WYKORZYSTANIE SIECI BEZPRZEWODOWYCH

Transkrypt

1 WYśSZA SZKOŁA BANKOWOŚCI I FINANSÓW w BIELSKU-BIAŁEJ STUDIA PODYPLOMOWE Informatyka i Technologie Informacyjne PRACA DYPLOMOWA WYKORZYSTANIE SIECI BEZPRZEWODOWYCH W DYDAKTYCE NA PRZYKŁADZIE ZESPOŁU SZKÓŁ AGROTECHNICZNYCH I OGÓLNOKSZTAŁCĄCYCH W śywcu Ludwik Olek Promotor: prof. WSBiF dr hab. inŝ. Jacek Binda Bielsko-Biała, 2008

2 SPIS TREŚCI WSTĘP CEL PRACY TEZA PRACY INFORMACJE OGÓLNE HISTORIA SIECI BEZPRZEWODOWYCH ZASADA DZIAŁANIA GŁÓWNE STANDARDY WYKORZYSTYWANE DO BUDOWY SIECI BEZPRZEWODOWYCH TOPOLOGIA SIECI BEZPRZEWODOWYCH ZASTOSOWANIE I ZALETY SIECI BEZPRZEWODOWYCH WADY I SZKODLIWOŚĆ URZĄDZEŃ WI-FI ANALIZA MOśLIWOŚCI ROZBUDOWY SIECI OKREŚLENIE ZAŁOśEŃ Wybór topologii Wybór punktu dostępowego Plany budynku Liczba uŝytkowników bezprzewodowych Istniejąca kablowa sieć komputerowa w budynku Grubość ścian i rodzaj materiału Zakres usług jakie będą uruchomione w projektowanej sieci PRZYKŁADY MOśLIWYCH ROZWIĄZAŃ KONFIGURACJI SIECI WI-FI Standardowe połączenie dwóch komputerów w sieć bezprzewodową Połączenie komputerów w sieć bezprzewodową oraz kablową Komputer udostępnia Internet sieci bezprzewodowej przez kartę sieciową Sieć infrastrukturalna Sieć infrastrukturalna z Internetem Połączenie sieci kablowej z siecią bezprzewodową URZĄDZENIA STOSOWANE W SIECIACH WI-FI Karty sieciowe Wi-Fi Punkty dostępowe (Access Point) Anteny Kable i złączki WYBÓR ROZWIĄZANIA TECHNOLOGIA I SPRZĘT OKREŚLENIE LICZBY I POŁOśENIA PUNKTÓW DOSTĘPOWYCH KONFIGURACJA SIECI WI-FI Konfiguracja Access Point TESTY - POMIARY ZASIĘGU WYNIKI TESTÓW WYBÓR METODY ZABEZPIECZENIA SIECI WI-FI TECHNOLOGIA WI-FI W DYDAKTYCE ZWIĘKSZENIE ELASTYCZNOŚCI WYKORZYSTANIA SAL LEKCYJNYCH ZAGOSPODAROWANIE WOLNEGO CZASU UCZNIÓW I NAUCZYCIELI MOśLIWOŚĆ ZASTOSOWANIA WIZUALIZACJI W PROCESIE DYDAKTYCZNYM HOT SPOT W SZKOLE MONITORING SZKOŁY W OPARCIU O SIEĆ WI-FI VOIP W SIECIACH BEZPRZEWODOWYCH PODSUMOWANIE ZALETY I WADY PRZYJĘTYCH ROZWIĄZAŃ WNIOSKI I DYSKUSJA WYNIKÓW LITERATURA SPIS RYSUNKÓW SPIS TABEL SPIS WYKRESÓW

3 Wstęp Praca dotyczy bezprzewodowych sieci komputerowych i ich zastosowania w dydaktyce. Do napisania pracy skłoniła mnie potrzeba rozwiązania problemu dostępu do Internetu dla nauczycieli i uczniów na warsztatach Mechanizacji w Zespole Szkół Agrotechnicznych i Ogólnokształcących w śywcu. W budynku tym funkcjonuje pracownia informatyki, lecz pozostałe cztery klasopracownie i pomieszczenia biurowe (w tym pokój nauczycielski) nie posiadają dostępu do Internetu. Istnieje teŝ perspektywa wdroŝenia wypracowanych rozwiązań i doświadczeń w budynku głównym szkoły (biblioteka) oraz w budynku internatu (świetlica). Zasadnicza część pracy składa się z czterech rozdziałów. W rozdziale 1 znajdują się informacje ogólne dotyczące historii sieci bezprzewodowych, zasady działania sieci Wi-Fi oraz głównych standardów stosowanych w budowie takich sieci. Rozdział 2 opisuje metodykę postępowania przy budowie sieci WLAN oraz charakteryzuje moŝliwe konfiguracje i sprzęt wykorzystywany do budowy sieci bezprzewodowych. W rozdziale 3 przedstawiono technologię i sprzęt wybrany do realizacji projektu sieci Wi-Fi na warsztatach Mechanizacji w Zespole Szkół Agrotechnicznych i Ogólnokształcących w śywcu. Znajduje się równieŝ w tym rozdziale analiza przeprowadzonych testów zasięgu i przepustowości sieci. Rozdział 4 dotyczy zagadnień związanych z wykorzystaniem technologii Wi-Fi w dydaktyce. Systemy bezprzewodowe stosowane są juŝ od dawna w systemach przemysłowych i usprawniają obsługę wielu urządzeń. ChociaŜ wykorzystanie sieci bezprzewodowej do wspomagania nauczania nie zmienia funkcjonalności Internetu, to jednak moŝe mieć istotny wpływ na poprawę warunków pracy nauczycieli oraz uczniów. Technologia Wi-Fi (ang. Wireless Fidelity) jest popularyzowana w krajach wysokorozwiniętych umoŝliwiając łączenie się z Internetem w hotelach, na stacjach benzynowych, dworcach, lotniskach, na uczelniach i w szkołach. O wzroście popularności radiowego dostępu do sieci decyduje wydajność, elastyczność i obniŝenie kosztów eksploatacji. 1.1 Cel pracy Celem pracy jest przedstawienie moŝliwości wykorzystania technologii Wi-Fi w dydaktyce. 1.2 Teza pracy Wykorzystanie sieci bezprzewodowej w placówce oświatowej moŝe przyczynić się do bardziej elastycznego wykorzystania sal lekcyjnych i uatrakcyjnienia prowadzenia zajęć dydaktycznych. Klasopracownie bez specjalnego przygotowania dysponują wówczas dostępem do Internetu. W kaŝdej sali lekcyjnej na dowolnym przedmiocie istnieje moŝliwość wykorzystywania mobilnego zestawu multimedialnego (komputer przenośny i wideoprojektor) z dostępem do Internetu. W kaŝdej sali mogą teŝ odbywać się zajęcia z informatyki, pod warunkiem zastosowania laptopów na stanowiskach uczniów i nauczyciela. Ponadto dzięki punktom Hot-Spot powstaje moŝliwość zagospodarowania wolnego czasu uczniów i nauczycieli poprzez dostęp do ograniczonego zakresu bezpłatnych usług; na przykład do strony WWW szkoły. 3

4 1. INFORMACJE OGÓLNE 1.1 Historia sieci bezprzewodowych W XX wieku nastąpił dynamiczny rozwój technologii gromadzenia, przetwarzania i dystrybucji informacji. Powstała wówczas ogólnoświatowa sieć telefoniczna, radio i telewizja, narodził się przemysł komputerowy, zaczęto tworzyć sieci komputerowe w celu wymiany informacji. Pod koniec tego okresu bardzo szybko zaczęła się rozwijać komunikacja bezprzewodowa, która jest ciągle ulepszana. ChociaŜ moŝe wydawać się to dziwne, jednak łączność bezprzewodowa nie jest wcale niczym nowym. JuŜ w 1901 roku włoski fizyk G. Marconi zademonstrował bezprzewodowy telegraf łączący statek z lądem za pomocą kodu Morse a. Sygnał radiowy był równieŝ wykorzystywany do transmisji danych podczas II Wojny Światowej przez armię Stanów Zjednoczonych. Opracowano wtedy technologię transmisji silnie szyfrowanych danych przez radio. Prace nad bezprzewodowymi lokalnymi sieciami komputerowymi zostały rozpoczęte w roku 1971 na uniwersytecie na Hawajach eksperymentem o nazwie ALOHANET. 1 System zbudowany w ramach tego eksperymentu był drogim, wyposaŝonym w duŝe anteny systemem mającym na celu rozwiązanie dosyć powaŝnego problemu - przesyłania danych między wydziałami uniwersytetu rozmieszczonymi na czterech wyspach. Grupa pracowników naukowo-badawczych z Uniwersytetu Hawajskiego stworzyła pierwszą, radiową sieć komunikacyjną opartą o transmisję pakietową - ALOHNET. Była to pierwsza bezprzewodowa sieć lokalna (WLAN - Wireless Local Area Network). W jej skład wchodziło 7 komputerów, komunikujących się w topologii dwukierunkowej gwiazdy pokrywającej cztery hawajskie wyspy. Centralny komputer znajdował się na wyspie Oahu. Tak narodziły się sieci bezprzewodowe. W 1992 roku firma SUN Microsystems zaprojektowała niewielki podręczny komputer o nazwie Star 7 mający moŝliwości tworzenia sieci bezprzewodowych na częstotliwości 900 MHz. Produkt ten nigdy jednak nie pojawił się na rynku. ( ) Zademonstrowany na pokazie handlowym na targach COMDEX w 1994 roku system WaveLAN ( ) składał się z laptopa z zainstalowaną kartą PCMCIA, połączonym z komputerem osobistym oddalonym o kilka kroków. Przepustowość systemu wynosiła 1,6 Mb/s, co na tamte czasy było wielkością znaczącą. ( ) System WaveLAN działał i to bardzo dobrze. Mimo Ŝe był bardzo drogi, znaleźli się jednak odbiorcy, którym był niezbędnie potrzebny. Głównie byli to wysoko opłacani konsultanci tworzący niestandardowe rozwiązania pewnych problemów w duŝych korporacjach. Dzięki nim ten system, jak i wiele podobnych systemów, stał się początkiem rozwoju sieci bezprzewodowych. KaŜda z firm zajmujących się sieciami bezprzewodowymi miała własny schemat łączenia danych w pakiety i wysyłania ich za pośrednictwem fal radiowych. Niestety, Ŝaden z tych schematów nie był w stanie porozumiewać się z innymi. W latach 90 powstały pierwsze karty bezprzewodowe jednak ich wysoka cena skutecznie blokowała rozwój sieci radiowych. W 1997 roku organizacja Institute of Electrical and Electronics Engineers stworzyła standard sieciowy na częstotliwości radiowej 2,4 GHz, uzyskał on oznaczenie Standard ten posiadał bardzo niską przepustowość rzędu 1 Mb/s i 2 Mb/s. Dwa lata później został stworzony standard b, który pozwolił na zwiększenie przepustowości do 11 Mb/s. Zastosowanie częstotliwość 2,4 GHz powodowało, Ŝe sieć bezprzewodowa nie zakłócała fal pochodzących z urządzeń mikrofalowych, silników prądu zmiennego oraz urządzeń sterowanych częstotliwościowo, które działały na częstotliwościach rzędu KHz, MHz. Kolejnym krokiem było stworzenie 1 J. Duntemann, Przewodnik po sieciach Wi-Fi, Poznań : Wydawn. Nakom,

5 standardu a. Działał on na częstotliwości 5GHz i posiadał przepustowość 54 Mb/s. Standard ten miał jednak kilka wad. Wysoka cena urządzeń, brak kompatybilności ze standardem b oraz mniejszy zasięg efektywny spowodowały, Ŝe standard a nie zyskał poparcia. Jedynym atutem tego standardu było to, Ŝe posiadał osiem nie pokrywających się kanałów dla częstotliwości fal radiowych. Następnie w roku 2002 na targach Comdex zaprezentowano nowe urządzenie w standardzie IEEE g, które pracuje na częstotliwości 2,4 GHz i moŝe teoretycznie pracować z prędkością 54 Mb/s. Jeszcze szybszy standard n juŝ powoli zaczyna wypierać poprzedników i najprawdopodobniej w najbliŝszym czasie to właśnie ten standard będzie najczęściej stosowany w sieciach Wi-Fi, a za parę lat z pewnością pojawi się nowy. 1.2 Zasada działania Struktura bezprzewodowa wykorzystuje fale elektromagnetyczne (radiowe lub podczerwone) do przesyłania sygnału z jednego punktu do drugiego bez uŝycia kabli. Typowa sieć Wi-Fi to urządzenie nadawczo/odbiorcze połączone do sieci za pomocą standardowego okablowania. Punkt dostępowy (lub antena podłączona do punktu dostępowego) jest zwykle montowana wysoko, lecz moŝe być równieŝ instalowana gdziekolwiek dla osiągnięcia wymaganego zasięgu. UŜytkownicy korzystają z sieci bezprzewodowej za pomocą bezprzewodowych kart sieciowych, które występują jako karty PC Card w komputerach przenośnych i podręcznych lub jako karty w komputerach biurkowych, lub teŝ jako zintegrowane urządzenia w komputerach podręcznych. 2 Sieci komputerowe standardu działają w wydzielonym widmie fal radiowych o częstotliwości 2,4 GHz lub 5 GHz. 3 W większości krajów widmo to zostało zarezerwowane dla połączeń typu punkt-punkt oraz dla technologii radiowych widma rozproszonego, które nie wymagają licencji. PoniewaŜ pasmo 2,4 GHz nie jest chronione, mogą korzystać z niego inne urządzenia, niezwiązane z Wi-Fi takie jak: telefony bezprzewodowe i kuchenki mikrofalowe. W Polsce urządzenia radiowe mogą być stosowane bez pozwolenia, jeŝeli spełniają następujące warunki: 4 w paśmie ,5 MHz, gdy stosują modulację szerokopasmową i moc wypromieniowywana EIRP nie przekracza 100mW w paśmie MHz, gdy pozwalają na sterowanie mocą (w zakresie minimum 3dB) w celu uniknięcia zakłóceń, umoŝliwiają dynamiczny wybór częstotliwości (DFS) oraz moc wypromieniowywana EIRP nie przekracza 1W Z pasma 2,4 GHz korzysta większość standardów rodziny sieci , wyjątkiem jest jedynie a, w którym to do przesyłu fal radiowych zastosowano częstotliwość 5 GHz. Większość sprzętu Wi-Fi dostępnego obecnie na rynku oparta jest na standardzie g, dlatego teŝ w swojej pracy skoncentruję się głównie na sieciach tego typu oraz b, poniewaŝ jeszcze sporo sieci działa w starszym systemie. Pasmo 2,4 GHz zostało podzielone na 14 podczęstotliwości (kanałów), aby umoŝliwić działanie kilku sieci Wi-Fi na jednym terenie. Nie jest to jednak standard międzynarodowy i kaŝde państwo na świecie moŝe wykorzystywać inne podziały częstotliwości. W Polsce jak i prawie w całej Europie (z nielicznymi wyjątkami) wykorzystywanych jest 2 Hajder M., Loutski H., Sręciwilk W., Informatyka Wirtualna podróŝ w świat systemów i sieci komputerowych,wsiiz Rzeszów B. Zieliński, Bezprzewodowe sieci komputerowe, Gliwice 2000, s Dz.U z 2005r Nr 230, Poz Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 24 października 2005 r. w sprawie urządzeń radiowych nadawczych lub nadawczo-odbiorczych, które mogą być uŝywane bez pozwolenia radiowego 5

6 13 podczęstotliwości. We Francji na przykład, moŝna korzystać tylko z 4 kanałów. Po drugiej stronie oceanu zakres częstotliwości wykorzystywanych w sieciach standardu nieco się róŝni, w USA kanałów jest 11, natomiast w Japonii moŝna korzystać z wszystkich 14 kanałów. Częstotliwości wyspecyfikowane dla kaŝdego z tych kanałów są częstotliwościami środkowymi dla pasm o szerokości 22 MHz a odległość między nimi wynosi zaledwie 5 MHz. Powoduje to nakładanie się kanałów z kilkoma innymi połoŝonymi wyŝej lub niŝej. Aby uniknąć interferencji w przypadku działania kilku sieci, odległości pomiędzy kanałami powinny wynosić przynajmniej 25 MHz. JeŜeli ta odległość będzie mniejsza, przepustowość sieci moŝe znacznie się obniŝyć. W przypadku działania na przykład 3 sieci bezprzewodowych w jednej okolicy powinno się ustawić kanały 1, 6 i Główne standardy wykorzystywane do budowy sieci bezprzewodowych Grupa standardów dotyczących sieci bezprzewodowych została sporządzona przez organizację IEEE w celu stworzenia wspólnego standardu zapewniającego kompatybilność i niezawodność urządzeń wytwarzanych przez róŝnych producentów. PoniŜej przedstawiam krótką charakterystykę najbardziej istotnych standardów rodziny zatwierdzony w 1997 roku był pierwszym standardem, w celu odróŝnienia od grupy został później nazywany 802.1y. Zastosowana częstotliwość fal radiowych wynosiła 2,4 GHz natomiast dostępna przepustowość mieściła się w przedziale od 1 do 2 Mb/s b - wprowadzony w 1999 roku standard został znacznie poprawiony pod względem przepustowości, pozwalał na przesyłanie danych z maksymalną prędkością 11 Mb/s. Dzięki temu sieci bezprzewodowe zaczęły się cieszyć coraz większym zainteresowaniem. Podobnie jak poprzedni standard, b korzystał z częstotliwości 2,4 GHz a - zatwierdzony przez IEEE w 1999 roku, jednak wprowadzony do uŝytku dopiero w 2001 roku. Do przesyłu danych drogą radiową zastosowano częstotliwość 5 GHz, co pozwoliło na zwiększenie przepustowości do 54 Mb/s. Standard ten pomimo wyŝszej prędkości nie zyskał na popularności, poniewaŝ był za późno wprowadzony, pobierał więcej mocy, był droŝszy od pozostałych i miał mniejszy zasięg niŝ b g - powstał z połączenia niektórych technik poprzednich standardów. Wykorzystuje pasmo 2,4 GHz oraz pozwala przesyłać dane z prędkością do 54 Mb/s. Został zatwierdzony w 2003 roku. Standard g jest całkowicie zgodny w dół ze standardem b. Jednak wykorzystanie starszych urządzeń powoduje w praktyce redukcję prędkości do 11 Mb/s. Obecnie standard ten jest najczęściej wykorzystywany do tworzenia sieci bezprzewodowych n to najnowsze dzieło komitetu IEEE. Teoretycznie standard ma pracować z maksymalną przepustowością 540 Mb/s, w praktyce będzie to około Mb/s. Planowane zakończenie prac ogłoszono na 2008 rok. Mimo to producenci juŝ zaczęli wprowadzać na rynek urządzenia zgodne z tym standardem oparte na wersji 1.0 szkicu n. JuŜ 19 stycznia 2007 roku została zaakceptowana wersja 2.0 tego standardu. JeŜeli uda się zrealizować wszystkie załoŝenia teoretyczne to juŝ niedługo standard n zastąpi obecnie uŝywany g. 5 K. Sankar, Bezpieczeństwo bezprzewodowych sieci LAN, Warszawa 2005, s

7 Tabela 1. Standardy Nazwa Szybkości (Mb/s) Standardy Pasmo częstotliwości (GHz) Typ modulacji Uwagi , 2 2,4-2.5 FHSS, DSSS, IR Pierwszy standard czasami określany jako 802.1y a 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 5,0 OFDM Publikacja 1999r, urządzenia w 2001r b 1, 2, 5.5, DSSS, HR- DSSS Rozszerzenie 802.1y do pracy z prędkością 5.5 oraz g 1, 2, 5.5, 6, 9, 11, 12, 18, 24, 36, 48, DSSS, HR- DSSS, OFDM 11 Mb/s (publikacja 1999r) Zgodny w dół z b, 2003r n 100, 250, 540 2,4 lub 5.0 WyŜsze prędkości, na rynku od 2006r. Źródło:K. Sankar, Bezpieczeństwo bezprzewodowych sieci LAN, Warszawa Topologia sieci bezprzewodowych Topologia jest to fizyczne lub logiczne rozmieszczenie elementów sieci czyli węzłów za pomocą których łączymy komputery w sieć. 6 W sieciach przewodowych moŝna wyróŝnić pięć głównych typów topologii: magistrali, pierścienia, gwiazdy, drzewa i kraty. Obecnie w sieciach bezprzewodowych moŝemy zastosować tylko dwa z nich tj. topologię gwiazdy oraz topologię kraty. Topologia gwiazdy - BSS (Basic Service Set) - sieć zaleŝna Topologia gwiazdy jest obecnie najszerzej stosowanym typem. Wykorzystuje ona w celach komunikacyjnych centralną stację bazową zwaną punktem dostępowym. Punkt dostępowy (Acces Point - AP) kieruje informację do poszczególnych komputerów w sieci lub do następnego węzła. Spełnia on funkcję bardzo podobną do Huba stosowanego w sieciach UTP, mianowicie wzmacnia i regeneruje odebrany sygnał oraz kieruje ruchem. Stacja bazowa moŝe być zastosowana jako most do sieci lokalnej. W takim przypadku umoŝliwia dostęp do sieci wewnętrznej, do Internetu oraz do innych urządzeń sieciowych zainstalowanych w tej sieci. Sieci budowane w tej technologii są bardzo wydajne i łatwe w rozbudowie. Rozbudowę moŝemy przeprowadzić poprzez dodawanie kolejnych punktów dostępu. Punkty centralne łączą się ze sobą, dzięki czemu moŝemy stworzyć rozbudowaną sieć bez uŝycia struktury kablowej. Maksymalna ilość komputerów obsługiwanych jednocześnie przez AP jest ściśle określona przez producenta i oscyluje w granicach kilkudziesięciu urządzeń. Takie rozwiązanie znacznie zwiększa zasięg sieci. 6 B. Zieliński, Bezprzewodowe sieci komputerowe, Gliwice 2000, s

8 Rys. 1. Topologia gwiazdy opracowanie własne Aby móc zastosować w sieci topologię gwiazdy naleŝy ustawić kartę bezprzewodową w tryb infrastructure czyli infrastruktura. Wszystkie urządzenia sieci chcąc się podłączyć muszą uŝywać tego samego SSID (Service Set IDentifier ). Jest to identyfikator sieci rozgłaszany przez punkt centralny (Access Point), posiada on maksymalnie 32 znaki. Identyfikator sieci jest przesyłany tekstem jawnym więc moŝe być łatwo podsłuchany przez sniffery, tym samym nie moŝna go traktować jako zabezpieczenie sieci. Rys. 2. Przykładowe ustawienie karty bezprzewodowej ASUS ( tryb infrastruktury) opracowanie własne Topologia kraty - IBSS (Independet Basic Service Set) - sieć niezaleŝna Topologia kraty działa w trochę inny sposób gdyŝ brak jest tutaj centralnej stacji bazowej. Przy takim połączeniu komputery komunikują się ze sobą bezpośrednio, czyli kaŝdy węzeł moŝe komunikować się z sąsiednimi węzłami. Dzięki takim sposobom komunikacji nie 8

9 potrzebujemy w sieci Ŝadnych przełączników, bowiem decyzje o sposobie przekazywania pakietów podejmują same komputery za pomocą specjalnego oprogramowania. Główną rolę w topologii kraty odgrywają protokoły, które automatycznie wykrywają nowe węzły sieci i ustalają topologię całej struktury. Wszystkie zadania związane z definiowaniem topologii są wykonywane w tle, a kaŝdy komputer buduje sobie własną bazę węzłów znajdujących się w sieci. Baza ta jest na bieŝąco uaktualniana przez oprogramowanie w przypadku kiedy któryś z węzłów przybywa bądź zostaje odłączony, dzięki temu mamy zawsze aktualną bazę węzłów znajdujących się w sieci. Zastosowanie tej topologii umoŝliwia nam moŝliwość bardzo szybkiej rozbudowy sieci, wystarczy bowiem dołączać kolejne węzły, a sieć sama je wykryje. Rys. 3. Topologia kraty opracowanie własne Sieci pozbawione elementu centralnego to tak zwane układy "ad-hoc". Jest to odpowiednik sieci peer-to-peer, gdzie kaŝdy z uŝytkowników ma ten sam typ uprawnień. Tutaj równieŝ musimy przestawić tryb pracy naszej karty bezprzewodowej, tym razem w tryb ad-hoc. Nie wolno zapominać o ustawieniu we wszystkich urządzeniach tego samego identyfikatora domeny (Network Name) umoŝliwiającego komunikacje tylko z wybranymi maszynami i zabezpieczającego przed nieautoryzowanym uŝytkowaniem naszej sieci WLAN. Rys. 4. Przykładowe ustawienie karty bezprzewodowej ASUS ( tryb ad-hoc ) opracowanie własne 9

10 ESS (Extended Service Set) - sieć złoŝona Powstaje ona podczas połączenia ze sobą co najmniej dwóch podsieci BSS. Wystarczy zespolić ze sobą HUB-y AP tradycyjnym okablowaniem umoŝliwiając w ten sposób komunikację stacjom bezprzewodowym z tradycyjną siecią LAN oraz z jednostkami znajdującymi się w innych podsieciach radiowych. Jeśli przy okazji zapewnimy nakładanie się na siebie sygnałów z poszczególnych podsieci moŝliwe będzie poruszanie się komputerów po całej sieci ESS. Roaming umoŝliwia przekazywanie klientów kolejnym punktom dostępu, w ten sposób po wyjściu ze strefy zarządzanej przez jeden Access Point jesteśmy automatycznie przekazywani kolejnemu znajdującemu się akurat w zasięgu transmisji. Rys. 5. Sieć infrastrukturalna WLAN - przekazywanie uŝytkowników przez punkty dostępu opracowanie własne 1.5 Zastosowanie i zalety sieci bezprzewodowych Sieci bezprzewodowe w ostatnim czasie stały się bardzo popularne i znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach codziennego Ŝycia. Najczęściej są wykorzystywane do udostępniania Internetu, w telefonii komórkowej, medycynie, handlu, finansowości, w przemyśle i w edukacji. Elastyczność i mobilność spowodowały iŝ sieć bezprzewodowa stała się alternatywną do sieci kablowych. 7 W odróŝnieniu do sieci kablowej nie potrzebne są kilometry kabli, a to chyba jest najwaŝniejsza cecha tej sieci. Instalując sieć standardu w budynku nie musimy tak jak w przypadku zwykłej sieci wiercić dziur w ścianach na kable. Sieci bezprzewodowe idealnie znajdują zastosowanie w starszym budownictwie i zabytkach, gdzie jakiekolwiek wiercenie jest prawnie zabronione. Chcąc połączyć ze sobą dwa budynki znajdujące się po przeciwnych stronach drogi, moŝemy napotkać na spory problem. Po pierwsze musimy uzyskać od gminy lub miasta pozwolenie na przekop pod drogą, co nie jest łatwym zadaniem, a po drugie to samo przeciągnięcie kabla pod drogą w ziemi jest kosztownym przedsięwzięciem. W takim wypadku ponownie przychodzą nam z pomocą fale radiowe, moŝna połączyć dwa budynki siecią bezprzewodową bardzo szybko, łatwo i niedrogo. W firmie pracownicy mogą odbierać i wysyłać pocztę, udostępniać pliki, bez względu na ich połoŝenia. W produkcji sieć bezprzewodowa pozwala połączyć halowe stacje robocze z innymi. W magazynach łączy komputery z czytnikami kodów kreskowych co pozwala 7 B. Zieliński, Bezprzewodowe sieci komputerowe, Gliwice 2000, s

11 na łatwy zbiór informacji np. o ilości przechowywanych towarów i ich szybką lokalizacje. Takie rozwiązania znacząco obniŝają koszty ręcznego sprawdzania stanów magazynowych. Kolejnym miejscem gdzie Wi-Fi zdobywa popularność są małe miasta i wsie. Sieci bezprzewodowe pozwalają na wspólne uŝytkowanie przez kilka osób jednego szerokopasmowego połączenia z Internetem bez konieczności ciągnięcia kabli, co przy luźnej zabudowie domów musiałoby się skończyć na ułoŝeniu kilku kilometrów kabla. 8 W edukacji sieć radiowa daje moŝliwość łatwego łączenia swoich przenośnych urządzeń z Internetem i zasobami szkolnymi. Dzięki temu uczniowie mogą korzystać z wirtualnych bibliotek, portali i korzystać z wirtualnej poczty. Coraz większy sukces odnoszą darmowe punkty dostępowe tzw. HotSpot-y, które coraz częściej udostępniają darmowy dostęp do Internetu w miejscach publicznych takich jak lotniska, restauracje, hotele, a takŝe na uczelniach i w szkołach. Sieci bezprzewodowe okazały się bardzo przydatne na konferencjach i zebraniach, gdzie uŝytkownicy mogą łączyć się bez przeszkód i wymieniać notatkami. W finansach dzięki łączom bezprzewodowym finansiści mogą otrzymywać w kaŝdym miejscu aktualności z notowań giełdowych oraz informacje o kursach walut. W efekcie maklerzy mogą bardzo szybko realizować transakcje. W medycynie sieć bezprzewodową wykorzystuje się w urządzeniach i aparatach medycznych oraz do szybszej obsługi pacjentów. Dzięki bezprzewodowym urządzeniom uzupełnianie baz danych o liczbie i stanie chorych staje się prostsze i szybsze. Dzięki technologii bezprzewodowej komputery zaczynają odrywać się od biurka. MoŜna siedzieć z laptopem w dowolnym miejscu domu i korzystać z Internetu, a pocztę przeglądać siedząc w ogrodzie. W telefonii komórkowej sieć Wi-Fi pozwala na łączenie zestawów głośnomówiących, słuchawek z telefonem co sprawia iŝ korzystanie z tych urządzeń staje się prostsze i wygodniejsze oraz zajmuje nam mniej czasu. W sieci komórkowej równieŝ wykorzystuje się je do przesyłania muzyki, obrazków i zdjęć. W telefonach stacjonarnych dzięki tej metodzie moŝemy przemieszczać się ze słuchawką i rozmawiać na obszarze zasięgu działania takiego aparatu telefonicznego. Oprócz wymienionych przeze mnie przykładów zastosowań sieci Wi-Fi mogą znaleźć zastosowanie praktycznie wszędzie. Sieci bezprzewodowe mogą obsługiwać takŝe inne urządzenia niŝ komputery, na przykład kamery, które są montowane w miejscach gdzie doprowadzenie kabli jest utrudnione. Innym powodem wysokiej popularności sieci bezprzewodowych jest takŝe spadająca cena urządzeń oraz bogaty ich wybór. MoŜna odnieść wraŝenie, Ŝe nie ma miesiąca, w którym nie pojawiłby się na rynku nowy produkt rozwiązujący jakiś problem i udoskonalający komunikację w sieciach standardu Kupując dzisiaj najtańszy punkt dostępowy, zapłacimy nieco ponad 100 zł, a cena bezprzewodowych kart sieciowych zaczyna się juŝ od 50 zł wzwyŝ. 9 Dzięki rozwojowi technicznemu i duŝej konkurencji na rynku, ceny w dalszym stopniu będą obniŝane a sieci Wi-Fi będzie przybywać. 8 Engst A., Fleishman G., Sieci bezprzewodowe. Praktyczny przewodnik, Helion Gliwice Porównywarka cen

12 Rys. 6. Ceny (24 stycznia 2008)Wireless Access Point Asmax AP 604g opracowanie własne Rozwój Wi-Fi powodują trzy czynniki: pasmo w którym pracuje nie wymaga licencji, niski koszt instalacji i rosnąca wciąŝ przepustowość. Podsumowując najwaŝniejsze zalety sieci bezprzewodowej naleŝy wymienić: przenośność - czyli łatwa zmiana lokalizacji np. w firmach brak okablowania strukturalnego szybkość i prostota instalacji elastyczność instalacji redukcja kosztów eksploatacji skalowalność - łatwe dostosowanie do róŝnych systemów informatycznych mobilność dla uŝytkownika szybka i łatwa zmiana konfiguracji 1.6 Wady i szkodliwość urządzeń Wi-Fi. Oprócz omówionych powyŝej zalet sieci bezprzewodowe mają takŝe swoje wady. Sieci bezprzewodowe charakteryzują się duŝo niŝszym poziomem bezpieczeństwa niŝ sieci przewodowe, a to dlatego gdyŝ medium transmisyjnym jest powietrze. Nie trzeba się z nimi łączyć kablem, dlatego sieci te są bardziej naraŝone na włamania. W sieciach bezprzewodowych w łatwy sposób moŝna wykradać, podsłuchiwać i monitorować informacje. To co jest potrzebne do włamań w sieciach bezprzewodowych to znajomość słabych punktów zabezpieczeń danej sieci. Dlatego stosuje się wiele zabezpieczeń aby utrudnić włamania. Istnieje zagroŝenie, Ŝe osoba nieupowaŝniona moŝe podłączyć się do naszej sieci. Potencjalny włamywacz moŝe być nawet oddalony o kilka bądź kilkanaście kilometrów, jeŝeli tylko posiada antenę o duŝym zysku. Ta właściwość sieci standardu powoduje, Ŝe bardzo cięŝko namierzyć intruza. MoŜna to zrobić za pomocą specjalnych urządzeń korzystających z satelit GPS, ale rozwiązania te są bardzo drogie i mogą sobie pozwolić na nie jedynie wielkie firmy R. Flickenger, R. Weeks, 100 Sposobów na sieci bezprzewodowe, Gliwice 2007, s

13 Trudno teŝ określić zasięg działania sieci Wi-Fi, poniewaŝ fale radiowe rozchodzą się we wszystkich kierunkach i mogą przenikać przez ściany. Z własnego doświadczenia wiem, Ŝe fale radiowe przechodzą nawet przez kilka ścian. Na przykład sygnał z punktu dostępu umieszczonego na 2 piętrze w budynku dochodzi do mieszkań na parterze i pozwala na korzystanie z Internetu. Fale radiowe rozchodzące się w przestrzeni ulegają wpływowi róŝnego rodzaju zakłóceń radioelektrycznych, które powodują obniŝenie jakości sygnału. Ze względu na lokalizację źródła zakłóceń wyróŝnia się: Zakłócenia własne (struktura urządzeń nadawczo-odbiorczych) 2. Zakłócenia obce (pochodzące z otoczenia): interferencyjne, wywołane wzajemnym zakłócaniem się nadajników radiowych przemysłowe, spowodowane przez pola elektromagnetyczne w zakładach atmosferyczne, wywołane wyładowaniami atmosferycznymi zakłócenia kosmiczne Zasięg urządzeń Wi-Fi zaleŝy od konstrukcji produktu (w tym mocy transmitowanego sygnału i czułości odbiornika) oraz ścieŝki sygnału, co jest wyjątkowo waŝne w pomieszczeniach zamkniętych. Budynki, ściany, elementy metalowe, a nawet obecność ludzi moŝe mieć wpływ na moc sygnału, a zatem określa zasięg i pokrycie jakim dysponuje dany system bezprzewodowy. Obiekty stałe blokują sygnał IR (podczerwień), co wprowadza dodatkowe ograniczenia. Większość systemów bezprzewodowych uŝywa sygnału RF(fale radiowe), poniewaŝ częstotliwości radiowe mogą przenikać przez większość elementów konstrukcyjnych budynków. Dlatego zasięg (lub promień pokrycia) dla sieciowego systemu bezprzewodowego moŝe wahać się od 300 do nawet metrów. Nielicencjonowany charakter radiowych sieci bezprzewodowych oznacza, Ŝe inne produkty, które transmitują sygnał w tej samej częstotliwości mogą potencjalnie powodować zakłócenia w pracy sieci bezprzewodowej. Kuchnie mikrofalowe są tego dobrym przykładem, choć większość producentów urządzeń dla sieci bezprzewodowej tak projektuje swoje urządzenia, by eliminować te zakłócenia. Innym problemem jest istnienie kilku sieci bezprzewodowych w danej lokalizacji. W zaleŝności od producenta, sieci takie albo pracują bez zakłóceń, albo powodują zakłócenia. W ostatnich latach ludzie coraz częściej zaczynają się zastanawiać czy promieniowanie radiowe emitowane przez urządzenia WiFi stwarza zagroŝenie dla zdrowia człowieka. Wiele osób które cierpi na róŝne dolegliwości przypisuje całą winę sygnałom emitowanych przez urządzenia WiFi. Jest to problem wymagający odrębnego opracowania. Jest to waŝne tym bardziej, Ŝe dotyczy urządzeń emitujących promieniowanie elektromagnetyczne w pomieszczeniach lekcyjnych, gdzie przebywają dzieci. Po analizie tego problemu w oparciu o materiały zawarte w Internecie mogę stwierdzić, Ŝe istnieje zapotrzebowanie społeczne na rzetelne badania na temat oddziaływania sieci Wi-Fi na organizm człowieka. MoŜliwości uŝytkowania fal radiowych w kraju regulowane są przepisami prawa. 12 Przestrzeganie istniejących norm i przepisów w tym zakresie nadzoruje Urząd Regulacji Telekomunikacji i Poczty. Sieci bezprzewodowe muszą spełniać bardzo ścisłe wymogi określone przez ustawodawstwo danego kraju. Moc oddawana przez systemy sieci bezprzewodowych jest bardzo mała, o wiele mniejsza od zwykłego telefonu komórkowego. PoniewaŜ fale radiowe zanikają gwałtownie wraz z odległością, osoby w zasięgu sieci bezprzewodowej są wystawione na działanie fal radiowych w bardzo niewielkim stopniu. 11 B. Zieliński, Bezprzewodowe sieci komputerowe, Gliwice 2000, s Dz.U z 2005r Nr 230, Poz Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 24 października 2005 r. w sprawie urządzeń radiowych nadawczych lub nadawczo-odbiorczych, które mogą być uŝywane bez pozwolenia radiowego 13

14 Pomimo zapewnień producentów urządzeń sieci bezprzewodowych Ŝe kaŝda sieć jest chroniona za pomocą zabezpieczenia WEP i zapewnia realny stopień ochrony, to rzeczywistość sieci wygląda znacznie gorzej. 13 Wpływ ma na ten stan wiele czynników, zarówno technicznych jak i administracyjnych. NajwaŜniejszym powodem braku bezpieczeństwa sieci bezprzewodowych jest jednak czynnik ludzki, a w szczególności brak wiedzy wśród uŝytkowników (a nawet administratorów sieci). Oznacza to, Ŝe stan zabezpieczenia sieci bezprzewodowych nie zmieni się nawet wówczas, gdy pojawią się nowe, bardziej bezpieczne standardy. Podsumowując najwaŝniejsze wady sieci bezprzewodowych naleŝy wymienić: mała kompatybilność rozwiązań róŝnych producentów poziom bezpieczeństwa niŝszy od rozwiązań przewodowych niska prędkość przesyłu danych zakłócenia sygnału sieci 13 Vladimirow, K. Gavrilienko, A. Mikhailowsky, Wi-Foo Sekrety bezprzewodowych sieci komputerowych, Gliwice 2005, s

15 2. ANALIZA MOśLIWOŚCI ROZBUDOWY SIECI 2.1 Określenie załoŝeń Pierwszą sprawą jaką naleŝy ustalić jest wybór topologii (IBSS, BSS czy ESS) oraz maksymalnej przepustowości sieci. 14 Wybór ten implikuje rodzaj urządzeń oraz anten niezbędnych do jej budowy oraz ich rozmieszczenie. Przy projektowaniu sieci radiowych nie wolno zapominać o kilku niezmiernie istotnych sprawach bez których sieć nie będzie prawidłowo działać: na linii między nadawcą a odbiorą nie moŝe być Ŝadnych większych przeszkód co zapewni prawidłową transmisję koncentratory AP naleŝy instalować wysoko na ścianie lub pod sufitem co zwiększy ich zasięg w strukturze ESS "okręgi" wyznaczone przez zasięg AP powinny częściowo na siebie zachodzić zezwalając na prawidłowe przełączanie klientów pomiędzy podsieciami oraz nieprzerwaną komunikację naleŝy pamiętać iŝ aby sieć tworzyła spójną całość wszystkie urządzenia w sieci powinny naleŝeć do tej samej domeny (Wireless domain ID) Wybór topologii W najprostszym przypadku jest to punkt dostępowy (Access Point, AP), do którego drogą radiową łączą się radiowe urządzenia klienckie. Ten najprostszy przypadek stosowany jest w najmniejszych sieciach. W rzeczywistości ten model jest bardziej złoŝony i wymaga róŝnego rodzaju urządzeń w róŝnych punktach struktury. Rys. 7. Projekt wykorzystania sieci Wi-Fi na warsztatach mechanizacji opracowanie własne 14 Engst A., Fleishman G., Sieci bezprzewodowe. Praktyczny przewodnik, Helion Gliwice

16 Zanim przystąpimy do projektowania sieci bezprzewodowej w budynku potrzebujemy następujących danych: plany budynku ze skalą liczba uŝytkowników bezprzewodowych informacja czy w budynku jest kablowa sieć komputerowa, jeŝeli tak to którędy jest poprowadzone okablowanie i gdzie znajdują się gniazda grubość ścian i rodzaj materiału z jakiego są wykonane zakres usług jakie będą uruchomione w projektowanej sieci Ogólnie kaŝdy projekt sieci bezprzewodowej wewnątrz budynku powinien zostać zweryfikowany pomiarami przy uŝyciu urządzeń, które przewiduje się do zainstalowania. Wewnątrz budynków jest zbyt wiele czynników mających wpływ na propagację fal radiowych, by moŝna było w pewny sposób oprzeć się tylko na teoretycznych przewidywaniach. Istotną cechą jest pasmo częstotliwości, które będzie wykorzystywane. Najpopularniejsze są sieci budowane w paśmie nielicencjonowanym 2,4GHz. Korzystanie z tych pasm nie wymaga pozwoleń ani opłat. W paśmie 2,4 GHz dostępnych jest 13 częściowo pokrywających się kanałów radiowych. Tylko 3 z nich nie pokrywają się. MoŜe to powodować problemy z zakłóceniami pochodzącymi od innych sieci. Pomimo tego, sieci 2,4GHz najczęściej stosowane są do podłączania uŝytkowników końcowych. Dzieje się tak głównie ze względu na niską cenę i duŝą róŝnorodność urządzeń klienckich w tym paśmie. Dostępne są punkty dostępowe działające w trybie klienckim, karty radiowe PCI, MPCI, PCMCIA, USB. Do tworzenia szkieletu sieci lub radiolinii stosuje się raczej urządzenia działające w paśmie 5GHz. Wybór punktu dostępowego Stając przed wyborem punktu dostępowego powinniśmy przede wszystkim zdać sobie sprawę z zastosowania do którego będziemy chcieli go uŝyć. Mając określony cel moŝemy zdecydować, które cechy są dla nas istotne, które są niewaŝne a które wręcz szkodliwe. NajwaŜniejsze parametry sieci Wi-Fi: 15 standard jak wynika z analizy standardów sieci g" są bardziej podatne na zakłócenia niŝ sieci b". Z drugiej strony g" jest szybszy od b". Dlatego jeśli budujemy sieć wewnętrzną, potrzebujemy duŝych przepustowości, zamierzamy wykorzystywać VoIP lub w pobliŝu nie ma zakłóceń to powinniśmy wybrać g". JeŜeli budujemy sieć bezprzewodową zewnętrzną, gdzie są duŝe zakłócenia, powinniśmy raczej wybrać urządzenia działające w standardzie b". wydajność to bardzo szeroko rozumiane pojęcie, które ocenia zdolność punktu dostępowego do współpracy z określoną liczbą radiowych końcówek klienckich w warunkach rzeczywistych. Producenci często podają, Ŝe dany punkt dostępowy moŝe obsłuŝyć np. 253 terminale klienckie. Liczba ta nie ma nic wspólnego z rzeczywistą wydajnością. Mówi nam, Ŝe tyle terminali moŝe podłączyć się do punktu dostępowego ale wcale nam nie gwarantuje, Ŝe wszystkie terminale będą mogły jednocześnie w miarę wydajnie współpracować z AP. W warunkach rzeczywistych, w przypadku sieci zewnętrznych, najwydajniejsze AP są w stanie obsłuŝyć około 50 radiowych końcówek klienckich. Biorąc pod uwagę moŝliwe zakłócenia w paśmie 2,4 GHz naleŝałoby jeszcze tą liczbę ograniczyć. Nie oznacza to jednak, Ŝe warte zainteresowania są jedynie najdroŝsze i najwydajniejsze punkty dostępowe. Nie zawsze nasz AP będzie musiał obsługiwać tak duŝe ilości uŝytkowników. stabilność- to drugi parametr, który w zasadzie jest niemierzalny. Niestety, często tanie punkty dostępowe mają tendencje do zawieszania się. Niektóre zawieszają się z powodu 15 Gast M.S., Sieci bezprzewodowe. Przewodnik encyklopedyczny, Helion Gliwice

17 przeciąŝenia, inne z powodu błędów w oprogramowaniu. Czasami problemy ze stabilnością są spowodowane błędami w eksploatacji. Generalnie, jeŝeli budujemy profesjonalną sieć bezprzewodową z duŝą liczbą klientów na jednego AP, nie powinniśmy oszczędzać na punktach dostępowych. JeŜeli tworzymy małą sieć np. domową, gdzie jest niewielkie obciąŝenie AP, to nawet tanie punkty dostępowe będą działały stabilnie. W takim przypadku stabilność nie jest krytyczna. blokowanie komunikacji pomiędzy klientami radiowymi - opcja bardzo przydatna ze względu na wydajność i bezpieczeństwo sieci bezprzewodowej. Włączenie tej blokady uniemoŝliwia bezpośrednią komunikację klientów radiowych podłączonych do punktu dostępowego. Zapobiega to przeciąŝeniu punktu dostępowego przez nielimitowaną, bezpośrednią transmisję pomiędzy komputerami klienckimi, ogranicza rozprzestrzenianie się robaków internetowych w WLAN oraz podnosi poziom bezpieczeństwa sieci. forwardowanie pakietów - opcja uzupełniająca blokowanie komunikacji między klientami radiowymi. Blokada komunikacji między klientami radiowymi jest skuteczna jedynie w obrębie jednego punktu dostępowego. JeŜeli do jednego przełącznika podłączymy kilka punktów dostępowych to klienci z jednego AP będą mogli skomunikować się z klientami z drugiego AP. Włączenie forwardowania pakietów na konkretny adres MAC (najczęściej adres bramy dostępowej lub routera) uniemoŝliwi bezpośrednią komunikację między klientami radiowymi podłączonymi do róŝnych AP. mechanizmy bezpieczeństwa - w sieciach dostępowych do Internetu mechanizmy bezpieczeństwa bardziej wykorzystuje się w celu autentyfikacji i autoryzacji uŝytkowników niŝ w celu zapewnienia poufności transmisji. Ponadto bardzo istotna jest łatwość wdroŝenia i uŝytkowania zabezpieczeń. Liczba moŝliwych zabezpieczeń jest bardzo duŝa i ich wybór uzaleŝniony jest od wielu czynników (w tym od preferencji administratora). Do najpopularniejszych zabezpieczeń naleŝy autoryzacja na podstawie adresu MAC (bardzo słabe zabezpieczenie ale teŝ bardzo łatwe we wdroŝeniu), takŝe za pomocą serwera Radius, oraz zestawianie tuneli PPPoE. Punkt dostępowy musi funkcjonalnie wspierać wybrane mechanizmy bezpieczeństwa. Nie wszystkie AP w stanie przenosić tunele PPPoE. 16 interfejs zarządzania - prawie wszystkie punkty dostępowe są obecnie zarządzane przez przeglądarkę WWW i najczęściej to wystarcza. Jednak, szczególnie w bardziej złoŝonych strukturach, przydatna jest moŝliwość zarządzania urządzeniami w trybie tekstowym lub przez specjalizowane programy. Plany budynku Budynek warsztatów Mechanizacji, w którym planowana jest sieć Wi-Fi jest jednym z kilku elementów całego kompleksu budynków warsztatowych. Odległość tego obiektu od głównego budynku szkoły wynosi 200 metrów. Jest to bardzo istotny parametr przy podejmowaniu ewentualnej decyzji o objęciu monitoringiem terenu warsztatów przez sieć Wi-Fi, gdyŝ centrum monitoringu planowane jest w budynku głównym szkoły. Wewnątrz obiektu znajdują się 3 sale lekcyjne bez dostępu do Internetu, hala maszyn, pomieszczenia biurowe oraz pracownia informatyki. W pracowni informatyki funkcjonuje sieć kablowa w oparciu o serwer SBS Sankar K., Sundaralingam S, Balinsky A., Miller D., Bezpieczeństwo bezprzewodowych sieci LAN, Warszawa

18 Rys. 8. Usytuowanie budynków na Warsztatach Mechanizacji ZSAiO w śywcu opracowanie własne Rys. 9. Schemat budynku Mechanizacji w ZSAiO w śywcu opracowanie własne 18

19 Rys. 10. Plan budynku Mechanizacji w ZSAiO w śywcu opracowanie własne Liczba uŝytkowników bezprzewodowych W przypadku projektowania sieci bezprzewodowej trzeba odpowiedzieć sobie na pytanie czy ma to być sieć ogólnodostępna jak np. w przypadku sieci w bibliotece lub urzędzie czy teŝ sieć zamknięta dla pracowników biura, urzędu, magazynu. Co za tym idzie trzeba określić spodziewaną liczbę klientów sieci. Czy będzie ściśle określona do konkretnej liczby pracowników czy trudna do zdefiniowania w przypadku sieci ogólnodostępnej. Sieć projektowana w budynku biurowym, z uŝyciem większej liczby punktów dostępowych zwykle miałaby moŝliwość obsłuŝenia większej liczby osób niŝ potrzeba dla pracowników, z tego względu, Ŝe kaŝdy z punktów dostępowych moŝe obsłuŝyć ok osób, tak więc mnoŝąc to przez liczbę wszystkich punktów otrzymujemy teoretyczną pojemność sieci. Jednak trzeba równieŝ wziąć pod uwagę, Ŝe w przypadku sieci ogólnodostępnej największe obciąŝenie będzie miał punkt dostępowy umieszczony w holu, bibliotece tam gdzie gromadzi się większa liczba osób. Wówczas moŝe okazać się, Ŝe choć do pokrycia zasięgiem wystarczyłby 1 punkt dostępowy to ze względu na wydajność naleŝy zwiększyć ich liczbę do 2-3 zgodnie z przewidywanym obciąŝeniem. Pierwszym krokiem przy planowaniu sieci jest określenie liczby uŝytkowników, których sieć będzie w stanie obsłuŝyć. Pojedynczy punkt dostępowy jest w stanie obsłuŝyć 20-30, zatem jeŝeli przykładowo maksymalną liczbę uŝytkowników, którzy jednocześnie mogą korzystać z sieci szacujemy na 70 osób, potrzebować będziemy najprawdopodobniej 3 punktów dostępowych. JeŜeli liczba ta wahać się będzie ok 40 osób to wystarczą nam dwa punktu dostępu. W przypadku, gdy maksymalna liczba uŝytkowników nie będzie przekraczać 30 osób, wystarczy zainstalować jeden AP. W sytuacji gdy w jednym pomieszczeniu pracować będzie więcej niŝ jeden punkt dostępowy, pracować one powinny na róŝnych kanałach (np. 1 i 7 gdy będą to dwa urządzenia i 1,6 oraz 11 w przypadku 3 urządzeń) Engst A., Fleishman G., Sieci bezprzewodowe. Praktyczny przewodnik, Gliwice

20 Istniejąca kablowa sieć komputerowa w budynku W budynku Mechanizacji w Zespole Szkół Agrotechnicznych i Ogólnokształcących w śywcu jest kablowa sieć komputerowa LAN. Sposób poprowadzenia okablowania przedstawiono na Rys.11. Rys. 11. Kablowa sieć komputerowa LAN w budynku Mechanizacji ZSAiO w śywcu opracowanie własne Grubość ścian i rodzaj materiału JeŜeli sieć ma działać w budynku biurowym, z duŝą liczbą ścian, z kilkoma kondygnacjami, głównym problemem jest wpływ tłumienia ścian i stropów na poziom sygnału radiowego. Z tego względu aby pokryć zasięgiem cały budynek naleŝy rozmieścić w nim kilka punktów dostępowych, tak aby w Ŝądanych miejscach był dostęp do sieci bezprzewodowej. Zgodnie z zasadą 3 ścian - 2 stropów moŝna przypuszczać, Ŝe punkty dostępowe naleŝałoby instalować na co trzecim piętrze w co piątym biurze. Oczywiście w praktyce naleŝy dokładanie sprawdzić czy w kaŝdym miejscu poziom sygnału jest zadowalający. ZaleŜy to głównie od rodzaju ścian czy są to lekkie ścianki działowe, które słabo tłumią fale radiowe czy teŝ grube mury starej kamienicy, gdzie fale radiowe bardzo mocną zostają stłumione. Ostateczny efekt zaleŝy od przeprowadzonych prób. Budynek warsztatów Mechanizacji jest parterowy, o wysokości stropu 5m. Strop wykonany jest z płyt betonowych zbrojonych stalą i pokryty jest lepikiem i papą. Ściany zewnętrzne wykonane są z cegły i mają grubość 35 cm, ścianki działowe wykonane równieŝ z cegły i mają grubość 15 cm. Zakres usług jakie będą uruchomione w projektowanej sieci Istotne jest, by tworząc taką sieć wybrać odpowiednie urządzenia. Zdecydować musimy czy dostęp do sieci poprzez punkty dostępowe będzie bez najmniejszych ograniczeń, czy teŝ osoby łączące się z siecią zewnętrzną będą miały dostęp tylko do określonych usług sieciowych (na przykład umoŝliwiamy uŝytkownikom korzystanie z usług typu WWW i e- mail, lecz blokujemy im moŝliwość korzystania z usługi FTP). JeŜeli mamy zamiar wpływać na usługi, jakie będą dostępne w naszej sieci zaleca się wykorzystanie urządzeń mających funkcje tzw. Hot-spotów, czyli publicznych punktów dostępu. Dzięki nim będziemy mieć 20

21 moŝliwość kształtowania wachlarza usług, jakie dostępne będą w budowanej przez nas sieci bezprzewodowej. JeŜeli poruszony wyŝej aspekt nie jest dla nas istotny, to moŝna wykorzystać tańsze urządzenia nie posiadające wymienionych funkcji filtracji ruchu. 2.2 Przykłady moŝliwych rozwiązań konfiguracji sieci Wi-Fi Sieć bezprzewodową moŝemy bardzo łatwo konfigurować oraz łączyć z siecią kablową. PoniŜej przedstawiamy kilka praktycznych rozwiązań, które są często stosowane w domowych sieciach WLAN oraz większych strukturach. 18 Standardowe połączenie dwóch komputerów w sieć bezprzewodową Aby połączyć dwa lub więcej komputerów w sieć wystarczy aby kaŝda ze stacji posiadała kartę bezprzewodową. Karty bezprzewodowe ustawiamy w tryb ad-hoc, następnie konfigurujemy ustawienia. Przypisujemy to samo SSID dla kaŝdej ze stacji oraz ustawiamy komputery w tej samej podsieci. Karty bezprzewodowe powinny wykryć się samoistnie. Rys. 12. Sieć bezprzewodowa w układzie "ad-hoc" opracowanie własne Dane moŝna wymieniać poprzez sieć, czyli najlepiej ustawić w komputerach tą samą grupę roboczą, wtedy uŝytkownicy będą się widzieli w otoczeniu sieciowym. Ewentualnie moŝna wpisać w adresie przeglądarki: \\nazwa_komputera. NaleŜy pamiętać, Ŝe trzeba włączyć udostępnianie plików oraz udostępnić pliki do wymiany. Połączenie komputerów w sieć bezprzewodową oraz kablową MoŜe zdarzyć nam się, Ŝe jeden z komputerów, który chcemy podłączyć do sieci bezprzewodowej nie posiada karty bezprzewodowej. W takim przypadku moŝemy go podłączyć jeŝeli jedna ze stacji posiada dwie karty sieciowe (przewodową oraz bezprzewodową). Łączymy wtedy te dwa komputery kablem krosowym. Na stacji z dwoma kartami sieciowymi udostępniamy połączenie dla karty przewodowej, konfigurujemy ustawienia TCP/IP aby były w tej samej podsieci. Pozostałe komputery łączymy tak jak w poprzednim przypadku. 18 Engst A., Fleishman G., Sieci bezprzewodowe. Praktyczny przewodnik, Gliwice

22 Rys. 13. Połączenie komputerów w sieć bezprzewodową oraz kablową opracowanie własne Komputer udostępnia Internet sieci bezprzewodowej przez kartę sieciową Gdy nie mamy urządzeń takich jak router czy Access Point moŝemy podzielić sieć oraz udostępnić Internet innym komputerom w sieci lokalnej za pomocą stacji z dwoma kartami sieciowym. Do karty przewodowej podłączamy łącze internetowe, następnie udostępniamy Internet drugiej karcie, tym razem bezprzewodowej. Później pozostaje nam połączyć resztę komputerów do stacji udostępniającej Internet przez karty bezprzewodowe. Rys. 14. Komputer udostępnia Internet sieci bezprzewodowej przez kartę sieciową opracowanie własne Sieć infrastrukturalna W sieci takiej musimy wykorzystać punkt centralny, którym będzie Access Point. W konfiguracji AP dzielimy naszą sieć lokalną, ustawiamy SSID i zabezpieczamy sieć przed ewentualnymi próbami nieautoryzowanego dostępu. Następnie w kaŝdej stacji z naszej sieci przestawiamy karty sieciowe w tryb infrastructure i podłączamy się do naszego AP za pomocą tego samego identyfikatora sieci SSID. 22

23 Rys. 15. Sieć infrastrukturalna opracowanie własne Sieć infrastrukturalna z Internetem W tym przypadku postępujemy dokładnie tak samo jak wyŝej, jednak dodatkowo musimy do Access Pointa podłączyć łącze z Internetem. Rys. 16. Sieć infrastrukturalna z Internetem opracowanie własne Połączenie sieci kablowej z siecią bezprzewodową Połączenie takiej struktury sieciowej odbywa się za pomocą Access Pointa, który jest urządzeniem łączącym sieć przewodową i bezprzewodową. 23

24 Rys. 17. Połączenie sieci kablowej z siecią bezprzewodową opracowanie własne 2.3 Urządzenia stosowane w sieciach Wi-Fi Infrastruktura sieci bezprzewodowych składa się z następujących elementów: 19 karty sieciowe najczęściej typu PCI, USB lub PCMCIA punkty dostępowe (Access Point) anteny kable, złącza, konektory, przejściówki, rozdzielacze antenowe, terminatory Karty sieciowe Wi-Fi Wszystkie urządzenia, które mają działać w naszej sieci bezprzewodowej, muszą być wyposaŝone w odpowiednie karty sieciowe WiFi. Bezprzewodowe karty sieciowe są to urządzenia, które pozwalają stacjom roboczym łączyć się z sieciami bezprzewodowymi standardu Karta sieciowa (ang. NIC - Network Interface Card) słuŝy do przekształcania pakietów danych w sygnały, które są przesyłane w sieci komputerowej. KaŜda karta NIC posiada własny, unikatowy w skali światowej adres fizyczny, znany jako adres MAC, przyporządkowany w momencie jej produkcji przez producenta, zazwyczaj umieszczony na stałe w jej pamięci ROM. Karta bezprzewodowa jest podstawowym elementem sieci radiowych i ze względu na złącza wyróŝniamy następujące cztery rodzaje: karta bezprzewodowa - złącze ISA - stosowane w starszych konfiguracjach komputerowych, gdzie kaŝdy slot PCI jest bardzo cenny karta bezprzewodowa - złącze PCI - stosowane w nowszych komputerach stacjonarnych, poniewaŝ w nowe płyty główne nie posiadają złącz ISA karta bezprzewodowa - złącze PCMCIA - stosuje się w komputerach przenośnych, gdyŝ zazwyczaj one posiadają takie gniazda karta bezprzewodowa złącze USB - stosowane w komputerach stacjonarnych jak i przenośnych. 19 Gast M.S., Sieci bezprzewodowe. Przewodnik encyklopedyczny, Helion Gliwice

25 Karty bezprzewodowe mogą pracować z róŝnymi prędkościami zaleŝnie od modelu karty. Nowoczesne notebooki i palmtopy moduł WiFi zazwyczaj mają wbudowany do środka, jednak w przypadku starszych modeli tych urządzeń oraz większości komputerów stacjonarnych konieczne jest dokupienie odpowiedniego rozszerzenia. W przpadku notebooka moŝemy zastosować albo kartę WiFi w standardzie PC CARD albo WiFi Dongle USB. Zaletą karty PC CARD jest to, Ŝe poza antenką cały moduł WiFi wsuwamy do gniazdka komputera, dzięki czemu nie ma problemu z wystającymi elementami. Dongle USB niestety zwykle wystaje z komputera, co moŝe być niewygodne. Komputer stacjonarny najwygodniej jest wyposaŝyć w kartę WiFi w standardzie PCI. Standardowo karty dostępne na polskim rynku wyposaŝone są w zewnętrzne antenki. Drugą opcją jest zastosowanie WiFi Donlga USB jak w przypadku notebooka. Punkty dostępowe (Access Point) Access Point czyli punkt dostępowy to właściwie najwaŝniejszy element sieci bezprzewodowej. To właśnie to urządzenie jest odpowiedzialne za komunikację radiową. Dobrej klasy punkt dostępowy obsługuje przynajmniej kilka róŝnych trybów pracy. Access Point (AP) łączy sieć przewodową z bezprzewodową. Dlatego AP posiadają dwa interfejsy. Pierwszy interfejs łączy AP z siecią kablową a drugi to interfejs bezprzewodowy łączący się ze sieciami radiowymi. Access Point łączy stacje robocze w sieć bezprzewodową pod warunkiem gdy te stacje są wyposaŝone w bezprzewodowe karty sieciowe (np. laptopy, palmtopy). Takiego rozwiązania uŝywa się by połączyć duŝą ilość urządzeń i uniknąć okablowania. NajwaŜniejszym zadaniem Access Pointa jest przekonwertowanie ramek sieci bezprzewodowej na ramki Ethernetu. AP mają zazwyczaj stworzony panel administracyjny w postaci strony internetowej. Anteny W sieciach bezprzewodowych do wzmacniania przesyłanego sygnału stosuje się anteny zewnętrzne. Zwiększają one zasięg sieci za pomocą skupienia sygnału radiowego i wysłaniu go w określonym kierunku. Główne parametry anten to: charakterystyka promieniowania kąt promieniowania zysk polaryzacja Zysk jest to liczba, która oznacza jak skuteczna jest antena w porównaniu z teoretyczną anteną izotopową. Wartość ta jest wyraŝona w decybelach (dbi i - litera ta powstała od nazwy anteny izotopowej). Polaryzacja natomiast jest to sposób ustawienia anten odbiorczych i nadawczych. WaŜne jest aby anteny były spolaryzowane w tej samej płaszczyźnie tzn. poziomej pionowej lub kołowej. Warto równieŝ wspomnieć, Ŝe bardzo duŝą role odgrywa ustawienie anten. NaleŜy je ustawić pod takim kontem, aby jak najlepiej widziała się z anteną odbiorczą. W sieciach radiowych stosujemy cztery rodzaje anten: kierunkowe dookolne szczelinowe paraboliczne 25

26 Anteny kierunkowe są to anteny, które wysyłają i odbierają fale radiowe w jednym określonym kierunku. W antenach tych charakterystyka promieniowania oraz zysk jest uzaleŝniony od budowy anteny. Anteny kierunkowe które posiadają większy kąt apertury mają zazwyczaj mniejszy zysk. Obejmują zasięgiem większy obszar, ale działają na mniejszą odległość. Aby połączyć dwa odległe punkty naleŝy zastosować anteny o małym kącie apertury, natomiast posiadające duŝy zysk, co pozwoli nam uzyskać dobrej jakości połączenie. Anteny te dają nam zysk około 15 db oraz działają w zakresie 15 do 30 w poziomie i pionie. Zazwyczaj anteny te są wykorzystywane przy połączeniach punkt-punkt, gdzie dwie sieci są łączone za pomocą Access Pointów pełniących role mostów oraz w sieciach punkt wielo punkt w celu podłączenie odległych userów do Access Pointa wyposaŝonego w antenę dookolną. Anteny dookolne w przeciwieństwie do anten kierunkowych wysyłają i odbierają fale radiowe nie w jednym ale we wszystkich kierunkach płaszczyzny poziomej jednakowo. W przypadku tych anten kąt apertury wynosi 360 stopni, czyli charakterystyka promieniowania jest okręgiem, w środku którego znajduje się antena. Charakterystyka promieniowania centralnie pod i nad anteną posiada dziurę, bowiem pokrycie w tych miejscach jest najgorsze. Promień okręgu charakterystyki zaleŝy proporcjonalnie od zysku anteny. Większy zysk anteny powoduje zwiększenie się promienia pokrycia. Anteny dookolne uŝywane są w sieciach, w których klienci są rozproszeni na duŝym obszarze. Anteny te mają polaryzacje pionową oraz dają zysk ok. 10 db działające w zakresie od ok. 360 stopni poziomo oraz 15 stopni w pionie. Anteny te bardzo dobrze zwiększają zasięg oraz wzmacniają prędkość transmisji punktu dostępowego. Anteny szczelinowe - działają na podobnej zasadzie co dookolne. RóŜnica polega na tym, Ŝe anteny szczelinowe posiadają mniejszy kąt pionowy, natomiast charakteryzuje je o wiele lepsza jakość łącza i większy zysk rzędu ok. 15 do 22 db. Natomiast kąt działania wynosi 2x120 stopni. Jest to antena zbudowana z płaszczyzny przewodzącej w której jest wycięta szczelina. Anteny paraboliczne - nie pokrywają duŝego obszaru, jednak skupiają one wiązkę fal radiowych. Anteny paraboliczne posiadają mały kąt apertury. Dzięki takiej charakterystyce anteny te mają największy zysk i kierunkowość ze wszystkich rodzajów anten. Ich zastosowanie to głównie połączenia punkt-punkt na dalekie odległości. Anteny paraboliczne są odmianą anten kierunkowych, ale współpracują z talerzem oraz dają zysk od 20 do 30 db w zaleŝności od promienia talerza. Kąt promieniowania do 10 stopni. Kable i złączki Kabel koncentryczny (ang. coaxial cable) nazywany równieŝ koncentrykiem jest zbudowany z przewodu miedzianego tzw. przewodnika wewnętrznego, który jest osłonięty materiałem izolacyjnym. Dielektryk czyli izolator równieŝ jest otoczony przewodnikiem miedzianym w postaci siatki i nazywa się go przewodnikiem zewnętrznym (ekranem, oplotem), który równieŝ jest otoczony osłoną ochronną z polichlorku winylu (PCW) lub teflonu. Koncentryk często jest stosowany jako medium transmisyjne w sieci Ethernet szczególnie dla urządzeń radiowych takich jak anteny radiowe. Zazwyczaj spotyka się koncentryki o dwóch impedancjach 50Ω i 75Ω. Numery w opisie kabla mówią nam jakie dany kabel posiada własności fizyczne i elektryczne. Zalety kabli koncentrycznych: obsługują komunikację w duŝej szerokości pasma był pierwszym nośnikiem sieci Ethernet. 26

27 Wady kabli koncentrycznych: kable te są słabą i wraŝliwą strukturą, nie mogą być zginane, łamane ani zgniatane, poniewaŝ po poddaniu ich takim uszkodzeniom wykazują gorsze parametry transmisji sygnału duŝe rozmiary, są droŝsze niŝ skrętka, Złącza i końcówki stosowane w sieciach Wi-Fi przy łączeniu kablem koncentrycznym: złącza typu TNC - jest gwintowaną odmianą złącza BNC i dobrze działa w wyŝszych częstotliwości 12GHz. W końcówkach TNC dzięki gwintowanej budowie zapobiega przeciekaniu sygnału złącza typu N (neill) - jest wykorzystywane w antenach 2,4 GHz. Końcówki te stosuje się najczęściej przy połączeniach zewnętrznych, poniewaŝ mają odpowiednie zabezpieczenia przed wodą. Zakłada się je na grubsze przewody i dlatego są duŝo większe niŝ końcówki TNC. Złączki N dobrze pracują z częstotliwościami do 10 GHz, najczęściej uŝywa się je w urządzeniach b złącza typu RP-TNC - stosowane głównie w Access Pointach złącza typu RP-SMA - stosowane głównie w kartach bezprzewodowych złącza typu MC - złącza te stosuje się w kartach bezprzewodowych PCMCIA. Przed przystąpieniem do budowy sieci naleŝy sprawdzić, w jaki sposób łącze jest doprowadzone do budynku.w przypadku łącz typu ADSL takich, jak: Neostrada TP, Net24 czy Dialnet DSL musimy kupić modem ADSL z portem Ethernet lub router ze zintegrowanym modemem ADSL. Modemy dostarczane przez operatorów w zestawach instalacyjnych za złotówkę" są przewaŝnie prostymi modemami USB i nie nadają się do podłączenia do routera. W przypadku Internetu dostarczanego przez operatorów telewizji kablowej (np. Aster, UPC) standardowy modem dostarczony przez operatora jest wyposaŝony w interface Ethernet, co pozwala podłączyć go bezpośrednio do portu WAN naszego routera. Internetowe sieci osiedlowe zazwyczaj tworzą w budynkach wewnętrzne przewodowe lub bezprzewodowe sieci LAN i podłączają klientów bezpośrednio po Ethernecie. Wówczas niepotrzebny jest nam Ŝaden modem wystarczy podłączyć kabel do portu WAN routera. 27

28 3. WYBÓR ROZWIĄZANIA 3.1 Technologia i sprzęt Do utworzenia sieci Wi-Fi na warsztatach Mechanizacji w Zespole Szkół Agrotechnicznych i Ogólnokształcących w śywcu wybrano punkt dostępowy sieci bezprzewodowej działający w standardzie n. Jest to WAP4400N-EU Access Point draft n wyprodukowany przez firmę Linksys. Pozwala on 4-krotnie zwiększyć zasięg sieci i aŝ 12-krotnie prędkość transferu danych w porównaniu z siecią B lub G. Technologia MIMO uŝywa wielu nadajników do stworzenia silnego sygnału przesyłanego na większą odległość i redukującego liczbę martwych miejsc. Funkcjonalność Power over Ethernet (PoE) umoŝliwia podłączenie urządzenia w dowolnym miejscu, bez konieczności doprowadzenia zasilania. Obsługa WMM zapewnia lepszą jakość usług QoS w połączeniach bezprzewodowych w celu uzyskania wyŝszej wydajności przesyłania wideo i głosu. Linksys WAP4400N to rozwiązanie biznesowe z funkcją Security Monitor, wyposaŝone w zaawansowane algorytmy bezpieczeństwa. UŜycie punktu dostępowego razem z kartą sieciową Linksys WPC4400N pozwala na detekcję nowych AP oraz nowych klientów, uŝytkownik jest informowany o pojawieniu się dotychczas niewidzianych urządzeń. Security Monitor tworzy statystyki bezpieczeństwa na podstawie, których uŝytkownik moŝe sprawdzić aktywność "obcych" punktów dostępowych, klientów oraz kanałów Wi-Fi w Ŝądanym czasie. Rys. 18. LINKSYS (WAP4400N-EU) Access Point n + PoE źródło: (ftp://fen.pl/instrukcje/linksys/) 28

29 Tabela 2. Charakterystyka Access Point n Producent WAP4400N-EU: Linksys Zgodny z n (draft) i kompatybilny z B/G/SpeedBooster/SRX Technologia MIMO (Multiple Input Multiple Output) Antena: 3 zintegrowane anteny zewnętrzne dookólne o zysku 3.14dBi Moc wyjściowa radia: 19 dbm Ilość gniazd kablowych RJ45: 1 Port LAN: 1x10/100BaseTX (RJ45) Standard radiowy: 300 Mbps n Standard przewodowy: 802.3u 10/100 Mbps Fast Ethernet Pasmo: 2,4 Tryb pracy: AP Funkcje: QoS (4 poziomy priorytetyzacji), wsparcie dla Wireless-QoS (WMM), load balancing, funkcja detekcji nowych AP i nowych klientów (przy uŝyciu karty WPC4400N). Zarządzanie: Przeglądarka SNMP v.1, 2c, 3 Zabezpieczenia: Szyfrowanie WEP 64/128-bit, WPA-PSK, WPA2-PSK, WPA-ENT, WPA2-ENT. Tablica dostępu / odmowy dostępu definiowana po adresach MAC kart klienckich. Rozgłaszanie SSID: włącz/wyłącz. Zasilanie: Zewnetrzne DC 12V 1A, lub PoE zgodne z IEEE802.3af Wymiary: 198 x 131 x 198mm MoŜliwość aktualizacji firmware'u przez www Obsługa 13 kanałów Opis: Punkt dostępowy sieci bezprzewodowej działający w standardzie n. Pozwala 4-krotnie zwiększyć zasięg sieci i aŝ 12-krotnie prędkość transferu danych w porównaniu z siecią B lub G. Technologia MIMO uŝywa wielu nadajników do stworzenia silnego sygnału przesyłanego na większą odległość i redukującego liczbę martwych miejsc. Funkcjonalność Power over Ethernet (PoE) umoŝliwia podłączenie urządzenia w dowolnym miejscu, bez konieczności doprowadzenia zasilania. Obsługa WMM zapewnia lepszą jakość usług QoS w połączeniach bezprzewodowych w celu uzyskania wyŝszej wydajności przesyłania wideo i głosu. Minimalne wymagania systemowe: Karta sieciowa b/g/n z zainstalowanym na komputerze protokołem TCP/IP, switch/router z PoE, przeglądarka internetowa. Dostępne szybkości transmisji: 300 Mb/s, 54 Mb/s, 48 Mb/s, 36 Mb/s, 24 Mb/s, 18 Mb/s, 12 Mb/s, 11 Mb/s, 9 Mb/s, 6 Mb/s, 5,5 Mb/s, 2 Mb/s, 1 Mb/s. 29

30 Rys. 19. LINKSYS (WAP4400N-EU) Access Point n + PoE - widok źródło: (ftp://fen.pl/instrukcje/linksys/) W zestawie znajduje się równieŝ: zasilacz sieciowy, podstawka, kabel Ethernet, płyta CD z instrukcją obsługi i kartą rejestracyjną. Rys. 20. LINKSYS (WAP4400N-EU) Access Point n + PoE - zestaw źródło: (ftp://fen.pl/instrukcje/linksys/) Wybrana do realizacji na warsztatach Mechanizacji technologia Wireless-N ma za zadanie przyspieszyć pracę z wieloma aplikacjami przy jednoczesnym zwiększeniu zasięgu sieci. UŜytkownik będzie mógł udostępnić w sieci dane, zdjęcia, pliki muzyczne 30

31 równocześnie grając w ulubioną grę sieciową. W tym samym czasie, w dowolnym miejscu budynku moŝliwe będzie: surfowanie po Internecie - czytanie nowości, robienie zakupów online telefonia IP słuchanie muzyki i jej archiwizacja udostępnianie albumów ze zdjęciami gry i zabawy w sieci monitorowanie domu/biura filmy high definition i streaming video... Rys. 21. MoŜliwości technologii Wireless-N źródło: (ftp://fen.pl/instrukcje/linksys/) Technologia Wireless-N (draft n), która została zastosowana do budowy sieci Wi-Fi na Mechanizacji, oferuje maksymalne zwiększenie prędkości tranferu danych w sieci bezprzewodowej z jednoczesnym wzrostem zasięgu jej oddziaływania. Podobnie jak w przypadku rozwiązań SRX i SRX400, produkty bazują na technologii MIMO, uŝywają kilku nadajników i odbiorników fal radiowych. Takie rozwiązanie pozwala pokryć zasięgiem zdecydowanie większy obszar terenu niŝ mogą to zrobić urządzenia B czy G. Producent podaje, Ŝe produkty draft-n 12-krotnie podnoszą prędkość trasmisji danych i aŝ 4-krotnie jej zasięg. Dzięki zastosowaniu inteligentnych anten, uŝytkownik ma pewność, Ŝe zasięg sieci dotrze w najbardziej odległe miejsca, których nie jest w stanie pokryć tradycyjna sieć WLAN. Główne wyróŝniki technologii draft n to m.in.: wykorzystanie 2 kanałów 20MHz symultanicznie - zwiększenie przepływności transmisji danych, automatyczne dobieranie najlepszego kanału w zaleŝności od zajętości pasma, inteligentne anteny- połączenie mocy i odbitych sygnałów w jednym strumieniu danych dla maksymalnego zasięgu, pełna kompatybilność z klientami B, G, SpeedBooster i SRX, bezpieczeństwo WEP, WPA, WPA2, likwidacja dead spots oraz kilkunastokrotne zwiększenie prędkości transmisji danych. 31

32 Urządzenia serii 4400 mogą być zastosowane nie tylko w domkach jednorodzinnych, ale równieŝ w miejscach uŝyteczności publicznej, hot spotach czy biurach. Routery draft-n posiadają moŝliwość równoczesnej pracy i automatycznego dostrajania do klientów B, G lub draft-n. Daje to duŝe oszczędności w przypadku, gdy uŝytkownicy posiadają juŝ bezprzewodowe karty sieciowe. Standard n został zatwierdzony w 2007 roku. Produkty, które oferuje Linksys jako seria 4400 są zgodne z ustalonym przez IEEE w styczniu 2006 roku draftem normy n. 3.2 Określenie liczby i połoŝenia punktów dostępowych Gdy do zaprojektowania mamy sieć w duŝej hali czy magazynie wyzwaniem będzie zapewnienie zasięgu na całej powierzchni hali. Utrudnieniem mogą być dodatkowo duŝe maszyny lub rzędy regałów magazynowych. W takich miejscach zwykle nie ma duŝego obciąŝenia sieci, moŝe to być jeden lub kilku pracowników ze sprzętem ewidencjonującym magazyn lub bezprzewodowymi urządzeniami pomiarowymi. Jeśli w hali nie ma duŝych przeszkód moŝna zainstalować na jej środku antenę dookólną np. MA-WO24-8X (A72112). Nie powinna być ona zamocowana jednak zbyt wysoko, ze względu na kąt połowy mocy w pionie wynoszący 25 stopni. DuŜe maszyny czy regały mogą spowodować, Ŝe nie będzie moŝliwe zapewnienie zasięgu na całej powierzchni hali. NaleŜy wówczas wyznaczyć miejsca, gdzie powinien być zasięg sieci i tam umiejscowić punkty dostępowe. Nie ma sensu stosowania wymyślnych konstrukcji antenowych, w przypadku gdy alternatywnie moŝna pokryć teren za pomocą np. kilku punktów dostępowych. Ze względu to, Ŝe punkty dostępowe cały czas tanieją, takie rozwiązanie moŝe być zupełnie niedrogie, a przy okazji w prostszy sposób moŝna zrealizować zadanie. Stosowanie drogich anten, rozgałęźników antenowych to tylko ostateczność. JeŜeli w hali nie ma odpowiedniej infrastruktury sieciowej moŝna wykorzystać tryb WDS do połączenia poszczególnych punktów dostępowych ze sobą. Rys. 22.Usytuowanie AP na hali mechanizacji opracowanie własne Gdy rozwaŝamy instalowanie sieci bezprzewodowej w pomieszczeniach takich jak sale lekcyjne uwagę powinniśmy zwrócić na co innego. Sale wykładowe czy teŝ lekcyjne charakteryzują się tym, iŝ nie występują w nich przeszkody mające duŝy wpływ na tłumienie 32

33 sygnału jak to miało miejsce w przypadku regałów w magazynach. Projektując sieć bezprzewodową w szkołach duŝe znaczenie ma pojemność sieci. W miejscach takich gromadzi się zazwyczaj duŝa liczba osób i to wydajność sieci jest głównym priorytetem przy jej budowaniu. Kolejnym krokiem, który naleŝy podjąć przy budowie sieci jest rozmieszczenie nadajników. WaŜne jest, by urządzenia te były zabezpieczone przed łatwym dostępem osób postronnych. Dobrym rozwiązaniem jest umieszczenie punktów dostępu na duŝej wysokości na przykład pod sufitem. Pozwoli to ustrzec sprzęt od niepowołanego dostępu i zapewni dobre pokrycie pomieszczenia przez fale radiowe. Najczęściej sieć taka jest połączona ze światem zewnętrznym, zatem przy planowaniu rozmieszczenia urządzeń uwzględnić trzeba teŝ aspekt doprowadzenia do nich przewodów łączących ich z systemem dystrybucji, a finalnie na przykład z siecią Internet. 1 AP 1 AP 2 AP 3 AP Rys. 23. Sposób rozmieszczenia punktów dostępu w zaleŝności od ich liczby opracowanie własne 3.3 Konfiguracja sieci Wi-Fi Bezprzewodowa sieć na warsztatach Mechanizacji w Zespole Szkół Agrotechnicznych i Ogólnokształcących w śywcu została wykonana w oparciu o istniejącą sieć kablową z dostępem do Internetu. Połączenie sprzętu wykonano wg. poniŝszego schematu. 33

34 Rys. 24. Konfiguracja sieci Wi-Fi na warsztatach Mechanizacji w ZSAiO w śywcu opracowanie własne Rys. 25. Schemat sieci kablowej LAN na Mechanizacji opracowanie własne 34

35 Podłączenie punktu dostępowego: Diody (LEDs) informujące o aktywności Access Pointa znajdują się na panelu przednim: Power (Green) zasilanie PoE (Green) połączenie kablem z Internetem (switch) WRELESS (Green) wysyłanie lub pobieranie danych z sieci Wi-Fi przez AP ETHERNET (Green) - wysyłanie lub pobieranie danych z Internetu przez AP. Rys. 26. Diody (LEDs) informujące o aktywności Access Pointa źródło: (ftp://fen.pl/instrukcje/linksys/) Rys. 27. Podłączenie do AP Internetu i zasilania źródło: (ftp://fen.pl/instrukcje/linksys/) Konfiguracja Access Point Jak naleŝy się połączyć z AP, aby moŝna było go skonfigurować: podłączyć komputer do tej samej sieci co AP skonfigurować statycznie adres IP komputera na taki, który będzie w tej samej podsieci co AP (domyślny adres AP to ), czyli: adres IP komputera: maska podsieci: brama:

36 Rys. 28. Połączenie z AP śeby uzyskać dostęp do konfiguracji: w przeglądarce przejść na adres IP AP'a (domyślny: ) podać login i hasło (domyślne: admin/admin) Rys. 29. Login i hasło Konfiguracja podstawowa: domyślnie statyczny adres IP AP'a ( ) maska podsieci: jako brama i serwer DNS adresy IP routera ( ) 36

37 Rys. 30. Konfiguracja podstawowa Konfiguracja sieci bezprzewodowej: identyfikator sieci: zsaiowifi tryb pracy: B,G,N mieszany (domyślnie) kanał: 11 (domyślnie) rozgłaszanie identyfikatora sieci: włączone (domyślnie) Rys. 31. Konfiguracja sieci Wi-Fi Konfiguracja szyfrowania: wyłączone sieć bez szyfrowania (domyślnie) 37

38 Rys. 32. Konfiguracja szyfrowania Kontrola połączeń na podstawie adresów fizycznych (MAC): wyłączona Rys. 33. Kontrola połączeń na podstawie adresów fizycznych (MAC) Dodatkowe ustawienia AP: zmiana hasła dostępu, włączenie dostępu do konfiguracji AP za pomocą protokołu HTTPS (szyfrowanego), włączenie dostępu do konfiguracji AP za pomocą sieci bezprzewodowej (domyślnie wyłączone) 38

39 Rys. 34. Dodatkowe ustawienia AP 3.4 Testy - pomiary zasięgu Wybór lokalizacji punktów dostępowych i komputerów oraz pozycjonowanie anten moŝe mieć olbrzymi wpływ na faktyczną szybkość sieci. W przypadku Wi-Fi informacje o połączeniu moŝna zdobyć klikając w ikonę w obszarze powiadomień. Rys. 35. Stan połączenia bezprzewodowego opracowanie własne To narzędzie ma jednak zasadniczą wadę: jest bardzo niedokładne. Wskaźnik szybkości nie podaje Ŝadnych wyników pomiarów, a jedynie maksymalną teoretyczną szybkość połączenia, opartą na parametrach sprzętu. 39

40 Do testowania wybrane zostało oprogramowanie Qcheck, które jest częścią zestawu Chariot firmy NetIQ Corporation testującego osiągi sprzętu i aplikacji w sieci. Jest to program darmowy ( 20 Narzędzie to przeprowadza szereg testów, w tym pomiar przepustowości i czasu odpowiedzi. Daje dość dokładne wartości chwilowe rzeczywistych osiągów sieci. W trakcie testów uruchamiałem pięć razy kaŝdy test i dla porównania obliczałem średnią wartość z uzyskiwanych pojedynczych wyników: Czas odpowiedzi TCP - TPC Response Time (ms) Ten test mierzy minimalną, maksymalną i średnią wartość czasu potrzebnego do zakończenia transakcji TCP. Zastosowano następujące ustawienia dla tego testu: 10 powtórzeń 100-bajtowej informacji. Jest to wersja narzędzia ping. Przy jego pomocy moŝna zmierzyć opóźnienie łącza. Przepływność TCP - TPC Throughput (Mbps) Ten test mierzy ilość danych jaką z sukcesem przesłano pomiędzy dwoma węzłami w ciągu sekundy, wykorzystując protokół TCP. Program wykorzystał 1 Mb danych i mierzył czas przesyłania z sukcesem pakietów. Test ten mierzy przepustowość komunikacji. Sposób działania programu polega na wysyłaniu danych z jednego komputera PC w sieci do drugiego. Dane te są następnie odsyłane z powrotem. Qcheck mierzy czas podróŝy w obie strony, oblicza przepustowość i wyświetla wyniki. Rys. 36. Konsola narzędzia Qcheck opracowanie własne Program Qcheck został zainstalowany na obu komputerach testowych, tzn. na komputerze stacjonarnym w biurze oraz na laptopie. Narzędzie Qcheck mierzy osiągi połączenia między nimi. Charakterystyki obu systemów testowych przedstawia w tabeli R. Flickenger, R. Weeks, 100 Sposobów na sieci bezprzewodowe, Gliwice 2007, s

41 Tabela 3. Parametry systemów testowych Komputer stacjonarny Model AMD Athlon Barton Procesor AMD Athlon XP, 1833 MHz (11 x 167) Pamięć 512 MB KINGSTON (PC2700 DDR SDRAM) Dysk twardy WDC WD800JB-00JJC0 (80 GB, IDE) Karta graficzna ATI Radeon MB 128 BIT Płyta główna Gigabyte GA-7VASFS Karty sieciowe Realtek RTL8139/810x Family Fast Ethernet NIC Karta dźwiękowa VIA AC'97 Enhanced Audio Controller Komputer przenośny (laptop) Model Procesor Pamięć Dysk twardy Karta graficzna Płyta główna Karty sieciowe Karta dźwiękowa Asus A4512 Intel Celeron D 340 CPU 2,93GHz (22x133) 512 MB DDR SDRAM IC25N060ATMR04-0 (60 GB, 4200 RPM, Ultra-ATA/100) Generic USB Flash Disk USB device (494 MB, USB) SiS M661MX Asus A4000L Series Notebook 133 MHz(QDR) ASUS USB Wireless Network Adapter SiS 900 PCI Fast Ethernet Adapter SiS 7012 Audio Device Niezbędna jest znajomość adresów IP testowanych komputerów. Dla PC z uruchomioną konsolą wystarczy podać localhost. Aby poznać adres IP drugiego komputera moŝna w nim kliknąć ikonę Moje miejsce sieciowe, dwukrotnie kliknąć połączenie sieciowe (moŝe mieć np. nazwę Połączenie sieci lokalnej), a następnie wybrać zakładkę Obsługa. Pojawi się adres IP. Rys. 37. Adres IP opracowanie własne 41

42 3.5 Wyniki testów Podczas pomiarów szybkości sieci w poszczególnych pomieszczeniach na warsztatach Mechanizacji w oknie klienta Windows XP była pokazywana przepustowość 54,0 Mb/s, jedynie w pokoju nauczycielskim wynosiła ona 48,0 Mb/s (wykres 1). W rzeczywistości obciąŝenie dodatkowe wprowadzone przez protokół wynosi ponad połowę dostępnego pasma sieci Wi-Fi, nawet gdy urządzenia znajdują się tuŝ obok siebie. Uzyskany wynik rzędu 54,0 Mb/s jest więc szczytem osiągów sieci g. MoŜna się spodziewać, Ŝe rzeczywista przepustowość tej sieci będzie wynosić około 22 Mb/s. Podczas tych samych pomiarów panel karty bezprzewodowej ASUS WLAN wskazywał znacznie niŝsze wartości siły sygnału i jakości połączenia w poszczególnych pomieszczeniach. Jedynie w biurze siła sygnału dochodziła do 99,0 %, a jakość połączenia wynosiła 80,0 % (wykres 2). Wykres 1. Przepustowość wskazywana w oknie klienta Windows XP Przepustowość okno klienta Windows XP (Mb/s) Przepustowość okno klienta Windows XP Sala lekcyjna 3 54 Sala lekcyjna 2 54 Sala lekcyjna 1 54 Hala Mechanizacji 54 Informatyka 54 Pokój nauczycielski 48 Biuro Mb/s Wykres 2. Siła sygnału i jakość połączenia (%) ASUS WLAN Card Settings Connection Siła sygnału % Jakość połączenia % sala lekcyjna sala lekcyjna 2 sala lekcyjna 1 hala mechanizacji informatyka pokój nauczycielski biuro % 42

43 Znacznie dokładniejszym narzędziem pomiarowym jest Qcheck. Po wybraniu komputerów do przetestowania naleŝy wybrać odpowiedni test. Najlepszym ogólnym pomiarem jest Throughput (przepustowość) z uŝyciem protokołu TCP. Średnie wyniki pomiaru czasu odpowiedzi (bez szyfrowania) przedstawiono na wykresie 3: Wykres 3. TPC Response Time (ms) - No WEP TPC Response Time - No WEP Minimum Average Maximum sala lekcyjna sala lekcyjna sala lekcyjna hala mechanizacji informatyka pokój nauczycielski biuro Wired Lan Time in Miliseconds (ms) Nie jest zaskoczeniem, Ŝe czas odpowiedzi dla protokołu TCP jest duŝo mniejszy w sieci przewodowej. MoŜna to być przypisywane uproszczeniu łącza - brak modulacji DSSS, brak WEP, brak IEEE , brak interferencji, itd. Średnie wyniki pomiaru przepustowości (bez szyfrowania) przedstawiono na wykresie 4: Wykres 4. TPC Throughput (Mbps) - No WEP TCP Throughput - No WEP TCP Throughput - No WEP sala lekcyjna 3 sala lekcyjna 2 sala lekcyjna 1 hala mechanizacji informatyka pokój nauczycielski biuro 18,48 16,23 19,80 21,16 19,90 18,87 21,22 Wired Lan 94, Transfer Rate in Mbps 43

44 Rezultaty uzyskane w teście szybkości TCP spadły niewiele poniŝej oczekiwań (22 Mb/s). Firma twierdzi, Ŝe karty mogą osiągnąć i utrzymać prędkość 54 Mbps, ale wykresy pokazują, Ŝe wydajność kart jest niŝsza, nawet bez kar za szyfrowanie (No WEP). 3.6 Wybór metody zabezpieczenia sieci Wi-Fi JeŜeli projektujemy sieć zamkniętą, tylko dla pracowników, naleŝy zwrócić uwagę na odpowiednie metody bezpieczeństwa, dobierając takie punkty dostępowe i karty, które współpracują przynajmniej ze standardem WPA lub jeszcze lepiej mają moŝliwość uaktualnienia do standardu i. W przypadku sieci otwartej zwrócić naleŝy uwagę na sprzęt dedykowany dla hot-spotów, pozwala on m.in. na łatwą konfiguracją klientów, umoŝliwia rozliczanie połączeń w przypadku ich taryfikacji, a firewall zapewnia ochronę przed atakami z sieci, izoluje poszczególnych klientów bezprzewodowych itp. PoniewaŜ ogólnodostępne narzędzia pozwalają włamać się do sieci bezprzewodowej tak samo jak do kaŝdej innej sieci LAN, dlatego bardzo waŝną kwestią jest jej bezpieczeństwo. 21 WEP - Wired Eąuivalent Privacy Jest to protokół bezpieczeństwa opracowany dla bezprzewodowych sieci LAN, wchodzący w skład standardu 802.l1b. Protokół ten został tak zaprojektowany, aby zapewnić sieciom WLAN taki sam poziom bezpieczeństwa, jaki jest stosowany w tradycyjnych sieciach LAN. Jednak sieci LAN są z natury chronione lepiej, poniewaŝ są sieciami kablowymi i aby się do nich dostać, trzeba sforsować ich strukturę fizyczną lub podłączyć się do nich. Sieci WLAN natomiast wykorzystują fale radiowe. WEP zapewnia bezpieczeństwo poprzez szyfrowanie danych przesyłanych drogą radiową. Nie zapewnia on jednak stuprocentowego bezpieczeństwa. WEP operuje w dwóch najniŝszych warstwach modelu OSI (warstwa fizyczna i warstwa łącza danych), dlatego nie jest w stanie zapewnić bezpieczeństwa end-toend. Protokół WEP posiada wiele słabych punktów, m. in.: słabe szyfrowanie: Grupa robocza ograniczyła długość klucza WEP do 40 bitów. Pozwala to na ograniczony poziom szyfrowania; zabezpieczenie moŝna łatwo złamać. Haker uŝywający statystycznych narzędzi analizy moŝe przechwycić klucz WEP z bezprzewodowej sieci LAN w czasie krótszym niŝ 24 godz. statyczne klucze: Klucze WEP są stosowane w kartach instalowanych w komputerach i w punktach dostępu w tej samej bezprzewodowej sieci LAN i nie są zmieniane automatycznie zgodnie z wcześniej ustalonymi zasadami. Co gorsza, standard WEP nie dopracował się metody dystrybucji kluczy. Gdy klucze zostaną skonfigurowane dla kaŝdego uŝytkownika, bardzo trudno jest je zmienić. Administratorzy bardzo niechętnie modyfikują klucze WEP, poniewaŝ to pociąga za sobą konieczność dokonania zmian u końcowego uŝytkownika. Tak więc aktualna wersja standardu WEP nie chroni efektywnie danych. Większość aplikacji wymaga silniejszego, dynamicznego szyfrowania i mechanizmu uwierzytelniania. 21 Fleck B., Potter B., Bezpieczeństwo, Helion Gliwice

45 EAP - Extensible Authentication Protocol Jest to protokół, wspierający wiele metod uwierzytelniania, takich jak np. Kerberos, Token Ring, certyfikaty czy tzw. inteligentne karty (smart card). W sieciach bezprzewodowych wykorzystujących protokół EAP - uŝytkownik łączy się z punktem dostępu, który chcąc potwierdzić toŝsamość uŝytkownika transmituje odpowiednie informacje do serwera uwierzytelniania, takiego jak RADIUS. Standard IEEE 802. IX Standard ten jest wspierany przez większość producentów punktów dostępowych. Zawiera on mechanizm dystrybucji i potwierdzania toŝsamości. IEEE 802.IX, potrafi dynamicznie alokować klucze szyfrowania. Głównym elementem standardu jest protokół EAP. Wymiana informacji pomiędzy dwiema stronami odbywa się z wykorzystaniem serwera uwierzytelniania. Filtrowanie adresów MAC Urządzenia sieciowe typu router czy Access Point w swoim menu konfiguracyjnym oferują filtrowanie adresów MAC kart sieciowych (jeśli jest to router ze switchem moŝe oferować równieŝ filtrowanie MAC klasycznych - przewodowych kart sieciowych). KaŜda karta sieciowa posiada zaimplementowany unikalny ciąg znaków (składnia ciągu jest charakterystyczna dla kaŝdego producenta sprzętu sieciowego) tworzących tzw. adres MAC karty sieciowej (w komputerach z systemem Windows moŝna to sprawdzić wpisując w wierszu poleceń: winipcfg lub ipconfig /all). Podczas włączania się do sieci bezprzewodowej kaŝde urządzenie powinno odnotować ten fakt w tablicy adresów MAC. Dzięki temu łatwo moŝemy określić, jakie i ile kart jest w danej chwili podpiętych do naszej sieci. Filtrowanie adresów MAC kart sieciowych powoduje, Ŝe dostęp do naszej sieci bezprzewodowej mają tylko te karty, które zostały umieszczone w tablicy filtrów (tablica filtrów to zestaw wpisanych przez nas adresów MAC kart sieciowych). Niestety ta metoda zabezpieczeń w połączeniu z szyfrowaniem WEP nie jest do końca odpowiednim zabezpieczeniem. W sieci Internet istnieje wiele narzędzi (równieŝ dla systemu Windows, które umoŝliwiają zmianę adresu MAC karty sieciowej, dzięki temu intruz chcący korzystać z naszej sieci mając filtrowany adres MAC jednej z kart moŝe łatwo uzyskać dostęp do sieci. SSID nazwa sieci Sieć identyfikuje się wysyłając nagłówek SSID, czyli nazwę naszej sieci. Dzięki SSID wiadomo z jakiej sieci korzystamy. Włamywacz - intruz równieŝ wie, co to za sieć. Najczęściej domyślna nazwa sieci stosowana przez producentów sprzętu (np. Linksys stosuje domyślne SSID: linksys, a D-Link: default) pozostaje nie zmieniona przez uŝytkownika, co daje intruzowi dodatkowe informacje o naszej sieci (a konkretniej o rodzaju uŝywanego sprzętu). Jednak SSID moŝna łatwo wyłączyć w panelu konfiguracji urządzenia sieciowego. Takie działanie zabezpieczy naszą sieć w ten sposób, Ŝe podczas skanowania eteru intruz nie będzie znał nazwy naszej sieci. Co moŝe opóźnić jego działanie lub wręcz zniechęcić do dalszego poszukiwania luk. Dodatkowe zabezpieczenia sieci bezprzewodowej Urządzenia dostępowe typu router czy Access Point standardowo posiadają włączony, o ile istnieje, serwer DHCP oraz konfiguracje IP klasy x.x lub 10.0.x.x. Jeśli nasza sieć bezprzewodowa składa się z kilku komputerów, moŝemy pozostawić włączony serwer DHCP. Jednak w przypadku sieci liczącej kilkadziesiąt komputerów naleŝy wyłączyć DHCP oraz zmienić domyślne ustawienia IP naszej sieci. Stanowi to jednak dodatkowy problem z dołączaniem kolejnego klienta (np. znajomego z notebookiem czy palmtopem), lecz sprawia, Ŝe intruzowi trudniej zidentyfikować konfigurację naszej sieci. 45

46 Standard WPA (Wi-Fi Protected Access), będzie oferował mechanizm uwierzytelnienia EAP, standardowy WEP, ale z regularną zmianą kluczy przez protokół TKIP (Temporary Key Integrity Protocol) oraz ochronę integralności za pomocą algorytmu Michael Integrity Check. Jednak jak się okazuje standard WPA nie jest w pełni kompatybilny ze wszystkimi urządzeniami. Oczywiście oprócz zabezpieczenia sieci bezprzewodowej naleŝy zabezpieczyć nasze łącze i systemy operacyjne przez ustawienie (instalację) firewalla, instalacji oprogramowania antywirusowego czy teŝ wykrywającego spyware. Zalecenia dotyczące bezpieczeństwa sieci bezprzewodowych: stosować trudne do zgadnięcia hasła szyfrowania WEP(hasła minimum 15- znakowe) stosować skomplikowane nazwy identyfikatora SSID. Jeśli urządzenie i konfiguracja sieci na to pozwala, wyłączyć całkowicie rozgłaszanie identyfikatora (nagłówka) SSID jeŝeli nie moŝna stosować najsilniejszego 128-bitowego szyfrowanie WEP, to wykorzystywać niŝsze 64-bitowe jeśli nie filtrowane są adresy MAC, to naleŝy kontrolować, czy przypadkiem nie pojawiły się nowe adresy MAC w konfiguracji sieci jeśli w sieci przesyłane są tajne dane to oprócz WEP stosować naleŝy VPN z protokołem IPsec zapisać na dysku (o ile router czy Access Point na to pozwala) konfigurację routera czy Access Pointa. W przypadku awarii lub resetu urządzenia łatwo moŝna przywrócić jego ustawienia. Podsumowując nasuwa się jeden wniosek: naleŝy włączyć wszelkie dostępne zabezpieczenia swojej sieci bezprzewodowej oraz uŝywać odpowiednich narzędzi antywirusowych i ścian ogniowych. NaleŜy przy tym mieć świadomość, Ŝe ciągle naleŝy kontrolować funkcjonowanie sieci. Dzięki temu moŝna uniknąć kłopotów lub teŝ zmniejszyć do minimum ryzyko włamania do sieci bezprzewodowej. 46

47 4. TECHNOLOGIA WI-FI W DYDAKTYCE 4.1 Zwiększenie elastyczności wykorzystania sal lekcyjnych Sieć Wi-Fi daje moŝliwość rozwiązania największego problemu polskiej oświaty. Dotychczas uczeń miał moŝliwość pracy na komputerze w szkole prawie wyłącznie na lekcjach informatyki. Jednak bardzo często na lekcjach informatyki przy komputerze siedzi nie jedno, lecz dwoje, czy troje dzieci. Budowa kolejnych pracowni informatycznych w szkole w oparciu o sieć kablową jest bardzo kosztowna, a ponadto wiąŝe się zawsze ze zmniejszeniem liczby innych klasopracowni przedmiotowych. W miarę zwiększania się liczby pracowni informatycznych w szkole pogłębia się deficyt zwykłych sal lekcyjnych. Jak wykazała niniejsza praca, budowa sieci Wi-Fi nie jest przedsięwzięciem kosztownym, ani teŝ skomplikowanym, czy długotrwałym. Wręcz odwrotnie! Tanio, w prosty sposób i szybko moŝna stworzyć moŝliwość, by w kaŝdej klasie kaŝdy uczeń i nauczyciel mógł pracować samodzielnie na komputerze i korzystać przy tym z pełnego dostępu do Internetu. Oczywiście pod warunkiem, Ŝe nauczyciel i uczniowie będą posiadali laptopy wyposaŝone w karty bezprzewodowe. W kaŝdej z sal lekcyjnych będzie moŝna przeprowadzić zajęcia z informatyki, czy technologii informacyjnej, lub techniki biurowej. Wystarczy tylko przed lekcją rozłoŝyć na stolikach uczniowskich komputery przenośne. Ponadto w kaŝdej z tych sal, na zajęciach z dowolnego przedmiotu, będzie moŝna skorzystać z mobilnego zestawu multimedialnego (komputer przenośny i wideoprojektor) połączonego z Internetem przez sieć W-Fi. Uatrakcyjnienie i unowocześnienie metod prowadzenia lekcji moŝe być stosowane przez nauczycieli kaŝdej specjalności i przestaje być przywilejem nauczycieli informatyki. Wykorzystanie sieci Wi-Fi w dydaktyce daje nowe moŝliwości w planowaniu i organizowaniu zajęć lekcyjnych przez dyrektora szkoły. Przestaje bowiem istnieć problem deficytu pracowni informatycznych. Od tej pory zajęcia moŝna planować w dowolnej sali lekcyjnej, jeśli tylko jest objęta zasięgiem sieci bezprzewodowej. Elastyczność w planowaniu i gospodarowaniu zasobami lokalowymi zostanie z pewnością doceniona i wykorzystana przez zastępcę dyrektora szkoły d/s pedagogicznych, którego zadaniem jest m.in. sporządzanie planów lekcji i przydział sal lekcyjnych. Istnieje prawdopodobieństwo, Ŝe ta nowa jakość wpłynie na zlikwidowanie zmianowości pracy szkoły, czy zlikwidowanie tzw. lekcji zerowych, które nie cieszą się popularnością w środowisku uczniowskim. Efektywniejsze wykorzystanie zasobów lokalowych szkoły oraz usprawnienie zarządzania nimi moŝe przyczynić się w znaczącym stopniu do rozwiązania omawianych wyŝej problemów. 4.2 Zagospodarowanie wolnego czasu uczniów i nauczycieli Zmiany jakie dokonują się we współczesnym Ŝyciu wskazują na potrzebę organizowania czasu wolnego człowieka. Dlatego teŝ problem pracy i czynnego wypoczynku ucznia stanowi jedno z waŝniejszych zagadnień pedagogicznych. Odpowiednie zagospodarowanie tego czasu przez dzieci i młodzieŝ zwiększa efektywność nauczania, a takŝe ma wpływ na wszechstronny rozwój ucznia. Zdarza się jednak, Ŝe rodzice w w pogoni za pieniądzem poświęcają dzieciom coraz mniej czasu, a w szkole z powodów finansowych zlikwidowano wiele działających kółek zainteresowań, organizacji wychowawczych, które skupiały dzieci i pozwalały im rozwijać się w róŝnych zakresach osobowości. Likwidacja zajęć pozalekcyjnych w szkole ma niekorzystny wpływ na wszystkie dzieci, ale szczególnie jest to odczuwalne na wsi, gdzie 47

48 często szkoła jest jednym ośrodkiem kulturalnym. Zajęcia pozalekcyjne są głównym sposobem wychowania do czasu wolnego, gdyŝ bezpośrednio organizują uczniom w róŝnych formach czas wolny. Uruchomienie w szkole bezprzewodowej sieci Wi-Fi oraz otwarty i dostępny publicznie punkt dostępu Hot Spot umoŝliwiający dostęp do Internetu, moŝe być pomocą w rozwiązaniu problemu zagospodarowania wolnego czasu w szkole. Uczniowie na przerwach i w czasie wolnym od zajęć mogą korzystać z usług Internetowych takich jak: poczta elektroniczna przesyłanie plików interakcyjna praca na odległych komputerach World Wide Web grupy dyskusyjne listy dyskusyjne Internet Relay Chat wideokonferencje Uczniowie mają moŝliwość lepiej i szybciej przygotować się do lekcji, a nawet odrobić zadanie domowe i wysłać je na serwer lub na własną pocztę. Stwarza to sytuację, Ŝe uczniowie bez Ŝadnej zachęty czy przymusu, aktywnie i poŝytecznie spędzają czas wolny. Realizują samokształcenie i rozwijają się poprzez efektywne zagospodarowanie czasu. MoŜna teŝ zakładać, Ŝe w sposób wymierny zmniejszy się w szkole liczba uczniów stwarzających problemy wychowawcze. Być moŝe wpłynie to równieŝ na ograniczenie przypadków niszczenia mienia, chuligaństwa, czy agresji. Aktualnie nadajniki, zwane punktami dostępowymi (ang. Access Points), znajdują się w budynku głównym szkoły oraz na warsztatach Mechanizacji. Obejmują one swoim zasięgiem wszystkie pomieszczenia w tych budynkach, a zwłaszcza klasopracownie, korytarze szkolne, biura, pokoje nauczycieli itd. Sieć bezprzewodowa umoŝliwia tez dostęp do szkolnej sieci komputerowej w najbliŝszych okolicach szkoły boisko, dziedziniec. Sieć Wi-Fi sprzyja równieŝ pełnej automatyzacji biblioteki szkolnej i przyczynia się do efektywnego wykorzystania funduszu czasu uczniów i nauczycieli. Pełna automatyzacja to prowadzenie katalogów w komputerze, czytniki kodów i kody kreskowe na ksiąŝkach oraz kartach bibliotecznych. Katalogi biblioteczne mogą być dostępne przez Internet całodobowo przez 7 dni w tygodniu, lub w godzinach urzędowania szkoły przez sieć Wi-Fi. Ogólnodostępne komputery w bibliotece z dostępem do Internetu to równieŝ szansa na pozalekcyjny dostęp do komputera i Internetu. Szkoła posiada centralną bazę wszystkich uczniów w programie dedykowanym do zarządzania szkołą, umoŝliwiającym eksport danych do innych programów wykorzystywanych w szkole. Dzięki sieci Wi-Fi wychowawcy i nauczyciele mają moŝliwość zdalnej pracy (przez sieć szkolną) na centralnej bazie uczniów np. wpisywanie ocen. Nauczyciele mają obecnie moŝliwość spokojnego przygotowania materiałów do lekcji w oparciu o zasoby informacji z Internetu. Siedząc wygodnie w pokoju nauczycielskim mogą korzystać ze swoich laptopów bez troski o dostęp do sieci. Zastosowanie sieci bezprzewodowej nie zmienia funkcjonalności Internetu, natomiast ma istotny wpływ na poprawę wygody uczniów i nauczycieli. Bezprzewodowy Internet umoŝliwia bowiem transmisję danych bez ograniczania mobilności jego uŝytkowników. 48

49 4.3 MoŜliwość zastosowania wizualizacji w procesie dydaktycznym Rozległa wiedza we wszystkich dziedzinach nauczania jest rozproszona w róŝnych miejscach (ksiąŝki, taśmy filmowe i video, płyty CD, serwery sieci komputerowych). Do korzystania z informacji niezbędne jest posługiwanie się technologią informacyjną. Nauczanie i stosowanie technologii informacyjnej w polskich szkołach w większości ogranicza się do zajęć informatycznych. Niewielki jest teŝ wpływ tych zajęć na wykorzystanie technologii informacyjnych w innych dziedzinach i przedmiotach w szkole. W początkowym okresie komputeryzacji, gdy w szkołach brakowało sprzętu i nauczycieli umiejących korzystać z niego w pracy pedagogicznej, najefektywniejsze było zgromadzenie komputerów w jednym miejscu i przeznaczenie zajęć lekcyjnych na przygotowywanie uczniów do posługiwania się nimi. Od kilku lat sytuacja szkół poprawia się zarówno pod względem wyposaŝenia w sprzęt komputerowy i materiały edukacyjne, jak teŝ przygotowania nauczycieli i programów nauczania. Zaczęto równieŝ dostrzegać potrzebę zmiany w podejściu do komputera w większości dziedzin nauczania. 22 Zastosowanie filmu czy telewizji w procesie kształcenia równieŝ wzbudzało sporo gorących dyskusji zarówno wśród zwolenników, jak i przeciwników. Dopiero po pewnym czasie, gdy powstała teoria i praktyka wykorzystania tego środka oparta na nowych zasadach, w sposób naturalny stawał się on częścią moŝliwości, jakie posiadał do dyspozycji nauczyciel. Biegłość pracy na komputerze staje się częścią składową niezbędną do robienia kariery, do dobrego startu Ŝyciowego w społeczeństwie. Dlatego zadaniem nauczyciela jest wspieranie ucznia w procesie samodzielnego zdobywania wiedzy. Nauczyciel powinien koncentrować się na wykształceniu u uczniów umiejętności poruszania się w gąszczu informacji, wybierania wiadomości istotnych, ukazywaniu struktury i hierarchiczności wiedzy. Do rozwoju twórczego myślenia technicznego przydatne są media interaktywne, dzięki którym uczeń komunikuje się z danym medium oraz innymi uŝytkownikami tego medium. Do nauczania moŝna wykorzystać gry symulacyjne przedstawiające rzeczywistość w dowolnym czasie, w których uczeń wybiera ruch spośród kilku moŝliwości, a takŝe programy umoŝliwiające rozwijanie wyobraźni przestrzennej, kinetycznej i konstrukcyjnej. 23 MoŜliwości nowoczesnych technologii informacyjnych, jak modelowanie procesów, symulacja, wizualizacja, interaktywność i multimedia pozawalają częściowo rekompensować niedostatki materialnej bazy przedmiotowej i wzbogacić gamę oddziaływań pedagogicznych. DuŜą rolę odgrywają tu narzędzia i komunikaty multimedialne, w tym prezentacje multimedialne. Prezentacja multimedialna integruje kilka elementów przekazu jednocześnie, takich jak dźwięk, obraz dynamiczny i statyczny, animację film, tekst pisany i mówiony. Pozwala na poszerzenie zakresu oddziaływania pedagogicznego, łączy róŝne elementy przekazu. Jest to interaktywna forma nauczania ułatwiająca uczniowi zapamiętywanie i uczenie się. Prezentacja multimedialna jest formą wspomagającą proces kształcenia i róŝni się od tradycyjnych technik nauczania, poniewaŝ: czas przyswajania materiału zmniejsza się o około 30%, koncentracja uwagi zachowana jest przez około 50 minut, wzrasta przyswajanie materiału od 50 do 400%, zrozumienie tematu rośnie o około 50 60%, tempo uczenia się rośnie o około 60%. 22 M.M. Sysło, Komputer w szkole, Informatyka w Szkole, Lublin T. Brodziński (red.), Technologia informatyczna w edukacji i przygotowaniu zawodowym, Szczecin

50 Mimo, Ŝe powstaje wiele multimedialnych programów edukacyjnych, to nadal niski poziom komputeryzacji polskich szkół utrudnia upowszechnianie multimedialnego systemu kształcenia. Dotyczy to zwłaszcza przedmiotów, których nauczanie odbywa się w zwykłych salach lekcyjnych, bez moŝliwości skorzystania z komputera, czy Internetu. Technologia Wireless-N jest jednym z moŝliwych rozwiązań tego problemu. Ma ona za zadanie przyspieszyć pracę z wieloma aplikacjami przy jednoczesnym zwiększeniu zasięgu sieci. Klasopracownie bez specjalnego przygotowania dysponują wówczas dostępem do Internetu. W kaŝdej sali lekcyjnej na dowolnym przedmiocie będzie moŝna wykorzystać mobilny zestaw multimedialny (komputer przenośny i wideoprojektor) z dostępem do Internetu. Nauczyciel i uczniowie będą mogli udostępnić w sieci prezentacje multimedialne, dane, zdjęcia, pliki itd. Nawet w sytuacji, gdy uczniowie nie posiadają laptopów na swoich stanowiskach, nauczyciel dzięki sieci Wi-Fi moŝe prowadzić lekcje z wykorzystaniem Internetu. Wyniki wyszukiwania moŝe zaprezentować całej klasie w duŝym formacie wykorzystując zestaw multimedialny laptop projektor cyfrowy. W tym samym czasie, w dowolnym miejscu budynku moŝliwe będzie: surfowanie po Internecie - czytanie nowości, robienie zakupów online telefonia IP słuchanie muzyki i jej archiwizacja udostępnianie albumów ze zdjęciami gry i zabawy w sieci monitorowanie domu/biura filmy high definition i streaming video... Internet Nauczyciel Rys. 38.Wykorzystanie mobilnego zestawu multimedialnego (laptop + projektor) opracowanie własne Komputer w sieci bezprzewodowej połączony z Internetem daje o wiele większe moŝliwości w dziedzinie audio/video niŝ tradycyjna wieŝa czy wideo. Pozwala odtwarzać filmy, zdjęcia oraz muzykę w setkach róŝnych formatów, umoŝliwia postedycję plików, słuchanie radia bądź oglądanie telewizji prosto z Internetu. MoŜna obejrzeć wybrany film lub posłuchać ulubionej piosenki na domowym sprzęcie audio/video. Wystarczy zaopatrzyć się w specjalną przystawkę WiFi umoŝliwiającą bezprzewodowy streaming sygnału audio/video, którą trzeba podłączyć do telewizora i głośników. Wprowadzenie komputerów do szkoły ma 50

51 daleko idące skutki dla współczesnej edukacji. Dziś nie wystarczy, Ŝe nauczyciele posiądą umiejętność obsługi komputera, ale znacznie waŝniejszym wydaje się być twórcze wykorzystywania komputera. Wykorzystanie technologii Wi-Fi przez nauczycieli moŝe pomóc uczniom w krytycznym postrzeganiu rzeczywistości, w odkrywaniu i interpretowaniu pojęć i ich znaczeń. 4.4 HOT SPOT w szkole Hot Spot (ang. "hot spot" - gorący punkt) - to otwarty i dostępny publicznie punkt dostępu umoŝliwiający dostęp do Internetu za pomocą sieci bezprzewodowej. Oznacza to, Ŝe kaŝdy kto znajdzie się na warsztatach Mechanizacji, lub w najbliŝszym otoczeniu budynku i posiada komputer z kartą bezprzewodową (taką kartę ma większość komputerów typu: notebook, laptop, palmtop), otrzyma stały, nie limitowany dostęp do Internetu. Są usługodawcy, którzy oferują dostęp do publicznych bezprzewodowych sieci LAN w miejscach odwiedzanych przez mobilnych pracowników czy innych uŝytkowników, którzy np. podróŝują z notebookiem. Miejsca takie to np. porty lotnicze, centra konferencyjne, uczelnie, hotele czy restauracje. Przy uŝyciu notebooka czy komputera PDA uŝytkownik moŝe uzyskać dostęp do Internetu, czy teŝ zalogować się do swojej sieci przy wykorzystaniu technologii VPN (Virtual Prwate Network}. Miejsca takie, oferujące publiczny dostęp nazywane są popularnie hot spot. Usługodawcy umieszczają w miejscach hot spot punkty dostępu. Punkt dostępu komunikuje się z komputerem uŝytkownika (dokładnie rzecz biorąc z zainstalowanym w nich interfejsem bezprzewodowym). UŜytkownik moŝe zalogować się uŝywając strony logowania wyświetlonej przez przeglądarkę sieci WEB. Zasięg między punktem dostępu a uŝytkownikiem wynosi najczęściej od 50 do 150 m. Szybkość połączenia to 11 Mb/s przy zastosowaniu technologii IEEE Ib (znanej jako Wi-Fi). Internet Telefon Tablet Router Laptop Switch Access Point PDA Serwer Rys. 39. HOT-SPOT na warsztatach Mechanizacji w ZSAiO w śywcu opracowanie własne Administrator Czasem dostęp jest bezpłatny, bywa teŝ tak, Ŝe uŝytkownik musi płacić - za jednokrotny dostęp, za minutę, za dzień. MoŜe teŝ wykupić np. miesięczną subskrypcję. Operatorzy telefonii komórkowej tworzą "hot-spoty", czyli punkty bezprzewodowego dostępu 51