Как работают волны Wi-Fi

Обновлено: 21.11.2024

В 1971 году Гавайский университет продемонстрировал первую беспроводную сеть передачи данных, известную как ALOHAnet. В 1985 году FCC США открыла радиодиапазоны ISM для нелицензионных передач. После 1985 года последовали другие страны, и все больше людей начали экспериментировать. В 1997 и 1999 годах IEEE ратифицировал первые международные стандарты беспроводных сетей. [1] Они назывались 802.11-1997, 802.11b и 802.11a. Технология была потрясающей, а имена — нет.

В 1999 году консалтинговая фирма Interbrand создала логотип и предложила название Wi-Fi. Wi-Fi был каламбуром на Hi-Fi, относящимся к высококачественному звуку. Wi-Fi было легче запомнить, чем 802.11, и с тех пор мы придерживаемся этого названия. Официальное название — Wi-Fi, но большинство людей не пишут его с заглавной буквы и не включают дефис. Wi-Fi, WiFi, Wi-Fi, Wi-Fi и 802.11 — все это относится к одному и тому же. В первые дни Wi-Fi использовался как сокращение от Wireless Fidelity, но официально это не сокращение от чего-либо. Согласно Wi-Fi Alliance, Wi-Fi – это Wi-Fi.

Добро пожаловать в Wi-Fi 101.

Что делает Wi-Fi? Как работает Wi-Fi?

Wi-Fi передает данные с помощью микроволн, которые представляют собой высокоэнергетические радиоволны. Wi-Fi сложнее, чем FM-радио, но базовая технология та же. Они оба кодируют информацию в радиоволны, которые принимаются и декодируются. FM-радио делает это для звука, Wi-Fi — для компьютерных данных. Так как же мы можем использовать радиоволны для передачи звука или информации?

На базовом уровне вы можете представить себе двух человек, держащих скакалку. Один человек быстро поднимает и опускает руку, создавая волну. С Wi-Fi этот человек будет представлять ваш маршрутизатор Wi-Fi или точку беспроводного доступа. Сохранение одного и того же движения вверх и вниз известно как несущая волна. Человек на другом конце — это клиентское устройство, такое как ноутбук или мобильный телефон. Когда беспроводной клиент подключается к сети и обнаруживает несущую волну, он начинает прослушивать и ожидать небольших различий в сигнале.

В нашем примере вы можете представить, как скакалка движется вверх и вниз, а затем получает одно движение вправо. Это единственное движение вправо можно интерпретировать как двоичное число 1. Движение влево было бы двоичным 0. Соедините достаточное количество единиц и нулей вместе, и вы сможете представлять сложные вещи, например все данные на этой веб-странице.

Звучит как волшебство, но так работает не только Wi-Fi. Bluetooth, 4G, 5G и большинство беспроводных сетей работают за счет манипулирования волнами для передачи электрических сигналов по воздуху. Более глубокий и лучший вопрос, чем «Как работает Wi-Fi?» "Как работает беспроводная передача?"

Если вам нужен лучший ответ, вам нужно иметь общее представление о нескольких вещах:

Фундаментальная физика электричества и магнетизма
Электромагнитное излучение, радиоволны и антенны
Как проводные сети передают данные

Я старался изо всех сил, чтобы это было понятно и изложено в понятной форме. Это сложный материал, и его трудно объяснить. Вот почему так много плохих объяснений того, как работает Wi-Fi.

Это не будет легкое обсуждение. Каждая из этих тем могла бы стать целым курсом в колледже, так что простите меня за упрощение, где это возможно. Используйте Википедию и другие ресурсы, чтобы заполнить пробелы или прояснить то, что я упустил. Как всегда, исправления и отзывы приветствуются.

Давайте углубимся в суть и сначала рассмотрим физику. Если вы не знакомы с фундаментальной физикой, Википедия — отличный ресурс. Ключевые термины, выделенные синим цветом, являются ссылками на статьи Википедии, в которых поясняется более подробно.

Физика Wi-Fi 101: электричество и магнетизм

состоят из более мелких частиц: отрицательно заряженных электронов, положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов.

Электрическое поле воздействует на окружающие его заряды, притягивая или отталкивая их.

Электрический ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле. Так работают электромагниты.

Он предсказал существование электромагнитных волн.
Его уравнения описывают, как электрические и магнитные поля генерируются зарядами, токами и другими изменениями полей.
Это известно как второе великое объединение физики после сэра Исаака Ньютона.

Поскольку видимый свет представляет собой электромагнитную волну, именно так мы можем видеть солнце или далекие звезды.
Именно так мы услышали, как Нил Армстронг сказал "Один маленький шаг для человека..." в прямом эфире с Луны. [3]
Тепло, которое вы чувствуете от солнечного света, связано с лучистой энергией, содержащейся в солнечном свете.Все электромагнитные волны обладают лучистой энергией.

Wi-Fi – это пример радиоволны, в частности, микроволновой печи. Микроволны – это высокоэнергетические радиоволны.

Мы многим обязаны таким ученым, как Джеймс Клерк Максвелл, который предсказал существование электромагнитных волн. Его уравнения легли в основу современной жизни.

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны бывают самых разных форм. Тип волны классифицируется по длине волны и частоте.

Длина волны – это расстояние, на котором форма волны повторяется. В типичной непрерывной синусоидальной волне, такой как Wi-Fi, каждый раз, когда волна идет от пика к впадине и к пику, мы называем это циклом. Расстояние, необходимое для завершения одного цикла, называется его длиной волны.

Частота — это количество циклов волны в секунду. Мы используем Герц (Гц) в качестве меры частоты, 1 Гц — это один цикл в секунду. Более распространенные значения МГц и ГГц соответствуют миллионам или миллиардам циклов в секунду.

Представьте волны на пляже. В безветренные дни волны небольшие и приходят медленно. В ветреный день волны обладают большей энергией, набегают быстрее и имеют меньшее расстояние между собой. Более высокая энергия, более высокая частота, более короткая длина волны. В отличие от океанских волн, электромагнитные волны распространяются со скоростью света. Поскольку их скорость постоянна, их длина волны и частота обратно пропорциональны. Когда длина волны увеличивается, частота уменьшается. Если перемножить длину волны и частоту, всегда будет получаться одно и то же значение — скорость света, предел скорости Вселенной.

Вы можете изобразить все различные виды электромагнитных волн, с наименьшей энергией слева и с самой высокой энергией справа. Мы называем это электромагнитным спектром. Я не буду описывать весь электромагнитный спектр, так как нас в основном интересуют микроволны Wi-Fi и то, как мы можем использовать их для беспроводной передачи данных.

Начиная слева, у нас есть низкоэнергетические волны, которые мы называем радио. Есть разные мнения, но я придерживаюсь определения из Википедии, согласно которому радиоволны охватывают диапазон частот от 30 Гц до 300 ГГц. По сравнению с остальным спектром, длины волн радио длинные, их частота медленная, а энергия низкая. Получив энергию от радиоволн, мы получили микроволны.

Микроволны относятся к более широкой категории радиоволн и имеют диапазон частот от 300 МГц до 300 ГГц. Как минимум, микроволны охватывают диапазон от 3 до 30 ГГц. Конкретный диапазон зависит от того, кого вы спрашиваете, но обычно вы можете думать о микроволнах как о высокоэнергетических радиоволнах. [4] Микроволны используются в микроволновых печах, Bluetooth, Wi-Fi, 4G или 5G-соединении вашего мобильного телефона и многих других беспроводных передачах данных. Их более высокая энергия, более короткая длина волны и другие свойства делают их более подходящими для передачи данных с высокой пропускной способностью, чем традиционные радиоволны меньшей мощности.

Все волны можно модулировать, изменяя амплитуду (силу), частоту или фазу волны. Именно это позволяет Wi-Fi и любой другой беспроводной технологии кодировать данные в беспроводном сигнале.

Передача по проводной сети

Прежде чем мы рассмотрим, как работает беспроводная передача данных, нам нужно понять, как работает проводная передача данных. В проводных сетях Ethernet мы используем медные внутренние кабели Ethernet для передачи электрических сигналов. Проводящая медь передает электрический ток, подаваемый с одного конца, по проводу на другой конец.

Типичным примером может служить ПК, подключенный к коммутатору Ethernet. Если ПК хочет передать информацию, он преобразует двоичные цифры в электрические импульсы. Вкл, выкл, вкл, выкл. Он отправляет определенный шаблон из 1 и 0 по проводу, который принимается на другом конце. Ethernet — соседняя улица сетевого мира. Он отлично подходит для передвижения по окрестностям, но вам придется прыгать по шоссе, если вы хотите ехать дальше.

Верхней дорогой в мире сетей являются оптоволоконные кабели. Точно так же, как Ethernet передает электрический ток, мы можем сделать то же самое с лазерами и оптоволоконными кабелями. Волоконно-оптические кабели сделаны из гибкого стекла и обеспечивают путь для передачи света. Поскольку для волоконной оптики требуются лазеры, на каждом конце требуются специальные приемопередатчики. Преимущество оптоволоконных кабелей по сравнению с Ethernet заключается в большей дальности действия и большей пропускной способности.

По оптоволоконным кабелям проходит большая часть глобального интернет-трафика. У нас есть широкий спектр волоконно-оптических кабелей по суше и по морю. Именно эти связи позволяют вам общаться с кем-то на другом конце страны или на другом конце мира. Это возможно, потому что эти передачи происходят со скоростью света.

Вот где все становится весело. Точно так же, как Ethernet и оптоволоконные кабели передают электрический импульс или луч света из точки А в точку Б, мы можем сделать то же самое с радиоприемниками, антеннами и радиоволнами.

Радиостанции, антенны и беспроводные сети

Теперь, когда у нас есть общее представление об электромагнитных волнах и проводной передаче данных, как мы можем передавать данные по беспроводной сети? Ключ - антенна. Антенны преобразуют электричество в радиоволны, а радиоволны в электричество. Обычная антенна состоит из двух металлических стержней, соединенных с приемником или передатчиком.

При передаче радио подает переменный электрический ток на антенну, а антенна излучает энергию в виде электромагнитных волн. При приеме антенна меняет этот процесс на противоположный. Он перехватывает часть мощности радиоволн для создания электрического тока, который подается на приемник и усиливается. Приемные антенны улавливают часть исходного сигнала, поэтому для успешной беспроводной передачи важны расстояние, конструкция антенны и усиление.

Если у вас есть правильно настроенная мощная антенна, вы можете передавать сигнал на тысячи километров или даже в космос. Это не только Wi-Fi, это то, что заставляет работать спутники, радары, радио и телевизионные передачи. Довольно круто, правда?

Вы когда-нибудь задумывались над тем, как именно электронная почта или потоковое видео попадают на ваш смартфон или планшет так быстро, без проблем и в режиме реального времени? Это Wi-Fi в действии. На этой неделе Tech Talker расскажет о технологиях, лежащих в основе беспроводных устройств.

Был ли у вас когда-нибудь такой момент, когда вы отступаете и думаете о том, как на самом деле работает то, что вы используете каждый день? А точнее, задумывались ли вы когда-нибудь, как, черт возьми, компьютеры взаимодействуют по беспроводной сети?

Ну, это именно тот вопрос, который мы собираемся решить в сегодняшнем подкасте.

Что такое Wi-Fi?
Во-первых, давайте рассмотрим некоторые основы. WiFi расшифровывается как Wireless Fidelity и означает то же самое, что и WLAN, расшифровывающееся как «Беспроводная локальная сеть».

WiFi работает по тому же принципу, что и другие беспроводные устройства: он использует радиочастоты для передачи сигналов между устройствами. Радиочастоты полностью отличаются от раций, автомобильных радиоприемников, мобильных телефонов и метеорологических радиостанций. Например, ваша автомобильная стереосистема принимает частоты в диапазоне килогерц и мегагерц (станции AM и FM), а Wi-Fi передает и принимает данные в диапазоне гигагерц.

Герц (Гц) — это просто единица измерения частоты. Допустим, вы стоите на пирсе и наблюдаете, как набегают волны. Когда вы смотрите вниз на волны, вы можете видеть, как гребень каждой волны катится мимо. Если вы посчитаете, сколько секунд между каждым гребнем волны, это будет частота волн. Таким образом, если бы время между каждым гребнем составляло 1 секунду, это означало бы, что частота волны составляет 1 герц или один цикл в секунду.

Сравнивая морские волны с МГц и ГГц, эти волны движутся в воздухе со скоростью 1 миллион и 1 миллиард циклов в секунду! И чтобы получать информацию, содержащуюся в этих волнах, ваш радиоприемник должен быть настроен на прием волн определенной частоты.

Для WiFi эта частота составляет 2,4 ГГц и 5 ГГц. Эти волны очень похожи на частоту вашей микроволновой печи! Ваша микроволновая печь использует частоту 2,450 ГГц для разогрева пищи, а маршрутизатор использует частоту от 2,412 ГГц до 2,472 ГГц для передачи данных по Wi-Fi. Вот почему у некоторых людей со старыми или неисправными микроволновыми печами возникают проблемы с сигналом Wi-Fi, когда они пытаются приготовить попкорн.

Просто чтобы прояснить распространенное заблуждение: эти микроволны не являются ионизирующим излучением. Это означает, что они не вызывают рак. Дети, микроволновки не сделают вас радиоактивными и не светятся в темноте!

Как работает Wi-Fi? Где это началось? Что это значит? Wi-Fi играет важную роль в нашей повседневной жизни.

Калам Макклелланд

Ах, хороший старый Wi-Fi. От помощи нам в снижении счета за телефон (кроме марта, черт возьми) до разрешения использования наших ноутбуков/планшетов/и т. д. Для подключения к Интернету Wi-Fi — это вездесущий спутник, которого мы все знаем и любим.

WiFi также полезен для некоторых приложений IoT (подождите, что такое IoT?), таких как автоматизация зданий и дома или управление энергопотреблением дома. Для многих других IoT-приложений Wi-Fi абсолютно бесполезен.

Учитывая важность Wi-Fi для нашей повседневной жизни и для некоторых приложений Интернета вещей, вот 8 интересных фактов о WiFi, о которых вы не знали!

1) Wi-Fi запущен на Гавайях

По крайней мере, так было у первых предшественников Wi-Fi. ALOHAnet – это новаторская компьютерная сетевая система, разработанная в Гавайском университете, которая стала первой публичной демонстрацией беспроводной сети пакетной передачи данных.

Это было в 1971 году. Лишь 20 лет спустя корпорации NCR и AT&T изобрели WaveLAN, которая считается настоящим предшественником WiFi. Затем, в 1997 году, была выпущена первая версия беспроводного протокола IEEE 802.11.

«Но подождите, — скажете вы, — что такое беспроводной протокол IEEE 802.11?»

2) Wi-Fi = IEEE 802.11

Когда любые две машины взаимодействуют друг с другом, им нужны определенные стандарты и протоколы, чтобы они могли обмениваться данными. IEEE 802.11 — это набор стандартов, определяющих связь для беспроводных локальных сетей (при этом IEEE означает Институт инженеров по электротехнике и электронике).

Как вы, наверное, уже подумали про себя, "IEEE 802.11" это:

Поэтому в 1999 году была нанята консалтинговая фирма Interbrand, которая помогала продвигать эту технологию потребителям, предоставив нам "Wi-Fi".

Interbrand также создала логотип WiFi, который представляет Инь и Ян, чтобы обозначить совместимость всех продуктов, сертифицированных для WiFi.

Так что же все-таки означает Wi-Fi?

3) WiFi НЕ расшифровывается как «Wireless Fidelity»

Вопреки распространенному мнению, Wi-Fi не означает беспроводную точность. Это заблуждение возникло из-за раннего рекламного слогана «Стандарт качества беспроводной связи».

На самом деле Wi-Fi ничего не означает.

Кроме того, по данным Альянса Wi-Fi (созданного в 1999 году как торговая ассоциация для владения торговой маркой Wi-Fi), официально используется термин Wi-Fi. Альянс Wi-Fi не одобряет термины «WiFi», «Wifi» или «wifi».

Но я предпочитаю Wi-Fi, поэтому в этой статье я буду использовать его. Я знаю, я знаю, я довольно плохой мальчик. Ваш ход, WiFi Alliance.

Хорошо, теперь вы знаете все основы WiFi, но как работает WiFi?

4) WiFi использует радиоволны

Как вы, возможно, помните из уроков естествознания, радиоволны — это форма электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение включает в себя все: от гамма-лучей до видимого света и радиоволн.

Ваш ноутбук/планшет/и т. д. использует беспроводной адаптер для преобразования данных в радиосигнал и передачи этого сигнала с помощью антенны. Эти радиоволны исходят от антенны и принимаются вашим беспроводным маршрутизатором. Этот беспроводной маршрутизатор затем преобразует радиоволны обратно в данные, а затем отправляет эти данные в Интернет, используя физическое соединение. Чтобы получить данные из Интернета на свой ноутбук/планшет/и т. д., просто выполните обратный процесс.

На высоком уровне так работает вся беспроводная связь. Однако WiFi имеет несколько заметных отличий от других беспроводных технологий. Например…

5) Wi-Fi передает на частотах 2,4 ГГц или 5 ГГц

Эти частоты намного выше, чем частоты, используемые для сотовой связи. Более высокая частота означает, что сигналы могут передавать больше данных.

Однако все формы беспроводной связи представляют собой компромисс между энергопотреблением, радиусом действия и пропускной способностью. Таким образом, в обмен на высокую скорость передачи данных Wi-Fi потребляет много энергии и не имеет большого радиуса действия.

«Хм», — думаете вы про себя, «мне показалось, что я это слышал…»

6) WiFi может передавать до 260 миль!

Это правда, Шведское космическое агентство передало данные на расстояние 420 км на стратостат с помощью Wi-Fi. Но это было с нестандартным WiFi оборудованием и усилителями на 6 ватт. И, конечно же, никаких физических препятствий на пути сигнала.

Дальность действия обычного маршрутизатора Wi-Fi намного меньше и зависит от ряда факторов. Диапазон может зависеть от антенны, отражения и преломления, а также выходной мощности радио.

Обычно диапазон составляет около 100 футов, так почему вы не можете получить сигнал, когда стоите в соседней комнате?

Это может быть физический барьер. Радиоволны проходят через большинство материалов, но могут блокироваться или поглощаться материалами, проводящими электричество.Вода проводит электричество, а это означает, что наши тела могут создавать помехи для WiFi. Но не пугайтесь, радиоволны не повреждают клетки.

Это также может быть помехой. Поскольку Wi-Fi использует радиоволны (а источников радиоволн очень много, включая космос), эти волны могут сталкиваться друг с другом и мешать сигналу. На самом деле ваша микроволновая печь работает в диапазоне частот 2,4 ГГц, а это означает, что она может создавать помехи для вашего Wi-Fi, в зависимости от того, какой у вас тип Wi-Fi (2,4 ГГц или 5 ГГц).

7) Существует много видов Wi-Fi

Ранее вы узнали, что означает 802.11, но на самом деле было несколько новых версий, начиная с оригинальной в 1997 году:

802.11а
802.11b
802.11g
802.11n
и 802.11ac

У каждого из этих стандартов есть свои плюсы и минусы, связанные со скоростью передачи данных, помехами сигнала от внешних источников и стоимостью. Стоимость является фактором, поскольку для разных стандартов требуется разное оборудование, хотя новые версии создаются с учетом обратной совместимости со старыми версиями.

Однако независимо от типа WiFi…

8) Wi-Fi не подходит для большинства приложений Интернета вещей

Существует бесчисленное множество приложений Интернета вещей, и многие из них включают в себя небольшие датчики или устройства, которые должны работать от батареи в течение месяцев или даже лет. Этим датчикам и устройствам не нужно отправлять массу данных, может быть, всего несколько байтов здесь или там. Им также необходимо отправлять эти данные в милях, а не в футах.

Как упоминалось выше, Wi-Fi может передавать большие объемы данных за счет высокого энергопотребления и малого радиуса действия. Если у вас в поле тысячи датчиков, Wi-Fi не лучший вариант.

WiFi может быть полезен для приложений Интернета вещей, которым не нужно беспокоиться об утечке энергии (например, устройствам, подключенным к розетке), которым необходимо отправлять много данных (например, видео) и которым не нужно высокий диапазон. Хорошим примером может служить домашняя система безопасности.

Однако для большинства других IoT-приложений есть лучшие варианты подключения, такие как Bluetooth, маломощные глобальные сети (LPWAN) или сотовая связь IoT.

При этом существует два стандарта Wi-Fi, которые были разработаны или разрабатываются специально для Интернета вещей. WiFi HaLow (802.11ah) и HEW (802.11ax).

WiFi HaLow был утвержден в 2016 году и предназначен для решения проблем с радиусом действия и питанием для приложений Интернета вещей. HEW (High Efficiency Wireless) – это новый стандарт, основанный на HaLow и добавляющий дополнительные функции, удобные для Интернета вещей.

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам.

Wi-Fi стал неотъемлемой частью нашей стремительной повседневной жизни. Благодаря Wi-Fi нам больше не нужно привязываться к Интернету с помощью кабелей. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как это работает?

Wi-Fi использует радиоволны для передачи информации между вашим устройством и маршрутизатором через определенные частоты. В зависимости от объема отправляемых данных могут использоваться две частоты радиоволн: 2,4 гигагерца и 5 гигагерц. Что это значит? Ну, герц - это просто измерение частоты. Например, допустим, вы сидите на пляже и наблюдаете, как волны разбиваются о берег. Если бы вы измеряли время между каждым ударом волны, вы бы измеряли частоту волн. Один герц — это частота одной волны в секунду. С другой стороны, один гигагерц равен одному миллиарду волн в секунду. (Слава богу, пляжи не такие, наверное, там не слишком расслабляешься.) Чем выше частота, тем больше объем данных, передаваемых в секунду.

Две частоты Wi-Fi разделены на несколько каналов, чтобы предотвратить высокий трафик и помехи. Когда дело доходит до обмена данными по этим каналам, тут-то и происходит волшебство — ну, компьютерная наука. Первый шаг в этом процессе инициируется вами (пользователем). Когда вы выходите в Интернет на своем устройстве, оно преобразует запрошенную вами информацию в двоичный код, язык компьютеров. Все, что делают компьютеры, основано на двоичном коде, последовательности 1 и 0. Когда вы нажимаете на эту статью, ваш запрос преобразуется в кучу 1 и 0. Если вы используете Wi-Fi, эти 1 и 0 преобразуются в частоты волн микросхемой Wi-Fi, встроенной в ваше устройство. Частоты проходят по радиоканалам, упомянутым ранее, и принимаются маршрутизатором Wi-Fi, к которому подключено ваше устройство. Затем маршрутизатор преобразует частоты обратно в двоичный код и переводит код в запрошенный вами интернет-трафик, а маршрутизатор получает эти данные через проводной интернет-кабель. Процесс повторяется до тех пор, пока вы не загрузите эту статью или что-нибудь, что требует Интернета.Все это происходит невероятно быстро; большинство маршрутизаторов работают со скоростью 54 Мбит/с (мегабит в секунду). Это означает, что когда такие маршрутизаторы преобразуют и передают двоичные данные, за одну секунду принимается или отправляется 54 миллиона единиц и нулей.

Было время, когда Wi-Fi можно было найти только в определенных аэропортах, кафе или отелях. В настоящее время беспроводные сети, также называемые сетями Wi-Fi или 802.11, есть практически в каждом доме и офисе. Многие города также используют эту технологию для предоставления жителям бесплатного или недорогого доступа в Интернет.

Wi-Fi имеет множество преимуществ. Беспроводные сети просты в настройке и недороги. Они также ненавязчивы — если вы не ищете место для потокового просмотра фильмов на своем планшете, вы можете даже не заметить, когда находитесь в горячем месте. В этой статье мы рассмотрим технологию, позволяющую передавать информацию по воздуху. Мы также рассмотрим, что нужно для создания беспроводной сети в вашем доме.

Во-первых, давайте рассмотрим несколько основ WiFi.

Беспроводная сеть использует радиоволны так же, как сотовые телефоны, телевизоры и радиоприемники. На самом деле связь по беспроводной сети очень похожа на двустороннюю радиосвязь. Вот что происходит:

Беспроводной адаптер компьютера преобразует данные в радиосигнал и передает его с помощью антенны.
Беспроводной маршрутизатор получает сигнал и декодирует его. Маршрутизатор отправляет информацию в Интернет, используя физическое проводное подключение к сети Ethernet.

Этот процесс работает и в обратном порядке: маршрутизатор получает информацию из Интернета, преобразует ее в радиосигнал и отправляет на беспроводной адаптер компьютера.

Радиоустройства, используемые для связи по Wi-Fi, очень похожи на радиоустройства, используемые для раций, мобильных телефонов и других устройств. Они могут передавать и принимать радиоволны, а также преобразовывать 1 и 0 в радиоволны и преобразовывать радиоволны обратно в 1 и 0. Но у WiFi-радиостанций есть несколько заметных отличий от других радиостанций:

Они передают на частотах 2,4 ГГц или 5 ГГц. Эта частота значительно выше частот, используемых в сотовых телефонах, рациях и телевизорах. Более высокая частота позволяет сигналу передавать больше данных.
Подключения на частоте 2,4 ГГц в настоящее время считаются несколько устаревшими, поскольку они обеспечивают более низкую скорость передачи данных, чем 5 ГГц. Однако диапазон 2.4 продолжает использоваться, потому что более низкая частота может распространяться на несколько сотен футов. В идеальных условиях диапазон 5 ГГц имеет максимальную дальность около 200 футов (61 метр), но в реальном мире он гораздо более подвержен помехам от стен, дверей и других объектов. Диапазон 2,4 может быть быстрее для пользователя, подключенного к маршрутизатору в нескольких комнатах, а диапазон 5 ГГц определенно будет быстрее для близкого соединения.

WiFi использует сетевые стандарты 802.11, которые бывают нескольких разновидностей и развивались на протяжении десятилетий:

802.11b (представленный в 1999 г.) — самый медленный и недорогой стандарт. На какое-то время его стоимость сделала его популярным, но теперь он менее распространен, поскольку более быстрые стандарты становятся менее дорогими. 802.11b передает в полосе частот 2,4 ГГц радиоспектра. Он может обрабатывать до 11 МБ данных в секунду и использует модуляцию с дополнительной кодовой манипуляцией (CCK) для повышения скорости.
802.11a (введенный после 802.11b) передает на частоте 5 ГГц и может передавать до 54 мегабит данных в секунду. Он использует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM), более эффективный метод кодирования, который разделяет этот радиосигнал на несколько подсигналов, прежде чем они достигнут приемника. Это значительно уменьшает помехи.
802.11g передает на частоте 2,4 ГГц, как и 802.11b, но намного быстрее — может обрабатывать до 54 мегабит данных в секунду. 802.11g быстрее, поскольку использует то же кодирование OFDM, что и 802.11a.
802.11n (представленный в 2009 г.) обратно совместим с a, b и g. Он значительно улучшил скорость и дальность полета по сравнению со своими предшественниками. Например, хотя 802.11g теоретически передает 54 мегабита данных в секунду, он достигает реальной скорости около 24 мегабит данных в секунду из-за перегрузки сети. Однако, как сообщается, 802.11n может достигать скорости до 140 мегабит в секунду. 802.11n может передавать до четырех потоков данных, каждый со скоростью не более 150 мегабит в секунду, но большинство маршрутизаторов допускают только два или три потока.
802.11ac появился примерно в 2014 году и работает исключительно на частоте 5 ГГц. 802.11ac обратно совместим с 802.11n (и, следовательно, с остальными тоже), с n в диапазоне 2,4 ГГц и ac в диапазоне 5 ГГц. Он менее подвержен помехам и намного быстрее, чем его предшественники, обеспечивая максимальную скорость 450 мегабит в секунду в одном потоке, хотя реальные скорости могут быть ниже. Как и 802.11n, он допускает передачу по нескольким пространственным потокам — до восьми опционально.Иногда его называют 5G из-за его частотного диапазона, иногда Gigabit WiFi из-за того, что он может превысить гигабит в секунду для нескольких потоков, а иногда по той же причине очень высокой пропускной способности (VHT).
802.11ax, также известный как WiFi 6, появился в отрасли в 2019 году. Этот стандарт расширяет возможности 802.11ac несколькими ключевыми способами. Во-первых, новые маршрутизаторы обеспечивают еще более высокую скорость передачи данных — до 9,2 Гбит/с (гигабит в секунду). WiFi 6 также позволяет производителям устанавливать гораздо больше антенн на один маршрутизатор, принимая несколько подключений одновременно, не беспокоясь о помехах и замедлении. Некоторые новые устройства также подключаются к более высокому диапазону 6 ГГц, что примерно на 20 % быстрее, чем 5 ГГц в идеальных условиях.
Предполагается, что к 2024 году стандартом станет стандарт 802.11be (или Wi-Fi 7). Он должен обеспечивать еще большую дальность действия, большее количество подключений и более высокую скорость передачи данных, чем любая из предыдущих версий.

Другие стандарты 802.11 ориентированы на конкретные приложения беспроводных сетей, такие как глобальные сети (WAN) внутри транспортных средств или технологии, позволяющие беспрепятственно переходить из одной беспроводной сети в другую.

Радиоустройства WiFi могут передавать данные в любом диапазоне частот. Или они могут быстро «прыгать по частоте» между разными диапазонами. Скачкообразная перестройка частоты помогает уменьшить помехи и позволяет нескольким устройствам одновременно использовать одно и то же беспроводное соединение.

Если у всех есть беспроводные адаптеры, несколько устройств могут использовать один маршрутизатор для подключения к Интернету. Это соединение удобно, практически незаметно и достаточно надежно; однако, если маршрутизатор выйдет из строя или слишком много людей попытаются использовать приложения с высокой пропускной способностью одновременно, пользователи могут столкнуться с помехами или потерять соединение, хотя более новые и более быстрые стандарты, такие как 802.11ax, помогут с этим.

Далее мы рассмотрим, как подключиться к Интернету через точку доступа Wi-Fi.

Возможно, вам интересно, почему люди называют Wi-Fi сетью 802.11. Обозначение 802.11 было присвоено Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE). IEEE устанавливает стандарты для ряда технологических протоколов и использует систему нумерации для классификации этих стандартов.

Благодаря Wi-Fi люди могут работать везде, где есть сигнал, например в этой кофейне. Изображения Морсы/Getty Images

Точка доступа Wi-Fi – это просто область с доступной беспроводной сетью. Этот термин чаще всего используется для обозначения беспроводных сетей в общественных местах, таких как аэропорты и кафе. Некоторые из них бесплатны, а некоторые требуют платы за использование, но в любом случае они могут быть удобны, когда вы находитесь в пути. Вы даже можете создать собственную мобильную точку доступа, используя мобильный телефон или внешнее устройство, которое может подключаться к сотовой сети. И вы всегда можете настроить сеть Wi-Fi дома.

Если вы хотите воспользоваться общедоступными точками доступа Wi-Fi или собственной домашней сетью, первое, что вам нужно сделать, это убедиться, что ваш компьютер оснащен нужным оборудованием. Большинство новых ноутбуков и многие новые настольные компьютеры поставляются со встроенными беспроводными передатчиками, и почти все мобильные устройства поддерживают Wi-Fi. Если ваш компьютер еще не оборудован, вы можете приобрести беспроводной адаптер, который подключается к разъему для карты ПК или порту USB. Настольные компьютеры могут использовать USB-адаптеры, или вы можете купить адаптер, который вставляется в разъем PCI внутри корпуса компьютера. Многие из этих адаптеров могут использовать более одного стандарта 802.11.

После установки беспроводного адаптера и драйверов, обеспечивающих его работу, ваш компьютер сможет автоматически обнаруживать существующие сети. Это означает, что когда вы включаете компьютер в точке доступа Wi-Fi, компьютер информирует вас о том, что сеть существует, и спрашивает, хотите ли вы подключиться к ней. Если у вас старый компьютер, вам может понадобиться программа для обнаружения беспроводной сети и подключения к ней.

Возможность подключения к Интернету в общедоступных точках доступа чрезвычайно удобна. Беспроводные домашние сети также удобны. Они позволяют легко подключать несколько компьютеров и перемещать их с места на место без отключения и повторного подключения проводов. В следующем разделе мы рассмотрим, как создать домашнюю беспроводную сеть.

Построение беспроводной сети

Смартфоны, планшеты, смарт-телевизоры и ноутбуки получают доступ к Интернету с помощью маршрутизатора (на фото устройство с двумя антеннами). пиктафолио/Getty Images

Если в вашей домашней сети уже есть несколько компьютеров, вы можете создать беспроводную сеть с беспроводной точкой доступа. Если у вас есть несколько компьютеров, не объединенных в сеть, или если вы хотите заменить сеть Ethernet, вам понадобится беспроводной маршрутизатор. Это единый модуль, который содержит:

порт для подключения к кабельному или DSL-модему
маршрутизатор
концентратор Ethernet
брандмауэр
беспроводная точка доступа

Беспроводной маршрутизатор позволяет использовать беспроводные сигналы или кабели Ethernet для подключения компьютеров и мобильных устройств друг к другу, к принтеру и к Интернету. Большинство маршрутизаторов обеспечивают покрытие примерно на 100 футов (30,5 м) во всех направлениях, хотя стены и двери могут блокировать сигнал. Если ваш дом очень большой, вы можете купить недорогие усилители или ретрансляторы, чтобы увеличить радиус действия маршрутизатора.

Как и в случае с беспроводными адаптерами, многие маршрутизаторы могут использовать более одного стандарта 802.11. Обычно маршрутизаторы 802.11n немного дешевле других, но поскольку этот стандарт устарел, они также медленнее, чем 802.11ac или 802.11ax.

После того как вы подключите маршрутизатор, он должен начать работать с настройками по умолчанию. Большинство маршрутизаторов позволяют использовать веб-интерфейс для изменения настроек. Вы можете выбрать:

Имя сети, известное как идентификатор набора услуг (SSID). По умолчанию обычно используется название производителя.
Канал, который использует маршрутизатор. Большинство маршрутизаторов по умолчанию используют канал 6. Если вы живете в квартире и ваши соседи также используют 6-й канал, у вас могут возникнуть помехи. Переключение на другой канал должно устранить проблему.
Параметры безопасности вашего маршрутизатора. Многие маршрутизаторы используют стандартную общедоступную систему входа, поэтому рекомендуется установить собственное имя пользователя и пароль.

Безопасность является важной частью домашней беспроводной сети, а также общедоступных точек доступа Wi-Fi. Если вы настроите маршрутизатор на создание открытой точки доступа, любой, у кого есть беспроводная карта, сможет использовать ваш сигнал. Однако большинство людей предпочитают держать незнакомцев подальше от своей сети. Для этого необходимо принять некоторые меры предосторожности.

Также важно убедиться, что ваши меры безопасности актуальны. Мера безопасности Wired Equivalency Privacy (WEP) когда-то была стандартом безопасности WAN. Идея WEP заключалась в создании платформы безопасности беспроводной сети, которая сделала бы любую беспроводную сеть такой же безопасной, как традиционная проводная сеть. Но хакеры обнаружили уязвимости в подходе WEP, и сегодня легко найти приложения и программы, которые могут скомпрометировать глобальную сеть с защитой WEP. На смену ему пришла первая версия защищенного доступа Wi-Fi (WPA), которая использует шифрование протокола целостности временного ключа (TKIP) и представляет собой шаг вперед по сравнению с WEP, но также больше не считается безопасным.

Чтобы сохранить конфиденциальность вашей сети, вы можете использовать один или несколько из следующих методов:

Защищенный доступ к WiFi версии 2 (WPA2) является преемником WEP и WPA и теперь является рекомендуемым стандартом безопасности для сетей Wi-Fi. Он использует шифрование TKIP или Advanced Encryption Standard (AES), в зависимости от того, что вы выберете при настройке. AES считается самым безопасным. Как и в случае с WEP и первоначальным WPA, безопасность WPA2 включает в себя вход с паролем. Публичные точки доступа либо открыты, либо используют любой из доступных протоколов безопасности, включая WEP, поэтому будьте осторожны при подключении вне дома. WiFi Protected Setup (WPS), функция, которая привязывает жестко заданный PIN-код к маршрутизатору и упрощает настройку, по-видимому, создает уязвимость, которой могут воспользоваться хакеры, поэтому вы можете отключить WPS, если это возможно, или изучить маршрутизаторы. у которых нет этой функции.
WPA3 был выпущен в 2018 году и стал стандартом безопасности с 2020 года. Он направлен на устранение некоторых уязвимостей в WPA2 путем применения гораздо более сложного шифрования как на стороне маршрутизатора, так и на стороне клиента соединения. Это шифрование также меняется со временем, а это означает, что если хакеру удалось получить доступ к несанкционированному соединению в какой-то момент времени, он снова будет заблокирован при следующей попытке подключения. Устройства с поддержкой WPA3 также могут добавлять шифрование на стороне клиента при использовании открытых общедоступных сетей.
Стоит отметить, что независимо от того, насколько безопасна беспроводная сеть, наверняка найдутся методы взлома, которые могут быть использованы хакерами. Когда речь идет о конфиденциальных правительственных или корпоративных данных, более безопасной альтернативой является простое проводное соединение. Чтобы получить доступ к беспроводной сети или шпионить за ней, хакер должен находиться в пределах физической досягаемости маршрутизатора, поэтому вероятность домашних атак маловероятна.
Фильтрация адресов управления доступом к среде (MAC) немного отличается от WEP, WPA или WPA2. Он не использует пароль для аутентификации пользователей — он использует физическое оборудование компьютера. Каждый компьютер имеет свой уникальный MAC-адрес. Фильтрация MAC-адресов разрешает доступ к сети только машинам с определенными MAC-адресами. При настройке маршрутизатора необходимо указать, какие адреса разрешены. Если вы покупаете новый компьютер или посетители вашего дома хотят использовать вашу сеть, вам необходимо добавить MAC-адреса новых компьютеров в список утвержденных адресов. Система не является надежной. Умный хакер может подделать MAC-адрес, то есть скопировать известный MAC-адрес, чтобы обмануть сеть, что компьютер, который он или она использует, принадлежит к сети.

Вы также можете изменить другие настройки маршрутизатора для повышения безопасности. Например, вы можете настроить его так, чтобы блокировать запросы WAN, чтобы маршрутизатор не отвечал на IP-запросы от удаленных пользователей, установить ограничение на количество устройств, которые могут подключаться к вашему маршрутизатору, и даже отключить удаленное администрирование, чтобы только компьютеры, подключенные непосредственно к ваш маршрутизатор может изменить настройки вашей сети. Вам также следует изменить идентификатор набора служб (SSID), который является вашим сетевым именем, на что-то отличное от значения по умолчанию, чтобы хакеры не могли сразу определить, какой маршрутизатор вы используете. И выбор надежного пароля никогда не помешает.

Беспроводные сети легко и недорого настроить, а веб-интерфейсы большинства маршрутизаторов говорят сами за себя. Дополнительные сведения о настройке и использовании беспроводной сети см. по следующим ссылкам.

Читайте также: