Wi-Fi

    Technologia Wi-Fi (Wireless Fidelity) wykorzystywana jest przez coraz liczniejszą rzeszę użytkowników. Z początku wydawało się, że największymi odbiorcami tej techniki będą firmy, które instalują bezprzewodową infrastrukturę sieciową, po to by udostępnić intranet lub zasoby globalnej Sieci przede wszystkim swoim pracownikom. Urządzenia do komunikacji bezprzewodowej posłużyły też w miejscach publicznych do stworzenia tak zwanych hotspotów (patrz: Wi-Fi z ulicy). Tymczasem wciąż malejące ceny urządzeń dostępowych (Access Pointów i bezprzewodowych kart sieciowych) spowodowały, że zwykli użytkownicy coraz chętniej spoglądają w kierunku sieci Wi-Fi. Jednak same koszty to nie wszystko. Sieci bezprzewodowe są interesujące także z jeszcze kilku innych powodów. Po pierwsze, korzystając z technologii Wi-Fi, możemy łatwo i raczej bezproblemowo zbudować sieć lokalną w biurze lub w domu. WLAN-y (od. ang. Wireless LAN) nie wymagają przede wszystkim setek metrów kabli i dziurawienia ścian tylko po to, aby przewody sieciowe można było przeprowadzić z pomieszczenia do pomieszczenia.
Ponadto dodatkowym atutem bezprzewodowości jest mobilność. Komputer nie jest już "przywiązany" do miejsca, w którym akurat znajduje się gniazdko sieciowe. Gdy nasz pecet pracuje w sieci bezprzewodowej, możemy przemieszczać się z nim swobodnie, po całym mieszkaniu lub biurze i nadal będziemy mieli dostęp do zasobów sieciowych. Wi-Fi jest także jednym z najprostszych sposobów na współdzielenie, np. przez cienką ścianę lub podwórze, łącza internetowego na kilku "sąsiedzkich" komputerach.
Drugim ważnym powodem, dla którego bezprzewodowy dostęp do Sieci staje się tak popularny, jest niemały w polskich warunkach problem tak zwanej "ostatniej mili". Wielu providerów zdecydowało się właśnie na takie rozwiązanie, oferując użytkownikom stałe łącze realizowane za pomocą technologii Wi-Fi. Warto przy tej okazji zaznaczyć, że taki dostęp do Internetu jest zwykle nieco tańszy niż w przypadku skorzystania z klasycznych technologii kablowych.
Niestety, nie ma róży bez kolców. Pomimo stosunkowo niskiej ceny i prostoty budowy takiej sieci nie jest ona wolna od wad. Najważniejsza z nich to zazwyczaj wolniejsza transmisja danych niż ta uzyskiwana w instalacjach kablowych. Transmisja radiowa jest też bardziej podatna na tłumienie sygnału, przez co korzystanie z sieci bezprzewodowych częstokroć bywa utrudnione, np. z powodu pojawiających się na drodze fal radiowych przeszkód. Niebagatelne znaczenie ma również bezpieczeństwo sieci, które w przypadku WLAN-ów jest nieco trudniejsze do zapewnienia, ale nawet w warunkach domowych można sprawić, że sieć będzie dysponowała wystarczającym poziomem bezpieczeństwa (patrz: Wstęp zabroniony).

Fala fali nierówna
Zanim zdecydujemy się na zakup odpowiednich urządzeń Wi-Fi, warto się zastanowić, jakie czynniki mają największy wpływ na szybkość transmisji danych i zasięg - a więc z punktu widzenia użytkownika, na dwa podstawowe parametry pracy sieci bezprzewodowych. Obie wielkości uzależnione są od częstotliwości zastosowanych fal radiowych oraz mocy nadajnika. Niestety, producenci nie mogą swobodnie z nich korzystać, ponieważ częstotliwości i moce nadajników objęte są szczegółowymi regulacjami prawnymi. Ponadto w różnych krajach obowiązują odmienne przepisy dotyczące transmisji radiowej, co dodatkowo komplikuje i ogranicza możliwości budowy uniwersalnych bezprzewodowych sieci.
Bezprzewodowe sieci Wi-Fi ustandaryzowane przez międzynarodową organizację IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) działają na dwóch częstotliwościach. Jak się okazuje, na całym świecie zastosowanie mają tylko częstotliwości z przedziału 2,4-2,5 GHz (pasmo ISM - Industry, Science & Medicine). Dlatego też obecnie najpopularniejsze standardy sieci Wi-Fi, czyli IEEE 802.11b i IEEE 802.11g, pracują właśnie na tej częstotliwości. W USA można spotkać urządzenia zgodne ze standardem IEEE 802.11a, który do transmisji korzysta z pasma 5 GHz (pasmo UNII - Unlicensed National Information Infrastructure). Jednak ta częstotliwość w Europie zarezerwowana jest dla celów wojskowych, dlatego też standard 802.11a nie może być używany bez ograniczeń (np. w Polsce dopuszcza się jego stosowanie, ale tylko wewnątrz budynków, a sygnał nie może się wydostawać poza ich obręb).

Coraz szybciej
W połowie ubiegłego roku organizacja IEEE zatwierdziła ostatecznie kolejną normę dla sieci bezprzewodowych działających w paśmie 2,4 GHz - IEEE 802.11g. W założeniu standard ten miał łączyć w sobie najlepsze cechy wcześniejszych specyfikacji a i b, a więc dużą szybkość transmisji przy jednoczesnej większej odporności na zakłócenia, poszerzeniu zasięgu i kompatybilności ze standardem b. Wszystkie te wytyczne udało się osiągnąć - szybkość transmisji wynosi teraz 54 Mb/s, a dzięki wykorzystaniu pasma 2,4 GHz spełniono pozostałe wymienione warunki. Nie obyło się jednak bez kłopotów. Najpoważniejszym problemem okazała się współpraca urządzeń standardu 802.11b i 802.11g. Aby mogła ona zaistnieć, trzeba było rozwiązać problemy związane z tzw. długością preambuły, czyli polem synchronizacyjnym, które poprzedza ramkę z przesyłanymi danymi. W IEEE 802.11g długość tego pola wynosi 56 bitów (short preamble), natomiast w 802.11b - 128 bitów (long pramble).
Kłopotliwa była także szybkość transmisji danych przy obecności w jednej sieci urządzeń zgodnych z 802.11b i 802.11g. W takiej sytuacji szybkość transmisji teoretycznie nie mogłaby być większa niż 11 Mb/s. Aby rozwiązać te problemy, wprowadzono specjalny mechanizm ATC (Air Trafic Control), którego zadaniem jest zarządzanie komunikacją w sieci mieszanej 802.11b/g. Jego działanie polega na tym, że przed rozpoczęciem transmisji urządzenia standardu 802.11g wysyłają krótką wiadomość do urządzeń 802.11b, informując je o tym, że przez określony czas pasmo będzie zajęte i w tym czasie nie wolno rozpoczynać żadnego przesyłania danych. Konieczność informowania urządzeń 802.11b odbija się niekorzystnie na efektywnej szybkości transmisji w sieci (patrz: Zajrzeć do chipa).
Niektórzy producenci pokusili się o opracowanie specyfikacji, które przewidują zwiększenie transmisji danych do wartości ponad 100 Mb/s dla standardu g oraz 22 Mb/s dla specyfikacji typu b. Niestety, są one niekompatybilne z wcześniejszymi rozwiązaniami, co uniemożliwia wykorzystanie potencjału takich urządzeń w sieciach b lub g.

Nie tylko prędkość
Oprócz szybkości pracy danego urządzenia powinniśmy także zwrócić uwagę na maksymalną moc nadajnika, w który wyposażone zostało urządzenie. Teoretycznie im więcej, tym lepiej, jednak należy przy tym pamiętać, że moc nadajnika podlega również regulacjom prawym. W naszym kraju dla częstotliwości 2,4 GHz, a więc dla sieci 802.11b i g, wartość ta nie powinna przekraczać 100 mW. Dla sieci 802.11a, a więc działającej w paśmie 5 GHz, maksymalna moc nadajnika wynosi 200 mW.
Gdy zdecydujemy się skorzystać z dobrodziejstw Wi-Fi, na początku powinniśmy się zastanowić, do jakich zadań będziemy najczęściej używali sieci bezprzewodowej. Gdy chcemy budować biurową lub domową infrastrukturę sieciową, aby np. współdzielić łącze internetowe lub mieć dostęp do zasobów komputerów naszych sąsiadów, na pewno będziemy potrzebowali urządzenia pełniącego funkcję punktu dostępowego (Access Pointa) - patrz: Zajrzeć do chipa. Niezbędne też będą karty Wi-Fi (ich test zamieścimy w kolejnym numerze CHIP-a) - po jednej dla każdego komputera, który zostanie podłączony do naszej sieci.
Sprawa jest nieco prostsza, jeśli za pomocą łącza bezprzewodowego mamy zamiar połączyć się tylko z dostawcą usług internetowych. W tym ostatnim przypadku zwykle wystarczy bezprzewodowa karta sieciowa. Warto tutaj pomyśleć jednak o zakupie dodatkowej anteny kierunkowej, co pozwoli na odbiór sygnału transmitowanego z większych odległości (nie zawsze jest to możliwe przy wykorzystaniu standardowych anten dostarczanych razem z kartą).
Urządzenia naszej sieci bezprzewodowej mogą pracować w jednym z dwóch trybów - infrastructure lub ad-hoc. W pierwszym sieć składa się z co najmniej jednego Access Pointa, z którym komunikuje się każdy komputer. Przez niego przechodzi właśnie cała transmisja danych - można więc powiedzieć, że pełni on funkcję bezprzewodowego koncentratora. Korzystając z jednego lub więcej punktów dostępowych, da się już stworzyć sieć bezprzewodową w dwóch topologiach - BSS (Basic Service Set) i ESS (Extender Service Set). W pierwszym przypadku mamy do czynienia z wieloma bezprzewodowymi stacjami roboczymi, które są połączone w grupy komunikujące się z różnymi Access Pointami albo urządzeniami wpiętymi do kablowej sieci LAN. Topologia ESS to nic innego jak wiele podsieci BSS współpracujących ze sobą nawzajem.
Tryb ad-hoc odpowiada zaś klasycznej sieci peer-to-peer i pozwala stworzyć sieć radiową bez pośrednictwa Access Pointa. Taka topologia nazywa się IBSS (Independent Basic Service Set). Z ekonomicznego punktu widzenia jest ona bardzo interesująca, ponieważ nie musimy inwestować w dość drogie punkty dostępowe. Co ważne, tryb ad-hoc doskonale nadaje się do połączenia kilku komputerów znajdujących się w jednym pomieszczeniu, na przykład w pokoju. Sytuacja się nieco komplikuje, gdy w sieci pojawia się więcej stacji roboczych (powyżej 5) lub odległości między nimi się zwiększają. Niestety, wykorzystując tryb ad-hoc, trzeba liczyć się także z większą liczbą błędów i retransmisją pakietów, ponieważ ruch w sieci nie jest w żaden sposób zarządzany.

Dobre rady
Zanim rozpoczniemy budowę sieci, musimy rozważyć też kilka kwestii dotyczących lokalizacji, wielkości obszaru, jaki trzeba "pokryć" sygnałem radiowym, oraz liczby komputerów, które będą korzystały z Wi-Fi. Przed instalacją WLAN-u warto się najpierw zorientować, czy w pobliżu nie ma zbyt wielu źródeł zakłóceń. W pomieszczeniach należy szukać takiego miejsca dla Access Pointa, abyśmy uzyskali możliwie jak najwęższy obszar pokrycia sygnałem, a więc zasięg naszej sieci. Warto również zadbać o to, aby na drodze sygnału znalazło się jak najmniej przeszkód. Nie zawsze takie usytuowanie punktu dostępowego jest możliwe. Wówczas warto rozważyć montaż więcej niż jednego Access Pointa. Przy takiej konfiguracji powinniśmy jednak pamiętać o kilku zasadach, które uchronią nas przed ewentualnymi kłopotami. Jednym z najczęściej popełnianych błędów jest wykorzystywanie w takiej konfiguracji tych samych lub bardzo zbliżonych kanałów pasma radiowego w sprzęcie znajdującym się na tym samym obszarze. Urządzenia będą się wówczas nawzajem zakłócały (wystąpią interferencje), co doprowadzi do powstawania częstych "awarii" sieci bezprzewodowej.
W przypadku instalacji Wi-Fi może wystąpić zjawisko ukrytego węzła. Każda bezprzewodowa karta sieciowa powinna nasłuchiwać, co dzieje się w eterze, i rozpoczynać nadawanie dopiero wtedy, gdy pasmo transmisji jest wolne, czyli gdy żadne inne urządzenie niczego nie nadaje. Czasami się jednak zdarza, że karty rozpoczynają nadawanie jednocześnie, powodując kolizję pakietów. Dzieje się tak za sprawą braku kontaktu między kartami, spowodowanego np. ukształtowaniem terenu lub gdy wykorzystujemy anteny kierunkowe (karty po prostu "nie słyszą" się wzajemnie). Objawem, że tak się dzieje, jest nierówna prędkość transmisji.
Punkty dostępowe mają specjalny mechanizm zapobiegający takim zjawiskom - nosi on nazwę RTS/CTS i służy do rezerwacji medium transmisyjnego na czas wysyłania informacji przez daną kartę. RTS (Ready to Send) to nic innego jak niewielkie pakiety wysyłane przez chcące nadawać urządzenie, zawierające informacje o rozpoczęciu nadawania, adresie źródłowym i docelowym oraz przewidywanym czasie transmisji. Pakiety takie przesyłane są do punktu dostępowego, jak również do wszystkich kart bezprzewodowych. Po zakończeniu transmisji docelowe urządzenie Wi-Fi wysyła informację CTS (Clear to Send) i zwalnia pasmo. Niestety, skuteczność tej metody jest stosunkowo niewielka w bardzo obciążonych sieciach, co dodatkowo niekorzystnie odbija się na wydajności. Jeden Access Point w zależności od modelu potrafi obsłużyć do około 250 interfejsów bezprzewodowych. W praktyce ilość tę powinniśmy jednak ograniczyć do 25-30 stacji klienckich.

Bezpieczeństwo
Ważnym zagadnieniem jest także bezpieczeństwo sieci Wi-Fi. Wykorzystanie fal radiowych jako medium transmisyjnego spowodowało niestety, że zapewnienie poziomu bezpieczeństwa porównywalnego z sieciami kablowymi wymaga większego wysiłku. Nie jest to jednak sprawa beznadziejna. Stosując się do "dekalogu" (patrz: Wstęp zabroniony) zabezpieczania sieci bezprzewodowej, możemy utrudnić życie ewentualnym włamywaczom.
Pomimo swoich wad wykorzystanie sieci Wi-Fi w wielu przypadkach wydaje się najlepszym pomysłem. Dlatego też ostatnio obserwuje się istny rynkowy boom na bezprzewodowe karty sieciowe oraz punkty dostępowe. Dodatkowo producenci nie szczędzą sił, aby wciąż ulepszać już istniejące rozwiązania, co z pewnością przyczyni się do jeszcze większego spopularyzowania technologii bezprzewodowej wymiany danych.

Konfiguracja punktu dostępowego
Zanim zaczniemy cieszyć się z dobrodziejstw sieci bezprzewodowej Wi-Fi, musimy najpierw skonfigurować punkt dostępowy. Zazwyczaj czynność ta jest prosta i nie wymaga zaawansowanej wiedzy informatycznej, choć podstawowa znajomość zagadnień związanych z budową sieci LAN może być pomocna. Na poprawne i przede wszystkim bezpieczne działanie naszej sieci ma wpływ wiele czynników. Konfigurując poprawnie Access Pointa, eliminujemy potencjalne możliwości nieautoryzowanego dostępu do naszych zasobów sieciowych, ale także zapewniamy sobie bezawaryjną pracę sieci. Większość dostępnych urządzeń konfiguruje się w podobny sposób, korzystając z przeglądarki WWW. Dla części Access Pointów istnieje również możliwość ustawienia opcji ich działania za pomocą specjalnych aplikacji lub za pośrednictwem klienta usługi telnet. W niektórych urządzeniach po każdej zmianie parametrów pracy konieczny jest restart. W takim wypadku powinniśmy uzbroić się w cierpliwość, bo ten proces potrafi trwać nawet kilkadziesiąt sekund.

1. Przygotowanie Access Pointa do pracy powinniśmy rozpocząć od zalogowania się do jego panelu konfiguracyjnego. Jeśli punkt dostępowy będzie włączony do sieci innej niż taka, w której adresy IP są przydzielane automatycznie, wówczas trzeba go ręcznie wpisać. Możemy włączyć też opcję serwera DHCP. W ten sposób zapewnimy automatyczną konfigurację parametrów sieciowych stacji bezprzewodowych.

Zalogowanie się do panelu konfiguracyjnego

2. W sekcji dotyczącej ustawień sieci bezprzewodowej musimy między innymi określić, na którym kanale będzie działał nasz WLAN, jaki będzie jego identyfikator SSID oraz czy zezwolimy na rozgłoszenie w eterze tej nazwy. W niektórych modelach punktów dostępowych możemy również włączyć tryb zwiększający wydajność (przepustowość) sieci Wi-Fi.

Określenie, na którym kanale będzie działał WLAN

3. Istotną sprawą jest zabezpieczenie sieci Wi-Fi poprzez wybór odpowiedniego sposobu - zarówno uwierzytelnienia użytkowników, jak i szyfrowania transmitowanych danych (patrz: Wstęp zabroniony). Pominięcie tych parametrów przy konfiguracji spowoduje, że nasza sieć będzie podatna na włamania oraz podsłuch przesyłanych w niej informacji.

Zabezpieczenie sieci Wi-Fi

4. Dobrze też zadbać o to, by dostęp do sieci mieli tylko autoryzowani użytkownicy, dysponujący bezprzewodowymi kartami sieciowymi o określonych przez administratora adresach MAC (patrz: Wstęp zabroniony). Wszyscy inni nie zostaną po prostu "wpuszczeni" do sieci.

Dostęp do sieci

5. Po zakończeniu "dostrajania" Access Pointa warto zapisać plik konfiguracyjny na dysku. W razie awarii punktu dostępowego lub przy przypadkowym resecie urządzenia będzie można szybko wrócić do poprzednich ustawień.

Warto zapisać plik konfiguracyjny na dysku

Problemy z zasięgiem - tłumienność materiałów
Dużym problemem, z jakim sobie trzeba poradzić, gdy instalujemy sieć Wi-Fi, jest zjawisko tłumienia fal radiowych w różnych ośrodkach. Objawia się ono spadkiem jakości sygnału, a co za tym idzie: także prędkości transmisji danych wraz ze wzrostem odległości pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. Dodatkowo zjawisko tłumienia może wzrosnąć wraz z pojawieniem się na drodze fal radiowych wszelakiego rodzaju przeszkód w postaci np. ścianek działowych w budynku. Dlatego też podczas instalacji Access Pointa w domu powinniśmy zwrócić baczną uwagę, w którym miejscu go montujemy. Trzeba go tak umieścić, aby sygnał radiowy napotykał na jak najmniej przeszkód.
Warto tutaj wspomnieć, że tłumienie silnie zależy od ośrodka, w którym rozchodzą się fale radiowe. Jak można się spodziewać, najmniejszą tłumienność ma powietrze. Jednak im gęstszy ośrodek, tym jest ona większa.
Fale radiowe są najbardziej tłumione przez żelbeton i metal (materiały wykorzystywane w budowie mieszkań i domów), mniejszą tłumienność mają zaś takie materiały jak drewno, cegła i tworzywa sztuczne, a także szkło.
Powinniśmy również pamiętać, że tłumienność zależy też od grubości przeszkody. Dlatego też największymi "zawalidrogami" dla fal radiowych są ściany nośne budynków i stropy. W poniższej tabelce pokazaliśmy, jak zależy tłumienie fal radiowych od odległości (dane dotyczą powietrza).