Страница 1: WLAN FAQ: настройка домашней сети, стандарты, шифрование и многое другое
Беспроводная сеть является достаточно быстрым и самым удобным средством передачи данных между устройствами, а также доступа в Интернет. Сегодня беспроводные сети повсеместно распространены в домах и квартирах пользователей, в гостиницах и кафе, в транспорте и т.д. Но многие и не подозревают, как устроена сеть WLAN и как ее можно оптимизировать в домашних условиях. Поэтому мы решили рассмотреть подробности и дать некоторые рекомендации по настройке.
Для многих сеть WLAN представляет собой "черный ящик" по принципу "включил и работает". Обычно центральным звеном выступает роутер, к которому добавляются дополнительные сателлиты в сети с ячеистой топологии. Для доступа в сеть с клиентов достаточно указать пароль, и на этом все! Однако в фоне выполняется много других операций: клиент и роутер должны согласовать стандарт связи, выбрать стандарт шифрования. Поэтому взаимодействие между аппаратными и программными средствами является довольно важным для функционирования и защиты сети WLAN.
Конечно, для простой настройки какие-либо подробности WLAN знать не нужно. Для подключения к сети достаточно просто ввести пароль. Все остальное клиент и операционная система выполнят самостоятельно.
Под всей кажущейся простотой скрыт глубокий технический уровень. Задействуются различные технологии и механизмы, чтобы между клиентом и роутером была установлена как можно более быстрая и безопасная связь. Современные устройства перешли на несколько антенн, чтобы передавать потоки данных одновременно.
За последние годы технология WLAN претерпела серьезные изменения. Новые стандарты позволяют устройствам передавать несколько потоков данных одновременно. В результате пропускная способность увеличилась до нескольких гигабит в секунду - по крайней мере, в теории. На практике все зависит от условий связи.
Производители оборудования WLAN обычно всегда акцентируют названия стандартов, что верно и для роутеров, и для клиентов. С них мы и начнем наш WLAN FAQ.
Стандарты WLAN от 802.11a до 802.11ad
Стандарты WLAN еще называют IEEE 802. Альянс Wi-Fi Alliance, отвечающий за разработку и определение стандартов, недавно признал запутанность названий, поэтому в будущем мы получим довольно простые обозначения Wi-Fi 4, Wi-Fi 5 и Wi-Fi 6 вместо 802.11n, ac и ax. Чем больше номер, тем быстрее работает WLAN.
- Wi-Fi 6 будет соответствовать последним стандартам 802.11ac и 802.11ax
- Wi-Fi 5 описывает устройства, которые поддерживают WLAN 802.11ac
- Wi-Fi 4 соответствует поддержке WLAN 802.11n
Для более старых стандартов новых обозначений не предусмотрено.
Перед тем, как мы перейдем к рассмотрению стандартов, позвольте сказать пару слов. Все стандарты определяют теоретическую скорость передачи по каналам с разной шириной полосы и числом каналов. Это отнюдь не означает, что именно такую скорость получит пользователь. Здесь все зависит от условий помещения, в котором работает WLAN. Стены, перекрытия, соседние сети WLAN, все это влияет на работу домашней беспроводной сети. Кроме того, в теоретических спецификациях не учитывается служебная информация, которую добавляет тот же протокол IP.
802.11
Стандарт 802.11 был принят еще в 1997 году. Для передачи данных используется частота 2,4 ГГц, пропускная способность составляет 1-2 Мбит/с. Сегодня этот стандарт уже не актуален.
802.11a
В 1999 году был представлен 802.11a с различными улучшениями. Скорость передачи данных составляет уже от 6 до 54 Мбит/с благодаря новому типу модуляции. На практике можно получить скорость до 22 Мбит/с. Но использовалась уже частота 5 ГГц, что создавало некоторые проблемы с дальностью работы и лицензированием. Сегодня 802.11a уже устарел, хотя в новых стандартах и обеспечивается обратная совместимость.
802.11b
Стандарт 802.11b вновь опирается на диапазон 2,4 ГГц, что дает большую дальность работы. Но пропускная способность оказывается уже ниже - 5-11 Мбит/с. На практике она еще в два раза меньше. Сегодня стандарт 802.11b тоже устарел и вышел из употребления.
802.11g
Стандарт 802.11g был принят в 2003 году, он существенно увеличил скорость передачи данных. В диапазоне 2,4 ГГц, на который не требуется лицензия, теоретическая скорость передачи увеличилась до 6-54 Мбит/с. В отличие от 802.11a, дальность у 802.11g намного выше. Стандарт 802.11g остается весьма популярным и сегодня.
В 2007 году многие упомянутые выше стандарты были сгруппированы в виде 802.11-2007, поскольку они стали играть все менее значимую роль и вызывали путаницу среди пользователей.
802.11n
Следующий большой шаг был сделан в 2009 году с появлением 802.11n, который впервые стал использовать не одну полосу частот или каналов, а несколько через MIMO (Multiple Input Multiple Output, позднее о технологии мы расскажем позже). В диапазоне 2,4 ГГц стандарт 802.11n может использовать четыре канала шириной 20 МГц каждый, что дает пропускную способность 288,8 Мбит/с (4x 72,2 Мбит/с). В диапазоне 5 ГГц скорость составляет до 600 Мбит/с (4x 150 Мбит/с), ширина каналов увеличена до 40 МГц.
802.11ac
Почти все современные сетевые устройства поддерживают стандарт 802.11ac. Это касается новых планшетов, ноутбуков и смартфонов, практически без исключения. Стандарт 802.11ac используется с 2013 года, и сегодня его можно назвать наиболее популярным. Он уже не использует диапазон 2,4 ГГц, опираясь на 5 ГГц. Также в стандарте описывается различное число каналов разной ширины. Скорость передачи данных может достигать 867 Мбит/с с двумя каналами 80 МГц или одним 160 МГц.
Мобильные клиенты чаще всего опираются на конфигурацию антенн 3x3 MIMO. Теоретически возможны и конфигурации до 8x8 MIMO, которые обеспечивают скорость до 6,77 Гбит/с. Но на практике такое количество антенн применяется редко. Как правило, современные роутеры WLAN поддерживают конфигурации 4x4 MIMO и заявляют скорость до 1.733 Мбит/с. Кроме того, у MIMO есть преимущество в виде передачи данных на несколько клиентов одновременно.
Стандарт 802.11ac часто рассматривается как замена проводному Ethernet из-за высокой скорости передачи данных. В зависимости от расстояния между роутером и клиентом, можно рассчитывать на скорости порядка 800 Мбит/с или 100 Мбайт/с.
802.11ad
Для получения более высоких скоростей передачи можно идти путем увеличения числа каналов или перехода на новые методы модуляции. Но также можно использовать и более высокие частоты. Переход на частотный диапазон 60 ГГц позволил стандарту 802.11ad обеспечить скорость до 6.936 Мбит/с, используются до четырех каналов и разные методы модуляции. Однако частота 60 ГГц привела к существенному сокращению дальности работы 802.11ad, больше 10 м ожидать не стоит. Одну комнату такой стандарт покрывает хорошо, но для дома или зала он уже не годится. Так что стандарт 802.11ad так и не снискал широкой популярности, занимая свою нишу.
802.11ax
Стандарт 802.11ax является дальнейшей оптимизацией 802.11ac, благодаря совершенствованию модуляции и множествам каналов MIMO он обеспечивает более высокую пропускную способность. Первые устройства были показаны в январе 2018 на Consumer Electronics Show, на рынок они должны выйти в 2019. Как и в случае остальных технологий WLAN, стандарт должен поддерживаться и на роутере, и на клиентских устройствах. Будем надеяться, что оборудование 802.11ax начнет появляться в ближайшие месяцы.
На данный момент наиболее широко распространены WLAN стандартов 802.11n и 802.11ac. В старых окружениях можно встретить 802.11g или даже 802.11b. Впрочем, объем передаваемых данных продолжает увеличиваться, видео высокого разрешения тоже становится все популярнее, и с такими задачами могут справиться только новые стандарты. Требования к инфраструктуре WLAN за последние годы заметно выросли.
Сети с ячеистой топологией (mesh)
Здесь хотелось бы упомянуть сети с ячеистой топологией (mesh). Принцип работы такой сети нельзя назвать ни новым, ни сложным. К роутеру добавляются одна-две точки доступа (или большее количество), которые и создают ячеистую сеть. Конечно, mesh-сеть в домашних условиях настраивается дополнительно к основной WLAN. Также такую сеть можно сочетать с проводным подключением между точками доступа. Мы уже опубликовали отдельный обзор ячеистой топологии.
Как правило, ячеистые сети в домашних условиях строятся от центрального компонента, а именно роутера. Уже с него можно настраивать и всю сеть, в том числе другие устройства. Центральное устройство может распределять клиентам по отдельным узлам сети (AP Steering). Что бывает весьма удобно, поскольку у точек доступа не всегда имеется достаточный интеллект для оптимального распределения клиентов.
802.11s в составе 802.11 описывает структуру сетей с ячеистой топологией, в которой отдельные точки доступа работают более независимо. В стандарте 802.11s используется свой протокол mesh-маршрутизации на уровне MAC, поэтому работает такая сеть более эффективно, ей не требуется центральный компонент, узлы связываются между собой самостоятельно. Но сети 802.11s больше касаются профессиональных сценариев, когда требуется охватить значительную площадь. Для дома они все же избыточны.
Сеть с ячеистой топологией может основываться на разных технологиях связи между узлами. Часто используются выделенные каналы WLAN или сеть по электропроводке Powerline.