Обзор различных инфраструктур Wi-Fi сетей или «Как отличить «жирную» точку доступа от «тонкой»?

Одна точка доступа не может обеспечить радиопокрытие целого офисного здания. Поэтому в беспроводных локальных сетях возникает понятие инфраструктуры. Инфраструктура беспроводной локальной сети WLAN включает в себя точки доступа и способ их объединения в единую сеть.

Кстати, стандарт IEEE 802.11, специфицирующий технологию беспроводных локальных сетей, расписывает до каждого бита способ обмена информацией по радиоинтерфейсу, но ничего не говорит о том, как объединять точки доступа в единую инфраструктуру. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с  той или иной точки зрения. Более того, в терминах, которые применяются для описания архитектур Wi-Fi сетей, производители тоже являются весьма изобретательными. Поэтому не удивляйтесь, встретив в описаниях «жирную»  точку доступа (fat), «массив» точек доступа (array) или даже «улей» (hive).

В этом обзоре я постараюсь провести описать существующие подходы к построению инфраструктуры беспроводных локальных сетей WLAN, рассмотреть их основные достоинства и недостатки.

Зная «двуличность» точки доступа, можно выделить два признака классификации.

Первый – как объединять точки доступа в единую систему с их проводной стороны.

По этому признаку можно выделить:

• Автономные точки доступа (называются также «жирные», самостоятельные, децентрализованные, умные).
• Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», тупые, централизованные)
• Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)

Второй признак – как организована их радиочасть, беспроводная сторона. По способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:

• Со статическими настройками радиоканалов
• С динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов
• Со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов

Рассмотрим более подробно каждый способ построения инфраструктуры.

Беспроводные локальные сети из автономных точек доступа

Это был первый исторически сложившийся способ, вполне логичный на том этапе развития беспроводных сетей. Как это ни странно, он сохранился и до сих пор, практически в неизменном виде. Более того, этот способ является доминирующим на рынке домашних и небольших беспроводных сетей.

Как и следует из названия, каждая точка доступа, создающая сеть, работает сама по себе, не зная и не «думая» о соседях. Каждая точка доступа имеет свою систему управления, каждая поддерживает свою собственную конфигурацию, и работает самостоятельно, независимо и автономно.

Такая архитектура имеет только два достоинства: относительная простота и относительная экономичность. Такой способ оправдан для небольших сетей, лучше всего из одной точки доступа, например, дома. Отсюда и его доминирование на рынке домашних Wi-Fi устройств. Но в средних и больших сетях, в которых число точек доступа насчитывает десятки, его недостатки начинают сильно перевешивать его достоинства.

Недостатки установки неуправляемых, нецентрализованных, автономных точек доступа вполне очевидны:

• Ухудшение характеристик беспроводной сети из-за отсутствия взаимной координации радиопараметров точек доступа. Непересекающихся каналов в диапазоне 2,4 ГГц всего лишь три. Мало кто вспоминает о необходимости обследования места установки беспроводной сети. В силу неправильной конфигурации устройств они с большой вероятностью начинают страдать от взаимной интерференции. Итог – ухудшение характеристик радиоканалов во всей сети.
• Проблемы с роумингом пользователей. Могут возникнуть опять же из-за неверной конфигурации радиопараметров – зоны покрытия точек не имеют достаточного перекрытия для надежного бесшовного переключения. Также если точки доступа будут подключены к разным подсетям, то при переключении на другую точку клиент вынужден получить новый сетевой адрес, а это влечет потерю времени и разрыв соединения.
• Неудобство управления и администрации большой сети. Каждая точка доступа хранит собственную конфигурацию. Если необходимо изменить общесетевые настройки – например, способ аутентификации клиентов, то это необходимо сделать на каждой точке доступа. Хорошо, если их одна или две. А если несколько десятков? В какой-то мере, может спасти система управления точками доступа за счет централизованного отправления конфигурации на устройства. При этом нет необходимости заходить на каждую точку доступа, но конфигурацию каждого устройства все равно придется создавать вручную.

Беспроводные локальные сети под управлением контроллера

Централизация управления беспроводной сетью в выделенном элементе – контроллере WLAN произошла в ответ на возникновение упомянутых ранее недостатков автономных точек доступа. Первый контроллер беспроводной локальной сети появился примерно в 2002 году.

Идея его возникновения достаточно проста: раз совокупность распределенных по территории точек доступа должна составлять единую сеть, а распределенными функциями автономных точек так сложно управлять, то необходимо централизовать эти функции в отдельном сетевом элементе. Поэтому точки доступа потеряли часть своей интеллектуальности, стали «тупыми», «легковесными» или «тонкими», а весь интеллект сконцентрировался в контроллере беспроводной сети. Строго говоря, идея не являлась новой. Например, базовые станции операторов сотовой связи тоже работают под управлением контроллера, на который возлагаются достаточно важные функции назначения каналов, централизации измерений, роуминга абонентов.

Итак, контроллер WLAN концентрирует в себе функции управления, защиты данных и соединения с проводной сетью для точек доступа. «Легкость» точек доступа приводит к тому, что они не могут работать сами по себе, автономно. При включении они только пытаются обнаружить контроллер, подключиться к нему, получить от него конфигурацию и только после этого перейти в нормальный рабочий режим по обслуживанию клиентов. Администратор сети уже не заходит на каждую точку доступа, а управляет параметрами беспроводной сети через ее контроллер.

Контроллеры обычно являются достаточно производительными серверами, которые могут обслуживать десятки и даже сотни точек доступа. Еще более актуальной задача производительности стала с появлением стандарта 802.11n. Однако, многие производители предлагают в линейке своей продукции и контроллеры для небольших сетей.

Большим достоинством контроллера является его способность видеть сеть «в целом». Получая информацию об измерениях и пропуская через себя трафик всех клиентов, контроллер «видит» все устройства, отслеживает их состояние и наиболее важные характеристики беспроводной сети. Интеллектуальность контроллера, таким образом, позволяет не только централизовать функции управления, но и принять многие решения по оптимизации ее характеристик самостоятельно. Причем, контроллер может автоматически применить эти решения, отправив измененные параметры конфигурации точкам доступа, отследить их влияние и убедиться в улучшении характеристик. Вот почему некоторые вендоры называют свои контроллеры «радиоэкспертами в коробке».

Управление и администрирование сетью значительно упрощается, так как администратор управляет одним устройством, а не сотнями, а его интеллектуальность позволяет автоматически оптимизировать беспроводную сеть.

Роуминг в наиболее защищенных беспроводных сетях может усложниться в силу следующих причин. Каждый клиент должен сформировать уникальный ключ шифрования при подключении к новой точке доступа. Этот процесс занимает время и может вызвать прерывание чувствительного к задержке голосового трафика. Централизация функций защиты данных в контроллере позволяет быстрее доставлять уникальные ключи и ускорить время переключения клиентов в роуминге.

Наличие контроллера позволяет также решить проблему роуминга между разными подсетями, потому что при переключении в другую подсеть клиент может сохранить адрес своей подсети.

Контроллер может также играть роль важных элементов сети, таких как DHCP сервер, RADIUS сервер.

Можно отметить следующие недостатки централизованных беспроводных сетей под управлением контроллера WLAN:

• Более высокая стоимость. Контроллер является производительным сервером со специализированным программным обеспечением, и его стоимость значительно увеличивает стоимость оборудования для создания проекта беспроводной сети.
• Точки доступа не работают без контроллера, поэтому контроллер становится узким местом в сети, единой точкой отказа. Для повышения надежности необходимо резервировать оборудование контроллера.

Беспроводные локальные сети, управляемые без контроллера (децентрализованное управление)

Все развивается по спирали. И на определенном этапе развития инфраструктура вернулась к истокам и снова лишилась контроллера. Но не лишилась контроля за сетью в целом. Как это возможно?

Точки доступа сами образуют распределенный контроллер. И координируют свою работу сообща, без выделения дорогого и сложного централизованного сетевого элемента. Таким образом, преимущества централизованной беспроводной сети остаются, но функционал контроллера «размазывается», «размывается» между точками доступа. Вот такая формация точек и называется «ульем».

Архитектура является относительно новой и не вошла в мэйнстрим. Нет также пока данных о реальной работе такой архитектуры в больших сетях.

Во второй части обзора Вы сможете прочесть о способах организации радиоканалов беспроводных локальных сетей.

Другие свежие беспроводные идеи Вы можете найти поиском или в архивах блога