Sieci komputerowe

Wi-Fi bez tajemnic (odsłona 1)

Wpis jest pierwszą częścią większego cyklu opisującym sieci bezprzewodowe. Rozpoczniemy od początku tak aby osoba do tej pory nie mająca styczności z tego typu sieciami w temacie mogła się odnaleźć. Dziś krótko o standardach, urządzeniach oraz wykorzystywanych do komunikacji częstotliwościach.

Artykuły powiązane:

Standardy Wi-Fi

Wi-Fi 4 (802.11n) – standard, który swój debiut miał w 2009 r. Do pracy może wykorzystywać dwie częstotliwości 2,4 GHz oraz 5 GHz, ale z reguły używana jest ta pierwsza. Urządzenia radiowe wykorzystujące Wi-Fi 4 najczęściej nawiązują z routerem połączenie o prędkości 150 Mb/s lub 300 Mb/s przy użyciu pasma 2,4 GHz.

Wi-Fi 5 (802.11ac) – w 2016 r. rozpoczęła się ekspansja Wi-Fi 5 standard ten operuje w paśmie 5 GHz a wykorzystujące go urządzenia komunikują się ze sobą za pomocą łącz o prędkościach 433 Mb/s lub 867 Mb/s. Urządzenia Wi-Fi 5 operują w dwóch pasmach 2,4 GHz (tu wykorzystywane jest Wi-Fi 4) i 5 GHz (Wi-Fi 5). Kupując np. router na pudełku będzie znajdować się sumaryczna prędkość w obu pasmach. Np. oznaczenie Wi-Fi 5 1200 lub AC1200 będzie oznaczać – 300 Mb/s + 867 Mb/s w pasmach 2,4 GHz i 5 GHz a AC2100 to kolejno 300 Mb/s + 1733Mb/s. Spróbujesz zgadnąć co będzie oznaczać AC5400?  2,4 GHz: 1000 Mb/s (802.11n) + 5 GHz: 2167 Mb/s (802.11ac) + 5 GHz: 2167 Mb/s (802.11ac) Czemu dwa razy zostało wymienione pasmo 5 GHz? Ponieważ wśród urządzeń tego standardu można odnaleźć konstrukcje trzypasmowe – rozgłaszana jest jedna sieć w paśmie 2,4 GHz i dwie sieci przy użyciu częstotliwości 5 GHz.

Wi-Fi 6 (802.11ax) – to obecnie królujące rozwiązanie na rynku. Pierwsze urządzenia pojawiły się w 2019 r. i wraz z popularyzacją wyparły konstrukcje Wi-Fi 5. Standard operuje w dwóch pasmach 2,4 GHz i 5 GHz a najpopularniejszym rozwiązaniem jest AX1800 – 574 Mb/s i 1200 Mb/s kolejno w pasmach 2,4 GHz i 5 GHz. Są oczywiście konstrukcje wydajniejsze np. AX6000 (2,4 GHz: 1148 Mb/s + 5GHz: 4804 Mb/s) czy AX6600 (2,4 GHz: 574 Mb/s + 5 GHz: 4804 Mb/s + 5 GHz: 1201 Mb/s ).

Poszukując urządzenia Wi-Fi 6 możesz natknąć się na takie, które będą miały dodaną literę E np. Wi-Fi 6E Nie jest to nowy standard tylko rozszerzenie obecnego. Można powiedzieć, że Wi-Fi 6E to „nadbudówka” na Wi-Fi 6. Jeśli kupisz taki router będziesz mógł skorzystać z trzeciego pasma w zakresie częstotliwości 6 GHz.

Wi-Fi 7 (802.11be) to debiutujący na rynku standard radiowy. Pozwoli on (podobnie jak Wi-Fi 6E) na użycie trzech pasm: 2,4 GHz, 5 GHz i 6 GHz. Pełna dostępność urządzeń planowana jest na przełom roku 2024/2025. Ma być szybciej. Obiecująco zapowiada się wprowadzana wraz ze standardem technologia Multi-Link Operation (MLO), użycie jej pozwoli na jednoczesne ustanowienie połączenia pomiędzy routerem a klientem za pomocą fal o różnych częstotliwościach – np. przy użyciu pasma 5 jak i 6 GHz.

Przy zakupie urządzeń sieciowych, aby zagwarantować najwyższe możliwe transfery i zasięg należy zwrócić uwagę na obsługiwane standardy. Chodzi o to, aby kartę sieciową obsługującą dany standard zestawić z routerem czy AP obsługującym ten sam standard. Lepsze rezultaty da wybranie kary w standardzie Wi-Fi 6 i AP również mającego zaimplementowany ten standard niż np. kombinacji standardu Wi-Fi 5 dla karty sieciowej i standardu Wi-Fi 6 dla routera. Taka kombinacja jest oczywiście możliwa i zagwarantuje komunikację (urządzenia standardów wyższych są kompatybilne ze standardami niższymi) ale będzie ona prowadzona na zasadach standardu Wi-Fi 5 (jako ten starszy).

Urządzenia sieci Wi-Fi

Podstawowymi urządzeniami tworzącymi sieć bezprzewodową są:

  • bezprzewodowa karta sieciowa,
  • access point,
  • router,
  • anteny,
  • extender.

Bezprzewodowa karta sieciowa– urządzenie, które przekształca pakiety danych na sygnały (fale radiowe), które transmitowane są w kierunku np. routera. Najczęściej spotykane karty sieciowe to te wykorzystujące interfejs USB lub złącze M.2 (laptopy, płyty główne). Dostępne są również modele ze złączem PCIe i starszym PCI.  Na rysunku poniżej karta PCIe TP-Link AX3000 montowana wewnątrz komputera (a tak naprawdę jest to adapter PCIe – M.2 bo gdy zdejmiemy radiator pod nim odnajdziemy kartę Intel AX200 ze złączem M.2), karta USB marki Asus o oznaczeniu USB-AC56 (Wi-Fi 5 AC1300) oraz nano adapter Tenda W311MI (Wi-Fi 6, ale tylko 2,4 GHz).

Router – urządzenie warstwy 3 które przekazuje pakiety danych z jednej sieci do drugiej, realizuje funkcję routingu. W odniesieniu do sieci bezprzewodowych router jest urządzeniem, z którym najczęściej zintegrowany jest access point, na zasadzie 2w1 a czasem 3w1, gdy jest jeszcze obecny np. modem ADSL. Z routerem będziemy mieli do czynienia najczęściej, bo gdy podpiszemy umowę z dostawcą internetowym (tzw. ISP ang. Internet service provider) to dostarczonym przez niego urządzeniem będzie właśnie router (choć nie jest to regułą). Poniżej na rysunku routery marki Asus (AC-88U), D-Link (D-Link DIR-1960) oraz TP-Link (AX20). Warto wiedzieć, że router może pracować w trybie punktu dostępowego (access point) a także wzmacniacza sygnału. To jakie funkcje może pełnić zależy od oprogramowania routera.

Access point (AP), punkt dostępowy – jest mostem łączącym sieć przewodową (najczęściej Ethernet) z siecią bezprzewodową. Zadaniem access pointa jest zamiana medium transmisyjnego, AP zwiększa funkcjonalność sieci o możliwość prowadzenia komunikacji radiowej. Access Point najczęściej posiada interfejs bezprzewodowy umożliwiający wymianę danych z sieciami standardu 802.11 a także interfejs przewodowy służący integracji AP z siecią przewodową. Na rysunku poniżej urządzenia marki ZyXEL (model WAX650s który może zostać zamontowany na ścianie/suficie) oraz TP-Link (TL-WA1201).

Extender (repeater) – urządzenie wzmacnia sygnał sieci Wi-Fi, z routerem najczęściej łączy się za pomocą fal radiowych (choć są modele, które pozwalają urządzenia połączyć ze sobą przewodem). Komunikacja odbywa się w ten sposób, że klient uzyskuje połączenie radiowe z wzmacniaczem a ten również drogą radiową otrzymane pakiety przekazuje w kierunku routera.

Anteny – przeciętnemu użytkownikowi sieci budowane w technologii Wi-Fi kojarzą się z sieciami, które są rozlokowane w mieszkaniach, domach lub biurach. Ale szeroka gama anten zewnętrznych dostępna na rynku umożliwia na zestawienie połączenia w otwartym terenie. Sieci takie mogą obsługiwać dużą ilość odbiorców. Dobierając odpowiednią antenę wraz z miejscem jej ulokowania, pozwoli sygnał radiowy przesłać na znaczną odległość. Do budowy sieci Wi-Fi wykorzystuje się anteny:

  • kierunkowe: panelowe, sektorowe, paraboliczne,
  • dookólne.

Anteny kierunkowe to anteny, których zadaniem jest wysyłanie i odbieranie fal radiowych pochodzących z jednego określonego kierunku (dzięki temu można sygnał przesłać na dużą odległość).

Natomiast anteny dookólne w przeciwieństwie do anten kierunkowych wysyłają i odbierają fale w wielu płaszczyznach (pozwalają na pokrycie sygnałem sieci Wi-Fi dużego obszaru).

Przy doborze urządzenia (router, AP) warto zwrócić uwagę na sposób mocowania anten. W niektórych modelach nie są one montowane na stałe tylko należy je przykręcić. Ten sposób mocowana pozwala na wymianę anten oryginalnych dostarczonych wraz z urządzeniem na inne o większym zysku energetycznym (poprawimy zasięg rozgłaszanych sieci Wi-Fi).

Pasma

Na potrzeby sieci Wi-Fi zostały oddane dwa pasma częstotliwości, a mianowicie pasmo 2,4 GHz i pasmo 5 GHz. Wraz z pojawieniem się standardu Wi-Fi 6E pasmo poszerzono o fale z zakresu częstotliwości 6 GHz.

Pasmo 2,4 GHz tworzy 14 kanałów, przy czym w Polsce używanych jest ich 13. Poniżej na rysunku i w tabeli zestawienie częstotliwości i numerów kanałów w paśmie 2,4GHz

Tabela Pasmo 2,4 GHz – częstotliwości

Numer
kanału
Dolna
częstotliwość
kanału [GHz]
Środkowa
częstotliwość
kanału [GHz]
Górna
częstotliwość
kanału [GHz]
12,4012,4122,423
22,4062,4172,428
32,4112,4222,433
42,4162,4272,438
52,4212,4322,443
62,4262,4372,448
72,4312,4422,453
82,4362,4472,458
92,4412,4522,463
102,4462,4572,468
112,4512,4622,473
122,4562,4672,478
132,4612,4722,483
142,4732,4842,495

Jak widać po powyższym rysunku i tabeli, większość kanałów zachodzi na siebie, co powoduje zakłócenia. Jeśli spróbujemy wyszukać kombinację kanałów, których częstotliwości ze sobą się nie pokrywają okaże się, że wcale nie mamy tak dużo możliwości. Kanały wzajemnie nie nachodzące na siebie to np.  1 , 6, 11 czy 2, 7, 12. Do czego możemy wykorzystać tę wiedzę? Ano tak, że przed konfiguracją sieci bezprzewodowej warto zrobić mały rekonesans i sprawdzić jakie kanały wykorzystują sąsiednie sieci Wi-Fi. Jeśli okaże się, że sieci te korzystają z kanału np. 6 to by uzyskać jak najlepsze warunki łączności nie można wybrać kanału 5 czy 7 właśnie ze względu na zachodzenie na siebie poszczególnych kanałów, lecz wybieramy kanał 1 bądź 11 (najlepiej zapamiętać taką zasadę, że do numeru kanału dodajemy bądź odejmujemy 5).

Drugim pasmem wykorzystywanym do komunikacji Wi-Fi jest częstotliwość 5 GHz. Z lekcji fizyki powinna być znana zasada, że im wyższa częstotliwość, tym sygnał jest bardziej tłumiony. Tak więc sieci wykorzystujące pasmo 5 GHz z reguły mają mniejszy zasięg niż te pracujące w paśmie 2,4 GHz, ale za to oferują szybsze prędkości połączeń. Z reguły nie zostało przeze mnie przypadkowo zaakcentowane, gdyż zasięg sieci 5 GHz wcale nie musi odbiegać od tych wykorzystujących pasmo 2,4 GHz, gdyż zależy on od wspieranych przez urządzenia technik radiowych (np. formowanie wiązki tzw. beamforming).

Poniżej na rysunku i w tabeli zestawienie częstotliwości i numerów kanałów używanych w paśmie 5 GHz. Jak widać w paśmie tym problem nakładania się sąsiednich kanałów nie istnieje – każdy kanał operuje na własnym zestawie częstotliwości.

Tabela Pasmo 5 GHz – częstotliwości

nr kanałuCzęstotliwość kanału [MHz]
365180
405200
445220
485240
525260
565280
60 5300
64 5320
100 5500
104 5520
1085540
1125560
116 5580
120 5600
1245620
1285640
132 5660
136 5680
140 5700

Pasmo 6 GHz zakłada wykorzystanie częstotliwości z zakresu od 5,925 do 7,125 MHz. Choć tu użyte spectrum będzie różne w zależności od kraju i tak w Unii Europejskiej są to częstotliwości od 5925 do 6425 MHz (choć w niektórych krajach planowane jest rozszerzenie tego zakresu) a np. w USA pełen zakres spectrum 6425-7125 MHz. Etapy wdrożenia można śledzić na stronie : https://www.wi-fi.org/countries-enabling-wi-fi-in-6-ghz-wi-fi-6e

Na dzień publikacji wpisu dominującym rozwiązaniem jest Wi-Fi 6 a zakup urządzeń standardów niższych jest niezasadny. Różnica cenowa pomiędzy Wi-Fi 5 a Wi-Fi 6 jest na tyle mała, że warto wydać kilka złotych więcej, aby nabyć urządzenia nowocześniejsze.

Przy zakupie sprawdź dokładnie specyfikację nabywanego urządzenia, bo na rynku dostępne są urządzenia, które Wi-Fi 6 wspierają połowicznie np. router w paśmie 5 GHz obsługuje Wi-Fi 6, ale gdy wykorzystywane jest częstotliwość 2,4 GHz to już niekoniecznie (jedynie Wi-Fi 4). Lub z drugie strony, karta sieciowa Wi-Fi 6 nawiąże połączenie z routerem w paśmie 2,4 GHz, ale bez możliwości użycia częstotliwości 5 GHz.  

To co różni poszczególne standardy od siebie to przede wszystkim prędkość łącza, ale jest ona składową kilku czynników m.in. wykorzystywana szerokość pasma, modulacja czy ilość użytych strumieni czy odległość od routera. W kolejnej części bliżej przyjrzymy się jak poszczególne parametry na nią wpływają.

Jeden komentarz

Zostaw komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *