Что нужно знать о технологии Wi-Fi и её стандартах?

В наши дни сложно найти человека, не пользующегося преимуществами Wi-Fi. Почти у каждого дома имеется собственный Wi-Fi роутер, а в телефоне сохранена как минимум пара-тройка других сетей из мест регулярного посещения. Стандарты Wi-Fi развиваются с регулярной скоростью, а производители роутеров год от года выпускают новые девайсы и заманивают обывателей обещаниями невиданной ранее скорости и зоны покрытия. Но далеко не каждый сможет разобраться в странных кодировках “802.11a/b/g/n/ac/ax” при выборе в магазине, так что приходится уповать на толковых консультантов и всё те же рекламные статьи и «честные обзоры» от самих производителей, подчистую написанные маркетологами без какой-либо привязки к реальному миру. Как быть при выборе? Да и стоит ли вообще гнаться за прогрессом, или же вы ничего не получите от апгрейда? А может и вовсе можно «подшаманить» имеющееся оборудование и добиться лучшего качества связи? Давайте попытаемся разобраться.

Но для начала отвечу на потенциальный вопрос: «А кто ты вообще такой и почему я должен тебя слушать?» Тут всё просто – я занимаюсь дизайном и траблшутингом корпоративных Wi-Fi сетей с 2014 года и имею парочку сертификатов компании Cisco, согласно которым я, якобы, являюсь профессионалом в этой сфере (нет, не являюсь, они всё врут). На написание статьи сподвигло желание доступным языком объяснить другим принципы работы Wi-Fi и его основные моменты, дабы повысить общую грамотность по теме и уберечь от создания проблем для себя и, особенно, окружающих. К чему и приступим.

О домашних Wi-Fi роутерах

То, что мы привыкли называть Wi-Fi роутером, на самом деле является составным устройством – роутером (или маршрутизатором) с функцией точки доступа Wi-Fi. Зачем это знать? Да просто, чтобы отделять тёплое от мягкого и понимать, что сам роутер отвечает за подключение к провайдеру, выдачу вашим домашним устройствам IP-адресов и, собственно, вашу связь с интернетом. А функция очки Wi-Fi ограничивается тем, чтобы связать ваш смартфон с самим роутером. То есть, банальная замена тому же кабелю, идущему от роутера к ПК.

А теперь вопрос: какова скорость работы вашего провайдера? Та самая, за которую вы платите абонентскую плату? 10 мбит/с? 50? 100? Вряд ли больше. А теперь ещё более интересный вопрос: если ваша точка Wi-Fi будет выдавать обещанные маркетологами (но недостижимые) 6 Гбит/c, то повысит ли это скорость соединения с интернетом? Ответ: нет, ни капли, ведь вы так же продолжаете платить за свои 10 мбит/c. На деле точка Wi-Fi всего лишь влияет на скорость между вашим смартфоном, роутером и другими устройствами в домашней сети. Для справки, при подключении проводом вы получаете гарантированные 100 мбит/c или 1Гбит/c в зависимости от типа кабеля и портов на маршрутизаторе и вашем ПК. А следовательно, дальнейшее наращивание скорости за пределами интернет-соединения будет иметь смысл лишь для общения с локальным хранилищем, если таковое имеется.

О принципах передачи данных по воздуху

До разговора о стандартах Wi-Fi и скоростях давайте разберёмся с тем, как вообще устроена передача данных по воздуху.

Чтобы понять разницу между кабелем и Wi-Fi, достаточно представить себе совещание в маленькой комнате, плотно набитой парами людей, где каждый должен доложить своему начальнику о проделанной за день работе. При попытке общения все станут друг друга перебивать, и на фоне общего шума будет крайне сложно вести беседу. Следовательно, наилучшим вариантом будет говорить по очереди, а все остальные будут слушать, хотя им абсолютно наплевать – ведь информация предназначена не для них, она и вовсе пройдёт белым шумом. Среди этой толпы обязательно попадётся кто-то крайне говорливый, и его объём болтовни с лёгкостью превысит отчёт 5 других человек. Такого индивидуума будут время от времени прерывать, чтобы он отдышался и сформулировал следующую тираду, а за это время кто-то другой успеет выдать: «Я весь день писал статью» и спокойно пойти по своим делам. Остальным же придётся грустно смотреть ему вслед и ждать своей очереди. Поздравляю, вы только что поняли, как работает Wi-Fi.

Если же разбить все эти пары людей по разным комнатам, то каждый сможет отчитаться своему начальнику лично, никто больше его не услышит, да и ждать других не придётся. Так работает связь по кабелю. Чувствуете разницу?

Из этого можно сделать один максимально простой вывод: скорость, качество и защищённость проводной связи фундаментально всегда будет лучше беспроводной вне зависимости от того, сколько новых стандартов ещё успеют придумать. Выходит, главное и единственное преимущество Wi-Fi – мобильность и отсутствие проводов. А ещё есть второй, чуть менее очевидный вывод, о котором маркетологи предпочитают умалчивать: скорость Wi-Fi сети делится между всеми участниками, работающими на одном канале (то есть слышащими друг друга). Так что обещанные 6 Гбит/c внезапно превращаются в тыкву, если только у вас не единственная на всю деревню точка Wi-Fi с одним лишь подключенным (и очень крутым) клиентом. И даже в этом случае с реальной скоростью всё гораздо сложнее, но об этом лучше написать отдельно.

О радиодиапазонах и помехах

На этой слегка грустной ноте чуть углубимся в техническую часть и рассмотрим, как работает Wi-Fi с точки зрения радиосигнала. Для начала надо понимать, что Wi-Fi существует на одном из двух нелицензируемых радиодиапазонов. Наиболее часто для простоты их именуют 2.4 ГГц и 5 ГГц. Важный момент: что значит «нелицензируемые»? А то, что вам не требуется получать лицензию на вещание в этих частотах, если мощность передатчика ниже допустимой нормы (читай: можно ставить Wi-Fi точку дома), но вы обязаны мириться с потенциальными помехами от устройств основного назначения, a.k.a. ISM (Industrial, Scientific, Medical, куда входят метеорологические радары). На практике это также означает, что никто не запретит вам разработать собственную технологию беспроводной передачи данных и использовать её в диапазоне 2.4 ГГц. О каких устройствах речь? Всеми любимый Bluetooth и весь спектр имеющихся дома устройств: микроволновки (да-да), радиотелефоны, видео-няни, камеры, беспроводные клавиатуры, мыши, геймпады, наушники – всё это работает на 2.4 ГГц. Следовательно, создаёт помехи друг для друга и для Wi-Fi особенно. На 5 ГГц ситуация значительно лучше, но об этом чуть позже.

О частотах и каналах

Пора перейти непосредственно к самому сигналу. Так уж исторически сложилось, что первые массовые Wi-Fi устройства работали на 2.4 ГГц (хотя, на удивление, версия с 5 ГГц была разработана раньше). Как вы уже поняли, для Wi-Fi это не самая хорошая среда из-за вынужденного соседства с кучей других беспроводных девайсов, но в те времена никто не представлял масштабов потенциальной проблемы.

Из выбранного диапазона частот Wi-Fi точка выбирает один из доступных каналов и работает там вместе со всеми подключенными к ней клиентами. Всего в диапазоне 2.4 ГГц выделено 13 каналов Wi-Fi (плюс ещё 1 исключительно для Японии), но на деле должны использоваться лишь 3 из них: 1, 6, и 11. Почему? Каждый канал занимает 22 МГц, и лишь эти трое являются непересекающимися – то есть клиенты одного не услышат клиентов двух других и, соответственно, не будут друг другу мешать. Иными словами, лишь 3 Wi-Fi точки могут находиться по соседству и никак не замедлять работу других. Добавляете четвёртую – и вот уже она вынуждена делить канал (а вместе с ним и скорость передачи) с одной из других. А теперь вопрос: как часто вы видите лишь 4 Wi-Fi точки в радиусе подключения? То-то же.

А теперь представим интересную ситуацию: ваш сосед – доморощенный гуру Wi-Fi, который знает, как добиться отличного качества сигнала и избежать помех от точек на том же канале! Недолго думая, он ручками меняет канал, скажем, на 3. Казалось бы – отличное решение, ведь тот канал полностью свободен! На деле же это означает, что его Wi-Fi точка и все клиенты на ней теперь создают помехи и на первом канале, и на шестом. Поздравляю, Шарик, ты балбес!

Как же обстоят дела на 5 ГГц? Если кратко, то изрядно веселее – нет соседства с Bluetooth и иже с ним, число каналов больше, все они уже по умолчанию друг от друга удалены, так что нет возможности выбрать «не тот». Хотя и тут есть свои нюансы с реальным числом доступных каналов, о которых, впрочем, знать ни к чему. Если кратко, в России в диапазоне 5 ГГц доступно до 23-х каналов шириной 20 МГц, но с некоторых из них вас может автоматически выкинуть при обнаружении радарного сигнала. И, кстати, это ограничение самой технологии, а не юридические заморочки конкретной страны.

О стандартах Wi-Fi

Наконец выбрались за рамки абстрактного и подобрались к чему-то существенному. Итак, все стандарты Wi-Fi объединены в общую группу 802.11 и отличаются буквами в различной комбинации. Понимание тех самых букв поможет как при выборе домашнего роутера, так и при его настройке. Приступим:

• 802.11b – это самый первый стандарт, вышедший в массы. По сути, буква означает работу на диапазоне 2.4 ГГц и со скоростью до 11 Мбит/c. Не забываем, что скорость делится между всеми девайсами на канале, даже подключенными к соседским точкам. У него ещё и ширина канала чуть шире, так что в современных системах 802.11b либо не поддерживается вовсе, либо лучше самим его выключить в пользу следующего пункта.
• 802.11g – второй стандарт для 2.4 ГГц, предусматривающий скорость до 54 Мбит/c (которые всё так же делим на число устройств). Используется и по сей день в комбинации с 802.11n, о котором чуть ниже.
• 802.11a – первый стандарт для 5 ГГц. Всё те же 54 Мбит/с, просто другой диапазон с бОльшим числом каналов и без помех со стороны не-Wi-Fi устройств.
• 802.11n – в современном мире его ещё принято называть Wi-Fi 4. Сама по себе буква n не подразумевает никакого диапазона, она имеет значение лишь в связке .11gn или .11an (2.4 ГГц и 5 ГГц соответственно). Предполагает ряд улучшений, в том числе увеличение скорости за счёт слияния двух соседних каналов для получения канала шириной 40 МГц. На этой функции хочется отдельно остановиться и предостеречь людей от использования channel bonding’а. Сделав такое в диапазоне 2.4 ГГц, вы просто засорите сразу два из трёх доступных каналов, за что соседи не скажут вам спасибо. На 5 ГГц последствия будут не так критичны, но полученный прирост производительности для домашних устройств всё равно будет несоразмерен наносимому ущербу для радиоэфира, особенно в густо заселённых районах. Кстати, именно в этом стандарте впервые появилось использование нескольких антенн.
• 802.11ac (он же Wi-Fi 5) – самый ходовой на данный момент стандарт, работающий лишь на 5 ГГц (буква “a” намекает). Останавливаться на всех преимуществах не стану, для простоты можно сказать, что он развил идеи .11n для увеличения скорости, работы с несколькими антеннами и т.д.
• 802.11ax (или Wi-Fi 6) – новейший стандарт, очередное развитие технической части предыдущего. Многие окрестили его «революцией в Wi-Fi» за счёт двух новых функций. Первая – возможность маркировать данные и отличать свои устройства от чужих, чтобы игнорировать чужие, а не ждать своей очереди на передачу (то есть, грубо говоря, добавили возможность точкам перекрикивать друг друга в надежде, что их клиенты ближе и всё равно услышат). Вторая – возможность передавать данные от точки доступа сразу нескольким клиентам одновременно, складывая несколько «посылок» в одну кучу, чтобы каждое устройство забрало свою часть при приёме сигнала. Основная цель такого подхода – справиться с резко растущим числом девайсов «интернета вещей». Вот только…

О скептицизме

Рекламируя вам очередной новейший Wi-Fi роутер, маркетологи (умышленно или нет) предпочитают умалчивать об одной крайне важной детали – стандарт должен поддерживаться не только точкой Wi-Fi, но и самими клиентами, ведь общение происходит в обе стороны. Как думаете, сколько сейчас на рынке устройств, поддерживающих Wi-Fi 6? Осмелюсь предположить, что значительно меньше 1%. Быстрым поиском я нашёл около 15 моделей смартфонов, и все они были не самой бюджетной ценовой категории. А значит, не так уж мал шанс, что ваш новенький дорогущий роутер будет очень красиво пылиться на шкафу и работать в режиме совместимости с предыдущими стандартами. Кто-то очень оптимистично утверждает, что не надо быть частью проблемы, стоит вложиться в инфраструктуру прямо сейчас, а уж устройства за 2-3 года обновятся. По личному опыту скажу, что активные устройства полностью не обновляется даже за 7 лет, и всё равно найдётся куча девайсов без поддержки новых стандартов. А уж если говорить о производителях, то многие бюджетные смартфоны до сих пор не поддерживают даже 802.11a (которому, кстати, 20 лет) и вынуждены работать на 2.4 ГГц. Про IoT («интернет вещей») я вообще боюсь даже гадать – вряд ли они вообще в обозримом будущем полностью перелезут хотя бы на 5 ГГц, если только производство компонентов не станет дешевле, чем на 2.4 ГГц. Какой уж там Wi-Fi 6?

В заключение

На самом деле хотелось рассказать гораздо больше: о мощности сигнала, о его дальности и поглощении стенами, о ретрансляторах (избегайте их любой ценой), о правильном направлении антенн (просто запомните, строго вертикально и никак иначе), о «вреде от излучения Wi-Fi». Но так как сайт непрофильный, то проще смириться с потраченным временем на 4 страницы текста, нежели на 8, если вдруг админы не захотят пропускать. Если будет отклик от сообщества, то может и наскребу на вторую статью.

Если же у вас имеются какие-либо вопросы, то с радостью постараюсь на них ответить.