pasmo III - przeznaczone jest zarówno do transmisji cyfrowego radia i telewizji w Europie i Ameryce Północnej. Mieści się w przedziale 174 MHz - 230 MHz.

Radio - częstotliwości mogą zostać wykorzystane dla radia cyfrowego np. Digital Audio Broadcasting i są podzielone po kilka bloków, które razem tworzą jeden kanał.

Pierwsze stałe transmisje na zakresie UKF miały miejsce w latach 30. XX wieku i były związane z wprowadzeniem telewizji. Od lat 50. i 60. następuje masowy rozwój radiofonii UKF, przede wszystkim w krajach rozwiniętych i krajach bloku sowieckiego, choć w Australii i Nowej Zelandii pierwsze licencje na transmisję w tym zakresie zaczęto wydawać dopiero w latach 80. W Polsce pierwszą stacją nadającą na UKF-ie była przedwojenna Eksperymentalna Stacja Telewizyjna.

Zasady transmisji radiowych
•Topologia: magistrala, gwiazda
•Zasięg: kilka do kilkuset metrów
•Nośnik:
–podczerwień
–pasmo szerokie o bezpośrednim
•W celu zabezpieczenia przesyłanych drogą radiową danych przed podsłuchem i zakłóceniami wykorzystuje się tzw. rozpraszanie widma nadawanego sygnału.
–Z bezpośrednim rozpraszaniem widma - DSSS
(ang. Direct Sequence Spread Spectrum);
–Z rozpraszaniem widma metodą przeskoków częstotliwości - FHSS (ang. Frequency Hopping Spread Spectrum).
Technika DSSS
•polega na nałożeniu na oryginalny sygnał informacyjny specjalnie przygotowanej sekwencji bitów (tzw. chipping code),
•ma ona charakter przebiegu pseudolosowego,
•sekwencja ta zmienia się w czasie znacznie szybciej, niż zmienia się "właściwy" sygnał informacyjny,
•otrzymany sygnał zmienia się szybciej niż podstawowy strumień danych (zajmujący większe pasmo częstotliwości),
•aby z takiego sygnału wyłowić "właściwe" dane, trzeba znać pseudolosową sekwencję nałożoną na sygnał infrmacyjny, a ta udostępniana jest tylko stacjom roboczym w sieci. 
 
Technika DSSS
 
Technika FHSS
•pseudolosowa sekwencja sterująca wykorzystywana jest do nieustannego zmieniania częstotliwości, na których nadają i odbierają poszczególne stacje robocze.
•pasmie 2,4 GHz (tzw. ISM - Industry, Science and Medicine).
•podzielono je na 79 kanałów rozmieszczonych w jednomegahercowych odstępach.
•każda ze stacji roboczych pracuje przez pewien czas na jednym z kanałów, a później "udaje się" na inny kanał - wskazany przez pseudolosową sekwencję sterującą.
•pracują one zazwyczaj w nielicencjonowanym
•aby znać aktualną częstotliwość działania nadajników, trzeba także poznać chipping code.
•przyjęto, że częstotliwość pracy musi zmieniać się co najmniej o 6 MHz.
•w pasmie ISM można umieścić maksymalnie 26 równolegle działających sieci bazowych .
•technika ta jest stosunkowo odporna na różne zakłócenia, a jej skuteczność można jeszcze poprawić, eliminując ze wzorców skoku te częstotliwości, które najbardziej zakłócają transmisję.
Technika FHSS

 

3) Tabele standardy sieci bezprzewodowych (tabelka, nazwa, szybkość, pasmo częstotliwości)

Standardy dotyczące sieci bezprzewodowych opisują m.in. prędkość transmisji i pasmo częstotliwości:

  Standardy sieci bezprzewodowych  
Nazwa
 Szybkości (Mb/s)

Pasmo częstotliwości (GHz)
802.11 1; 2 2,4
802.11a 6; 9; 12; 18; 24; 36; 48; 54 5
802.11b 1; 2; 5,5; 11 2,4
802.11g 1; 2; 5,5; 6; 9; 11; 12; 18; 24; 36; 48; 54 2,4
802.11n 100; 150; 300; 450; 600 2,4 lub 5
802.11ac 100; 150; 300; 450; 600; 1024 5
802.15.1 (bluetooth) 1; 2 2,4
802.11 – 1997r.
•pierwszy standard sieci radiowej
•dziś dla odróżnienia od rodziny oznacza się go jako 802.1y
•standard określał dwie prędkości transmisji – 1 oraz 2 Mb/s
•medium stało się pasmo o zakresie częstotliwości 2,4 GHz
802.11 – 1997r.
•pierwszy standard sieci radiowej
•dziś dla odróżnienia od rodziny oznacza się go jako 802.1y
•standard określał dwie prędkości transmisji – 1 oraz 2 Mb/s
•medium stało się pasmo o zakresie częstotliwości 2,4 GHz
802.11a –1999r
•wykorzystuje częstotliwość 5 GHz.
•podstawowa prędkość to 54 Mb/s, ale w praktyce działa najlepiej w granicach 20 Mb/s,
•obejmuje 12 niezachodzących kanałów, 8 przeznaczonych do pracy w budynkach oraz 4 przeznaczone do pracy między dwoma punktami (ang. point to point),
•standard 802.11a nie doczekał się jak dotąd tak masowego wykorzystania jak 802.11b, wynika to z problemów z zasięgiem oraz większego poboru mocy.
•802.11g - 2003r
•pracuje on na częstotliwości 2,4 GHz,
•pozwala na transfer z prędkością 54 Mb/s,
•całkowicie zgodny w dół ze standardem 802.11b,
•wielu producentów wprowadziło w swoich urządzeniach opcję Super G (prędkość 108 Mb/s)
 
 

4) Infrastruktura (rodzaje elementów sieci bezprzewodowej oraz ich rozmieszczanie w sieci)

Na infrastrukturę sieci bezprzewodowej składają się:
• karty sieciowe,
• punkty dostępowe,
• anteny wraz z okablowaniem.

Karta sieciowa  – karta rozszerzenia, która służy do przekształcania pakietów danych w sygnały, które są przesyłane w sieci komputerowej. Karty NIC pracują w określonym standardzie, np. Ethernet, Token Ring, FDDI, ArcNet, 100VGAnylan. Karta sieciowa pracuje tylko w jednym standardzie np. Ethernet. Nie może pracować w dwóch standardach jednocześnie np. Ethernet i FDDI. Obecnie ze względu na wyraźną dominację standardów rodziny Ethernet pojęcie karty sieciowej i karty Ethernet bywa mylnie utożsamiane. Karty sieciowe, podobnie jak switche, są elementami aktywnymi sieci.

Punkt dostępu, punkt dostępowy (PD)  – urządzenie zapewniające hostom dostęp do sieci komputerowej za pomocą bezprzewodowego nośnika transmisyjnego jakim są fale radiowe. Punkt dostępowy jest zazwyczaj mostem łączącym bezprzewodową sieć lokalną (WLAN) z siecią lokalną (LAN). W związku z tym punkt dostępowy musi posiadać co najmniej dwa interfejsy sieciowe:
- bezprzewodowy działający w oparciu o standard IEEE 802.11 (Wi-Fi)
- przewodowy służący połączeniu PD z siecią standardu IEEE 802.3 (Ethernet) bądź modem standardu DSL

Antena – urządzenie zamieniające fale elektromagnetyczne na sygnał elektryczny i odwrotnie. Jest niezbędnym elementem składowym każdego systemu radiokomunikacji. Jest to antena kierunkowa, logarytmiczna do montażu na zewnątrz pomieszczeń. Przeznaczoną do odbioru i nadawania sygnału LTE, GSM, 3G (WCDMA).

 

5) Wady i zalety sieci bezprzewodowej

Podstawową zaletą sieci bezprzewodowej jest mobilność rozwiązania — aby podłączyć urządzenie sieciowe, nie trzeba prowadzić przewodów, wystarczy jedynie umieścić urządzenie w zasięgu działania sieci i odpowiednio skonfigurować. Pozwala to na szybką i łatwą rozbudowę sieci.
Do wad sieci bezprzewodowych należy zaliczyć możliwość zakłócenia fal radiowych przez przeszkody znajdujące się na drodze fali niosącej sygnał lub przez warunki atmosferyczne, a także mniejsze niż w przypadku sieci kablowych bezpieczeństwo transmitowanych danych (brak kontroli nad dostępem do medium transmisyjnego).

 

6) Opis trybów pracy sieci WLAN

Sieci WLAN mogą pracować w dwóch trybach:
• ad-hoc, w którym urządzenia łączą się bezpośrednio ze sobą. Ad-Hoc – bezprzewodowa sieć o zdecentralizowanej strukturze, w której przyłączone mobilne urządzenia mogą pełnić funkcje zarówno klienta (terminala końcowego), jak i punktu dostępu. Do przekazywania danych nie jest wymagane istnienie żadnej infrastruktury sieciowej (brak punktów zarządzających), gdyż pakiety dostarczane są do odbiorcy poprzez inne, pośredniczące, dowolnie zlokalizowane urządzenia w tej sieci. Obecnie sieci Ad-Hoc działają w jednym z dwóch możliwych typów:
  • Single-Hop – urządzenia wchodzące w skład sieci znajdują się w swoim bezpośrednim zasięgu. Transmisja odbywa się bez urządzeń pośredniczących.
  • Multi-Hop – umożliwia jednoczesną transmisję poprzez stacje pośredniczące wieloma niezależnymi ścieżkami. Dopuszcza się transmisję kiedy odbiorca nie znajduje się w zasięgu nadawcy. Tryb ten wpływa na zwiększenie szybkości transmisji, zmniejsza interferencję i pobór mocy. Działanie sieci opisują bardziej skomplikowane algorytmy sterujące przekazywaniem danych. Sieci te cechuje jednak większa zawodność. Mobilność stacji może powodować ze ścieżka przestaje być możliwa do realizacji i konieczne jest znalezienie ścieżki zastępczej. To pociąga za sobą inne problemy związane z szybkością i jakością transmisji (możliwość utraty danych). 
• w trybie infrastruktury z wykorzystaniem punktów dostępowych (ang. access point).
Punkt dostępowy to centralny punkt sieci bezprzewodowej. Przekazuje dane pomiędzy
urządzeniami, pozwala także na podłączenie sieci bezprzewodowej do sieci kablowej.
Punkty dostępowe mają dwa interfejsy sieciowe: interfejs bezprzewodowy (gniazdo do
podłączenia anteny) oraz interfejs sieci kablowej (najczęściej gniazdo RJ45 do podłączenia
sieci Ethernet).

 

7) Punkt dostępowy - zasady działania

Punkt dostępowy jest zazwyczaj mostem łączącym bezprzewodową sieć lokalną (WLAN) z siecią lokalną (LAN). W związku z tym punkt dostępowy musi posiadać co najmniej dwa interfejsy sieciowe:

  • bezprzewodowy działający w oparciu o standard IEEE 802.11 (Wi-Fi)
  • przewodowy służący połączeniu PD z siecią standardu IEEE 802.3 (Ethernet) bądź modem standardu DSL

Większość współcześnie wytwarzanych punktów dostępowych wyposażonych jest w serwer DHCP, koncentrator sieciowy i router pełniący rolę bramy sieciowej. Niektóre modele wyposażone są dodatkowo w interfejs standardu USB, umożliwiając tym samym podłączenie i następnie współdzielenie np. drukarki.

 Punk dostepowy.jpg

8) Sieci typu BSS oraz ESS

Punkty dostępowe mogą komunikować się między sobą, co pozwala na budowę złożonej infrastruktury łączącej urządzenia znacznie od siebie oddalone. Punkty dostępowe pozwalają na budowę dwóch rodzajów sieci:
• BSS (ang. Basic Service Set — podstawowy zestaw usługowy) — cała transmisja w danej sieci przeprowadzana jest z wykorzystaniem jednego punktu dostępowego.
• ESS (ang. Extended Service Set — rozszerzony zestaw usług) — sieć zbudowana z kilku punktów dostępowych, które komunikują się ze sobą za pomocą protokołu IAPP (ang. Inter-Access Point Protocol), tworząc sieć szkieletową. W tego rodzaju sieci urządzenia podłączane są do dowolnego z punktów dostępowych i mogą przemieszczać się między nimi. Tego rodzaju sieci są stosowane m.in. przy budowie hot-spotów — publicznych punktów dostępu do internetu.

 

9) Tryby szyfrowania danych: WEP, WPA, WPA 2 (opis, zasady działania)

Urządzenia bezprzewodowe mogą pracować bez szyfrowania danych (tryb niezalecany ze względów bezpieczeństwa) lub w jednym z następujących trybów szyfrowania danych:
• WEP (ang. Wired Equivalent Privacy) — pozwalający na używanie kluczy 64-bitowych lub 128-bitowych. Szyfrowanie WEP zostało złamane i nie jest uznawane za bezpieczne.
• WPA (ang. WiFi Protected Access) — zabezpieczenie wykorzystujące cykliczne zmiany klucza szyfrującego podczas transmisji, może działać w dwóch trybach: Enterprise (klucze przydzielane są przez serwer Radius dla każdego użytkownika sieci) lub
Personal (wszyscy użytkownicy sieci korzystają z dzielonego klucza — ang. Pre-SharedKey — PSK).
• WPA2 — poprawiona wersja protokołu WPA, zalecana do zabezpieczeń sieci bezprzewodowych.

 

10) Rodzaje zabezpieczeń stosowanych w sieciach bezprzewodowych

W przypadku sieci bezprzewodowych ogromne znaczenie ma bezpieczeństwo danych. Ogólnodostępne medium transmisyjne powoduje, że każde urządzenie znajdujące się w zasięgu sieci mogłoby korzystać z jej zasobów. Punkty dostępowe pozwalają na implementację procedur bezpieczeństwa polegających na filtrowaniu adresów MAC lub IP, a także na zabezpieczenie dostępu do sieci kluczem szyfrującym.
Jako że ruch w sieci bezprzewodowej skupia się wokół PD, to właśnie to urządzenie musi odpowiadać za zachowanie bezpieczeństwa transmisji. Najprostszą metodą kontroli dostępu stosowaną przez administratorów sieci poprzez punkt dostępowy jest filtrowanie adresów MAC. Polega ono na przypisaniu do każdego PD listy adresów MAC, które poprzez to urządzenie mogą łączyć się z siecią, a każdy inny interfejs (którego adresu MAC nie ma na liście) nie uzyska połączenia z tą siecią. Możliwe jest także filtrowanie adresów IP, jednak jest ono nieskuteczne z racji łatwości podszycia się pod taki adres. Kolejną metodą zapewnienia bezpieczeństwa sieci bezprzewodowej jest stosowanie kluczy WEP. Stosowane są klucze z 40, 104 lub 128 bitami klucza poufnego.

Wyróżniamy dwa rodzaje algorytmów kryptograficznych z kluczem:
- Algorytmy symetryczne – w tego rodzaju algorytmach klucz szyfrujący może być wyznaczony z klucza deszyfrującego oraz klucz deszyfrujący może być wyznaczony z klucza szyfrującego.
- Algorytmy z kluczem publicznym – w tych algorytmach klucz szyfrujący (nazywany też kluczem publicznym) jest inny niż klucz deszyfrujący (klucz prywatny) oraz nie można wyznaczyć klucza deszyfrującego z klucza szyfrującego.
Jednak niezależnie od długości klucza rozwiązanie to jest proste do złamania. Następcami WEP są protokoły WPA i WPA2, które zapewniają dużo większy poziom bezpieczeństwa, jednak wciąż prowadzone są prace nad znalezieniem nowych, bardziej odpornych na ataki systemów zabezpieczeń dostępu do medium bezprzewodowego.