История развития технологий Wi-Fi.

Разработка технологии Wi-Fi (Wireless Fidelity) началась более 15 лет назад. Инициатором и координатором работ выступил комитет по стандартизации локальных сетей IEEE 802 (Institute of Electrical
and Electronic Engineers). В 1990 году по указанию комитета была организована специальная рабочая группа, в задачи которой входила разработка первого полноценного стандарта беспроводных локальных сетей. На создание готового продукта потребовалось целых семь лет, и лишь в 1997 году новоиспеченный стандарт IEEE 802.11 был представлен широкой публике. Впрочем, потребители
встретили первую версию Wi-Fi без особого энтузиазма - проблема заключалась в том, что на разработку технологии ушло непростительно много времени, и к моменту презентации стандарт успел заметно устареть. Помимо весьма низкой пропускной способности, не превышающей 2 Мбит/с (что тогда уже было просто смешно для локальной сети), мало кого могло устроить посредственное качество связи, чрезмерная медлительность и весьма низкая дальнобойность стандарта, при этом цена на оборудование могла запросто зашкаливать за несколько тысяч долларов.
Однако сама идея беспроводного доступа в Интернет и к ресурсам локальной сети внутри офиса, гостиницы, вокзала или аэропорта была большинством оценена по достоинству. В любом случае, разработчики не собирались прекращать доведение технологии до ума, и осенью 1999 года выпустили сразу две новые спецификации, названные 802.11a и 802.11b, и обеспечивающие максимальную пропускную способность в 54 Мбит/с и 11 Мбит/с соответственно. Первым на прилавки поступило Wi-Fi оборудование, совместимое с 802.11b, и на этот раз народного признания не пришлось долго ждать. В рекордно короткие сроки технологии Wi-Fi удалось выйти на мировую арену и составить серьезную конкуренцию классическим способам организации локальной сети, таким как Ethernet. Этому способствовало резкое падение цен на Wi-Fi оборудование, и, конечно же, избавление от множества "юношеских" проблем технологии Wi-Fi, присущих первой спецификации.
Реальные устройства, поддерживающие стандарт 802.11a, появились в продаже лишь в 2001 году, однако рынок был уже настолько заполнен оборудованием 802.11b, что даже несмотря на практически пятикратно возросшую пропускную способность, первое время новая спецификация оставалась в тени. Следующий виток эволюции технологий Wi-Fi начался летом 2003 года, когда разработчики закончили следующую версию стандарта - 802.11g, совмещающую в себе преимущества предыдущих двух редакций. На данный момент большая часть современного оборудования, ориентированного на работу по Wi-Fi, оснащается модулями 802.11g, и при этом готовится к выходу очередная спецификация - 802.11n. В ней нам обещают как минимум двукратное увеличение максимальной скорости по сравнению с 802.11a и 802.11g, а также введение совершенно новых технологий, об одной из этих новых технологий Wi-Fi будет написано ниже.

Что же такое - технология Wi-Fi и Wi-Fi сети?

На самом деле все спецификации Wi-Fi являются стандартом в стандарте. С одной стороны, они все должны удовлетворять стандарту беспроводных сетей 802.11, а с другой - они входят в состав крупнейшего стандарта локальных сетей IEEE 802.
И преимущества такого подхода сложно недооценивать. Так, спецификации 802.11 затрагивают лишь два нижних уровня (физический и канальный) общей модели ISO/OSI, состоящей из семи уровней. На практике это означает, что любое приложение, равно как и операционная система, не почувствует никакой разницы, будет ли оно работать, например, в проводной локальной сети Ethernet, или беспроводной сети Wi-Fi, а следовательно, затраты на переход с проводной технологии на беспроводную будут определяться лишь стоимостью оборудования и его установки, и никакая разработка и замена программного обеспечения не потребуется.
Оборудование Wi-Fi, предназначенное для работы в стандарте 802.11, в основном делится на два класса - это клиенты Wi-Fi сети и точки доступа (Wi-Fi Access Point). Роль клиентов могут играть настольные компьютеры, ноутбуки, КПК, телефоны, принтеры, игровые приставки и прочая портативная и стационарная бытовая техника, оборудованная Wi-Fi-модулем. Если в ПК или КПК изначально отсутствует поддержка беспроводных сетей, то в большинстве случаев это можно с легкостью восполнить приобретением соответствующего Wi-Fi адаптера, который может быть реализован в форме практически любой платы расширения. Точки доступа обычно выполнены в виде отдельного внешнего устройства, подключаемого непосредственно к кабелю проводной сети Ethernet или к любому другому совместимому источнику широкополосного доступа в Интернет.
Иногда Wi-Fi точки доступа комбинируют с каким-либо другим устройством, например, весьма распространены ADSL-модемы, совмещенные с точкой доступа Wi-Fi. На точку доступа Wi-Fi возлагается львиная часть работы по обслуживанию беспроводной сети: она должна не только поддерживать радиопередачу со всеми клиентами и связывать сеть с внешним миром, но и регулировать трафик, обрабатывать данные и совершать массу других операций. Также в некоторых случаях может потребоваться и дополнительное оборудование: например, при недостаточном уровне сигнала нужны антенны, а при необходимости соединения между собой двух сетей - мосты.
Существует два основных способа организации беспроводной Wi-Fi сети - это клиент-сервер (Infrastructure Mode) и точка-точка (Ad-hoc). В первом случае сеть состоит из одной или нескольких точек
доступа и произвольного количества клиентов. Это стандартная модель построения локальной сети, которая принципиально отличается от проводной разве что отсутствием тех самых проводов. Во втором случае связь устанавливается непосредственно между несколькими клиентами, минуя точку доступа. Такая модель удобна для соединения между собой нескольких портативных устройств, например, для моментальной печати фотографий с Wi-Fi-камеры на Wi-Fi-принтер или многопользовательской игры на портативных консолях (Sony PSP, Nintendo DS и других).

Методы передачи сигнала W-Fi.

Первая спецификация Wi-Fi - 802.11 предусматривала передачу сигнала на выбор тремя различными способами. В двух из них использовались радиочастоты в диапазоне от 2400 МГц до 2483 МГц, в частности, один основывался на методе частотных скачков FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), а другой - на методе прямой последовательности DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). В третьем же задействовался инфракрасный диапазон, причем между точкой доступа и клиентами не требовалось прямой видимости, так как сигнал должен был передаваться отраженным от потолка!
Однако не будем останавливаться на этом подробнее, ведь сейчас уже непросто найти сети, работающие по этому стандарту. В спецификации 802.11b от былых трех методов остался всего один - DSSS. А для стандартов 802.11a и 802.11g был избран новый метод - OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), при этом сигнал расщепляется на множество меньших, которые пересылаются одновременно по нескольким частотам. При этом спецификация 802.11a отличается от всех остальных тем, что задействуется другой диапазон частот: 5150-5825 МГц.
Еще одной особенностью Wi-Fi является то, что весь спектр используемых частот условно разделяется на несколько каналов (узких полос частот), частично перекрывающих друг друга. Однако для нормальной работы сети необходимо, чтобы разные каналы не использовали общие частоты, поэтому одновременно в одном месте может работать не более трех каналов в сети 802.11b/g и не более восьми каналов в сети 802.11a.
Кстати, далеко не во всех странах разрешается использовать Wi-Fi на безлицензионной основе - иногда для установки Wi-Fi точки требуется получить соответствующее разрешение, а в некоторых странах и вовсе запрещается занимать определенные частоты, поэтому для этих стран выпускается оборудование Wi-Fi с урезанным диапазоном.
Для всех Wi-Fi спецификаций 802.11 максимальное расстояние уверенного приема сигнала находится в районе 300-400 метров для открытых помещений, и 90 метров - для закрытых. Данное ограничение не является строгим, и при использовании направленных антенн, в случае прямой видимости, возможно поймать сигнал на расстоянии порядка нескольких километров. Впрочем, не стоит рассчитывать на то, что максимальная скорость передачи данных будет обеспечиваться на любом расстоянии - при отдалении от точки доступа пропускная способность снижается пропорционально расстоянию. Кстати, электромагнитные волны в диапазоне 2.4 ГГц весьма болезненно реагируют на прохождение через различные препятствия, поэтому в сильно заставленных помещениях с большим количеством перегородок зона охвата точек доступа резко снижается. В диапазоне 5 ГГц дела обстоят заметно хуже, поэтому для покрытия того же помещения приходится или увеличивать количество точек доступа, или стараться подбирать им оптимальное размещение, например, ближе к потолку, а также оборудовать качественными антеннами. Еще одним фактором, мешающим работе беспроводной сети Wi-Fi, может оказаться другое оборудование, работающее в том же диапазоне частот. Самым ярким примером служат микроволновые печи, которые излучают электромагнитные волны как раз с частотой порядка 2.4 ГГц - на которой и работает большинство приёмо-передатчиков Wi-Fi сетей (802.11a и b).

Безопасность в сети Wi-Fi.

Одной из основных проблем, присущих беспроводным сетям, остается слабая защищенность. Первые годы после появления Wi-Fi большинство беспроводных сетей, построенных по этому стандарту, находились практически в свободном доступе для любого желающего. Для того чтобы свободно подключиться ко всем сетевым ресурсам, достаточно было просто оказаться неподалеку от точки доступа, при этом даже не обязательно заходить внутрь здания, так как сигнал обычно без проблем преодолевает внешние стены. А при использовании хорошей направленной антенны злоумышленник мог "подслушать" сигнал, находясь и на весьма отдаленной позиции.
Изначально основная надежда на обеспечение безопасности лежала на механизме шифрования WEP (Wired Equivalent Privacy) с длиной ключа 64 или 128 бит, однако он довольно быстро доказал свою несостоятельность, причем дальнейшее увеличение длины ключа не привело к какому-либо улучшению. Также для обеспечения безопасности можно было установить уникальный код доступа (SSID), который запрашивался у каждого Wi-Fi клиента перед подключением к сети, и настроить список доступа ACL, где строго задать список MAC-адресов устройств, для которых разрешен доступ к сети. Впрочем, все эти методы сложно назвать серьезной защитой.
Естественно, из-за столь низкого уровня безопасности многие компании были вынуждены отказаться от использования беспроводных Wi-Fi сетей исключительно из соображений сохранения конфиденциальности информации. Поэтому перед разработчиками Wi-Fi встала наиважнейшая задача - в кратчайшие сроки поднять защищенность Wi-Fi на кардинально новый уровень. Как временная мера, на смену WEP был предложен стандарт безопасности WPA (Wi-Fi Protected Access), который, впрочем, закрывал лишь известные бреши WEP, в основном за счет введения протокола
временной целостности ключей TKIP. А на создание принципиально нового стандарта безопасности, названного 802.11i, потребовалось весьма продолжительное время, и он был полностью завершен только к лету 2004 года. Среди нововведений, появившихся в 802.11i, можно отметить замену стандартного способа аутентификации на более совершенный и введение нового механизма шифрования, построенного по алгоритму AES (Advanced Encryption Standard). В целом, новой системе удалось создать серьезную проблему для злоумышленников. Конечно, некоторые проблемы с безопасностью до сих пор остаются, но и их планируется ликвидировать в следующих версиях.

Wi-Fi сегодня.

На сегодняшний день технологии Wi-Fi удалось прочно занять свою нишу, она продолжает непрерывно развиваться, постепенно осваивая новые отрасли, вроде передачи мультимедийного контента. Однако в будущем конкуренция со стороны других беспроводных стандартов заметно усилится. За царствование среди низкоскоростных подключений будет бороться Bluetooth 2.0, среди высокоскоростных - Wireless USB, на больших расстояниях - WiMAX, среди энергосберегающих - ZigBee. И кто окажется в итоге победителем, станет понятно только через несколько лет.

Ячеистые (сотовые) сети Wi-Fi.

В крупных городах развитых стран мира технология Wi-Fi уже давно вышла за рамки обычного средства для организации локальной сети. Например, в том же Нью-Йорке далеко не так просто найти места, которые бы находились вне зоны приема хотя бы одной из точек доступа. В таких городах Wi-Fi охватывает территорию, исчисляемую десятками и даже сотнями квадратных километров, а количество действующих точек доступа может достигать и десятка тысяч (как публичных "хот-спотов", так и закрытых корпоративных Wi-Fi сетей). Однако такое обилие сетей, особенно в центре города, никому не идет на пользу. Различные сети наслаиваются друг на друга, сильно затрудняя свою работу, и ни о каком согласованном обмене данными не может идти и речи. Хотя, что говорить о городе, когда даже в масштабах одного крупного предприятия с парой десятков Wi-Fi точек доступа совсем непросто организовать идеальное покрытие всей площади (так называемый "бесшовный роуминг"). В результате, такие амбициозные проекты, как организация единой городской Wi-Fi сети пока имеют лишь единичный характер и весьма далеки от совершенства.
Для решения этих проблем уже несколько лет дорабатывается протокол организации беспроводных ячеистых сетей (Wi-Mesh), получивший официальное название IEEE 802.11s. Сразу стоит заметить, что 802.11s не является еще одной спецификацией Wi-Fi, а лишь дополняет один из аспектов стандарта, поэтому для создания ячеистой сети не потребуется замены оборудования. Нововведения протокола заключаются в том, что между точками доступа также будет организована полноценная связь. Точки W-Fi будут передавать по цепочке пакеты до места назначения, а для подключения к Интернету или к локальной проводной сети достаточно будет подсоединения всего к одной Wi-Fi точке доступа, которая распространит сигнал на оставшиеся узлы. В будущем на создание масштабных ячеистых W-Fi сетей возлагаются большие надежды: предполагается, что они смогут составить серьезную конкуренцию даже обычным сотовым сетям, так как в последнее время технология Voice Over IP становится все более популярной.

Новая технология Wi-Fi - MIMO.

Совсем недавно состоялся релиз самой производительной спецификации Wi-Fi, которая получила наименование IEEE 802.11n. В этот стандарт вложено не только заметно возросшая пропускная способность (порядка 630 Мбит/с), но и совместимость со всеми предыдущими спецификациями Wi-Fi (802.1a/b/g).
Сразу возникает логичный вопрос, как же удалось инженерам добиться такого существенного прорыва, если учитывать, что они должны были ограничиваться такими параметрами, как прежний диапазон частот, использовать метод OFDM (для совместимости), обеспечить низкое энергопотребление, да и учесть множество других факторов? Естественно, этого удалось достичь доведением практически до совершенства уже используемых Wi-Fi технологий, однако не обошлось и без кардинально новых решений, а именно, технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output). Эта технология основывается на том, что и приемник, и передатчик содержат сразу несколько антенн, благодаря чему появляется возможность одновременно передавать и принимать сразу несколько сигналов. Пропускная способность увеличивается за счет того, что единый поток данных разбивается на несколько независимых, которые передаются параллельно по разным частотам в пределах одного диапазона, а затем снова склеиваются в единый, после приема. Впрочем, за удовольствие надо платить - новая технология Wi-Fi привела к заметному усложнению и удорожанию готовых Wi-Fi устройств, однако в ближайшее время это должно быть компенсировано грамотным проектированием модулей, а затем и массовостью продаж.