Közösségi vezeték nélküli hálózatok építése: Egy útmutató a kiváncsiak számára (1/2)

Szerzők: Steven Mansour és Sascha D. Meinrath

Fordította: imestin

Összefoglaló

Ennek az útmutatónak az a célja, hogy segítsen az olvasónak megtenni az első lépéseket egy közösségi vezeték nélküli hálózat építésében. Olyan dokumentumokból lett összeállítva, melyet az Open Technology Institute workshopokon és otthoni oktatásban használt. Ez egy jó kiindulópont, hogy megértsük az építő köveit egy közösségi vezeték nélküli hálózatnak. A nyitott, közösségi vezeték nélküli hálózatok digitálisan kötnek össze közösségeket, és lehetővé teszik a szomszédok számára, hogy Internet kapcsolatot osszanak meg, vagy helyileg szolgált (hosztolt) alkalmazásokat. A szomszédok háztetőről háztetőre vannak összekötve, vezeték nélküli eszközöket használva.

Sok módja van annak, hogy közösségi vezeték nélküli hálózatokat tervezzünk, de a túl sok lehetőség zavarodottsághoz vezethet. Szerencsére, sok közösségi hálózat és vezeték nélküli Internet szolgáltató (Wireless Internet Service Provider – WISP) több évnyi tapasztalatot halmozott fel, és tanulhatunk tőlük. A következő oldalakon az olvasó megtanulhatja a Wi-Fi és a hálózatok alapjait, mint például az IP címek, a 2,4 és az 5 GHz-es frekvenciák közötti különbség, különféle Wi-Fi módok, infrastrukturális és ad-hoc közötti különbség, stb. Az a cél, hogy kezdeti útmutatást adjon azzal kapcsolatban, hogy hogyan építsünk közösségi vezeték nélküli hálózatokat, a konkrét lépések megnevezésével, melyeket a témában érdekelteknek követniük érdemes, hogy sikeresen kiépítsenek egy hálózatot.

Ennél részletesebb, technikai útmutatást a Commotion Construction Kit tud adni, ami ezen a címen érhető el: http://communitytechnology.github.io/docs/cck/

2.1 Közösségi vezeték nélküli hálózatok

A nyitott, közösségi vezeték nélküli hálózatok digitálisan kötnek össze közösségeket, és lehetővé teszik a szomszédok számára, hogy Internet kapcsolatot osszanak meg, vagy helyileg szolgált (hosztolt) alkalmazásokat. A közösségi hálózatok sok tekintetben különböznek az üzleti modellektől, de legfőképpen a kivitelezésükben a tulajdon jogukban és a karbantartásukban.

A közösségi hálózatokat (Community Network – CN) koalíciók építik – helyi non-profit szervezetek, közösség-alapú szervezetek, önkormányzati képviselők és egyének dolgoznak közösen a tervezésben és a kivitelezésben. A tulajdon jogok és a karbantartási kötelezettségek fel vannak osztva a közösség tagjai között – ők többnyire olyan egyének és szervezetek, akik önkéntes munkát végeznek. A “Digital Stewards” egyre gyakoribb kifejezés azokra a személyekre, akik kezelik ezeket a hálózatokat – az ő szerepük, hogy elősegítsék a hálózat növekedését, stabilitását és, hogy mindenki részt tudjon venni.

Ennek a dokumentumnak az a célja, hogy kezdeti útmutatást adjon azzal kapcsolatban, hogy hogyan építsünk közösségi vezeték nélküli hálózatokat, a konkrét lépések megnevezésével, melyeket a témában érdekelteknek követniük érdemes, hogy sikeresen kiépítsenek egy hálózatot. Legfőképpen a következő lépésekre érdemes odafigyelnünk:

2.1.1 Azonosítsuk a közösségi partnereket és határozzuk meg együttműködéseket

Ebben a kulcsfontosságú lépésben döntjük el, hogy mely partnerek fogják fejleszteni, megtervezni és karbantartani a hálózatot, milyen szerepük/feladatuk lesz és, hogy milyen lesz a kölcsönös elszámolhatóság szerkezete a kezdeményezésen belül. 1. Határozzuk meg a kezdőterületet: Tervezzük meg a kezdeti hálózatot, ami a kiemelt fontosságú helyszíneket köti össze (ezek lehetnek lakások, a közösségi épületek tetői, kisvállalkozások és a kezdeményezés egyéb támogatói)

1. Kapcsolatfelvétel és tervezés: A kérdőívek, közösségi találkozók és a transzparens és/vagy részvételi költségvetés segíthet abban, hogy a projekt jó helyi támogatást kapjon. Az elvárásokat oly módon kezeljük, hogy a projektet közös munkaként vázoljuk fel, és nem ingyen szolgáltatásként. Fontos figyelembe venni, hogy ezeknek a hálózatoknak mindig vannak költségeik, de gyakran találhatunk olyan kreatív megoldásokat, melyekkel ezeket minimalizálhatjuk, vagy teljes egészében fedezhetjük.
2. Telepítés: A telepítés nagyban különbözik a használt hardverek és szoftverek függvényében. Részletes információ itt található: <https://commotionwireless.
   net/docs/get-started/> Ami a legfontosabb: a Wi-Fi az a technológia, melyet mindenki (a gyerekektől az idősekig) képes kivitelezni. Ha csak egy dolgot kellene megjegyeznünk az az lenne, hogy bármelyik közösség képes felépíteni a saját, 21. századi telekommunikációs infrastruktúráját, ha ők így kívánják.
3. Képezzünk Digitális Kísérőket (Digital Stewards), akik majd kezelik a hálózatot: A hosszútávú fenntarthatóság érdekében minél előbb gondoljunk arra, hogy ki fogja majd kezelni, karbantartani a hálózatot. Bárki vezeték-nélküli hálózat guruvá/szakértővé válhat néhány hónap alatt. Nagyon ajánlott a képességek megosztása a CN megvalósításának egészére nézve: gyakran, mire a hálózat teljesen kész van, teljesen új Digitális Kísérők fejlődhetnek fel arra a szintre, hogy az új hálózat karbantartása és fenntartása könnyű feladat lesz számukra.

2.1.2 A szövetségek és kapcsolatok létfontosságú szerepe

A közösségi hálózatok az emberekkel kezdődnek. Amikor egy CN megszervezését megkezdjük, az érdekelődő egyéneknek stratégiai módon érdemes gondolkodniuk. Próbáljunk meg partnerviszonyokat létrehozni meglévő intézményekkel és dolgozzunk együtt a helyi közösséggel, hogy meghatározzuk a kommunikációs igényeket, érdekeket, és hogy ki milyen mértékben kíván részt venni és segíteni.

A munka olyan beszélgetésekkel, találkozásokkal kellene, hogy induljon, ahol a csoportunk megbeszéli, hogy hogyan tudná a mesh hálózat javítani mindenkis életminőségét. Ebben az értelemben, a CN-építőknek azt kellene célozniuk, hogy a teljes helyi közösséget bevonják és kooperáljanak a következő szereplőkkel:

• nyilvános intézmények (könyvtársak, posta hivatalok, múzeumok, egyetemek, iskolák, stb.)
• nyilvános találkozó helyek (parkok, kávézók, stb.)
• közösség-alapú szervezetek
• üzletek (legfőképpen helyi, közösségi kézben lévő kisboltok, kisvállalkozások)
• önkormányzatok
• helyi művész-és média csoportok
  2.1.3 Építsük fel és fedezzük fel a hálózatunkat

A CN fejlesztőknek az a kellene, hogy legyen a céljuk, hogy elkészítsék a hálózatot és, hogy számos eszköz a hálózaton keresztül kommunikál, a helyi közösségen belül. Ebből kifolyólag, a CN építőknek meg kell tanítaniuk a közösség tagjait, hogy hogyan kapcsolódjanak a hálózathoz, és, hogy hogyan folytassák a kiterjesztését nagyobb területekre.

Fontos, hogy folyamatosan kísérletezzünk olyan alkalmazásokkal, melyeket a mesh hálózaton keresztül lehet működtetni, vagy, hogy megosszuk az Internet kapcsolatunkat, hogy mások online-ok tudjanak lenni. A CN-ekre nem csak, mint Internet kapcsolódási pontokra érdemes tekintenünk, hanem egy új platformként is, amin keresztül helyi hálózatokon (LAN) keresztül működő alkalmazásokat és szolgáltatásokat valósítunk meg. Egy CN funkcionálhat helyi rádió adóként, helyi TV csatornaként, kommunikációs médiumként és olyan platformként, ami új szolgáltatások fejlesztését szolgálja. A CN-ek lehetővé teszik az olyan közösség által futtatott multimédia platformokat, melyekben sokkal több a lehetőség, mint a tradicionális (kizárólagosan Internetes) megoldásokban.

2.2 Hálózati alapismeretek

Ez a rész a hálózatok működéseinek alapjait mutatja be, és, hogy hogyan használjuk a különböző eszközöket, hogy felépítsük a hálózatunkat. Számítógépes hálózatok évtizedek óta léteznek, és az idő múlásával a technológiák sokkal olcsóbbak és gyorsabbak is lettek. A hálózatok különböző komponensekből épülnek fel – számítógépek, switch-ek és router-ek – melyek kábelekkel vagy vezeték nélküli interfészekkel vannak összekapcsolva. Annak az alapjainak a megértése, hogy hogyan vannak a hálózatok összekapcsolva, fontos lépés egy vezeték nélküli közösségi hálózat kiépítésében, és ezeknek az információknak az ismerete segíteni fog minket egy hálózat kiépítésében, akár egy nappali akár egy város szintjén.

Ez a fejezet ezeket a koncepciókat fedi le:

1. Kliensek és szerverek: hogyan kapcsolódnak az olyan szolgáltatások, mint például az e-mail vagy a weboldalak a hálózatokat használva.
2. IP címek: hogyan lehet megtalálni az eszközöket a hálózaton.
3. Hub-ok, switch-ek, és kábelek: a hardveres építőelemei bármilyen hálózatnak.
4. Router-ek és tűzfalak: az adatfolyam rendezése és kontrollálása a hálózaton.

2.2.1 Kliensek és szerverek

Sok hálózatban fontos kapcsolat a kommunikáció a szerver és a kliensei között. A szerver egy olyan számítógép, ami tartalmakat és szolgáltatásokat tárol (mint például egy weboldal, egy média fájl, vagy egy chat alkalmazás). A szerverre egy könnyen megérthető példa az a számítógép, ami a Google főoldalát tárolja: http://www.google.com. A szerver tárolja azt az oldalt, és kiküldi, amikor ezt egy felhasználó kéri.

A kliens az egy másik számítógép, mint például a laptopunk vagy telefonunk, ami kérvényezi a megtekintését, letöltését vagy használatát egy tartalomnak, amit egy szerver tárol. A kliens egy hálózaton keresztül képes kapcsolódni a szerverre, hogy hozzáférjen a kért információhoz. Például, amikor a Google fő oldalát próbáljuk behozni egy webböngészőben, a mi számítógépünk a szerver. Az alábbi példában két számítógép van összekötve egy Ethernet kábellel. Ezek a számítógépek képesek látni egymást és kommunikálni a kábelen keresztül. A szerver kiszolgálja ezt a kérést, és odaadja ezt a tartalmat, ami majd a kliens webböngészőjében lesz megjelenítve.

A legtöbb kérés vagy tartalom kézbesítés a hálózatokon vagy hasonló a kliens-szerver kapcsolatra, vagy azon alapul. Egy hálózaton a szerver majdnem bárhol lehet, és ha a kliens rendelkezik a szerver címével, elérheti a tartalmakat ezen a szerveren.

2.2.2 IP címek

Annak érdekében, hogy adatokat küldhessünk és irányíthassunk egy hálózaton keresztül, a számítógépeknek képeseknek kell lenniük azonosítani a célt és a kiindulópontot. Ez az azonosítás az IP – Internet Protocol – cím által történik. Az IP cím csupán 4 darab szám 1 és 254 között, pontokkal elválasztva. Egy példa az IP címre: 208.67.222.222.

Egy IP cím hasonlít egy utcai címre. A cím egy része azt azonosítja, hogy a világon hol található az épület, másik része egy országra vagy városra szűkíti, aztán a terület a városon vagy államon belül, végül a pontos hely az utcában. Alul a 192.168.1 utca látható. Három ház található rajta.

A teljes cím külön-külön a házakhoz: 192.168.1.20, 192.168.1.21 és 192.168.1.22.

Kétféleképpen csoportosíthatjuk az IP címeket. Egy hálózati cím lehet publikus vagy privát. A publikus címeket az Interneten bárhonnan el lehet érni. A privát címeket nem lehet bárhonnan elérni, és többnyire egy olyan eszköz mögé vannak rejtve, melynek van egy publikus IP címe. Az alábbi képen egy olyan utcát láthatunk, melyen 2 épület látható, két publikus IP címmel. Ezek olyan számítógépeket reprezentálnak, melyek láthatóak az egész Interneten. Ezek a házak lehetnének a világon bárhol, de a címül teljes, tehát pontosan tudjuk, hogy hol vannak, és üzeneteket tudunk küldeni nekik.

Hogy lássunk rá egy példát, hogyan használják többnyire a publikus és privát IP címeket, nézzük meg újra a képzeletbeli 192.168.1 utca esetét. Van egy új ház az utcában, amit úgy hívunk, „a posta”. Ennek a háznak van egy publikus IP címe és egy privát IP címe is. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy egy kerítés elzárja az Internet többi részét az utcától. Az Internet nem látja ezeket a címeket.

A posta irányítja azokat az üzeneteket, melyek az Internet és az utca között közlekednek, számon tartja az üzeneteket, melyek elhadják az utcát és eljuttatja a válasz üzeneteket a megfelelő házba. Az utcán 192.168.1.1 a címe, de az Interneten 74.10.10.50 (más szóval, az Internet nem látja a privát házak címét).

2.2.3 Hálózati hub-ok és switch-ek

Hagyományosan, a számítógépeket kábelek kötik össze, hálózatot alkotva. Helyi hálózatokhoz leggyakrabban Ethernet kábeleket használunk, ami négy vezetékből áll, melyeket egy műanyag burkolat véd. Kinézetre hasonlít a telefon kábelekre, de sokkal több adatot képes szállítani. Nagy távolságokra az optikai kábelt szoktuk választani, ami pulzáló lézerfénnyel kódolja le az adatot.

Azonban, mivel minden egyes számítógépet egyesével összekötni egymással nem lenne praktikus, hálózati hub-okat is használunk, hogy megszervezzük az adatfolyamot. Például, a legtöbb otthonban és irodában az Ethernet kábelek hasonló módon futnak be egy darab eszközbe, mint ahogyan a bicikli küllői a kerékagyba. Mindegyik küllő a kerékagyban találkozik. Egy példa arra, hogy hogyan működik egy hub, az alábbi képen látható. Az „A”-val jelölt számítógép üzenetet szeretne küldeni „B”-nek. Elküldi az üzenetet az Ethernet kábelen keresztül a hub-nak, majd a hub megismétli ezt az üzenetet az összes számítógép számára.

Azonban, egy hub le tud lassulni, ha egyszerre sok számítógép küld üzeneteket, mivel megpróbálhatnak egyszerre kiküldeni üzeneteket, és ezáltal összezavarják a hub-ot. Erre a problémára segítségül, a hálózatok elkezdtek egy másik eszközt használni, melyet úgy hívunk, switch. A helyett, hogy minden üzenetet megismételne, ami bejön, a switch csak a cél számítógépnek juttatja el az üzenetet.

Ez megszünteti a fölösleges ismétlést, ami a hub-on tapasztalható volt. Egy switch-t használva, egy számítógép „A” elküldhet egy üzenetet „B”-nek, és a többi számítógép nem fogja megkapni ezt az üzenetet. Ez által a számítógépek egy időben több üzenetet is küldhetnek, nem fogják zavarni egymást.

A switch-eknek azonban van egy korlátoltságuk: csak azokról a címekről (eszközökről) tudnak, melyek közvetlenül hozzájuk csatlakoznak. Tehát, csak néhány eszköznek tudunk küldeni üzeneteket, annak függvényében, hogy a switch-nek mennyi port-ja van (csatolófelület). Ha egy olyan számítógépnek szeretnénk üzenetet küldeni, ami egy másik hálózaton van, akkor azt egy router-en kell keresztül küldenünk. Ez az amit következőnek megvizsgálunk.

2.2.4 Router-ek és tűzfalak

A router-ek végzik a nehéz munka nagyját a hálózatokon: ők hozzák meg a döntéseket az összes üzenetekkel kapcsolatban, melyek a hálózatban utaznak, eldöntik, hogy egy üzenetet kiküldjenek -e a hálózaton kívülre. A router-ek három fő funkciót látnak el:

1. Elválasztanak és hidalnak. A router-ek különböző szekciókra osztanak hálózatokat és összekötnek különböző hálózatokat, ahogyan azt a fenti példán láthattuk, ahol a 192.168.1 privát utca össze van hidalva az Internettel egy publikus IP cím által.
2. IP címeket osztanak ki. A router-ek képesek IP címeket kiosztani. A fenti példában, ha a 192.168.1 utcán épül egy új ház, a router osztana ki neki IP címet. A router-ek a DHCP protokoll által osztanak ki IP címeket (Dynapic Host Configuration Protocol). Amikor egy Wi-Fi hotspot-ra csatlakozunk, olyankor is a DHCP protokoll oszt ki címet az eszközünknek.
3. Tűzfalaznak és védenek. Képesek megszűrni az üzeneteket, vagy a privát hálózaton kívül tartani a felhasználókat. A legtöbb router-ben van beépített tűzfal. Ez egy olyan szoftver, ami a nemkívánatos üzeneteket a privát hálózaton kívül tartja.

Vessünk még egy pillantást a 192.168.1 utcára, és a postára, ami az egész utcát 1 db publikus címmel írja le. Mint kiderült, a posta itt router-ként viselkedik.

Ebben az esetben a posta üzeneteket kézbesít az Internet többi része (74.10.10.50) és az utca között (192.168.1.x).

Gratulálunk! Most már többet tudsz a hálózati architektúrákról mint a népesség 99%-a!
2.3 Bevezető a mesh hálózatokba