WLAN komponenter

I tidigare avsnitt studerade vi olika typer av trådlösa nätverk samt IEEE 802.11-standarder och de radiofrekvenser som används i Wi-Fi. I detta avsnitt fokuserar vi istället på de viktigaste komponenterna i ett WLAN och hur dessa samverkar för att möjliggöra trådlös kommunikation.

Ett trådlöst nätverk består inte enbart av radiosignaler. I praktiken är ett WLAN en integrerad del av den övriga nätverksinfrastrukturen, där trådlösa klienter ansluter via accesspunkter som i sin tur är kopplade till det trådbundna nätverket.

De viktigaste komponenterna i ett WLAN är:

  • klientenheter och trådlösa nätverkskort
  • accesspunkter (AP)
  • distributionssystemet (Distribution System, DS)
  • Wireless LAN Controller (WLC)
  • antenner och radioteknik

Tillsammans bildar dessa komponenter den infrastruktur som gör det möjligt för trådlösa enheter att kommunicera både med varandra och med resten av nätverket.

Klientenheter och trådlösa nätverkskort

De enheter som använder nätverket kallas klientenheter. Exempel på sådana enheter är bärbara datorer, smartphones, surfplattor och andra uppkopplade IoT-enheter. För att kunna kommunicera via Wi-Fi måste varje klient vara utrustad med ett trådlöst nätverkskort, även kallat Wireless Network Interface Card (WNIC).

Ett WNIC innehåller:

  • radiosändare
  • radiomottagare
  • antenn

Dessa komponenter gör det möjligt för enheten att sända och ta emot radiosignaler i de frekvensband som används av WLAN.

I de flesta moderna enheter är det trådlösa nätverkskortet inbyggt i enheten. Om en enhet saknar stöd för trådlös kommunikation kan man istället använda en extern USB-adapter, till exempel EW-7822UN7 från EDIMAX.

I många enheter är antennerna inte synliga eftersom de är integrerade i enhetens chassi, vilket är vanligt i smartphones, laptops och andra bärbara enheter.

Accesspunkter (Access Points)

En accesspunkt (AP) är den centrala infrastrukturenheten i ett WLAN. Accesspunkten sänder och tar emot radiosignaler och gör det möjligt för trådlösa klienter att ansluta till nätverket.

När en klient söker efter tillgängliga trådlösa nätverk upptäcker den accesspunkter som annonserar sina nätverksnamn, det vill säga SSID (Service Set Identifier). Samtidigt identifieras varje accesspunkt av en BSSID (Basic Service Set Identifier), som vanligtvis motsvarar MAC-adressen för accesspunktens trådlösa gränssnitt. När användaren väljer ett nätverk sker först en autentisering, och när denna är godkänd kan klienten ansluta till nätverket.

Accesspunkten är vanligtvis ansluten till det trådbundna nätverket via Ethernet och fungerar därför som en brygga mellan det trådlösa nätverket och det övriga LAN-nätverket.

Trafik mellan klienter i ett WLAN går normalt via accesspunkten, vilket innebär att accesspunkten hanterar och vidarebefordrar kommunikationen mellan klienter och andra nätverksresurser.

Typer av accesspunkter

Accesspunkter kan delas in i två huvudtyper beroende på hur de hanteras i nätverket.

  • Autonoma accesspunkter – Autonoma accesspunkter är fristående enheter som konfigureras och administreras individuellt. De kan hanteras via ett grafiskt användargränssnitt (GUI) eller via en kommandoradsbaserad terminal (CLI). Denna typ av accesspunkter används ofta i mindre nätverk, där endast ett fåtal accesspunkter behövs. Om nätverket växer och fler accesspunkter installeras måste varje enhet konfigureras och administreras separat, vilket kan göra hanteringen mer tidskrävande.

  • Controller-baserade accesspunkter – I större nätverk används ofta controller-baserade accesspunkter, även kallade lightweight access points (LAP). Dessa accesspunkter hanteras centralt av en Wireless LAN Controller (WLC). När en ny accesspunkt ansluts till nätverket kan den automatiskt upptäcka controllern och hämta sin konfiguration.
    Kommunikationen mellan accesspunkter och controller sker vanligtvis via protokollet CAPWAP (Control and Provisioning of Wireless Access Points). Denna arkitektur används ofta i företagsnätverk och campusmiljöer, där många accesspunkter behöver hanteras centralt.

Distribution System (DS)

Det trådbundna nätverket som kopplar samman accesspunkterna kallas i IEEE-terminologi för Distribution System (DS).

Distribution System består vanligtvis av switchar, routrar och nätverkskablar. DS transporterar datapaket mellan accesspunkter och vidare till andra delar av nätverket, till exempel servrar eller internet. Det är därför viktigt att förstå att ett WLAN inte är helt trådlöst. Trådlös kommunikation sker mellan klienter och accesspunkter, men trafiken transporteras vidare genom det trådbundna nätverket.

Wireless LAN Controller (WLC)

I större nätverk används ofta en Wireless LAN Controller (WLC) för att centralt hantera flera accesspunkter. En WLC kontroller gör det möjligt att administrera hela det trådlösa nätverket från en central plats.

Den kan bland annat användas för att configurera accesspunkter, hantera säkerhetsinställningar, optimera radiosignaler och kanalval och övervaka nätverkets prestanda.

Accesspunkter som styrs av en controller kallas ofta lightweight access points (LAP) och kommunicerar med controllern via protokollet CAPWAP.

CAPWAP använder User Datagram Protocol (UDP) som transportprotokoll. UDP används eftersom det är snabbt och har låg overhead, vilket gör det lämpligt för realtidskommunikation mellan accesspunkter och controllern.

Denna arkitektur gör det möjligt att skala upp nätverket och samtidigt förenkla administrationen, vilket är särskilt viktigt i större organisationer.

Trådlös hemmarouter

I mindre nätverk, till exempel i hem eller små kontor, används ofta en trådlös router som den centrala infrastrukturenheten. En trådlös router kombinerar flera nätverksfunktioner i en och samma enhet, bland annat accesspunkt (Wi-Fi), switch för trådbundna enheter och router och gateway mot internet.

När routern är aktiv sänder den ut sitt SSID (nätverksnamn), vilket gör att trådlösa klienter kan upptäcka och ansluta till nätverket.

Trådlösa antenner

Antenner är en viktig komponent i trådlösa nätverk eftersom de påverkar signalens räckvidd, riktning och kvalitet. I enklare utrustning är antennerna ofta integrerade i enheten, men i mer avancerade accesspunkter används ibland externa antenner för att optimera täckningen.

Det finns två huvudtyper av antenner.

Omnidirektionella antenner

Omnidirektionella antenner sänder signaler i alla riktningar runt antennen, vilket ger en täckning på ungefär 360 grader. De används ofta i hemnätverk, kontor, klassrum och öppna kontorslandskap.

Riktade antenner

Riktade antenner koncentrerar istället signalen i en specifik riktning. Detta gör att signalen kan nå längre avstånd och samtidigt minska störningar från andra signaler. Riktade antenner används ofta för punkt-till-punkt-förbindelser, anslutningar mellan byggnader, större utomhusmiljöer.

MIMO-teknik

Moderna Wi-Fi-standarder använder ofta tekniken MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). Denna teknik innebär att flera antenner används samtidigt, både hos sändaren och mottagaren. Genom att använda flera antenner kan flera dataströmmar skickas parallellt, vilket ökar nätverkets genomströmning (throughput) och förbättrar den totala prestandan.

MIMO används i flera moderna Wi-Fi-standarder, bland annat:

  • 802.11n
  • 802.11ac
  • 802.11ax

Tekniken bidrar till att förbättra flera viktiga egenskaper i ett WLAN såsom högre datahastighet, bättre täckning och större kapacitet för många samtidiga användare.