Что такое WI-FI и как он работает Wi-Fi – что это такое, как работает беспроводная сеть и как ей правильно пользоваться

Что такое Wi-Fi

Wi-Fi – это технология беспроводных сетей, позволяющая таким устройствам, как компьютеры, смартфоны и планшеты, подключаться к Интернету и взаимодействовать друг с другом без использования физических кабелей. Технически термин «Wi-Fi» является торговой маркой, придуманной некоммерческой организацией Wi-Fi Alliance, которая следит за сертификацией продуктов Wi-Fi. Однако он стал общепринятым термином для обозначения технологии беспроводных локальных сетей (LAN).

История Wi-Fi

– 1970-е годы: основой для создания Wi-Fi послужило изобретение в 1970-х годах Ethernet, который соединял компьютеры по проводной сети.

– 1985: Федеральная комиссия по связи США (FCC) выделила определенные полосы радиочастотного спектра для безлицензионного использования. Впоследствии эти частоты будут использованы для Wi-Fi.

– 1997: Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) принял стандарт 802.11, который стал предшественником современного Wi-Fi.

– 1999: термин «Wi-Fi» был создан фирмой Interbrand, занимающейся консалтингом брендов. В этом же году была создана организация Wi-Fi Alliance для сертификации устройств, соответствующих стандарту 802.11.

Стандарты Wi-Fi за прошедшие годы

– 802.11a (1999 г.): работал в диапазоне 5 ГГц и обеспечивал скорость до 54 Мбит/с.

– 802.11b (1999): работал в диапазоне 2,4 ГГц со скоростью до 11 Мбит/с.

– 802.11g (2003 г.): усовершенствован на основе стандарта 802.11b и обеспечивает скорость до 54 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц.

– 802.11n (2009): известен как Wi-Fi 4, он использует диапазоны 2,4 ГГц и 5 ГГц и обеспечивает скорость до 600 Мбит/с.

– 802.11ac (2013 г.): Wi-Fi 5, преимущественно использует диапазон 5 ГГц и обеспечивает скорость свыше 1 Гбит/с.

– 802.11ax (2019 г.): Wi-Fi 6, обеспечивает еще более высокие скорости, лучшую производительность в местах большого скопления людей и повышенную энергоэффективность. Работает в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц и позволяет достигать скоростей, близких к 10 Гбит/с.

Для чего нужен Wi-Fi

Wi-Fi как технология беспроводной связи облегчает выполнение множества функций и действий в нашей повседневной жизни. Вот некоторые основные причины и сценарии использования, для которых вам может понадобиться Wi-Fi:

Доступ к Интернету: наиболее распространенная причина использования Wi-Fi – подключение таких устройств, как смартфоны, планшеты, ноутбуки и настольные компьютеры, к Интернету без проводного соединения.

Общий доступ к файлам: в локальной сети Wi-Fi позволяет устройствам обмениваться друг с другом файлами, документами, фотографиями и другими медиафайлами. Это особенно удобно в офисах, где сотрудникам может потребоваться обмен документами.

Потоковые сервисы: для бесперебойного воспроизведения видео на таких платформах, как Netflix, YouTube, Hulu и других, или прослушивания музыки на таких платформах, как Spotify или Apple Music, часто предпочтительно стабильное соединение Wi-Fi.

Онлайн-игры: многие геймеры используют Wi-Fi для многопользовательских онлайн-игр на таких платформах, как PlayStation, Xbox или ПК. Надежное и быстрое соединение Wi-Fi обеспечивает минимальную задержку. Мобильным геймерам вообще выбирать не приходится.

Умные домашние устройства: многие современные дома оснащены «умными» устройствами, такими как термостаты, светильники, камеры слежения и «умные» колонки (например, Amazon Echo, Google Home). Эти устройства, как правило, используют Wi-Fi для связи друг с другом и с облаком.

Голосовые и видеозвонки: такие сервисы, как Skype, Zoom, WhatsApp и FaceTime, используют Wi-Fi для высококачественной голосовой и видеосвязи.

Обучение и работа: с ростом числа удаленных работ и онлайн-образования Wi-Fi стал играть решающую роль при посещении виртуальных встреч, вебинаров, онлайн-занятий и доступе к облачным приложениям.

Интернет вещей (IoT): огромное количество устройств, начиная от холодильников и заканчивая носимой техникой, теперь оснащаются функциями Wi-Fi для расширения функциональности за счет подключения к Интернету.

Печать и сканирование: современные принтеры и сканеры используют Wi-Fi для получения заданий на печать и отправки сканов на устройства без необходимости прямого подключения или использования кабелей.

Торговля и платежи: многие торговые точки (POS) используют Wi-Fi для обработки платежей, управления запасами и других операций в розничной торговле.

Общественный доступ: аэропорты, гостиницы, кафе и многие общественные места предлагают Wi-Fi гостям и клиентам, предоставляя им доступ в Интернет, пока они находятся в помещении.

Резервное копирование и облачные хранилища: Wi-Fi позволяет устройствам автоматически создавать резервные копии данных в облачных хранилищах, таких как Google Drive, iCloud или «Яндекс Диск».

Технические принципы работы Wi-Fi

Wi-Fi как технология беспроводной связи работает на основе ряда фундаментальных технических принципов.

Радиочастотная (РЧ) связь

Для передачи и приема данных Wi-Fi использует радиоволны. По сути, эти волны представляют собой форму электромагнитного излучения, аналогичного телевизионному или радиовещанию, но на других частотах. Обычно для Wi-Fi используются частоты 2,4 и 5 ГГц, а в более новом стандарте Wi-Fi 6E также используется диапазон 6 ГГц.

Модуляция

Для передачи данных по радиоволнам их необходимо преобразовать или «промодулировать». Для этого в Wi-Fi используются различные схемы модуляции, в том числе квадратурная амплитудная модуляция (QAM) и мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM). Модуляция определяет, сколько данных может быть передано за один цикл волны, а современные схемы модуляции позволяют увеличить скорость передачи данных.

Множественный вход и множественный выход (MIMO)

Технология MIMO позволяет устройству Wi-Fi одновременно использовать несколько антенн для передачи и приема данных. Это позволяет увеличить скорость передачи данных и дальность действия сети. Новые стандарты Wi-Fi, такие как Wi-Fi 5 (802.11ac) и Wi-Fi 6 (802.11ax), расширили возможности использования MIMO, а технология MU-MIMO (Multi-User MIMO) позволяет маршрутизатору одновременно взаимодействовать с несколькими устройствами.

SSID и аутентификация

Сети Wi-Fi идентифицируются по идентификатору набора услуг (Service Set Identifier, SSID), который является именем сети, отображаемым при сканировании на наличие доступных сетей. Для обеспечения безопасности сети Wi-Fi чаще всего требуют аутентификации. Обычно для этого используется пароль, который проверяется по протоколу безопасности, например WPA2 или WPA3.

Роуминг

При наличии нескольких точек доступа Wi-Fi на большой территории (например, в университетском городке) пользовательское устройство будет «перемещаться» от одной точки доступа к другой, обеспечивая постоянное соединение.

Коллизия и ретрансляция

Поскольку несколько устройств могут одновременно пытаться установить связь на одном и том же канале, могут возникать коллизии данных. Для определения наличия свободного канала в Wi-Fi используется механизм «Прослушать, прежде чем говорить». Если обнаружена коллизия, устройство подождет, а затем повторно передаст данные.

Шифрование

Для защиты данных, передаваемых по воздуху, в сетях Wi-Fi часто используется шифрование. Распространенными стандартами шифрования являются WPA2 и WPA3, причем WPA3 является новейшим и обеспечивает повышенную безопасность.

Управление питанием

Устройства могут переходить в режим пониженного энергопотребления, когда не происходит активного обмена данными, что позволяет экономить заряд батареи. Это особенно важно для мобильных устройств и устройств, работающих от аккумулятора.

Управление помехами

Сигналы Wi-Fi могут подвергаться помехам со стороны других устройств, стен и электронного оборудования. Такие технологии, как beamforming (автоматическое формирование луча), позволяют направить сигнал Wi-Fi в определенном направлении, повышая качество соединения с конкретными устройствами.

Частоты, каналы, ширина канала Wi-Fi

Связь Wi-Fi основана на передаче и приеме данных с использованием радиочастот. Частоты, каналы и ширина канала – основополагающие понятия, определяющие работу устройств Wi-Fi в определенных участках электромагнитного спектра. Давайте разберемся в этих понятиях.

Частоты Wi-Fi

Частота – это количество циклов волны, проходящих через данную точку за одну секунду, измеряемое в герцах (Гц). Для Wi-Fi это означает радиочастоты, измеряемые в гигагерцах (ГГц). Исторически Wi-Fi работает в двух основных частотных диапазонах:

· 2,4 ГГц: используется стандартами 802.11b, g, n и некоторыми другими;

· 5 ГГц: используется стандартами 802.11a, n, ac и некоторыми другими.

Последний стандарт Wi-Fi 6E предусматривает использование диапазона 6 ГГц.

Каналы Wi-Fi

Внутри каждого частотного диапазона (например, 2,4 ГГц) спектр делится на несколько каналов. Представьте себе каналы как отдельные полосы на шоссе, по которым могут передаваться данные. Каналы очень важны для предотвращения помех и перекрытия. В идеальной ситуации соседние сети Wi-Fi работали бы на разных каналах, чтобы минимизировать помехи. В диапазоне 2,4 ГГц каналы обычно расположены на расстоянии 5 МГц друг от друга, но их фактическая ширина составляет 20 МГц. Это означает, что каналы перекрываются друг с другом, причем в большинстве стран не перекрываются только каналы 1, 6 и 11. В диапазоне 5 ГГц больше непересекающихся каналов, и он менее перегружен, что приводит к улучшению общей производительности, особенно в густонаселенных районах.

Ширина канала

Ширина канала – это размер или пропускная способность канала Wi-Fi. Более широкий канал может передавать больше данных, что приводит к увеличению скорости, но при этом он может быть более подвержен помехам и использовать больше спектра, чем необходимо, что приводит к снижению эффективности использования. В терминологии Wi-Fi ширина канала часто обозначается его размером в МГц: 20 МГц, 40 МГц, 80 МГц, 160 МГц или даже 80+80 МГц (это два отдельных канала по 80 МГц).

20 МГц: обычно используется в диапазоне 2,4 ГГц и может использоваться в диапазоне 5 ГГц.

40 МГц: введен в стандарт 802.11n (Wi-Fi 4) и может использоваться как в диапазоне 2,4 ГГц (хотя не рекомендуется из-за перегруженности), так и в диапазоне 5 ГГц.

80 МГц и 160 МГц: введены в стандарт 802.11ac (Wi-Fi 5) и используются в диапазоне 5 ГГц для высокоскоростных соединений.

Использование более широких каналов позволяет увеличить скорость передачи данных, но есть и компромисс. Более широкие каналы могут создавать больше помех для других сетей и могут быть менее стабильными в местах большого скопления людей.

Таким образом, частоты определяют, в какой части радиочастотного спектра работает Wi-Fi, каналы разделяют этот спектр на отдельные пути для передачи данных, а ширина канала влияет на объем данных, который может быть передан в каждый момент времени. Настройка и оптимизация этих параметров, особенно в профессиональных условиях, может привести к значительному повышению производительности и надежности Wi-Fi.

Плюсы и минусы Wi-Fi

Технология Wi-Fi, несомненно, произвела революцию в способах доступа и обмена информацией. Несмотря на многочисленные преимущества, она имеет и свои проблемы. Давайте рассмотрим плюсы и минусы технологии Wi-Fi.

Плюсы технологии Wi-Fi

1. Мобильность: Wi-Fi позволяет пользователям свободно перемещаться в зоне покрытия, обеспечивая возможность подключения в пути без использования физических кабелей.

2. Простая установка: настройка сети Wi-Fi относительно проста, особенно по сравнению со сложностями прокладки физических кабелей. Подключите маршрутизатор, настройте его, и все готово.

3. Эффективность: со временем затраты на развертывание Wi-Fi, особенно на больших территориях или в зданиях, могут оказаться дешевле, чем прокладка протяженных кабельных сетей.

4. Доступ для гостей: можно легко предоставить доступ в Интернет гостям, клиентам или заказчикам, не предоставляя им доступа к основной сети и не требуя физических подключений.

5. Масштабируемость: расширить сеть Wi-Fi, увеличив ее радиус действия с помощью удлинителей или добавив новые устройства, довольно просто.

6. Поддержка нескольких устройств: современные Wi-Fi маршрутизаторы могут поддерживать подключение нескольких устройств одновременно, будь то смартфоны, планшеты, ноутбуки или IoT-устройства.

7. Интеграция с IoT: Wi-Fi является неотъемлемой частью Интернета вещей, позволяя различным устройствам, от «умных» термостатов до камер наблюдения, подключаться к Интернету и друг к другу.

Недостатки технологии Wi-Fi

1. Ограниченный радиус действия: эффективный радиус действия сети Wi-Fi может быть ограничен. Физические препятствия (например, стены и пол) и помехи от других электронных устройств могут снижать уровень сигнала.

2. Нестабильность скорости: скорость Wi-Fi может колебаться в зависимости от расстояния до маршрутизатора, количества подключенных устройств и помех. Проводные соединения, как правило, обеспечивают более стабильную скорость.

3. Безопасность: незащищенные или плохо защищенные сети Wi-Fi могут быть уязвимы для несанкционированного доступа, подслушивания и атак. Для снижения рисков необходимы соответствующие меры безопасности, такие как шифрование WPA3 и регулярное обновление микропрограммного обеспечения.

4. Помехи: другие электронные устройства, соседние сети Wi-Fi и даже бытовая техника могут создавать помехи сигналам Wi-Fi, что приводит к снижению производительности.

5. Разряд батареи: для мобильных устройств поддержание соединения Wi-Fi может привести к более быстрому разряду батареи по сравнению с использованием мобильных данных или автономной работой.

6. Ограниченная пропускная способность: каждая сеть Wi-Fi имеет максимальную пропускную способность. При одновременном подключении и работе слишком большого количества устройств пользователи могут столкнуться с замедлением работы.

Как пользоваться Wi-Fi

Вот набор инструкций для начинающих.

Для смартфонов и планшетов:

Откройте Настройки: на большинстве устройств проведите пальцем вниз от верхней или нижней части экрана и нажмите значок шестеренки.

Перейдите к Wi-Fi: найдите и нажмите на «Wi-Fi» или «Беспроводные сети».

Включить Wi-Fi: если Wi-Fi еще не включен, нажмите переключатель или кнопку, чтобы включить его.

Выбрать сеть: появится список доступных сетей. Нажмите на название своей сети (часто называемое SSID).

Введите пароль: при появлении запроса введите пароль Wi-Fi (иногда называемый сетевым ключом), указанный на наклейке на маршрутизаторе или в руководстве по эксплуатации маршрутизатора. Нажмите кнопку «Подключить».

Для компьютеров:

Windows: щелкните на значке Wi-Fi (он выглядит как полоски сигнала) в системном трее, обычно расположенном в правом нижнем углу. В списке выберите имя сети, нажмите кнопку «Подключиться» и введите пароль.

Mac: щелкните на значке Wi-Fi (расположен в правом верхнем углу экрана). В раскрывшемся списке выберите имя своей сети, затем введите пароль.

Защита сети Wi-Fi (настоятельно рекомендуется):

Доступ к настройкам маршрутизатора: откройте веб-браузер на любом устройстве, подключенном к сети. Введите IP-адрес маршрутизатора, обычно «192.168.1.1» или «192.168.0.1». Точный адрес можно узнать в руководстве по эксплуатации маршрутизатора.

Вход в систему: вам будет предложено ввести имя пользователя и пароль. По умолчанию часто используются логин/пароль «admin»/«admin» или они указаны в руководстве к маршрутизатору.

Изменение учетных данных по умолчанию: чтобы предотвратить несанкционированный доступ, измените имя пользователя и пароль по умолчанию для входа в настройки маршрутизатора.

Установка надежного пароля Wi-Fi: перейдите к настройкам беспроводной сети. Найдите раздел «Безопасность беспроводной сети» или аналогичный. Убедитесь, что для режима безопасности установлено значение WPA2 или WPA3, и задайте надежный уникальный пароль.

Сохранение и повторное подключение: после внесения изменений сохраните и при необходимости перезагрузите маршрутизатор. Вам нужно будет заново подключить все устройства, используя новый пароль.

Дополнительные советы для улучшения работы:

Обновление микропрограммы маршрутизатора: производители маршрутизаторов выпускают обновления для повышения производительности и безопасности. Найдите в настройках маршрутизатора опцию «Обновление» или «Прошивка».

Расположение: если в вашем доме есть «мертвые зоны» Wi-Fi, рассмотрите возможность перемещения маршрутизатора или вложения средств в удлинитель Wi-Fi.

Ограничьте действия, занимающие большую часть полосы пропускания: если Интернет работает медленно, убедитесь, что никакие устройства не загружают большие файлы и не передают потоковое видео в высоком качестве одновременно.

Выполнив эти действия, даже неопытный пользователь сможет успешно настроить и использовать сеть Wi-Fi.

Радиус действия Wi-Fi

Дальность действия Wi-Fi – расстояние, на котором устройство может поддерживать устойчивое соединение с сетью Wi-Fi, – зависит от различных факторов. В общем случае радиус действия типичных сетей Wi-Fi внутри помещений может составлять от 6–46 м, а при использовании специализированного оборудования на открытом воздухе радиус действия соединений Wi-Fi «точка-точка» может достигать нескольких километров. Однако в реальных условиях радиус действия может существенно отличаться в зависимости от нескольких факторов:

Тип маршрутизатора/точки доступа

Различные маршрутизаторы и точки доступа (AP) имеют разный уровень мощности передачи. Модели более высокого класса или предназначенные для бизнес-приложений могут иметь более мощные передатчики и более чувствительные приемники, что обеспечивает большую дальность действия.

Частотный диапазон Wi-Fi

2,4 ГГц: обеспечивает большую дальность действия, эффективнее проникает через стены и другие твердые предметы, но может подвергаться большим перегрузкам и помехам, поскольку многие устройства и приборы используют эту частоту.

5 ГГц: обеспечивает более высокую скорость и менее перегружен, но не так эффективно проникает через стены и имеет меньший радиус действия, чем 2,4 ГГц.

6 ГГц: введена в Wi-Fi 6E, имеет свойства, аналогичные 5 ГГц по дальности и проникновению, но еще меньше перегружена.

Тип антенны и коэффициент усиления

Внешние антенны обычно обеспечивают большую дальность действия, чем внутренние.

Направленные антенны фокусируют сигнал в определенном направлении, что может увеличить дальность действия в этом направлении, но ограничить ее в других.

Всенаправленные антенны распространяют сигнал во всех направлениях.

Физические препятствия

Стены, потолки и полы могут значительно ослаблять сигнал Wi-Fi, особенно если они сделаны из плотных материалов, таких как бетон или кирпич. Другие объекты, например, крупные металлические приборы, также могут создавать тени сигнала или мертвые зоны.

Электронные помехи

Другие электронные устройства, такие как беспроводные телефоны, микроволновые печи, а также соседние сети Wi-Fi, особенно в диапазоне 2,4 ГГц, могут создавать помехи. Соканальные и смежно-канальные помехи от других близлежащих сетей Wi-Fi также могут влиять на дальность действия и производительность сети.

Окружающая среда

Дальность действия на открытом воздухе может быть значительно больше, чем в помещении, особенно при отсутствии физических препятствий. Однако такие факторы, как деревья, холмы, здания и даже погодные условия, могут влиять на сигнал.

Конфигурация сети

Настройки маршрутизатора или точки доступа, такие как мощность передачи или выбор канала, могут влиять на дальность действия.

Для тех, кто стремится максимально увеличить радиус действия своей сети, следует рассмотреть возможность использования ячеистой системы Wi-Fi, которая использует несколько узлов или точек доступа для расширения зоны покрытия на большую площадь.

Вред излучения: правда или миф

Тема излучения Wi-Fi и его потенциального вреда является дискуссионной. Чтобы разобраться в этом вопросе, мы рассмотрим научные данные, тип излучения, испускаемого Wi-Fi, и выводы, сделанные организациями здравоохранения по всему миру.

Что такое излучение Wi-Fi?

Для передачи данных в сетях Wi-Fi используются радиоволны. Эти волны являются разновидностью электромагнитного излучения, но очень важно различать ионизирующее и неионизирующее излучение.

Ионизирующее излучение. Этот тип излучения обладает энергией, достаточной для удаления прочно связанных электронов из атомов, что может привести к повреждению клеток и повышению риска развития рака. Примерами являются рентгеновское и гамма-излучение.

Неионизирующее излучение. Wi-Fi относится к этой категории. Его энергии недостаточно для ионизации атомов или молекул, поэтому он не может непосредственно повредить ДНК внутри клеток.

Что говорят организации здравоохранения

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) заявила, что имеющиеся данные не подтверждают наличия каких-либо последствий для здоровья от воздействия низкоуровневых электромагнитных полей, таких как излучаемые Wi-Fi.

Федеральная комиссия по связи США (FCC) установила нормы, ограничивающие количество радиочастотной энергии, которую могут излучать беспроводные устройства. Стандартное оборудование Wi-Fi вполне укладывается в эти ограничения.

Международная комиссия по защите от неионизирующих излучений (ICNIRP) установила нормы воздействия электромагнитных полей, и большинство оборудования Wi-Fi вполне соответствует этим нормам.

Исследования

За прошедшие годы было проведено множество исследований, направленных на определение влияния радиочастотного излучения от мобильных телефонов, Wi-Fi и других источников беспроводной связи на здоровье человека. Хотя некоторые исследования указывают на возможность биологического воздействия при очень высоких уровнях облучения, большинство из них показывают, что обычное облучение от устройств Wi-Fi намного ниже уровня, при котором могут возникнуть какие-либо значимые последствия.

Электромагнитная гиперчувствительность (EHS)

Некоторые люди утверждают, что испытывают различные симптомы, связанные с воздействием электромагнитных полей (от Wi-Fi, мобильных телефонов и так далее). Симптомы могут включать головные боли, усталость, стресс и нарушения сна. Однако слепые или двойные слепые исследования, в ходе которых люди с ЭГС подвергались воздействию электромагнитных полей без их ведома, как правило, показывали, что эти люди не могут достоверно определить наличие таких полей. Таким образом, доказательства того, что ЭГС является обоснованным медицинским состоянием, остаются слабыми.

Меры предосторожности

Несмотря на огромное количество данных, свидетельствующих о безопасности Wi-Fi, некоторые люди предпочитают соблюдать осторожность. Если вы относитесь к их числу, вы можете:

Расположить маршрутизатор Wi-Fi вдали от мест, где вы проводите больше всего времени.

Выключать Wi-Fi маршрутизатор на ночь.

По возможности использовать проводные соединения.

Резюмируем. В науке преобладает мнение, что излучение Wi-Fi безопасно и не представляет значительного риска для здоровья человека. Излучение, испускаемое устройствами Wi-Fi, является неионизирующим, а уровни мощности очень низкие. Если бы существовал значительный риск, связанный с Wi-Fi, мы бы ожидали увидеть четкие закономерности в данных, учитывая, насколько широко и часто мы подвергаемся воздействию.

Вывод

С момента своего появления Wi-Fi стал ключевым фактором в сфере коммуникаций и доступа к Интернету. По мере развития этой технологии она, несомненно, будет играть еще более значительную роль в цифровой трансформации нашего общества. Неважно, просматриваете ли вы случайно веб-страницы на своем смартфоне или управляете сложной системой «умного дома», – все это возможно благодаря чудесам Wi-Fi.