IT ExpertМир технологийНаука и техника

Роуминг в сетях Wi-Fi: бесшовная стандартизация

Максим Белоус | 19.12.2018

ВКонтакт Facebook Google Plus Одноклассники Twitter Livejournal Liveinternet Mail.Ru

Роуминг в сетях Wi-Fi: бесшовная стандартизация

Знакомое всем слово «роуминг» прочно ассоциируется с сотовой связью и возможностью функционирования мобильного телефона в чужой для него сети. Точки доступа (ТД) Wi-Fi тоже умеют работать с клиентскими устройствами так, чтобы их связь с Интернетом не прерывалась при переключении с одной ТД на другую. Причем, в отличие от сотового, Wi-Fi-роуминг практически бесплатен!

Моя твоя соединяй

Строго говоря, то, что называют роумингом в приложении к Wi-Fi, в сотовой связи соответствует переключению клиентского устройства не между сетями в разных городах или странах, а между соседними сотовыми вышками в процессе перемещения абонента по зоне покрытия. Корректнее было бы говорить не о роуминге, а о хэндовере (англ. handover – «передача») клиента от одной ТД к другой. Но термин уже устоялся, — не станем его развенчивать.

Суть процедуры вполне прозрачна: есть две или более точки доступа, предоставляющие возможность подключиться к одной и той же локальной сети. В небольших квартирах и совсем крохотных офисах реально обходиться одной-единственной ТД, так что проблема организации роуминга там не встает вовсе. Если же требуется наладить адекватное покрытие Wi-Fi в загородном доме хотя бы в два этажа, в трех-четырехкомнатной квартире или опен-спейсе на пару сотен квадратных метров — тут без нескольких точек доступа уже не обойтись.

После того как две или более ТД установлены и подключены к одному и тому же маршрутизатору по Ethernet, они формируют сложную (с точки зрения клиентского устройства) радиоконфигурацию. Зоны их покрытия частично перекрываются, и, если клиент находится в области этого перекрытия, ему необходимо решить, с какой из ТД налаживать контакт. Базовые протоколы IEEE 802.11 оставляют этот выбор целиком и полностью за клиентом. Стандартное правило: у какой ТД сигнал в данной точке пространства мощнее, с той и устанавливается соединение. И затем безоглядно поддерживается — вплоть до того момента, когда из-за помех или затухания сигнала в канале связи становится слишком много ошибок. Только тогда и происходит автоматическое переключение клиента на другую подходящую точку доступа.

Чаще всего — если никаких особенных средств роуминга Wi-Fi не предусмотрено — это оборачивается необходимостью всякий раз перелогиниваться при переключении с одной ТД на другую. Да, если аутентификационные данные остаются неизменными, такая процедура происходит автоматически. Но при этом обычно нарушается связность установленных ранее соединений. Клиентское устройство, скорее всего, получит другой IP-адрес при новом подключении к маршрутизатору, что может привести к аварийному завершению сессий с различными интернет-сервисами с последующим их восстановлением (если речь не идет о старых протоколах вроде FTP, конечно).

img

Современные протоколы передачи мультимедийных и прочих данных довольно устойчивы к внезапным изменениям IP-адреса клиента. Сессия в мессенджере, YouTube-трансляция, сеанс связи с почтовым сервисом через считаные сотни миллисекунд будут восстановлены. Ну максимум через секунду-другую. Для веб-серфинга или обмена текстовыми сообщениями это совершенно не проблема.

Другое дело — важный голосовой или видеозвонок, а тем более видеостриминг, который осуществляет пользователь через клиентский смартфон. Разрывы продолжительностью уже 80–100 мс вполне заметны на глаз и на слух, а частые двухсекундные паузы в трансляции могут обернуться для модного видеоблогера потерей ощутимого числа подписчиков. Тут требуется бесшовный роумннг: переключение между ТД с задержкой максимум 50 мс. Но для этого необходимо каким-то образом помочь клиентскому устройству сделать правильный выбор, с тем чтобы оно переключалось на более подходящую точку доступа своевременно, еще до того, как качество соединения с нынешней упадет до неприемлемого уровня.

Много латинских букв

R

В 2008 году семейство стандартов IEEE 802.11 пополнилось протоколом 802.11r-2008, известным еще как «быстрый роуминг» (fast BSS transition, FT) или попросту 802.11r. Он был разработан для того, чтобы обеспечить клиенту – уже авторизовавшемуся в корпоративной сети на RADIUS-сервере с использованием шифрования WPA2 Enterprise либо просто через WPA2 Personal, — свободно и быстро переключаться между формирующими единый беспроводной сегмент той же самой сети точками доступа.

Чтобы добиться минимальной (в десятки миллисекунд) задержки в ходе такого переключения, создателям 802.11r пришлось перекроить стандартную схему аутентификации клиента в сети Wi-Fi, исключив из нее необходимость всякий раз обмениваться идентификационными данными 802.1X/EAP. Грубо говоря, после первого легитимного входа клиентского устройства в сеть информация о нем — подтверждение корректности его аутентификации — передается от одной точки доступа к другой внутри сети.

По общему стандарту 802.11 клиент обязан в каждый момент времени взаимодействовать не более чем с одной ТД. Но благодаря независимой передаче данных о нем (включая ключи шифрования, сформированные, как и положено, в начале самой первой сессии) протокол 802.11r позволяет различным точкам доступа всегда быть готовыми подхватить соединение с этим клиентом сразу же, как только оно по тем или иным причинам окажется разорвано с актуальной на данный момент ТД.

Стандартная процедура подключения клиента к новой точке доступа по протоколу Wi-Fi с использованием WPA2 включает восемь шагов – начиная от взаимной аутентификации и заканчивая верификацией ключей шифрования. Протокол 802.11r сокращает это число до четырех, что как раз и обеспечивает ускорение процедуры роуминга. В сигнал радиомаяка (SSID beacon) поддерживаемых ТД добавляется признак принадлежности к мобильному домену (MDIE), что позволяет клиентскому устройству еще оперативнее находить совместимые точки доступа.

img

И все было бы замечательно, если бы не одно «но»: 802.11r — все-таки надстройка над базовым стандартом. Хотя этому протоколу уже десяток лет, он до сих пор не имплементирован в львиной доле адаптеров Wi-Fi, интегрируемых в ноутбуки, например. Даже список смартфонов, совместимых с 802.11r, довольно узок и ограничивается по большей части флагманскими моделями лидирующих на этом рынке брендов. Рассчитывая организовать дома или в офисе роуминг Wi-Fi с использованием 802.11r, необходимо заранее определиться с тем, какие клиентские устройства придется закупать, для того чтобы в полной мере пользоваться всеми его преимуществами.

K

Протокол IEEE 802.11k-2008, или попросту 802.11k, представляет собой дополнение к стандарту IEEE 802.11-2007, инкорпорированное позже в стандарт IEEE Std 802.11-2012. Совместимые с 802.11k клиентские устройства имеют возможность запрашивать у ТД информацию о соседних точках, к которым возможно подключение: список этот формируется динамически в ответ на обращение клиента. Тем самым экономится время на сканирование радиоэфира в ходе переподключения с текущей ТД на новую.

Как и в 802.11r, протокол 802.11k действует, лишь когда его поддерживают и точки доступа, и оконечные устройства. Как правило, если оборудование поддерживает r-стандарт, то и k-стандарт в нем реализован.

V

Еще один протокол – 802.11v-2011 – был включен в стандарт 802.11-2012 наряду с 802.11k. Он дает возможность клиентским устройствам обмениваться более полной информацией о топологии беспроводной сети, чем тот список окрестных ТД и активных номеров каналов, который ретранслируют друг другу совместимые с 802.11k устройства.

По базовым правилам стандарта 802,11, напомним, клиентское устройство стремится по умолчанию наладить связь с той точкой доступа, сигнал которой в данный момент сильнее. Но это означает, что самые мощные ТД в многоточечной конфигурации будут непрерывно получать запросы на соединение, тогда как чуть более скромные их соседки станут простаивать практически вовсе без нагрузки. Протокол 802.11v как раз и позволяет клиентским устройствам получать данные не просто о мощности сигнала доступных для него ТД, но и об их текущей загруженности.

Proprietary

Отдельные проприетарные решения дают возможность осуществлять роуминг Wi-Fi даже при использовании несовместимых с их внутренними стандартами клиентских устройств. Делается это довольно грубо: ТД, фиксирующая чрезмерно высокую нагрузку, принудительно отключает от себя те клиенты, качество связи с которыми в данный момент наихудшее, и блокирует новые подключения.

img

Тогда есть вероятность, что при новой попытке соединения отвергнутый клиент сам, без привлечения каких-то дополнительных протоколов, наладит соединение с другой ТД. Но нередко при перегрузке подобных сетей наблюдается ситуация «нашла коса на камень»: точка доступа упорно не желает принимать запрос на подключение от клиента, который не менее настойчиво пытается выбрать именно ее.

Помимо автоматического разрешения подобных конфликтов, у стандартизованных протоколов семейства 802.11 есть еще одно немаловажное достоинство. А именно: они сами собой исправляют огрехи не слишком удачного радиопланирования. Устройства, совместимые с 802.11k/802.11r без дополнительных усилий ребалансируют нагрузку на точки доступа оптимальным образом. Что особенно важно в условиях, когда новые устройства с модулями Wi-Fi — смартфоны, умные кофеварки, роботы-пылесосы — появляются в наших домах и офисах все чаще. Главное — выбирать для покупки такие гаджеты, в списках характеристик которых значится поддержка стандартов 802.11k, 802.11r и 802.11v.

Журнал IT-Expert № 12/2018    [ PDF ]    [ Подписка на журнал ]

Об авторах

Максим Белоус


Поделиться:

ВКонтакт Facebook Google Plus Одноклассники Twitter Livejournal Liveinternet Mail.Ru

Загрузка...

Другие материалы рубрики

Компании сообщают

Мероприятия

21.06.2019 — 23.06.2019
ИТ-ночь на Ивана Купалу 2019

Суздаль

27.06.2019 — 28.06.2019
Conversations

Санкт-Петербург

19.09.2019
MOBILE FORENSICS DAY 2019

Москва, ул.Лесная 7, БЦ «Белые сады", конференц-зал «MEETING POINT WHITE GARDENS».