В чем разница между битрейтом и скоростью передачи в бодах? Скорость передачи данных в сети интернет
Один из главных недостатков стандартов беспроводной связи IEEE 802.11 a/b/g слишком низкая скорость передачи данных. Действительно, теоретическая пропускная способность протоколов IEEE 802.11 a/g составляет всего 54 Мбит/с, а если говорить о реальной скорости передачи данных, то она не превышает 25 Мбит/с. Конечно, для выполнения многих задач такой скорости сегодня уже оказывается недостаточно, поэтому на повестке дня стоит вопрос о внедрении новых стандартов беспроводной связи, обеспечивающих значительно более высокие скорости.
Идя навстречу постоянно возрастающим потребностям в высокопроизводительных беспроводных локальных сетях, Комитет по стандартам Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE-SA) во второй половине 2003 года инициировал создание исследовательской группы IEEE 802.11n (802.11 TGn). В задачи группы TGn входит разработка нового стандарта беспроводной связи IEEE 802.11n, предусматривающего пропускную способность беспроводного канала связи минимум 100 Мбит/с.
Стандарт IEEE 802.11n находится еще в стадии разработки, однако многие производители беспроводного оборудования уже начали выпуск беспроводных адаптеров и точек доступа, основанных на так называемой технологии MIMO, которая станет одной из основополагающих технологий для спецификации 802.11n. Таким образом, беспроводные устройства на базе технологии MIMO можно считать продуктами pre-802.11n.
В настоящей статье мы рассмотрим особенности технологии MIMO на примере беспроводного маршрутизатора ASUS WL-566gM в сочетании с беспроводным PCMCIA-адаптером ASUS WL-106gM.
История развития стандартов семейства 802.11
Протокол 802.11
Обзор протоколов семейства 802.11b/g логично начать именно с протокола 802.11, который является прародителем всех остальных протоколов, хотя сегодня уже не встречается в чистом виде. В стандарте 802.11, как и во всех остальных стандартах данного семейства, предусмотрено использование частотного диапазона от 2400 до 2483,5 МГц, то есть частотного диапазона шириной 83,5 МГц, разбитого на несколько частотных подканалов.
В основе стандарта 802.11 лежит технология уширения спектра (Spread Spectrum, SS), которая подразумевает, что первоначально узкополосный (в смысле ширины спектра) полезный информационный сигнал при передаче преобразуется таким образом, что его спектр оказывается значительно шире, чем спектр первоначального сигнала. Одновременно с уширением спектра сигнала происходит и перераспределение спектральной энергетической плотности сигнала энергия сигнала также «размазывается» по спектру.
В протоколе 802.11 применяется технология уширения спектра методом прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). Суть ее заключается в том, что для уширения спектра первоначально узкополосного сигнала в каждый передаваемый информационный бит встраивается чиповая последовательность, которая представляет собой последовательность прямоугольных импульсов. Если длительность одного чипового импульса в n раз меньше длительности информационного бита, то и ширина спектра преобразованного сигнала будет в n раз больше ширины спектра первоначального сигнала. При этом и амплитуда передаваемого сигнала уменьшится в n раз.
Чиповые последовательности, встраиваемые в информационные биты, называют шумоподобными кодами (PN-последовательностями), что подчеркивает то обстоятельство, что результирующий сигнал становится шумоподобным и его трудно отличить от естественного шума.
Для того чтобы на приемной стороне можно было выделить полезный сигнал на уровне шума, используемые для уширения спектра сигнала чиповые последовательности должны удовлетворять определенным требованиям автокорреляции. Чиповых последовательностей, отвечающих указанным требованиям автокорреляции, существует достаточно много. В стандарте 802.11 применяются последовательности длиной в 11 чипов, называемые кодами Баркера.
В стандарте 802.11 предусмотрено два скоростных режима 1 и 2 Мбит/с. Скорость следования отдельных чипов последовательности Баркера составляет 11Ѕ106 чип/с, а ширина спектра такого сигнала 22 МГц. Учитывая, что ширина частотного диапазона равна 83,5 МГц, получаем, что всего в данном частотном диапазоне можно уместить три неперекрывающихся частотных канала. Весь частотный диапазон, однако, принято делить на 11 частотных перекрывающихся каналов по 22 МГц, отстоящих друг от друга на 5 МГц. К примеру, первый канал занимает частотный диапазон от 2400 до 2423 МГц и центрирован относительно частоты 2412 МГц. Второй канал центрирован относительно частоты 2417 МГц, а последний, 11-й канал относительно частоты 2462 МГц. При таком рассмотрении первый, шестой и 11-й каналы не перекрываются друг с другом и имеют 3-мегагерцевый зазор относительно друг друга. Именно эти три канала могут применяться независимо друг от друга.
Для модуляции синусоидального несущего сигнала при информационной скорости 1 Мбит/с используется относительная двоичная фазовая модуляция (Differential Binary Phase Shift Key, DBPSK).
При информационной скорости 2 Мбит/с для модуляции несущего колебания применяется относительная квадратурная фазовая модуляция (Differential Quadrature Phase Shift Кey), что позволяет повысить информационную скорость вдвое.
Протокол 802.11b
Протокол IEEE 802.11b, принятый в июле 1999 года, является своего рода расширением базового протокола 802.11 и, кроме скоростей 1 и 2 Мбит/с, предусматривает скорости 5,5 и 11 Мбит/с. Для работы на скоростях 5,5 и 11 Мбит/с используются так называемые комплементарные коды (Complementary Code Keying, CCK).
В стандарте IEEE 802.11b речь идет о комплексных комплементарных 8-чиповых последовательностях, определенных на множестве комплексных элементов. Сами элементы 8-чиповой последовательности могут принимать одно из восьми комплексных значений.
Основное отличие CCK-последовательностей от рассмотренных ранее кодов Баркера заключается в том, что существует не строго заданная последовательность (посредством которой можно кодировать либо логический нуль, либо единицу), а целый набор последовательностей. Учитывая, что каждый элемент последовательности может принимать одно из восьми значений, ясно, что можно скомбинировать достаточно большое число разных CCK-последовательностей. Это обстоятельство позволяет кодировать в одном передаваемом символе несколько информационных бит, благодаря чему повышается информационная скорость передачи данных. Так, использование CCK-кодов позволяет кодировать 8 бит на один символ при скорости 11 Мбит/с и 4 бит на символ при скорости 5,5 Мбит/с. При этом в обоих случаях символьная скорость передачи составляет 1,385Ѕ106 символов в секунду (11/8 = 5,5/4 = 1,385), а учитывая, что каждый символ задается 8-чиповой последовательностью, получаем, что в обоих случаях скорость следования отдельных чипов составляет 11Ѕ106 чипов в секунду. Соответственно ширина спектра сигнала при скорости как 11, так и 5,5 Мбит/с составляет 22 МГц.
Протокол 802.11g
Стандарт IEEE 802.11g является логическим развитием стандарта 802.11b и предполагает передачу данных в том же частотном диапазоне, но с более высокими скоростями. Кроме того, стандарт 802.11g полностью совместим с 802.11b, то есть любое устройство 802.11g должно поддерживать работу с устройствами 802.11b. Максимальная скорость передачи в стандарте 802.11g составляет 54 Мбит/с.
В стандарте 802.11g используются технологии OFDM и CCK, а опционально предусмотрено применение технологии PBCC.
Для того чтобы понять суть технологии OFDM, рассмотрим более подробно многолучевую интерференцию, возникающую при распространении сигналов в открытой среде.
Эффект многолучевой интерференции сигналов заключается в том, что в результате многократных отражений от естественных преград один и тот же сигнал может попадать в приемник различными путями. Но разные пути распространения отличаются друг от друга по длине, а потому для различных путей распространения ослабление сигнала будет неодинаковым. Следовательно, в точке приема результирующий сигнал представляет собой интерференцию многих сигналов, имеющих различные амплитуды и смещенных относительно друг друга по времени, что эквивалентно сложению сигналов с разными фазами.
Следствием многолучевой интерференции является искажение принимаемого сигнала. Многолучевая интерференция присуща любому типу сигналов, но особенно негативно она сказывается на широкополосных сигналах, поскольку при использовании широкополосного сигнала в результате интерференции определенные частоты складываются синфазно, что приводит к увеличению сигнала, а некоторые, наоборот, противофазно, вызывая ослабление сигнала на данной частоте.
Говоря о многолучевой интерференции, возникающей при передаче сигналов, отмечают два крайних случая. В первом случае максимальная задержка между сигналами не превышает времени длительности одного символа и интерференция возникает в пределах одного передаваемого символа. Во втором случае максимальная задержка между сигналами больше длительности одного символа, поэтому в результате интерференции складываются сигналы, представляющие разные символы, и возникает так называемая межсимвольная интерференция (Inter Symbol Interference, ISI).
Наиболее отрицательно на искажение сигнала влияет именно межсимвольная интерференция. Поскольку символ это дискретное состояние сигнала, характеризующееся значениями частоты несущей, амплитуды и фазы, для разных символов меняются амплитуда и фаза сигнала, а следовательно, восстановить исходный сигнал крайне сложно.
По этой причине при высоких скоростях передачи применяется метод кодирования данных, называемый ортогональным частотным разделением каналов с мультиплексированием (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). Суть этого метода заключается в том, что поток передаваемых данных распределяется по множеству частотных подканалов и передача ведется параллельно на всех таких подканалах. При этом высокая скорость передачи достигается именно за счет одновременной передачи данных по всем каналам, тогда как скорость передачи в отдельном подканале может быть и невысокой.
Благодаря тому что в каждом из частотных подканалов скорость передачи данных можно сделать не слишком высокой, создаются предпосылки для эффективного подавления межсимвольной интерференции.
При частотном разделении каналов необходимо, чтобы отдельный канал был достаточно узким для минимизации искажения сигнала, но в то же время достаточно широким для обеспечения требуемой скорости передачи. Кроме того, для экономного использования всей полосы канала, разделяемого на подканалы, желательно расположить частотные подканалы как можно ближе друг к другу, но при этом избежать межканальной интерференции, чтобы обеспечить их полную независимость. Частотные каналы, удовлетворяющие вышеперечисленным требованиям, называются ортогональными. Несущие сигналы всех частотных подканалов ортогональны друг другу. Важно, что ортогональность несущих сигналов гарантирует частотную независимость каналов друг от друга, а следовательно, и отсутствие межканальной интерференции.
Рассмотренный способ деления широкополосного канала на ортогональные частотные подканалы называется ортогональным частотным разделением с мультиплексированием (OFDM). Для его реализации в передающих устройствах используется обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT), переводящее предварительно мультиплексированный на n-каналов сигнал из временного представления в частотное.
Одним из ключевых преимуществ метода OFDM является сочетание высокой скорости передачи с эффективным противостоянием многолучевому распространению. Конечно, сама по себе технология OFDM не исключает многолучевого распространения, но создает предпосылки для устранения эффекта межсимвольной интерференции. Дело в том, что неотъемлемой частью технологии OFDM является охранный интервал (Guard Interval, GI) циклическое повторение окончания символа, пристраиваемое в начале символа.
Охранный интервал создает временные паузы между отдельными символами, и если длительность охранного интервала превышает максимальное время задержки сигнала в результате многолучевого распространения, то межсимвольной интерференции не возникает.
При использовании технологии OFDM длительность охранного интервала составляет одну четвертую длительности самого символа. При этом символ имеет длительность 3,2 мкс, а охранный интервал 0,8 мкс. Таким образом, длительность символа вместе с охранным интервалом составляет 4 мкс.
Говоря о технологии частотного ортогонального разделения каналов OFDM, применяемой на различных скоростях в протоколе 802.11g, мы до сих пор не касались вопроса о методе модуляции несущего сигнала.
Напомним, что в протоколе 802.11b для модуляции использовалась либо двоичная (BDPSK), либо квадратурная (QDPSK) относительная фазовая модуляция. В протоколе 802.11g на низких скоростях передачи также применяется фазовая модуляция (только неотносительная), то есть двоичная и квадратурная фазовые модуляции BPSK и QPSK. При использовании BPSK-модуляции в одном символе кодируется только один информационный бит, а при использовании QPSK-модуляции два информационных бита. Модуляция BPSK применяется для передачи данных на скоростях 6 и 9 Мбит/с, а модуляция QPSK на скоростях 12 и 18 Мбит/с.
Для передачи на более высоких скоростях используется квадратурная амплитудная модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation), при которой информация кодируется за счет изменения фазы и амплитуды сигнала. В протоколе 802.11g применяется модуляция 16-QAM и 64-QAM. Первая модуляция предполагает 16 различных состояний сигнала, что позволяет закодировать 4 бита в одном символе; вторая 64 возможных состояний сигнала, что дает возможность закодировать последовательность 6 бит в одном символе. Модуляция 16-QAM используется на скоростях 24 и 36 Мбит/с, а модуляция 64-QAM на скоростях 48 и 54 Мбит/с.
Максимальная скорость передачи данных в протоколах 802.11b/g
Итак, максимальная скорость для протокола 802.11b составляет 11 Мбит/с, а для протокола 802.11g 54 Мбит/с.
Однако следует четко различать полную скорость передачи и полезную скорость передачи. Дело в том, что технология доступа к среде передачи данных, структура передаваемых кадров, заголовки, прибавляемые к передаваемым кадрам на различных уровнях модели OSI, всё это предполагает довольно большой объем служебной информации. Вспомним хотя бы наличие охранных интервалов при применении OFDM-технологии. В результате полезная или реальная скорость передачи, то есть скорость передачи пользовательских данных, всегда оказывается ниже полной скорости передачи.
Более того, реальная скорость передачи зависит и от структуры беспроводной сети. Так, если все клиенты сети используют один и тот же протокол, например 802.11g, то сеть является гомогенной и скорость передачи данных в ней выше, чем в смешанной сети, где имеются клиенты как 802.11g, так и 802.11b. Дело в том, что клиенты 802.11b «не слышат» клиентов 802.11g, которые применяют OFDM-кодирование. Поэтому с целью обеспечения совместного доступа к среде передачи данных клиентов, использующих различные типы модуляции, в подобных смешанных сетях точки доступа должны отрабатывать определенный механизм защиты. В результате применения механизмов защиты в смешанных сетях реальная скорость передачи становится еще меньше.
Кроме того, реальная скорость передачи данных зависит и от используемого протокола (TCP или UDP), и от размера длины пакета. Естественно, что протокол UDP предусматривает более высокие скорости передачи. Теоретические максимальные скорости передачи данных для различных типов сетей и протоколов представлены в табл. 1.
Технология MIMO
ехнология OFDM используется в протоколах 802.11g и 802.11a, но только при скоростях до 54 Мбит/с. При более высоких скоростях метод OFDM не позволяет избежать межсимвольной интерференции, поэтому приходится применять другие методы кодирования и передачи данных. К примеру, широко используется технология интеллектуального массива антенн (Smart Antenna). Естественно, в данном случае речь идет не о кодировании данных, а лишь о методе их передачи. С помощью нескольких приемных и передающих антенн можно существенно повысить качество принимаемого сигнала. Дело в том, что при многолучевом распространении сигнала уровень принимаемой мощности является случайной функцией, зависящей от взаимного расположения передатчика и приемника, а также от геометрии окружающего пространства. При применении массива разнесенных антенн всегда можно выбрать антенну с наивысшим соотношением «сигнал/шум». В системах на базе интеллектуальных антенн скорость передачи данных не увеличивается улучшается только качество канала.
Однако технология использования нескольких передающих и принимающих антенн позволяет повысить также пропускную способность канала связи. Данная технология получила название MIMO (Multiple Input Multiple Output). По аналогии традиционные системы, то есть системы с одной передающей и одной принимающей антенной, называют SISO (Single Input Single Output).
Теоретически MIMO-система с n передающими и n принимающими антеннами способна обеспечить пиковую пропускную способность в n раз бoльшую, чем системы SISO. Это достигается за счет того, что передатчик разбивает поток данных на независимые последовательности битов и пересылает их одновременно, используя массив антенн. Такая техника передачи называется пространственным мультиплексированием.
Рассмотрим, к примеру, MIMO-систему, состоящую из n передающих и m принимающих антенн (рис. 1).
Передатчик в такой системе посылает n независимых сигналов, используя n антенн. На приемной стороне каждая из m антенн получает сигналы, которые являются суперпозицией n сигналов от всех передающих антенн. Таким образом, сигнал R 1 , принимаемый первой антенной, можно представить в виде:
R 1 = h 11 T 1 + h 21 T 2 + ... + h n1 T n .
Записывая подобные уравнения для каждой приемной антенны, получим следующую систему:
Или, переписав данное выражение в матричном виде:
[R ] = [H ]·[T ],
где [H ] матрица переноса, описывающая MIMO-канал связи.
Для того чтобы на приемной стороне декодер мог правильно восстановить все сигналы, он должен прежде всего определить коэффициенты h ij , характеризующие каждый из m x n каналов передачи. Для определения коэффициентов h ij в технологии MIMO используется преамбула пакета.
Определив коэффициенты матрицы переноса, можно легко восстановить переданный сигнал:
[T ] = [H ] –1 ·[R ],
где [H ] –1 матрица, обратная к матрице переноса [H ] .
Важно отметить, что в технологии MIMO применение нескольких передающих и принимающих антенн позволяет повысить пропускную способность канала связи за счет реализации нескольких пространственно разнесенных подканалов, при этом данные передаются в одном и том же частотном диапазоне.
Технология MIMO никак не затрагивает метод кодирования данных и, в принципе, может использоваться в сочетании с любыми методами физического и логического кодирования данных. Благодаря этому технология MIMO совместима с протоколами 802.11a/b/g.
Соответственно в точке доступа ASUS WL-566gM используются три внешние антенны, что обеспечивает создание нескольких пространственно разнесенных беспроводных каналов в одном и том же частотном диапазоне. В результате уменьшается количество «мертвых зон» в беспроводной сети, а радиосигналы передаются на большее расстояние, что увеличивает пропускную способность всей сети.
Отметим, что точка доступа, интегрированная в маршрутизатор ASUS WL-566gM, построена на основе чипcета Airgo AGN300, включающего процессор MAC-уровня AGN303BB и двухполосные PHY-контроллеры AGN301RF/AGN302R. Отметим также, что чипсет Airgo AGN300 поддерживает стандарты 802.11a/b/g. В технических характеристиках чипсета Airgo AGN300 указывается, что при использовании стандартных радиоканалов с шириной полосы пропускания 20 МГц максимальная скорость передачи данных составляет 126 Мбит/с. Скорость в 240 Мбит/с достигается при применении Adaptive Channel Expansion (ACE) технологии объединения нескольких каналов в один. В частности, речь идет об объединении двух соседних каналов в один шириной 40 МГц именно в этом случае достигается скорость передачи данный в 240 Мбит/с.
Понятно, что для реализации технологии MIMO необходимо, чтобы все клиенты сети были оснащены беспроводными адаптерами, совместимыми с технологией MIMO. Однако поддержка режима MIMO не означает, что данный маршрутизатор не может работать с устройствами стандарта 802.11g/b. Просто если обеспечивается совместимость с данными устройствами, то все клиенты сети, даже поддерживающие технологию MIMO, будут работать по протоколу 802.11g или 802.11b.
В настройках маршрутизатора ASUS WL-566gM можно задать один из трех режимов работы беспроводной точки доступа: Auto, 54G Only, 802.11b Only. В режиме 54G Only и точка доступа, и все беспроводные клиенты сети работают по протоколу 802.11g. Данный режим предназначен для использования в гомогенных сетях, когда все клиенты сети поддерживают протокол 802.11g.
Режим 802.11b Only ориентирован на гетерогенные сети, когда несколько клиентов сети не поддерживают протокол 802.11g и способны взаимодействовать только по протоколу 802.11b. В этом режиме все клиенты сети и точка доступа функционируют по протоколу 802.11b.
В режиме Auto точка доступа должна самостоятельно определять тип беспроводной сети (гомогенная, гетерогенная) и соответствующим образом подстраиваться под сеть.
Как видите, никакого отдельного режима MIMO в настройках точки доступа нет. Впрочем, это ничему не противоречит, поскольку режим MIMO это способ организации беспроводных каналов связи, который не противоречит протоколу 802.11g. Поэтому мы изначально предполагали, что данный режим будет задействован как в режиме Auto, так и в режиме 54G Only.
Что касается остальных возможностей по настройке беспроводной сети, то они вполне традиционны. Можно активировать или отключить беспроводную сеть, выбрать номер канала беспроводного соединения, задать идентификатор (SSID) беспроводной сети, а также установить скорость беспроводного соединения. Причем при принудительном задании скорости соединения можно установить скорость выше 54 и вплоть до 240 Мбит/с (72, 84, 96, 108, 126, 144, 168, 192, 216 и 240).
Кроме того, предусмотрен режим скрытого идентификатора беспроводной сети (Broadcast SSID).
Методы повышения безопасности беспроводного соединения вполне типичны и включают возможность настройки фильтра по MAC-адресам, режим использования скрытого идентификатора сети, а также различные методы аутентификации пользователей и шифрования данных. Конечно, такие меры, как настройка фильтра по MAC-адресам и использование режима скрытого идентификатора сети, не могут рассматриваться в качестве серьезных препятствий на пути злоумышленников. Просто данные функции являются стандартными для всех беспроводных точек доступа.
Маршрутизатор поддерживает следующие типы протоколов безопасности: WEP, WPA-PSK и WPA-EAP. При использовании протокола безопасности WEP (который, кстати, в силу его уязвимости стоит использовать только в крайнем случае) поддерживаются 64- и 128-битные ключи. Причем возможно создание до четырех ключей с указанием применяемого по умолчанию. Но еще раз подчеркнем, что данный протокол можно использовать только в исключительных случаях, поскольку никакой реальной безопасности он не гарантирует и в какой-то мере эквивалентен открытой системе без шифрования данных.
Протокол безопасности WPA-PSK с общими ключами (Pre-shared key) предполагает применение пароля (ключа) длиной от 8 до 64 символов. При использовании аутентификации по протоколу WPA-PSK применяется шифрование TKIP (Temporary Key Integrity Protocol), или AES или AES и TKIP. Естественно, AES-шифрование является более предпочтительным.
Протокол безопасности WPA-EAP подразумевает аутентификацию пользователей на внешнем RADIUS-сервере (дополнительно необходимо указать IP-адрес RADIUS-сервера и используемый порт). Данный протокол поддерживает шифрование TKIP, AES или AES и TKIP одновременно.
Теперь рассмотрим возможности настройки маршрутизатора ASUS WL-566gM.
Что касается внутренней сети (сегмент LAN), то можно задать IP-адрес и маску подсети маршрутизатора, а также настройку встроенного DHCP-сервера. Возможности настройки внешней сети (сегмент WAN) включают указание и настройку интерфейса подключения к внешней сети (Интернет). Маршрутизатор ASUS WL-566gM предусматривает следующие типы подключения к внешней сети: Dynamic IP Address, Static IP Address, PPPoE, PPTP и BigPond. Собственно, последний тип подключения в России не встречается, и про него можно забыть. Для домашних пользователей актуальна поддержка протокола PPPoE (он обычно используется при подключении по DSL-соединению) или динамическое присвоение IP-адреса. При применении подключения типа PPPoE необходимо задать также имя ISP (Internet Service Provider), указать логин и пароль для доступа в Интернет и адреса DNS-серверов (то есть всю ту информацию, которой вас снабжает провайдер Интернета). При применении динамического присвоения IP-адреса (Dynamic IP Address) потребуется указать лишь Host Name, то есть имя вашего узла в сети.
При применении статического IP-адреса (Static IP Address), кроме присвоения имени ISP, потребуется указать IP-адрес WAN-порта (WAN IP Address), маску подсети (WAN Subnet Mask), шлюз по умолчанию (WAN Gateway), а также адрес DNS-сервера.
Поскольку маршрутизатор ASUS WL-566gM является NAT-устройством, что вполне типично для устройств данного класса, в нем предусмотрены разнообразные меры для обхода ограничений протокола NAT. Так, для доступа к локальной сети из внешней сети маршрутизатор поддерживает создание демилитаризованной зоны (DMZ-зона) и возможность конфигурирования виртуального сервера.
В DMZ-зону можно включить всего один компьютер, указав принадлежность его IP-адреса к DMZ-зоне. В этом случае при указании IP-адреса WAN-порта маршрутизатора все запросы будут перенаправляться на IP-адрес компьютера в DMZ-зоне. Фактически это позволяет получить доступ к ПК во внутренней сети в обход NAT-маршрутизатора, что, конечно же, снижает безопасность, но в некоторых случаях необходимо.
Альтернативой DMZ-зоне является возможность конфигурирования виртуального сервера (технология статического перенаправления портов). Дело в том, что при использовании протокола NAT внутренняя сеть остается недоступной извне и трафик во внутреннюю сеть возможен только в том случае, если запрос создается со стороны внутренней сети. При получении пакета из внутренней сети NAT-устройство создает таблицу соответствия IP-адресов и портов получателя и отправителя пакетов, которая применяется для фильтрации трафика. При создании статической таблицы соответствия портов возможен доступ во внутреннюю сеть по определенному порту из внешней сети даже в том случае, когда запрос на доступ к сети инициализируется извне.
При конфигурировании виртуального сервера пользователи получают доступ извне к определенным приложениям, установленным на виртуальном сервере во внутренней сети. При настройке виртуального сервера задаются IP-адрес виртуального сервера, используемый протокол (TCP, UDP и т.д.), а также внутренний порт (Private Port) и внешний порт (Public Port).
Дополнительно маршрутизатор ASUS WL-566gM поддерживает технологию динамического перенаправления портов. Статическое перенаправление портов позволяет отчасти решить проблему доступа из внешней сети к сервисам локальной сети, защищаемой NAT-устройством. Однако существует и обратная задача обеспечить пользователям локальной сети доступ во внешнюю сеть через NAT-устройство. Дело в том, что некоторые приложения (например, Интернет-игры, видеоконференции, Интернет-телефония и другие приложения, требующие установления множества сессий одновременно) не совместимы с NAT-технологией. Для того чтобы решить эту проблему, применяется так называемое динамическое перенаправление портов (иногда оно также называется Applications), когда перенаправление портов задается на уровне отдельных сетевых приложений. Если маршрутизатор поддерживает данную функцию, необходимо задать номер внутреннего порта (или интервал портов), связанный с конкретным приложением (Trigger Port), и номер внешнего порта NAT-устройства (Public Port), который будет сопоставляться с внутренним портом.
При активации динамического перенаправления портов маршрутизатор следит за исходящим трафиком из внутренней сети и запоминает IP-адрес компьютера, генерирующего этот трафик. При поступлении данных обратно в локальный сегмент включается перенаправление портов и данные пропускаются внутрь. После завершения передачи перенаправление отключается, и любой другой компьютер может создать новое перенаправление уже на свой IP-адрес.
Маршрутизатор ASUS WL-566gM имеет встроенный SPI-брандмауэр с широкими возможностями настройки: можно активировать или отключить брандмауэр, запретить web-доступ во внутреннюю сеть из внешней сети, указать порт web-доступа из внешней сети, блокировать отклик маршрутизатора на команду Ping из внешней сети, настроить расписание действия фильтра доступа из внутренней сети во внешнюю, блокировать URL-адреса (домены).
Тестирование маршрутизатора ASUS WL-566gM
ТТестирование данного маршрутизатора проходило в три этапа. На первом этапе оценивалась производительность собственно маршрутизатора при передаче данных между сегментами WAN и LAN, на втором между сегментами WLAN и WAN, а на последнем этапе между сегментами WLAN и LAN.
Тестирование производительности выполнялось с помощью специального программного обеспечения NetIQ Chariot версии 5.0. Для тестирования использовался стенд, состоящий из ПК и ноутбука ASUS A3A. Для того чтобы оценить преимущество технологии MIMO, тестирование проводилось с применением как встроенного в ноутбук беспроводного адаптера Intel PRO Wireless 2200BG по протоколу 802.11g, так и беспроводного PCMCIA-адаптера ASUS WL-106gM, который совместим с режимом MIMO.
На ноутбуке и ПК была установлена операционная система Microsoft Windows XP Professional SP2.
Тест 1. Скорость маршрутизации WANLAN (проводной сегмент)
Первоначально измерялась пропускная способность маршрутизатора при передаче данных между сегментами WAN и LAN, для чего к WAN-порту маршрутизатора подключался ПК, имитирующий внешнюю сеть, а к LAN-порту ноутбук, имитирующий внутреннюю сеть.
После этого с помощью программного пакета NetIQ Chariot 5.0 измерялся трафик по протоколу TCP между компьютерами, подключенными к маршрутизатору, для чего в течение 5 мин запускались скрипты, эмулирующие передачу и получение файлов соответственно. Инициирование на передачу данных происходило из внутренней LAN-сети. Передача данных от LAN- к WAN-сегменту эмулировалась с применением скрипта Filesndl.scr (передача файлов), а передача в обратном направлении с помощью скрипта Filercvl.scr (получение файлов). Для оценки производительности в дуплексном режиме эмулировались одновременные передача и получение данных.
При тестировании на беспроводном маршрутизаторе активизировался встроенный Firewall.
Тест 2. Скорость маршрутизации WANWLAN (беспроводной сегмент)
На следующем этапе оценивалась скорость маршрутизации при передаче данных между внешним сегментом WAN и внутренним беспроводным сегментом сети (WLAN). Для этого к порту WAN подключался ПК по интерфейсу 10/100Base-TX, а между встроенной точкой доступа и ноутбуком ASUS A3A с беспроводным адаптером устанавливалось беспроводное соединение по протоколу IEEE 802.11g и в режиме MIMO. Взаимодействие по протоколу IEEE 802.11g осуществлялось посредством использования встроенного в ноутбук беспроводного адаптера Intel PRO Wireless 2200BG, а для взаимодействия в режиме MIMO применялся беспроводной PCMCIA-адаптер ASUS WL-106gM.
Измерение скорости маршрутизации производилось точно так же, как и в предыдущем тесте. Как показало тестирование, использование различных режимов шифрования трафика (WEP, TKIP, AES) никак не отражается на скорости передачи данных. Поэтому мы решили не приводить результаты, поскольку они полностью совпадают с соответствующими результатами при отсутствии шифрования.
Тест 3. Скорость маршрутизации LANWLAN (беспроводной сегмент)
Для тестирования встроенной в маршрутизатор точки доступа к LAN-порту подключался ПК по интерфейсу 10/100Base-TX, а встроенная точка доступа взаимодействовала с ноутбуком, оснащенным интегрированным беспроводным контроллером. Измерение скорости передачи данных производилось точно так же, как и в предыдущем тесте.
Результаты тестирования
езультаты тестирования беспроводного маршрутизатора представлены в табл. 2.
Как видно из результатов тестирования, скорость маршрутизации, обеспечиваемая устройством, очень высока и ограничивается протокольной скоростью интерфейса Fast Ethernet. Для корпоративных пользователей, подключенных к высокоскоростным каналам Интернета, это означает, что сам по себе маршрутизатор не будет узким местом канала передачи данных, несмотря на то что обеспечивает полный анализ входящих пакетов (SPI-брандмауэр).
Как и следовало ожидать, результаты тестов в режимах передачи трафика WAN>WLAN и LAN>WLAN мало отличаются друг от друга, что вполне закономерно, поскольку процесс маршрутизации пакетов не отражается на производительности устройства. Аналогичным образом трафик в режиме WLAN>WAN совпадает с трафиком WLAN>LAN.
Что касается работы точки доступа в стандартном режиме 802.11g, то по этому поводу у нас никаких замечаний нет. Скорость передачи данных во всех режимах более 20 Мбит/с, что вполне типично для устройств 802.11g.
Использование режима MIMO позволяет увеличить скорость передачи данных в направлении от точки доступа к беспроводному клиенту до 55 Мбит/с и в обратном направлении до 70-75 Мбит/с. Это, конечно, не заявленные 240 Мбит/с, но все же почти в три раза больше, чем показатели типичных устройств стандарта 802.11g.
В целом можно констатировать, что маршрутизатор ASUS WL-566gM вполне функционален, имеет избыточное (для домашнего пользователя) количество настроек и высокую производительность во всех режимах работы.
Редакция выражает признательность представительству компании ASUSTeK COMPUTER (www.asuscom.ru) за предоставление для обзора беспроводного маршрутизатора ASUS WL-566gM, беспроводного адаптера ASUS WL-106gM и ноутбука ASUS A3A.
Почему при использовании технологии ADSL скорость передачи данных всегда меньше скорости соединения? Почему ADSL-модем соединяется на скорости 12 Мбит/с, а скорость, измеряемая speedtest.net, не превышает 8 Мбит/с?
При использовании технологии ADSL скорость передачи данных всегда меньше скорости соединения как минимум на 13-15%
. Это технологическое ограничение, о котором мы далее расскажем подробнее. Оно не зависит ни от провайдера, ни от используемого модема.
В идеальных условиях при скорости соединения 12 Мбит/с можно рассчитывать на максимальную реальную скорость ~ 10 Мбит/с.
В реальности, помимо технологического ограничения, есть еще целый ряд факторов, снижающих скорость передачи. Об этих факторах мы расскажем далее.
Технология ADSL
(Asymmetric Digital Subscriber Line) - асимметричная технология передачи данных, в которой доступная полоса пропускания канала распределена между входящим (Download
) и исходящим (Upload
) трафиком асимметрично. Таким образом, при подключении ADSL-модема используется скорость к абоненту (Download
) и скорость от абонента (Upload
).
В ADSL-сетях передачи данных скорость подключения измеряется в Мегабитах в секунду (Мбит/с)
или Килобитах в секунду (Кбит/с)
.
Например: цифры 10240/768 говорят о том, что максимальная входящая скорость подключения к абоненту составит 10240 Кбит/с (скорость, с которой данные будут поступать на ваш локальный компьютер), а максимальная исходящая скорость подключения от абонента составит 768 Кбит/с (скорость, с которой данные будут поступать от вашего локального компьютера на удаленный сервер).
При этом максимальная скорость при скачивании файлов (скорость закачки) составит ~ 1000 Килобайт в секунду (КБ/сек)
.
Эта цифра получена по следующей формуле:
скорость подключения (10240) - 15% (1500) / 8 (для перевода килобит в килобайты)
.
Дело в том, что интернет-браузеры или менеджеры закачек/загрузок показывают скорость передачи в Килобайтах в секунду .
Например, в браузере Internet Expolrer скорость закачки файла отображается в поле Скорость передачи (Transfer rate): xxx КБ/сек (KB/Sec).
Браузеры и/или менеджеры закачек/загрузок используют эту цифру для оценки скорости передачи, чтобы рассчитать общее время загрузки файла. Но обращаем ваше внимание, что по ряду причин скорость передачи данных отображается неточно. Например, данные могут буферизироваться (при этом таймеры запускаются с небольшой задержкой, что приводит к неправильным показаниям). Также скорость передачи данных может зависеть от производительности компьютера.
Реальную скорость соединения рекомендуем проверить следующим образом. Самый надежный способ для получения более достоверных результатов - замерить скорость скачивания файла с сайта вашего интернет-провайдера.
Нужно скачать какой-нибудь файл с сайта провайдера и посмотреть скорость закачки этого файла.
Многие пользователи часто используют популярные интернет-сервисы для проверки скорости интернет-канала (например, speedtest.net). Мы обращаем ваше внимание, что проверка скорости с помощью интернет-сервисов не гарантирует достоверного измерения. В данном случае точность измерения скорости вашего интернет-канала будет зависеть от выбранного сервера и его загруженности, его местоположения, загруженности вашего интернет-канала и других факторов.
Подробно рассмотрим факторы, которые влияют на реальную скорость соединения:
- В качестве транспортного протокола коммуникационное оборудование (IP ADSL-коммутаторы) использует технологию АТМ
(Asynchronous Transfer Mode - асинхронный способ передачи данных). АТМ - сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде кадров (ячейки) фиксированного размера (53 байта).
Как известно, Интернет использует протокол IP в качестве протокола связи, и в частности протокол TCP/IP. Технология ADSL в качестве транспортного протокола используют ATM, и поэтому данные передаются по вашей ADSL-линии с помощью TCP/IP через ATM. Т.е. IP-кадры упаковываются (инкапсулируются) в АТМ-ячейки и передаются по DSL-линии, а затем принимающим оборудованием снова распаковываются, и получаются обычные IP-кадры.
Крупные пакеты при этом будут поделены на 48-байтные части. Если пакет не делится без остатка на 48, то к нему добавляется заполнение, чтобы получилось целое число ячеек по 48 байт. После деления пакета на ячейки по 48 байт к каждой из получившихся ячеек добавляется заголовок (5 байт).
В результате происходит снижение скорости на уровне 10% от скорости передачи данных. - Использование протокола TCP/IP при передаче данных снижает скорость на уровне 3% от скорости передачи данных, т.к. передаваемую полезную информацию (данные) дополняет служебная (протокольная) информация.
Указанные выше факторы - это и есть, те самые технологические ограничения, о которых шла речь в начале статьи. Эти ограничения и приводят к тому, что скорость передачи данных всегда меньше скорости соединения как минимум на 13-15% .
Но существуют и другие факторы, снижающие скорость передачи данных.
- Теоретически в окне браузера или менеджера закачек/загрузок при загрузке файла вы должны видеть скорость передачи, вычисляемой по формуле скорость подключения - 15% (расходы при использовании TCP/IP и ATM) / 8 (для перевода килобит в килобайты)
, но в реальности отображается скорость ниже, и этому есть свои причины:
- Настройки компьютера. Например, недостаточно памяти (виртуальной/оперативной), устаревший процессор, нестабильная работа (сбои) операционной системы (синий экран) или программного обеспечения, недостаток свободного места на жестком диске, наличие на компьютере вредоносных программ/вирусов и т.д.
- Потери пакетов при передаче данных. Большое количество потерь возможно на плохих линиях (каналах связи) или при использовании предельно допустимой скорости подключения.
Если происходит потеря пакетов при передаче кадров, то протокол TCP/IP замечает отсутствующий пакет в общем потоке данных, не признает его получения и затем инициирует повторную передачу потерянных данных. Процедура ретрансляции приводит к дополнительным задержкам.
Таким образом, протокол TCP/IP, помимо важной функции контроля и транспортировки данных, при наличии больших потерь пакетов на линии замедляет скорость передачи данных.
Для проверки качества соединения с сервером в сети Интернет можно использовать утилиту ping (пинг). В командной строке операционной системы выполните команду ping -t имя_сайта , например ping -t www.download.com . Подождите секунд 30 и затем нажмите Ctrl+C для завершения работы утилиты. В статистике будет указан % потерь пакетов. Если потери пакетов составят свыше 5%, то производительность протокола TCP/IP будет плохой при работе с указанным сайтом. - Перегрузка серверов и шлюзов провайдера. Зависит от структуры сети провайдера (например, много шлюзов) или низкой пропускной способности исходящего канала провайдера. Проблема наблюдается при пиковой нагрузке со стороны пользователей. Слишком большое количество обращений на сервер может превысить максимум его использования в часы пиковой нагрузки и вызовет замедления в работе.
- Проблемы с маршрутизацией также могут вызвать снижение скорости. При обнаружении проблем с маршрутизацией пакеты могут перенаправляться по альтернативным маршрутам, что вызовет задержки при передаче данных.
- Использование протокола PPPoE может приводить к снижению скорости. PPPoE - это туннелирующий сетевой протокол канального уровня передачи кадров PPP через Ethernet. В основном используется DSL-сервисами. PPPoE ресурсоемкий протокол, и при передаче сетевых данных требования к процессору возрастают. В зависимости от реализации и использования PPPoE можно увидеть снижение максимальной скорости до 5-25%.
- Недостаточная (низкая) производительность сервера BRAS (Broadband Remote Access Server). Маршрутизатор широкополосного удаленного доступа (BRAS) маршрутизирует трафик к/от DSL-коммутатора (DSLAM) в сетях интернет-провайдера. BRAS находится в ядре сети провайдера и агрегирует пользовательские подключения из сети уровня доступа. Маршрутизатор производит логическую терминацию туннелей точка-точка (PPP). Это могут быть инкапсулированные туннели PPP через Ethernet (PPPoE) или PPP через ATM (PPPoA). BRAS также является интерфейсом к системам аутентификации, авторизации и учета трафика.
- Возможно ограничение скорости по тарифному плану на сервере BRAS. Типовой случай, когда скорость физического соединения одна, а скорость приема данных ограничена оплаченным тарифным планом.
- При использовании дополнительного сервиса, например IPTV (цифровое телевидение), поток принимаемого телевидения тоже занимает определенную полосу, как правило около 4 Мбит/с для каналов стандартного разрешения. Максимальная скорость приема данных, при использовании сервиса IPTV, может быть рассчитана по следующей формуле:
скорость подключения - 15% - скорость потока IPTV .
Например, скорость подключения (10240) - 15% (1500) - скорость потока IPTV (4000) = 4700 Кбит/с (587 Кбайт/с).
Где обещанная скорость 300 Мбит/с (или 150 Мбит/с) при подключении беспроводных устройств на стандарте 802.11n к интернет-центру серии Keenetic?
300 Мбит/с два пространственных потока и канал 40 МГц для приема и передачи. Действительная скорость передачи данных в беспроводной сети зависит от особенностей и настроек клиентского оборудования, числа клиентов в сети, препятствий на пути прохождения сигнала, а также наличия других беспроводных сетей и радиопомех в том же диапазоне.
150 Мбит/с - максимальная скорость работы на физическом уровне по стандарту IEEE 802.11n при соединении с адаптерами, использующими один пространственный поток и канал 40 МГц для приема и передачи (при использовании канала 20 МГц скорость будет не выше 72 Мбит/с).
Начнем с того, что многие пользователи неверно ориентируются на скорость подключения в мегабитах в секунду (Мбит/с), которое отображается в строке Скорость (Speed) на закладке Общие (General) в окне Состояние (Status) беспроводного соединения в операционной системе Windows.
Данная цифра отображается драйвером беспроводного адаптера и показывает, какая скорость подключения на физическом уровне используется в настоящее время в рамках выбранного стандарта, то есть операционная система сообщает лишь о текущей (мгновенной) физической скорости подключения 300 Мбит/c (её называют ещё канальной скоростью), но реальная пропускная способность соединения при передаче данных может быть значительно ниже, в зависимости от настроек точки доступа с поддержкой 802.11n, числа одновременно подключенных к ней клиентских беспроводных адаптеров и других факторов.
Разница между скоростью подключения, которая отображается в Windows, и реальными показателями объясняется прежде всего большим объемом служебных данных, потерями сетевых пакетов в беспроводной среде и затратами на повторную передачу.
Чтобы получить более или менее достоверное значение реальной скорости передачи данных в беспроводной сети, можно использовать один из указанных ниже способов:
- Запустите в Windows копирование большого файла и затем посчитайте скорость, с которой был передан этот файл, используя размер файла и время передачи (Windows 7 при длительном копировании в дополнительных сведениях окна рассчитывает достаточно достоверную скорость).
- Используйте специальные утилиты, например LAN Speed Test , NetStress или NetMeter , для измерения пропускной способности.
- Администраторам сетей можно порекомендовать программу (кроссплатформенная консольная клиент-серверная программа) или (графическая оболочка консольной программы Iperf).
Обращаем ваше внимание на следующее:
В технических спецификациях устройств указывается скорость соединения в Мегабитах в секунду (Мбит/с), а в пользовательских программах (интернет-браузеры, менеджеры загрузки, p2p-клиенты) скорость передачи данных при скачивании файлов (скорость закачки) отображается в Килобайтах или Мегабайтах в секунду (КБ/с, Кбайт/с или МБ/с, Мбайт/с). Эти величины часто путают.
Для перевода Мегабайтов в Мегабиты, необходимо умножить значение в Мегабайтах на 8. Например, если интернет-браузер показывает скорость при скачивании файлов 4 Мбайт/с, то для перевода в Мегабиты нужно умножить это значение на 8: 4 Мбайт/с * 8 = 32 Мбит/с
.
Для перевода из Мегабит в Мегабайты необходимо разделить значение в Мегабитах на 8.
Но вернемся к скорости подключения по Wi-Fi.
В реальных условиях пропускная способность и площадь покрытия беспроводной сети зависят от помех, создаваемых другими устройствами, наличия препятствий и прочих факторов. Рекомендуем вам ознакомиться со статьей
Как мы писали выше, в операционной системе Windows, а также в утилитах, поставляемых вместе с беспроводным адаптером, при подключении отображается не реальная скорость передачи данных, а теоретическая скорость. Реальная скорость передачи данных оказывается примерно в 2-3 раза ниже, чем та, которая указана в спецификациях к устройству.
Дело в том, что в каждый момент времени точка доступа (интернет-центр с активной точкой доступа) работает только с одним клиентским Wi-Fi-адаптером из всей Wi-Fi-сети. Передача данных происходит в полудуплексном режиме, т.е. по очереди - от точки доступа к клиентскому адаптеру, затем наоборот и так далее. Одновременный, параллельный процесс передачи данных (дуплекс) в технологии Wi-Fi невозможен.
Если в Wi-Fi-сети два клиента, то точке доступа нужно будет коммутировать в два раза чаще, чем если бы клиент был один, т.к. в технологии Wi-Fi используется полудуплексная передача данных. Соответственно, реальная скорость передачи данных между двумя адаптерами будет в два раза ниже, чем максимальная реальная скорость для одного клиента (речь идет о передаче данных от одного компьютера другому через точку доступа по Wi-Fi-соединению).
В зависимости от удаленности клиента Wi-Fi-сети от точки доступа или от наличия различных помех и препятствий будет изменяться теоретическая и, как следствие, реальная скорость передачи данных. Совместно с беспроводными адаптерами точка доступа изменяет параметры сигнала в зависимости от условий в радиоэфире (расстояние, наличие препятствий и помех, зашумленности радиоэфира и прочих факторов).
Приведем пример. Скорость передачи между двумя ноутбуками, соединенными напрямую по Wi-Fi составляет ~10 Мбайт/с (один из адаптеров работает в режиме точки доступа, а другой в режиме клиента), а скорость передачи данных между теми же ноутбуками, но подключенными через интернет-центр Keenetic, составляет ~4 Мбайт/с. Так и должно быть. Скорость между двумя устройствами, подключенными через точку доступа по Wi-Fi, всегда будет как минимум в 2 раза меньше, чем скорость между теми же устройствами, подключенными друг к другу напрямую, т.к. полоса частот одна и адаптеры смогут общаться с точкой доступа только поочередно.
Рассмотрим другой пример, когда беспроводная Wi-Fi-сеть создана в интернет-центре Keenetic Lite с поддержкой стандарта IEEE 802.11n с возможной теоретической максимальной скоростью до 150 Мбит/с. К интернет-центру подключен ноутбук с Wi-Fi-адаптером стандарта IEEE 802.11n (300 Мбит/с) и стационарный компьютер с Wi-Fi-адаптером стандарта IEEE 802.11g (54 Мбит/с).
В данном примере вся сеть имеет максимальную теоретическую скорость 150 Мбит/с, т.к. она построена на интернет-центре с точкой доступа стандарта IEEE 802.11n 150 Мбит/с. Максимальная реальная скорость Wi-Fi не превысит 50 Мбит/с. Так как все стандарты Wi-Fi, работающие на одном частотном диапазоне, обратно совместимы друг с другом, то к такой сети можно подключиться при помощи Wi-Fi-адаптера стандарта IEEE 802.11g, 54 Мбит/с. При этом максимальная реальная скорость не превысит 20 Мбит/с.
Также обращаем ваше внимание, что согласно требованиям Wi-Fi Alliance, в диапазоне 2,4 ГГц беспроводные устройства могут (и, к сожалению, как правило, предпочитают) автоматически выбирать режим ширины канала 20 МГц. Поскольку большинство смартфонов и планшетов (а заодно и многие недорогие ноутбуки) оборудованы адаптерами Wi-Fi типа 1x1 (одна передающая и она приемная антенна), они в этом случае будут работать на скорости до 72 Мбит/с и их скорость доступа в Интернет не превысит 40 Мбит/с. При этом, интернет-центры Keenetic в диапазоне 2,4 ГГц с адаптерами 2х2 и шириной канала 40 МГц могут обеспечивать линк до 300 Мбит/с и реальную скорость (в идеальных условиях) до 150 Мбит/с. Зафиксировать режим ширины канала 40 МГц в интернет-центре нельзя, т.к. это рекомендация стандарта, иначе большинство клиентов просто не подключатся. Для получения высоких скоростей используйте диапазон 5 ГГц.
Дополнительная информация доступна в следующих статьях Базы знаний:
По умолчанию сервис автоматически выбирает оптимальный сервер, с которым будет происходить тестирование скорости. Но важно учитывать нахождение самого сервера. Бывали случаи, когда сервис некорректно выбирал сервер для проверки. Сервис предоставляет возможность вручную указать сервер. Для этого нажмите ссылку "Поменять сервер", выберите сервер и потом запустите тестирование.
Работаю с недавнего времени в техподдержке одного известного в России, но не в Москве, интернет-провайдера. Захотелось максимально доступно рассказать Пикабушникам как самостоятельно настроить свою домашнюю wi-fi сеть и почему же скорость по замерам зачастую отличается от заявленной по тарифу. Если вкратце, потому что Wi-Fi.
Термин «Wi-Fi» изначально был придуман как игра слов для привлечения внимания потребителя «намёком» на Hi-Fi (англ. High Fidelity - высокая точность). Несмотря на то, что поначалу фигурировало словосочетание «Wireless Fidelity» («беспроводная точность»), на данный момент от такой формулировки отказались, и термин «Wi-Fi» никак не расшифровывается. (wiki)
Под аббревиатурой Wi-Fi скрывается множество стандартов, которые принято обобщённо называть IEEE 802.11x. В частности, сегодня наиболее распространены стандарты IEEE 802.11g (до 54 Мбит/с) и IEEE 802.11n (до 600 Мбит/с). В реальных условиях вам очень повезёт, если максимальная скорость передачи данных составит хотя бы половину от заявленной. Дело в том, что, с одной стороны, заявленная максимальная пропускная способность линии связи – это полная пропускная способность, которая используется не только для передачи полезной информации, но и для служебных данных, которых набирается примерно на половину общего объёма полезной информации. С другой же стороны на скорость передачи данных влияет окружающая среда. Например, типичный беспроводной адаптер «пробивает» три-четыре капитальные стены, а иногда (если в стенах много металлических элементов) и того меньше. В условиях прямой видимости можно ожидать дальности связи в несколько десятков метров.
Пока получается скучновато, но я стараюсь найти баланс между информативностью и наглядностью.
Итак, у вас дома наверняка уже есть как минимум одно устройство, поддерживающее передачу данных по wi-fi, например ноутбук или смартфон. Соответственно вам хочется иметь возможность быть "на связи" в любой точке квартиры не будучи связанным проводами и чтобы интернет страницы и видео открывались без тормозов. Для этого нужен интернет, который вам протянет провайдер и wifi точка доступа, которую он же вам может предоставить на условиях аренды или в собственность. О разнице между точкой доступа и wi-fi роутером сейчас говорить не будем, скажу лишь, что скорее всего ваш выбор падет именно на роутер (маршрутизатор).
Простейший роутер с поддержкой стандарта 802.11n можно приобрести за 1,5-2 т.р. (Подобного класса роутер предоставляет обычно и провайдер.) Такое устройство чаще всего может выдать до 64 Мбит/с реальной скорости, если у вас современный ноутбук с wifi адаптером того же 802.11n, а беспроводная сеть нормально настроена. На смартфонах и планшетах адаптеры обычно послабее и реальную скорость которую они могут получить как правило не превышает 30 Мбит/с, чего им, в общем-то, хватает. О том какой стандарт wifi поддерживает ваше устройство информацию можно найти в технических характеристиках на сайте производителя.
На ноутбуках так же или смотрим состояние сетевого подключения. Пуск ->
Панель управления -> Сеть и Интернет -> Центр управления сетями и общим доступом -> Изменение параметров адаптера ->
Правый клик по вашему беспроводному подключению -> Состояние. Тут ищем строку "Скорость", если значение 54 Мбит/с, то нормальной скоростью загрузки по замерам будет 18-22 Мбит/с, а если 150 Мбит/с, то от 40 до 50 Мбит/с.
Вот мы и дошли до сути данного эпоса. Настройка домашней беспроводной сети начинается с расположения роутера.
1. Удостоверьтесь, что разместили маршрутизатор/точку доступа в центральном местоположении по отношению к вашей будущей беспроводной сети для наилучшей производительности. Постарайтесь расположить маршрутизатор/точку доступа как можно выше в помещении, так чтобы сигнал распределялся по всему дому. Если у Вас двух-этажный дом, большая квартира, Вам может понадобится повторитель (репитер, ретранслятор), чтобы расширить рабочий диапазон сигнала.
2. Расположите домашние приборы, такие как беспроводные телефоны, bluetooth-устройства, микроволновые печи и телевизоры, как можно дальше от маршрутизатора/точки доступа. Это значительно снизит различные помехи, которые могут вызывать подобные приборы при их работе на определенной частоте. Здесь еще стоит добавить, что радиосигнал от роутера к устройству идет по прямой и если на пути сигнала окажется телевизор или отражающие поверхности типа стекла или зеркала, это так же негативно повлияет на качество сигнала, а значит на скорость и на радиус покрытия. Есть и еще факторы негативно влияющие на качество wifi соединения, но основные я затронул.
3. Не позволяйте вашим соседям или злоумышленникам подключаться к вашей беспроводной сети. Обезопасьте беспроводную сеть, включив функцию WPA/WPA2 безопасности на маршрутизаторе (пароль на wifi).
Настоятельно рекомендую к ознакомлению всем владельцам роутеров в многоквартирных домах для понимания почему скорость по wifi скачет, ниже заявленной или вообще соединение прерывается. Показано на примере роутера Zyxel, но выбор канала обычно предусмотрен и в настройках роутеров других марок.
Кстати выражаю огромный респект составителям данной базы, потому что лучшего материала я еще не встречал. Очень доступно и интересно об интернет технологиях.
Обычно чтобы зайти в настройки роутера нужно вбить в адресную строку браузера адрес самого роутера. Посмотреть его можно нажав в том же состоянии подключения (см. выше) кнопку Сведения. Строка "Основной шлюз" или "Шлюз по умолчанию". Нужный адрес и данные для входа могут быть так же указаны на самом роутере.
Чаще всего бывают:
192.168.0.1
192.168.1.1
192.168.10.1
192.168.100.1
Стандартные данные для входа в настройки популярных моделей роутеров:
Перезагружать роутер по питанию (выключать из розетки на 10 секунд) после смены канала не обязательно, но возможно придется подождать 30-40 секунд пока роутер и ваше устройство не согласуются работать на новой частоте. Грубо говоря wifi сеть может отвалиться ненадолго или пока ее не подключат на устройстве вручную.
Для более простого определения оптимального канала (чем указано в статье по ссылке) установите на свой смартфон или планшет (Android) приложение Wifi Analyzer, просканируйте им окружающие вас wifi сети. Далее настройте на вашем роутере канал, которому приложение даст максимальный рейтинг и не забудьте сохранить изменения.
Хотелось бы чтобы данный пост прочитало и осмыслило максимальное количество людей, ведь тогда у меня и других сотрудников техподдержки освободится масса времени на то, чтобы помочь тем людям у которых реально могут быть проблемы с соединением, требующие срочного решения. А у Вас будет меньше поводов ругать провайдера за "плохой" интернет. За рейтингом не гонюсь, поэтому добавлю 3 коммента для минусов. Так же буду рад любой обратной связи, дабы повысить свой профессионализм и радовать Клиентов грамотными консультациями. Ну а если появятся подписчики, то буду рад продолжить клепать посты на it-тематику и о работе техподдержки. Спасибо, что дочитали.
- Зачем вам в Решётах нубук?
- Чтоб безразмерно использовать возможности блюпупа, и коммутироваться с другими абонентами по всему региону Россия с помощью Ви-Фи!
(С) Уральские Пельмени
Впервые рабочая группа IEEE 802.11 была анонсирована в 1990 году и вот уже 25 лет идёт непрекращающаяся работа над беспроводными стандартами. Основным трендом является постоянное увеличение скоростей передачи данных. В данной статье я попробую проследить путь развития технологии и показать, за счёт чего обеспечивалось увеличение производительности и чего стоит ждать в ближайшем будущем. Предполагается, что читатель знаком с основными принципами беспроводной связи: видами модуляции, глубиной модуляции, шириной спектра и т.д. и знает основные принципы работы Wi-Fi сетей. На самом деле существует не так много способов увеличения пропускной системы связи и большинство из них было реализовано на разных этапах совершенствования стандартов группы 802.11.
Рассмотрению будут подвергнуты стандарты, определяющие физический уровень, из взаимно совместимой линейки a/b/g/n/aс. Стандарты 802.11af (Wi-Fi на частотах эфирного телевиденья), 802.11ah (Wi-Fi в диапазоне 0.9 МГц, предназначенный для реализации концепции IoT) и 802.11ad (Wi-Fi для скоростной связи периферийных устройств наподобие мониторов и внешних дисков) несовместимы друг с другом, имеют различные сферы применения и не подходят для анализа эволюции технологий передачи данных на большом интервале времени. Кроме того, вне рассмотрения останутся стандарты, определяющие стандарты безопасности (802.11i), QoS (802.11e), роуминга (802.11r) и т.д., так как они только косвенно влияют на скорость передачи данных. Здесь и далее речь идёт о канальной, так называемой брутто-скорости, которая является заведомо большей, чем фактическая скорость передачи данных из-за большого количества служебных пакетов в радиообмене.
Первым стандартом беспроводной связи был 802.11 (без буквы). Он предусматривал два типа среды передачи: радиочастота 2.4 ГГц и инфракрасный диапазон 850-950 нм. ИК-устройства не были широко распространены и в будущем развития не получили. В диапазоне 2.4 ГГц было предусмотрено два способа расширения спектра (расширение спектра является неотъемлемой процедурой в современных системах связи): расширение спектра методом скачкообразного изменения частоты (FHSS) и методом прямой последовательности (DSSS). В первом случае все сети используют одну и ту же полосу частот, но с различными алгоритмами перестроения. Во втором случае уже появляются частотные каналы от 2412 МГц до 2472 МГц с шагом 5 МГц, сохранившиеся по сей день. В качестве расширяющей последовательности используется последовательность Баркера длиной 11 чипов. При этом максимальная скорость передачи данных составляла от 1 до 2 Мбит/с. В то время даже с учётом того, что в самых идеальных условиях полезная скорость передачи данных по Wi-Fi не превышает 50% канальной, такие скорости выглядели весьма привлекательно в сравнении со скоростями модемного доступа к сети Интернет.
Для передачи сигнала в 802.11 использовалась 2-х и 4-х позиционная манипуляция, что обеспечивало работу системы даже в неблагоприятных условиях сигнал/шум и не требовало сложных приёмо-передающих модулей.
Например, для реализации информационной скорости 2 Мбит/с каждый передаваемый символ заменяется на последовательность из 11 символов.
Таким образом чиповая скорость составляет 22 Мбит/с. За один такт передачи передаются 2 бита (4 уровня сигнала). Таким образом скорость манипуляции составляет 11 бод и основной лепесток спектра при этом занимает 22 МГц, величину, которую применительно к 802.11, часто называют шириной канала (на самом деле спектр сигнала является бесконечным).
При этом согласно критерию Найквиста (число независимых импульсов в единицу времени ограничено удвоенной максимальной частотой пропускания канала) для передачи такого сигнала достаточно полосы 5.5 МГц. Теоретически устройства формата 802.11 должны удовлетворительно работать и на каналах, отстоящих друг от друга на 10 МГц (в отличии от более поздних реализаций стандарта, требующих вещания на частотах, отстоящих друг от друга не менее, чем на 20 МГц).
Очень быстро скоростей 1-2 Мбит/с стало не хватать и на смену 802.11 пришёл стандарт 802.11b, в котором скорость передачи данных была увеличена до 5.5, 11 и 22 (опционально) Мбит/с. Увеличение скорости было достигнуто путём уменьшения избыточности помехоустойчивого кодирования с 1/11 до ½ и даже 2/3 за счёт внедрения блочных (CCK) и сверхточных (PBCC) кодов. Кроме того, максимальное число ступеней модуляции было увеличено до 8-и на один передаваемый символ (3 бита на 1 бод). Ширина канала и используемые частоты не изменились. Но при уменьшении избыточности и увеличении глубины модуляции неизбежно выросли требования к соотношению сигнал/шум. Так как увеличение мощности устройств невозможно (ввиду экономии энергии мобильных устройств и законодательных ограничений), то это ограничение проявилось в небольшом сокращении зоны обслуживания на новых скоростях. Площадь обслуживания на унаследованных скоростях 1-2 Мбит/с не изменилась. От способа расширения спектра методом скачкообразной перестройки частоты было решено полностью отказаться. Больше в семействе Wi-Fi он не использовался.
Следующий шаг увеличения скорости до 54 Мбит/с был реализован в стандарте 802.11a (данный стандарт начал разрабатываться раньше, чем стандарт 802.11b, но финальная версия была выпущена позже). Увеличение скорости в основном было достигнуто за счёт увеличения глубины модуляции до 64 уровней на один символ (6 бит на 1 бод). Кроме того, была радикально пересмотрена радиочастотная часть: расширение спектра методом прямой последовательности было заменено на расширение спектра методом разделения последовательного сигнала на параллельные ортогональные поденсущие (OFDM). Использование параллельной передачи на 48 подканалах позволило снизить межсимвольную интерференцию за счёт увеличения длительности отдельных символов. Передача данных осуществлялась в диапазоне 5 ГГц. При этом ширина одного канала составляет 20 МГц.
В отличие от стандартов 802.11 и 802.11b, даже частичное перекрытие этой полосы может привести к ошибкам передачи. К счастью в диапазоне 5 ГГц расстояние между канали составляет эти самые 20 МГц.
Стандарт 802.11g не стал прорывом в плане скорости передачи данных. Фактически этот стандарт стал компиляцией 802.11a и 802.11b в диапазоне 2,4 ГГц: в нём поддерживались скорости обоих стандартов.
Однако данная технология требует высокого качества изготовления радио части устройств. Кроме того, данные скорости принципиально не реализуемы на мобильных терминалах (основной целевой группе стандарта Wi-Fi): наличие 4-х антенн на достаточном разнесении не может быть реализовано в малогабаритных устройствах как по соображениям отсутствия места, так и из-за отсутствия достаточного на 4 приёмопередатчика энергии.
В большинстве случаев скорость 600 Мбит/с является не более, чем маркетинговой уловкой и нереализуема на практике, так как фактически её можно добиться только между стационарными точками доступа, установленными в пределах одной комнаты при хорошем соотношении сигнал/шум.
Следующий шаг в скорости передачи был выполнен стандартом 802.11ac: максимальная скорость, предусмотренная стандартом, составляет до 6,93 Гбит/с, однако фактически такая скорость ещё не достигнута ни на одном оборудовании, представленном на рынке. Увеличение скорости достигнуто за счёт увеличения полосы пропускания до 80 и даже до 160 МГц. Такая полоса не может быть предоставлена в диапазоне 2,4 ГГц, поэтому стандарт 802.11ac функционирует только в диапазоне 5 ГГц. Ещё один фактор увеличения скорости – увеличение глубины модуляции до 256 уровней на один символ (8 бит на 1 бод) К сожалению, такая глубина модуляции может быть получена только вблизи точки из-за повышенных требований к соотношению сигнал/шум. Указанные улучшения позволили добиться увеличения скорости до 867 Мбит/с. Остальное увеличение получено за счёт ранее упомянутых потоков MIMO 8x8:8. 867х8=6,93 Гбит/с. Технология MIMO была усовершенствована: впервые в стандарте Wi-Fi информация в одной сети может передаваться двум абонентам одновременно с использованием различных пространственных потоков.
В более наглядном виде результаты в таблице:
В таблице перечислены основные способы увеличения пропускной способности: «-» - метод не применим, «+» - скорость была увеличена за счёт данного фактора, «=» - данный фактор остался без изменений.
Ресурсы уменьшения избыточности уже исчерпаны: максимальная скорость помехоустойчивого кода 5/6 была достигнута в стандарте 802.11a и с тех пор не увеличивалась. Увеличение глубины модуляции теоретически возможно, но следующей ступенью является 1024QAM, которая является очень требовательной к соотношению сигнал/шум, что предельно снизит радиус действия точки доступа на высоких скоростях. При этом возрастут требования к исполнению аппаратной части приёмопередатчиков. Уменьшение межсимвольного защитного интервала также вряд ли будет направлением совершенствования скорости – его уменьшение грозит увеличением ошибок, вызванных межсимвольной интерференцией. Увеличение полосы канала сверх 160 МГц так же вряд ли возможно, так как возможности по организации непересекающихся сот будут сильно ограничены. Ещё менее реальным выглядит увеличение количества MIMO-каналов: даже 2 канала являются проблемой для мобильных устройств (из-за энергопотребления и габаритов).
Из перечисленных методов увеличения скорости передачи большая часть в качестве расплаты за своё применение забирает полезную площадь покрытия: снижается пропускная способность волн (переход от 2,4 к 5 ГГц) и повышаются требования к соотношению сигнал шум (увеличение глубины модуляции, повышение скорости кода). Поэтому в своём развитии сети Wi-Fi постоянно стремятся к уменьшению площади, обслуживаемой одной точкой в пользу скорости передачи данных.
В качестве доступных направлений совершенствования могут использоваться: динамическое распределение OFDM поднесущих между абонентами в широких каналах, совершенствование алгоритма доступа к среде, направленное на уменьшение служебного траффика и использование техник компенсации помех.
Подводя итог вышесказанному попробую спрогнозировать тенденции развития сетей Wi-Fi: вряд ли в следующих стандартах удастся серьёзно увеличить скорость передачи данных (не думаю, что больше, чем в 2-3 раза), если не произойдёт качественного скачка в беспроводных технологиях: почти все возможности количественного роста исчерпаны. Обеспечить растущие потребности пользователей в передаче данных можно будет только за счёт увеличения плотности покрытия (снижения радиуса действия точек за счёт управления мощностью) и за счёт более рационального распределения существующей полосы между абонентами.
Вообще тенденция уменьшения зон обслуживания, похоже, является основным трендом в современных беспроводных коммуникациях. Некоторые специалисты считают, что стандарт LTE достиг пика своей пропускной способности и не сможет далее развиваться по фундаментальным причинам, связанным с ограниченностью частотного ресурса. Поэтому в западных мобильных сетях развиваются технологии оффлоада: при любом удобном случае телефон подключается к Wi-Fi от того же оператора. Это называют одним из основных способов спасения мобильного Интернета. Соответственно роль Wi-Fi сетей с развитием сетей 4G не только не падает, а возрастает. Что ставит перед технологией всё новые и новые скоростные вызовы.