Как работает Wi-Fi?

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта Uspei.com. Перед вами одна из главных артерий интернета – подводный оптоволоконный кабель, который прокладывается по дну океана и соединяет между собой материки и острова. А вот один из крупнейших дата центров, который обрабатывает и хранит петабайты данных, в том числе наши фото на гугл драйве.

Но большинство из нас даже не задумывается об этой изнанке интернета. Все, что нас интересует – это знакомое название сети и надпись “подключено”.

Сегодня разберемся, как работает самая первая отправная станция во всемирную паутину – беспроводная сеть Wi Fi. Как ее сигнал проходит сквозь стены, почему нам мешают сети соседей, что такое каналы вай фая и как смартфон передает данные по воздуху? Все ответы далее.

Вай фай можно рассматривать на примере десятков устройств, начиная от холодильника, заканчивая компьютерами и ноутбуками. Даже чайники сейчас умные. Но мы возьмем самый близкую для каждого пару: маршрутизатор, он же роутер, и смартфон. Итак, что такое Вай фай и как он работает?

Если очень упростить, то это всем нам привычная сеть между компьютерами, только давным давно она создавалась исключительно проводами, а с 1998 года может и “по воздуху”. Да и одними ПК все уже давно не ограничивается.

С беспроводными сетями могут работать самые разные устройства, как я уже сказала – чайники, холодильники, кофеварки, да что угодно. Главное, что бы они поддерживали один из стандартов связи IEEE 802.11. Вон сколько их насчитывается, по сути – это и есть “вай фай”.

Но не пугайтесь, это не буквально действующий список, а скорее история развития. Сейчас в основном используются вот эти стандарты.

Впрочем, и в этом огороде недавно навели порядок, что бы было сразу понятно какой стандарт лучше и новее. Теперь все сводится к вот такому перечню и понятным иконкам: чем больше цифра, тем круче.

С неймингом разобрались, а теперь пристегиваемся покрепче и отправляемся глубже. Большинство домашних беспроводных сетей работают в диапазонах частот – 2.4 или 5 Гигагерц, то есть информация в них передается радиоволнами. Они проходит препятствия и роутер добивает с одного конца квартиры в другой и вы можете смотреть ютуб на кухне, через три стены.

Все потому, что техника на 2.4 гигагерцах использует длину волны 12.5 сантиметров, за счет чего сигнал имеет хорошую проникающую способность. Будь частота намного выше, а длина волны исчислялась бы миллиметрами, то сигнал просто отражался бы от всех препятствий.

Хотя влияние стен на сантиметровую волну конечно тоже есть, поэтому лучше все размещать роутер в центре жилища. Плюс есть ограничение мощности передатчика. На отечественных просторах закон разрешает использовать не более 100 мВт для диапазона 2.4 ГГц.

И наконец, мощность принимающей стороны обычно ниже. Часто бывает, что роутер может отправить смартфону данные, а вот смартфону выгрузить что-то в сеть уже сложно или вообще невозможно – не достает.

Что еще может мешать работе вай фай? Другие устройства, которые используют этот же диапазон частот, например – микроволновка. Или же сети, находящиеся вокруг. Дело в том, что под надписью в характеристиках “2.4 гигагерца” понимается не одна определенная частота, а диапазон, который включает сразу 14 каналов.

Но не все их можно использовать в конкретной стране. Например, в США доступны только первые 11, а у нас – 13. Это стоит учитывать для техники из за границы.

Как то мы делали батл роботов пылесосов на нашем портале, и хотели показать как они управляются через Google Home Mini. Так вот этот блинчик, купленный в США, никак не мог поймать наш вай фай. Оказалось роутер автоматом выбрал 12 канал, частоту которого просто не мог увидеть наш американский друг. Выбрали вручную 10-й и все заработало.

Но вернемся к соседям. В зависимости от стандарта и настройки устройств ширина канала может варьироваться, но в основном это 20 мегагерц. Получается во всем диапазоне есть только 4 непересекающихся канала: 1, 5, 9 и 13. Есть устоявшееся мнение в рунете, что их три, но это мнение актуально только в Северной Америке, у нас же их 4.

Каналы не пересекаются условно, потому что даже первый и тринадцатый создают небольшие помехи друг для друга. Но все же. Если у вас выбран первый канал, а у соседа за стенкой 9-й, то теоретически вы можете с ним мирно сосуществовать, не просаживая скорости друг друга.

Но опять же, теоретически, потому что тут очень много нюансов, и если роутеры окажутся очень близко, то все равно будет вероятность забить каналы друг друга помехами. Не просто так расплодилось столько контор и отдельных профи, занимающихся планированием и расчетом Wi Fi сетей.

Вы тоже можете приобщиться к такому ремеслу, просканировать сети вокруг специальными программами и выбрать наименее зашумленный канал, так сказать на пмж. Хотя есть вероятность, что также поступит и сосед, только без сканирования, и ваши цифры совпадут…поэтому тут на выбор.

Как по мне лучше доверится роутеру, он и без помощи, в авто режиме, сканирует сети и выбирает самый оптимальный номер. Тоже самое и с шириной канала.

Большинство маршрутизаторов позволяют объединять каналы для увеличения скорости. Таким образом из всего диапазона останется только 2 условно непересекающихся канала, шириной по 40 мегагерц.

Тут опять таки есть нюансы использования такого режима, так что лучше снова доверится роутеру. Если это возможно в текущих условиях – он перейдет на “сорок” и улучшит скорость, если нет – останется на 20-ти.

Так так, подождите, с этими “два и четыре гигагерцами”совсем забыли про сети, работающие на частоте 5 ГГц. Как с ними обстоят дела?

Они встречаются чуть реже, но быстро набирают популярность. Вот даже среди смартфонов многие середнячки уже могут работать в этом режиме. У них десятки каналов, а непересекающихся – больше 20-ти, а значит на удаленных номерах можно получать заметно меньше шума.

Плюс “пятерка” может работать с каналами шириной не только 20 и 40 МГц, но и 80 и даже 160, что дает очень высокую скорость. Сигнал передается в СВЧ диапазоне, а длина волны меньше, чем в режиме 2.4 и составляет порядка 6 сантиметров. Из за чего разные препятствия преодолеваются хуже. Но и разрешенная мощность у них выше – 200 мВт.

Что лучше: 2.4 Гигагерца или 5 сейчас разбираться не будем, это тема отдельная. Если интересно, дайте знать в комментариях. Так что вспомним про наш смартфон.

Итак, вы увидели знакомое название сети, подключились и пытаетесь что-то отправить, например фотографию в мессенджере. Каким образом ваш смартфон связывается по воздуху с роутером и передает картинку?

После того, как процессор превратил фото в кодированные пакеты данных, нули и единицы, в дело включается крохотная вай фай антенна. Вот так она выглядит в шестом айфоне. По сути это проводник, по которому протекает переменный ток.

Когда приходит время отправки сообщения, по проводнику с невообразимой скоростью начинают носится электроны, что создает колебания электромагнитного поля. Эти колебания порождают электромагнитную волну, распространяющуюся от антенны в пространство. То есть смартфон отправляет сообщение не одному устройству, а всем, кто услышит.

Вот только оно закодировано, а грубо говоря ключь есть только у адресата. И вот волны, несущие нули и единицы, через стены и преграды доходят все таки до цели – антенн роутера. Теперь все происходит наоборот. Уже электромагнитные волны, попадающие на проводник наводят токи, а приемник в каждом колебании распознает нули и единицы.

Откуда роутер знает, что сообщение пришло от вас? В сообщении также закодированы пакеты с идентификатором пользователя. И даже если таких пользователей очень много, роутер все равно различает кто когда “вещает”.

Вот таким образом, создавая радиоволны смартфон с невероятной скоростью передают по частям вашу фотографию в сеть. И даже если ей нужно оказаться скажем на краю света, в смартфоне друга в Новой Зеландии, она сделает это за мгновение. Пройдет тысячи километров оптоволокна на суши, дата центры, подводные кабели и окажется там, где нужно.