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Hardware di rete

Negli ultimi anni,un interesse senza precedenti per l'hardware wireless ha portato ad un enorme varietà di prodotti economici sul mercato,tale che è impossibile catalogare tutti i componenti disponibili.In questo capitolo vedremo una serie di caratteristiche e attributi che sono desiderabili in un componente wireless, e vedremo parecchi esempi di prodotti commerciali e fai-da-te che hanno lavorato bene nel passato.

Wired wireless

Con un nome come wireless (senza fili), si potrebbe essere sorpresi da quanti cavi sono coinvolti nel realizzare un semplice collegamento punto-punto. Un nodo wireless consiste di molti componenti, i quali devono essere connessi tra loro con un cablatura adeguata. Ovviamente occorre un computer connesso ad un rete ethernet e un router wireless, o un "ponte" ( bridge?? /!\) alla stessa rete. I componenti radio devono essere connessi alle antenne, ma a lungo possono avere bisogno di interfacciarsi con un amplificatore,con un limitatore di tensione,o con un altro dispositivo. Molti componenti richiedono energia, tramite una linea AC,o usando un trasformatore DC. Tutti questi componenti usano varie specie di connettori, per non menzionare un'ampia varietà di cavi e relativi spessori.

Ora moltiplicando questi cavi e connettori per il numero di nodi che si vogliono portare online, probabilmente ci si chiederà perchè viene chiamato "senza fili". Il diagramma nella prossima pagina fornisce un'idea dei cavi richiesti per un classico collegamento punto-punto. Da notare che il diagramma non è in scala, né rappresenta necessariamente la scelta migliore per la struttura di una rete, però ci introduce ai molti componenti e connettori comuni che probabilmente si incontreranno nell'ambiente.

Mentre i componenti usati varieranno di nodo in nodo, ogni installazione comprenderà queste parti:

1. Un computer o una rete collegata a uno switch Ethernet
2. Un diposistivo che connetta la rete ai dispositivi wireless (router, ponte, ripetitore)
3. Un'antenna collegata alla linea di alimentazione, o integrata nel dispositivo stesso
4. Componenti elettrici che consistono in gruppi di alimentazione, condizionatori e limitatori di tensione

La reale selezione dell'hardware dovrebbe essere determinata stabilendo i requisiti del progetto, determinando il budget disponibile e verificando che il progetto sia fattibile usando le risorse disponibili (includendo pezzi di ricambio e costi di manutenzione continui). Come discusso nel primo capitolo, stabilire lo scopo del progetto è critico prima di decidere per l'acquisto.

Scegliere i componenti wireless

Sfortunatamente, in un mondo di produttori di hardware competitivi e budget limitati, il prezzo è il fattore a cui si presta maggiore attenzione. Il vecchio detto "ottieni quello che paghi" spesso si conferma nell'acquisto di prodotti hi-tech ma non per questo va considerato una verità assoluta. Mentre il prezzo è un importante fattore per decidere sull'acquisto, è vitale capire precisamente cosa si ottiene per i propri soldi in modo da fare una scelta corretta che rispecchi le proprie necessità.

Quando si sceglie del materiale wireless da usare nella propria rete, bisogna essere sicuri di considerare questi fattori:

• Interoperabilità. L'apparecchiatura che si vuole considerare lavora con quella di altri produttori? Se non fosse così,sarebbe un problema per questo segmento della vostra rete? Se il materiale in questione utilizza un protocollo aperto (quale 802.11b/g), allora è molto probabile che lavorerà con altre apparecchiature.

• Portata. Come detto nel quarto capitolo, la portata non è qualcosa riguardante un pezzo particolare dell'attrezzatura. Il raggio d'azione di un dispositivo dipende dall'antenna a cui è collegato, il terreno circostante e le caratteristiche dell'apparecchio all'altro capo del collegamento, insieme ad altri fattori. Piuttosto che contare sulla valutazione approssimata del fornitore è più utile conoscere la potenza di trasmissione della radio così come il guadagno dell'antenna (se inclusa). Con queste informazioni è possibile calcolare la portata teorica come descritto nel capitolo tre.

• Sensibilità radio. Quanto è sensibile il dispositivo radio ad un dato bit rate? Il produttore dovrebbe fornire queste informazioni, almeno riguardo alle velocità più basse e più alte. Ciò può essere usato per misurare la qualità dell'hardware, permettendo di completare il calcolo del budget per il collegamento. Come visto nel capitolo tre, un numero minore è migliore per la sensibilità radio.

• Throughput. I costruttori indicano sempre il bit rate più alto raggiungibile come la velocità standard del proprio prodotto.Tenere presente che il tasso indicato (es 54Mbps) non è mai il throughput reale del dispositivo (es circa 22Mbps per 802.11g). Se le informazioni sul tasso di rendimento non sono disponibili per il dispositivo che state valutando, una buona regola pratica è quella di dividere per due la "velocità" e sottrargli il 20% circa. Quando si hanno dubbi meglio testare il throughput su un'unita di prova prima di comprare una grande quantità di apparecchiature che non hanno una valutazione ufficiale di throughput.

• Accessori Richiesti. Per mantenere basso il prezzo iniziale i produttori spesso non includono componenti richiesti per un uso normale. Il prezzo include tutti gli adattatori di alimentazione? (Gli alimentatori sono tipicamente inclusi; i connettori power over Ethernet tipicamente no. Controllare bene i voltaggi di input, visto che spesso i dispositivi hanno un'alimentazione Stati Uniti-centrica). Sono inclusi pigtails, adattatori, cavi, antenne e schede radio? Se abbiamo intenzione di utilizzarlo all'aria aperta, il dispositivo include una scatola a prova di intemperie?

• Disponibilità. Si è in grado di sostituire facilmente componenti guasti? Si può ordinare il pezzo in grande quantità, se il progetto lo richiede? Quanto è previsto duri questo particolare prodotto, sia in tempi di lavoro sul campo che disponibilità da parte del produttore?

• Altri fattori. Assicurarsi che altre caratteristiche necessarie siano presenti per soddisfare le proprie particolari necessita'. Per esempio, il dispositivo è provvisto di un connettore per antenna esterna? Se sì, di che tipo? Ci sono limitazioni per l'utente o per il throughput imposti dal software, e in tal caso, qual è il costo per superare queste limitazioni? Qual è il physical form factor del dispositivo? Quanta corrente consuma? Supporta l'alimentazione tramite POE? Il dispositivo è provvisto di crittazione, NAT, strumenti di monitoraggio della larghezza di banda o altre caratteristiche critiche per il progetto della rete che si vuole realizzare?

Rispondendo a queste domande prima, si faranno decisioni di acquisto intelligenti quando arriverà l'ora di scegliere l'hardware di rete. E' difficile che ogni singola domanda trovi risposta prima di (comprare) buying gear , ma dando (la giusta) priorità alle domande e pressando il venditore a rispondere prima di impegnarsi in un acquisto, si farà il miglior utilizzo possibile del budget costruendo una rete di componenti adatti alle necessità.

Soluzioni commerciali vs. fai-da-te

Il progetto della rete quasi sicuramente sarà composto da componenti acquistati da venditori, ma anche da parte che sono di origine o di fabbricazione locale. Questa è una verità economica basilare nella maggior parte del mondo. A questo punto della storia tecnologica umana, la distribuzione globale di informazioni è piuttosto banale, se comparata con la distribuzione globale di beni. In molte regioni del mondo, importare tutti i componenti necessari per costruire una rete comporta una spesa proibitiva per tutti i budget, eccetto i più alti. Si può risparmiare molto denaro nel breve tempo trovando sorgenti locali di parti e lavoro, e importando solo i componenti che devono essere acquistati.

Naturalmente c'è un limite a quanto lavoro può essere svolto da un individuo o da un gruppo in un dato intervallo di tempo. In altri termini, importando tecnologia si può scambiare denaro per attrezzatura che può risolvere un particolare problema in un tempo relativamente breve. L'arte di costruire infrastrutture di telecomunicazione locale si basa sul trovare il giusto equilibrio tra il denaro e lo sforzo che devono essere utilizzati per risolvere il problema.

Alcune componenti, come schede radio e antenna feed line , sono eccessivamente complesse per considerare di fabbricarle localmente. Altre componenti, come antenne e torri, sono relativamente semplici e possono essere fatte localmente per una frazione del costo di importazione. Tra questi estremi si collocano gli stessi dispositivi di comunicazione.

Utilizzando schede radio, schede madri e altre componenti off-the-shelf, si possono costruire dispositivi con caratteristiche comparabili (o anche superiori) alla maggior parte delle implementazioni commerciali. Combinando piattaforme open hardware con software open source può portare ad un significativo "bang for the buck" fornendo soluzioni personalizzate e robuste ad un costo molto basso.

Questo non vuol dire che le apparecchiature commerciali siano inferiore alle soluzioni fai-da-te. Fornendo le cosidette "turn-key solutions" (soluzioni "gira la chiave"), i costruttori non solo risparmiano tempo di sviluppo, ma possono anche permettere a gente relativamente poco preparata di installare e mantenere le apparecchiature. I principali vantaggi delle soluzioni commerciali sono che forniscono supporto e una (solitamente limitata) garanzia sull'attrezzatura. Forniscono anche una piattaforma consistente che tende a portare ad un'installazione di rete molto stabile e spesso intercambiabile.

Se una parte dell'apparecchiatura semplicemente non funziona o è difficile da configurare o da aggiustare ( troubleshoot ), un buon costruttore fornirà assitenza. Se l'apparecchiatura dovesse guastarsi nel suo normale utilizzo (eccetto danni estremi, come un fulmine) allora il costruttore tipicamente la rimpiazzerà. La maggior parte fornirà questi servizi per un tempo limitato come parte del prezzo d'acquisto, e molti offrono supporto e garanzia per un periodo esteso per un contributo mensile. Fornendo una piattaforma consistente, è semplice tenere apparecchiatura di scorta a portata di mano e semplicemente sostituire l'apparecchiatura che si guasta sul campo, senza la necessità che un tecnico configuri l'attrezzatura sul luogo. Naturalmente tutto questo comporta un costo iniziale relativamente più alto per le apparecchiature, facendo un paragone con i componenti off-the-shelf.

Dal punto di vista di un architetto di rete, i tre più grandi rischi nascosti quando si scelgono soluzioni commerciali sono il vendor lock-in, le linee di prodotti fuori produzione, e il cambiamento dei costi delle licenze.

Può essere costoso permettere al richiamo di quelle che sono erroneamente definite "nuove caratteristiche" di comandare lo sviluppo della rete. I costruttori spesso forniranno caratteristiche che sono incompatibili per progettazione con quelle della concorrenza, e poi tireranno fuori materiale di marketing per convincere che non si può vivere senza di loro (al di là del fatto che la caratteristica contribuisca o meno alla soluzione del problema di comunicazione). Quando si inizia a confidare in queste caratteristiche, probabilmente si deciderà di continuare ad acquistare apparecchiatura dallo stesso costruttore in futuro. Questa è l'essenza del "vendor lock-in". Se una grande istituzione utilizza una quantità significativa di apparecchiature proprietarie è poco probabile che la abbandonerà per utilizzare un marchio diverso. Le divisioni commerciali ( sales teams ) lo sanno (e di fatto, alcune ci fanno affidamento) e utilizzano il vendor lock-in come strategia per la negoziazione dei prezzi.

Combinato con il vendor lock-in, un costruttore potrebbe decidere di mettere fuori produzione una linea di prodotti, al di là della loro popolarità. Questo assicura che i clienti, che si affidano alle caratteristiche proprietarie del costruttore, acquisteranno il modello più nuovo (e quasi sempre più caro). Gli effetti di lungo termine del vendor lock-in e dei prodotti fuori produzione sono difficili da stimare quando si progetta una rete, ma dovrebbero essere tenuti a mente.

Infine, se un particolare pezzo dell'apparecchiatura utilizza codice informatico proprietario, potrebbe essere necessario avere la licenza per quel codice per tutto il tempo. Il costo di queste licenze potrebbe variare in base alle caratteristiche, il numero di utenti, la velocità di connessione o altri fattori. Se la licenza non viene pagata, alcune apparecchiature sono progettate per smettere di funzionare fino a quando non viene fornita una licenza valida e pagata! Assicurarsi di capire i termini di utilizzo di qualunque apparecchiatura acquistata, compreso il costo delle licenze.

Utilizzando apparecchiature generiche che supportano standard aperti e software open source, si possono evitare alcuni di questi tranelli. Per esempio, è molto difficile to become locked-in ad un venditore che utilizza protocolli aperti (come TCP/IP su 802.11a/b/g). Se si incontra un problema con l'apparecchiatura o il venditore, si possono sempre acquistare apparecchiature da un venditore differente che funzionerà con quelle che sono già state acquistate. E' per queste ragioni che raccomandiamo l'utilizzo di protocolli proprietari e frequenze non libere solo nei casi in cui i protocolli aperti (come 802.11a/b/g) e le frequenze libere non siano utilizzabili per impedimenti tecnici.

Similmente, mentre i prodotti individuali possono essere messi fuori produzione in ogni momento, si può limitare l'impatto che questo avrà sulla rete utilizzando componenti generici. Per esempio, una particolare scheda madre potrebbe diventare introvabile sul mercato, ma si possono avere a portata di mano un certo numero di schede madri di PC che eseguiranno in maniera efficace lo stesso compito. Vedremo alcuni esempi di come utilizzare queste componenti generiche per costruire un nodo wireless completo più avanti in questo capitolo.

Ovviamente, non ci dovrebbero essere costi continuativi di licenza relativi a software open source (con l'eccezione di un venditore che fornisca supporto esteso o qualche altro servizio, senza far pagare l'utilizzo del software stesso). Ci sono stati alcuni casi di venditori che hanno lucrato sul regalo che i programmatori open source hanno dato al mondo, mettendo il codice in vendita con una licenza, violando i termini di distribuzioni impostati dagli autori originali. Sarebbe saggio evitare questi venditori, e di essere sospettosi sulle dichiarazioni di "software libero" accompagnate da licenza a pagamento.

Lo svantaggio dell'utilizzo di software open source e hardware generico è chiaramente la questione del supporto. Quando sorgeranno problemi sulla rete, bisognerà risolvere i problemi da soli. Questo è spesso realizzato consultando risorse gratuite online e motori di ricerca e applicando patches al codice direttamente. Se non si hanno membri della squadra competenti e dedicati a progettare una soluzione al problema di comunicazione, realizzare un progetto di rete può richiedere una quantità di tempo considerevole. Naturalmente, non c'è mai la garanzia che semplicemente investire soldi nel problema lo risolverà. Mentre forniamo vari esempi di come fare molto del lavoro da soli, si potrebbe trovare questo lavoro molto difficile. Si dovrà trovare l'equilibrio tra la soluzione commerciale e l'approccio fai-da-te che funzioni per il progetto.

In breve, definire sempre prima gli obiettivi della rete prima, identificare le risorse che possono portare a risolvere il problema, e permettere che la selezione dell'apparecchiatura emerga naturalmente dai risultati. Considerare soluzioni commerciali così come componenti aperte, ma tenendo a mente i costi di lungo termine di entrambe.

Prodotti Wireless Professionali

C'è abbondanza di apparecchiature sul mercato per i collegamenti punto-punto di lunga distanza. La maggior parte di queste apparecchiature sono pronte per funzionare "out of the box", solo il cavo dell'antenna deve essere collegato e sigillato. Quando si pensa a collegamenti di lunga distanza, ci sono tre fattori principali da considerare: la distanza totale del link, quanto tempo dovrà rimanere in piedi e, naturalmente, della necessaria velocità di collegamento.

La maggior parte dei prodotti commerciali disponibili per collegamenti di raggio più lungo ora utilizzano la tecnologia OFDM e operano nella banda dei 5.8 GHz. Sono disponibili alcuni prodotti che utilizzano standard aperti, ma la maggior parte fa uso di un protocollo proprietario di qualche tipo. Questo significa che per creare un collegamento, gli apparati radio da ambo le parti devono provenire dallo stesso costruttore. Per i collegamenti di importanza più critica è una buona idea utilizzare un sistema che utilizzi le stesse identiche apparecchiature a tutt'e due i capi del collegamento. In questo modo solo un'unità di scorta deve essere immagazinata e, in caso di bisogno, può rimpiazzare uno dei capi del collegamento. Ci sono alcuni buoni prodotti sul mercato che utilizzano apparecchiature differenti ad uno dei capi del collegamento. Questi possono essere utilizzati in una rete fintanto che sia fatto con attenzione, o altrimenti sarà necessario avere apparati di scorta per entrambi i tipi di apparecchiature radio.

Ciò che segue non vuole essere né la buona né la cattiva pubblicità di nessun apparato. Queste sono solo alcune note che sono venute fuori da più di cinque anni di esperienza sul campo in tutto il mondo con prodotti commerciali senza licenza. Sfortunatamente non c'è modo di recensire ogni prodotto, perciò segue l'elenco di alcuni dei preferiti.

Redline Communications

La Redline ha esordito sul mercato con la sua linea di prodotti AN-50. Questo è stato il primo prodotto punto-punto disponibile con velocità di trasmissione superiore a 50 Mbps che i piccoli operatori potevano permettersi. Utilizzano solo 20 MHz di spettro per canale. Ci sono tre differenti modelli disponibili nella linea AN-50. Tutti e tre hanno lo stesso insieme di caratteristiche di base, solo la larghezza di banda totale cambia. Il modello standard ha 36 Mbps di throughput, il modello ecnomico ha 18 Mbps e la versione completa ha 54 Mbps. Il controllo della larghezza di banda è aggiornabile via software e può essere aggiunto al sistema quando la domanda di larghezza di banda aumenta.

Gli apparati radio della Redline sono composti da un'unità da indoor, un'unità da outdoor e un'antenna. L'unità da indoor entra in un rack standard da 19 pollici, ed occupa 1U . L'unità da outdoor si monta sullo stesso sostegno che regge l'antenna. Questa unità outdoor è il vero apparato radio. Le due unità sono collegate da un cavo di interfaccia coassiale. Un cavo Beldon RG6 o RG11 è utilizzato a questo scopo, ed è lo stesso che viene utilizzato per la TV satellitare. Non è caro, è facile da trovare, ed elimina il bisogno di costosi cavi a bassa perdita, quali il Times Microwave serie LMR o l'Heliax dell'Andrew Corporation. Inoltre, tenere la radio montata così vicina all'antenna limita la perdita relativa al cavo al minimo assoluto.

There are two features to note on the Redline radios. The first is the General Alignment Mode, which turns on a beeper that changes tone as the modulation technique changes. Faster beeping means a faster connection. This allows for a much easier alignment as the link can be mostly aligned by the tones alone. Only a final tuning will be needed, and a graphical Windows application is available to help with this. The other feature is a Test button. Whenever radio changes are made but are not sure to be correct, pressing the test button instead of the Save button will make the new changes active for five minutes. After five minutes, the configuration reverts back to the setting before the test button was pushed. This allows the changes to be tried out, and if things don't work out and the link goes down, the link will come back after five minutes. Once the changes have been tried out, simply confirm the new settings in the configuration, and press the save button instead of the test button.

Redline has other models available. The AN-30 has four T1/E1 ports, in addition to a 30 Mbps Ethernet connection. The AN-100 follows the 802.16a standard, and the upcoming RedMax promises WiMax compliance.

For more information about Redline Communications products, see http://www.redlinecommunications.com/

Alvarion

One of the biggest advantages of working with Alvarion products is Alvarion's very well established worldwide distribution network. They also have one of the largest worldwide market shares for all kinds of wireless Internet connectivity hardware. There are distributors and resellers within most regions. For longer distance links there are two products of interest: The VL series, and the Link Blaster.

While the VL series is actually a point-to-multipoint system, a single client radio connecting to a single access point will function just fine for a point-to-point link. The only thing that should be considered is using a more directional antenna at the access point, unless there is a future link planned that could connect to that access point. There are two speeds available for the VL series, 24 Mbps and 6 Mbps. Budget, uptime, and speed requirements will guide the decision between which CPE to use.

The Link Blaster looks and feels a lot like a Redline AN-50. That's because it is one. Very soon after the Redline AN-50 came on the market, an OEM agreement between the two companies was signed, and the Link Blaster was born. Although the indoor unit is in a different case, and the antennas are marked differently, the electronics inside the units are identical. The Link Blaster does cost more then a Redline; this money buys you a more rugged design and an additional level of support. In many cases, an Alvarion reseller may be closer and easier to ship product from then some Redline resellers. This will be something that will have to be locally researched. It may be worth the extra money to have a product that is locally available and supported.

Alvarion does have some 2.4 GHz point-to-point products available. Most of their product range in the 2.4 GHz ISM band uses frequency hopping spread spectrum (FHSS) and will create a lot of noise for local direct sequence spread spectrum (DSSS) on the same tower. If a DSSS based distribution system is being planned for, then a FHSS backhaul is not going to be an effective option.

For more information about Alvarion products, see http://www.alvarion.com/

Rad Data Communications

The Rad Airmux product line is relatively new to the market, and has some great potential. The Airmux 200 is a 48 Mbps radio, uses CAT5 cable, and comes with one of the most friendly price tags of any commercial solution. The units are small and easy to handle on a tower. The downside that may be found is a lack of a local distribution system in the developing world. There are two models available within the Airmux line. One uses internal antennas, and the other uses external antennas.

Experience with Airmux radios in early 2005 shows there is an issue in the timing configurations. This only becomes apparent when the link distance is more then 12 miles, or 19 km. It doesn't matter which antennas are being used. Until this bug is fixed, these radios should only be used for links under 19 km. When that guide is followed these radios preform very well, especially for their price point.

For more information about Rad Data Communications products, see http://www.rad.com/

Cisco Systems

Cisco wireless solutions have two big advantages to their credit. They have a very well established distribution, support, and training network throughout most of the world. There are distributors and resellers all over the place. This can be a big help when it comes time to procure equipment, and even more important if equipment breaks and needs replacing. The next big advantage is that for the most part, they use open standards. Most of their available equipment follows 802.11a/b/g standards.

Experience has shown that their web based configuration tools are not as easy to understand as those found in many other products, and the equipment tends to come with a price tag that makes other non-commercial, open standard solutions more viable.

More information about Cisco can be found at http://www.cisco.com/

Any others?

There are many more solutions available on the market now, and more arriving all of the time. Good solutions are available from companies like Trango Broadband (http://www.trangobroadband.com/) and Waverider Communications (http://www.waverider.com/). When considering which solution to use, always remember the three main factors; distance, uptime and speed. Be sure to check and make sure that the radios operate in an unlicensed band where you are installing them.

Professional lightning protection

The only natural predator of wireless equipment is lightning. There are two different ways lightning can strike or damage equipment: direct hits or induction hits. Direct hits are when lightning actually hits the tower or antenna. Induction hits are caused when lightning strikes near the tower. Imagine a negatively charged lightning bolt. Since like charges repel each other, that bolt will cause the electrons in the cables to move away from the strike, creating current on the lines. This is much more current the the sensitive radio equipment can handle. Either type of strike will usually destroy unprotected equipment.

Protecting wireless networks from lightning is not an exact science, and there is no guarantee that a lightning strike will not happen, even if every single precaution is taken. Many of the methods used will help prevent both direct and induction strikes. While it is not necessary to use every single lightning protection method, using more methods will help further protect the equipment. The amount of lightning historically observed within a service area will be the biggest guide to how much needs to be done.

Start at the very bottom of the tower. Remember, the bottom of the tower is below the ground. After the tower foundation is laid, but before the hole is backfilled, a ring of heavy braided ground wire should have been installed with the lead extending above ground surfacing near a tower leg. The wire should be American Wire Gauge (AWG) #4 or thicker. In addition, a backup ground or earthing rod should be driven into the ground, and a ground wire run from the rod to the lead from the buried ring.

It is important to note that not all steel conducts electricity the same way. Some types of steel act as better electrical conductors then others, and different surface coatings can also affect how tower steel handles electrical current. Stainless steel is one of the worst conductors, and rust proof coatings like galvanizing or paint lessen the conductivity of the steel. For this reason, a braided ground wire is run from the bottom of the tower all the way to the top. The bottom needs to be properly attached to the leads from both the ring and the backup ground rod. The top of the tower should have a lightning rod attached, and the top of that needs to be pointed. The finer and sharper the point, the more effective the rod will be. The braided ground wire from the bottom needs to be terminated at this grounding rod. It is very important to be sure that the ground wire is connected to the actual metal. Any sort of coating, such as paint, must be removed before the wire is attached. Once the connection is made, the exposed area can be repainted, covering the wire and connectors if necessary to save the tower from rust and other corrosion.

The above solution details the installation of the basic grounding system. It provides protection for the tower itself from direct hits, and installs the base system to which everything else will connect.

The ideal protection for indirect induction lightning strikes are gas tube arrestors at both ends of the cable. These arrestors need to be grounded directly to the ground wire installed on the tower if it is at the high end. The bottom end needs to be grounded to something electrically safe, like a ground plate or a copper pipe that is consistently full of water. It is important to make sure that the outdoor lightning arrestor is weatherproofed. Many arresters for coax cables are weatherproofed, while many arresters for CAT5 cable are not.

In the event that gas arrestors are not being used, and the cabling is coax based, then attaching one end of a wire to the shield of the cable and the other to the ground wire installed on the towers will provide some protection. This can provide a path for induction currents, and if the charge is weak enough, it will not affect the conductor wire of the cable. While this method is by no means as good of protection as using the gas arrestors, it is better then doing nothing at all.

Building an AP from a PC

Unlike consumer operating systems (such as Microsoft Windows), the GNU/Linux operating system gives a network administrator the potential for full access to the networking stack. One can access and manipulate network packets at any level from the data-link layer through the application layer. Routing decisions can be made based on any information contained in a network packet, from the routing addresses and ports to the contents of the data segment. A Linux-based access point can act as a router, bridge, firewall, VPN concentrator, application server, network monitor, or virtually any other networking role you can think of. It is freely available software, and requires no licensing fees. GNU/Linux is a very powerful tool that can fill a broad variety of roles in a network infrastructure.

Adding a wireless card and Ethernet device to a PC running Linux will give you a very flexible tool that can help you deliver bandwidth and manage your network for very little cost. The hardware could be anything from a recycled laptop or desktop machine to an embedded computer, such as a Linksys WRT54G or Metrix networking kit.

In this section we will see how to configure Linux in the following configurations:

• As a wireless access point with Masquerading/NAT and a wired connection to the Internet (also referred to as a wireless gateway).
• As a wireless access point that acts as a transparent bridge. The bridge can be used either as a simple access point, or as a repeater with 2 radios.

Consider these recipes as a starting point. By building on these simple examples, you can create a server that fits precisely into your network infrastructure.

Prerequisites

Before proceeding, you should already be familiar with Linux from a users perspective, and be capable of installing the Gnu/Linux distribution of your choice. A basic understanding of the command line interface (terminal) in Linux is also required.

You will need a computer with one or more wireless cards already installed, as well as a standard Ethernet interface. These examples use a specific card and driver, but there are a number of different cards that should work equally well. Wireless cards based on the Atheros and Prism chipsets work particularly well. These examples are based on Ubuntu Linux version 5.10 (Breezy Badger), with a wireless card that is supported by the HostAP or MADWiFi drivers. For more information about these drivers, see http://hostap.epitest.fi/ and http://madwifi.org/ .

The following software is required to complete these installations. It should be provided in your Linux distribution:

• Wireless Tools (iwconfig, iwlist commands)
• iptables firewall
• dnsmasq (caching DNS server and DHCP server)

The CPU power required depends on how much work needs to be done beyond simple routing and NAT. For many applications, a 133MHz 486 is perfectly capable of routing packets at wireless speeds. If you intend to use a lot of encryption (such as WEP or a VPN server), then you will need something faster. If you also want to run a caching server (such as Squid, see chapter three) then you will need a computer with plenty of fast disk space and RAM. A typical router that is only performing NAT will operate will with as little as 64MB of RAM and storage.

When building a machine that is intended to be part of your network infrastructure, keep in mind that hard drives have a limited lifespan compared to most other components. You can often use solid state storage, such as a flash disk, in place of a hard drive. This could be a USB flash drive (assuming your PC will boot from USB), or a Compact Flash card using a CF to IDE adapter. These adapters are quite inexpensive, and will make a CF card appear act like standard IDE hard drive. They can be used in any PC that supports IDE hard drives. Since they have no moving parts, they will operate for many years through a much wider range of temperatures than a hard disk will tolerate.

Scenario 1: Masquerading access point

This is the simplest of the scenarios, and is especially useful in situations where you want a single access point for an office setting. This is easiest in a situation where:

1. There is an existing dedicated firewall and gateway running Linux, and you just want to add a wireless interface.
2. You have an old refurbished computer or laptop available, and prefer to use that as an access point.
3. You require more power in terms of monitoring, logging and/or security than most commercial access points provide, but don't want to splurge on an enterprise access point.
4. You would like a single machine to act as 2 access points (and firewall) so that you can offer both a secure network access to the intranet, as well as open access to guests.

Initial setup

Start of with an already configured computer running GNU/Linux. This could be an Ubuntu Server installation, or Fedora Core. The computer must have at least 2 interfaces for this to work, and at least one of these interfaces should be wireless. The rest of this description assumes that your cabled Ethernet port (eth0) is connected to the Internet, and that there is a wireless interface (wlan0) that will provide the access point functionality.

To find out if your chipset supports master mode, try the following command as root:

# iwconfig wlan0 mode Master

...replacing wlan0 with the name of your interface.

If you get an error message, then your wireless card doesn't support access point mode. You can still try the same setup in Ad-hoc mode, which is supported by all chipsets. This requires that you to set all the laptops that are connecting to this "access point" into Ad-hoc mode as well, and may not work quite the way you are expecting. It is usually better to find a wireless card that will support AP mode. See the HostAP and MADWiFi websites mentioned earlier for a list of supported cards.

Before continuing, make sure dnsmasq is installed on your machine. You can use the graphical package manager of your distribution to install it. In Ubuntu you can simply run the following as root:

# apt-get install dnsmasq

Setting up the interfaces

Set up your server so that eth0 is connected to the Internet. Use the graphical configuration tool that came with your distribution.

If your Ethernet network uses DHCP, you could try the following command as root:

# dhclient eth0

You should receive an IP address and default gateway. Next, set your wireless interface to Master mode and give it a name of your choice:

# iwconfig wlan0 essid “my network” mode Master enc off 

The enc off switch turns off WEP encryption. To enable WEP, add a hex-key string of the correct length:

# iwconfig wlan0 essid “my network” mode Master enc 1A2B3C4D5E 

Alternately, you can use a readable string by starting with "s:"

# iwconfig wlan0 essid “my network” mode Master enc "s:apple"

Now give your wireless interface an IP address in a private subnet, but make sure it is not the same subnet as that of your Ethernet adapter:

# ifconfig wlan0 10.0.0.1 netmask 255.255.255.0 broadcast 10.0.0.255 up

Setting up masquerading in the kernel

In order for us to be able to translate addresses between the two interfaces on the computer, we need to enable masquerading (NAT) in the linux kernel. First we load the relevant kernel module:

# modprobe ipt_MASQUERADE

Now we will flush all existing firewall rules to ensure that the firewall is not blocking us from forwarding packets between the two interfaces. If you have an existing firewall running, make sure you know how to restore the existing rules later before proceeding.

# iptables -F

Enable the NAT functionality between the two interfaces

# iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE

Finally we need to enable the kernel to forward packets between interfaces:

# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

On Debian-based Linux distributions such as Ubuntu, this change can also be made by editing the file /etc/network/options, and changing the line

ip_forward=no

to

ip_forward=yes

and then restarting the network interfaces with:

# /etc/init.d/network restart 

or

# /etc/init.d/networking restart 

Setting up the DHCP server

At this point we actually should have a working access point. It can be tested by connecting to the wireless network "my network" with a separate machine and giving that machine an address in the same address range as our wireless interface on the server (10.0.0.0/24 if you followed the examples). If you have enabled WEP, be sure to use the same key that you specified on the AP.

In order to make it easier for people to connect to the server without knowing the IP address range, we will set up a DHCP server to automatically hand out addresses to wireless clients.

We use the program dnsmasq for this purpose. As the name indicates, it provides a caching DNS server as well as a DHCP server. This program was developed especially for use with firewalls performing NAT. Having a caching DNS server is especially helpful if your Internet connection is a high-latency and/or low-bandwidth connection, such as a VSAT or dial-up. It means that many DNS queries can be resolved locally, saving a lot of traffic on the Internet connection, and also making the connection feel noticeably faster for those connecting.

Install dnsmasq with your distributions package manager. If dnsmasq is not available as a package, download the source code and install it manually. It is available from http://thekelleys.org.uk/dnsmasq/doc.html.

All that is required for us to run dnsmasq is to edit a few lines of the dnsmasq configuration file,

The configuration file is well commented, and has many options for various types of configuration. To get the basic DHCP server up and running we just need to uncomment and/or edit two lines.

Find the lines that starts:

interface= 

...and make sure it reads:

interface=wlan0

...changing wlan0 to match name of your wireless interface. Then find the line that starts with:

#dhcp-range=

Uncomment the line and edit it to suit the match addresses being used, i.e.

dhcp-range=10.0.0.10,10.0.0.110,255.255.255.0,6h

Then save the file and start dnsmasq:

# /etc/init.d/dnsmasq start

That's it, you should now be able to connect to the server as an access point, and get an IP address using DHCP. This should let you connect to the Internet through the server.

Adding extra security: Setting up a Firewall

Once this is set up and tested, you can add extra firewall rules using whatever firewall tool is included in your distribution. Some typical front-ends for setting up firewall rules include:

• firestarter - a graphical client for Gnome, which requires that your server is running Gnome

• knetfilter - a graphical client for KDE, which requires that your server is running KDE

• Shorewall - a set of scripts and configuration files that will make it easier to setup an iptables firewall. There are also frontends for shorewall, such as webmin-shorewall

• fwbuilder - a powerful, but slightly complex graphical tool that will let you create iptables scripts on a machine separate from your server, and then transfer them to the server later. This does not require you to be running a graphical desktop on the server, and is a strong option for the security conscious.

Once everything is configured properly, make sure that all settings are reflected in the system startup scripts. This way, your changes will continue to work should the machine need to be rebooted.

Scenario 2: Transparent Bridging access point

This scenario can either be used for a two-radio repeater, or for an access point connected to an Ethernet. We use a bridge instead of routing when we want both interfaces on the access point to share the same subnet. This can be particularly useful in networks with multiple access points where we prefer to have a single, central firewall and perhaps authentication server. Because all clients share the same subnet they, can easily be managed with a single DHCP server and firewall without the need for DHCP relay.

For example, you could setup a server as the first scenario, but use two wired Ethernet interfaces instead of one wired and one wireless. One interface would be your Internet connection, and the other would connect to a switch. Then connect as many access points as you require to the same switch, set them up as transparent bridges, and everyone will pass through the same firewall and use the same DHCP server.

The simplicity of bridging comes at a cost of efficiency. Since all clients share the same subnet, broadcast traffic will be repeated throughout the network. This is usually fine for small networks, but as the number of clients increases, more wireless bandwidth will be wasted on broadcast network traffic.

Initial setup

The initial setup for a bridging access point is similar to that of a masquerading access point, without the requirement of dnsmasq. Follow the initial setup instructions from the previous example.

In addition, the bridge-utils package is required for bridging. This package exists for Ubuntu and other Debian-based distributions, as well as for Fedora Core. Make sure it is installed and that the command brctl is available before proceeding.

Setting up the Interfaces

On Ubuntu or Debian we set up the interfaces by editing the file

Add a section like the following, but change the names of interfaces and the IP addresses accordingly. The IP address and netmask must match that of your existing network. This example assumes you are building a wireless repeater with two wireless interfaces, wlan0 and wlan1. The wlan0 interface will be a client to the "office" network, and wlan1 will create a network called "repeater".

Add the following to /etc/network/interfaces:

auto br0 
iface br0 inet static 
  address 192.168.1.2 
  network 192.168.1.0 
  netmask 255.255.255.0 
  broadcast 192.168.1.255 
  gateway 192.168.1.1 
  pre-up ifconfig wlan 0 0.0.0.0 up 
  pre-up ifconfig wlan1 0.0.0.0 up 
  pre-up iwconfig wlan0 essid “office” mode Managed 
  pre-up iwconfig wlan1 essid “repeater” mode Master 
  bridge_ports wlan0 wlan1 
  post-down ifconfig wlan1 down 
  post-down ifconfig wlan0 down 

Comment out any other sections in the file that refer to wlan0 or wlan1 to make sure that they don't interfere with our setup.

This syntax for setting up bridges via the interfaces file is specific to Debian-based distributions, and the details of actually setting up the bridge are handled by a couple of scripts: /etc/network/if-pre-up.d/bridge and /etc/network/if-post-down.d/bridge. The documentation for these scripts is found in /usr/share/doc/bridge-utils/.

If those scripts don't exist on your distribution (such as Fedora Core), here is an alternative setup for which will achieve the same thing with only marginally more hassle:

iface br0 inet static 
  pre-up ifconfig wlan 0 0.0.0.0 up 
  pre-up ifconfig wlan1 0.0.0.0 up 
  pre-up iwconfig wlan0 essid “office” mode Managed 
  pre-up iwconfig wlan1 essid “repeater” mode Master 
  pre-up brctl addbr br0 
  pre-up brctl addif br0 wlan0 
  pre-up brctl addif br0 wlan1 
  post-down ifconfig wlan1 down 
  post-down ifconfig wlan0 down 
  post-down brctl delif br0 wlan0 
  post-down brctl delif br0 wlan1 
  post-down brctl delbr br0 

Starting the bridge

Once the bridge is defined as an interface, starting the bridge is as simple as typing:

# ifup -v br0

The "-v" means verbose output and will give you information to what is going on.

On Fedora Core (i.e. non-debian distributions) you still need to give your bridge interface an ip address and add a default route to the rest of the network:

# ifconfig br0 192.168.1.2 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255 
# route add default gw 192.168.1.1 

You should now be able to connect a wireless laptop to this new access point, and connect to the Internet (or at least to the rest of your network) through this box.

If you want more information about what your bridge and what it is doing, take a look at the brctl command. For example try this command:

# brctl show br0 

That should show you some information about what your bridge is doing.

Scenario 1 & 2 the easy way

Instead of setting up your computer as an access point from scratch, you may wish to use a dedicated Linux distribution that is specially tailored for this purpose. These distributions can make the job as simple as booting from a particular CD on a computer with a wireless interface. See the following section, "Wireless-friendly operating systems" for more information.

As you can see, it is straightforward to provide access point services from a standard Linux router. Using Linux gives you significantly more control over how packets are routed through your network, and allows for features that simply aren't possible on consumer grade access point hardware.

For example, you could start with either of the above two examples and implement a private wireless network where users are authenticated using a standard web browser. Using a captive portal such as Chillispot, wireless users can be checked against credentials in an existing database (say, a Windows domain server accessible via RADIUS). This arrangement could allow for preferential access to users in the database, while providing a very limited level of access for the general public.

Another popular application is the prepaid commercial model. In this model, users must purchase a ticket before accessing the network. This ticket provides a password that is valid for a limited amount of time (typically one day). When the ticket expires, the user must purchase another. This ticketing feature is only available on relatively expensive commercial networking equipment, but can be implemented using free software such as Chillispot and phpMyPrePaid. We will see more about captive portal technology and ticketing systems in the Authentication section in chapter six.

Wireless-friendly operating systems

There are a number of open source operating system that provide useful tools for working with wireless networks. These are intended to be used on repurposed PCs or other networking hardware (rather than on a laptop or server) and are fine-tuned for building wireless networks. Some of these projects include:

• Freifunk. Based on the OpenWRT project (http://openwrt.org/), the Freifunk firmware brings easy OLSR support to MIPS-based consumer access points, such as the Linksys WRT54G / WRT54GS / WAP54G, Siemens SE505, and others. By simply flashing one of these APs with the Freifunk firmware, you can rapidly build a self-forming OLSR mesh. Freifunk is not currently available for x86 architecture machines. It is maintained by Sven Ola of the Freifunk wireless group in Berlin. You can download the firmware from http://www.freifunk.net/wiki/FreifunkFirmware .

• Metrix Pebble. The Pebble Linux project was started in 2002 by Terry Schmidt of the NYCwireless group. It was originally a stripped-down version of the Debian Linux distribution that included wireless, firewall, traffic management, and routing tools. Since 2004, Metrix Communication has been extending Pebble to include updated drivers, bandwidth monitoring, and a web-based configuration tool. The aim of Metrix Pebble is to provide a complete platform for wireless development. It works on x86 hardware with at least 64MB of flash or hard disk storage. You can download Metrix Pebble from http://metrix.net/metrix/howto/metrix-pebble.html .

• m0n0wall. Based on FreeBSD, m0n0wall is a very tiny but complete firewall package that provides AP services. It is configured from a web interface and the entire system configuration is stored in a single XML file. Its tiny size (less than 6MB) makes it attractive for use in very small embedded systems. Its goal is to provide a secure firewall, and as such does not include userspace tools (it is not even possible to log into the machine over the network). Despite this limitation, it is a popular choice for wireless networkers, particularly those with a background in FreeBSD. You can download m0n0wall from http://www.m0n0.ch/ .

All of these distributions are designed to fit in machines with limited storage. If you are using a very large flash disk or hard drive, you can certainly install a more complete OS (such as Ubuntu or Debian) and use the machine as a router or access point. It will likely take a fair amount of development time to be sure all needed tools are included, without installing unnecessary packages. By using one of these projects as a starting point for building a wireless node, you will save yourself considerable time and effort.

The Linksys WRT54G

One of the most popular consumer access points currently on the market is the Linksys WRT54G. This access point features two external RP-TNC antenna connectors, a four port Ethernet switch, and an 802.11b/g radio. It is configured through a simple web interface. While it is not designed as an outdoor solution, it can be installed in a large sprinkler box or plastic tub for relatively little cost. As of this writing, the WRT54G sells for about $60.

Back in 2003, network hackers realized that the firmware that shipped with the WRT54G was actually a version of Linux. This led to a tremendous interest in building custom firmware that extended the capabilities of the router significantly. Some of these new features include client radio mode support, captive portals, and mesh networking. Two popular alternative firmware packages for the WRT54G are OpenWRT (http://openwrt.org/) and Freifunk (http://www.freifunk.net/wiki/FreifunkFirmware).

Unfortunately, in the fall of 2005, Linksys released version 5 of the WRT54G. This hardware revision eliminated some RAM and flash storage on the motherboard, making it practically impossible to run Linux (it ships with VxWorks, a much smaller operating system that does not allow easy customization). Since the WRT54G v5 cannot run custom Linux-based firmware, this makes it a less attractive alternative for network builders. Linksys has also released the WRT54GL, which is essentially the WRT54G v4 (which runs Linux) at a slightly higher price tag.

A number of other Linksys access points also run Linux, including the WRT54GS and WAP54G. While these also have relatively low price tags, the hardware specifications may change at any time. It is difficult to know which hardware revision is used without opening the packaging, making it risky to purchase them at a retail store and practically impossible to order online. While the WRT54GL is guaranteed to run Linux, Linksys has made it known that it does not expect to sell this model in large volume, and it is unclear how long it will be offered for sale.

If you can find a source of earlier revision WRT54Gs or WRT54GLs, they are handy and inexpensive routers. With custom firmware, they can be configured to work as an OLSR mesh or in client mode, and work very well as a cheap customer side solution. While the newer v5 model will work as an access point, it cannot be configured is a client, and it has mixed performance reviews compared to the v4 and earlier models.

For more information, see one of these websites:

• http://linksysinfo.org/

• http://seattlewireless.net/index.cgi/LinksysWrt54g