Вай фай - Wi-Fi

Вай фай
Логотип Wi-Fi Alliance.png
Wi-Fi Альянс
Введено 21 сентября 1997 г . ; 24 года назад ( 1997-09-21 )
Совместимое оборудование Персональные компьютеры , игровые консоли , смарт-устройства , телевизоры , принтеры , смартфоны , камеры видеонаблюдения.

Wi-Fi ( / ш е / ) представляет собой семейство сетевых беспроводных протоколов , на основе IEEE 802.11 семейства стандартов, которые обычно используются для локальных сетей устройств и интернет - доступа, что позволяет рядом цифровых устройств для обмена данными по радиоволнам . Это наиболее широко используемые компьютерные сети в мире, которые используются во всем мире в домашних и небольших офисных сетях для соединения настольных и портативных компьютеров, планшетных компьютеров , смартфонов , смарт-телевизоров , принтеров и интеллектуальных динамиков вместе, а также с беспроводным маршрутизатором для их подключения. Интернет, а также в точках беспроводного доступа в общественных местах, таких как кафе, отели, библиотеки и аэропорты, чтобы обеспечить общедоступный доступ в Интернет для мобильных устройств.

Wi ‑ Fi является товарным знаком некоммерческой организации Wi-Fi Alliance , которая ограничивает использование термина « Сертифицировано Wi-Fi» продуктами, успешно прошедшими сертификационное тестирование на совместимость . По состоянию на 2017 год в Wi-Fi Alliance входило более 800 компаний со всего мира. По состоянию на 2019 год во всем мире ежегодно поставляется более 3,05 миллиарда устройств с поддержкой Wi-Fi.

Wi-Fi использует несколько частей семейства протоколов IEEE 802 и предназначен для беспрепятственного взаимодействия с проводным аналогом Ethernet . Совместимые устройства могут подключаться друг к другу через точки беспроводного доступа, а также к проводным устройствам и Интернету. Различные версии Wi-Fi определяются различными стандартами протокола IEEE 802.11, при этом различные радиотехнологии определяют радиодиапазоны, а также максимальные диапазоны и скорости, которые могут быть достигнуты. Wi-Fi чаще всего использует радиодиапазоны 2,4 гигагерца (120 мм) УВЧ и 5 гигагерц (60 мм) СВЧ ; эти полосы подразделяются на несколько каналов. Каналы могут быть разделены между сетями, но только один передатчик может локально передавать по каналу в любой момент времени.

Волновые диапазоны Wi-Fi имеют относительно высокое поглощение и лучше всего подходят для использования в пределах прямой видимости . Многие распространенные препятствия, такие как стены, столбы, бытовая техника и т. Д., Могут значительно уменьшить радиус действия, но это также помогает минимизировать помехи между различными сетями в многолюдной среде. Точка доступа (или точка доступа ) часто имеет радиус действия около 20 метров (66 футов) в помещении, в то время как некоторые современные точки доступа требуют дальности действия до 150 метров (490 футов) на открытом воздухе. Зона действия точки доступа может быть такой маленькой, как отдельная комната со стенами, блокирующими радиоволны, или может достигать нескольких квадратных километров (миль) с использованием множества перекрывающихся точек доступа с разрешенным роумингом между ними. Со временем скорость и спектральная эффективность Wi-Fi увеличились. По состоянию на 2019 год с близкого расстояния некоторые версии Wi-Fi, работающие на подходящем оборудовании, могут достигать скорости 9,6 Гбит / с ( гигабит в секунду).

История

Постановление Федеральной комиссии по связи США от 1985 года разрешило использовать отдельные диапазоны ISM для связи без лицензии. Эти полосы частот включают те же полосы 2,4 ГГц, которые используются таким оборудованием, как микроволновые печи, и поэтому подвержены помехам.

Прототип испытательного стенда для беспроводной локальной сети был разработан в 1992 году исследователями из радиофизического отдела CSIRO в Австралии.

Примерно в то же время в Нидерландах в 1991 году корпорация NCR совместно с AT&T Corporation изобрели предшественник стандарта 802.11, предназначенный для использования в кассовых системах, под названием WaveLAN . Вик Хейс из NCR , который занимал должность председателя IEEE 802.11 в течение 10 лет, вместе с инженером Bell Labs Брюсом Тучем обратились к IEEE с целью создания стандарта и участвовали в разработке первоначальных стандартов 802.11b и 802.11a в рамках IEEE . Впоследствии они оба были занесены в Зал славы Wi-Fi NOW.

Первая версия протокола 802.11 была выпущена в 1997 году и обеспечивала скорость передачи данных до 2 Мбит / с. В 1999 году он был обновлен с помощью стандарта 802.11b, обеспечивающего скорость соединения 11 Мбит / с, и это оказалось популярным.

В 1999 г. был образован Wi-Fi Alliance как торговая ассоциация, владеющая торговой маркой Wi-Fi, под которой продается большинство продуктов.

Главный коммерческий прорыв произошел в 1999 году, когда Apple Inc. внедрила Wi-Fi для своей серии ноутбуков iBook . Это был первый массовый потребительский продукт, предлагавший возможность подключения к сети Wi-Fi, который затем был назван Apple AirPort . Это было сделано в сотрудничестве с той же группой, которая помогла создать стандартные Vic Hayes , Bruce Tuch, Cees Links , Rich McGinn и другие от Lucent .

Wi-Fi использует большое количество патентов, принадлежащих разным организациям. В апреле 2009 года 14 технологических компаний согласились выплатить австралийскому CSIRO 1 миллиард долларов за нарушение патентов CSIRO. Австралия утверждает, что Wi-Fi - это австралийское изобретение, которое в то время вызывает небольшие споры. CSIRO выиграла еще 220 миллионов долларов за нарушение патентов на Wi-Fi в 2012 году, при этом глобальные фирмы в Соединенных Штатах должны были заплатить CSIRO лицензионные права, которые оцениваются в дополнительные 1 миллиард долларов в виде роялти. В 2016 году испытательный стенд прототипа беспроводной локальной сети (WLAN) CSIRO был выбран в качестве вклада Австралии в выставку «История мира в 100 объектах», проходившую в Национальном музее Австралии .

Этимология и терминология

Название Wi-Fi , коммерчески использовавшееся по крайней мере еще в августе 1999 года, было придумано консалтинговой фирмой Interbrand. Wi-Fi Alliance нанял Interbrand для создания названия, которое было «немного более запоминающимся, чем« IEEE 802.11b Direct Sequence »». Фил Белэнджер, член-основатель Wi-Fi Alliance, заявил, что термин Wi-Fi был выбран из списка десяти потенциальных имен, придуманных Interbrand.

Название Wi-Fi не имеет дальнейшего значения и никогда официально не было сокращенной формой «Wireless Fidelity». Тем не менее, Wi-Fi Alliance использовал рекламный слоган «Стандарт беспроводной верности» в течение короткого времени после создания бренда, а Wi-Fi Alliance также назывался «Wireless Fidelity Alliance Inc» в некоторых публикациях. Название часто пишется как WiFi , Wifi или Wi-Fi , но они не одобрены Wi-Fi Alliance. IEEE - это отдельная, но связанная организация, и на их веб-сайте указано, что «WiFi - это сокращенное название Wireless Fidelity».

Interbrand также создал логотип Wi-Fi . Инь-янь логотип Wi-Fi указывает на сертификацию продукта для совместимости .

Технологии без Wi-Fi, предназначенные для фиксированных точек, такие как Motorola Canopy , обычно называют фиксированной беспроводной связью . Альтернативные беспроводные технологии включают стандарты мобильных телефонов, такие как 2G , 3G , 4G , 5G и LTE .

Для подключения к локальной сети Wi-Fi компьютер должен быть оснащен контроллером интерфейса беспроводной сети . Комбинация компьютера и контроллера интерфейса называется станцией . Станции идентифицируются одним или несколькими MAC-адресами .

Узлы Wi-Fi часто работают в режиме инфраструктуры, когда все коммуникации проходят через базовую станцию. В режиме Ad hoc устройства обмениваются данными напрямую, без необходимости сначала разговаривать с точкой доступа.

Набор услуг - это набор всех устройств, связанных с определенной сетью Wi-Fi. Устройства в сервисном наборе не обязательно должны быть на тех же диапазонах волн или каналах. Набор услуг может быть локальным, независимым, расширенным, сетчатым или комбинированным.

Каждый набор услуг имеет связанный идентификатор, 32-байтовый идентификатор набора услуг (SSID) , который идентифицирует конкретную сеть. SSID настраивается на устройствах, которые считаются частью сети.

Basic Service Set ( BSS ) представляет собой группа станций, один и тот же беспроводный канал, SSID, и другие настройки беспроводной сети , которые беспроводное подключение (обычно к той же точке доступа). Каждый BSS идентифицируется MAC-адресом, который называется BSSID .

Сертификация

Логотип сертификации Wi-Fi

IEEE не тестирует оборудование на соответствие их стандартам. Некоммерческое Wi-Fi Alliance была создана в 1999 году , чтобы заполнить эту пустоту, чтобы установить и обеспечить соблюдение стандартов совместимости и обратной совместимости , а также содействовать беспроводной технологии локальной вычислительной сети,. По состоянию на 2017 год в Wi-Fi Alliance входят более 800 компаний. В его состав входят 3Com (теперь принадлежит HPE / Hewlett-Packard Enterprise), Aironet (теперь принадлежит Cisco ), Harris Semiconductor (теперь принадлежит Intersil ), Lucent (теперь принадлежит Nokia ), Nokia и Symbol Technologies (теперь принадлежит Zebra Technologies). ). Wi-Fi Alliance предписывает использование бренда Wi-Fi для технологий, основанных на стандартах IEEE 802.11 от IEEE. Это включает в себя подключения к беспроводной локальной сети (WLAN), подключение устройства к устройству (например, Wi-Fi Peer to Peer aka Wi-Fi Direct ), персональную сеть (PAN), локальную сеть (LAN) и даже некоторые ограниченные подключения к глобальной сети (WAN). Производители, являющиеся членами Wi-Fi Alliance, чьи продукты проходят процесс сертификации, получают право отмечать эти продукты логотипом Wi-Fi.

В частности, процесс сертификации требует соответствия радиостандартам IEEE 802.11, стандартам безопасности WPA и WPA2 и стандарту аутентификации EAP . Сертификация может дополнительно включать тесты проектов стандартов IEEE 802.11, взаимодействие с технологией сотовых телефонов в конвергентных устройствах и функции, относящиеся к настройке безопасности, мультимедиа и энергосбережению.

Не все устройства Wi-Fi отправляются на сертификацию. Отсутствие сертификации Wi-Fi не обязательно означает, что устройство несовместимо с другими устройствами Wi-Fi. Wi-Fi Alliance может или не может применять санкции за производные термины, такие как Super Wi-Fi , введенные Федеральной комиссией по связи США (FCC) для описания предлагаемых сетей в диапазоне UHF TV в США.

Версии

Оборудование часто поддерживает несколько версий Wi-Fi. Для связи устройства должны использовать обычную версию Wi-Fi. Версии различаются в зависимости от диапазона радиоволн, в котором они работают, занимаемой полосы частот, максимальной скорости передачи данных, которую они могут поддерживать, и других деталей. Некоторые версии позволяют использовать несколько антенн, что позволяет увеличить скорость, а также уменьшить помехи.

Исторически сложилось так, что оборудование просто перечисляло версии Wi-Fi, используя название стандарта IEEE, который оно поддерживает. В 2018 году альянс Wi-Fi стандартизировал нумерацию поколений, чтобы оборудование могло указывать, что оно поддерживает Wi-Fi 4 (если оборудование поддерживает 802.11n), Wi-Fi 5 (802.11ac) и Wi-Fi 6 (802.11ax). Эти поколения обладают высокой степенью обратной совместимости с предыдущими версиями. Альянс заявил, что уровень поколения 4, 5 или 6 может быть указан в пользовательском интерфейсе при подключении вместе с мощностью сигнала.

Полный список версий Wi-Fi: 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n ( Wi-Fi 4 ), 802.11h, 802.11i, 802.11-2007, 802.11-2012, 802.11ac ( Wi-Fi 5 ), 802.11ad, 802.11af, 802.11-2016, 802.11ah, 802.11ai, 802.11aj, 802.11aq , 802.11ax ( Wi-Fi 6 ), 802.11ay .

Использует

Интернет

QR-код для автоматического подключения к Wi-Fi
Пример набора услуг под названием «WiFi Wikipedia», состоящего из двух базовых наборов услуг. Notebook_My может автоматически перемещаться между двумя BSS без необходимости явного подключения пользователя ко второй сети.

Технология Wi-Fi может использоваться для обеспечения локальной сети и доступа в Интернет для устройств, находящихся в зоне действия Wi-Fi одного или нескольких маршрутизаторов, подключенных к Интернету. Покрытие одной или нескольких взаимосвязанных точек доступа ( горячих точек ) может простираться от небольшой площади, например, нескольких комнат, до нескольких квадратных километров (миль). Для покрытия большей площади может потребоваться группа точек доступа с перекрывающимся покрытием. Например, общедоступная наружная технология Wi-Fi успешно используется в беспроводных ячеистых сетях в Лондоне. Международный пример - Fon .

Wi-Fi предоставляет услуги в частных домах, на предприятиях, а также в общественных местах. Точки доступа Wi-Fi могут быть созданы бесплатно или на коммерческой основе, часто с использованием веб-страницы адаптивного портала для доступа. Организации, энтузиасты, органы власти и предприятия , такие как аэропорты, отели и рестораны, часто предоставляют бесплатные или платные точки доступа для привлечения клиентов и оказания услуг по продвижению бизнеса в определенных областях. Маршрутизаторы часто включают модем цифровой абонентской линии или кабельный модем и точку доступа Wi-Fi, часто устанавливаются в домах и других зданиях, чтобы обеспечить доступ в Интернет и межсетевое взаимодействие для структуры.

Точно так же маршрутизаторы с батарейным питанием могут включать в себя сотовый интернет- радиомодем и точку доступа Wi-Fi. При подписке на сотовый носитель данных они позволяют близлежащим станциям Wi-Fi получать доступ к Интернету через сети 2G, 3G или 4G с использованием метода привязки . Многие смартфоны имеют встроенные возможности такого рода, в том числе на базе Android , BlackBerry , Bada , iOS , Windows Phone и Symbian , хотя операторы связи часто отключают эту функцию или взимают отдельную плату за ее включение, особенно для клиентов с безлимитные тарифные планы. «Интернет-пакеты» также предоставляют автономные возможности этого типа без использования смартфона; примеры включают MiFi - и WiBro -Фирменных устройств. Некоторые ноутбуки с картой сотового модема могут также выступать в качестве точек доступа к мобильному Интернету Wi-Fi.

Многие традиционные университетские городки в развитых странах обеспечивают хотя бы частичное покрытие Wi-Fi. Университет Карнеги-Меллона построил первую беспроводную интернет-сеть на территории всего кампуса под названием Wireless Andrew в своем кампусе в Питтсбурге в 1993 году до того, как зародился брендинг Wi-Fi. К февралю 1997 года зона Wi-Fi CMU была полностью готова к работе. Многие университеты сотрудничают в обеспечении доступа к Wi-Fi для студентов и сотрудников через международную инфраструктуру аутентификации Eduroam .

В масштабах города

Точка доступа Wi-Fi на открытом воздухе

В начале 2000-х годов многие города мира объявили о планах построения общегородских сетей Wi-Fi. Есть много успешных примеров; В 2004 году Майсур (Мисуру) стал первым в Индии городом с поддержкой Wi-Fi. Компания под названием WiFiyNet создала точки доступа в Майсуре, охватывающие весь город и несколько близлежащих деревень.

В 2005 году Сент-Клауд, Флорида и Саннивейл, Калифорния , стали первыми городами в Соединенных Штатах, которые предложили общегородской бесплатный Wi-Fi (от MetroFi ). Миннеаполис ежегодно приносит своему провайдеру прибыль в размере 1,2 миллиона долларов .

В мае 2010 года тогдашний мэр Лондона Борис Джонсон пообещал обеспечить к 2012 году Wi-Fi на всей территории Лондона. На тот момент в нескольких районах, включая Вестминстер и Ислингтон,   уже было обширное покрытие Wi-Fi на открытом воздухе.

В 2014 году Нью-Йорк объявил общегородскую кампанию по преобразованию старых телефонных будок в оцифрованные «киоски». В рамках проекта под названием LinkNYC была создана сеть киосков, которые служат общедоступными точками доступа Wi-Fi, экранами высокой четкости и стационарными телефонами . Установка экранов началась в конце 2015 года. Правительство города планирует со временем установить более семи тысяч киосков, что в конечном итоге сделает LinkNYC крупнейшей и самой быстрой общедоступной государственной сетью Wi-Fi в мире. Великобритания запланировала подобный проект в крупнейших городах страны, с первой реализацией проекта в Camden городке Лондона .

Официальные лица столицы Южной Кореи Сеула стремятся предоставить бесплатный доступ в Интернет в более чем 10 000 точек по всему городу, включая открытые общественные места, основные улицы и густонаселенные жилые районы. Сеул предоставит аренду KT, LG Telecom и SK Telecom. Компании вложат 44 миллиона долларов в проект, который должен был быть завершен в 2015 году.

Геолокация

Системы определения местоположения Wi-Fi используют расположение точек доступа Wi-Fi для определения местоположения устройства.

Определение движения

Обнаружение Wi-Fi используется в таких приложениях, как обнаружение движения и распознавание жестов .

Принципы работы

Поколения Wi-Fi
Поколение / Стандарт IEEE Максимальная скорость ссылки Усыновленный Частота
Wi ‑ Fi 6E ( 802.11ax ) От 600 до 9608 Мбит / с 2019 г. 6 ГГц
Wi ‑ Fi 6 ( 802.11ax ) От 600 до 9608 Мбит / с 2019 г. 2,4 / 5 ГГц
Wi ‑ Fi 5 ( 802.11ac ) От 433 до 6933 Мбит / с 2014 г. 5 ГГц
Wi ‑ Fi 4 ( 802.11n ) От 72 до 600 Мбит / с 2008 г. 2,4 / 5 ГГц
802,11 г От 6 до 54 Мбит / с 2003 г. 2,4 ГГц
802.11a От 6 до 54 Мбит / с 1999 г. 5 ГГц
802.11b От 1 до 11 Мбит / с 1999 г. 2,4 ГГц
802.11 От 1 до 2 Мбит / с 1997 г. 2,4 ГГц
(Wi-Fi 1, Wi-Fi 2, Wi-Fi 3, Wi-Fi 3E не имеют торговой марки, но имеют неофициальные назначения)


Станции Wi-Fi обмениваются данными, отправляя друг другу пакеты данных : блоки данных, индивидуально отправляемые и доставляемые по радио. Как и все радио, это делается с помощью модуляции и демодуляции из несущих волн . В разных версиях Wi-Fi используются разные методы, 802.11b использует DSSS на одной несущей, тогда как 802.11a, Wi-Fi 4, 5 и 6 используют несколько несущих на немного разных частотах в пределах канала ( OFDM ).

Как и в других локальных сетях IEEE 802, станции поставляются с глобально уникальным 48-битным MAC-адресом (часто напечатанным на оборудовании), так что каждая станция Wi-Fi имеет уникальный адрес. MAC-адреса используются для указания как пункта назначения, так и источника каждого пакета данных. Wi-Fi устанавливает соединения на уровне каналов, которые могут быть определены с использованием как адреса назначения, так и адреса источника. При приеме передачи получатель использует адрес назначения, чтобы определить, имеет ли передача отношение к станции или ее следует игнорировать. Сетевой интерфейс обычно не принимает пакеты, адресованные другим станциям Wi-Fi.

Из-за повсеместного распространения Wi-Fi и постоянно снижающейся стоимости оборудования, необходимого для его поддержки, многие производители теперь встраивают интерфейсы Wi-Fi непосредственно в материнские платы ПК , устраняя необходимость в установке отдельной беспроводной сетевой карты.

Каналы используются в полудуплексном режиме и могут быть разделены по времени несколькими сетями. Когда связь происходит по одному и тому же каналу, любая информация, отправляемая одним компьютером, локально принимается всеми, даже если эта информация предназначена только для одного пункта назначения. Карта сетевого интерфейса прерывает работу ЦП только при получении соответствующих пакетов: карта игнорирует информацию, не адресованную ей. Использование одного и того же канала также означает, что полоса пропускания данных совместно используется, так что, например, доступная полоса пропускания данных для каждого устройства уменьшается вдвое, когда две станции активно передают.

Схема, известная как множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA / CA), регулирует способ совместного использования каналов станциями. С помощью CSMA / CA станции пытаются избежать коллизий, начиная передачу только после того, как канал считается "свободным", но затем передают свои пакетные данные целиком. Однако по геометрическим причинам он не может полностью предотвратить столкновения. Коллизия происходит, когда станция одновременно принимает несколько сигналов по каналу. Это искажает передаваемые данные и может потребовать от станций повторной передачи. Потеря данных и повторная передача снижает пропускную способность, в некоторых случаях значительно.

Диапазон волн

Стандарт 802.11 обеспечивает несколько различных радиочастотных диапазонов для использования в Wi-Fi связи: 900  МГц , 2,4 ГГц, 3,6 ГГц, 4,9 ГГц, 5 ГГц, 5,9 ГГц и 60 ГГц групп не . Каждый диапазон разделен на множество каналов . В стандартах каналы пронумерованы с интервалом 5 МГц в пределах диапазона (за исключением диапазона 60 ГГц, где они разнесены на 2,16 ГГц), а номер относится к центральной частоте канала. Хотя каналы пронумерованы с интервалом 5 МГц, передатчики обычно занимают не менее 20 МГц, а стандарты позволяют объединять каналы вместе для формирования более широких каналов для большей пропускной способности.

Страны применяют свои собственные правила к допустимым каналам, разрешенным пользователям и максимальным уровням мощности в этих частотных диапазонах. Диапазоны "ISM" также часто используются неправильно, потому что некоторые не знают разницы между Частью 15 и Частью 18 правил FCC.

802.11b / g / n может использовать полосу частот 2,4 ГГц, часть 15, действующую в США в соответствии с правилами и положениями части 15 . В этом диапазоне частот оборудование может иногда испытывать помехи от микроволновых печей , беспроводных телефонов , концентраторов USB 3.0 и устройств Bluetooth .

Присвоение спектра и эксплуатационные ограничения не согласованы во всем мире: Австралия и Европа допускают дополнительные два канала (12, 13) сверх 11, разрешенных в Соединенных Штатах для диапазона 2,4 ГГц, в то время как Япония имеет еще три канала (12–14). В США и других странах устройства 802.11a и 802.11g могут работать без лицензии, как это разрешено в Части 15 Правил и положений FCC.

802.11a / h / j / n / ac / ax может использовать полосу U-NII 5 ГГц , которая для большей части мира предлагает как минимум 23 неперекрывающихся канала 20 МГц, а не полосу частот 2,4 ГГц, где каналы имеют ширину всего 5 МГц. В общем, более низкие частоты имеют лучший диапазон, но имеют меньшую емкость. Полосы 5 ГГц в большей степени поглощаются обычными строительными материалами, чем диапазоны 2,4 ГГц, и обычно дают более короткий диапазон.

По мере развития спецификаций 802.11 для поддержки более высокой пропускной способности протоколы стали намного эффективнее использовать полосу пропускания. Кроме того, они получили возможность агрегировать (или «связывать») каналы вместе, чтобы получить еще большую пропускную способность там, где полоса пропускания доступна. 802.11n допускает удвоение радиоспектра / полосы пропускания (от 40 МГц до 8 каналов) по сравнению с 802.11a или 802.11g (20 МГц). 802.11n также может быть настроен на ограничение полосы пропускания до 20 МГц для предотвращения помех в плотных сообществах. В диапазоне 5 ГГц разрешены сигналы с полосой пропускания 20, 40, 80 и 160 МГц с некоторыми ограничениями, что обеспечивает гораздо более быстрое соединение.

Пример спектра Wi-Fi 2,4 ГГц
Пример спектра Wi-Fi 5 ГГц
Этот Wi-Fi-маршрутизатор Netgear содержит два диапазона для передачи стандартов 802.11 в диапазонах 2,4 и 5 ГГц и поддерживает MIMO.
Двухдиапазонный сотовый модем 4G + Wi-Fi от Huawei

Коммуникационный стек

Wi-Fi является частью семейства протоколов IEEE 802. Данные организованы в кадры 802.11 , которые очень похожи на кадры Ethernet на канальном уровне, но с дополнительными адресными полями. MAC-адреса используются в качестве сетевых адресов для маршрутизации по локальной сети.

Спецификации MAC и физического уровня (PHY) Wi-Fi определены IEEE 802.11 для модуляции и приема одной или нескольких несущих волн для передачи данных в инфракрасном диапазоне и диапазонах частот 2,4, 3,6 , 5 или 60 ГГц . Они создаются и поддерживаются Комитетом по стандартам IEEE LAN / MAN ( IEEE 802 ). Базовая версия стандарта была выпущена в 1997 году и в нее было внесено множество последующих поправок. Стандарт и поправки составляют основу для продуктов беспроводной сети, использующих бренд Wi-Fi. В то время как каждая поправка официально отменяется, когда она включается в последнюю версию стандарта, корпоративный мир стремится продавать исправления, потому что они кратко обозначают возможности своих продуктов. В результате на рынке каждая редакция имеет тенденцию становиться отдельным стандартом.

Помимо 802.11, в семействе протоколов IEEE 802 есть специальные положения для Wi-Fi. Это необходимо, потому что кабельные среды Ethernet обычно не используются совместно, тогда как в беспроводных сетях все передачи принимаются всеми станциями в пределах диапазона, которые используют этот радиоканал. В то время как Ethernet имеет незначительную частоту ошибок, средства беспроводной связи подвержены значительным помехам. Следовательно, точная передача не гарантируется, поэтому доставка является наиболее эффективным механизмом доставки . Из-за этого для Wi-Fi управление логическим каналом (LLC), определенное IEEE 802.2, использует протоколы управления доступом к среде (MAC) Wi-Fi для управления повторными попытками, не полагаясь на более высокие уровни стека протоколов.

Для целей межсетевых, Wi-Fi, как правило , слоистый в качестве канального уровня (эквивалента физических и данных слоев звена модели OSI ) ниже Интернет слоя из интернета - протокола . Это означает, что узлы имеют связанный интернет-адрес, и при подходящем подключении это обеспечивает полный доступ в Интернет.

Режимы

Инфраструктура

Изображение сети Wi-Fi в режиме инфраструктуры. Устройство отправляет информацию по беспроводной сети на другое устройство, подключенное к локальной сети, для печати документа.

В режиме инфраструктуры, который является наиболее распространенным, все коммуникации проходят через базовую станцию. Для связи внутри сети это вводит дополнительное использование радиоволн, но имеет то преимущество, что любые две станции, которые могут связываться с базовой станцией, также могут связываться через базовую станцию, что значительно упрощает протоколы.

Ad hoc и Wi-Fi Direct

Wi-Fi также позволяет общаться напрямую с одного компьютера на другой без посредника точки доступа. Это называется специальной передачей Wi-Fi . Существуют различные типы специальных сетей. В простейшем случае сетевые узлы должны напрямую общаться друг с другом. В более сложных протоколах узлы могут пересылать пакеты, а узлы отслеживают, как добраться до других узлов, даже если они перемещаются.

Режим ad hoc был впервые описан Чай Кеонг Тохом в его патенте 1996 года на беспроводную специальную маршрутизацию, реализованную в беспроводной сети Lucent WaveLAN 802.11a на IBM ThinkPads по сценарию размера узлов, охватывающему область более мили. Успех был зафиксирован в журнале Mobile Computing (1999), а затем официально опубликован в IEEE Transactions on Wireless Communications , 2002 г. и ACM SIGMETRICS Performance Evaluation Review , 2001 г.

Этот режим беспроводной одноранговой сети оказался популярным на многопользовательских портативных игровых консолях , таких как Nintendo DS , PlayStation Portable , цифровых камерах и других устройствах бытовой электроники . Некоторые устройства также могут совместно использовать свое Интернет-соединение, используя одноранговую сеть, становясь точками доступа или «виртуальными маршрутизаторами».

Точно так же Wi-Fi Alliance продвигает спецификацию Wi-Fi Direct для передачи файлов и совместного использования мультимедиа с помощью новой методологии обнаружения и безопасности. Wi-Fi Direct запущен в октябре 2010 года.

Другой способ прямой связи через Wi-Fi - это Tunneled Direct-Link Setup ( TDLS ), который позволяет двум устройствам в одной сети Wi-Fi обмениваться данными напрямую, а не через точку доступа.

Множественные точки доступа

Точки доступа отправляют кадры маяка, чтобы объявить о наличии сетей.

Extended Service Set может быть сформирован путем развертывания нескольких точек доступа, настроенных с одинаковыми SSID и настройки безопасности. Клиентские устройства Wi-Fi обычно подключаются к точке доступа, которая может обеспечить самый сильный сигнал в рамках этого набора услуг.

Увеличение количества точек доступа Wi-Fi для сети обеспечивает избыточность , лучший диапазон, поддержку быстрого роуминга и увеличение общей пропускной способности сети за счет использования большего количества каналов или определения ячеек меньшего размера . За исключением самых маленьких реализаций (таких как домашние сети или сети небольшого офиса), реализации Wi-Fi переместились в сторону «тонких» точек доступа, при этом большая часть сетевого интеллекта размещена в централизованном сетевом устройстве, отводя отдельным точкам доступа роль " тупые "трансиверы. Наружные приложения могут использовать топологию ячеистой сети .

Представление

Рабочий диапазон Wi-Fi зависит от таких факторов, как диапазон частот, выходная мощность радио , чувствительность приемника, усиление антенны и тип антенны, а также от метода модуляции. Кроме того, большое влияние могут иметь характеристики распространения сигналов.

На больших расстояниях и при большем поглощении сигнала скорость обычно снижается.

Мощность передатчика

По сравнению с сотовыми телефонами и аналогичными технологиями передатчики Wi-Fi являются устройствами с низким энергопотреблением. Как правило, максимальная мощность, которую может передавать устройство Wi-Fi, ограничена местными правилами, такими как часть 15 FCC в США. Эквивалентная изотропно излучаемая мощность (EIRP) в Европейском союзе ограничена 20 дБмВт (100 мВт).

Чтобы удовлетворить требования для приложений беспроводной локальной сети, Wi-Fi имеет более высокое энергопотребление по сравнению с некоторыми другими стандартами, разработанными для поддержки приложений беспроводной персональной сети (PAN). Например, Bluetooth обеспечивает гораздо более короткий диапазон распространения от 1 до 100 метров (от 1 до 100 ярдов) и поэтому в целом имеет более низкое энергопотребление. Другие технологии с низким энергопотреблением, такие как ZigBee, имеют довольно большой радиус действия, но гораздо более низкую скорость передачи данных. Из-за высокого энергопотребления Wi-Fi время автономной работы некоторых мобильных устройств становится проблемой.

Антенна

Точка доступа, совместимая с 802.11b или 802.11g, с использованием штатной всенаправленной антенны может иметь радиус действия 100 м (0,062 мили). Тот же радиоприемник с внешней полупараболической антенной (усиление 15 дБ) с аналогичным образом оборудованным приемником на дальнем конце может иметь радиус действия более 20 миль.

Более высокий коэффициент усиления (дБи) указывает на дальнейшее отклонение (обычно в сторону горизонтали) от теоретического идеального изотропного излучателя , и поэтому антенна может проецировать или принимать полезный сигнал дальше в определенных направлениях по сравнению с аналогичной выходной мощностью на более изотропном антенна. Например, антенна 8 дБи, используемая с драйвером на 100 мВт, имеет такой же горизонтальный диапазон, что и антенна 6 дБи, возбуждаемая на 500 мВт. Обратите внимание, что это предполагает потерю излучения по вертикали; в некоторых ситуациях это может быть не так, особенно в больших зданиях или внутри волновода . В приведенном выше примере направленный волновод может привести к тому, что маломощная антенна 6 дБи будет проецироваться намного дальше в одном направлении, чем антенна 8 дБи, которая не находится в волноводе, даже если они обе управляются мощностью 100 мВт.

На беспроводных маршрутизаторах со съемными антеннами можно увеличить дальность действия, установив модернизированные антенны, которые обеспечивают более высокий коэффициент усиления в определенных направлениях. Дальность действия вне помещений может быть увеличена до многих километров (миль) за счет использования направленных антенн с высоким коэффициентом усиления на маршрутизаторе и удаленных устройствах.

Параболические антенны передают и принимают радиоволны только в определенных направлениях и могут давать гораздо больший диапазон, чем всенаправленные антенны.
Антенны Яги-Уда , широко используемые для приема телевидения, относительно компактны на длинах волн Wi-Fi.
Антенна контроллера беспроводного сетевого интерфейса Gigabyte GC-WB867D-I. Подобные простые стержневые антенны имеют однонаправленный прием и относительно малую дальность действия - 20 метров (ярдов) или около того.
Детектор Wi-Fi размером с брелок

MIMO (несколько входов и выходов)

Стандарты Wi-Fi 4 и выше позволяют устройствам иметь несколько антенн на передатчиках и приемниках. Использование нескольких антенн позволяет оборудованию использовать многолучевое распространение в одних и тех же полосах частот, обеспечивая гораздо более высокие скорости и большую дальность действия.

Wi-Fi 4 может более чем вдвое расширить диапазон по сравнению с предыдущими стандартами.

Стандарт Wi-Fi 5 использует исключительно полосу 5 ГГц и обеспечивает пропускную способность WLAN для нескольких станций не менее 1 гигабит в секунду, а для одной станции - не менее 500 Мбит / с. По состоянию на первый квартал 2016 года Wi-Fi Alliance сертифицирует устройства, соответствующие стандарту 802.11ac, как «Wi-Fi CERTIFIED ac». Этот стандарт использует несколько методов обработки сигналов, таких как многопользовательские потоки MIMO и 4X4 Spatial Multiplexing, а также широкую полосу пропускания канала (160 МГц) для достижения гигабитной пропускной способности. Согласно исследованию IHS Technology, 70% всей выручки от продаж точек доступа в первом квартале 2016 года приходилось на устройства 802.11ac.

Распространение радио

С сигналами Wi-Fi обычно лучше всего работает прямая видимость , но сигналы могут передавать, поглощать, отражать, преломлять , дифрактировать , а также плавно переходить вверх и вниз через структуры и вокруг них, как искусственные, так и естественные.

Из-за сложной природы распространения радиоволн на типичных частотах Wi-Fi, особенно вокруг деревьев и зданий, алгоритмы могут только приблизительно предсказать мощность сигнала Wi-Fi для любой заданной области относительно передатчика. Этот эффект не применяется в равной степени к Wi-Fi дальнего действия , поскольку более длинные каналы обычно работают с вышек, которые передают сигнал над окружающей листвой.

Мобильное использование Wi-Fi в более широких диапазонах ограничено, например, использованием, например, в автомобиле, перемещающемся из одной точки доступа в другую. Другие беспроводные технологии больше подходят для связи с движущимися автомобилями.

Рекорды расстояний

Записи о расстоянии (с использованием нестандартных устройств) включают 382 км (237 миль) в июне 2007 года, принадлежащие Ermanno Pietrosemoli и EsLaRed из Венесуэлы, передавая около 3 МБ данных между горными вершинами Эль-Агила и Платильон. Шведское космическое агентство передаваемых данных 420 км (260 миль), с использованием 6 Вт усилителей , чтобы достигнуть верхнего погон стратосферного баллона .

Вмешательство

Распределение частот для планирования сети для Северной Америки и Европы. Использование этих типов распределения частот может помочь минимизировать помехи в совмещенном и соседнем каналах.
В диапазонах волн 2,4 ГГц, а также в других диапазонах передатчики охватывают несколько каналов. Перекрывающиеся каналы могут страдать от помех, если это не небольшая часть общей принятой мощности.

Подключения Wi-Fi могут быть заблокированы или скорость Интернета может быть снижена из-за наличия других устройств в том же районе. Протоколы Wi-Fi предназначены для разумного справедливого разделения диапазонов волн, и это часто работает практически без сбоев. Чтобы свести к минимуму коллизии с устройствами Wi-Fi и другими устройствами, Wi-Fi использует множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA / CA), при котором передатчики прослушивают перед передачей и задерживают передачу пакетов, если обнаруживают, что другие устройства активен на канале, или если обнаружен шум от соседних каналов или источников, не относящихся к Wi-Fi. Тем не менее, сети Wi-Fi по-прежнему подвержены проблемам со скрытыми и открытыми узлами .

Сигнал Wi-Fi со стандартной скоростью занимает пять каналов в диапазоне 2,4 ГГц. Помехи могут быть вызваны перекрытием каналов. Любые два номера канала, которые отличаются на пять или более, например 2 и 7, не перекрываются (нет помех от соседних каналов ). Поэтому часто повторяющееся высказывание о том, что каналы 1, 6 и 11 являются единственными неперекрывающимися каналами, не является точным. Каналы 1, 6 и 11 - единственная группа из трех неперекрывающихся каналов в Северной Америке. Однако значимость перекрытия зависит от физического расстояния. Каналы, находящиеся на расстоянии четырех друг от друга, создают незначительные помехи - гораздо меньше, чем многократное использование каналов (которое вызывает межканальные помехи ), - если передатчики находятся на расстоянии не менее нескольких метров (ярдов) друг от друга. В Европе и Японии , где канал 13 доступен, с использованием каналов 1, 5, 9 и 13 для 802.11g и 802.11n является рекомендуется .

Однако многие точки доступа 802.11b и 802.11g с частотой 2,4 ГГц по умолчанию используют один и тот же канал при первоначальном запуске, что приводит к перегрузке на определенных каналах. Загрязнение Wi-Fi или чрезмерное количество точек доступа в зоне может препятствовать доступу и мешать использованию другими устройствами других точек доступа, а также уменьшению отношения сигнал / шум (SNR) между точками доступа. Эти проблемы могут стать проблемой в районах с высокой плотностью населения, таких как большие жилые комплексы или офисные здания с множеством точек доступа Wi-Fi.

Другие устройства используют диапазон 2,4 ГГц: микроволновые печи, устройства диапазона ISM, камеры видеонаблюдения , устройства ZigBee, устройства Bluetooth, отправители видео , беспроводные телефоны, радионяни и, в некоторых странах, любительское радио , все из которых могут вызывать значительные дополнительные помехи. . Это также проблема, когда муниципалитеты или другие крупные образования (например, университеты) стремятся обеспечить покрытие большой площади. В некоторых диапазонах 5 ГГц в некоторых местах могут возникать помехи от радарных систем. Для базовых станций, которые поддерживают эти диапазоны, они используют динамический выбор частоты, который прослушивает радар, и если он будет обнаружен, он не разрешит сеть в этом диапазоне.

Эти диапазоны могут использоваться передатчиками малой мощности без лицензии и с некоторыми ограничениями. Однако, хотя непреднамеренные помехи являются обычным явлением, пользователям, которые, как было установлено, создавали преднамеренные помехи (особенно при попытке локально монополизировать эти полосы в коммерческих целях), были наложены крупные штрафы.

Пропускная способность

Различные варианты уровня 2 IEEE 802.11 имеют разные характеристики. Для всех разновидностей 802.11 максимально достижимая пропускная способность дается либо на основе измерений в идеальных условиях, либо на скоростях передачи данных уровня 2. Это, однако, не относится к типичным развертываниям, в которых данные передаются между двумя конечными точками, из которых по крайней мере одна обычно подключена к проводной инфраструктуре, а другая подключена к инфраструктуре через беспроводное соединение.

Это означает, что обычно кадры данных проходят через среду 802.11 (WLAN) и преобразуются в 802.3 (Ethernet) или наоборот.

Из-за разницы в длине кадра (заголовка) этих двух носителей размер пакета приложения определяет скорость передачи данных. Это означает, что приложение, использующее небольшие пакеты (например, VoIP), создает поток данных с высоким служебным трафиком (низкой полезной пропускной способностью ).

Другими факторами, влияющими на общую скорость передачи данных приложения, являются скорость, с которой приложение передает пакеты (т. Е. Скорость передачи данных), и энергия, с которой принимается беспроводной сигнал. Последнее определяется расстоянием и настроенной выходной мощностью устройств связи.

Те же ссылки относятся к прилагаемым графикам пропускной способности, которые показывают измерения пропускной способности UDP . Каждый представляет среднюю пропускную способность из 25 измерений (полосы ошибок есть, но едва заметны из-за небольшого отклонения), с определенным размером пакета (маленький или большой) и с определенной скоростью передачи данных (10 кбит / с - 100 Мбит / с). Также включены маркеры для профилей трафика общих приложений. Этот текст и измерения не охватывают ошибки пакетов, но информацию об этом можно найти в приведенных выше ссылках. В таблице ниже показана максимально достижимая (зависящая от приложения) пропускная способность UDP в тех же сценариях (снова те же ссылки) с различными вариантами WLAN (802.11). Узлы измерений находились на расстоянии 25 метров (ярдов) друг от друга; потеря снова игнорируется.

Графическое представление диапазона производительности приложения Wi-Fi (UDP) Диапазон 2,4 ГГц , с 802.11g
Графическое представление диапазона производительности приложения Wi-Fi (UDP) Диапазон 2,4 ГГц , с 802.11n с 40 МГц

Аппаратное обеспечение

Встроенный RouterBOARD 112 с U.FL - RSMA косички и R52 мини PCI Wi-Fi карты широко используются беспроводные интернет - провайдеров ( Огоньки ) в Чехии
OSBRiDGE 3GN - точка доступа 802.11n и шлюз UMTS / GSM в одном устройстве

Wi-Fi позволяет беспроводное развертывание локальных сетей (LAN). Кроме того, в местах, где нельзя прокладывать кабели, например на открытых площадках и в исторических зданиях, могут размещаться беспроводные локальные сети. Однако строительные стены из определенных материалов, например камня с высоким содержанием металлов, могут блокировать сигналы Wi-Fi.

Устройство Wi-Fi - это устройство беспроводной связи малого радиуса действия . Устройства Wi-Fi изготавливаются на микросхемах интегральных схем ( RF-схемы ) RF CMOS .

С начала 2000-х производители встраивают адаптеры беспроводной сети в большинство ноутбуков. Цена на чипсеты для Wi-Fi продолжает падать, что делает его экономичным вариантом для работы в сети, который входит во все большее количество устройств.

Различные конкурирующие марки точек доступа и клиентских сетевых интерфейсов могут взаимодействовать на базовом уровне обслуживания. Продукты, обозначенные Wi-Fi Alliance как «сертифицированные Wi-Fi», имеют обратную совместимость . В отличие от мобильных телефонов , любое стандартное устройство Wi-Fi работает в любой точке мира.

Точка доступа

AirPort беспроводной G Wi-Fi адаптер от компании Apple MacBook .

Точка беспроводного доступа (WAP) подключает группу беспроводных устройств к соседней проводной локальной сети. Точка доступа похожа на сетевой концентратор , передающий данные между подключенными беспроводными устройствами в дополнение к (обычно) одному подключенному проводному устройству, чаще всего к концентратору или коммутатору Ethernet, что позволяет беспроводным устройствам обмениваться данными с другими проводными устройствами.

Беспроводной адаптер

Контроллер беспроводного сетевого интерфейса Gigabyte GC-WB867D-I.

Беспроводные адаптеры позволяют устройствам подключаться к беспроводной сети. Эти адаптеры подключаются к устройствам с помощью различных внешних или внутренних соединений, таких как PCI, miniPCI, USB, ExpressCard , Cardbus и PC Card . По состоянию на 2010 год большинство новых портативных компьютеров оснащены встроенными внутренними адаптерами.

Маршрутизатор

Беспроводные маршрутизаторы объединяют точку беспроводного доступа, коммутатор Ethernet и встроенное программное обеспечение внутреннего маршрутизатора, которое обеспечивает IP- маршрутизацию , NAT и пересылку DNS через встроенный WAN-интерфейс. Беспроводной маршрутизатор позволяет проводным и беспроводным устройствам локальной сети Ethernet подключаться к (обычно) одному устройству глобальной сети, например кабельному модему, модему DSL или оптическому модему . Беспроводной маршрутизатор позволяет настраивать все три устройства, в основном точку доступа и маршрутизатор, с помощью одной центральной утилиты. Эта утилита обычно представляет собой интегрированный веб-сервер , доступный для проводных и беспроводных клиентов локальной сети и часто опционально для клиентов глобальной сети. Эта утилита также может быть приложением, которое запускается на компьютере, как в случае с Apple AirPort, которым управляет AirPort-Утилита в macOS и iOS.

Мост

Мосты беспроводной сети могут соединять две сети, чтобы сформировать единую сеть на уровне канала передачи данных через Wi-Fi. Основным стандартом является беспроводная система распределения (WDS).

Беспроводной мост может соединить проводную сеть с беспроводной сетью. Мост отличается от точки доступа: точка доступа обычно подключает беспроводные устройства к одной проводной сети. Два беспроводных мостовых устройства могут использоваться для соединения двух проводных сетей по беспроводной связи, что полезно в ситуациях, когда проводное соединение может быть недоступно, например, между двумя отдельными домами или для устройств, которые не имеют возможности беспроводной сети (но имеют возможность проводной сети) , например, потребительские развлекательные устройства ; в качестве альтернативы можно использовать беспроводной мост, чтобы устройство, поддерживающее проводное соединение, могло работать в стандарте беспроводной сети, который быстрее, чем поддерживается функцией подключения к беспроводной сети (внешний ключ или встроенный ключ), поддерживаемой устройством (например, включение беспроводной связи). -N скорости (до максимальной поддерживаемой скорости на проводном порту Ethernet на мосту и подключенных устройствах, включая точку беспроводного доступа) для устройства, которое поддерживает только Wireless-G). Двухдиапазонный беспроводной мост также можно использовать для обеспечения работы беспроводной сети на частоте 5 ГГц на устройстве, которое поддерживает только беспроводную связь на частоте 2,4 ГГц и имеет проводной порт Ethernet.

Повторитель

Беспроводные расширители диапазона или беспроводные повторители могут расширить диапазон существующей беспроводной сети. Стратегически размещенные расширители диапазона могут удлинить зону сигнала или позволить зоне сигнала достичь препятствий, например, в L-образных коридорах. Беспроводные устройства, подключенные через ретрансляторы, страдают от увеличенной задержки для каждого прыжка, и может быть уменьшение максимальной доступной пропускной способности данных. Кроме того, эффект от дополнительных пользователей, использующих сеть, использующую беспроводные расширители диапазона, заключается в том, чтобы использовать доступную полосу пропускания быстрее, чем в случае, когда один пользователь перемещается по сети с использованием расширителей. По этой причине беспроводные расширители диапазона лучше всего работают в сетях, поддерживающих требования к низкой пропускной способности трафика, например, в случаях, когда один пользователь с планшетом с Wi-Fi мигрирует по объединенным расширенным и нерасширенным частям всей подключенной сети. Кроме того, беспроводное устройство, подключенное к любому из ретрансляторов в цепочке, имеет пропускную способность, ограниченную «самым слабым звеном» в цепочке между источником соединения и концом соединения. Сети, использующие беспроводные расширители, более подвержены деградации из-за помех от соседних точек доступа, которые граничат с частями расширенной сети и занимают тот же канал, что и расширенная сеть.

Встроенные системы

Встроенный модуль последовательного подключения к Wi-Fi

Стандарт безопасности Wi-Fi Protected Setup позволяет встроенным устройствам с ограниченным графическим интерфейсом пользователя легко подключаться к Интернету. Wi-Fi Protected Setup имеет 2 конфигурации: конфигурация кнопки и конфигурация PIN. Эти встроенные устройства также называются Интернетом вещей и представляют собой маломощные встроенные системы с батарейным питанием. Некоторые производители Wi-Fi разрабатывают микросхемы и модули для встроенного Wi-Fi, например GainSpan.

За последние несколько лет (особенно с 2007 года) стали доступны встроенные модули Wi-Fi, которые включают в себя операционную систему реального времени и предоставляют простые средства беспроводного подключения любого устройства, которое может обмениваться данными через последовательный порт. Это позволяет создавать простые устройства мониторинга. Примером может служить портативное устройство ЭКГ, наблюдающее за пациентом дома. Это устройство с поддержкой Wi-Fi может обмениваться данными через Интернет.

Эти модули Wi-Fi разработаны OEM-производителями, поэтому разработчикам требуется лишь минимальное знание Wi-Fi для обеспечения возможности подключения к Wi-Fi для своих продуктов.

В июне 2014 года компания Texas Instruments представила первый микроконтроллер ARM Cortex-M4 со встроенным выделенным микроконтроллером Wi-Fi - SimpleLink CC3200. Это позволяет создавать встроенные системы с возможностью подключения к Wi-Fi как однокристальные устройства, что снижает их стоимость и минимальный размер, делая более практичным встраивать контроллеры, подключенные к беспроводной сети, в недорогие обычные объекты.

Сетевая безопасность

Основная проблема с безопасностью беспроводной сети - это упрощенный доступ к сети по сравнению с традиционными проводными сетями, такими как Ethernet. При использовании проводной сети нужно либо получить доступ к зданию (физически подключившись к внутренней сети), либо прорваться через внешний брандмауэр . Чтобы получить доступ к Wi-Fi, нужно просто находиться в зоне действия сети Wi-Fi. Большинство бизнес-сетей защищают конфиденциальные данные и системы, пытаясь запретить внешний доступ. Включение беспроводной связи снижает безопасность, если в сети используется ненадлежащее шифрование или оно не используется.

Злоумышленник, получивший доступ к сетевому маршрутизатору Wi-Fi, может инициировать атаку с подменой DNS против любого другого пользователя сети, подделав ответ до того, как запрашиваемый DNS-сервер получит возможность ответить.

Методы защиты

Распространенная мера предотвращения неавторизованных пользователей заключается в сокрытии имени точки доступа путем отключения широковещательной передачи SSID. Несмотря на то, что он эффективен против случайного пользователя, он неэффективен в качестве метода безопасности, поскольку SSID транслируется в открытом виде в ответ на запрос SSID клиента. Другой метод - разрешить подключаться к сети только компьютерам с известными MAC-адресами, но определенные перехватчики могут подключиться к сети, подделав авторизованный адрес.

Шифрование Wired Equivalent Privacy (WEP) было разработано для защиты от случайного отслеживания, но больше не считается безопасным. Такие инструменты, как AirSnort или Aircrack-ng, могут быстро восстанавливать ключи шифрования WEP. Из-за слабости WEP Wi-Fi Alliance одобрил защищенный доступ Wi-Fi (WPA), который использует TKIP . WPA был специально разработан для работы со старым оборудованием, обычно путем обновления прошивки. Хотя WPA более безопасен, чем WEP, он имеет известные уязвимости.

Более безопасный WPA2 с использованием Advanced Encryption Standard был представлен в 2004 году и поддерживается большинством новых устройств Wi-Fi. WPA2 полностью совместим с WPA. В 2017 году в протоколе WPA2 была обнаружена уязвимость, позволяющая провести атаку с воспроизведением ключа, известную как KRACK .

Недостаток в функции, добавленной к Wi-Fi в 2007 году, называемой Wi-Fi Protected Setup (WPS), позволил обойти безопасность WPA и WPA2 и эффективно взломать во многих ситуациях. Единственным выходом на конец 2011 года было отключение Wi-Fi Protected Setup, что не всегда возможно.

Виртуальные частные сети могут использоваться для повышения конфиденциальности данных, передаваемых через сети Wi-Fi, особенно общедоступные сети Wi-Fi.

URI с помощью схему WIFI можно указать SSID, тип шифрования, пароль / фразу, а если SSID скрыт или нет, так что пользователи могут следовать ссылкам с QR - кодов , например, присоединиться к сети без необходимости ручного ввода данных. Формат, подобный MECARD, поддерживается Android и iOS 11+.

  • Общий формат: WIFI:S:<SSID>;T:<WEP|WPA|blank>;P:<PASSWORD>;H:<true|false|blank>;
  • Образец WIFI:S:MySSID;T:WPA;P:MyPassW0rd;;

Риски безопасности данных

Старшее беспроводной шифрования -стандарт, Wired Equivalent Privacy (WEP), было показано , легко разрушаемое даже при правильно настроен. Шифрование защищенного доступа Wi-Fi (WPA и WPA2), которое стало доступным на устройствах в 2003 году, было направлено на решение этой проблемы. Точки доступа Wi-Fi обычно по умолчанию работают в открытом ( открытом ) режиме без шифрования . Начинающие пользователи получают выгоду от устройства с нулевой конфигурацией, которое работает «из коробки», но это значение по умолчанию не включает никакой беспроводной безопасности , обеспечивая открытый беспроводной доступ к локальной сети. Чтобы включить безопасность, пользователь должен настроить устройство, обычно через программный графический интерфейс пользователя (GUI). В незашифрованных сетях Wi-Fi подключенные устройства могут отслеживать и записывать данные (включая личную информацию). Такие сети можно защитить только с помощью других средств защиты, таких как VPN или безопасный протокол передачи гипертекста по протоколу безопасности транспортного уровня ( HTTPS ).

Шифрование защищенного доступа Wi-Fi (WPA2) считается безопасным при использовании надежной парольной фразы . В 2018 году было объявлено , что WPA3 заменит WPA2, что повысит безопасность; он вышел 26 июня.

Совмещение

Под «совмещением» понимается доступ к беспроводному Интернет-соединению путем переноса одного компьютера в зону действия другого беспроводного соединения и использования этой услуги без явного разрешения или ведома подписчика.

Во время раннего массового внедрения 802.11 предоставление открытых точек доступа для любого в пределах досягаемости поощрялось к развитию беспроводных сетей сообщества , особенно потому, что люди в среднем в любой момент времени используют только часть своей нисходящей полосы пропускания.

Рекреационное ведение журнала и отображение точек доступа других людей стали известны как вардрайтинг . Действительно, многие точки доступа намеренно устанавливаются без включения безопасности, чтобы их можно было использовать как бесплатную услугу. Предоставление доступа к Интернету таким образом может нарушить Условия обслуживания или договор с провайдером . Эти действия не влекут за собой санкции в большинстве юрисдикций; однако законодательство и прецедентное право в разных странах мира значительно различаются. Предложение оставить граффити с описанием доступных услуг было названо warchalking .

Совмещение часто происходит непреднамеренно - технически незнакомый пользователь может не изменить «незащищенные» настройки по умолчанию для своей точки доступа, а операционные системы могут быть настроены для автоматического подключения к любой доступной беспроводной сети. Пользователь, который запускает портативный компьютер поблизости от точки доступа, может обнаружить, что компьютер подключился к сети без каких-либо видимых признаков. Более того, пользователь, намеревающийся присоединиться к одной сети, может вместо этого оказаться в другой, если последняя имеет более сильный сигнал. В сочетании с автоматическим обнаружением других сетевых ресурсов (см. DHCP и Zeroconf ) это может привести к тому, что пользователи беспроводной сети будут отправлять конфиденциальные данные не тому посреднику при поиске пункта назначения (см. « Атака посредника» ). Например, пользователь может непреднамеренно использовать незащищенную сеть для входа на веб-сайт , тем самым делая учетные данные для входа доступными для всех, кто его слушает, если веб-сайт использует небезопасный протокол, такой как простой HTTP без TLS .

Неавторизованный пользователь может получить информацию о безопасности (заводская кодовая фраза и / или PIN-код защищенной настройки Wi-Fi) с метки на точке беспроводного доступа, может использовать эту информацию (или подключиться с помощью метода кнопки Wi-Fi Protected Setup) для совершения несанкционированных и / или противоправные действия.

Социальные аспекты

Беспроводной доступ в Интернет стал более прочным в обществе. Таким образом, во многом изменилось то, как функционирует общество.

Влияние на развивающиеся страны

Более половины мира не имеют доступа к Интернету, особенно сельские районы в развивающихся странах. Технологии, внедренные в более развитых странах, часто являются дорогостоящими и низкоэффективными. Это привело к тому, что развивающиеся страны стали использовать больше низкотехнологичных сетей, часто внедряя возобновляемые источники энергии, которые можно поддерживать исключительно за счет солнечной энергии , создавая сеть, устойчивую к сбоям, таким как перебои в подаче электроэнергии. Например, в 2007 году была построена сеть 450 км (280 миль) между Кабо Пантоха и Икитос в Перу, в которой все оборудование питается только от солнечных батарей . Эти сети Wi-Fi большого радиуса действия имеют два основных назначения: предлагают доступ в Интернет для населения в изолированных деревнях и для оказания медицинской помощи изолированным общинам. В случае вышеупомянутого примера он соединяет центральную больницу в Икитосе с 15 медицинскими пунктами, предназначенными для удаленной диагностики.

Рабочие привычки

Доступ к Wi-Fi в общественных местах, таких как кафе или парки, позволяет людям, особенно фрилансерам, работать удаленно. Однако иногда вы можете подключиться к Wi-Fi, но ваш Интернет может по-прежнему не работать. В таких случаях в статье 2009 года отмечается, что доступность беспроводного доступа позволяет людям выбирать из широкого диапазона мест для работы. В то время как доступность Wi-Fi является самым сильным фактором при выборе места для работы (75% люди выберут место, которое предоставляет Wi-Fi, вместо того, где его нет), другие факторы влияют на выбор конкретной точки доступа . Они различаются от доступности других ресурсов, таких как книги, местоположения рабочего места и социального аспекта встречи с другими людьми в одном и том же месте. Более того, увеличение числа людей, работающих в общественных местах, приводит к увеличению количества клиентов для местных предприятий, что обеспечивает экономический стимул для региона.

Кроме того, в том же исследовании было отмечено, что беспроводное соединение обеспечивает большую свободу передвижения во время работы. Как при работе дома, так и в офисе он позволяет перемещаться между разными комнатами или зонами. В некоторых офисах (особенно в офисах Cisco в Нью-Йорке) у сотрудников нет рабочих столов, но они могут работать из любого офиса, подключив свой ноутбук к точке доступа Wi-Fi .

Корпус

Интернет стал неотъемлемой частью жизни. 81,9% американских семей имеют доступ в Интернет. Кроме того, 89% американских семей с широкополосным доступом подключаются с помощью беспроводных технологий. 72,9% американских домохозяйств имеют Wi-Fi.

Сети Wi-Fi также повлияли на то, как устроен интерьер домов и отелей. Например, архитекторы рассказали, что их клиентам больше не нужна только одна комната в качестве домашнего офиса, а они хотели бы работать у камина или иметь возможность работать в разных комнатах. Это противоречит ранее существовавшим представлениям архитектора об использовании спроектированных им комнат. Кроме того, некоторые отели отметили, что гости предпочитают останавливаться в определенных номерах, поскольку они получают более надежную сеть Wi-Fi.

Проблемы со здоровьем

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) говорит, «не влияет на здоровье , как ожидается , от воздействия радиочастотных полей от базовых станций и беспроводных сетей», но отмечает , что они способствуют исследованиям в области воздействия других источников в РФ. (категория, используемая, когда «причинно-следственная связь считается достоверной, но когда случайность, предвзятость или смешение не могут быть исключены с разумной уверенностью»), эта классификация была основана на рисках, связанных с использованием беспроводных телефонов, а не сетей Wi-Fi.

Агентство по охране здоровья Соединенного Королевства сообщило в 2007 году, что воздействие Wi-Fi в течение года приводит к «одинаковому количеству радиации от 20-минутного разговора по мобильному телефону».

Обзор исследований с участием 725 человек, заявивших о гиперчувствительности к электромагнитным полям , «... предполагает, что« гиперчувствительность к электромагнитным полям »не связана с наличием ЭМП, хотя необходимы дополнительные исследования этого явления».

Альтернативы

Несколько других беспроводных технологий предоставляют альтернативы Wi-Fi для различных случаев использования:

  • Bluetooth , сеть ближнего радиуса действия
  • Bluetooth Low Energy , вариант Bluetooth с низким энергопотреблением
  • Zigbee , протокол связи с низким энергопотреблением и низкой скоростью передачи данных на короткие расстояния
  • Сотовые сети , используемые смартфонами
  • WiMax , для обеспечения беспроводного подключения к Интернету на большие расстояния
  • LoRa , для беспроводной связи на большие расстояния с низкой скоростью передачи данных

Некоторые альтернативы - «без новых проводов», повторное использование существующего кабеля:

Несколько проводных технологий для компьютерных сетей, которые предоставляют жизнеспособные альтернативы Wi-Fi:

Смотрите также

использованная литература

Примечания

дальнейшее чтение