Przegląd standardu IEEE 802.11 (WLAN)

Standard 802.11 definiuje lokalne sieci bezprzewodowe WLAN (ang. Wireless Local Area Network). Urządzenia zgodne z tym standardem oznaczane są znakiem towarowym Wi-Fi należącym do towarzystwa Wi-Fi Alliance. Sieć WLAN używa pasma częstotliwości od 2400 do 2485 MHz (2,4 GHz – w Europie 802.11b, 802.11g) lub 4915 do 5825 MHz (5 GHz – w Europie 802.11a i 802.11n). Technologia Wi-Fi pozwala tworzyć sieci o różnych topologiach. Najczęściej jest to topologia gwiazdy lub topologia połączonych gwiazd. Przykład sieci z użyciem standardu przedstawiony jest na rys. 1. Możliwe są także połączenia punkt – punkt. Takie rozwiązanie nosi nazwę IBSS (ang. Independent Basic Service Set) często też nazywane połączeniem ad-hoc. Dzięki tej właściwości w standardzie możliwe jest tworzenie spontanicznych sieci wielu komputerów bez użycia punktu dostępowego [1].

Standard 802.11f pozwala z kolei tworzyć sieci ESS (ang. Extended Service Set)
gdzie klient może przemieszczać się pomiędzy zasięgami kilku BSS jednej sieci (także o tym samym SSID i mechanizmie zabezpieczeń) bez potrzeby ręcznego przełączania się pomiędzy punktami dostępowymi gdyż poszczególne punkty są informowane o „migracji” stacji klienckiej. Warunkiem koniecznym prawidłowego działania sieci ESS jest częściowe zachodzenie na siebie zasięgów poszczególnych punktów dostępowych [1].

Dane w standardzie podobnie do sieci Ethernet przesyłane są w postaci tak zwanych ramek jednakże ramka 802.11 jest o wiele bardziej skomplikowana. Za ramkowanie odpowiada warstwa dostępu do medium – MAC (ang. Media Access Control) będąca podwarstwą warstwy łącza danych. Występują tu trzy rodzaje ramek: kontrolne, zarządzające i danych [1, 2].

Na rysunku 2 przedstawiono strukturę ramki 802.11. Każda ramka zaczyna się dwubajtowym polem kontrolnym FC, następnie występują pola niosące informacje o jej czasie trwania (ID), adresach, kontroli sekwencji (SC), treści przenoszonych danych by ostatecznie zakończyć się polem FCS czyli sekwencją integralności otrzymanej ramki. Cztery rodzaje pól adresowych nie zawsze są wykorzystywane. Wiąże się to z aktualną topologią układu. W konfiguracji AP (ang. Access Point) – stacja mobilna, ramki transmitowane do punktu dostępowego mogą zawierać tylko jedno wykorzystane pole adresu równe adresowi BSSID natomiast przy wykorzystaniu tzw. mostu bezprzewodowego czyli połączenia dwóch odseparowanych sieci LAN z użyciem dwóch punktów dostępowych, ramka zawierać będzie już 4 adresy tj. adres źródła, adres transmitera, adres odbiornika oraz adres przeznaczenia [1, 2, 3].

Dostęp do nośnika w WLAN odbywa się z użyciem mechanizmu CSMA-CA czyli kontroli zajętości nośnika z unikaniem kolizji.  Urządzenie nadawcze najpierw sprawdza nośnik, a w wypadku zajętości czeka ustalony czas, by podjąć kolejną próbę. Najczęściej stan nośnika ustala się sprawdzając obecność sygnału w warstwie fizycznej metodą DCF (ang. Distributed Coordination Function). Sposób ten ogranicza się do odczekiwania przez stację losowo wybranego czasu z określonego przedziału w celu podjęcia kolejnej próby zajęcia nośnika [1, 2, 3].

Bezpieczeństwo w sieciach WLAN opiera się na stosowaniu dwóch protokołów: WEP (ang. Wired Equivalent Privacy) oraz WPA/WPA2 (ang. Wi-Fi Protected Access). WEP to protokół opierający się na szyfrowaniu z użyciem algorytmu RC4. Poprzez swą prostotę i łatwość uzyskania klucza poufnego w sieciach nawet lekko obciążonych nie zaleca się już jego stosowania. WPA jest następcą WEP opracowanym w 2003 roku jako tymczasowe rozwiązanie dla urządzeń z WEP, które miało poprawić ich bezpieczeństwo. Aby korzystać z WPA w urządzeniach tych wystarczyło zmienić oprogramowanie. Poprawa protokołu polegała na wprowadzeniu cyklicznej zmiany klucza co przy odpowiedniej częstotliwości zmiany znacznie utrudniało jego przechwycenie. W 2004 roku stowarzyszenie Wi-Fi Aliance wprowadziło obowiązek implementacji w certyfikowanych urządzeniach protokołu WPA2. Występuje on w dwóch odmianach osobistej i komercyjnej. Dzięki swojej różnorodności odpowiednio użyty pozwala zachować bezpieczeństwo dostępu do bezprzewodowej sieci zarówno domowej jak i przedsiębiorstwa. Protokół pozwala korzystać np. z certyfikatów uwierzytelniających [1, 2].

 

---

[1]          P. Gajewski i S. Wszelak, Technologie bezprzewodowe sieci informatycznych, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2008.
[2]          Wi-Fi Alliance, Opis standardu Wi-Fi, [Dostęp: 15.01.2013] , http://www.wi-fi.org/
[3]          I. P. Kurtnik i M. Karpiński, Bezprzewodowa Transmisja Informacji, WPAK, Warszawa 2008.