Что такое Wi-Fi и как он работает?

Wi-Fi — это слово 21 века. Сейчас беспроводной интернет везде, но как он вообще работает? Попробуем разобраться вместе.

Что такое Wi-Fi и откуда он появился?

Wi-Fi — это беспроводная технология передачи данных. Благодаря нему мы можем пользоваться интернетом, не подключая кабель к устройству. Если бы однажды эта технология не появилась на рынке, возможно, нам бы пришлось сидеть с телефонами около провода…

Но обо всем по порядку.

История Wi-Fi

Началом появления Wi-Fi можно считать далёкий 1985 год. В это время министерство обороны США официально открыло доступ к использованию радиоволн в коммерческих целях. После этого события многие IT-компании начали искать способ использования радиоволн в своих целях.

В 1991 году изобретатель Джон О’Салливан представил первый прототип беспроводного интернет под рабочим названием The Standard for Wireless Fidelity (сокращённо — Wi-Fi). Разработка была закончена в 1997 году.

Поначалу технологию считали неконкурентоспособной, но в итоге именно она стала мировым стандартом.  

Основные функции Wi-Fi

• Подключение устройств к интернету без использования проводов.
• Объединение разных устройств в единую локальную сеть.
• Быстрая передача данных на расстоянии.
• Управление «умной» техникой со смартфона.

Отличия Wi-Fi от других беспроводных технологий интернета

Сравнивать Wi-Fi с другими вариантами беспроводного соединения не совсем корректно. В первом случае вы создаёте сеть внутри ограниченного пространства (своей квартиры), но сигнал можете получать как по проводу, так и, например, через спутник.

Разберём основные беспроводные технологии.

Спутниковый интернет. В отличие от Wi-Fi при использовании этой технологии вы подключаетесь не к роутеру, а к орбитальному спутнику через спутниковую тарелку.

Спутниковый интернет работает в любой точке мира. Главные минусы — дорогие тарифы и невысокая скорость, а стабильность работы в плохую погоду оставляет желать лучшего.

Радиоточка. Подразумевает подключение к интернету через радиоантенну, которая, в свою очередь, получает сигнал по радиосвязи от базовой станции провайдера. Технология позволяет подключиться без прокладки кабеля, что актуально для загородных домов, поселков, удаленных от цивилизации.

Среди минусов – дорогостоящие тарифы, небольшая зона покрытия и радиус действия, сильная зависимость от погодных условий. В России мало провайдеров, работающих по этой технологии.

Мобильный интернет. При таком типе соединения ваше устройство (смартфон или планшет с установленной сим-картой) взаимодействует напрямую с сотовой вышкой оператора. Главное преимущество мобильного интернета – он есть везде, где ловит связь, не нужно подключаться к провайдеру, прокладывать кабель.

Минусы технологии — работа только в зоне покрытия, меньшая скорость, в сравнении с проводным интернетом (даже если рассматривать 4G).

Как работает Wi-Fi?

Если кратко — Wi-Fi позволяет вашему компьютеру, планшету, смартфону «общаться» с роутером при помощи радиоволн.

Принципы передачи данных в Wi-Fi сетях

Принципы работы беспроводной сети подробно описаны в стандарте IEEE 802.11. Устройство, служащее точкой доступа, испускает специальные радиоволны на частоте 2,4 и\или 5 ГГц. Другие устройства (компьютеры, телефоны, умная техника и так далее) при помощи специальных Wi-Fi приёмников улавливают эти сигналы и подключаются к беспроводной сети.

Когда пользователь начинает посылать запросы в интернет, например, набирать запрос «что такое интернет» или открывать сайт, данные особым образом кодируются и при помощи все тех же радиоволн отправляются на точку доступа. Та в свою очередь направляет запрос к интернет-провайдеру, получает ответ и посылает его обратно пользователю.

Чтобы было легче понять, приведём такую аналогию: вы пишете письмо, складываете из него бумажный самолётик и направляете его по ветру в отделение почты. На почте получают ваше послание, отдают его адресату, а затем, получив ответ, тоже складывают его в самолётик и встречным ветром направляют к вам.

Технологии модуляции и кодирования сигнала

При передаче сигнала устройство кодирует и шифрует сигнал по технологии IEEE 802.11, преобразуя его в условную последовательность нулей и единиц. После чего эта последовательность особым образом шифруется — чтобы даже если кто-то посторонний перехватил сигнал, он не смог узнать, на какой сайт вы хотите зайти или что вводите в форму.

На точке доступа сигнал расшифровывается, сверяется с таблицей и, если все корректно, запрос отправляется к провайдеру. Если нет — пользователю выдаётся ошибка доступа.

Роль роутера в организации Wi-Fi сети

Роутер и служит той самой «точкой доступа», отделением почты из примера выше. Он подключается к сети провайдера LAN-кабелем, после чего пускает радиоволны и принимает сигналы от подключённых устройств.

По большей части именно от роутера зависит, насколько «чистым», быстрым и стабильным будет сигнал. Поэтому, если вы хотите пользоваться быстрым беспроводным интернетом, важно выбрать хорошую точку доступа.

Устройства, использующие Wi-Fi

• Смартфоны и планшеты. Все смартфоны, без исключения, могут подключаться к беспроводной сети.
• Ноутбуки. Ситуация аналогичная — все умеют работать с этой технологией передачи сигнала.
• Персональные компьютеры. Могут подключаться к беспроводной сети только при наличии отдельной микросхемы на материнской плате или при подключении внешней платы Wi-Fi.
• «Умная» техника. К Wi-Fi умеет подключаться любая техника, которая управляется через приложение.

Стандарты Wi-Fi и их характеристики

Существует несколько стандартов беспроводной сети, различающихся по уровню безопасности и скорости доступа.

Обзор основных стандартов Wi-Fi

Стандарт — это протокол работы, принцип, по которому передаются данные. 

• 802.11а. Одна из первых версий, работающая на частоте 5 ГГц. Максимальная скорость — 108 Мбит/сек. Малая пропускная способность, сигнал теряется из-за любых препятствий на пути.
• 802.11b. Распространённый в прошлом протокол, на котором работало большинство мобильных устройств в 2010-х. Максимальная скорость — 11 Мбит/сек, работает на частоте 2,4 Ггц. 
• 802.11g. Усовершенствованная версия прошлого протокола. При разработке удалось увеличить максимальную скорость до 54 Мбит/сек.
• 802.11n (Wi-Fi 4). Используется до сих пор, в отличие от прошлых протоколов. Работает сразу на двух частотах — 2,4 и 5 ГГц. Максимальная скорость — от 150 до 600 Мбит/сек (зависит от количества антенн на точке доступа). Сигнал проходит через стены без значительной потери.
• 802.11ac (Wi-Fi 5). Самый распространённый на сегодня протокол. Максимальная скорость — до 6770 Мбит/сек. Работает на частоте 5 ГГц. Не поддерживается старыми устройствами.
• 802.11ax (Wi-Fi 6). Развивающийся стандарт, который пока не получил широкого применения. Обеспечивает стабильное и быстрое подключение к сети на максимальной скорости 9607 Мбит/сек. Сигнал практически нечувствителен к преградам.

Скорость и дальности действия

Скорость и дальность действия беспроводного сигнала напрямую зависят от используемого стандарта и устройства. Радиоволны — быстрый, но не самый стабильный источник связи. Чем дальше вы находитесь от источника волн, тем слабее они становятся.

Частично решить эту проблемы может покупка роутера с несколькими мощными антеннами, которые излучают более «сильные» радиоволны. Однако это не намного увеличит дальность сигнала. Стандартный радиус действия — до 50 метров при отсутствии преград.

В доме с большим количеством комнат или с несколькими этажами обычного роутера не хватит. Лучше выбирать mesh-систему.

Совместимость Wi-Fi с оборудованием

Как мы уже говорили, существует несколько стандартов беспроводной сети. Современные роутеры умеют работать с большинством из них (как правило, 802.11n и 802.11ac, они же Wi-Fi 4 и 5), но одновременно — только с одним.

Как правило, современные устройства поддерживают оба этих варианта. Однако старый телефон не сможет работать с Wi-Fi 5 или 6, он просто не увидит и не подключится к этой сети.

Важна и максимальная пропускная способность устройства – как роутера, так и вашего ноутбука/телефона. Если оно поддерживает максимальную скорость в 100 Мбит/сек, то даже при покупке тарифа в 1000 Мбит/сек, скорость выше не будет.

Настройка Wi-Fi сети

Настройка Wi-Fi сети включает в себя подключение роутера, ввод данных для доступа к интернету через провайдера, настройку параметров беспроводной сети.

Настройку можно как выполнить самостоятельно, так и вызвать для этого технических специалистов. Некоторые провайдеры даже дарят роутер и услугу по его настройке в подарок при первом подключении.

Выбор оптимального места для роутера

Первое, что нужно сделать, — это выбрать место для роутера, чтобы сигнал был быстрым и стабильным.

Важные моменты:

1. Рядом — розетка и LAN-кабель интернета.
2. Между роутером и устройствами нет толстых бетонных стен, зеркал.
3. Вблизи не стоит телевизор, СВЧ-печь и другие устройства, которые также излучают радиоволны.
4. Пространство рядом не заставлено мебелью и техникой.

Настройка сетевого имени (SSID) и пароля

Дальше вам нужно подключиться к беспроводной сети, используя логин и пароль, напечатанный где-то на корпусе роутера, перейти по адресу настройки (он написан там же) и следовать указаниям мастера установки.

Как правило, все, что вам нужно, это:

1. Указать стандарт подключения и ввести данные, которые дал провайдер.
2. Выбрать тип сети — общественная или домашняя.
3. Выбрать имя сети и пароль для подключения к ней.

Безопасность Wi-Fi сетей

Беспроводной интернет часто критикуют за небезопасность — фактически любой может перехватить ваш сигнал к роутеру и узнать, что было в запросе. Таким образом злоумышленник получает доступ к вашей истории, запросам, паролям и даже данным банковских карт.

Именно поэтому в сетях используется шифрование — данные кодируются перед отправкой и расшифровываются на самом роутере.

Типы шифрования в Wi-Fi

• WEP. Устаревший и небезопасный протокол, который легко взломать. Данные кодируются при помощи кодового слова и постоянного ключа, который хранится на устройстве и на роутере. Если ключ есть у злоумышленника, он может легко расшифровать сигнал.
• WPA. Усовершенствованная версия протокола. Ключ для дешифровки временный и постоянно меняется, а при приёме устройство сверяет размер данных и проверяет, не потеряна ли какая-то информация в процессе передачи (то есть, не поступила ли она к третьим лицам).
• WPA2. Также использует общий ключ шифрования, но обладает усовершенствованным механизмом его генерации и проверки.
• WPA3. Генерирует индивидуальный ключ шифрования для каждого устройства. При подключении роутер и клиент обмениваются индивидуальными данными, которые генерируются и проверяются на подлинность при каждом соединении.

Рекомендации по обеспечению безопасности Wi-Fi

Чтобы исключить утечку данных, соблюдайте простые правила.

1. Поставьте надёжный пароль. Не устанавливайте 12345, своё имя, кличку домашнего животного. Лучше использовать случайные комбинации из букв, цифр, символов. Ни в коем случае не оставляйте стандартный пароль admin.
2. Регулярно меняйте пароль. Специалисты по информационной безопасности рекомендуют делать это раз в 3-6 месяцев.
3. Не давайте никому свой пароль. Даже если перед вами милые незнакомые «соседи», которые очень просят подключиться «на пару минут».
4. Подключаясь к общественным открытым сетям, не вводите никакие пароли, данные банковской карты. Такие сети могут быть давно взломаны, и ваши пароли утекут в интернет.

Распространённые проблемы и их решения

• Сигнал очень слабый, пропадает. Поставьте роутер в другое место — вдали от бытовой техники, толстых бетонных стен. Направьте антенны в сторону вашего устройства. 
• Скорость маленькая. Проверьте тариф, измерьте скорость при помощи бесплатных онлайн тестов. Посмотрите в настройках, не подключён ли к сети кто-то ещё.
• Интернет работает плохо, хотя все рекомендации соблюдены. Причина в вашем роутере — старые модели не будут поддерживать скорость в 100 Гб +, даже если заказать такой тариф.
• Нет подключения к сети. Проверьте, горит ли индикатор кабеля. Если нет — кабель повреждён. Если да — могут быть проблемы на стороне вашего провайдера или ошибки в настройках. Лучше обратиться к специалисту.

Будущее Wi-Fi технологий

Сейчас беспроводная сеть продолжает развиваться по принципу «быстрее, выше, сильнее». Постепенно распространяется стандарт Wi-Fi 6, который практически не боится преград, поддерживает высокую скорость подключения без потери данных.

В 2024 году началась официальная сертификация устройств по стандарту Wi-Fi 7 — для потребителя это означает двукратное увеличение пропускной способности и реальной скорости загрузки. 

В ближайшем будущем беспроводной интернет по скорости будет равен проводному — по крайней мере, именно такие прогнозы дают специалисты.