Wi-Fi

Wi-Fi (wym. [ˈwaɪfaɪ]) – potoczne określenie zestawu standardów stworzonych do budowy bezprzewodowych sieci komputerowych. Szczególnym zastosowaniem Wi-Fi jest budowanie sieci lokalnych (LAN) opartych na komunikacji radiowej, czyli WLAN. Zasięg od kilku metrów do kilku kilometrów i przepustowości sięgającej 300 Mb/s, transmisja na dwóch kanałach jednocześnie. Produkty zgodne z Wi-Fi mają na sobie odpowiednie logo, które świadczy o zdolności do współpracy z innymi produktami tego typu. Logo Wi-Fi jest znakiem handlowym należącym do stowarzyszenia Wi-Fi Alliance.

Wi-Fi jest znakiem towarowym Wi-Fi Alliance dla certyfikowanych produktów opartych na standardach IEEE 802.11. Ten certyfikat gwarantuje interoperacyjność pomiędzy różnymi urządzeniami bezprzewodowymi.

Nazwa Wi-Fi jest rozwijana jako skrót od „Wireless Fidelity”, podobnie jak norma jakości dźwięku Hi-Fi to „High fidelity”. Pomimo że takie rozwinięcie skrótu jest używane oficjalnie przez Wi-Fi Alliance, niektórzy twierdzą, że skrót ten nic nie znaczy.

Wi-Fi bazuje na takich protokołach warstwy fizycznej, jak:

• DSSS (ang. Direct Sequence Spread Spectrum),
• FHSS (ang. Frequency Hopping Spread Spectrum),
• OFDM (ang. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing).

Sieć Wi-Fi działa w paśmie częstotliwości od 2400 do 2485 MHz (2,4 GHz) lub 4915 do 5825 MHz (5 GHz).

Wi-Fi jest obecnie wykorzystywane do budowania rozległych sieci internetowych (WAN). Dostawcy usług internetowych (ang. ISP, Internet Service Provider) umożliwiają użytkownikom wyposażonym w przenośne urządzenia zgodne z Wi-Fi na bezprzewodowy dostęp do sieci. Jest to możliwe dzięki rozmieszczeniu w ruchliwych częściach miast obszarów nazywanych hotspotami. W wielu dużych miastach na świecie znajdują się miejsca z dostępem do Internetu wykorzystujący ten sposób.

Standardy w sieciach bezprzewodowych

Router Wi-Fi o standardzie 802.11b/g

Główne standardy w sieciach bezprzewodowych:

• 802.11a – do 54 Mb/s częstotliwość 5 GHz;
• 802.11b – 11 Mb/s częstotliwość 2,4 GHz ma zasięg ok. 30 m w pomieszczeniu i 120 m w otwartej przestrzeni; w praktyce można osiągnąć transfery rzędu 5,5 Mb/s. Materiały takie jak woda, metal, czy beton obniżają znacznie jakość sygnału; standard 802.11b podzielony jest na 14 kanałów o szerokości 22 MHz które częściowo się pokrywają, Polska wykorzystuje tylko pasma od 2400 do 2483,5 MHz – kanał od 1 do 13;
• 802.11g – 54 Mb/s częstotliwość 2,4 GHz, standard Wi-Fi, który powstał w czerwcu 2003 roku, w praktyce osiągalne są transfery do 20-22Mbit/s przy transmisji w jedną stronę, wykorzystanie starszych urządzeń w tym standardzie powoduje zmniejszenie prędkości do 11 Mb/s, jest bardziej podatna na zakłócanie i wymaga silniejszego i stabilniejszego sygnału niż 802.11b;
• 802.11n – 300 Mb/s częstotliwość 5 GHz oraz 150Mb/s w częstotliwości 2,4 GHz, obecnie najpopularniejszy, który został wprowadzony na rynek w 2007 roku jako „draft”, choć urządzenia „pre-N” pojawiały się już od 2002 roku. W dniu 4.09.2009 „draft-N” został ratyfikowany jako standard, w praktyce osiągalne są transfery rzędu 150Mbit/s w jedną stronę, jednak wymaga on bardzo silnego i stabilnego sygnału do działania.
• 802.11ac – do 1 Gb/s, zaprezentowany w 2012 roku.

oraz:

• 802.11c
• 802.11d
• 802.11e
• 802.11f
• 802.11h (w Europie odpowiednikiem jest 802.11a na częstotliwości 5 GHz)
• 802.11i (w tym systemie wprowadzono nowe zabezpieczenia za pomocą szyfrowania)
• 802.11j (powstał ze standardu 802.11a na potrzeby Japonii)
• 802.11r (dość szybki roaming)

Problemy występujące w czasie dostępu do sieci Wi-Fi

• Efekt przechwytywania – występuje, gdy do jednego odbiornika docierają dwa sygnały o różnej mocy. W tym przypadku sygnał mocniejszy zostanie odebrany prawidłowo natomiast słabszy zostanie zagłuszony.
• Zjawisko odkrytej stacji – zjawisko występuje wtedy, gdy stacja znajduje się w zasięgu stacji nadawczej, ale poza zasięgiem stacji odbiorczej.
• Zjawisko ukrytej stacji – stacja jest ukryta jeżeli znajduje się w zasięgu stacji odbierającej dane, ale jest poza zasięgiem stacji nadawczej.
• Interferencje – zakłócenia transmisji, powstają gdy stacja jest poza zasięgiem zarówno odbiornika, jak i nadajnika, jednak wystarczająco blisko aby móc zakłócić przesyłanie informacji między nimi.

Bezpieczeństwo Wi-Fi

Stosowane metody zabezpieczeń zgodne ze standardem 802.11:

• uwierzytelniania – identyfikacja i weryfikacja autentyczności informacji przesyłanych przez użytkownika, który łączy się z siecią (IEEE 802.1X)
• protokół WEP (ang. Wired Equivalent Privacy) – działa na zasadzie współdzielonego klucza szyfrującego o długości 40 do 104 bitów i 24-bitowym wektorze inicjującym. WEP jest aktualnie bardzo złym zabezpieczeniem, które nie chroni nas przed włamaniami z zewnątrz. W średnio obciążonej sieci klucze WEP można złamać w 90% przypadków, poniżej 1h pasywnego nasłuchiwania pakietów.
• protokoły WPA/WPA2 – nowe, dużo bardziej bezpieczne mechanizmy szyfrowania przesyłanych danych.
• autoryzacja – zgoda lub brak zgody na żądaną usługę przez uwierzytelnionego użytkownika. Zabezpieczenie to jest wykonane przez punkt dostępu lub serwer dostępu.
• rejestracja raportów – rejestr akcji użytkownika związanych z dostępem do sieci. Kontrola raportów pozwala na szybką reakcję administratorów na niepokojące zdarzenia w sieci.

W sieciach bezprzewodowych (Wi-Fi) zabezpieczenia można podzielić na dwa typy: autoryzacji i transmisji. Autoryzacja ma na celu potwierdzić tożsamość użytkownika, natomiast typ transmisji ma nas zabezpieczyć przed podsłuchiwaniem. Obecnie są już nowe systemy zabezpieczeń, które mają same w sobie zabezpieczenie autoryzacji i transmisji.

Możliwe zagrożenia sieci bezprzewodowych:

• próby włamań do tego typu sieci,
• uruchamianie przez użytkowników nieautoryzowanych punktów dostępowych, stających się tylną furtką do sieci,
• wyszukiwanie niezabezpieczonych sieci – wardriving, warchalking.

Rozwój Wi-Fi

Wi-Fi kontra telefonia GSM

Wi-Fi zapewnia dziś transfery rzędu 54 Mbit/s w hotspocie. Oznacza to, że jest wielokrotnie szybsze od połączeń GPRS oferowanych przez operatorów telefonii GSM. Wi-Fi nie ma jeszcze pełnej funkcjonalności sieci komórkowych, ale ma miejsce znaczny postęp w tej dziedzinie. Firmy takie jak Zyxel, SocketIP, Symbol Technologies czy Unitech oferują usługi telefoniczne oparte na Wi-Fi. W związku z narastaniem konkurencji Wi-Fi i sieci komórkowych pojawił się termin 4G. Oznacza on, że Wi-Fi może stać się czwartą generacją telefonii komórkowej.

Jednak wykorzystanie Wi-Fi wiąże się jeszcze z dużymi problemami. Standard Wi-Fi nie zawiera mechanizmów uwierzytelniania podobnych do kart SIM. Trwają prace nad stworzeniem odpowiednich standardów. Bardzo dużym problemem w Wi-Fi jest zasięg hotspotów. Nie przekracza on zwykle 500 metrów, co oznacza, że Wi-Fi może być uzupełnieniem sieci GSM, jeżeli system telefonii ma obejmować cały obszar kraju takiego jak Polska.

Na koniec lata 2004 roku firma Intel zapowiedziała prezentację nowego układu scalonego łączącego w sobie funkcje komunikacji Wi-Fi oraz GSM. Miał on nosić nazwę WWAN (ang. Wireless Wide Area Network). Połączenie zasięgu sieci GSM oraz prędkości transferu z sieci Wi-Fi jest szansą na szybsze stworzenie telefonii trzeciej generacji bez wykorzystania bardzo drogiego standardu UMTS.

Dostęp do Wi-Fi

Darmowy hotspot Wi-Fi

Obszary, gdzie można uzyskać dostęp do Wi-Fi nazywa się hotspotami. Sieci Wi-Fi stają się coraz popularniejsze zarówno w Polsce, jak i na świecie. Istnieją miasta gdzie dostęp do tego typu sieci jest całkowicie bezpłatny, a co za tym idzie darmowy dostęp do internetu. Bogate państwa planują pokryć szczelną siecią Wi-Fi swój kraj by wszyscy mieli dostęp do darmowego internetu. W innych przypadkach konieczne jest wnoszenie opłat. Czasami rozliczenia opierają się na limitach transferowanych danych.

W wielu krajach na świecie dostęp do sieci Wi-Fi jest bezpłatny. Firmy i instytucje posiadające nadmiarowe łącza internetowe niskim kosztem stawiają nadajniki Wi-Fi i udostępniają sieć za darmo dla wszystkich. W Polsce rozdawanie Internetu przez firmy jest naruszeniem prawa skarbowego. Usługi teleinformatyczne podlegają podatkowi VAT. Urzędnicy szacują koszt połączenia z Internetem (np. koszt Neostrady) i naliczają firmie udostępniającej sieć podatek. Z tego względu publiczne rozdawanie Internetu za darmo przez firmy w Polsce jest nielegalne. Firma, która chce świadczyć usługi dostępu do internetu powinna zgłosić ten fakt do UKE (dawniej URTiP), czyli do Urzędu Komunikacji Elektronicznej. Procedura legalizacji opisana jest na stronach Urzędu Komunikacji Elektronicznej.

Podmioty publiczne takie jak samorządy terytorialne dzięki posiadaniu dostępu do infrastruktury miejskiej mogą tanim kosztem budować sieci Wi-Fi pokrywające swoim zasięgiem centra aglomeracji miejskich. W Polsce przoduje pod tym względem Rzeszów.

Większość operatorów posługuje się standardem 802.11b. Prędkość zapewniana przez sieci to 11 Mbps.

Bezprzewodowy dostęp do Internetu

Niedrogi dostęp do Internetu poprzez sieć bezprzewodową lokalnego dostawcy został rozpowszechniony szczególnie na terenach pozamiejskich, gdzie nie ma możliwości korzystania z globalnej sieci w inny sposób. Opinie o takim sposobie dostępu – potocznie nazywanym „radiówką” są jednak podzielone. Lokalni dostawcy, licząc na szybki zysk, wykupują łącze z Internetem oraz instalują kilka stacji bazowych rozmieszczonych zazwyczaj w pobliskich wsiach. Zdecydowana większość punktów dostępowych oferuje dostęp do Internetu przez nieszyfrowane łącze 802.11b (11 Mb/s). Dostępne są darmowe narzędzia (Wireshark (dawniej Ethereal), ettercap) umożliwiające podsłuchanie każdej wiadomości przesyłanej w takiej sieci. Część ISP próbuje zwalczyć ten problem umożliwiając wykupienie szyfrowanego kanału VPN, ale zwykle wiąże się to ze znaczącym kosztem. Sygnał pomiędzy stacjami bazowymi dosyłany jest poprzez mosty bezprzewodowe (pracujące najczęściej na częstotliwości 5 GHz).

Przyczynami niewłaściwego działania bezprzewodowego dostępu do Internetu świadczonego przez Wireless Internet Service Providera mogą być:

• nieudolne kształtowanie ruchu przez dostawcę;
• korzystanie z łącz o małych przepustowościach, nie nadających się do wykorzystania jako łącza operatorskie (popularny DSL);
• niewłaściwy dobór sprzętu radiowego (urządzeń aktywnych, okablowania, anten);
• niestabilne połączenia pomiędzy kolejnymi stacjami bazowymi;
• brak włączonej izolacji pomiędzy klientami na punkcie dostępowym;
• zbyt duża liczba klientów korzystających jednocześnie z danego punktu dostępowego (maksymalna zalecana liczba – 25 dla sprzętu klasy średniej).

Jakość bezprzewodowego dostępu do Internetu świadczonego poprzez lokalnych dostawców jest więc bardzo zróżnicowana.

Zalety i wady Wi-Fi

Zalety

• Możliwość budowy sieci z dostępem do Internetu w domu lub biurze, pozbawionej kabli.
• Korzystanie z bezprzewodowego Internetu poprzez lokalnych dostawców.
• Korzystanie z darmowego dostępu do Internetu poprzez tzw. HotSpoty (dostępne w większych miastach).
• Swoboda i mobilność – bezprzewodowe podłączanie do sieci mobilnych urządzeń (notebooki, palmtopy).
• Łatwo dostępne i coraz tańsze urządzenia Wi-Fi na rynku.
• Duża odporność na wyładowania atmosferyczne w porównaniu z siecią LAN.
• Tanie, szybkie i proste w instalacji.
• Możliwość łączenia się z Internetem z każdego miejsca nawet w ruchu.
• Czasami bardzo potrzebne w budynkach zabytkowych gdzie nie można stosować okablowania.
• Relatywnie szybkie w porównaniu do standardowych wymagań.
• Są częściej używane i poprawiają efektywność pracy.
• Stają się standardem w wielu domach.

Wady

• Wykorzystywane w Wi-Fi standardy 802.11b, 802.11g oraz 802.11n wykorzystują pasmo ISM 2,4 GHz. W tym samym zakresie częstotliwości pracują także nadajniki i odbiorniki standardu Bluetooth, kuchenki mikrofalowe, telefony bezprzewodowe, radary meteorologiczne, radiowa telewizja przemysłowa oraz wiele innych. Efektem działania niektórych z tych urządzeń może być zagłuszanie sygnałów sieci Wi-Fi i ograniczenie zasięgu punktu dostępowego (ang. access point)
• Sieci Wi-Fi mają stosunkowo mały zasięg. Zwykle hotspot oparty na 802.11b lub 802.11g jest dostępny w odległości do 90 metrów w pomieszczeniach lub 150 metrów na zewnątrz.
• Jeżeli urządzenie wykorzystujące Wi-Fi nie zostanie poprawnie skonfigurowane, może stać się łatwym celem ataku. Wykorzystywany w sieciach radiowych standard kryptografii WEP jest łatwy do złamania. Zabezpieczanie danych przy pomocy protokołu WPA (ang. WiFi Protected Access) od 2010 roku nie jest uważane za bezpieczne. Aktualnie zalecane jest stosowanie protokołu WPA2 w wersji Enterprise, który jest obecnie najsilniejszym z protokołów służących do zabezpieczania sieci Wi-Fi.
• Połączenia na dalekie odległości mogą niekiedy okazać się niestabilne, gdy odbierany sygnał z punktu dostępowego jest zbyt słaby.
• Prędkość transmisji danych w przypadku wykorzystania standardu Wi-Fi nie dorównuje rozwiązaniom kablowym, jednak jest wystarczająca do korzystania z Internetu.
• Mniej bezpieczne od sieci kablowych, przez co konieczne jest stosowanie dodatkowych zabezpieczeń, które dodatkowo zmniejszają prędkość przesyłu.
• Czasami (szczególnie w miastach) przesył może być wzajemnie zakłócany przez dużą liczbę urządzeń działających na tych samych kanałach.
• Wymagają rezerwacji odpowiedniego pasma.
• Prędkość transmisji zależy od odległości między urządzeniami komunikującymi się.
• Bardzo podatne na zakłócenia.

Propagacja fali radiowej w pomieszczeniu

Bezprzewodowe sieci lokalne projektowane są najczęściej w obrębie budynków, propagacja fali w takim środowisku jest dość specyficzna ze względu na liczne przeszkody występujące na trasie propagacji, takie jak ściany, okna, drzwi itp. Bardzo rzadko możliwe jest zapewnienie warunków bezpośredniej widoczności, dlatego projektując sieć bezprzewodową w budynku należy uwzględnić tłumienie wcześniej wspomnianych przeszkód. Do oszacowania tłumienia trasy propagacji warto korzystać z istniejących modeli propagacyjnych dla środowiska wewnątrzbudynkowego np. Multi-Wall.

W tabeli poniżej zaprezentowano tłumienie wybranych elementów charakterystycznych dla środowiska wewnątrzbudynkowego w paśmie 2,4 GHz (pomiary własne, w warunkach domowych, niecertyfikowane):

Nazwa elementu	Materiał	Grubość [cm]	Tłumienie [dB]
Ściana wewnętrzna	Cegła	10	7
Ściana zewnętrzna	Cegła	30	9
Ściana działowa	Rigips i wełna szklana	7	2
Strop	Beton	30	11
Okno	Szkło	2 x szyba + 1 cm przerwy	4,5
Drzwi	Drewno	4	2,5

Zobacz też

• Wi-Fi Ad-Hoc
• Wi-Fi Direct
• 802.11

• WiMAX
• Punkt dostępowy

Linki zewnętrzne

• pl.comp.sieci.bezprzewodowe – grupa dyskusyjna poświęcona Wi-Fi