آشنایی با شبکه‌‌های کامپیوتری؛ قسمت دوم: شبکه‌های بی‌سیم

شبکه‌. این واژه امروزه به یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین بخش‌های دنیای فناوری و کامپیوتر اختصاص دارد. کافی است نگاهی به موضوعات خبری، فناوری‌ها یا حتی دوره‌های آموزشی بیاندازید تا به محبوبیت این مبحث پی ببرید. شبکه آن طور که خیلی‌ها تصور می‌کنند سخت و پیچیده نیست. با صرف زمان و مطالعه منابع مناسب، هر کسی می‌تواند در زمینه شبکه به یک متخصص برجسته‌ تبدیل شود. ما در پیمودن قدم‌های اول و آشنایی اولیه در این زمینه به شما کمک می‌کنیم.

در قسمت اول از سری مقالات آشنایی با شبکه‌های کامپیوتری به شبکه‌ باسیم پرداختــیم. در ادامه این مبحث با شبکه‌های بی‌سیم آشنا می‌شویم.

توضیح: بخشی از مفاهیم بیان شده در این مقالات ممکن است برای کاربران حرفه‌ای، ابتدایی به نظر برسد. اما لطفاً ســایر کاربران را نیز مدنظر داشته باشید.
شبکه‌های بی‌سیم

شبکه‌های بی‌سیم، بسیار شبیه شبکه‌های باسیم هستند. تفاوت اصلی این دو شبکه این است که برخلاف شبکه‌های باسیم، در شبکه‌های وایرلس، دستگاه‌ها برای اتصال به روتر از کابل (سیم) استفاده نمی‌کنند. در‌واقع به جای کابل، از ارتباط بی‌سیم استفاده می‌کنند که تحت عنوان وای‌فای (Wireless Fidelity) شناخته می‌شود. Wi-Fi نام دیگر استاندارد شبکه 802.11 است. استانداردی که توسط انستیتو مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) پشتیبانی می‌شود. با توجه به این مسأله، دستگاه‌های وایرلس، نیازی به پورت نداشته و تنها کافی‌ است مجهز به آنتن باشند. این آنتن در مواردی درون دستگاه، مخفی شده است.

به طور معمول، در شبکه‌های خانگی هر دو دستگاه باسیم و بی‌سیم وجود داشته و با یکدیگر در ارتباط هستند؛ از این رو ممکن است به Access Point یا Wi-Fi Client نیاز داشته باشند.
Access Point

اکسس‌پوینت یک دستگاه مرکزی است که سیگنال‌های وای‌فای را برای کلاینت‌های شبکه ارسال می‌کند. به طور کلی هر شبکه‌ای وایرلسی که شما هنگام قدم زدن در خیابان یا ایستادن در امکان عمومی یا فرودگاه‌ها بر روی تلفن‌همراه خود مشاهده می‌کنید از یک اکسس‌پوینت برای شما ارسال شده است.

http://www.zoomit.ir/images/92/Netwo...ccessPoint.jpg

شما می‌‌توانید با خرید یک اکسس‌پوینت مجزا و اتصال آن به روتر یا سوئیچ، سیگنال وای‌فای را در شبکه خود فراهم کنید. اما معمولاً بهتر است یک روتر وایرلس (که یک پورت WAN و یک پورت LAN دارد) مجهز به یک اکسس‌پوینت داخلی خریداری کرد. بعضی از روترها هم با دو اکسس‌پوینت داخلی (Dual-Band Router) عرضه می‌شوند.
امروزه بسیاری از مودم های ADSL یا وای-ماکس دارای اکسس‌پوینت داخلی هستند و اینترنت را به صورت بی سیم در اختیار کاربر قرار می‌دهند.
Wi-Fi Client

یک Wi-Fi Client یا WLAN Client، وسیله‌ای است که می‌تواند سیگنال‌های منتشر شده به وسیله اکسس‌پوینت را شناسایی کرده و به شبکه آن متصل شود.
اکثر لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های هوشمند و تبلت با وای‌فای و اتصال به شبکه‌های بی‌سیم سازگار‌ هستند. آن دسته از وسایلی که سازگار نیستند هم می‌توانند به کمک کارت‌های وای‌فای USB یا آداپتور‌های PCIe وای‌فای به شبکه‌های بی‌سیم متصل شوند. برای راحتی می‌توان اینگونه تصور کرد که Wi-Fi Client ها، پورت‌ و کابل‌ شبکه نامرئی برای اتصال به شبکه دارند!
توضیح: از نظر فنی می‌توان بدون استفاده از اکسس‌پوینت، دو کلاینت وای‌فای را به هم متصل کرد. دقیقاً مشابه همان‌ روشی که در شبکه‌های باسیم و به کمک یک کابل شبکه انجام می‌شود. از آنجا که این روش راه اندازی شبکه کمی پیچیده است، معمولاً مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.
برد وای‌فای (Wi-Fi Range)

برد سیگنال‌های وای‌فای، شعاع انتشار سیگنال‌های منتشر شده توسط اکسس‌پوینت است. معمولاً سیگنال‌های وای‌فای تا فاصله ۴۵ متری از اکسس‌پوینت مؤثر و کاربردی محسوب می‌شوند. البته این فاصله با توجه به قدرت دستگاه‌های درگیر در شبکه، شرایط محیطی و علی‌الخصوص استاندارد امواج وای‌فای متغییر است.
یک اکسس‌پوینت ایده‌آل و قدرتمند، قادر است سیگنال‌های وای‌فای را تا شعاع ۹۰ متری یا حتی بیشتر منتشر کند.
استاندارد امواج (سیگنال‌های) وای‌فای، تعیین‌کننده سرعت یک ارتباط بی‌سیم نیز هست. به همین دلیل، کار با وای‌فای و پیکربندی شبکه‌های مبتنی بر آن، در مواقعی پیچیده و گیج‌کننده می‌شود.
فرکانس باندها

باندها در حقیقت سیگنال‌های رادیویی هستند که توسط استانداردهای وای‌فای مورد استفاده قرار می‌گیرند. فرکانس‌ این سیگنال‌ها عبارتند از ۲.۴ گیگاهرتز، ۵ گیگاهرتز و ۶۰ گیگاهرتز.
http://www.zoomit.ir/images/92/Netwo...iFi%20User.jpg
۲.۴ گیگاهرتز، در حال حاضر محبوب‌ترین و متداول‌ترین فرکانس وای‌فای است. به این معنا که توسط اکثر دستگاه (Wi-Fi Client)ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر وای‌فای کلاینت‌ها، دستگاه الکترونیکی دیگری مانند تلفن‌های بی‌سیم نیز از این فرکانس استفاده می‌کنند.
همانگونه که می‌توان حدس زد، کیفیت این فرکانس کمتر از فرکانس ۵ گیگاهرتز است.
بسته به استاندارد وای‌فای، بعضی از دستگاه‌ها، از یک یا هر دو استاندارد ۲.۴ و ۵ گیگاهرتزی پشتیبانی می‌کنند. البته دستگاه‌هایی نیز وجود دارند که از هر سه استاندارد پشتیبانی کرده و دستگاه‌های Tri-Band نامیده می‌شوند. با توجه به این تعریف، دستگاه‌هایی که از دو استاندارد پشتیبانی می‌کنند، Dual-Band نامیده می‌شوند.
در ادامه با استانداردهای وای‌فای فعلی آشنا می‌شویم.
802.11b

این نمونه، اولین استاندارد وایرلس تجاری محسوب می‌شود که در سال ۱۹۹۹ عرضه شد. بالاترین سرعت تبادل اطلاعات در این استاندارد، ۱۱ مگابیت در ثانیه است و تنها از فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز استفاده می‌کند. این استاندارد همچنان توسط اکسس‌پوینت و روترهای جدید پشتیبانی می‌شود.
802.11a

این استاندارد، مشابه نمونه قبلی است، با این تفاوت حداکثر سرعت ۵۴ مگابیت در ثانیه را برای کاربر فراهم کرده و از فرکانس ۵ گیگاهرتز استفاده می‌کند. این استاندارد هم همچنان توسط اکثر اکسس‌پوینت و روترهای جدیدتر پشتیبانی می‌شود.
802.11g

این استاندارد، سال ۲۰۰۳ معرفی شد. در استاندارد 802.11g برای اولین بار شبکه‌های وایرلس «وای‌فای» نامیده شدند. این استاندارد که حداکثر سرعت ۵۴ مگابیت در ثانیه را فراهم نموده، از فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز بهره می‌برد. تفاوت این استاندارد با استاندارد قبلی در برد بیشتر سیگنال‌های آن است. این استاندارد همچنان در بعضی تلفن‌های هوشمند مانند آیفون 3G و آیفون 3GS و اکسس‌پوینت‌های جدیدتر پشتیبانی می‌شود.
http://www.zoomit.ir/images/92/Netwo...Fi-Antenna.jpg
802.11n یا Wireless-N

این استاندارد از سال ۲۰۰۹ در دسترس کاربران قرار گرفت و در حال حاضر، متداول‌ترین استاندارد وای‌فای محسوب می‌شود. این استاندارد، در‌واقع نسخه‌ای اصلاح‌شده و بهبود یافته از استانداردهای پیشین است. بهبودهای این استاندارد در موارد مختلفی مانند برد (Range) سیگنال‌ها، پشتیبانی از دو فرکانس ۲.۴ و ۵ گیگا‌هرتزی بود. این استاندارد، زمینه را برای ظهور روترهای Dual-Band فراهم نمود، دستگاه‌هایی که بر روی هر دو فرکانس استاندارد Wireless-N به خوبی کار می‌کردند.
استاندارد Wireless-N، بر روی هر یک از فرکانس‌های اشاره شده، در سه سطح single-stream و dual-stream و three-stream در دسترس است که به ترتیب سرعت ۱۵۰، ۳۰۰ و ۴۵۰ مگابیت در ثانیه را فراهم می‌کند. این استاندارد منجر به تولید سه نوع روتر Dual-Band شد:
- روترهای N600 : پشتیبانی از هر دو فرکانس و ارائه سرعت ۳۰۰ مگابیت در ثانیه
- روترهای N750 : ارائه سرعت ۳۰۰ مگابیت در ثانیه برای یکی از فرکانس‌ها و سرعت ۴۵۰ مگابیت در ثانیه برای فرکانس دیگر
- روترهای N900 : پیشتیبانی از هر دو فرکانس با سرعت ۴۵۰ مگابیت در ثانیه
توضیح: برای ارتباط از طریق وای‌فای، هر دو دستگاه باید در یک باند فرکانسی کار بکنند. برای مثال یک کلاینت وای‌فای ۲.۴ گیگا‌هرتزی (مانند آیفون ۴)، نمی‌تواند به یک اکسس‌پوینت با باند ۵ گیگاهرتز متصل بشود. در مواردی هم که کلاینت از هر دو باند پشتیبانی می‌کند، معمولاً از یک فرکانس ثابت برای اتصال استفاده ‌می‌کند. برای مثال وقتی اولویت با کارآیی باشد، دستگاه از باند ۵ گیگا‌هرتز بهره خواهد برد.
802.11ac یا 5G Wi-Fi (وای‌فای نسل پنجم)

آخرین استاندارد وای‌فای تنها از فرکانس ۵ گیگا‌هرتز استفاده کرده و در حال Three-Stream، سرعت انتقالی نزدیک به ۱.۳ گیگا‌بیت در ثانیه را فراهم می‌کند. این نسل، از تنظیمات Double-Stream و Single-Stream نیز پشتیبانی می‌کند که به ترتیب با سرعت ۹۰۰ و ۴۵۰ مگابیت در ثانیه سازگار هستند.
توضیح: سرعت حالت Single-Stream در استاندارد 802.11ac، با سرعت Three-Stream در استاندارد 802.11n برابر است.
در حال حاضر، تعداد محدودی روتر سازگار با استاندارد 11.802ac در بازار وجود دارد. اما با ورود تبلت‌ها و تلفن‌های هوشمندی که روتر داخلی سازگار با این استاندارد دارند، آینده این استاندارد درخشان‌تر خواهد شد.

http://www.zoomit.ir/images/92/Netwo...WiFi-chart.jpg

از نظر فنی، استاندارد 802.11ac سه برابر سریعتر از استاندارد 802.11n است. و به همین دلیل انرژی کمتر برای دریافت اطلاعات مصرف می‌کنند و در نتیجه با باتری دستگاه‌های همراه ملایم‌تر برخورد می‌کند! اما در عمل چون سرعت انتقال از سرعت تئوریک محیط آزمایشگاهی کمتر است، 802.11ac دو برابر سریعتر از استاندارد Wireless-N است.
802.11ad یا WiGig

این استاندارد، در زمان برگزاری نمایشگاه CES 2013 به اکوسیستم وای‌فای وارد شد. پیش از این زمان، WiGig را به عنوان نوع متفاوتی از شبکه بی‌سیم می‌شناختند.
802.11ad از فرکانس ۶۰ گیگاهرتز استفاده می‌کند که منجر به ارائه سرعتی در حدود ۷ گیگابیت در ثانیه (یعنی هفت برابر سریعتر از یک اتصال Gigabit Ethernet) می‌شود.
اما در مقایسه با سایر استانداردها، از بردی کوتاه‌تر (در حدود ۹ متر) برخوردار است. به همین دلیل این استاندارد برای پوشش‌های محیطی و دستگاه‌های جانبی نزدیک، مثل لپ‌تاپ‌ها یا ایستگاه‌های تبلیغاتی مناسب‌تر است.
پس از CES 2013، روز به روز به تعداد دستگاه‌های پشتیبان کننده از این استاندارد افزوده می‌شود. البته پیشتیانی از این استاندارد در دستگاه‌های مختلف در کنار استانداردهای دیگر انجام می‌شود.
نکاتی پیرامون شبکه‌ها

در شبکه‌های باسیم، به محض متصل نمودن کابل به دستگاه، ارتباط برقرار شده و Stable می‌شود. برقراری ارتباط در شبکه‌های وایرلس، کمی پیچیده‌تر است.
هنگامی که سیگنال وای‌فای از طریق اکسس‌پوینت ارسال (Broadcast) می‌شوند، واقعاً همه چیز روی هوا است! هر شخصی که مجهز به یک کلاینت وای‌فای باشد، می‌تواند به این اکسس‌پوینت متصل شود. این خاصیت، ممکن است منجر به بروز تهدیدهای امنیتی زیادی بشود. برای جلوگیری از وقوع اینگونه اتفاقات، شبکه‌های وای‌فای معمولاً به کمک کلمه‌عبور ( و در شرایط حیاتی‌تر به کمک کلمه‌عبور رمزنگاری شده) از اتصال‌های غیرمجاز جلوگیری می‌کنند. در حال حاضر متد‌های مختلفی برای محافظت از شبکه‌های وای‌فای وجود دارد که به آن‌ها متدهای تصدیق‌ هویت (Authentication Methods) گفته‌ می‌شود. WPA ،WEP و WPA 2 از جمله این متدها هستند.

http://www.zoomit.ir/images/92/NetworkII/WiFi-AM.jpg

متد WPA 2 مانند WPA، از پروتکل تصدیق به کمک کلید موقت (TKIP) و استاندارد رمزنگاری پیشرفته (AES) برای رمزنگاری سیگنال‌ها استفاده می‌کند. از TKIP برای اتصال کلاینت‌های قدیمی‌تر و AES که سرعت و امنیت بیشتری را فراهم می‌کند تنها برای اتصال دستگاه‌های جدیدتر قابل استفاده است.

پس با تعریف یک کلمه‌عبور یا کلید رمزنگاری شده در یک اکسس‌پوینت، به کلاینت مجاز اجازه دسترسی داده خواهد شد.
اگر توضیحات بالا، کمی گنگ و نامفهوم به نظر می‌رسند، به دلیل پیچیده بودن رمز‌نگاری در شبکه‌های بی‌سیم است. برای اینکه کمی از این پیچیدگی کاسته شود، شبکه‌های وای‌فای، از متد ساده‌تری به نام WiFi Protected Setup نیز بهره می‌برند.
WPS یا WiFi Protected Setup

این استاندارد که در سال ۲۰۰۷ معرفی شده است، راه‌اندازی یک شبکه ایمن را آسانتر می‌کند. تنها کاری که برای استفاده از این متد باید انجام داد، فشردن کلید WPS است.
ابتدا باید بر روی اکسس‌پوینت، کلید WPS را فعال کنید و سپس در زمانی کمتر از ۲ دقیقه بر روی کلید WPS کلاینت بزنید تا به اکسس‌پوینت متصل شود. به کمک WPS نیازی به حفظ کردن پسورد ندارید. به خاطر داشته باشید که این ویژگی تنها در دستگاه‌های سازگار با این استاندارد قابل استفاده است. البته اغلب دستگاه‌های سال‌های گذشته از این استاندارد پشتیبانی می‌کنند.
WiFi Direct

این استاندارد به کلاینت‌ها کمک می‌کند بدون نیاز به یک اکسس‌پوینت واقعی به یکدیگر متصل شوند. به زبان ساده، یک تلفن‌هوشمند، خود را به یک اکسس‌پوینت کوچک تبدیل می‌کند تا سایر دستگاه‌ها به آن متصل شوند. این استاندارد برای به اشتراک‌گذاری اینترنت با چند دستگاه‌ دیگر فوق‌العاده مفید است.

http://www.zoomit.ir/images/92/NetworkII/Hotspot.jpg

برای مثال، لپ‌تاپ خود را به یک کابل شبکه و اینترنت متصل می‌کنید و با فعال کردن این ویژگی، برای سایر دستگاه‌ها هم امکان دسترسی به اینترنت را فراهم می‌کنید. ویژگی WiFi Direct بیشتر در تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها استفاده شده و با نام Personal Hotspot شناخته می‌شود.
شبکه‌‌های Power Line

وقتی صحبت از شبکه می‌شود، نمی‌توان همیشه به کابل شبکه دسترسی داشت. از طرف دیگر دریافت سیگنال‌ها در بعضی از قسمت‌های ساختمان به علت فاصله زیاد از اکسس‌پوینت، ممکن است ضعیف باشد. در این موارد بهترین راهکار استفاده از یک جفت آداپتور Power Line است.
آداپتورهای Power Line، سیم‌کشی‌‌های الکتریکی ساختمان را به کابل شبکه تبدیل می‌کنند. برای استفاده از این ویژگی به دو آداپتور نیاز دارید. یکی از این دو به اکسس‌پوینت (یا روتر) و دیگری به کلاینت Ethernet-Ready متصل خواهد شد.
در حال حاضر دو استاندارد HomePlug AV و Powerline AV+ 500 برای Power Line وجود دارد که به ترتیب سرعت‌ اتصال ۲۰۰ و ۵۰۰ مگابایت در ثانیه را فراهم می‌کنند.
در قسمت بعد به بررسی مراحل بهینه‌سازی شبکه‌‌های بی‌سیم خواهیم پرداخت.