Wydajność i jakość usług w sieciach WLAN

Technologia bezprzewodowych sieci WLAN została zaakceptowana przez szerokie grono użytkowników, dzięki którym rynek Wi-Fi stale rośnie. Popularności Wi-Fi przysparza także ciągły rozwój standardu 802.11. Wszystko to sprawia, że dzisiejsze sieci WLAN w znacznym stopniu różnią się od ich pierwszych instalacji.

Technologia bezprzewodowych sieci WLAN została zaakceptowana przez szerokie grono użytkowników, dzięki którym rynek Wi-Fi stale rośnie. Popularności Wi-Fi przysparza także ciągły rozwój standardu 802.11. Wszystko to sprawia, że dzisiejsze sieci WLAN w znacznym stopniu różnią się od ich pierwszych instalacji.

Od momentu opublikowania pierwszego standardu 802.11 pojawiło się wiele rozszerzeń, oznaczanych różnymi literami alfabetu. Dotychczas skupiały się one głównie na przepustowości (a/b/g) oraz często podważanym bezpieczeństwie transmisji. Teraz nadszedł czas, aby sieci bezprzewodowe zaczęły gwarantować między innymi odpowiedni poziom usług.

Rozwój topologii

Wydajność i jakość usług w sieciach WLAN

Rozszerzenie podstawowego standardu 802.11

Wielu producentów urządzeń promuje architekturę scentralizowanych sieci bezprzewodowych, w której zmianie uległa pierwotna funkcjonalność punktu dostępowego. We wczesnych instalacjach rozróżniano jedynie dwa tryby pracy WLAN: ad hoc i infrastrukturalny, który obecnie bywa nazywany rozproszonym. Obydwa tryby zakładały pełną implementację 802.11 w karcie sieciowej lub punkcie dostępowym. Standard 802.11 zapewniał obsługę transmisji do drugiej warstwy Ethernetu oraz odpowiadał za funkcje związane z bezpieczeństwem, szyfrowaniem, kontrolą dostępu. Urządzenia wyższej klasy zawierają także funkcjonalności wyższych warstw, takie jak filtrowanie pakietów, adresów oraz narzędzia konfiguracyjne. Największą zaletą rozproszonej architektury WLAN jest jedynie konieczność instalacji punktu dostępowego, podłączenia go do przełącznika LAN i prądu.

Scentralizowana architektura WLAN jest bardziej złożona. Opiera się ona na wprowadzeniu nowego urządzenia nazywanego w zależności od dostawcy rozwiązania na przykład kontrolerem dostępu (Access Controller), bezprzewodowym przełącznikiem lub agregatem ruchu, do którego zostają przeniesione z punktu dostępowego wybrane funkcje związane z warstwą fizyczną oraz łącza danych. Inteligencja zaszyta w nowym elemencie różni się w zależności od producenta. Część pozostawia szyfrowanie transmisji punktowi dostępowemu, wielu oferuje bezprzewodowe przełączniki zorientowane na konkretną usługę (np. mobilność czy bezpieczeństwo). Wprowadzane zmiany w stosunku do pierwotnego trybu infrastrukturalnego mają za zadanie poprawić obsługę ruchomych użytkowników, wzmocnić bezpieczeństwo oraz zapewnić odpowiednią jakość świadczonych usług (patrz tabela).

Architektury firmowe

Wydajność i jakość usług w sieciach WLAN

Ogólna koncepcja architektury rozproszonej i scentralizowanej

"Centralna" architektura według Alcatela pozwala na transmisję ramek pomiędzy punktem dostępowym a bezprzewodowym przełącznikiem w tunelu LWAPP (Light Wright Access Point Protocol), dzięki temu przenoszenie ramek z i do domeny bezprzewodowej odbywa się tylko w kontrolerze dostępu. Teoretycznie wynika z tego wiele zalet, do których należy m.in. wysoka wydajność łącza. Punkt dostępowy sprowadzony do roli nadajnika-odbiornika z kilkoma funkcjami MAC może być wyposażony w dedykowany procesor DSP. Obliczenia wymagające większej mocy przetwarzania odbywają się w urządzeniu, które można łatwiej skalować. Dla ruchomego użytkownika możliwe jest szybkie przenoszenie pomiędzy punktami dostępowymi, które w przeciwieństwie do rozproszonej architektury nie wymaga użycia protokołu IAPP (Inter Access Point Protocol - zalecenie 802.11f). Wszelkie niezbędne informacje o abonencie znajdują się bowiem w bezprzewodowym przełączniku i nie muszą być przesyłane w przypadku przemieszczenia w zasięgu punktów dostępowych podlegających temu samemu kontrolerowi. Uproszczeniu ulega również uwierzytelnienie stacji, które nie jest wymagane dopóty, dopóki nie zachodzi zmiana przełącznika. Podobną architekturę dla bezprzewodowych sieci klasy "enterprise" proponuje Cisco. Jego rozwiązanie SWAN zakłada sprowadzenie punktów dostępowych do roli urządzeń dostępowych (brzegowych), dystrybucja ruchu odbywa się już na wyższym poziomie hierarchii sieci.

Z drugiej strony dokładniejsze przyjrzenie się proponowanej architekturze nasuwa pewne spostrzeżenia. Biorąc pod uwagę, że dla części użytkowników najistotniejszym parametrem łącza jest czas odpowiedzi aplikacji hosta, uzasadnione wydaje się niezalecanie tych rozwiązań, gdy przełącznik jest podłączany do łącza WAN. Wprowadzenie dodatkowego urządzenia może zawsze spowodować wzrost opóźnienia. Obawa przed słabą mocą obliczeniową dzisiejszych punktów dostępowych nie jest uzasadniona, gdyż doskonale radzą one sobie z tak złożonymi operacjami, jak algorytm szyfrowania AES. Niewątpliwą zaletą jest jednak prostota rozszerzania, uaktualniania oprogramowania przedłużająca żywotność takiej sieci i ewentualny czas na amortyzację kosztów. Większość producentów posiada w ofercie punkty dostępowe wspierające omówione rozwiązanie, które w połączeniu z WDS powinno umożliwić administratorowi swobodniejszy i jednocześnie bardziej kontrolowany rozwój sieci bezprzewodowej.

Jakość usług w sieciach WLAN

Wydajność i jakość usług w sieciach WLAN

Dostęp do medium w standardzie 802.11a

Popularność sieci bezprzewodowych powoduje, że oczekiwania użytkowników stale rosną. Konieczne staje się realizowanie usług, które nie były szczegółowo przemyślane (znane) w fazie tworzenia standardu 802.11. Reorganizacja dostępu do kanału radiowego wydaje się nieunikniona.

Protokół dostępu do zasobów (MAC - Medium Access Control) standardu 802.11 wykorzystuje dwa mechanizmy przydzielenia użytkownikowi kanału. Są to:

DCF - Distributed Coordination Function (funkcja rozproszonej koordynacji): popularność standardu IEEE 802.11 wynika z zastosowania tego schematu, ponieważ nie wymaga on żadnych centralnych urządzeń sterujących całym procesem. Taki rozproszony sposób sterowania medium jest odporny na awarie, ponieważ usterka jednego węzła nie powoduje przerwania pracy całej sieci. Czasem funkcja DCF nazywana jest "słuchaj, zanim powiesz".

PCF - Point Coordination Function (funkcja skupionej koordynacji): jest to schemat kontroli kanału, który wymaga centralnego sterowania (zwykle tę funkcję przejmuje AP). Rzadko stosowany we współczesnych urządzeniach, pomimo swych kilku zalet (posiada niektóre mechanizmy Quality of Service).

DCF korzysta z dwóch algorytmów dostępu do kanału: wielodostęp poprzez detekcję nośnej wraz z przeciwdziałaniem kolizji (CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) oraz binarne wykładnicze cofanie (binary exponential backoff). Są to algorytmy spotykane w klasycznym Ethernecie. Zarówno Ethernet, jak i Wi-Fi korzysta z łatwo wdrażanej wersji protokołu MAC, która praktycznie nie wymaga żadnego zarządzania. Jest to prosty i zarazem solidny protokół przeznaczony przede wszystkim do przenoszenia ruchu typu "best effort" (najlepiej, jak potrafisz). Niestety, jego prostota jest jednocześnie wadą: schemat DCF jest nieprzystosowany do przenoszenia ruchu, w którym najważniejsza jest stała jakość transmisji z minimalnymi opóźnieniami (np. strumienie audio lub wideo).

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200