IEEE 802.11x (WiFi)

Wi-Fi (вай-фай) аббревиатура от английского Wireless Fidelity (беспроводная надежность) — это семейство протоколов беспроводной передачи данных IEEE 802.11x (802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n и т.д.). Стандарт беспроводной сети 802.11x, который является составной частью стандартов локальных сетей IЕЕЕ802.x, охватывает только два нижних уровня семиуровневой модели OSI (Open System Interconnection) — физический и канальный, в наибольшей степени отражающие специфику локальных сетей. Беспроводные сети отличаются от кабельных сетей на физическом и частично на канальном уровнях модели взаимодействия OSI.

Сети Wi-Fi работают на частотах 2,4 ГГц или 5 ГГц. В стандарте 802.11a используется частота 5 ГГц. В стандартах 802.11b и 802.11g (совместимость с 802.11b) используемая частота — 2,4 ГГц. В стандарте 802.11n (совместимость с 802.11a,b,g) используемая частота — 2,4 или 5 ГГц. В пределах прямой видимости беспроводная связь обеспечивается в радиусе до 300 метров от точки доступа. В закрытых помещениях беспроводная связь обеспечивается в пределах 50 метров.

Для беспроводных сетей, работающих в стандартах 802.11b,g,n на частоте 2,4 ГГц, диапазон шириной 83 МГц разделен на 14 каналов (от 2,412 ГГц — 1 беспроводной канал до 2,484 ГГц — 14 канал) через 5 МГц между центральными частотами соседних каналов, за исключением 14 канала.

Скорость передачи данных для Wireless оборудования, поддерживающего стандарт 802.11b, не превышает 11 Мбит/с, а для оборудования, поддерживающего стандарт 802.11g, до 54 Mбит/с. Стандарт 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с. Для 802.11a скорость передачи данных — 54 Мбит/c.

Безопасность сетей Wi-Fi заслуживает особого внимания, так как сети Wi-Fi является источником повышенного риска для несанкционированного доступа. В сетях Wi-Fi применяются комплексные методы защиты от несанкционированного доступа.

Для работы в стандарте 802.11x используется оборудование двух основных типов: точка доступа Access Point и клиенты, к которым относятся различные устройства, оборудованные Wi-Fi-адаптерами. Access Point — это программно-аппаратное устройство, которое состоит из приемопередатчика, выполняющего роль беспроводного сетевого концентратора (интерфейса для клиентов беспроводной сети — WLAN), сетевого адаптера (интерфейса проводной сети) для подключения к кабельной сети LAN или WAN и микроконтроллера для обработки данных.

Таким образом, Wi-Fi с одной стороны — это семейство стандартов, а с другой стороны Wi-Fi — это беспроводная технология передачи данных по радиоканалу, которая обеспечивает подключение устройств с беспроводными адаптерами в локальную / корпоративную сеть или обеспечивает подключение их к Интернету.

Применение технологии Wi-Fi

Технология Wi-Fi может быть применена для:

• создания беспроводных локальных сетей (WLAN);
• расширения возможностей сетей;
• организации доступа к Интернету.

Создание беспроводных локальных сетей

Существует два основных способа организации беспроводной локальной сети (WLAN):

• режим инфраструктуры (Infrastructure Mode);
• режим точка-точка (Adhoc).

Беспроводная локальная сеть Infrastructure Mode

В беспроводной локальной сети, функционирующей в режиме Infrastructure Mode (в инфраструктурном режиме Wi-Fi), беспроводные устройства общаются между собой через точку доступа Access Point. Точка доступа передаёт идентификатор сети SSID (Service Set ID) с помощью специальных сигнальных пакетов. Беспроводные устройства подключаются к Access Point, используя ее идентификатор сети SSID, и обмениваются информацией друг с другом. В этом случае Access Point используется в качестве центральной точки подключения беспроводных устройств.

Беспроводная локальная сеть Adhoc

В беспроводной локальной сети типа Adhoc связь устанавливается непосредственно между устройствами, оборудованными Wi-Fi-адаптерами, и в этом случае точка доступа вообще не используется. Режим «Adhoc» — это режим «равный-с-равным» (peer-to-peer).

Мост Access Point Bridge

Кроме создания беспроводных локальных сетей технология Wi-Fi используется для расширения возможностей проводных локальных или корпоративных сетей. Как правило, беспроводные локальные сети Wi-Fi подключаются к проводным локальным сетям. В этом случае Access Point применяется в качестве моста (Access Point Bridge) между проводными и беспроводными сегментами локальной сети. Образец схемы локальной сети представлен на рисунке.

В представленной сети КПК, ноутбук и принтер оснащены Wi-Fi - адаптерами и подключаются к беспроводной точке доступа, которая соединена с проводной локальной сетью, состоящей из четырех компьютеров. Таким образом, Access Point используется в качестве моста между проводной и беспроводной частями сети, чем достигается расширение возможностей LAN.

Беспроводный мост point-to-point

Применение точки доступа в качестве беспроводного моста point-to-point между проводными сегментами сети позволяет одной беспроводной точке доступа обмениваться данными с другой точкой доступа, поддерживающей режим беспроводного моста. Таким образом, два сегмента локальной сети или две локальных сети соединяются друг с другом с помощью двух точек доступа.

Ретранслятор (репитер) сигнала беспроводной точки доступа

Кроме того, точка доступа может использоваться в качестве беспроводного ретранслятора (репитера) сигнала базовой точки доступа, расширяя ее зону покрытия за счет повтора сигнала. В данном режиме репитер работает как приемопередатчик или ретранслятор. Он принимает слабый сигнал от базовой точки доступа, усиливает его и передает на той же частоте дальше, тем самым расширяя зону радиопокрытия.

Таким образом, Access Point может применяться в качестве моста как между проводными и беспроводными сегментами локальных сетей, так и между проводными сегментами сети, а также в качестве репитера сигнала базовой точки доступа. Кроме того, точка доступа может использоваться в режиме репитор-мост.

Организация доступа к Интернету

Hotspot — публичная зона беспроводного доступа (Wi-Fi-зона)

Технология Wi-Fi может обеспечить доступ к ресурсам сети Интернет по беспроводному протоколу радиодоступа Wi-Fi в радиусе действия точки доступа. Такие общественные точки доступа называются Hotspot или местом, где имеется высокоскоростной беспроводный доступ в сеть Интернет.

Хотспот или публичная зона беспроводного доступа — это территория (помещения вокзала, офиса, учебных аудиторий, кафе и т.д.), покрытая беспроводной сетью Wi-Fi, на которой пользователь, имеющий устройство с беспроводным адаптером стандарта Wi-Fi, может подключиться к Интернет.

Для расширения зоны радиопокрытия Hotspot или увеличения радиуса действия беспроводной сети можно устанавливать репитеры (ретрансляторы Wi-Fi) через какое-то расстояние от базовой точки доступа, которые будут повторять сигнал базовой точки доступа. В качестве ретранслятора можно использовать точку доступу в режиме репитер. Кроме того, для расширения зоны радиопокрытия Hotspot можно применить специальные выносные Wi-Fi антенны (панельные, параболические и т.д.).

В общем случае для организации хотспота точка доступа подключается к провайдеру, используя один из стандартных способов: технологию ADSL, 3G или локальную сеть Fast Ethernet.

Для организации на большой территории публичной зоны беспроводного доступа, т.е. хотзоны, целесообразно использовать не одну точку доступа, а несколько точек доступа.

Преимущества Wi-Fi

• Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, может уменьшить стоимость развёртывания и расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.
• Wi-Fi-устройства широко распространены на рынке. А устройства разных производителей могут взаимодействовать на базовом уровне сервисов.
• Wi-Fi сети поддерживают роуминг, поэтому клиентская станция может перемещаться в пространстве, переходя от одной точки доступа к другой.
• Wi-Fi — это набор глобальных стандартов. В отличие от сотовых телефонов, Wi-Fi оборудование может работать в разных странах по всему миру.

Недостатки Wi-Fi

• Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы; во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Италия, требуют регистрации всех Wi-Fi сетей, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора. В России так же обязательна регистрация сетей Wi-Fi.
• Довольно высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства.
• Самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости ключа). Несмотря на то, что новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA, многие старые точки доступа не поддерживают его и требуют замены. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения.
• Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия. Типичный домашний Wi-Fi маршрутизатор стандарта 802.11b или 802.11g имеет радиус действия 45 м в помещении и 90 м снаружи. Расстояние зависит также от частоты. Wi-Fi в диапазоне 2.4 ГГц работает дальше, чем Wi-Fi в диапазоне 5 ГГц, и имеет радиус меньше, чем Wi-Fi (и пре-Wi-Fi) на частоте 900 МГц.
• Наложение сигналов закрытой или использующей шифрование точки доступа и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах может помешать доступу к открытой точке доступа. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа, например, в больших многоквартирных домах, где многие жильцы ставят свои точки доступа Wi-Fi.
• Неполная совместимость между устройствами разных производителей или неполное соответствие стандарту может привести к ограничению возможностей соединения или уменьшению скорости.