Беспроводная сеть

Преимущества беспроводной сети очевидны - отсутствие лишних проводов, свободное перемещение компьютера в пространстве, подключение еще одного или нескольких компьютеров без прокладки новых кабелей... В этой статье мы постараемся детально рассмотреть беспроводную сеть в общем смысле, и некоторые аспекты ее частной реализации "802.11 (Wi-Fi)".

Начнем с теории.
Для того, что бы устройства могли взаимодействовать друг с другом, необходима некая среда передачи информации, т.е. "то по чему информация будет передаваться" (модель "OSI" относит эту среду к "физическому уровню"), в кабельных сетях такой средой является сам кабель, в беспроводных - электромагнитная волна. Как видно из самого названия электромагнитная волна содержит в себе две составляющих - электрическое и магнитное поля. Электрическое поле порождает магнитное, а магнитное поле в свою очередь индуцирует электрическое. Следует отметить, что электромагнитной волне в отличии от большинства других известных "волн", например звука, ненужен никакой эфир для распространения по нему, она распространяется по средствам объектов - переносчиков взаимодействия, которые порождаются ее самой (в частности электрическим и магнитным полями). Оговоримся что сказанное выше утверждение верно, если не считать эфиром сам пространственно-временной континуум, т. е. электромагнитная волна распространяется в том же "нашем" пространстве и времени. Это означает, что электромагнитная волна может распространятся в вакууме, более того именно в вакууме, она распространяется со своей максимальной скоростью. Основными параметрами электромагнитных волн, которые необходимо знать при построении беспроводных сетей является длинна и частота волны, или одного из них, второй можно легко вычислить. Длинна волны это расстояние между двумя ближайшими точками, находящимися в одной фазе (см. рис. 01). Обратите внимание, на рисунке волна изображена на плоскости, в двух измерениях, это сделано для наглядности, на практике электромагнитная волна распространяется в 3-х мерном пространстве и во времени. Длина волны может измерятся в любых единицах измерения длины, например метрах, сантиметрах, нанометрах... Выбор единицы измерения обусловлен лишь удобством вычислений, и свободно может быть переведен в другие единицы измерения, например длинна волны равна 250 сантиметром = 2,5 метрам = 0,0025 километрам. Частота волны это число полных колебаний (циклов) волны, совершенных в единицу времени (см. рис. 01). Чаще всего за единицу времени берут 1 секунду, показатель частоты в этом случае измеряется в "Герцах". Например количество полных колебаний волны за 1 секунду равно 10, значит частоту данной волны можно записать: 10 Герц. Поляризация волны, так же является одной из важнейших характеристик волны. Поляризацию можно представить как положение электрического либо магнитного поля волны в определенной плоскости. При распространении электромагнитной волны в пространстве ("без проводника") электрическое поле стремиться располагаться перпендикулярно вектору направления движения волны, а магнитное перпендикулярно электрическому (см. рис. 02) (Именно поэтому такую электромагнитную волну относят к "поперечным" волнам). Таким образом если взять за основу электрическое поле, т.е. говорить о его положении в пространстве, можно говорить о горизонтальной, вертикальной, круговой поляризации, и т.д. Ну чаще всего используют горизонтальную и вертикальную (линейные) поляризации в связи с более простой реализацией их на практике. В беспроводном оборудовании, как правило используются антенны, поляризация излучаемой волны которых располагается точно так же как и сама антенна, т.е. если антенна расположена вертикально, то и поляризация волны будет вертикальной, и наоборот. Конечно есть и такие антенны у которых поляризация будет отличаться от их положения, например антенна расположена вертикально, а поляризация горизонтальная, и наоборот. Но такие антенны обычно стоят намного дороже, из-за более сложной конструкции, и используются крайне редко. Следует так же отметить, чем меньше длинна (больше частота) волны, тем на большие расстояния может распространяться волна в прямой видимости (если не брать в расчет вещества наполняющие пространство, например смесь газов - воздух), однако с увеличением частоты, уменьшается способность волны огибать препятствия, именно этим обусловлен выбор несущих частот известных нам технологий беспроводной связи, например GSM 800-900, 1800-1900 МГЦ, Wi-Fi (802.11) 2.4 ГГЦ, PRE-WIMAX 5 ГГЦ. Отметим что видимый человеческим глазом свет имеет длину "волны" от 700 nm для красного цвета, до 400 nm для фиолетового, как мы знаем в этом диапазоне электромагнитное излучение уже практически не огибает приветствия, о чем свидетельствует такое привычное нам явление как "тень".
Чтобы рассчитать частоту волны зная ее длину, нужно разделить скорость распространения волны на ее длину, что бы получить длину волны, зная ее частоту, нужно разделить скорость распространения волны на ее частоту. Например возьмем частоту волны Wi-Fi (802.11) ~ 2.4 Ghz = 2400000000 Hz, возмем за скорость распространения волны, скорость света в вакууме ~ 299792458 м/с (конечно в этом случае мы пренебрегаем снижением скорости при прохождении волны через воздух, ну на данный момент нам будет достаточно приблизительного показателя), получаем: 299792458/2400000000=~0,12 м. Т. е. длинна волны Wi-Fi (802.11) составляет примерно 12 см.

Практически реализуем беспроводную сеть Wi-Fi (802.11)
Приведем пример реализации беспроводной сети на базе точки доступа, маршрутизатора с возможностью NAT/PAT - трансляций и DHCP - сервера, обычно все эти три модуля объединяются в одном устройстве, такие устройства называют как правило - маршрутизатор\точка доступа, роутер\точка доступа... Такое оборудование обычно настраивается через COM-порт (с помощью консоли), либо через локальную сеть по протоколам telnet, ssh, http (через WEB-интерфейс).
Рассмотрим настройку такого устройства через WEB-интерфейс (http).
В большинстве рассматриваемых устройств по умолчанию активирован DHCP сервер в локальной сети раздающий ip адреса в диапазоне 192.168.0.100-192.168.0.199 или 192.168.1.100-192.168.1.199. Если Ваш "маршрутизатор" был реконфигурирован ранее, и возможно в нем отключен DHCP-сервер, можно вернуть его к настройкам по умолчанию, нажав и удерживая кнопку "reset" (обычно расположена на задней панели устройства) 5 - 20 секунд.
Чтобы попасть в WEB-интерфейс, нужно подключить "маршрутизатор" (любой порт локальной сети "LAN") UTP патч-кордом (как правило есть в комплекте с маршрутизатором/точкой доступа) к сетевому адаптеру компьютера, на котором следует установить получение сетевых реквизитов автоматически, с DHCP-сервера. Через некоторое время (требующееся для получения сетевых реквизитов), нужно набрать в интернет-обозревателе ip-адрес "маршрутизатора" обычно один из этих: 192.168.0.1 , 192.168.1.1 , 192.168.0.50. Можно посмотреть какой ip адрес назначен вашему компьютеру с помощью команды ipconfig в Windows или ifconfig в Linux, и сделать вывод о адресации используемой в локальной сети, например, если Вашему компьютеру назначен адрес 192.168.0.101 значит наиболее вероятным адресом устройства будет 192.168.0.1 или 192.168.0.50.
После того как в Вашем браузере открылась страница WEB-интерфейса, необходимо ввести реквизиты предоставленные Вам интернет-провайдером в разделе настроек глобальной сети (WAN, Network/WAN, IP/WAN). Если провайдер использует "MAC-привязку" необходимо так же скопировать MAC адрес который сохранен у провайдера (т.е. адрес Вашего компьютера), для этого можно использовать на некоторых устройствах специальную функцию "MAC-clone" или ввести его вручную.
В разделе Беспроводная сеть (Wireles, 802.11) нужно выбрать параметры шифрования. Если Вы не планируете использовать RADIUS-сервер для централизованной идентификации пользователей, Вам остается выбрать один из нескольких вариантов защиты сети, как правило это WEP, WPA, WPA2, WPA2-TKIP, WPA2-AES, WPA2-TKIP+AES... Рекомендуем использовать самые надежные варианты из предложенных, например WPA2-TKIP+AES, WPA2-AES. Но на некоторых устройствах наблюдается снижение пропускной способности (скорости) беспроводной сети при использовании стандарта AES из-за более высокой нагрузки на процессор устройства. Если для Вас более важным приоритетом является скорость а не безопасность беспроводной сети, можно выбрать WPA2-TKIP.
Мы рекомендуем вообще не использовать алгоритм WEP т.к. он устарел и на сегодня, для его взлома требуется очень мало времени.

Помехи, препятствия и экранирование сигнала беспроводных сетей Wi-Fi (802.11).
Конечно же для беспроводных сетей Wi-Fi источниками помех являются другие беспроводные сети и устройства работающие на той же частоте ~ 2,4 ГГЦ. Одним из основных бытовых источников помех для Wi-Fi являются микроволновые печи. Магнетрон СВЧ-печи работает примерно на той же частоте 2,4 ГГЦ.
При проектировании беспроводной Wi-Fi сети, необходимо так же помнить что металлические, особенно металлические, заземленные предметы хорошо экранируют сигнал. Особое внимание следует уделить скоплению металлических предметов равным или большим по размеру чем длинна волны (для Wi-Fi около 12 см) а так же равным половине длинны волны. А если эти предметы имеют вытянутую форму и расположены параллельно поляризации волны, можно рассмотреть вариант изменения поляризации волны, путем замены антенн точек доступа, и Wi-Fi - клиентов. Не рекомендуем изменять поляризацию путем наклона в горизонтальное положение обычной всенаправленной антенны с вертикальной поляризацией, т. к. "область покрытия" таких антенн как правило напоминает форму диска, следовательно при наклоне антенны наклоняется и "диск области покрытия", а значит уменьшается горизонтальный радиус действия, с двух сторон "плоскости" воображаемого диска.
Учитывая высокую частоту 2,4 ГГЦ, отметим, что волна хоть и не теряет полностью своей способности огибать препятствия, она делает это уже не так эффективно как волны станций радиовещания, да и хуже чем волны используемые в стандарте сотовой связи GSM 0,8-1,9 ГГЦ.

В заключении обратим внимание, что не смотря на появление более перспективных технологий беспроводной связи, таких как 802.16 (WIMAX, 4g), технология 802.11 (Wi-Fi) все еще остается востребованной для построения локальных сетей в офисах, гостиницах, домах..., в связи с тем что для большинства стран технологией 802.11 (Wi-Fi) предусмотрено использование нелицензируемых диапазонов радиочастот, что дает возможность ее использования без получения специальных разрешений.