Wi-Fi — Wireless Fidelity

Wi-Fi (Wireless Fidelity) — это название технологии беспроводного обмена данными, относящееся к группе стандартов организации беспроводных сетей IEEE 802.11 .
Разработан консорциумом Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), продвигающей стандарт беспроводной связи IEEE 802.11 и сертифицирующей устройства на его основе.

Основы Wi-Fi были заложены в недалеком 1997 году, с появлением базовых протоколов передачи сигналов и управления доступом, вошедших в состав стандарта 802.11 .
Дальнейшее развитие технологии происходило поэтапно, в ходе появления новых редакций стандарта:

802.11b Работа в диапазоне ISM на частоте 2,4 ГГц.
Обеспечивает скорость передачи данных до 11 Мбит/с.
Радиус действия передатчика — 300 метров.

802.11a Расширение частоты. Работа на частоте 5 ГГц (диапазон ISM), при скорости передачи данных до 54 Мбит/с.
Радиус действия передатчика — 100 метров.
Более эффективный метод модуляции: ортогональное частотное мультиплексирование OFDM вместо широкополосной модуляции с прямым расширением спектра DSSS и перескоком частоты FHSS.
К недостаткам относится внушительно возросшее энергопотребление.
Первая технология, позволившая создавать беспроводные сети с мгновенным доступом в офисах и жилых помещениях.
В России для использования аппаратуры стандарта 802.11а, требуется специальное разрешение и она не получила здесь широкого распространения, к тому же подавляющее большинство устройств, поддерживающих стандарт 802.11a, поддерживают также и стандарт 802.11b, что позволяет считать относительно совместимыми все продаваемые в данный момент WiFi устройства.

802.11g Рабочая частота — 2,4 ГГц (диапазон ISM).
Скорость передачи данных — 54 Мбит/с.
Радиус действия передатчика — 100 метров в помещениях и до 300 метров на открытой местности.
Совместимость со всеми стандартами семейства 802.11.
Наиболее распространенная версия стандарта.

802.11n Версия стандарта предложена IEEE в сентябре 2006 года. Главное отличие — скорость передачи данных до 100 Мбит/с.
Несмотря на то, что новые разработки еще не успели получить должное распространение, работы по усовершенствованию стандартов не прекращаются ни на минуту.

802.11ac Версия стандарта предложена IEEE в январе 2011 года для сетей Wi-Fi на частотах 5-6 ГГц.
Устройства, которые работают по этому стандарту, обеспечивают скорость передачи данных более 1 Гбит/с (до 6 Гбит/с 8x MU-MIMO), что многократно выше, чем 802.11n.
Стандарт подразумевает использование до 8 антенн MU-MIMO и расширение канала до 80 и 160 МГц.
По версии компании Broadcom, данный стандарт относится к сетям нового поколения 5G.

Под технологией Wi-Fi подразумеваются все стандарты семейства IEEE 802.11, определенные организацией Wi-Fi Alliance.
Сегодня термин Wi-Fi в равной степени относится к любому из стандартов IEEE 802.11 и обратно совместимого.

Мобильные устройства, оснащенные клиентскими Wi-Fi приемно-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в интернет через так называемые точки доступа или хотспоты.

Wi-Fi Certified ac wave 2
Организация Wi-Fi Alliance расширила спецификации Wi-Fi Certified ac — Wi-Fi Certified ac wave 2.
Нововведения позволят увеличить пропускную способность беспроводных сетей и улучшит качество подключения.

В общей сложности wave 2 включает четыре новшества:
— Добавлена поддержка MU-MIMO, что позволяет повысить качество подключения и эффективность сети.
— Ширина частотных каналов увеличена с 80 до 160 МГц, что дает возможность увеличить скорость передачи.
— Количество пространственных каналов увеличено с трех до четырех, что также позволяет увеличить скорость.
— Улучшена поддержка частотных каналов в диапазоне 5 ГГц, за счет чего повышается эффективность использования спектра и уменьшается влияние между несколькими сетями.

Оборудование необходимое для создания беспроводной сети

Для каждого устройства, участвующего в беспроводной сети, необходим беспроводной сетевой адаптер, также называемый беспроводной сетевой картой.
Большинство современных ноутбуков, некоторые настольные компьютеры и PDA уже оснащены встроенными беспроводными сетевыми адаптерами.
Однако, во многих случаях для создания беспроводной сети сетевые адаптеры необходимо приобретать отдельно.

Популярные сетевые адаптеры для ноутбуков имеют форм-фактор PC Card(PCMCIA), соответственно, для настольных компьютеров существуют модели с интерфейсом PCI, беспроводные USB-адаптеры можно подключать как портативные, так и в настольные системы, для PDA существуют адаптеры с интерфейсами СompactFlash и SDIO.
Для создания небольшой беспроводной локальной сети из двух (в некоторых случаях — и большего числа) устройств достаточно иметь необходимое число сетевых адаптеров.
Однако, если Вы захотите увеличить производительность Вашей сети, включить в сеть больше компьютеров и расширить радиус действия сети, Вам понадобятся беспроводные точки доступа и/или беспроводные маршрутизаторы.

Функции беспроводных маршрутизаторов аналогичны функциям традиционных проводных маршрутизаторов.
Обычно они используются в тех случаях, когда беспроводная сеть создается с нуля.
Альтернативой маршрутизаторам являются точки доступа, позволяющие подключить беспроводную сеть к уже существующей проводной сети.

Точки доступа используются, как правило, для расширения сети, в которой уже есть проводной коммутатор (switch) или маршрутизатор.
Для построения домашней локальной сети достаточно одной точки доступа, которой вполне по силам обеспечить необходимый радиус действия.
Офисные сети обычно требуют несколько точек доступа и/или маршрутизаторов.

Точки доступа и маршрутизаторы нередко используют вместо штатных более мощные беспроводные антенны, которые значительно расширяют радиус действия радиосигнала.
Такие антенны опциональны и являются съемными для большинства устройств.
Установка антенны на беспроводный клиент позволяет увеличить радиус действия беспроводного сетевого адаптера.

Это обычная практика для любителей незаконных проникновений в чужие компьютерные сети (wardriver), хотя при построении домашних и офисных локальный сетей дополнительные антенны обычно не используются.

Таблица точки доступа

Радиус действия Wi-Fi сети

Радиус действия домашней Wi-Fi сети зависит от типа используемой беспроводной точки доступа или беспроводного маршрутизатора.
К факторам, определяющим диапазон действия беспроводных точек доступа или беспроводных маршрутизаторов, относятся:

• Тип используемого протокола 802.11;
• Общая мощность передатчика;
• Коэффициент усиления используемых антенн;
• Длина и затухание в кабелях, которыми подключены антенны;
• Природа препятствий и помех на пути сигнала в данной местности.

Практика показывает, что диапазон действия со штатными антеннами (усиление 2dBi) беспроводных точек доступа и маршрутизаторов, поддерживающих стандарт 802.11b или 802.11g, составляет до 46 м в помещении и до 92 м вне помещения.
Диапазон действия беспроводных точек доступа и маршрутизаторов, поддерживающих стандарт 802.11a, составляет приблизительно 1/3 выше названных показателей.

Препятствия в виде кирпичных стен и металлических конструкций могут уменьшить радиус действия Wi-Fi сети на 25% и более.
Поскольку стандарт 802.11a использует частоты выше, чем стандарты 802.11b/g, он является наиболее чувствительным к различного рода препятствиям.
На радиус действия Wi-Fi сетей, поддерживающих стандарт 802.11b или 802.11g, влияют также помехи, исходящие от микроволновых печей.

Ещё одним существенным препятствием может оказаться листва деревьев, поскольку она содержит воду, поглощающую микроволновое излучение данного диапазона.

Увеличить радиус действия Wi-Fi сети можно посредством объединения в цепь нескольких беспроводных точек доступа или маршрутизаторов, а также путём замены штатных антенн, установленных на сетевых картах и точках доступа, на более мощные.
Приблизительно возможные варианты дальности действия и скорости работы сети в идеальном случае можно рассчитать с помощью специального калькулятора, ориентированного на оборудование D-Link, но использованные там формулы и методики подходят и для любого другого.

В реальной ситуации уровень сигнала на различном удалении от передающего устройства можно замерить при помощи специального устройства.

Режим Infrastructure

Данный режим позволяет подключить беспроводную сеть к проводной сети Ethernet посредством беспроводной точки доступа.
Для того, чтобы подключение стало возможным необходимо, чтобы беспроводная локальная сеть (WLAN), беспроводная точка доступа и все беспроводные клиенты использовали одинаковый SSID (Service Set ID).

Тогда Вы сможете подключить точку доступа к проводной сети с помощью кабеля и таким образом обеспечить беспроводным клиентам доступ к данным проводной сети.
Для того, чтобы расширить инфраструктуру и обеспечить одновременный доступ к проводной сети любому числу беспроводных клиентов, Вы можете подключить к беспроводной локальной сети дополнительные точки доступа.

Основными преимуществами сетей, организованных в режиме Infrastructure по сравнению с сетями, организованными в режиме Ad-Hoc, является их масштабируемость, централизованная защита и расширенный радиус действия.
Недостатком безусловно является необходимость расходов на приобретение дополнительного оборудования, например дополнительной точки доступа.

Беспроводные маршрутизаторы, предназначенные для использования в домашних условиях, всегда оснащены встроенной точкой доступа для поддержки режима Infrastructure.

Скорость беспроводной сети

Скорость беспроводной сети зависит от нескольких факторов.
Производительность беспроводных локальных сетей определяется тем, какой стандарт Wi-Fi они поддерживают.
Максимальную пропускную способность могут предложить сети, поддерживающие стандарт 802.11b — 11 Мбит/с.

Пропускная способность сетей, поддерживающих стандарт 802.11a или 802.11g, может составить до 54 Мбит/сек.
Сравните со стандартными проводными сетями Ethernet, пропускная способность которых составляет 100 Мбит/с.

На практике, даже при максимально возможном уровне сигнала производительность Wi-Fi сетей никогда не достигает указанного выше теоретического максимума.
Например, скорость сетей, поддерживающих стандарт 802.11b, обычно составляет не более 50 % их теоретического максимума, т. е. приблизительно 5.5 Мбит/с.
Соответственно, скорость сетей, поддерживающих стандарт 802.11a или 802.11g, обычно составляет не более 20 Мбит/с.

Причинами несоответствия теории и практики являются избыточность кодирования протокола, помехи в сигнале, а также изменение расстояния Хемминга с изменением расстояния между приемником и передатчиком.
Кроме того, чем больше устройств в сети одновременно участвуют в обмене данными, тем ниже пропускная способность сети.

В настоящее время ряд производителей выпустили устройства, с поддержкой фирменных расширений протоколов 802.11b и 802.11g, с теоретической максимальной скоростью работы 22 Мбит/с и 108 Мбит/с соответственно, однако радикальной прибавки в скорости по сравнению с работой на стандартных протоколах в данный момент от них не наблюдается.

Кроме того, скорость работы любой пары устройств существенно падает с уменьшением уровня сигнала, поэтому зачастую наиболее эффективным средством поднятия скорости для удалённых устройств является применение антенн с большим коэффициентом усиления.

Режимы работы точки доступа

Access Point Mode (Точка доступа) — Режим Access Point предназначен для беспроводного подключения к точке доступа портативных компьютеров, настольных ПК и PDA.
Беспроводные клиенты могут обращаться к точке доступа только в режиме Access Point.

Access Point Client / Wireless Client Mode (Беспроводной клиент) — Режим AP Client или Wireless Client позволяет точке доступа стать беспроводным клиентом другой точки доступа.
По существу, в данном режиме точка доступа выполняет функции беспроводного сетевого адаптера.
Вы можете использовать данный режим для обмена данными между двумя точками доступа.
Обмен данными между беспроводной платой и точкой доступа в режиме Access Point Client / Wireless Client Mode невозможен.

Point-to-Point / Wireless Bridge (Беспроводной мост point-to-point) — Режим Point-to-Point / Wireless Bridge позволяет беспроводной точке обмениваться данными с другой точкой доступа, поддерживающей режим беспроводного моста point-to-point.
Однако имейте в виду, что большинство производителей используют свои собственные оригинальные настройки для активации режима беспроводного моста в точке доступа.
Обычно данный режим используется для беспроводного соединения аппаратуры в двух разных зданиях.

Беспроводные клиенты не могут обмениваться данными с точкой доступа в этом режиме.

Point-to-Multipoint / Multi-point Bridge (Беспроводной мост point-to-multipoint) — Режим Point-to-Multi-point / Multi-point Bridge аналогичен режиму Point-to-point / Wireless Bridge с той лишь разницей, что допускает использование более двух точек доступа.
Беспроводные клиенты также не могут обмениваться данными с точкой доступа в этом режиме.

Repeater Mode (Репитер) — Функционируя в режиме беспроводного репитера, точка доступа расширяет диапазон действия беспроводной сети посредством повтора сигнала удаленной точки доступа.
Для того чтобы точка доступа могла выполнять функции беспроводного расширителя радиуса действия другой точки доступа, в её конфигурации необходимо указать Ethernet MAC-адрес удаленной точки доступа.
В данном режиме беспроводные клиенты могут обмениваться данными с точкой доступа.

WDS (Wireless Distribution System) — позволяет одновременно подключать беспроводных клиентов к точкам, работающим в режимах Bridge (мост точка-точка) или Multipoint Bridge (мост точка-много точек), однако при этом уменьшается скорость работы.

Все точки доступа и беспроводные маршрутизаторы, продаваемые в настоящее время, легко конфигурируются через web-интерфейс, для чего необходимо при первом подключении их к Вашей сети обратиться через web-браузер по определённому IP-адресу, указанному в документации к устройству.

В некоторых случаях потребуются специальные настройки протокола TCP/IP на компьютере, используемом для конфигурирования точки доступа или маршрутизатора, также указанные в документации.

^