Что такое персональные сети

Персональные сети и технология Bluetooth Особенности персональных сетей

Персональные сети (Personal Area Networks, PAN) предназначены для взаимодействия уст­ройств, принадлежащих одному владельцу, на небольшом расстоянии, обычно в радиусе 10 м. Такими устройствами могут быть ноутбук, мобильный телефон, принтер, карманный компьютер PDA (Personal Digital Assistant), телевизор, а также многочисленные бытовые приборы, например холодильник.

Персональные сети должны обеспечивать как фиксированный доступ, например, в пределах дома, так и мобильный, когда владелец устройств перемещается вместе с ними между помещениями или городами.

Персональные сети во многом похожи на локальные, но у них есть и свои особенности.

• Многие из устройств, которые могут входить в персональную сеть, гораздопроще, чем традиционный узел LAN — компьютер. Кроме того, такие устройства обычно имеют небольшие габариты и стоимость. Поэтому в стандартах PAN требуется учитывать, что их реализация должна приводить к недорогим решениям, потребляющим небольшую энергию.
• Область покрытияPANменьше области покрытияLAN, для взаимодействия узлов PAN часто достаточно нескольких метров.
• Высокие требования к безопасности. Персональные устройства, путешествуя вместе со своим владельцем, попадают в различное окружение. Иногда они должны взаимодействовать с устройствами других персональных сетей, например, если их владелец встретил на улице своего знакомого и решил переписать из его устройства PDA в свое несколько адресов общих знакомых. В других случаях такое взаимодействие явно нежелательно, так как может привести к утечке конфиденциальной информации. Поэтому протоколы PAN должны обеспечивать разнообразные методы аутентификации устройств и шифрования данных в мобильной обстановке.
• При соединении малогабаритных устройств между собой желание избавиться от кабелей проявляется гораздо сильнее, чем при соединении компьютера с принтером или концентратором. Из-за этого персональные сети в гораздо большей степени тяготеют к беспроводным решениям, чем локальные.
• Если человек носит PAN-устройство постоянно с собой и на себе, то оно не должно причинять вред его здоровью. Поэтому такое устройство должно излучать сигналы небольшой мощности, желательно не более 100 милливатт (обычный сотовый телефон излучает сигналы мощностью от 600 мВт до 3 Вт).

Сегодня самой популярной технологией PAN является Bluetooth, которая обеспечивает взаимодействие 8 устройств в разделяемой среде диапазона 2,4 ГГц со скоростью передачи данных до 723 Кбит/с.

Стандарты персональных беспроводных сетей

Функционирование персональных беспроводных сетей (WPAN, Wireless Personal Area Network) осуществляется в соответствии с законами, определенными стандартами из семейства IEEE 802.15х:

■ IEEE 802.15.1. Этот стандарт также называется Bluetooth.

■ IEEE 802.15.2. Этот стандарт описывает взаимодействие между устройства­ми, относящимися к персональным и локальным беспроводным сетям.

■ IEEE 802.15.3. Данный стандарт разработан для высокоскоростных персо­нальных беспроводных сетей (до 54 Мбит/с), работающих в диапазоне 2,4 ГГц. Стандарт обеспечивает поддержку сниженного энергопотребления, а для передачи данных используется квадратурное кодирование фазовым сдви­гом со смещением (OQPSK, Offset Quadrature Phase Shift Keying). Сети, по­строенные на основе этого стандарта, называются также пикосетями.

■ IEEE 802.15.4. Этот стандарт определяет низкоскоростные персональные беспроводные сети (скорость передачи данных до 250 Кбит/с). Рабочий диа­пазон частот — 2,4 ГГц (16 каналов), 915 МГц (10 каналов) и 868 МГц (один канал). Область применения — дистанционное управление различными бы­товыми приборами.

Общая характеристика Personal Area Network

Bluetooth — это внедренное в микрочип невыключающееся радиоустройство ближнего действия. Стандарт Bluetooth разработан группой Bluetooth SIG (Bluetooth Special Interest Group), которая была организована по инициативе компании Ericsson в 1994 году как средство, позволяющее портативным компьютерам совершать звонки по мобильным телефонам. Название «Bluetooth» («голубой зуб») произошло от прозвища датского короля Гарольда Блаатанда (Harald Blaatand), жившего в X веке нашей эры. В историю он вошел как человек, который принес христианство в Скандинавию и объединил разрозненные земли Дании и Норвегии. Логотип Bluetooth, которым помечаются устройства, поддерживающие данную технологию (рисунок 4.1), представляет собой руническую запись инициалов короля (сочетание “*” означающей, “H” и “B”). Рисунок 4.1 Bluetooth является универсальным радиоинтерфейсом, связывающим друг с другом самые разные устройства и не требующий дорогой аппаратной поддержки. Однако устройства Bluetooth сегодня реально используют в основном для замены провода радиоинтерфейсом (например, в качестве беспроводной гарнитуры для сотовых телефонов), несмотря на широчайший спектр заложенных в нем возможностей. Рынок такого рода приложений пока во много раз превосходит рынок действительно сетевых устройств. Работая в диапазоне 2,4 ГГц (диапазон ISM – общедоступные частоты для маломощных устройств), два аппарата Bluetooth, находящиеся на расстоянии до 10 м, могут передавать данные со скоростью до 720 кбит/с, а при использовании технологии EDR (Enhanced Data Rate – повышенная скорость передачи), которая присутствует, начиная с версии 2.0, – до 2200 кбит/с. При применении устройства Bluetooth с дополнительным усилителем мощности расстояние передачи может быть увеличено до 100 м. Стандарт Bluetooth признан всем мировым сообществом. Между Bluetooth SIG и IEEE было достигнуто соглашение, в соответствии которым спецификация Bluetooth вошла в стандарт IEEE 802.15.1 (опубликован 14 июня 2002 года) Основные характеристики технологииBluetooth: Таблица 3.2 – Основные характеристики технологии Bluetooth

Показатель	Bluetooth
Вид модуляции	Шумоподобный сигнал, метод частотных скачков
Число скачков в секунду	1600
Мощность передатчика, мВт	100
Скорость обмена данными, Мбит/с	1
Способ модуляции	Двухуровневая ЧМ
Количество устройств в сети	Не ограничено
Защита информации	40- и 64-битное шифрование
Радиус действия, м	10-100

• Точки доступа для обмена данными и голосовыми сообщениями. Bluetooth обеспечивает передачу в реальном времени данных и речи, организую удобную беспроводную связь портативных и стационарных аппаратов связи (мост Internet, связь телефонной трубки со стационарным аппаратом, доступ к данным через ноутбук, КПК или мобильный телефон).
• Замена кабеля. Может обеспечивать беспроводную связь между ПК и периферийными устройствами (клавиатура, мышь, принтер и т.д.), между мобильным телефоном и наушниками (микрофоном), между мобильным телефоном и КПК и т.п.
• ОрганизацияAD—Hocсетей. Устройство, оснащенное чипом Bluetooth, может устанавливать связь с другими устройствами, находящимися в пределах области охвата.

Что такое PAN — personal area network?

Я увидел, что помимо LAN, WAN, MAN. существует еще PAN — personal area network.

Персональная сеть — это набор сетевых устройств, которые не имеют централизованной сетевой системы.

В то время как:

Типичная сеть, называемая локальной сетью (ЛВС), построена вокруг централизованной системы маршрутизации.

Получается, что и та, и та сеть не охватывает большого пространства (PAN, как мне кажется, занимает еще меньше места, чем LAN). Но PAN отличается от LAN тем, что не использует в своей сети маршрутизаторов/роутеров (если говорить о классических роутерах, которые не обладают функционалом других устройств)? К примеру, PAN может использовать точку доступа, которая не совершает процесс маршрутизации, правильно понимаю?

• Вопрос задан более года назад
• 684 просмотра

Комментировать
Решения вопроса 0
Ответы на вопрос 3

PAN — это сети, построенные на Bluetooth ad-hoc и похожих технологиях, в которых динамическая маршрутизация осуществляется автоматически — она заложена в протокол. Если рассматривать пример на Bluetooth, то конечное устройство может подключиться к PAN, если в пределах радиодоступности есть хотя бы одно устройство из этой сети. Вся сеть автоматически «поймёт», что маршрутизировать пакеты до нового устройства нужно через то устройство, через которое оно подключилось к общей сети.
Все устройства в такой сети равнозначны: они и клиенты, и серверы, и маршрутизаторы с динамической маршрутизацией.

Ответ написан более года назад
Комментировать
Нравится 2 Комментировать

например — подключение 2х компов напрямую между собой
подключение компов через «тупой» свитч например

ну и соответсвенно ручное назначение настроек сети, хотя необязательно если 1 пк выступает в роли DHCP сервера

но по факту обычно используется 3 понятия. wan, lan, vpn ))

Ответ написан более года назад
Комментировать
Нравится Комментировать

> Типичная сеть, называемая локальной сетью (ЛВС), построена вокруг централизованной системы маршрутизации.
вот это определение можно сразу выкинуть, это какое-то узколобое определение, вырванное из контекста.

это все теоритические предложения по разграничению типов организации.
PAN к примеру может работать вообще без маршрутизации, если все устройства находятся в пределах одного полносвязанного сегмента сети.
PAN к примеру может быть связкой по радиосети (bluetooth wifi) несколько персональных устройств (пда, принтер, клавиатура, сканер. ) с компутером.
или связь между носимыми человеком гаджетами или что подобное.

не все теорические наработки вышли в мейнстрим.
к примеру были разработки радиосвязи между устройствами на теле человека, где радиосигнал распространялся вдоль поверхности кожи.

Ответ написан более года назад
Комментировать
Нравится Комментировать
Ваш ответ на вопрос

Войдите, чтобы написать ответ

• Компьютерные сети
• +1 ещё

Почему производители не указывают тесты RFC2544?

• 1 подписчик
• 22 янв.
• 73 просмотра

Personal Area Network

Персональная сеть (PAN — Personal Area Network) — это компьютерная сеть, которая используется для передачи данных между устройствами, расположенными на достаточно небольшом расстоянии и зачастую принадлежащими одному пользователю. Также персональные сети могут взаимодействовать с сетями болеее высокого уровня, и в таком случае одно из устройств в сети берёт на себя роль интернет-маршрутизатора. Радиус действия таких сетей составляет от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров.

В современном мире большинство персональных сетей являются беспроводными.

WPAN

WPAN (Wireless Personal Area Network) — система беспроводной передачи данных, которая работает в ISM-диапазоне 2.4-2.5 ГГц. Выбор диапазона обусловлен тем, что этот диапазон доступен по всему миру и подходит для низкобюджетных решений. WPAN состоит из нескольких узлов, связанных беспроводным каналом, при этом один из этих узлов берёт на себя роль координатора. Координатор занимается созданием WPAN и контролирует подключение узлов к сети.

WPAN может представлять из себя следующие топологические схемы:

Современные WPAN могут быть реализованы с помощью таких технологий, как:

WLANs vs. WPANs

WPAN определена в контексте личного рабочего пространства(POS — Personal Operating Space), которое обычно распространяется в радиусе до 10 метров и окружает человека или объект, находящийся в покое или в движении. WPAN также подразумевает низкую стоимость и низкое энергопотребление. Узел WPAN имеет небольшие размеры, что позволяет встраивать его в портативные устройства, такие как мобильные телефоны и КПК.

С другой стороны, WLAN представляет из себя систему более широкого радиуса действия и имеет более высокую сложность. WLAN включает в себя центральный узел, называемый точкой доступа(AP — Access Point), который предоставляет доступ к каналу связи некоторому количеству конечных узлов. Типичный узел WLAN представляет из себя карту, устанавливаемую в персональные компьютеры и ноутбуки.

Bluetooth

Bluetooth (от слов англ. blue — синий и tooth — зуб) — стандарт беспроводного соединения вычислительных устройств и устройств связи, который позволяет передавать данные на коротких расстояниях между стационарными и мобильными устройствами, используя короткие сверхвысокочастотные радио-волны в ISM-диапазоне от 2.4 до 2.485 ГГц.

Создание технологии

Идея создания такого стандарта возникла в 1994 году в компании Л.М.Эриксона, а в 1998 году совместно с четырьмя другими компаниями(IBM, Intel, Nokia, Toshiba) была сформирована специальная группа, которая занималась созданием и развитием этого стандарта. Проект был назван в честь великого короля викингов по имени Гаральд Синий Зуб II, который объединил Данию и Норвегию.

Требования к технологии при разработке:

• Безопасность, сравнимая с обычным проводным соединением(поддерживать авторизацию, аутентификацию и шифрование на канальном уровне и уровне приложений).
• Стоимость производства, сопоставимая со стоимостью производства проводного соединения.
• Возможность соединения множества устройств, принадлежащих пользователю(7 одновременных соединений) и скорость передачи данных между ними, соответствующая нуждам пользователя.
• Поддержка типов данных, которые распространены среди мобильных пользователей.
• Низкое энергопотребление и компактность для возможности встраивания в небольшие портативные устройства.

Bluetooth 1.0 появился в июле 1999 года, и со временем этот стандарт обрёл широкую популярность.

Архитектура Bluetooth

Существуют две основных реализации технологии:Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate(BR/EDR), которая используется в версиях 2.0/2.1, и Bluetooth with low energy(LE), которая используется в версиях 4.0/4.1/4.2.

В чём разница?

• Bluetooth BR/EDR — устанавливает беспроводное соединение на относительно малых расстояниях, что делает его идеальным, например, для стриминга аудио.
• Bluetooth LE — позволяет устанавливать кратковременное соединение на больших расстояниях, что делает его подходящим для использования, связанного с интернетом вещей(IoT — Internet of things), которое не требует непрерывного соединения, но зависит от продолжительности работы аккумулятора.
• Dual-Mode — двухрежимные чипсеты используются, например, в смартфонах и планшетах, которым необходимо соединение как с BR/EDR-устройствами(например, наушники), так и с LE-устройствами(например, различные маячки и трекеры).

Стек протоколов Bluetooth

Bluetooth Module

Baseband — существует два основным типа соединения, которые могут быть установлены между ведущим и ведомым:

• Synchronous Connection Oriented(SCO) — предоставляет симметричное соединение между ведущим и ведомым для регулярного периодического обмена данными в виде зарезервированных слотов. Подобное соединение предназначено для ограниченных по времени типов данных (например, аудио). Ведущее устройство может поддерживать до трёх SCO-соединений с одним или разными ведомыми устройствами.
• Asynchronous Connection-Less(ACL) — предоставляет соединение один-ко-многим между ведущим устройством и всеми ведомыми устройствами в сети. Может использовать все слоты канала, не занятые SCO-соединениями. Предоставляется соединение с коммутацией пакетов, обмен данными с помощью которого происходит эпизодически. Весь трафик полностью контролируется ведущим устройством.

Каждое Bluetooth-устройство имеет 48-битный IEEE MAC-адрес, который используется для создания кода доступа. Код доступа имеет псевдо-случайные свойства и включает в себя идентификатор ведущего устройства в сети. Все пакеты, передаваемые по каналу, распознаются с помощью этого идентификатора. Это предотвращает возможность попадания пакетов из одной сети в другую. Все пакеты имеют одинаковый формат, начинаются с кода доступа, после него идёт заголовок, а далее — существенные данные.

Код доступа используется, чтобы доставить пакет до определённого устройства, заголовок содержит всю контрольную информацию, связанную с пакетом и соединением. Пакет может быть размером в 1, 3 или 5 слотов.

Link Controller — отвечает за обнаружение устройства, установление соединение и его поддержку. В Bluetooth существуют три элемента для поддержки установления соединения: scan, page и inquiry.

Inquiry — процесс, когда устройства пытается обнаружить все другие устройства с включенным Bluetooth на некоторой площади. Устройство, которое хочет установить соединение, передаёт запрос, который побуждает получателей вернуть их адреса. Устройство, которое получает запрос, возвращает FHS-пакет, который включает, помимо всего, идентификатор этого устройства. Для возвращения FHS-пакетов используется случайный механизм отката для предотвращение коллизий.

Устройство в режиме ожидание должно «спать» большую часть времени для сохранения энергии, но время от времени оно также должно «слушать», не хотят ли другие устройства подключиться (Page scan). Необходим компромисс между энергопотреблением в режиме ожидания и временем отклика. Устройство, которое хочет подключиться, сталкивается с неопределенностью частоты и времени: оно не знает, когда устройство в режиме ожидания «проснётся» и на какой частоте. По этой причине устройство передаёт код доступа неоднократно на разных частотах: каждые 1.25 мс устройство передаёт два кода доступа и дважды «слушает» ответ. Таким образом, за 10 мс передаётся 16 запросов. Если устройство в режиме ожидания «проснулось» на одной из этих 16 частот, оно получит код доступа и начнёт процедуру установления соединения.

Link Manager — Host управляет Bluetooth с помощью команд HCI, и Link Manager существует для трансляции этих команд в операции на Baseband-уровне. Его главные функции — управление сетью(установление и разрывание соединения, смена ролей), конфигурация соединения, безопасность и QoS(Quality of Service)-функции.

Link Manager обменивается информацией со своими «коллегами» на других устройствах, используя Link Manager Protocol(LMP). Каждое LMP-сообщение начинается с флага, который равен 0, если ведущее устройство является инициатором транзакции, и 1 — если ведомое. После флага следуют 7 бит кода операции, а после — параметры сообщения.

LMP также предоставляет механизм для «переговоров» по поводу режимов шифрования и координирования ключей шифрования, которые используют устройства на обоих концах соединения. Кроме этого LMP поддерживает сообщения для конфигурации качества обслуживания соединения. Типы пакетов могут быть автоматически изменены в соответствии с качеством канала, и соответственно скорость передачи данных может возрастать при повышении качества канала.

Bluetooth Host

Logical Link Control and Adaptation Protocol(L2CAP) — забирает данные из более высоких уровней стека и из приложений, и посылает её на более низкие уровни стека. Передаёт пакеты либо в HCI, либо напрямую в Link Manager. Основные функции L2CAP:

• Мультиплексирование протоколов более высокого уровня, что позволяет им разделять одно ACL-соединение.
• Сегментация и повторная сборка пакетов, что позволяет передавать пакеты большего размера, чем поддерживают протоколы более низкого уровня.
• Управление качеством обслуживания для протоколов более высокого уровня.

Все приложения должны использовать L2CAP для передачи данных. Также L2CAP используется более высокими уровнями, такими как RFCOMM и SDP, и таким образом L2CAP — неотъемлемая часть любой Bluetooth-системы.

RFCOMM — простой, надёжный транспортный протокол, который эмулирует соединение pont-to-point по последовательному порту (RS-232). RFCOMM поддерживает два типа устройств:

• С эмуляцией последовательного порта. Такие устройства обычно находятся на концах соединения(например, PC или принтер).
• Промежуточные устройства с физическим последовательным портом. Такие устройства находятся в середине соединения(например, модем).

Может быть установлено до 30 каналов передачи данных, то есть RFCOMM теоретически может поддерживать 30 различных сервисов одновременно. RFCOMM основан на стандарте GSM TS 07.10 — асимметричный протокол, который используется в сотовых телефонах для мультиплексирования нескольких потоков данных в один физический провод.

Service Discovery Protocol(SDP) — предоставляет возможность SDP-клиенту получить доступ к информации об услугах, предоставляемых SDP-сервервами. SDP-сервер — это любое Bluetooth-устройство, которое предоставляет услуги другому Bluetooth-устройству. Информация об услугах хранится в базах данных. Не существует централизованной базы данных, каждый SDP-сервер имеет свою собственную. SDP база данных — набор записей, описывающих услуги, которые устройство может предложить другому устройству, и SDP предоставляет другому устройству «посмотреть» на эти записи. Для простоты поиска услуги упорядочены в иерархическую структуру в виде дерева.

Для просмотра классов услуг или для получения информации об отдельной услуге SDP-клиенты и SDP-серверы обмениваются сообщения, которые содержатся в SDP Protocol Data Units(PDUs). Первый байт в PDU — это ID, идентифицирующий сообщение в PDU. Услуги имеют собственные Universally Unique Identifiers(UUIDs), которые их описывают. Стандартные услуги имеют стандартные UUIDs, но существует также возможность определять свои собственные услуги и, соответственно, присваивать им UUIDs.

Этапы установки SDP-соединения показаны на следующей схеме:

Безопасность

Тот факт, что Bluetooth используется в мобильных устройствах и то, какие данные могут передаваться с помощью этих устройств, делает безопасность чрезвычайно важным фактором.

На канальном уровне технология Bluetooth предоставляет возможности аутентификации, шифрования и управления задействованными ключами.

Аутентификация предполагает, что пользователь предоставляет личный идентификационный номер(PIN — Personal Identification Number), который транслируется в 128-битный Link Key, который, в свою очередь, проходит аутентификацию в одностороннем или двустороннем порядке, а после этого может пройти процедуру шифрования при различной длине ключа(до 128 бит с 8-битным шагом). На канальном уровне доступны несколько схем аутентификации и гибкая схема шифрования, что позволяет различным устройствам «договариваться между собой» о длине ключа. Это важно, если на одно из устройств наложены ограничения по длине ключа. В таком случае другое устройство сможет подстроиться под эти ограничения.

Таким образом, архитектура безопасности Bluetooth зависит от PIN для установления соединения между различными устройствами. Поскольку не практично каждый раз проходить через все стадии безопасного соединения, после первого успешного соединения PIN могут быть сохранены для автоматизации или упрощения последующих соединений.