Беспроводные локальные сети Wi-Fi: история и развитие

Wi-Fi: беспроводные сети по стандарту IEEE 802.11 для доступа в интернет и обмена данными. Маршрутизаторы, точки доступа, сертификация Wi-Fi Alliance.

34 мин чтения

100%

Источник: Wi-Fi — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Беспроводная локальная сеть

Wi-Fi (/w//aɪ//f//aɪ/) – это семейство протоколов беспроводных сетей, основанных на семействе стандартов IEEE 802.11, которые обычно используются для организации локальных сетей устройств и доступа в Интернет, позволяя находящимся поблизости цифровым устройствам обмениваться данными по радиоволнам. Это наиболее распространенные компьютерные сети, используемые во всем мире в домашних и малых офисных сетях для подключения устройств и обеспечения доступа в Интернет через беспроводные маршрутизаторы и беспроводные точки доступа в общественных местах, таких как кафе, гостиницы, библиотеки и аэропорты, для удобства посетителей. Wi-Fi является товарным знаком Wi-Fi Alliance, который ограничивает использование термина "Wi-Fi Certified" (сертифицированный Wi-Fi) для продуктов, успешно прошедших тестирование на совместимость. Оборудование, не соответствующее стандартам, называется просто WLAN и может либо работать, либо не работать с устройствами, имеющими сертификацию Wi-Fi. По состоянию на 2017 год в альянс Wi-Fi входило более 800 компаний со всего мира. По состоянию на 2019 год ежегодно по всему миру поставляется более 3,05 миллиарда устройств с поддержкой Wi-Fi.

История

В 1985 году Федеральная комиссия по связи США выделила части диапазонов ISM для нелицензируемого использования в целях связи. Эти частотные диапазоны включают те же диапазоны 2,4 ГГц, которые используются таким оборудованием, как микроволновые печи, и, следовательно, подвержены воздействию помех. Впоследствии они оба были включены в Зал славы Wi-Fi NOW. В 1989 году в Австралии группа ученых начала работу над технологией беспроводных локальных сетей. В 1992 году группой исследователей из Радиофизического отдела CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) в Австралии под руководством Джона О’Салливана был разработан прототип тестовой среды для беспроводной локальной сети (WLAN). Первая версия протокола 802.11 была выпущена в 1997 году и обеспечивала скорость передачи данных до 2 Мбит/с. В 1999 году она была обновлена до 802.11b, что позволило достичь скорости передачи данных 11 Мбит/с. В 1999 году была создана Wi-Fi Alliance как торговая ассоциация для владения товарным знаком Wi-Fi, под которым продается большинство продуктов IEEE 802.11. Значительный коммерческий прорыв произошел, когда компания Apple Inc. внедрила Wi-Fi в свою серию ноутбуков iBook в 1999 году. Это было осуществлено в сотрудничестве с той же группой, которая помогла создать стандарт: Вик Хейс, Брюс Тух, Цис Линкс, Рич МакГинн и другие сотрудники Lucent. В 2000 году Radiata, группа австралийских ученых, связанных с CSIRO, впервые использовала стандарт 802.11a на чипах, подключенных к сети Wi-Fi. Австралия, Соединенные Штаты и Нидерланды одновременно заявляют о своем вкладе в изобретение Wi-Fi. Глобальный консенсус не достигнут, и этот вопрос является предметом споров. В 2009 году австралийскому CSIRO было выплачено 200 миллионов долларов США в качестве урегулирования патентных споров с 14 технологическими компаниями, а в 2012 году после судебного разбирательства с 23 компаниями было выплачено еще 220 миллионов долларов США. В 2016 году прототип тестовой среды WLAN, разработанный CSIRO, был выбран в качестве вклада Австралии в выставку «История мира в 100 предметах», проводимую в Национальном музее Австралии. Название Wi-Fi было придумано консалтинговой фирмой Interbrand. Wi-Fi Alliance наняла Interbrand для создания названия, которое было «немного более запоминающимся, чем 'IEEE 802.11b Direct Sequence'». Хотя Wi-Fi Alliance некоторое время после создания товарного знака использовала рекламный слоган «Стандарт для беспроводной связи», а Wi-Fi Alliance также называлась «Wireless Fidelity Alliance Inc.» в некоторых публикациях. IEEE является отдельной, но связанной организацией, и на ее веб-сайте указано: «Wi-Fi — это сокращенное название Wireless Fidelity». Другие технологии, предназначенные для фиксированных точек, включая Motorola Canopy, обычно называются фиксированной беспроводной связью. Альтернативные беспроводные технологии включают Zigbee, Z-Wave, Bluetooth и стандарты мобильной связи. Для подключения к сети Wi-Fi LAN компьютер должен быть оснащен беспроводным сетевым адаптером. Комбинация компьютера и адаптера называется станцией. Станции идентифицируются одним или несколькими MAC-адресами. Узлы Wi-Fi часто работают в инфраструктурном режиме, при котором вся связь осуществляется через базовую станцию. Режим ad hoc относится к устройствам, которые общаются непосредственно друг с другом, без использования точки доступа. Набор служб — это совокупность всех устройств, связанных с определенной сетью Wi-Fi. Устройства в наборе служб не обязательно должны использовать одни и те же диапазоны частот или каналы. Набор служб может быть локальным, независимым, расширенным, сетчатым или представлять собой их комбинацию. Каждый набор служб имеет связанный идентификатор — 32-байтовый идентификатор набора служб (SSID), который идентифицирует сеть. SSID настраивается в устройствах, входящих в состав сети. Базовый набор служб (BSS) — это группа станций, которые используют один и тот же беспроводной канал, SSID и другие настройки и подключены по беспроводной сети, обычно к одной и той же точке доступа. Каждый BSS идентифицируется MAC-адресом, называемым BSSID.

A 1985 ruling by the U. S. Federal Communications Commission released parts of the ISM bands for unlicensed use for communications. These frequency bands include the same 2.4 GHz bands used by equipment such as microwave ovens, and are thus subject to interference. They have both been subsequently inducted into the Wi Fi NOW Hall of Fame. In 1989 in Australia, a team of scientists began working on wireless LAN technology. A prototype test bed for a wireless local area network (WLAN) was developed in 1992 by a team of researchers from the Radiophysics Division of the CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) in Australia, led by John O'Sullivan. The first version of the 802.11 protocol was released in 1997, and provided up to 2 Mbit/s link speeds. This was updated in 1999 with 802.11b to permit 11 Mbit/s link speeds. In 1999, the Wi Fi Alliance formed as a trade association to hold the Wi Fi trademark under which most IEEE 802.11 products are sold. The major commercial breakthrough came with Apple Inc. adopting Wi Fi for their iBook series of laptops in 1999. This was in collaboration with the same group that helped create the standard: Vic Hayes, Bruce Tuch, Cees Links, Rich McGinn, and others from Lucent. In the year 2000, Radiata, a group of Australian scientists connected to the CSIRO, were the first to use the 802.11a standard on chips connected to a wi fi network. Australia, the United States and the Netherlands simultaneously claim the invention of Wi Fi. A consensus has not been reached globally and is a controversial topic. In 2009, the Australian CSIRO was awarded $200 million after a patent settlement with 14 technology companies, with a further $220 million awarded in 2012 after legal proceedings with 23 companies. In 2016, the CSIRO's WLAN prototype test bed was chosen as Australia's contribution to the exhibition A History of the World in 100 Objects held in the National Museum of Australia. was coined by the brand consulting firm Interbrand. The Wi Fi Alliance had hired Interbrand to create a name that was "a little catchier than 'IEEE 802.11b Direct Sequence'." although the Wi Fi Alliance did use the advertising slogan "The Standard for Wireless Fidelity" for a short time after the brand name was created, and the Wi Fi Alliance was also called the "Wireless Fidelity Alliance Inc." in some publications. IEEE is a separate, but related, organization and their website has stated "WiFi is a short name for Wireless Fidelity". Other technologies intended for fixed points, including Motorola Canopy, are usually called fixed wireless. Alternative wireless technologies include Zigbee, Z Wave, Bluetooth and mobile phone standards. To connect to a Wi Fi LAN, a computer must be equipped with a wireless network interface controller. The combination of a computer and an interface controller is called a station. Stations are identified by one or more MAC addresses. Wi Fi nodes often operate in infrastructure mode in which all communications go through a base station. Ad hoc mode refers to devices communicating directly with each other, without communicating with an access point. A service set is the set of all the devices associated with a particular Wi Fi network. Devices in a service set need not be on the same wavebands or channels. A service set can be local, independent, extended, mesh, or a combination. Each service set has an associated identifier, a 32 byte service set identifier (SSID), which identifies the network. The SSID is configured within the devices that are part of the network. A basic service set (BSS) is a group of stations that share the same wireless channel, SSID, and other settings that have wirelessly connected, usually to the same access point. Each BSS is identified by a MAC address called the BSSID.

Сертификация

IEEE не проводит тестирование оборудования на соответствие своим стандартам. Wi-Fi Alliance был основан в 1999 году для разработки и обеспечения соблюдения стандартов совместимости и обратной совместимости, а также для продвижения технологии беспроводных локальных сетей. Wi-Fi Alliance контролирует использование торговой марки Wi-Fi для технологий, основанных на стандартах IEEE 802.11, разработанных IEEE. Производители, являющиеся членами Wi-Fi Alliance, чья продукция проходит процесс сертификации, получают право маркировать ее логотипом Wi-Fi. В частности, процесс сертификации требует соответствия стандартам радио IEEE 802.11, стандартам безопасности WPA и WPA2, а также стандарту аутентификации EAP. Сертификация может опционально включать тестирование проектов стандартов IEEE 802.11, взаимодействие с технологиями сотовой связи в устройствах с объединенными функциями, а также функции, связанные с настройкой безопасности, мультимедиа и энергосбережением. Не все устройства Wi-Fi подвергаются сертификации. Отсутствие сертификации Wi-Fi не обязательно означает несовместимость устройства с другими устройствами Wi-Fi. Wi-Fi Alliance может как санкционировать, так и не санкционировать производные термины, такие как Super Wi-Fi, придуманные Федеральной комиссией по связи США (FCC) для описания предлагаемых сетей в диапазоне УВЧ телевидения в США.

Версии и поколения

Оборудование часто поддерживает несколько версий Wi-Fi. Для взаимодействия устройствам необходимо использовать общую версию Wi-Fi. Версии различаются по используемым радиочастотным диапазонам, ширине канала, максимальной скорости передачи данных и другим параметрам. Некоторые версии поддерживают использование нескольких антенн, что позволяет достичь более высокой скорости и снизить уровень помех. Ранее оборудование указывало поддерживаемые версии Wi-Fi, используя наименования стандартов IEEE. В 2018 году Wi-Fi Alliance представила упрощенную систему нумерации поколений Wi-Fi для обозначения оборудования, поддерживающего Wi-Fi 4 (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 отображаться в пользовательском интерфейсе при подключении вместе с уровнем сигнала. Многие университеты сотрудничают в предоставлении доступа Wi-Fi студентам и сотрудникам посредством международной инфраструктуры аутентификации Eduroam.

В целом по городу

В начале 2000-х годов многие города по всему миру объявили о планах по строительству городских сетей Wi-Fi. Существует множество успешных примеров; в 2004 году Майсур (Майсуру) стал первым в Индии городом, обеспечившим доступ к Wi-Fi. Компания WiFiyNet развернула в Майсуре точки доступа, охватывающие весь город и несколько близлежащих деревень. В 2005 году Сент-Клауд (St. Cloud), Флорида, и Саннивейл (Sunnyvale), Калифорния, стали первыми городами в Соединенных Штатах, предложившими бесплатный общегородской Wi-Fi (от MetroFi). Миннеаполис приносит своему поставщику ежегодную прибыль в размере 1,2 миллиона долларов. В мае 2010 года тогдашний мэр Лондона Борис Джонсон пообещал обеспечить покрытие Wi-Fi во всем Лондоне к 2012 году. К тому моменту несколько районов, включая Вестминстер и Ислингтон, уже имели широкое покрытие Wi-Fi на открытом воздухе. В 2014 году Нью-Йорк объявил о общегородской кампании по преобразованию старых телефонных будок в цифровые киоски. Проект под названием LinkNYC создал сеть киосков, которые служат общественными точками доступа Wi-Fi, экранами высокого разрешения и стационарными телефонами. Установка экранов началась в конце 2015 года. Городское правительство планирует установить более семи тысяч киосков, что в конечном итоге сделает LinkNYC крупнейшей и самой быстрой общедоступной, управляемой государством сетью Wi-Fi в мире. В Великобритании планируется аналогичный проект в крупных городах страны, а первая реализация будет осуществлена в лондонском районе Камден. Власти столицы Южной Кореи Сеуле приступили к предоставлению бесплатного доступа в Интернет в более чем 10 000 местах по всему городу, включая общественные пространства на открытом воздухе, основные улицы и густонаселенные жилые районы. Сеул планировал предоставить KT, LG Telecom и SK Telecom права аренды. Компании должны были инвестировать 44 миллиона долларов в проект, который должен был быть завершен в 2015 году.

Географическое расположение

Системы позиционирования Wi-Fi используют известные позиции точек доступа Wi-Fi для определения местоположения устройства. Они применяются, когда GPS не подходит из-за проблем, таких как помехи сигналу или медленное захват спутникового сигнала. Это включает в себя Assisted GPS, базы данных городских точек доступа и системы позиционирования внутри помещений. Позиционирование Wi-Fi основывается на измерении силы сигнала (RSSI) и создании радиоотпечатков. Параметры, такие как SSID и MAC-адрес, имеют решающее значение для идентификации точек доступа. Точность зависит от количества точек доступа вблизи, представленных в базе данных. Колебания сигнала могут приводить к ошибкам, которые можно уменьшить с помощью методов фильтрации шумов. Для задач, не требующих высокой точности, предлагается интегрировать данные Wi-Fi с географической и временной информацией. Стандарт IEEE 802.11az обещает дальнейшее повышение точности геолокации.

Обнаружение движения

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

Принципы работы

Станции Wi-Fi общаются, отправляя друг другу пакеты данных – блоки данных, передаваемые и доставляемые по радиоканалу. Как и в случае с любым радио, это осуществляется посредством модуляции и демодуляции несущих волн. Различные версии Wi-Fi используют разные методы: 802.11b использует расширение спектра с прямой последовательностью на одной несущей, в то время как 802.11a, Wi-Fi 4, 5 и 6 используют ортогональное частотное мультиплексирование. Как и в других локальных сетях IEEE 802, станции поставляются с глобально уникальным 48-битным MAC-адресом. MAC-адреса используются для указания как адресата, так и отправителя каждого пакета данных. При приеме передачи, приемник использует адрес назначения, чтобы определить, релевантна ли передача для данной станции или ее следует игнорировать. Сетевой интерфейс обычно не принимает пакеты, адресованные другим станциям Wi-Fi. Каналы используются в полудуплексном режиме и могут использоваться совместно несколькими сетями. При обмене данными по одному каналу, любая информация, отправленная одним компьютером, принимается всеми локально, даже если она предназначена только для одного адресата. Сетевая карта прерывает работу процессора только при получении релевантных пакетов, игнорируя информацию, не адресованную ей. Использование одного и того же канала также означает, что полоса пропускания данных разделяется: например, доступная полоса пропускания для каждого устройства уменьшается вдвое, когда две станции активно передают данные. Схема, известная как множественный доступ с предотвращением коллизий (CSMA/CA), определяет способ совместного использования каналов станциями. В рамках CSMA/CA станции пытаются избежать коллизий, начиная передачу только после того, как канал определен как свободный, но затем передают весь пакет данных целиком. CSMA/CA не может полностью исключить коллизии. Коллизия происходит, когда станция одновременно принимает сигналы от нескольких станций в канале. Это приводит к повреждению передаваемых данных и может потребовать повторной передачи. Потеря данных и повторная передача снижают пропускную способность, иногда значительно.

Wi Fi stations communicate by sending each other data packets, blocks of data individually sent and delivered over radio. As with all radio, this is done by the modulation and demodulation of carrier waves. Different versions of Wi Fi use different techniques, 802.11b uses direct sequence spread spectrum on a single carrier, whereas 802.11a, Wi Fi 4, 5 and 6 use orthogonal frequency division multiplexing. As with other IEEE 802 LANs, stations come programmed with a globally unique 48 bit MAC address. The MAC addresses are used to specify both the destination and the source of each data packet. On the reception of a transmission, the receiver uses the destination address to determine whether the transmission is relevant to the station or should be ignored. A network interface normally does not accept packets addressed to other Wi Fi stations. Channels are used half duplex and can be time shared by multiple networks. When communication happens on the same channel, any information sent by one computer is locally received by all, even if that information is intended for just one destination. The network interface card interrupts the CPU only when applicable packets are received: the card ignores information not addressed to it. The use of the same channel also means that the data bandwidth is shared, such that, for example, available data bandwidth to each device is halved when two stations are actively transmitting. A scheme known as carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) governs the way stations share channels. With CSMA/CA stations attempt to avoid collisions by beginning transmission only after the channel is sensed to be idle, but then transmit their packet data in its entirety. CSMA/CA cannot completely prevent collisions. A collision happens when a station receives signals from multiple stations on a channel at the same time. This corrupts the transmitted data and can require stations to re transmit. The lost data and re transmission reduces throughput, in some cases severely.

Волновая полоса

Стандарт 802.11 предусматривает несколько различных диапазонов радиочастот для использования в Wi-Fi-коммуникациях: полосы 900 МГц, 2,4 ГГц, 3,6 ГГц, 4,9 ГГц, 5 ГГц, 5,9 ГГц и 60 ГГц. Каждый диапазон разделен на множество каналов. В стандартах каналы нумеруются с шагом 5 МГц в пределах диапазона (за исключением диапазона 60 ГГц, где расстояние между ними составляет 2,16 ГГц), и номер соответствует центральной частоте канала. Хотя нумерация каналов ведется с шагом 5 МГц, передатчики обычно занимают не менее 20 МГц, а стандарты допускают объединение каналов для формирования более широких каналов и увеличения пропускной способности. Страны применяют собственные правила к разрешенным каналам, пользователям и максимальным уровням мощности в этих диапазонах частот. 802.11b/g/n может использовать диапазон 2,4 ГГц, работая в Соединенных Штатах в соответствии с правилами и нормами FCC Part 15. В этом диапазоне частот оборудование может периодически подвергаться воздействию помех от микроволновых печей, Bluetooth и других устройств. Распределение спектра и эксплуатационные ограничения различаются в разных странах: Австралия и Европа разрешают использование дополнительных двух каналов (12, 13) сверх 11, разрешенных в Соединенных Штатах для диапазона 2,4 ГГц, а Япония – трех дополнительных (12–14). 802.11a/h/j/n/ac/ax может использовать диапазон 5 ГГц U-NII, который, для большей части мира, предлагает как минимум 23 неперекрывающихся канала шириной 20 МГц, в отличие от диапазона 2,4 ГГц, где каналы имеют ширину всего 5 МГц. В целом, более низкие частоты имеют большую дальность, но меньшую емкость. Диапазоны 5 ГГц в большей степени поглощаются распространенными строительными материалами, чем диапазоны 2,4 ГГц, и обычно обеспечивают меньшую дальность. По мере развития спецификаций 802.11 для поддержки более высокой пропускной способности, протоколы стали гораздо более эффективными в использовании полосы пропускания. Кроме того, они приобрели возможность агрегировать (или "объединять") каналы для дальнейшего увеличения пропускной способности при наличии достаточной полосы пропускания. 802.11n обеспечивает двойной радиоспектр/полосу пропускания (40 МГц – 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 условиях высокой плотности сети. В диапазоне 5 ГГц разрешены сигналы с полосой пропускания 20 МГц, 40 МГц, 80 МГц и 160 МГц с некоторыми ограничениями, что обеспечивает значительно более высокую скорость соединения.

The 802.11 standard provides several distinct radio frequency ranges for use in Wi Fi communications: 900 MHz, 2.4 GHz, 3.6 GHz, 4.9 GHz, 5 GHz, 5.9 GHz and 60 GHz bands. Each range is divided into a multitude of channels. In the standards, channels are numbered at 5 MHz spacing within a band (except in the 60 GHz band, where they are 2.16 GHz apart), and the number refers to the centre frequency of the channel. Although channels are numbered at 5 MHz spacing, transmitters generally occupy at least 20 MHz, and standards allow for channels to be bonded together to form wider channels for higher throughput. Countries apply their own regulations to the allowable channels, allowed users and maximum power levels within these frequency ranges. 802.11b/g/n can use the 2.4 GHz band, operating in the United States under FCC Part 15 rules and regulations. In this frequency band, equipment may occasionally suffer interference from microwave ovens, Bluetooth and other devices. Spectrum assignments and operational limitations are not consistent worldwide: Australia and Europe allow for an additional two channels (12, 13) beyond the 11 permitted in the United States for the 2.4 GHz band, while Japan has three more (12–14). 802.11a/h/j/n/ac/ax can use the 5 GHz U NII band, which, for much of the world, offers at least 23 non overlapping 20 MHz channels rather than the 2.4 GHz frequency band, where the channels are only 5 MHz wide. In general, lower frequencies have longer range but have less capacity. The 5 GHz bands are absorbed to a greater degree by common building materials than the 2.4 GHz bands and usually give a shorter range. As 802.11 specifications evolved to support higher throughput, the protocols have become much more efficient in their use of bandwidth. Additionally, they have gained the ability to aggregate (or 'bond') channels together to gain still more throughput where the bandwidth is available. 802.11n allows for double radio spectrum/bandwidth (40 MHz 8 channels) compared to 802.11a or 802.11g (20 MHz). 802.11n can also be set to limit itself to 20 MHz bandwidth to prevent interference in dense communities. In the 5 GHz band, 20 MHz, 40 MHz, 80 MHz, and 160 MHz bandwidth signals are permitted with some restrictions, giving much faster connections.

Стек коммуникаций

Wi-Fi является частью семейства протоколов IEEE 802. Данные организованы в кадры 802.11, которые очень похожи на кадры Ethernet на канальном уровне, но содержат дополнительные поля адресов. MAC-адреса используются в качестве сетевых адресов для маршрутизации в локальной сети. Спецификации MAC и физического уровня (PHY) Wi-Fi определены стандартом IEEE 802.11 для модуляции и приема одной или нескольких несущих частот для передачи данных в инфракрасном диапазоне, а также в диапазонах частот 2,4, 3,6, 5, 6 или 60 ГГц. Они разрабатываются и поддерживаются Комитетом по стандартам IEEE LAN/MAN (IEEE 802). Базовая версия стандарта была выпущена в 1997 году и с тех пор претерпела множество изменений. Стандарт и поправки служат основой для продуктов беспроводных сетей, использующих торговую марку Wi-Fi. Хотя каждая поправка официально отменяется при включении в последнюю версию стандарта, компании склонны продвигать отдельные редакции, поскольку они кратко отражают возможности своих продуктов. В результате на рынке каждая редакция фактически становится самостоятельным стандартом. Помимо 802.11, семейство протоколов IEEE 802 содержит специальные положения для Wi-Fi. Они необходимы, поскольку кабельные среды Ethernet обычно не являются общими, в то время как в беспроводной связи все передачи принимаются всеми станциями в зоне действия используемого радиоканала. В то время как Ethernet характеризуется пренебрежимо малым уровнем ошибок, беспроводные среды передачи подвержены значительным помехам. Поэтому точная передача не гарантируется, и доставка осуществляется по принципу наилучших усилий. В связи с этим, для Wi-Fi логический контроль канала (LLC), определенный в IEEE 802.2, использует протоколы управления доступом к среде (MAC) Wi-Fi для управления повторными попытками без обращения к более высоким уровням стека протоколов. Для обеспечения взаимодействия в сети Wi-Fi обычно реализуется как канальный уровень (эквивалентный физическому и канальному уровням модели OSI) ниже сетевого уровня протокола Интернет. Это означает, что узлы имеют связанный с ними интернет-адрес, что при наличии соответствующего подключения обеспечивает полный доступ в Интернет.

Wi Fi is part of the IEEE 802 protocol family. The data is organized into 802.11 frames that are very similar to Ethernet frames at the data link layer, but with extra address fields. MAC addresses are used as network addresses for routing over the LAN. Wi Fi's MAC and physical layer (PHY) specifications are defined by IEEE 802.11 for modulating and receiving one or more carrier waves to transmit the data in the infrared, and 2.4, 3.6, 5, 6, or 60 GHz frequency bands. They are created and maintained by the IEEE LAN/MAN Standards Committee (IEEE 802). The base version of the standard was released in 1997 and has had many subsequent amendments. The standard and amendments provide the basis for wireless network products using the Wi Fi brand. While each amendment is officially revoked when it is incorporated in the latest version of the standard, the corporate world tends to market to the revisions because they concisely denote capabilities of their products. As a result, in the market place, each revision tends to become its own standard. In addition to 802.11 the IEEE 802 protocol family has specific provisions for Wi Fi. These are required because Ethernet's cable based media are not usually shared, whereas with wireless all transmissions are received by all stations within the range that employ that radio channel. While Ethernet has essentially negligible error rates, wireless communication media are subject to significant interference. Therefore, the accurate transmission is not guaranteed so delivery is, therefore, a best effort delivery mechanism. Because of this, for Wi Fi, the Logical Link Control (LLC) specified by IEEE 802.2 employs Wi Fi's media access control (MAC) protocols to manage retries without relying on higher levels of the protocol stack. For internetworking purposes, Wi Fi is usually layered as a link layer (equivalent to the physical and data link layers of the OSI model) below the internet layer of the Internet Protocol. This means that nodes have an associated internet address and, with suitable connectivity, this allows full Internet access.

Инфраструктура

В инфраструктурном режиме, который является наиболее распространенным, вся связь осуществляется через базовую станцию. Это увеличивает использование радиочастотного спектра для связи внутри сети, но позволяет любым двум станциям, способным взаимодействовать с базовой станцией, обмениваться данными через нее, что значительно упрощает протоколы связи.

Ad hoc и Wi-Fi прямой

Wi-Fi также позволяет осуществлять связь непосредственно между компьютерами без использования точки доступа в качестве посредника. Это называется передачей Wi-Fi в режиме ad hoc. Существуют различные типы сетей ad hoc. В простейшем случае узлы сети должны взаимодействовать напрямую друг с другом. В более сложных протоколах узлы могут пересылать пакеты и отслеживать пути к другим узлам, даже если они перемещаются. Режим ad hoc был впервые описан Чай Кёнгом То в его патенте 1996 года на беспроводную маршрутизацию ad hoc, реализованном на беспроводной сети Lucent WaveLAN 802.11a на ноутбуках IBM ThinkPads в сценарии с узлами, охватывающим территорию более мили. Успех был отмечен в журнале Mobile Computing (1999) и позднее официально опубликован в IEEE Transactions on Wireless Communications (2002) и ACM SIGMETRICS Performance Evaluation Review (2001). Этот режим беспроводной сети ad hoc оказался популярен в многопользовательских портативных игровых консолях, таких как Nintendo DS и PlayStation Portable, цифровых камерах и других потребительских электронных устройствах. Некоторые устройства также могут делиться своим интернет-соединением, используя режим ad hoc, выступая в роли точек доступа или "виртуальных маршрутизаторов". Кроме того, Wi-Fi Alliance продвигает спецификацию Wi-Fi Direct для передачи файлов и обмена мультимедиа, используя новую методологию обнаружения и обеспечения безопасности. Wi-Fi Direct был представлен в октябре 2010 года. Другим способом прямой связи через Wi-Fi является установка туннелируемой прямой связи (TDLS), которая позволяет двум устройствам в одной сети Wi-Fi общаться напрямую, минуя точку доступа.

Многочисленные точки доступа

Расширенный набор услуг (ESS) может быть сформирован путем развертывания нескольких точек доступа, сконфигурированных с одинаковым SSID и настройками безопасности. Клиентские устройства Wi-Fi обычно подключаются к точке доступа, обеспечивающей наиболее сильный сигнал в пределах этого набора услуг. Увеличение количества точек доступа Wi-Fi в сети обеспечивает резервирование, расширенный радиус действия, поддержку быстрого перехода между точками доступа и повышение общей пропускной способности сети за счет использования большего числа каналов или формирования меньших зон покрытия. За исключением самых простых реализаций (например, домашних или небольших офисных сетей), современные реализации Wi-Fi склоняются к использованию "тонких" точек доступа, при которых большая часть сетевой логики размещается в централизованном сетевом устройстве, а отдельные точки доступа выполняют роль простых трансиверов. Для наружного применения могут использоваться сетевые топологии типа "сетка".

Выступление

Операционный диапазон Wi-Fi зависит от таких факторов, как частотный диапазон, мощность передатчика, чувствительность приемника, коэффициент усиления антенны и тип антенны, а также метод модуляции. Кроме того, на дальность распространения сигнала существенно влияют характеристики среды. На больших расстояниях и при более сильном поглощении сигнала скорость обычно уменьшается.

Мощность передатчика

По сравнению с сотовыми телефонами и аналогичными технологиями, передатчики Wi-Fi являются устройствами с низкой мощностью. В целом, максимальная мощность, которую может излучать устройство Wi-Fi, ограничена местными нормами, такими как FCC Part 15 в США. Эквивалентная изотропно излучаемая мощность (EIRP) в Европейском Союзе ограничена 20 дБм (100 мВт). Для соответствия требованиям к беспроводным LAN-приложениям, Wi-Fi потребляет больше энергии, чем некоторые другие стандарты, разработанные для поддержки беспроводных персональных сетей (PAN). Например, Bluetooth обеспечивает значительно меньший радиус действия – от 1 до 100 метров (от 1 до 100 ярдов) и, следовательно, обычно имеет более низкое энергопотребление. Другие энергоэффективные технологии, такие как Zigbee, обладают достаточно большой дальностью, но значительно меньшей скоростью передачи данных. Высокое энергопотребление Wi-Fi может быть проблемой для времени автономной работы некоторых мобильных устройств.

Антенна

Точка доступа, соответствующая стандартам 802.11b или 802.11g, использующая стандартную всенаправленную антенну, может иметь дальность действия порядка нескольких сотен метров. Тот же радиомодуль с внешней полупараболической антенной (с усилением 15 дБ) и аналогичным приемником на другом конце может иметь дальность действия более 32 километров. Более высокое значение усиления (dBi) указывает на большее отклонение (обычно в горизонтальной плоскости) от теоретического, идеального изотропного излучателя, и, следовательно, антенна может излучать или принимать полезный сигнал на большее расстояние в определенных направлениях, по сравнению с антенной с аналогичной выходной мощностью, но более изотропной диаграммой направленности. Например, антенна 8 dBi, используемая с передатчиком мощностью 100 мВт, имеет примерно такую же горизонтальную дальность, как антенна 6 dBi, работающая от передатчика мощностью 500 мВт. Это предполагает потери при излучении в вертикальной плоскости, что, однако, может быть неверно в некоторых ситуациях, особенно в больших зданиях или при использовании волновода. В приведенном примере, направленный волновод может обеспечить более дальнее излучение от маломощной антенны 6 dBi в одном направлении, чем от антенны 8 dBi, не находящейся в волноводе, даже если обе антенны питаются от передатчиков мощностью 100 мВт. На беспроводных маршрутизаторах со съемными антеннами можно увеличить дальность действия, установив антенны с более высоким коэффициентом усиления в нужных направлениях. Дальность действия на открытом воздухе может быть увеличена до многих километров за счет использования высокоусиливающих направленных антенн как на маршрутизаторе, так и на удаленных устройствах.

MIMO (многократный вход и многократный выход)

Wi-Fi 4 и более поздние стандарты позволяют устройствам использовать несколько антенн на передатчиках и приемниках. Несколько антенн позволяют оборудованию эффективно использовать многолучевое распространение сигнала в одних и тех же частотных диапазонах, обеспечивая значительно более высокую скорость и увеличенную дальность действия. Wi-Fi 4 способен более чем вдвое увеличить дальность по сравнению с предыдущими стандартами. Стандарт Wi-Fi 5 использует исключительно диапазон 5 ГГц и способен обеспечить пропускную способность беспроводной локальной сети (WLAN) для нескольких станций не менее 1 гигабита в секунду, а для одной станции – не менее 500 Мбит/с. С первого квартала 2016 года Альянс Wi-Fi сертифицирует устройства, соответствующие стандарту 802.11ac, как "Wi-Fi CERTIFIED ac". Этот стандарт использует различные методы обработки сигналов, такие как многопользовательский MIMO и потоки пространственного мультиплексирования 4x4, а также широкую полосу пропускания канала (160 МГц) для достижения гигабитной пропускной способности. Согласно исследованию IHS Technology, 70% всех доходов от продаж точек доступа в первом квартале 2016 года пришлось на устройства 802.11ac.

Радиопропаганда

С помощью Wi-Fi сигналов наилучшее качество связи обычно достигается при прямой видимости, однако сигналы могут проникать, поглощаться, отражаться, преломляться, диффрагировать и испытывать затухание, изменяясь по высоте, при прохождении через и вокруг как искусственных, так и природных объектов. Сигналы Wi-Fi очень сильно подвержены влиянию металлических конструкций (включая арматуру в бетоне и энергосберегающие покрытия на стекле) и воды (например, содержащейся в растительности). Металлические конструкции и вода могут вызывать ослабление сигнала Wi-Fi. Ввиду сложной природы распространения радиоволн на типичных частотах Wi-Fi, особенно вблизи деревьев и зданий, алгоритмы могут лишь приблизительно прогнозировать силу сигнала Wi-Fi в конкретной области относительно передатчика. Этот эффект в меньшей степени проявляется в Wi-Fi дальнего действия, поскольку более протяженные каналы связи обычно используют вышки, передающие над окружающей растительностью. Мобильное использование Wi-Fi на больших расстояниях ограничено, например, использованием в автомобиле при переключении между точками доступа. Для связи с движущимися транспортными средствами более подходят другие беспроводные технологии.

Записи расстояний

В июне 2007 года Эрманно Пиетросемоли и EsLaRed из Венесуэлы установили рекорд дальности передачи данных (с использованием нестандартных устройств), передав около 3 МБ данных между горными вершинами Эль-Агила и Платильон. Шведское национальное космическое агентство осуществило передачу данных, используя 6-ваттные усилители для связи со стратосферным шаром, находящимся в зените.

Вмешательство

Wi-Fi соединения могут быть заблокированы или скорость интернета снижена из-за наличия других устройств в той же области. Протоколы Wi-Fi разработаны для справедливого распределения радиочастотных диапазонов, и это часто работает без существенных помех. Для минимизации коллизий с устройствами Wi-Fi и не-Wi-Fi, Wi-Fi использует механизм множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA/CA), при котором передатчики прослушивают эфир перед передачей и задерживают отправку пакетов, если обнаруживают активность других устройств на канале или шум от соседних каналов или источников, не использующих Wi-Fi. Тем не менее, сети Wi-Fi все еще подвержены проблемам "скрытого узла" и "открытого узла". Wi-Fi сигнал стандартной скорости занимает пять каналов в диапазоне 2,4 ГГц. Перекрытие каналов может вызывать интерференцию. Любые два номера каналов, различающиеся на пять или более (например, 2 и 7), не перекрываются (то есть не создают взаимных помех). Распространенное утверждение о том, что каналы 1, 6 и 11 – единственные неперекрывающиеся каналы, не является точным. Каналы 1, 6 и 11 представляют собой единственную группу из трех неперекрывающихся каналов в Северной Америке. Однако, значимость перекрытия зависит от физического расстояния между устройствами. Каналы, отстоящие друг от друга на четыре канала, создают незначительные помехи, значительно меньше, чем при повторном использовании одного и того же канала (что вызывает коканальную интерференцию), если передатчики находятся на расстоянии нескольких метров друг от друга. В Европе и Японии, где доступен канал 13, использование каналов 1, 5, 9 и 13 для 802.11g и 802.11n является целесообразным и рекомендуется. Однако многие точки доступа 2,4 ГГц стандартов 802.11b и 802.11g по умолчанию используют один и тот же канал при первом запуске, что приводит к перегрузке определенных каналов. "Загрязнение" Wi-Fi, или избыточное количество точек доступа в определенной области, может препятствовать доступу и мешать работе других устройств, использующих другие точки доступа, а также снижать отношение сигнал/шум (SNR) между точками доступа. Эти проблемы могут возникать в зонах с высокой плотностью, таких как большие жилые комплексы или офисные здания с большим количеством точек доступа Wi-Fi. Другие устройства также используют диапазон 2,4 ГГц, включая, в некоторых странах, любительское радио, что может вызывать значительные дополнительные помехи. Это также является проблемой, когда муниципалитеты или другие крупные организации (например, университеты) стремятся обеспечить покрытие большой территории. В некоторых диапазонах 5 ГГц могут возникать помехи от радиолокационных систем. Базовые станции, поддерживающие эти диапазоны, используют динамический выбор частоты, который прослушивает эфир на предмет наличия радаров, и если радар обнаружен, сеть не будет работать в этом диапазоне. Эти диапазоны могут использоваться маломощными передатчиками без лицензии и с минимальными ограничениями. Однако, хотя непреднамеренные помехи распространены, пользователи, признанные виновными в преднамеренных помехах (особенно за попытки локальной монополизации этих диапазонов в коммерческих целях), подвергаются крупным штрафам.

Wi Fi connections can be blocked or the Internet speed lowered by having other devices in the same area. Wi Fi protocols are designed to share the wavebands reasonably fairly, and this often works with little to no disruption. To minimize collisions with Wi Fi and non Wi Fi devices, Wi Fi employs Carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA), where transmitters listen before transmitting and delay transmission of packets if they detect that other devices are active on the channel, or if noise is detected from adjacent channels or non Wi Fi sources. Nevertheless, Wi Fi networks are still susceptible to the hidden node and exposed node problem. A standard speed Wi Fi signal occupies five channels in the 2.4 GHz band. Interference can be caused by overlapping channels. Any two channel numbers that differ by five or more, such as 2 and 7, do not overlap (no adjacent channel interference). The oft repeated adage that channels 1, 6, and 11 are the only non overlapping channels is, therefore, not accurate. Channels 1, 6, and 11 are the only group of three non overlapping channels in North America. However, whether the overlap is significant depends on physical spacing. Channels that are four apart interfere a negligible amountmuch less than reusing channels (which causes co channel interference)if transmitters are at least a few metres apart. In Europe and Japan where channel 13 is available, using Channels 1, 5, 9, and 13 for 802.11g and 802.11n is viable and recommended. However, many 2.4 GHz 802.11b and 802.11g access points default to the same channel on initial startup, contributing to congestion on certain channels. Wi Fi pollution, or an excessive number of access points in the area, can prevent access and interfere with other devices' use of other access points as well as with decreased signal to noise ratio (SNR) between access points. These issues can become a problem in high density areas, such as large apartment complexes or office buildings with many Wi Fi access points. Other devices use the 2.4 GHz band: and, in some countries, amateur radio, all of which can cause significant additional interference. It is also an issue when municipalities or other large entities (such as universities) seek to provide large area coverage. On some 5 GHz bands interference from radar systems can occur in some places. For base stations that support those bands they employ Dynamic Frequency Selection which listens for radar, and if it is found, it will not permit a network on that band. These bands can be used by low power transmitters without a licence, and with few restrictions. However, while unintended interference is common, users that have been found to cause deliberate interference (particularly for attempting to locally monopolize these bands for commercial purposes) have been issued large fines.

Пропускная способность

Различные варианты IEEE 802.11 второго уровня имеют различные характеристики. Для всех вариантов 802.11 максимальная достижимая пропускная способность указывается либо на основе измерений в идеальных условиях, либо в виде скоростей передачи данных второго уровня. Однако это не применимо к типичным сценариям развертывания, в которых данные передаются между двумя конечными точками, при этом как минимум одна из них обычно подключена к проводной инфраструктуре, а другая – к инфраструктуре по беспроводной сети. Это означает, что кадры данных обычно проходят через среду 802.11 (WLAN) и преобразуются в 802.3 (Ethernet) или наоборот. Из-за разницы в длине кадров (заголовков) этих двух сред размер пакета приложения определяет скорость передачи данных. Следовательно, 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 передачи пакетов приложением (то есть скорость передачи данных) и мощность принимаемого беспроводного сигнала. Последняя определяется расстоянием и настроенной выходной мощностью устройств связи. Те же ссылки относятся и к прилагаемым графикам пропускной способности, которые показывают результаты измерений пропускной способности UDP. Каждый график представляет собой среднее значение 25 измерений (погрешности указаны, но из-за небольшого разброса практически не видны), выполненных с определенным размером пакета (малым или большим) и определенной скоростью передачи данных (от 10 кбит/с до 100 Мбит/с). Также включены маркеры для профилей трафика распространенных приложений. Данный текст и измерения не охватывают ошибки пакетов, но информацию о них можно найти по указанным ссылкам. В таблице ниже показана максимальная достижимая (специфичная для приложения) пропускная способность UDP в тех же сценариях (снова те же ссылки) для различных вариантов WLAN (802.11). Измерения проводились на расстоянии 25 метров друг от друга; потери пакетов снова не учитываются.

Various layer 2 variants of IEEE 802.11 have different characteristics. Across all flavours of 802.11, maximum achievable throughputs are either given based on measurements under ideal conditions or in the layer 2 data rates. This, however, does not apply to typical deployments in which data are transferred between two endpoints of which at least one is typically connected to a wired infrastructure, and the other is connected to an infrastructure via a wireless link. This means that typically data frames pass an 802.11 (WLAN) medium and are being converted to 802.3 (Ethernet) or vice versa. Due to the difference in the frame (header) lengths of these two media, the packet size of an application determines the speed of the data transfer. This means that an application that uses small packets (e. g. VoIP) creates a data flow with high overhead traffic (low goodput). Other factors that contribute to the overall application data rate are the speed with which the application transmits the packets (i. e. the data rate) and the energy with which the wireless signal is received. The latter is determined by distance and by the configured output power of the communicating devices. The same references apply to the attached throughput graphs, which show measurements of UDP throughput measurements. Each represents an average throughput of 25 measurements (the error bars are there, but barely visible due to the small variation), is with specific packet size (small or large), and with a specific data rate (10 kbit/s – 100 Mbit/s). Markers for traffic profiles of common applications are included as well. This text and measurements do not cover packet errors but information about this can be found at the above references. The table below shows the maximum achievable (application specific) UDP throughput in the same scenarios (same references again) with various WLAN (802.11) flavours. The measurement hosts have been 25 metres (yards) apart from each other; loss is again ignored.

Оборудование

Wi-Fi обеспечивает беспроводную организацию локальных сетей (LAN). Кроме того, беспроводные LAN могут быть развернуты в местах, где прокладка кабелей невозможна, например, на открытых площадках и в исторических зданиях. Однако стены зданий, выполненные из определенных материалов, таких как камень с высоким содержанием металла, могут блокировать сигналы Wi-Fi. Wi-Fi устройство – это беспроводное устройство малого радиуса действия. Устройства Wi-Fi производятся на чипах RF CMOS интегральных схем (RF circuit). С начала 2000-х годов производители встраивают беспроводные сетевые адаптеры в большинство ноутбуков. Цена чипсетов для Wi-Fi продолжает снижаться, что делает его экономичным решением для организации сети, которое включается во всё большее количество устройств. Различные конкурирующие марки точек доступа и клиентских сетевых интерфейсов могут взаимодействовать на базовом уровне. Продукты, сертифицированные Wi-Fi Alliance как "Wi-Fi Certified", обеспечивают обратную совместимость. В отличие от мобильных телефонов, любое стандартное Wi-Fi устройство работает в любой точке мира.

Точка доступа

Беспроводная точка доступа (WAP) соединяет группу беспроводных устройств с соседней проводной локальной сетью. Точка доступа функционирует как сетевой концентратор, ретранслируя данные между подключенными беспроводными устройствами, а также (обычно) к одному подключенному проводному устройству, чаще всего к Ethernet-концентратору или коммутатору, обеспечивая тем самым связь беспроводных устройств с другими проводными устройствами.

Беспроводный адаптер

Беспроводные адаптеры позволяют устройствам подключаться к беспроводной сети. Эти адаптеры подключаются к устройствам посредством различных внешних или внутренних интерфейсов, таких как PCI, miniPCI, USB, ExpressCard, Cardbus и PC Card. По состоянию на 2010 год, большинство новых ноутбуков поставляются со встроенными внутренними адаптерами.

Маршрутизатор

Беспроводные маршрутизаторы объединяют в себе беспроводную точку доступа, коммутатор Ethernet и встроенное программное обеспечение маршрутизатора, обеспечивающее IP-маршрутизацию, NAT и переадресацию DNS через интегрированный WAN-интерфейс. Беспроводной маршрутизатор позволяет проводным и беспроводным устройствам локальной сети Ethernet подключаться к одному (как правило) устройству WAN, такому как кабельный модем, DSL-модем или оптический модем. Беспроводной маршрутизатор позволяет настраивать все три компонента – в основном точку доступа и маршрутизатор – через единую централизованную утилиту. Эта утилита обычно представляет собой встроенный веб-сервер, доступный для клиентов проводной и беспроводной LAN, а также часто, опционально, для клиентов WAN. Утилита может быть реализована и в виде приложения, запускаемого на компьютере, как, например, AirPort от Apple, который управляется с помощью утилиты AirPort на macOS и iOS.

Мост

Беспроводные сетевые мосты могут соединять две сети, формируя единую сеть на уровне канального уровня по Wi-Fi. Основным стандартом является система беспроводного 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 моста могут использоваться для соединения двух проводных сетей по беспроводному каналу, что полезно в ситуациях, когда проводное соединение недоступно, например, между двумя отдельными домами или для устройств, не имеющих возможности беспроводной сети (но имеющих возможность проводной сети), таких как потребительские развлекательные устройства. В качестве альтернативы, беспроводной мост может использоваться для того, чтобы устройство, поддерживающее проводное соединение, работало по стандарту беспроводной сети, более быстрому, чем поддерживается встроенной или внешней (например, USB-адаптера) функцией беспроводной связи этого устройства (например, для обеспечения скорости Wireless N (до максимальной поддерживаемой скорости на проводном Ethernet-порту как на мосту, так и на подключенных устройствах, включая беспроводную точку доступа) для устройства, поддерживающего только Wireless G). Двухдиапазонный беспроводной мост также может использоваться для обеспечения работы беспроводной сети 5 ГГц на устройстве, поддерживающем только 2,4 ГГц и имеющем проводной порт Ethernet.

Повторник

Удлинители беспроводного диапазона или беспроводные ретрансляторы могут расширить зону покрытия существующей беспроводной сети. Стратегически размещенные удлинители могут увеличить площадь покрытия сигнала или обеспечить его распространение в обход препятствий, например, в L-образных коридорах. Беспроводные устройства, подключенные через ретрансляторы, испытывают увеличение задержки для каждого перехода, а также возможно снижение максимальной доступной скорости передачи данных. Кроме того, добавление пользователей в сеть, использующую удлинители беспроводного диапазона, приводит к более быстрому расходованию доступной полосы пропускания, чем если бы один пользователь перемещался по сети с удлинителями. Поэтому беспроводные удлинители диапазона наиболее эффективны в сетях с небольшими требованиями к пропускной способности, например, когда один пользователь с Wi-Fi-планшетом перемещается по объединенным расширенным и нерасширенным участкам общей сети. Также, скорость передачи данных для беспроводного устройства, подключенного к любому из ретрансляторов в цепочке, ограничивается «слабым звеном» в этой цепочке между началом и концом соединения. Сети, использующие беспроводные удлинители, более восприимчивы к ухудшению сигнала из-за помех от соседних точек доступа, которые находятся на границе расширенной сети и используют тот же канал, что и она.

Встроенные системы

Стандарт безопасности Wi-Fi Protected Setup позволяет встроенным устройствам с ограниченным графическим пользовательским интерфейсом легко подключаться к Интернету. Wi-Fi Protected Setup имеет две конфигурации: конфигурация «Кнопка Push» и конфигурация PIN-кода. Эти встроенные устройства также называются «Интернетом вещей» и представляют собой маломощные, работающие от батареи встроенные системы. Несколько производителей Wi-Fi разрабатывают чипы и модули для встроенной Wi-Fi, такие как GainSpan. В последние годы (особенно с 2007 года) все чаще стали доступны встроенные Wi-Fi модули, которые включают в себя операционную систему реального времени и обеспечивают простой способ беспроводного подключения любого устройства, способного обмениваться данными через последовательный порт. Это позволяет создавать простые устройства мониторинга. Например, портативное устройство ЭКГ для мониторинга состояния пациента на дому. Это устройство с поддержкой Wi-Fi может осуществлять связь через Интернет. Эти модули Wi-Fi разрабатываются OEM-производителями таким образом, что для реализации Wi-Fi подключения в своих продуктах исполнителям требуются лишь минимальные знания в области Wi-Fi. В июне 2014 года компания Texas Instruments представила первый микроконтроллер ARM Cortex M4 со встроенным выделенным Wi-Fi MCU – SimpleLink CC3200. Это позволяет создавать встроенные системы с Wi-Fi подключением в виде устройств на одном чипе, что снижает их стоимость и габариты, делая более практичным встраивание беспроводных сетевых контроллеров в недорогие повседневные предметы.

Безопасность сети

Основная проблема безопасности беспроводных сетей заключается в упрощенном доступе к сети по сравнению с традиционными проводными сетями, такими как Ethernet. Для доступа к проводной сети необходимо либо проникнуть в здание (физически подключиться к внутренней сети), либо взломать внешний брандмауэр. Для доступа к Wi-Fi достаточно лишь находиться в зоне действия сети Wi-Fi. Большинство корпоративных сетей защищают конфиденциальные данные и системы, стремясь ограничить внешний доступ. Включение беспроводного соединения снижает уровень безопасности, если сеть использует недостаточное или вообще не использует шифрование. Злоумышленник, получивший доступ к маршрутизатору Wi-Fi, может провести атаку DNS-спуфинга против любого другого пользователя сети, подделав ответ до того, как запрошенный DNS-сервер успеет ответить.

Риски для безопасности данных

Обычно точки доступа Wi-Fi по умолчанию настроены на режим без шифрования (открытый). Новичкам удобно использовать устройство с нулевой конфигурацией, которое работает сразу после включения, однако такая настройка по умолчанию не обеспечивает беспроводную безопасность, предоставляя открытый беспроводной доступ к локальной сети. Для включения безопасности пользователю необходимо настроить устройство, как правило, через графический пользовательский интерфейс (GUI). В незашифрованных сетях Wi-Fi подключенные устройства могут отслеживать и записывать данные (включая персональную информацию). Обеспечить безопасность таких сетей можно только с помощью дополнительных средств защиты, таких как VPN или протокол передачи гипертекста через защищенный транспортный уровень (HTTPS). Старый стандарт беспроводного шифрования Wired Equivalent Privacy (WEP) оказался легко взламываемым даже при правильной настройке. Шифрование Wi-Fi Protected Access (WPA), появившееся в устройствах в 2003 году, было разработано для решения этой проблемы. Wi-Fi Protected Access 2 (WPA2), утвержденный в 2004 году, считается безопасным при использовании надежного пароля. Версия WPA 2003 года больше не считается безопасной, поскольку была заменена WPA2 в 2004 году. В 2018 году был анонсирован WPA3 как замена WPA2, повышающая уровень безопасности; его внедрение началось 26 июня.

Подтягивание

Piggybacking – это доступ к беспроводному интернет-соединению путем приближения своего компьютера к чужой беспроводной сети и использования этой услуги без явного разрешения или ведома владельца соединения. В период широкого распространения стандарта 802.11 поощрялось создание открытых точек доступа для всех находящихся в зоне действия, особенно учитывая, что люди в среднем используют лишь малую часть доступной пропускной способности. Любительское обнаружение и картографирование чужих точек доступа получило название wardriving. Многие точки доступа намеренно устанавливаются без защиты, чтобы их можно было использовать как бесплатную услугу. Предоставление доступа к своему интернет-соединению таким образом может нарушать условия обслуживания или договор с интернет-провайдером. В большинстве юрисдикций подобные действия не влекут за собой санкций, однако законодательство и судебная практика значительно различаются в разных странах. Предложение оставлять граффити с информацией о доступных услугах получило название warchalking. Piggybacking часто происходит непреднамеренно: технически неискушенный пользователь может не изменить настройки доступа по умолчанию на "незащищенные", а операционные системы могут быть настроены на автоматическое подключение к любой доступной беспроводной сети. Пользователь, запустивший ноутбук вблизи точки доступа, может обнаружить, что компьютер подключился к сети без каких-либо видимых индикаторов. Кроме того, пользователь, намеревающийся подключиться к одной сети, может оказаться в другой, если у последней более сильный сигнал. В сочетании с автоматическим обнаружением других сетевых ресурсов (см. DHCP и Zeroconf) это может привести к тому, что пользователи беспроводных сетей будут отправлять конфиденциальные данные не тому посреднику при поиске целевого ресурса (см. атаку «человек посередине»). Например, пользователь может непреднамеренно использовать незащищенную сеть для входа на веб-сайт, тем самым предоставляя свои учетные данные любому, кто прослушивает трафик, если веб-сайт использует небезопасный протокол, такой как обычный HTTP без TLS. На незащищенной точке доступа неавторизованный пользователь может получить информацию о безопасности (заводской пароль или PIN-код Wi-Fi Protected Setup) с наклейки на беспроводной точке доступа и использовать эту информацию (или подключиться с помощью кнопки Wi-Fi Protected Setup) для совершения несанкционированных или незаконных действий.

Piggybacking refers to access to a wireless Internet connection by bringing one's computer within the range of another's wireless connection, and using that service without the subscriber's explicit permission or knowledge. During the early popular adoption of 802.11, providing open access points for anyone within range to use was encouraged to cultivate wireless community networks, particularly since people on average use only a fraction of their downstream bandwidth at any given time. Recreational logging and mapping of other people's access points have become known as wardriving. Indeed, many access points are intentionally installed without security turned on so that they can be used as a free service. Providing access to one's Internet connection in this fashion may breach the Terms of Service or contract with the ISP. These activities do not result in sanctions in most jurisdictions; however, legislation and case law differ considerably across the world. A proposal to leave graffiti describing available services was called warchalking. Piggybacking often occurs unintentionally – a technically unfamiliar user might not change the default "unsecured" settings to their access point and operating systems can be configured to connect automatically to any available wireless network. A user who happens to start up a laptop in the vicinity of an access point may find the computer has joined the network without any visible indication. Moreover, a user intending to join one network may instead end up on another one if the latter has a stronger signal. In combination with automatic discovery of other network resources (see DHCP and Zeroconf) this could lead wireless users to send sensitive data to the wrong middle man when seeking a destination (see man in the middle attack). For example, a user could inadvertently use an unsecured network to log into a website, thereby making the login credentials available to anyone listening, if the website uses an insecure protocol such as plain HTTP without TLS. On an unsecured access point, an unauthorized user can obtain security information (factory preset passphrase or Wi Fi Protected Setup PIN) from a label on a wireless access point and use this information (or connect by the Wi Fi Protected Setup pushbutton method) to commit unauthorized or unlawful activities.

Общественные аспекты

Беспроводной доступ в Интернет стал гораздо более распространенным в обществе и, таким образом, во многом изменил функционирование общества.

Влияние на развивающиеся страны

Более половины населения мира не имеет доступа к Интернету, особенно в сельских районах развивающихся стран. Технологии, внедряемые в более развитых странах, часто оказываются дорогостоящими и неэффективными с точки зрения энергопотребления. Это привело к тому, что развивающиеся страны стали использовать более простые сети, часто внедряя возобновляемые источники энергии, которые могут поддерживаться исключительно за счет солнечной энергии, создавая сеть, устойчивую к перебоям, таким как отключения электроэнергии. Например, в 2007 году была построена сеть протяженностью 450 км (280 миль) между Кабо Пантоха и Икитосом в Перу, где все оборудование питается исключительно от солнечных панелей. На выбор конкретных точек доступа влияют и другие факторы, такие как доступность других ресурсов, например книг, местоположение рабочего места и социальный аспект общения с другими людьми в одном месте. Более того, увеличение числа людей, работающих в общественных местах, приводит к росту числа клиентов для местных предприятий, тем самым стимулируя экономику региона. В том же исследовании также отмечалось, что беспроводное соединение обеспечивает большую свободу передвижения во время работы, позволяя перемещаться между разными комнатами или зонами как дома, так и в офисе. В некоторых офисах (в частности, в офисах Cisco в Нью-Йорке) у сотрудников нет закрепленных рабочих мест, но они могут работать из любого офиса, подключая свой ноутбук к точке доступа Wi-Fi. Кроме того, 89% американских домохозяйств с широкополосным доступом используют беспроводные технологии для подключения, а 72,9% американских домохозяйств имеют Wi-Fi. Сети Wi-Fi также повлияли на планировку интерьеров домов и отелей. Например, архитекторы отмечают, что их клиенты больше не хотят выделять только одну комнату под домашний офис, предпочитая работать у камина или иметь возможность работать в разных комнатах. Это противоречит прежним представлениям архитекторов о функциональном назначении помещений, которые они проектируют. Кроме того, некоторые отели заметили, что гости предпочитают номера с более сильным сигналом Wi-Fi. (категория, используемая, когда "считается, что существует причинно-следственная связь, но нельзя с достаточной уверенностью исключить влияние случайности, предвзятости или смешивающих факторов"), эта классификация основана на рисках, связанных с использованием мобильных телефонов, а не сетей Wi-Fi. В 2007 году Агентство по охране здоровья Великобритании сообщило, что годовое воздействие Wi-Fi эквивалентно радиации от 20-минутного телефонного звонка. Обзор исследований с участием 725 человек, заявивших о гиперчувствительности к электромагнитным полям, "позволяет предположить, что "электромагнитная гиперчувствительность" не связана с наличием ЭМП, хотя для изучения этого явления необходимы дополнительные исследования".

Over half the world does not have access to the Internet, prominently rural areas in developing nations. Technology that has been implemented in more developed nations is often costly and low energy efficient. This has led to developing nations using more low tech networks, frequently implementing renewable power sources that can solely be maintained through solar power, creating a network that is resistant to disruptions such as power outages. For instance, in 2007 a 450 km (280 mile) network between Cabo Pantoja and Iquitos in Peru was erected in which all equipment is powered only by solar panels. other factors influence the choice of specific hotspots. These vary from the accessibility of other resources, like books, the location of the workplace, and the social aspect of meeting other people in the same place. Moreover, the increase of people working from public places results in more customers for local businesses thus providing an economic stimulus to the area. Additionally, in the same study it has been noted that wireless connection provides more freedom of movement while working. Both when working at home or from the office it allows the displacement between different rooms or areas. In some offices (notably Cisco offices in New York) the employees do not have assigned desks but can work from any office connecting their laptop to Wi Fi hotspot. Additionally, 89% of American households with broadband connect via wireless technologies. 72.9% of American households have Wi Fi. Wi Fi networks have also affected how the interior of homes and hotels are arranged. For instance, architects have described that their clients no longer wanted only one room as their home office, but would like to work near the fireplace or have the possibility to work in different rooms. This contradicts architect's pre existing ideas of the use of rooms that they designed. Additionally, some hotels have noted that guests prefer to stay in certain rooms since they receive a stronger Wi Fi signal. (a category used when "a causal association is considered credible, but when chance, bias or confounding cannot be ruled out with reasonable confidence"), this classification was based on risks associated with wireless phone use rather than Wi Fi networks. The United Kingdom's Health Protection Agency reported in 2007 that exposure to Wi Fi for a year results in the "same amount of radiation from a 20 minute mobile phone call". A review of studies involving 725 people who claimed electromagnetic hypersensitivity, " suggests that 'electromagnetic hypersensitivity' is unrelated to the presence of an EMF, although more research into this phenomenon is required."