Основы беспроводных сетей доступа wi fi

Как работает Wi-Fi: все про работу беспроводной сети от WiFiGid!

Пользователь отличается от потребителя тем, что имеет представление о вещах, к помощи которым прибегает. Каждый, кто читает эти строки, может считать себя пользователем беспроводного интернета по технологии Wi-Fi. Если знает, как сеть работает. Тем, кто не относится к таким людям, предлагаем ознакомиться с материалом, где рассказано о принципах функционирования беспроводной связи Wi-Fi, её особенностях, преимуществах и недостатках.

История

Отправляться в путешествие длиной в полвека или более не станем, минуем все прототипы и наработки. «Отцом» Wi-Fi считается инженер австралийской астрономической лаборатории Джон О’Салливан. Под его руководством в 1997-1998 гг. появилось то, чем пользуется почти весь мир. Через 2 года зарегистрирован первый стандарт IEEE 802.11a, который и сейчас широко распространён.

Из-за высокого уровня интерференции волн был быстро разработан IEEE 802.11b, но главную проблему он не решил. Волны так же рассеивались и накладывались. Однако, это удалось исправить разделением диапазона рабочих частот на каналы.

После 10-летия развития появился стандарт IEEE 802.22, поддерживающий передачу данных на расстояния до 100 км по прямой. На 2019 год разработано 18 стандартов IEEE 802.11 с разной пропускной способностью и рабочими частотами.

Термин «Wi-Fi» является намёком на Hi-Fi, и никак не расшифровывается. Однако, принято считать, что слово происходит от Wireless Fidelity – беспроводная точность.

Про работу беспроводной технологии в формате видео:

Как работает?

Wi-Fi – это беспроводная технология передачи данных, беспроводная локальная сеть (WLAN). В принцип работы Wi-Fi положена передача зашифрованных сигналов посредством СВЧ-волн (сверхвысокочастотные волны) на небольшие (десятки метров) расстояния. Схема сети состоит минимум из двух элементов: точка доступа и клиент.

Есть схемы клиент-клиент – без применения точек доступа.

Точка доступа транслирует идентификатор (SSID, имя сети) посредством спецпакетов данных 10 раз в секунду со скоростью 100 Кбит/с. Это теоретически наименьшая пропускная способность беспроводного канала.

Как устроена работа Вай-Фай сети? При попадании в зону действия и обнаружении сигнала устройство-клиент делает вывод о возможности подключения к ней (разность технологий может стать тому помехой). Передатчик может и не передавать свой идентификатор, тогда сеть будет невидимой для клиентов. Подключиться к ней можно только посредством ввода SSID и пароля, если она защищена.

При наличии в одной зоне 2-3 сетей с идентичными SSID, устройство-приёмник подключается к той, у которой лучше сигнал.

Точкой доступа в домашних Wi-Fi сетях является преимущественно беспроводной маршрутизатор – роутер. Он и клиенты должны работать в одном режиме (частота, модуляция сигнала). Рассмотрим на примере раздачи интернета в частном доме.

Роутер получает трафик через сетевой кабель, преобразовывает его в радиоволны и распространяет их «по воздуху» в виде радиосигналов сверхвысокой частоты с определёнными параметрами. Приёмник «ловит» эти волны и декодирует их (расшифровывает, извлекает из них информацию, которая кодируется несущей частотой).

Алгоритмы «упаковки» данных описаны в соответствующих стандартах и отличаются от версии к версии. Аналогичным образом осуществляется и передача цифровых данных. Принцип Wi-Fi технологии схож с работой мобильной связи, если не вдаваться в технические подробности.

Интересные факты про Wi-Fi, которые вы не знали:

Частотные диапазоны

Работают Wi-Fi сети в двух частотных диапазонах: 2,4 ГГц и 5 ГГц. Первый диапазон (не статичная частота, а 13 частот от 2401 МГц до 2461 МГц с шагом 5 МГц) отличается от второго:

• площадью покрытия сигнала – он охватывает большую территорию;
• скоростью – она ниже, чем при 5 ГГц;
• низшим коэффициентом затухания (уровень сигнала на частоте 5 ГГц снижается приблизительно в 1,5 раза, в зависимости от обстоятельств, при прохождении препятствий в виде стен, мебели);
• большей дальностью распространения радиоволны;
• более загруженный – большинство устройств работает при 2,4 ГГц;
• меньшим числом каналов (13 против 17).

Стандарты

В 2019 году появилась 18-я спецификация Wi-Fi 6-го поколения – 802.11ax. Работает на частотах из диапазона 5 ГГц и обеспечивает максимальную пропускную способность до 11 Гбит/с. Все они отличаются скоростью, уровнем защиты, способом обработки сигнала, внедрением инновационных функций.

Стандарт IEEE	Частотный диапазон, ГГц	Теоретическая скорость (макс.), Мбит/с
802.11 b	2,4	11
802.11 a	5	54
802.11 g	2,4	108
802.11 n	2,4	300
	5	450
802.11 ac	5	670
802.11 ax	5	1100

Стандарты имеют обратную совместимость: новые совместимы со старыми. Однако, старые устройства не поддерживают современные спецификации.

Разновидности точек доступа

Зачем нам нужен маршрутизатор? Ответ ищите в следующем видео:

Точки доступа, объединяющие в единую беспроводную Wi-Fi сеть, разделяются на:

• автономные – самостоятельные;
• контролируемые или централизованные;
• бесконтроллерные.

Исходя из способа контроля радиоканалов, точки доступа распределены на:

• статические (каналы);
• адаптивные или динамические – автоматический выбор оптимального, наиболее свободного канала из диапазона;
• многослойные.

По способу защиты точки доступа группируются на:

• публичные или открытые – незащищённые, предоставляющие доступ до интернета всем, нередко ограниченному количеству одновременно подключенных клиентов;
• закрытые или частные – сигнал шифруется, и для доступа до сети нужно ввести пароль.

На этом разобрались, как работает Wi-Fi на уровне обывателя. Осталось определить плюсы и минусы технологии.

Достоинства и недостатки

Положительные стороны технологии:

• не требует кабелей, что снижает себестоимость и скорость построения сетей;
• в сеть могут входить различные устройства: ноутбуки, компьютеры, смартфоны и другие мобильные гаджеты на различных платформах;
• простота в настройке сети;
• обеспечение интернетом большого количества пользователей в общественных местах: метро, строительная площадка, пляж;
• интенсивность излучения на порядок ниже, чем у сотовых телефонов;
• не требует сертификата для использования частоты.

Минусы беспроводных Wi-Fi сетей:

• новые стандарты не совместимы со старыми;
• сигнал очень чувствителен к преградам;
• помехи при работе двух передатчиков в зоне достижимости друг друга, особенно на одной частоте;
• при получении информации устройства с точкой доступа работают последовательно;
• тяжело контролировать пропускную способность каждого клиента;
• сеть работает на скорости самого медленного клиента;
• доказано губительное воздействие СВЧ излучения для живых организмов;
• различные частотные диапазоны в странах;
• во многих странах устройства с мощностью излучения выше 100 мВт требуют обязательной регистрации;
• лёгкий взлом всех криптографических алгоритмов, кроме, пока ещё не вышедшего в массы, WPA3;
• нет четкой зоны распространения сигнала;
• при расширении частотной полосы канала интерференция волн усиливается;
• с увеличением числа клиентов повышается оверхед (задержка до выполнения операции) ответа на запрос клиента роутером;
• защита сети находится на уровне самого слабого клиентского устройства;
• низкий уровень безопасности публичных точек доступа.

В наше время Wi-Fi роутер есть в практически в каждом доме, а беспроводной модуль втыкают даже в бытовую технику – пылесосы, холодильники, чайники и т. д. И с каждым годом использование беспроводной технологии все шире.

Ну что, ждем, когда станут общедоступны маршрутизаторы и сетевые устройства с поддержкой протокола Wi-Fi 6. И это можно обсудить! Пишите в комментарии, если нужна помощь или остались вопросы. А я прощаюсь, до встречи на WiFiGid!

Источник

Беспроводные сети wifi

Для построения беспроводной сети используются Wi-Fi – адаптеры и точки доступа. Адаптер (рисунок 3.1.1) представляет собой устройство, подключающееся через слот расширения PCI, PCMCI, CompactFlash. Существуют также адаптеры с подключением через порт USB 2.0. Wi-Fi–адаптер выполняет ту же функцию, что и сетевая карта в проводной сети. Он служит для подключения компьютера пользователя к беспроводной сети. Благодаря платформе Centrino все современные ноутбуки имеют встроенные адаптеры Wi-Fi, которые совместимы со многими современными стандартами. Wi-Fi- адаптерами, как правило, снабжены и КПК (карманные персональные компьютеры), что также позволяет подключать их к беспроводным сетям. Рисунок 3.1.1. Адаптеры Для доступа к беспроводной сети адаптер может устанавливать связь непосредственно с другими адаптерам. Такая сеть называется беспроводнойодноранговой сетью или AdHoc (в переводе «к случаю»). Адаптер может также устанавливать связь через специальное устройство – точкудоступа. Такой режим называется инфраструктурой. Для выбора способа подключения адаптер должен быть настроен либо на использование Ad Hoc, либо инфраструктурного режима. Точка доступа (рис. 3.1.2) представляет собой автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемно-передающим устройством. Через точку доступа осуществляется взаимодействие и обмен информацией между беспроводными адаптерами, а также связь с проводным сегментом сети. Таким образом, точка доступа играет роль коммутатора. Рис. 3.1.2 Точка доступа Точка доступа имеет сетевой интерфейс (uplink port), при помощи которого эта точка может быть подключена к обычной проводной сети. Через этот же интерфейс может осуществляться и настройка точки. Точка доступа может использоваться как для подключения к ней клиентов (базовый режим точки доступа), так и для взаимодействия с другими точками доступа для построения распределенной сети (Wireless Distributed System, WDS). Это режимы беспроводного моста «точка-точка» и «точка-много точек», беспроводный клиент и повторитель. Доступ к сети обеспечивается путем передачи широковещательных сигналов через эфир. Принимающая станция может получать сигналы в диапазоне работы нескольких передающих станций. Станция-приемник использует идентификатор зоны обслуживания (service set indentifier, SSID) для фильтрации получаемых сигналов и выделения того, который ей нужен. Зоной обслуживания (service set, SS) называются логически сгруппированные устройства, обеспечивающие подключение к беспроводной сети. Базовая зона обслуживания (basic service set, BSS) – это группа станций, связывающихся одна с другой по беспроводной связи. Технология BSS предполагает наличие особой станции, которая называется точкой доступа (access point). Для более подробного понимания работы беспроводных устройств обратимся к следующему разделу.

Источник