Технология Wi-Fi – принципы работы, преимущества и недостатки

Происхождение ставшей уже привычной аббревиатуры Wi-Fi в некоторых источниках изначально велось от английской фразы Wireless Fidelity, которую можно перевести - «высокая точность беспроводной передачи данных». В ней заключается некая игра слов для привлечения потребителей созвучностью с другим известным сокращением Hi-Fi (High Fidelity - высокая точность). На сегодняшний день от такой формулировки отказались и термин «Wi-Fi» не имеет официальной расшифровки. Сокращение Wi-Fi используется для обозначения торговой марки Wi-Fi Alliance и обозначает технологию беспроводных сетей, построенных с использованием стандарта IEEE 802.11. Под этим обозначением развивается целый набор стандартов передачи цифровых данных по каналам радиосвязи. Для соответствия стандарту IEEE 802.11 оборудование должно быть протестировано в Wi-Fi Alliance с последующим получением соответствующего сертификата и права использования логотипа Wi-Fi.

Принцип действия Wi-Fi

Принцип работы беспроводной сети построен на использовании радиоволн, а сам обмен данными во многом напоминает переговоры с использованием радиосвязи:

Адаптер беспроводной связи трансформирует информацию в радиосигнал и передает его в эфир через антенну.
Беспроводной маршрутизатор принимает и делает обратное преобразование сигнала. Далее информация направляется в сеть Интернет по кабелю.
Похожим образом осуществляется и прием информации. После получения информации из Интернета маршрутизатор преобразует ее в радиосигнал и отправляет через антенну на адаптер беспроводной связи устройства.

Применяемые в сетях Wi-Fi приемники и передатчики напоминают устройства, используемые в сотовых телефонах и дуплексных портативных радиостанциях. Они передают и принимают радиоволны, а также преобразовывают цифровой сигнал в радиоволны и наоборот. Отличие устройств Wi-Fi от аналогичных устройств состоит в том, что они используют частоты 2,4 ГГц или 5 ГГц, которые существенно выше, что позволяет передавать больше данных.

В сетях Wi-Fi используются несколько модификаций стандарта 802.11:

Стандарт 802.11a предусматривает передачу данных на частоте 5 ГГц со скоростью до 54 Мбит/сек. Используется мультиплексирование с ортогональным разделением частот (orthogonal frequency-division multiplexing OFDM) и более эффективный алгоритм кодирования, предусматривающий разбиение исходного сигнала на несколько подсигналов на стороне передатчика, что уменьшает воздействие помех.
Стандарт 802.11b - самый медленный, но имеет наименьшую стоимость, благодаря которой он получил широкое распространение на некоторое время. Сейчас, по мере удешевления, ему на смену приходят стандарты с более высокой скоростью. 802.11b использует частотный диапазон 2,4 ГГц, а скорость передачи данных составляет не более 11 Мбит/сек при использовании манипуляции с дополняющим кодом CCK (complementary code keying).
Стандарт 802.11g работает в диапазоне 2,4 ГГц и обеспечивает значительно большую скорость передачи информации – до 54 мегабит в секунду. В связи с перегрузками сети реальная скорость, как правило, не превышает 24 мегабит в секунду. Увеличение скорости стало возможным благодаря использованию такого же принципа кодирования OFDM, который используется в 802.11a.
Наибольшее распространение получил стандарт 802.11n, в котором существенно увеличена скорость обмена информацией (140 мегабит в секунду) и расширен частотный диапазон. Стандарт был утверждён Институтом инженеров по электротехнике и электронике IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) относительно недавно - 11 сентября 2009 года.

Другие стандарты семейства 802.11 разработаны для специализированных сфер применения беспроводных сетей. В частности, для использования в региональных сетях WAN (wide area network), а также внутренних сетях транспортных средств или технологиях, обеспечивающих переключение из одной беспроводной сети в другую.

Приемопередатчики сетей Wi-Fi рассчитаны на работу в одном из трех частотных диапазонов, причем возможно быстрое переключение из одного диапазона в другой. За счет применения такого способа удается снизить воздействие помех и одновременно использовать беспроводную связь несколькими устройствами. Так как все такие устройства оборудованы адаптерами беспроводной связи, для связи с сетью Интернет нескольких устройств может использоваться один маршрутизатор. Такая организация связи очень удобна, практически невидима и достаточно надежна, однако при выходе из строя маршрутизатора или при одновременной попытке большого количества пользователей сети воспользоваться широкополосной связью возможно возникновение взаимных помех или даже неожиданный разрыв связи.

Традиционная схема сети с технологией Wi-Fi содержит как минимум одну точку доступа и одного клиента. Возможна коммутация двух абонентов в режиме точка-точка (Ad-hoc). При этом точка доступа отсутствует, а клиенты соединяются напрямую через сетевые адаптеры. Для передачи своего идентификационного номера в сети SSID каждые 100 мс точка доступа посылает специальные сигнальные пакеты на скорости передачи данных 0,1 Мбит/сек, которая является минимальной для сетей Wi-Fi. Узнав SSID, клиент определяет возможность подключения к данной точке доступа. Если приёмник оказывается в зоне действия 2-х точек доступа с одинаковым SSID, он вправе выбрать одну из них по уровню сигнала. Технология Wi-Fi предоставляет клиенту свободу при определении критериев для соединения.

Преимущества Wi-Fi

Технология беспроводной передачи данных обладает определенными достоинствами:

Возможность разворачивания сети без использования кабеля, что уменьшает стоимость организации и/или дальнейшего расширения сети. Это особенно важно в местах, где отсутствует возможность прокладки кабель.
Предоставление доступа к сети мобильным устройствам.
Широкое распространение на рынке Wi-Fi-устройств, а также их гарантированная совместимость благодаря обязательной сертификации оборудования Wi-Fi Alliance.
Мобильность клиентов и возможность пользования Интернетом в любой обстановке.
Возможность подключения к сети в зоне действия Wi-Fi нескольких пользователей с различных устройств – телефонов, компьютеров, ноутбуков и т.п.
Низкий уровень излучения Wi-Fi-устройствами в момент передачи данных (в 10 раз меньше, чем у мобильного телефона).

Недостатки Wi-Fi

Среди недостатков технологии следует отметить:

Частотный диапазон 2.4 GHz используют многие другие устройства, поддерживающие Bluetooth, а также микроволновые печи, что может создавать определенные помехи.
Производители оборудования указывают скорость на L1, однако реальная скорость передачи на L2 в сети Wi-Fi зависит от наличия физических препятствий между устройствами, наличия помех от других электронных устройств, взаимного расположения устройств и всегда ниже заявленной, что создает впечатление завышения скорости производителем.
В разных странах частотные диапазоны и эксплуатационные ограничения отличаются. Так, в некоторых европейских странах разрешено использование двух дополнительных каналов, в то время, как в США они запрещены. В Японии используется еще один канал в верхнем сегменте диапазона. В некоторых странах (например, России, Белоруссии, Италии) обязательной является регистрация всех наружных сетей Wi-Fi или регистрация Wi-Fi-оператора.
В России также подлежат обязательной регистрации точки беспроводного доступа и адаптеры Wi-Fi с мощностью излучения, превышающей 100 мВт.
Даже при правильной конфигурации алгоритм шифрования WEP может быть относительно легко взломан. Поэтому новые устройства совместимы с более совершенным протоколом шифрования данных WPA и WPA2, чему способствовало принятие в июне 2004 года стандарта IEEE 802.11i (WPA2). Оба протокола требуют более устойчивый пароль. Во многих организациях для защиты от вторжения используется дополнительное шифрование (например, VPN).
В режиме ad-hoc доступна лишь скорость 11 Мбит/сек (802.11b) и легко взламываемый алгоритм шифрования WEP.

Автор: MC,
10.03.2013 г.