شهادة Network Plus الفصل السادس Wireless Solutions and Issues الجزء الأول

الفصل السادس : Wireless Solutions and Issues

الجزء الأول : #1

بعنوان: Understanding Wireless Basics

أحد أكبر التغييرات في عالم الشبكات منذ ظهور امتحان  Network Plus هو في تقنيات الشبكات اللاسلكية، الشبكات بجميع أشكالها وأحجامها تدمج القطاعات اللاسلكية في شبكاتها، وقد نما استخدام الشبكات اللاسلكية المنزلية بشكل كبير في السنوات القليلة

 الماضية.

تُمكّن الشبكات اللاسلكية المستخدمين من الاتصال بالشبكة باستخدام الموجات الراديوية بدلاً من الأسلاك، ويمكن لمستخدمي الشبكة ضمن نطاق نقطة الوصول اللاسلكية (AP) التنقل في المكتب أو أي موقع آخر ضمن نطاق نقطة الاتصال (hotspot) بحرية، دون الحاجة إلى التوصيل بالبنية التحتية السلكية، ومن الواضح أن فوائد الشبكات اللاسلكية أدت إلى استمرار نموها.

يستعرض هذا الفصل العديد من جوانب الشبكات اللاسلكية، بدءًا من بعض المفاهيم والتقنيات التي تجعل الشبكات اللاسلكية ممكنة.

فهم أساسيات اللاسلكي (Understanding Wireless Basics):

 

 نصيحة أختبار: 

تذكر أن هذا الهدف يبدأ بعبارة "معطى سيناريو." هذا يعني أنه قد تتلقى سؤالًا من نوع السحب والإفلات، المطابقة، أو سيناريو "نظام تشغيل حي" حيث يتعين عليك النقر لإكمال مهمة معينة تستند إلى الهدف.

قنوات التردد اللاسلكي (Wireless Channels and Frequencies):

 

قنوات التردد اللاسلكي (RF) هي جزء مهم من الاتصال اللاسلكي، القناة هي نطاق التردد اللاسلكي المستخدم للاتصال اللاسلكي، كل معيار IEEE اللاسلكي يحدد القنوات التي يمكن استخدامها. معيار 802.11a يحدد نطاقات التردد اللاسلكي بين 5.15 و 5.875 جيجاهرتز، وفي المقابل، معايير 802.11b و 802.11g تعمل في نطاق 2.4 إلى 2.497 جيجاهرتز، ومعيار 802.11n (المعروف باسم Wi-Fi 4) يمكن أن يعمل في نطاقي 2.4 جيجاهرتز أو 5 جيجاهرتز، ومعيار 802.11ac (المعروف باسم Wi-Fi 5) يعمل في نطاق 5 جيجاهرتز، بينما معيار 802.11ax (المعروف باسم Wi-Fi 6) يمكن أن يستخدم نطاقي 2.4 جيجاهرتز أو 5 جيجاهرتز. كان هناك الكثير من النقاش حول ازدحام Wi-Fi والحاجة إلى تدخل تنظيمي، خصوصًا في نطاق 2.4 جيجاهرتز، ولكن التأثير التنظيمي لمثل هذا التدخل منع إلى حد كبير المحاولات لتقييد استخدام هذه القنوات.

ملاحظة

حتى تاريخ كتابة هذا النص، تم تعيين معيار لـ Wi-Fi 6e (e تعني extended) لدعم المعيار الأعلى 6 جيجاهرتز، لكنه لم يُستخدم بعد.

ملاحظة:

الهرتز (Hz) هو وحدة القياس القياسية للتردد اللاسلكي، ويُستخدم الهرتز لقياس تردد الاهتزازات والموجات، ومثل الموجات الصوتية والموجات الكهرومغناطيسية، الهرتز الواحد يساوي دورة واحدة في الثانية، ويتم قياس التردد اللاسلكي بالكيلو هرتز (KHz)، ألف دورة في الثانية؛ ميغاهرتز (MHz)، مليون دورة في الثانية؛ أو جيجاهرتز (GHz)، مليار دورة في الثانية.

فيما يتعلق بالقنوات، يتميز 802.11a بنطاق تردد أوسع، مما يتيح المزيد من القنوات وبالتالي زيادة في معدل نقل البيانات، ونتيجة للنطاق الأوسع، يدعم 802.11a ما يصل إلى ثماني قنوات غير متداخلة، معايير 802.11b/g تستخدم نطاقًا أصغر وتدعم فقط ما يصل إلى ثلاث قنوات غير متداخلة.

يوصى باستخدام القنوات غير المتداخلة للاتصالات، وفي الولايات المتحدة، معايير 802.11b/g تستخدم 11 قناة لنقل البيانات؛ ثلاثة من هذه القنوات - القنوات 1، 6، و 11 - هي غير متداخلة، ومعظم الشركات المصنعة تضبط القناة الافتراضية على إحدى القنوات غير المتداخلة لتجنب تعارض الإرسال، ومع الأجهزة اللاسلكية يمكنك اختيار القناة التي تعمل عليها شبكتك اللاسلكية (WLAN) لتجنب التداخل من الأجهزة اللاسلكية الأخرى ،والتي تعمل في نطاق 2.4 GHz.

عند استكشاف أخطاء الشبكة اللاسلكية، كن على علم بأن القنوات المتداخلة يمكن أن تعطل الاتصالات اللاسلكية، وعلى سبيل المثال، في العديد من البيئات، يتم وضع نقاط الوصول اللاسلكية (APs) عن غير قصد بالقرب من بعضها البعض - ربما نقطتي وصول في مكاتب منفصلة مجاورة أو بين الطوابق، وينتج عن التداخل بين القنوات إذا كان هناك تداخل بين نقاط الوصول، الحل هو محاولة نقل نقطة الوصول لتجنب مشكلة التداخل، أو تغيير القنوات إلى إحدى القنوات غير المتداخلة، على سبيل المثال، يمكنك التبديل من القناة 6 إلى القناة 11.

عادةً، تقوم بتغيير قناة الجهاز اللاسلكي فقط إذا كانت تتداخل مع جهاز آخر، وإذا كان يجب تغيير القناة، يجب تغييرها إلى قناة أخرى غير متداخلة، ويوضح الجدول الأول نطاقات القنوات لمعايير 802.11b/g اللاسلكية، ويظهر الجدول الثاني نطاقات القنوات لـ 802.11a، وأضاف 802.11n خيار استخدام القنوات المستخدمة بواسطة 802.11a و b/g والتشغيل عند 2.4 GHz/5 GHz. لذلك، يمكن اعتبار 802.11n كتحسين للمعايير السابقة 802.11 عن طريق إضافة هوائيات MIMO وزيادة كبيرة في معدل البيانات، لا تزال أجهزة 802.11n متاحة، ولكن تم تجاوزها بشكل كبير اليوم بواسطة 802.11ac، الذي أصبح معيارًا معتمدًا في يناير 2014، و 802.11ax (الذي يستخدم MU-MMO وسيتم مناقشته لاحقًا)، ويمكن اعتبار 802.11ac و 802.11ax كتمديدات لـ 802.11n.

نصيحة أختبار:

عند استكشاف مشكلة لاسلكية في نظام Windows، يمكنك استخدام أمر ipconfig لرؤية حالة تكوين IP، وبالمثل، يمكن استخدام أمر ifconfig في Linux، بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمستخدمي Linux استخدام أمر iwconfig لرؤية حالة الشبكة اللاسلكية الخاصة بك، وباستخدام iwconfig، يمكنك رؤية معلومات هامة مثل جودة الاتصال، عنوان MAC لنقطة الوصول، معدل البيانات، ومفاتيح التشفير، مما يمكن أن يكون مفيدًا في ضمان أن معايير الشبكة متسقة.

ملاحظة

تتواصل أنظمة IEEE 802.11b/g اللاسلكية مع بعضها البعض باستخدام إشارات التردد اللاسلكي في النطاق بين 2.4 GHz و 2.5 GHz، والقنوات المجاورة تكون بفاصل 5 MHz. استخدام قناتين تسمحان بأكبر فصل بين القنوات يقلل من التداخل بين القنوات ويعزز الأداء بشكل ملحوظ مقارنة بالشبكات التي تستخدم أقل فصل بين القنوات.

يوضح الجدولان الأول و الثاني القنوات اللاسلكية المتاحة، وعند نشر شبكة لاسلكية، يوصى باستخدام القناة 1، والنمو لاستخدام القناة 6، وإضافة القناة 11 عند الحاجة، لأن هذه القنوات الثلاث لا تتداخل.

نصيحة أختبار:

تُعد معايير 802.11n و 802.11ac و 802.11ax الأكثر شيوعًا اليوم، وسيكون من الصعب عليك شراء (أو حتى العثور على) التقنيات الأقدم، ومع ذلك، يُوصى بمعرفة التقنيات القديمة من أجل الامتحان.

 الجدول الأول:RF Channels for 802.11b/g/n/ax

ملاحظة

عند النظر إلى الجدول الأول، تذكر أن قنوات التردد اللاسلكي (RF) المدرجة (2412 للقناة 1، 2417 للقناة 2، وهكذا) هي في الواقع الترددات المركزية التي يستخدمها جهاز الإرسال والاستقبال داخل الراديو وAP، وهناك فقط فاصل 5 MHz بين الترددات المركزية، وإشارة 802.11b تشغل حوالي 30 MHz من طيف التردد. نتيجة لذلك، تقع إشارات البيانات ضمن حوالي 15 MHz على كل جانب من التردد المركزي وتتداخل مع عدة ترددات قنوات مجاورة. هذا يترك لك ثلاث قنوات فقط (القنوات 1 و6 و11 في الولايات المتحدة) يمكنك استخدامها دون التسبب في تداخل بين نقاط الوصول (APs).

 الجدول الثاني: RF Channels for 802.11a/ac/ax

كما ذكرنا، القنوات 1 و 6 و 11 لا تتداخل ،  وفي الإعدادات غير الـMIMO (مثل 802.11a أو b أو g)، حاول دائمًا استخدام واحدة من هذه القنوات الثلاث، وبالمثل، إذا كنت تستخدم 802.11n/ac/ax مع قنوات 20 MHz، فابقَ مع القنوات 1 و6 و11 لتكون في الجانب الآمن حتى لو كانت قنوات 802.11ac وax يمكن أن تكون بعرض 20 MHz أو 40 MHz أو 80 MHz أو 160 MHz.

 

نصيحة اختبار: 

بالنسبة للاختبار، يجب أن تعرف القيم الواردة في الجدول الثاني

 

من المهم ملاحظة أن 802.11ac يعمل في نطاق 5 GHz فقط، بينما يعمل 802.11ax في كل من نطاقي 2.4 GHz و5 GHz (وهو ما لم تقم به أي معايير أخرى منذ 802.11n) وبالتالي يتوافق مع 802.11a/b/g/n/ac، التشغيل في كلا النطاقين يخلق المزيد من القنوات المتاحة (تدعم الرقاقات المبكرة، على سبيل المثال، ثماني قنوات في نطاق 5 GHz وأربع قنوات في نطاق 2.4 GHz، مما يجعل المجموع اثنتي عشرة قناة متاحة)، ومع 802.11ac، يتم تقييد MU-MIMO فقط على الإرسال الهبوطي بينما يتيح 802.11ax اتصالات MU-MIMO بحيث يمكن لنقطة الوصول MU-MIMO الإرسال بالتوازي إلى عدة مستلمين ويمكن لنقطة النهاية MU-MIMO الاستقبال بالتوازي من عدة مرسلين.

سيدعم معيار 802.11ax ما يصل إلى ثماني عمليات إرسال MU-MIMO في نفس الوقت (زيادة من الأربعة المتاحة مع 802.11ac)، وتقنية Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) جديدة مع 802.11ax (وسيتم مناقشتها في القسم القادم حول تجميع القنوات)، وبالإضافة إلى عدة تقنيات أخرى (بما في ذلك trigger-based random access، dynamic fragmentation، و spatial frequency reuse) مما يتيح لها سرعة نظرية قصوى تصل إلى 10 Gbps ،والجديد مع 802.11ax هو استخدام 1024-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) لترميز (تعديل/إزالة التعديل) عدد أكبر من بتات البيانات وزيادة معدل النقل.

من المتوقع أن تكون فئة فرعية من 802.11ax، تعرف باسم Wi-Fi 6e (Wi-Fi 6 extended)، متاحة قريبًا وستعمل أيضًا في تردد 6 GHz: الأجهزة المتوافقة ستكون قادرة على العمل على ترددات 2.4 و5 و6 GHz والاستفادة من النطاقات الأقل ازدحامًا.

الوصول لتكنولوجيا الخلوي (Cellular Technology Access):

 أحد الأسباب التي تجعل الوصول الخلوي موضوعًا مهمًا من منظور هذا الامتحان هو أن الأجهزة (مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية) عندما تصل إلى الشبكة خارج اتصال Wi-Fi، فإنها غالبًا ما تفعل ذلك عبر شبكة خلوية وهذه الشبكة الخلوية تصبح الـ WAN، وكمسؤول شبكة، وتعتمد على الشبكة الخلوية التي يستخدمها مستخدموك (والأمان أو نقصه الموجود فيها) لحماية بياناتك ومواردك.

 

نظام Global System for Mobile Communications (GSM) استخدم في البداية تقنية Time-Division Multiple Access (TDMA) لتوفير الوصول المتعدد للمستخدمين عن طريق تقسيم القناة إلى شرائح زمنية متتالية، وكل مستخدم للقناة يأخذ دوره في إرسال واستقبال الإشارات، ومن الناحية المثالية، ويحدث هذا بسرعة بحيث لا يكون المستخدم مدركًا له، وتم استبدال TDMA في التطبيقات اللاحقة بتقنية Code-Division Multiple Access (CDMA) التي (بدلاً من تقسيم القناة إلى شرائح زمنية) تستخدم ترددات مختلفة لكل مستخدم لتوفير وسائل مختلفة لتغطية الهاتف المحمول.

تشمل الطرق الفردية التي يمكن استخدامها للوصول الخلوي 5G و LTE/4G و 3G، وتمثل تحسينات على التكنولوجيا مع مرور الوقت - كل جيل يمثل نطاقات تردد جديدة ومعدلات بيانات أعلى، وتم تصنيف الوصول الأصلي لـ GSM (مع كل من TDMA و CDMA) على أنه 2G، ومع تطور المعايير التي تركزت على زيادة السرعات وتمكين إرسال الصور، تحول ذلك إلى 3G (الذي كان في البداية أكثر ضجة تسويقية من أي شيء آخر)، وأضاف 4G القدرة على تنفيذ الوصول إلى الإنترنت عبر النطاق العريض المتنقل (ليس فقط للهواتف الذكية ولكن أيضًا لأجهزة الكمبيوتر المحمولة المزودة بمودمات لاسلكية وأجهزة مماثلة أخرى)، استندت LTE (Long-Term Evolution) إلى تقنيات EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) و HSPA (high-speed packet access)، والتي زادت من القدرة والسرعة باستخدام واجهة راديوية مختلفة مع تحسينات في الشبكة الأساسية، والنسخة الأحدث، 5G، لا توفر فقط سرعات أعلى ولكنها أيضًا ضرورية لتلبية احتياجات أجهزة Internet of Things (IoT) وأجهزة أخرى تتطلب اتصالات مكثفة.

لغرض المقارنة، سرعة التنزيل النموذجية لـ 3G الأساسي ستكون 0.0375 Mbps؛ لـ 4G ستكون 150 Mbps؛ لـ LTE ستكون حوالي 600 Mbps؛ ولـ 5G يُقدر أن تكون بين 1-10 Gbps.

 

السرعة، المسافة، وعرض النطاق (Speed, Distance, and Bandwidth):

 

عند الحديث عن الاتصالات اللاسلكية، تحتاج إلى التمييز بين معدل النقل وسرعة البيانات، وأحيانًا تُستخدم هذه المصطلحات بشكل متبادل، لكنها تختلف تقنيًا، وكما يظهر لاحقًا في هذا الفصل، لكل معيار لاسلكي سرعة مرتبطة به، وعلى سبيل المثال، 802.11n يسرد سرعة نظرية تصل إلى 600 Mbps، و802.11ax لديه سرعة قصوى نظرية تصل إلى 10 Gbps، وهذا يمثل السرعة التي يمكن للأجهزة باستخدام هذا المعيار إرسال واستقبال البيانات بها، ومع ذلك، في عمليات نقل البيانات عبر الشبكة، هناك العديد من العوامل التي تمنع الوصول الفعلي إلى هذه السرعات القصوى النظرية. على سبيل المثال، تتضمن حزم البيانات معلومات توجيه، ومجموعات التحقق، وبيانات استرداد الأخطاء، وعلى الرغم من أن هذا كله قد يكون ضروريًا، إلا أنه يمكن أن يؤثر على السرعة الإجمالية. 

 

يمكن أن يؤثر عدد العملاء على الشبكة أيضًا على معدل البيانات؛ فكلما زاد عدد العملاء، زادت الاصطدامات، وبناءً على تخطيط الشبكة، يمكن أن يكون للاصطدامات تأثير كبير على سرعات النقل من طرف إلى طرف، وتتدهور إشارات الشبكة اللاسلكية أثناء مرورها عبر العوائق مثل الجدران أو الأبواب؛ تتدهور سرعة الإشارة مع كل عائق.

 

 كل هذه العوامل تترك لك معدل النقل الفعلي لعمليات نقل البيانات اللاسلكية، ويمثل الـGoodput السرعة الفعلية المتوقعة من عمليات النقل اللاسلكية (ما يُعتبر غالبًا معدل النقل)، وفي التطبيقات العملية، تكون عمليات النقل اللاسلكية حوالي نصف أو أقل من معدل البيانات. بناءً على الإعداد اللاسلكي، يمكن أن يكون معدل النقل أقل بكثير من أقصى سرعته النظرية.

 

 نصيحة أختبار:

يشير معدل البيانات إلى الحد الأقصى النظري لمعيار لاسلكي، مثل 600 Mbps لـ 802.11n أو 10 Gbps لـ 802.11ax، ومعدل النقل يشير إلى السرعات الفعلية المحققة بعد جميع عوامل التنفيذ والتداخل.

 

 ملاحظة:

السرعة دائمًا ما تكون عاملًا مهمًا في تصميم أي شبكة، والسعي لتحقيق معدل نقل عالٍ (ht) هو هدف كان موجودًا منذ فترة، والعديد من معايير 802.11 تقدم نوع اتصال عالي النقل، مثل 802.11a-ht و802.11g-ht، وعلى الرغم من أن هذه التطبيقات تكون أفضل مع الـht من دونها، إلا أنه من المؤكد أن اليوم ستحقق نتائج أفضل مع 802.11ax. 

 

تجميع القنوات (Channel Bonding):

 مع تجميع القنوات، يمكنك استخدام قناتين في نفس الوقت. كما قد تتخيل، فإن القدرة على استخدام قناتين في آن واحد يزيد من الأداء. يمكن أن يساعد التجميع في زيادة معدلات النقل اللاسلكي مع 802.11n من حد أقصى يبلغ 40 MHz إلى 80 أو حتى 160 MHz (لزيادة في السرعة بنسبة 117 أو 333 بالمائة، على التوالي)، ويستخدم 802.11n استراتيجية النقل عبر تقسيم الترددات المتعامدة (OFDM).

 

 بينما توقف 802.11n عند أربع تدفقات مكانية، فإن 802.11ac يصل إلى ثماني تدفقات (لزيادة سرعة بنسبة 100 بالمائة)، ويستبدل 802.11ax تقنية OFDM بـ OFDMA، وهي نسخة متعددة المستخدمين من OFDM التي تستخدم مخطط تعديل رقمي، يتم تحقيق الوصول المتعدد عن طريق تخصيص مجموعات فرعية من النواقل الفرعية للمستخدمين الفرديين.

 

نصيحة أختبار:  

إذا بدا أن 802.11ax يظهر في كل مناقشة، فإن السبب هو أنه من المهم معرفة هذا المعيار للامتحان، واعرف أنه يعمل في كلا النطاقين (2.4 و5 GHz)، ويستخدم تقنية MIMO المتعددة المستخدمين (للإرسال والاستقبال)، وتقنية OFDMA (للإرسال والاستقبال)، ومعدلات بيانات أعلى (بفضل 1024-QAM). 

 

 MIMO/MU-MIMO/Directional/Omnidirectional:

 الهوائي اللاسلكي هو جزء أساسي من الاتصال اللاسلكي الشامل، وتأتي الهوائيات بأشكال وأحجام عديدة، مع تصميم كل واحد لغرض محدد. اختيار الهوائي المناسب لتطبيق شبكة معين هو اعتبار حاسم، والذي يمكن أن يحدد في النهاية مدى نجاح شبكة لاسلكية. بالإضافة إلى ذلك، ويمكن لاستخدام الهوائي المناسب أن يوفر لك المال على تكاليف الشبكة لأنك تحتاج إلى عدد أقل من الهوائيات وAPs.

 

 نصيحة أختبار: 

تقنيات الهوائي المتقدمة MIMO و MU-MIMO هي مفتاح المعايير اللاسلكية مثل 802.11n و 802.11ac و 802.11ax و LTE.

 

 تأتي العديد من محولات الشبكة المنزلية الصغيرة وAPs مع هوائي غير قابل للترقية، لكن الأجهزة اللاسلكية عالية الجودة تتطلب منك اختيار هوائي، ويتطلب تحديد الهوائي المناسب تخطيطًا دقيقًا وفهمًا لما تحتاجه من مدى وسرعة لشبكة معينة، وتم تصميم الهوائي لمساعدة الشبكات اللاسلكية على القيام بما يلي:

•   تجاوز العقبات

•  تقليل تأثير التداخل 

•  زيادة قوة الإشارة 

•  تركيز الإرسال، مما يمكن أن يزيد من سرعة الإشارة 

 

 الأقسام التالية تستعرض بعض خصائص الهوائيات اللاسلكية.

 

تصنيف الهوائيات (Antenna Ratings):

 عندما تكون الإشارة اللاسلكية ضعيفة وتتعرض لتداخل كبير، قد يكون من الممكن ترقية الهوائي لإنشاء اتصال لاسلكي أكثر استقراراً، ولتحديد قوة الهوائي، يجب النظر إلى قيمة كسب الهوائي. ولكن كيف تحدد قيمة الكسب؟

 

 نصيحة أختبار:

للامتحان، يجب معرفة أن قوة الهوائي هي قيمة الكسب الخاصة به. 

 

افترض أن برجاً لاسلكياً ضخماً يصدر موجات دائرية في جميع الاتجاهات، وإذا كان بإمكانك رؤية هذه الموجات، فستراها تشكل كرة حول البرج، وتتدفق الإشارات حول الهوائي بالتساوي في جميع الاتجاهات، بما في ذلك لأعلى ولأسفل، والهوائي الذي يقوم بذلك لديه قيمة كسب 0 dBi ويسمى هوائيًا إيزوتروبيًا، وتصنيف الهوائي الإيزوتروبي يوفر نقطة مرجعية لقياس قوة الهوائي الفعلية. 

 

 ملاحظة: 

الديسيبل في dBi تمثل الديسيبل، وi تمثل الهوائي الإيزوتروبي الافتراضي. 

قيمة كسب الهوائي تمثل الفرق بين الهوائي الإيزوتروبي ذو 0 dBi وقوة الهوائي الفعلية. على سبيل المثال، الهوائي اللاسلكي المعلن عنه بأنه 15 dBi هو أقوى 15 مرة من الهوائي الإيزوتروبي الافتراضي. كلما زادت قيمة الديسيبل، زاد الكسب.

عند النظر إلى الهوائيات اللاسلكية، تذكر أن قيمة الكسب الأعلى تعني إشارات إرسال واستقبال أقوى، وفي ما يتعلق بالأداء، القاعدة العامة هي أن كل 3 dB من الكسب المضاف تضاعف القوة الفعالة للهوائي.

 

  تغطية الهوائي (Antenna Coverage):

عند اختيار هوائي لتطبيق لاسلكي معين، تحتاج إلى تحديد نوع التغطية التي يستخدمها الهوائي، في تكوين نموذجي، يمكن أن يكون الهوائي اللاسلكي إما متعدد الاتجاهات (Omnidirectional) أو أحادي الاتجاه (Directional) والذي يسمى أيضًا أحادي الاتجاه. يعتمد اختيارك على البيئة اللاسلكية.

 

 هوائي متعدد الاتجاهات مصمم لتوفير نمط موجي منتشر بزاوية 360 درجة، ويستخدم هذا النوع من الهوائي عندما تكون التغطية مطلوبة في جميع الاتجاهات من الهوائي، والهوائيات متعددة الاتجاهات مفيدة عندما تكون هناك حاجة لإشارة واسعة النطاق، وعلى سبيل المثال، إذا كنت ترغب في توفير إشارة متساوية في جميع الاتجاهات، ويمكن للعملاء الوصول إلى الهوائي ونقطة الوصول المرتبطة به من مواقع مختلفة، ونظرًا للطبيعة المنتشرة للهوائيات متعددة الاتجاهات، تكون الإشارة أضعف بشكل عام وبالتالي تستوعب مسافات إشارة أقصر، والهوائيات متعددة الاتجاهات رائعة في البيئة التي تكون فيها هناك خط رؤية واضح بين المرسلين والمستقبلين، ويتم توزيع الطاقة بالتساوي على جميع النقاط، مما يجعل الهوائيات متعددة الاتجاهات مناسبة للتطبيقات المنزلية والمكتبية الصغيرة.

 

 الهوائيات أحادية الاتجاه مصممة للتركيز على الإشارة في اتجاه معين (وهذا هو السبب في أنها تُسمى غالبًا أحادية الاتجاه)، وهذه الإشارة المركزة تمكن من تحقيق مسافات أطول وإشارة أقوى بين نقطتين، والمسافات الأطول التي تمكنها الهوائيات أحادية الاتجاه توفر بديلاً قابلاً للتطبيق لربط المواقع، مثل ربط مكتبين في تكوين نقطة إلى نقطة.

 

 الهوائيات أحادية الاتجاه مصممة للتركيز على الإشارة في اتجاه معين (وهذا هو السبب في أنها تُسمى غالبًا أحادية الاتجاه). هذه الإشارة المركزة تمكن من تحقيق مسافات أطول وإشارة أقوى بين نقطتين. المسافات الأطول التي تمكنها الهوائيات أحادية الاتجاه توفر بديلاً قابلاً للتطبيق لربط المواقع، مثل ربط مكتبين في تكوين نقطة إلى نقطة.

 

تُستخدم الهوائيات أحادية الاتجاه أيضًا عندما تحتاج إلى تمرير الإشارة عبر سلسلة من العوائق، وهذا الترتيب يركز قوة الإشارة في اتجاه معين ويسمح لك باستخدام طاقة أقل لمسافة أكبر مقارنة بالهوائي متعدد الاتجاهات. الجدول التالي ويقارن بين الهوائيات اللاسلكية متعددة الاتجاهات وأحادية الاتجاه.

 

 

 

 Comparing Omnidirectional and Directional Antennas

 

ملاحظة:

في عالم الاتصالات اللاسلكية، يشير الاستقطاب إلى الاتجاه الذي يشع فيه الهوائي الأطوال الموجية، ويمكن أن يكون هذا الاتجاه عموديًا أو أفقيًا أو دائريًا، واليوم، الهوائيات العمودية هي الأكثر شيوعًا، اما بالنسبة للتكوين، يجب ضبط هوائيات الإرسال والاستقبال على نفس الاستقطاب.

نصيحة أختبار:

توفر الهوائيات متعددة الاتجاهات تغطية واسعة ولكن بإشارة أضعف في أي اتجاه مقارنة بالهوائيات الاتجاهية.

 

  إنشاء الاتصالات بين الأجهزة اللاسلكية (Establishing Communications Between Wireless Devices):

 عند العمل مع الشبكات اللاسلكية، يجب أن يكون لديك فهم أساسي للاتصالات التي تحدث بين الأجهزة اللاسلكية، وإذا كنت تستخدم تصميم شبكة لاسلكية تعتمد على البنية التحتية، فإن الشبكة تتكون من جزأين أساسيين: العميل اللاسلكي، المعروف أيضًا بالمحطة (STA)، ونقطة الوصول (AP)، وتعمل نقطة الوصول كجسر بين المحطة والشبكة السلكية.

 

 نصيحة أختبار:

عند توصيل نقطة وصول واحدة بالشبكة السلكية ومجموعة من المحطات اللاسلكية، يُطلق عليها مجموعة الخدمة الأساسية (BSS)، وتصف مجموعة الخدمة الموسعة (ESS) استخدام عدة BSS لتشكيل شبكة فرعية واحدة، ويُطلق على الوضع المؤقت أحيانًا مجموعة الخدمة الأساسية المستقلة (IBSS).

 

 كما هو الحال مع أشكال الاتصال الشبكي الأخرى، قبل أن تتمكن الأجهزة من البدء في تبادل البيانات، يجب أن تبدأ نقطة الوصول اللاسلكية والعميل في التواصل مع بعضهما البعض، وفي العالم اللاسلكي، هذه عملية من خطوتين تشمل الربط (association) والمصادقة (authentication).

تحدث عملية الربط عندما يتم تشغيل محول لاسلكي، ويبدأ محول العميل على الفور في مسح الترددات اللاسلكية للبحث عن نقاط وصول لاسلكية أو، إذا كان يستخدم الوضع المؤقت، عن أجهزة لاسلكية أخرى، وعندما يتم تكوين العميل اللاسلكي للعمل في وضع البنية التحتية، يمكن للمستخدم اختيار نقطة الوصول اللاسلكية التي يريد الاتصال بها، وقد تكون هذه العملية تلقائية أيضًا، حيث يتم اختيار نقطة الوصول بناءً على SSID وقوة الإشارة ومعدل خطأ الإطار، في النهاية، يقوم المحول اللاسلكي بالتبديل إلى القناة المخصصة لنقطة الوصول اللاسلكية المختارة ويتفاوض لاستخدام المنفذ.

إذا انخفضت الإشارة بين الأجهزة في أي وقت إلى مستوى غير مقبول، أو إذا أصبحت الإشارة غير متاحة لأي سبب من الأسباب، يبدأ المحول اللاسلكي في مسح آخر، باحثًا عن نقطة وصول بإشارات أقوى. عندما يتم العثور على نقطة الوصول الجديدة، يختارها المحول اللاسلكي ويرتبط بها. تُعرف هذه العملية بإعادة الربط (reassociation).

نصيحة أختبار: 

تتيح معايير 802.11 للعميل اللاسلكي التجوال بين نقاط وصول متعددة (APs)، وتقوم نقطة الوصول بإرسال إشارة منارة (beacon signal) كل بضعة ملي ثوانٍ، تتضمن هذه الإشارة طابعًا زمنيًا لمزامنة العميل ومؤشرًا لمعدلات البيانات المدعومة، ويستخدم نظام العميل رسالة المنارة لتحديد قوة الاتصال الحالي بنقطة الوصول، وإذا كانت الإشارة ضعيفة جدًا، يحاول العميل المتجول الربط مع نقطة وصول جديدة، وتُمكِّن هذه العملية نظام العميل من التجوال بين المسافات ونقاط الوصول المختلفة.

بعد اكتمال عملية الربط تبدأ عملية المصادقة، بعد الربط، تُطبق تدابير الأمان قبل أن تتمكن الأجهزة من التواصل، وفي العديد من نقاط الوصول، يمكن إعداد المصادقة إما على المصادقة باستخدام المفتاح المشترك أو المصادقة المفتوحة، وعادةً ما تكون الإعدادات الافتراضية لنقاط الوصول القديمة هي المصادقة المفتوحة، وتُمكِّن المصادقة المفتوحة الوصول باستخدام SSID فقط و/أو مفتاح WEP الصحيح لنقطة الوصول، وتكمن المشكلة في المصادقة المفتوحة في أنه إذا لم يكن لديك آليات حماية أو مصادقة أخرى، فإن شبكتك اللاسلكية تكون مفتوحة تمامًا للمتطفلين، وعندما يتم إعدادها على وضع المفتاح المشترك، يجب على العميل تلبية متطلبات الأمان قبل أن تتمكن الأجهزة من التواصل مع نقطة الوصول.

 بعد تلبية متطلبات الأمان يتم إنشاء الاتصال على مستوى IP، وهذا يعني أن متطلبات المعيار اللاسلكي قد تم تلبيتها، وتبدأ الشبكة السلكية (Ethernet) في العمل، ويتم بشكل أساسي التبديل من معايير 802.11 إلى معايير 802.3، وتخلق المعايير اللاسلكية الرابط الفيزيائي للشبكة، مما يُمكِّن بروتوكولات ومعايير الشبكات الاعتيادية من استخدام الرابط. هكذا يتم استبدال الكابل الفيزيائي، ولكن بالنسبة لتقنيات الشبكات، لا يوجد فرق بين الوسائط السلكية والوسائط اللاسلكية.

تتعاون عدة مكونات لتمكين الاتصالات اللاسلكية بين الأجهزة. يجب تكوين كل من هذه المكونات على كل من العميل ونقطة الوصول:

• الـ Service set identifier (SSID): سواء كانت شبكتك اللاسلكية تستخدم وضع البنية التحتية أو وضع الإعلان، فإن SSID مطلوب، ويعد SSID تعريفًا قابلا للتكوين للعميل يمكنه التواصل مع محطة قاعدة معينة، ويمكن لأنظمة العميل المُكونة بنفس SSID المتواجد على نقطة الوصول التواصل معها، يوفر SSIDs ترتيب كلمة مرور بسيط بين محطات القاعدة والعملاء في شبكة BSS، يتم استخدام ESSIDs لشبكة ESS اللاسلكية.

• القناة اللاسلكية: كما ذُكر في وقت سابق في الفصل، تعتبر قنوات RF جزءًا مهمًا من الاتصالات اللاسلكية، والقناة هي النطاق الترددي المستخدم للاتصال اللاسلكي، وتُحدد كل معيار القنوات التي يمكن استخدامها، مثلاً، معيار 802.11a يحدد نطاقات تردد الراديو بين 5.15 جيجاهرتز و 5.875 جيجاهرتز، على النقيض من ذلك، يعمل معيار 802.11b و 802.11g في نطاقات تردد 2.4 جيجاهرتز إلى 2.497 جيجاهرتز، ويمكن لـ 802.11n و 802.11ax التشغيل في نطاق 2.4 جيجاهرتز أو 5 جيجاهرتز، ويعمل 802.11ac في 5 جيجاهرتز، ويتم تعريف أربعة عشر قناة في مجموعة القنوات IEEE 802.11، يمكن الوصول إلى 11 منها في أمريكا الشمالية.

• ميزات الأمان: يوفر معيار IEEE 802.11 الأمان باستخدام طريقتين: المصادقة والتشفير، المصادقة تتحقق من نظام العميل، وفي وضع البنية التحتية، يتم إنشاء المصادقة بين AP وكل محطة، يجب أن تكون خدمات التشفير اللاسلكية هي نفسها على العميل ونقطة الوصول لحدوث التواصل.

 

نصيحة أختبار:  

تشحن الأجهزة اللاسلكية بمعلومات SSID الافتراضية، وإعدادات الأمان، والقنوات، وكلمات المرور، وأسماء المستخدمين، لحماية نفسك، يُوصى بشدة بتغيير هذه الإعدادات الافتراضية، واليوم، تُدرج العديد من مواقع الإنترنت الإعدادات الافتراضية التي تستخدمها الشركات المصنعة مع أجهزتها اللاسلكية، ويُستخدم هذا المعلومات من قبل الأشخاص الذين يرغبون في الوصول غير المصرح به إلى أجهزتك اللاسلكية.

تكوين الاتصال اللاسلكي (Configuring the Wireless Connection):

تكوين الاتصال اللاسلكي يتم بشكل مباشر إلى حد ما، وتوضح الشكل الصورة مثالًا على جهاز توجيه لاسلكي بسيط، بالإضافة إلى توفير الوصول اللاسلكي، يتضمن أيضًا مفتاح تبديل سلكي ذي أربعة منافذ.

 

الشكل الأول:  A wireless broadband router for a small network

معظم أجهزة توجيه النطاق العريض المماثلة لتلك الموضحة في الشكل التالي تختلف استنادًا إلى الميزات التالية:

•  النطاقات اللاسلكية: يمكن أن توفر أجهزة التوجيه إما 2.4 جيجاهرتز فقط، أو 5 جيجاهرتز فقط، أو تكون قابلة للاختيار (اختيار واحدة من الاثنتين) أو متزامنة (استخدام كلتاهما).

•  سرعة التبديل: يمكن أن تدعم المنافذ على التبديل عادة إما إيثرنت سريع (10/100 ميغابت في الثانية) أو إيثرنت جيجابت (10/100/1000 ميغابت في الثانية).

•  الأمان المدعوم : يمكن تكوين SSID ووضع الأمان وعبارة المرور لكل نطاق، وتشمل بعض أجهزة التوجيه (Switchs) ميزة الزر الداعم للوصول إلى الإعدادات، وتُمكن بعضها من تكوين تصفية عناوين MAC والوصول الضيف، مثل تلك الموضحة في الشكل التالي، وتُمكن تصفية عناوين MAC من تحديد الوصول إلى المضيفين المحددة فقط ، ويستخدم الوصول الضيف كلمة مرور واسم شبكة مختلفين ويُمكن الزوار من استخدام الإنترنت دون الوصول إلى باقي الشبكة (وبالتالي تجنب بياناتك وأجهزتك).

 

الشكل الثاني: Configuring MAC address filtering on a SOHO
router

 

نصيحة أختبار:

تأكد من فهمك لغرض تصفية عناوين MAC

• الهوائي (Antenna): قد يكون الهوائي قطبًا خارجيًا واحدًا، أو قطبين أو أكثر، أو حتى داخلي بالكامل ، و يستخدم النموذج الموضح في الشكل الأول هوائيًا داخليًا، كما هو موضح في الشكل الثالث.

 

الشكل الثالث: The antenna is the wire and metal component on the
left

ملاحظة

الهوائي اللاسلكي لجهاز الكمبيوتر المحمول، أو نظام سطح المكتب كل في واحد، أو الجهاز المحمول غالبًا ما يكون مدمجًا في المناطق حول الشاشة 

إعدادات جهاز التوجيه اللاسلكي عادة ما تكون واضحة، ويمكنك ضبط العديد من الإعدادات لأسباب استكشاف الأخطاء أو الأمان،على سبيل المثال، يقدم معظم موجهات الشبكة اللاسلكية لمكاتب المنزل الصغيرة / المكاتب (SOHO) الحديثة شاشات إعدادات تكوين مفيدة لإدارة جدار الحماية، والمنطقة العسكرية غير المسلحة (DMZ)، وتطبيقات الألعاب، والتحكم الأبوي، والوصول الضيف، وإعدادات التشخيص (كما هو موضح في الشكل الرابع)، وفيما يلي بعض الإعدادات الأساسية التي يمكن ضبطها على نقطة وصول لاسلكية:

• SSID: هذا الاسم يستخدم لأي شخص يرغب في الوصول إلى الإنترنت من خلال نقطة وصول لاسلكية. يعتبر SSID هوية عميل قابلة للتكوين تمكّن العملاء من التواصل مع قاعدة محددة. في التطبيق، يمكن للعملاء المكونين بنفس SSID التواصل مع القواعد التي تحمل نفس SSID ,ويوفر SSID نظامًا بسيطًا لكلمة مرور بين القواعد والعملاء.

 

الشكل الرابع : Common security configuration parameters for a
wireless router

فيما يتعلق باستكشاف الأخطاء، إذا لم يتمكن العميل من الوصول إلى نقطة وصول، يجب عليك التأكد من أن كلاهما يستخدم نفس الـ SSID، وفي بعض الأحيان، يمكن العثور على SSIDs غير متوافقة عندما يقوم العملاء بنقل أجهزة الكمبيوتر، ومثل أجهزة اللابتوب أو الأجهزة المحمولة الأخرى، بين شبكات لاسلكية مختلفة. يحصلون على SSID من شبكة واحدة. إذا لم يتم إعادة تشغيل النظام، فإن SSID القديم لا يمكنه تمكين الاتصال بنقطة وصول مختلفة.

• الـ Channel: للوصول إلى هذه الشبكة، يجب على جميع الأنظمة استخدام هذه القناة. إذا لزم الأمر، يمكنك تغيير القناة باستخدام القائمة المنسدلة. تعرض القائمة القنوات من 1 إلى 11.

• SSID broadcast: في تكوينها الافتراضي، تبث نقاط الوصول اللاسلكية عادة اسم الـ SSID في الهواء على فترات منتظمة. تم تصميم هذه الميزة للسماح للعملاء باكتشاف الشبكة بسهولة والتنقل بين شبكات WLAN. المشكلة في بث SSID هي أنه يجعل من السهل قليلاً تجاوز الأمان. الـ SSIDs غير مشفرة أو محمية بأي طريقة. يمكن لأي شخص التجسس والحصول على SSID ومحاولة الانضمام إلى الشبكة إذا لم تكن مؤمنة.

ملاحظة: 

بالنسبة للاستخدام في المنزل (SOHO)، لا حاجة للتجوال، ويمكن تعطيل هذه الميزة للاستخدام المنزلي لتحسين أمان شبكة WLAN الخاصة بك، وبمجرد تكوين عملاء الشبكة اللاسلكية يدويًا بالـ SSID الصحيح، لم يعودوا بحاجة إلى رسائل البث هذه. 

• Authentication: عند تكوين أمان المصادقة لنقطة الوصول، لديك عدة خيارات تعتمد على عمر نقطة الوصول، وفي النهاية الأدنى (الأقدم)، تتضمن الخيارات غالبًا WEP-Open وWEP-Shared وWPA-PSK، ويعد WEP-Open أبسط طرق المصادقة لأنه لا يقوم بأي نوع من التحقق من العميل، وإنه شكل ضعيف من المصادقة لأنه لا يتطلب أي إثبات للهوية، ويتطلب WEP-Shared تكوين مفتاح WEP على كل من نظام العميل ونقطة الوصول، وهذا يجعل المصادقة باستخدام WEP-Shared إلزامية، لذلك فهو أكثر أمانًا لنقل البيانات اللاسلكية، ولتعزيز تشفير WEP، تم استخدام بروتوكول سلامة المفتاح الزمني (TKIP)، وضع هذا البروتوكول غلافًا بطول 128 بت حول تشفير WEP باستخدام مفتاح يعتمد على أشياء مثل عنوان MAC للجهاز المستهدف والرقم التسلسلي للحزمة، وتم تصميم TKIP كبديل متوافق مع WEP، ويمكن أن يعمل مع جميع الأجهزة الموجودة، وبدون استخدام TKIP، كان يعتبر WEP ضعيفًا، ومع ذلك، من الجدير بالذكر أن حتى TKIP قد تم كسره.

• الـ Wi-Fi Protected Access with Pre-Shared Key (WPA-PSK): هو شكل أقوى من التشفير حيث يتم تغيير المفاتيح تلقائيًا وتوثيقها بين الأجهزة بعد فترة زمنية محددة أو بعد نقل عدد محدد من الحزم.

 

• في نقاط الوصول الجديدة، تشمل الخيارات عادةً WPA3، WPA Personal، WPA Enterprise، WPA2 Personal، و WPA2 Enterprise، ويمكن أن تشمل الخيارات الأخرى WPA2/WPA Mixed Mode و RADIUS، وعلى الرغم من أن WPA يفرض استخدام TKIP، فإن WPA2 يتطلب استخدام Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol (CCMP)، يستخدم CCMP تشفير AES 128 بت مع متجه تهيئة بطول 48 بت، ومع متجه التهيئة الأكبر، فإنه يزيد من صعوبة الاختراق ويقلل من خطر هجمات إعادة التشغيل.

• WPA3 (كما هو موضح كخيار في الشكل الخامس) يستخدم Simultaneous Authentication of Equals (SAE)**، الذي يحل محل المفتاح المشترك مسبقًا (PSK) المستخدم في WPA2-Personal ويكون مقاومًا لهجمات القاموس غير المتصلة، وعندما يُعطى كخيار، فإن **WPA3-Personal يضيف حماية أكبر للمستخدمين الأفراد نتيجة للمصادقة المعتمدة على كلمة المرور حتى عندما لا تكون كلمات المرور التي يختارها المستخدمون معقدة للغاية.

نصيحة أختبار: 

اعلم أن WPA3 يساعد في منع هجمات القاموس غير المتصلة باستخدام Simultaneous Authentication of Equals، ويسمح SAE للمستخدمين باختيار كلمات مرور أسهل للتذكر، ومن خلال الأمان المستقبلي، لا يتم تعريض حركة المرور التي تم نقلها للخطر حتى لو تم اختراق كلمة المرور.

• الـ Wireless mode:للوصول إلى الشبكة، يجب على العميل استخدام نفس الوضع اللاسلكي كنقطة الوصول (AP). اليوم، يقوم معظم المستخدمين بتكوين الشبكة لـ 802.11ac أو 802.11ax لسرعات أسرع.

• DTIM period (الثواني): يمكن أن تبث الإرساليات اللاسلكية لجميع الأنظمة، أي أنها يمكن أن ترسل رسائل لجميع العملاء على الشبكة اللاسلكية. تُعرف الرسائل المتعددة البث بالمرور المتعدد أو مرور البث. Delivery Traffic Indication Message (DTIM) هي ميزة تُستخدم لضمان أن جميع الأنظمة تكون مستيقظة لسماع الرسالة عندما يتم إرسال المرور المتعدد أو مرور البث. تحدد إعدادات DTIM عدد مرات إرسال DTIM ضمن إطار المنارة. على سبيل المثال، إذا كان إعداد DTIM الافتراضي هو 1، فهذا يعني أن DTIM يتم إرساله مع كل منارة. إذا كان إعداد DTIM هو 3، يتم إرسال DTIM كل ثلاث منارات كنداء إيقاظ DTIM.

• Maximum connection rate: عادةً ما يتم تعيين معدل النقل إلى Auto افتراضيًا. يتيح هذا الإعداد أقصى سرعة اتصال. ومع ذلك، من الممكن تقليل السرعة لزيادة المسافة التي يقطعها الإشارة وتعزيز قوة الإشارة في ظل الظروف البيئية السيئة.

• نوع الشبكة (Network type): هنا يمكن تعيين الشبكة لاستخدام تصميم الشبكة ad hoc أو infrastructure.

 

 ملاحظة: 

 من السهل الوقوع في فخ التفكير في الأجهزة اللاسلكية على أنها أجهزة لابتوب تتصل بنقطة الوصول (AP)، وعلى مر السنين، توسع بشكل كبير عدد ونوع الأجهزة المحمولة التي تحتاج إلى الاتصال بالشبكة. بالإضافة إلى أجهزة اللابتوب والأجهزة اللوحية، تتصل أجهزة الألعاب وأجهزة الوسائط والهواتف المحمولة وأجهزة IoT الآن للوصول اللاسلكي، على الرغم من أنها قد تبدو مختلفة، فإنها تتطلب نفس المعلومات للاتصال.

 

نصيحة أختبار:

اعلم أن الأجهزة على الشبكات اليوم تشمل أشياء مثل أجهزة الكمبيوتر الشخصية والهواتف المحمولة وأجهزة اللابتوب والأجهزة اللوحية وأجهزة الألعاب وأجهزة الوسائط وأجهزة IoT.

ملاحظة:

للأسف، فإنها تجلب أيضًا مخاوف أمنية، ويُوصى بسياسات Bring-your-own-device (BYOD) لكل مؤسسة، ويمكن للمسؤولين تنفيذ منتجات mobile device management (MDM) و mobile application management (MAM) للمساعدة في قضايا الإدارة والإدارة المتعلقة بهذه الأجهزة.

النهاية:

 وهكذا أنتهى الجزء الأول من الفصل السادس ،  أتمنى ان يكون أعجبكم ، تستطيع الانضمام إلينا لمتابعة كل ما هو جديد  من هنا.