IEEE 802.11 является частью набора технических стандартов локальных сетей (LAN) IEEE 802 и определяет набор протоколов управления доступом к среде (MAC) и физического уровня (PHY) для реализации компьютерной связи беспроводной локальной сети (WLAN). Стандарт и поправки обеспечивают основу для беспроводных сетевых продуктов, использующих бренд Wi-Fi , и являются наиболее широко используемыми в мире стандартами беспроводных компьютерных сетей. IEEE 802.11 используется в большинстве домашних и офисных сетей, позволяя ноутбукам, принтерам, смартфонам и другим устройствам взаимодействовать друг с другом и получать доступ к Интернету без подключения проводов. IEEE 802.11 также является основой для транспортных сетей связи с IEEE 802.11p .
Стандарты созданы и поддерживаются Комитетом по стандартам LAN/ MAN Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) (IEEE 802). Базовая версия стандарта была выпущена в 1997 году и впоследствии имела поправки. Хотя каждая поправка официально отменяется, когда она включается в последнюю версию стандарта, корпоративный мир имеет тенденцию продвигать на рынок пересмотры, поскольку они кратко обозначают возможности их продуктов. В результате на рынке каждая редакция имеет тенденцию становиться своим собственным стандартом. 802.11x — это сокращение от «любая версия 802.11», чтобы избежать путаницы с «802.11», используемым специально для оригинальной версии 1997 года .
IEEE 802.11 использует различные частоты, включая, помимо прочего, диапазоны частот 2,4 ГГц, 5 ГГц, 6 ГГц и 60 ГГц. Хотя спецификации IEEE 802.11 перечисляют каналы, которые могут использоваться, разрешенная доступность радиочастотного спектра значительно различается в зависимости от нормативного домена.
Протоколы обычно используются совместно с IEEE 802.2 и предназначены для бесперебойного взаимодействия с Ethernet , а также очень часто используются для передачи трафика по протоколу Интернета .
Семейство 802.11 состоит из серии полудуплексных методов модуляции по воздуху , которые используют один и тот же базовый протокол. Семейство протоколов 802.11 использует множественный доступ с контролем несущей и предотвращением столкновений (CSMA/CA), при котором оборудование прослушивает канал для других пользователей (включая пользователей, не являющихся пользователями 802.11) перед передачей каждого кадра (некоторые используют термин «пакет», который может быть неоднозначным: «кадр» более корректен с технической точки зрения).
802.11-1997 был первым стандартом беспроводной сети в семействе, но 802.11b был первым широко принятым, за которым последовали 802.11a , 802.11g , 802.11n , 802.11ac , и 802.11ax . Другие стандарты в семействе (c–f, h, j) являются служебными поправками, которые используются для расширения текущей области действия существующего стандарта, эти поправки также могут включать исправления предыдущей спецификации. [9]
802.11b и 802.11g используют диапазон ISM 2,4 ГГц , работающий в Соединенных Штатах в соответствии с Частью 15 Правил и положений Федеральной комиссии по связи США . 802.11n также может использовать этот диапазон 2,4 ГГц. Из-за такого выбора диапазона частот оборудование 802.11b/g/n может иногда испытывать помехи в диапазоне 2,4 ГГц от микроволновых печей , беспроводных телефонов и устройств Bluetooth . 802.11b и 802.11g контролируют свои помехи и восприимчивость к помехам с помощью методов сигнализации с расширением спектра прямой последовательностью (DSSS) и мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM) соответственно.
802.11a использует диапазон 5 ГГц U-NII , который для большей части мира предлагает не менее 23 неперекрывающихся каналов шириной 20 МГц. Это преимущество по сравнению с диапазоном частот ISM 2,4 ГГц, который предлагает только три неперекрывающихся канала шириной 20 МГц, где другие соседние каналы перекрываются (см.: список каналов WLAN ). В зависимости от среды может быть реализована лучшая или худшая производительность с более высокими или более низкими частотами (каналами). 802.11n и 802.11ax могут использовать либо диапазон 2,4 ГГц, либо 5 ГГц; 802.11ac использует только диапазон 5 ГГц.
Сегмент радиочастотного спектра, используемый 802.11, различается в разных странах. В США устройства 802.11a и 802.11g могут работать без лицензии, как разрешено в Части 15 Правил и положений FCC. Частоты, используемые каналами с первого по шестой 802.11b и 802.11g, попадают в диапазон любительской радиосвязи 2,4 ГГц . Лицензированные операторы любительской радиосвязи могут работать с устройствами 802.11b/g в соответствии с Частью 97 Правил и положений FCC, что позволяет увеличить выходную мощность, но не коммерческий контент или шифрование. [10]
В 2018 году Wi-Fi Alliance начал использовать удобную для потребителя схему нумерации поколений для общедоступных протоколов 802.11. Поколения Wi-Fi 1–8 используют протоколы 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ax, 802.11be и 802.11bn в указанном порядке. [11] [12]
Технология 802.11 берет свое начало в постановлении Федеральной комиссии по связи США от 1985 года, которая разрешила использование диапазона ISM [9] без лицензии. [13]
В 1991 году NCR Corporation / AT&T (теперь Nokia Labs и LSI Corporation ) изобрели предшественника 802.11 в Ньювегейне, Нидерланды. Изобретатели изначально намеревались использовать технологию для кассовых систем. Первые беспроводные продукты были выведены на рынок под названием WaveLAN со скоростью передачи данных 1 Мбит/с и 2 Мбит/с.
Вик Хейс , который занимал пост председателя IEEE 802.11 в течение 10 лет и которого называют «отцом Wi-Fi», принимал участие в разработке первоначальных стандартов 802.11b и 802.11a в рамках IEEE . [14] Он вместе с инженером Bell Labs Брюсом Тачем обратился в IEEE с просьбой создать стандарт. [15]
В 1999 году был создан Wi-Fi Alliance как торговая ассоциация для владения торговой маркой Wi-Fi , под которой продается большинство продуктов. [16]
Главный коммерческий прорыв произошел с принятием компанией Apple технологии Wi-Fi для серии ноутбуков iBook в 1999 году. Это был первый массовый потребительский продукт, предлагающий сетевое подключение Wi-Fi, которое затем было названо Apple AirPort. [17] [18] [19] Год спустя IBM последовала примеру, выпустив серию ThinkPad 1300 в 2000 году. [20]
Первоначальная версия стандарта IEEE 802.11 была выпущена в 1997 году и уточнена в 1999 году, но сейчас она устарела. Она определяла две скорости передачи данных в сети : 1 или 2 мегабита в секунду (Мбит/с) плюс код коррекции ошибок . Она определяла три альтернативные технологии физического уровня : диффузный инфракрасный, работающий на скорости 1 Мбит/с; частотно-скачковый расширенный спектр, работающий на скорости 1 Мбит/с или 2 Мбит/с; и расширенный спектр прямой последовательности , работающий на скорости 1 Мбит/с или 2 Мбит/с. Последние две радиотехнологии использовали микроволновую передачу в диапазоне частот Industrial Scientific Medical на частоте 2,4 ГГц. Некоторые более ранние технологии WLAN использовали более низкие частоты, такие как диапазон ISM США 900 МГц.
Устаревший стандарт 802.11 с расширенным спектром методом прямой последовательности был быстро вытеснен и популяризирован стандартом 802.11b.
Стандарт 802.11a, опубликованный в 1999 году, использует тот же протокол канального уровня и формат кадра, что и исходный стандарт, но был добавлен радиоинтерфейс на основе OFDM (физический уровень).
Он работает в диапазоне 5 ГГц с максимальной чистой скоростью передачи данных 54 Мбит/с, плюс код исправления ошибок, что обеспечивает реалистичную чистую достижимую пропускную способность в середине 20 Мбит/с. [41] Он получил широкое распространение во всем мире, особенно в корпоративном рабочем пространстве.
Поскольку диапазон 2,4 ГГц используется настолько интенсивно, что становится переполненным, использование относительно неиспользуемого диапазона 5 ГГц дает 802.11aa значительное преимущество. Однако эта высокая несущая частота также имеет недостаток: эффективный общий диапазон 802.11a меньше, чем у 802.11b/g. Теоретически сигналы 802.11a легче поглощаются стенами и другими твердыми объектами на своем пути из-за их меньшей длины волны и, как следствие, не могут проникать так далеко, как сигналы 802.11b. На практике 802.11b обычно имеет более высокий диапазон на низких скоростях (802.11b снизит скорость до 5,5 Мбит/с или даже 1 Мбит/с при низкой мощности сигнала). 802.11a также страдает от помех, [42] но локально может быть меньше сигналов, с которыми нужно взаимодействовать, что приводит к меньшим помехам и лучшей пропускной способности.
Стандарт 802.11b имеет максимальную скорость передачи сырых данных 11 Мбит/с (мегабит в секунду) и использует тот же метод доступа к среде, который определен в исходном стандарте. Продукты 802.11b появились на рынке в начале 2000 года, поскольку 802.11b является прямым расширением метода модуляции, определенного в исходном стандарте. Резкое увеличение пропускной способности 802.11b (по сравнению с исходным стандартом) наряду с одновременным существенным снижением цен привело к быстрому принятию 802.11b в качестве окончательной технологии беспроводной локальной сети.
Устройства, использующие 802.11b, испытывают помехи от других продуктов, работающих в диапазоне 2,4 ГГц. Устройства, работающие в диапазоне 2,4 ГГц, включают микроволновые печи, устройства Bluetooth, детские мониторы, беспроводные телефоны и некоторое любительское радиооборудование. Как нелицензированные преднамеренные излучатели в этом диапазоне ISM , они не должны создавать помех и должны допускать помехи от первичных или вторичных распределений (пользователей) этого диапазона, таких как любительское радио.
В июне 2003 года был ратифицирован третий стандарт модуляции: 802.11g. Он работает в диапазоне 2,4 ГГц (как и 802.11b), но использует ту же схему передачи на основе OFDM, что и 802.11a. Он работает с максимальной скоростью передачи данных на физическом уровне 54 Мбит/с без учета кодов прямой коррекции ошибок, или со средней пропускной способностью около 22 Мбит/с. [43] Аппаратное обеспечение 802.11g полностью обратно совместимо с аппаратным обеспечением 802.11b, и поэтому обременено устаревшими проблемами, которые снижают пропускную способность примерно на 21% по сравнению с 802.11a. [ необходима цитата ]
Предложенный тогда стандарт 802.11g был быстро принят на рынке, начиная с января 2003 года, задолго до ратификации, из-за желания более высоких скоростей передачи данных, а также снижения производственных затрат. [ необходима цитата ] К лету 2003 года большинство двухдиапазонных продуктов 802.11a/b стали двухдиапазонными/трехрежимными, поддерживая a и b/g в одной мобильной адаптерной карте или точке доступа. Подробности того, как заставить b и g хорошо работать вместе, заняли большую часть затянувшегося технического процесса; однако в сети 802.11g активность участника 802.11b снизит скорость передачи данных всей сети 802.11g.
Как и 802.11b, устройства 802.11g также подвержены помехам со стороны других устройств, работающих в диапазоне 2,4 ГГц, например, беспроводных клавиатур.
В 2003 году целевая группа TGma была уполномочена «свернуть» многие поправки к версии стандарта 802.11 1999 года. REVma или 802.11ma, как ее называли, создала единый документ, который объединил 8 поправок ( 802.11a , b , d , e , g , h , i , j ) с базовым стандартом. После утверждения 8 марта 2007 года 802.11REVma был переименован в тогдашний базовый стандарт IEEE 802.11-2007 . [44]
802.11n — это поправка, которая улучшает предыдущие стандарты 802.11; его первый проект сертификации был опубликован в 2006 году. Стандарт 802.11n был ретроспективно обозначен как Wi-Fi 4 организацией Wi-Fi Alliance. [45] [46] Стандарт добавил поддержку антенн с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO). 802.11n работает как в диапазонах 2,4 ГГц, так и в диапазонах 5 ГГц. Поддержка диапазонов 5 ГГц является необязательной. Его чистая скорость передачи данных составляет от 54 Мбит/с до 600 Мбит/с. IEEE одобрил поправку, и она была опубликована в октябре 2009 года. [47] [48] До окончательной ратификации предприятия уже переходили на сети 802.11n на основе сертификации продуктов Wi-Fi Alliance, соответствующих проекту предложения 802.11n 2007 года.
В мае 2007 года целевая группа TGmb была уполномочена «свернуть» многие поправки к версии стандарта 802.11 2007 года. [49] REVmb или 802.11mb, как ее называли, создала единый документ, который объединил десять поправок ( 802.11k , r , y , n , w , p , z , v , u , s ) с базовым стандартом 2007 года. Кроме того, была проведена большая работа по очистке, включая переупорядочивание многих пунктов. [50] После публикации 29 марта 2012 года новый стандарт стал называться IEEE 802.11-2012 .
IEEE 802.11ac-2013 — это поправка к IEEE 802.11, опубликованная в декабре 2013 года, которая основана на 802.11n. [51] Стандарт 802.11ac был ретроактивно обозначен как Wi-Fi 5 организацией Wi-Fi Alliance. [45] [46] Изменения по сравнению с 802.11n включают более широкие каналы (80 или 160 МГц против 40 МГц) в диапазоне 5 ГГц, больше пространственных потоков (до восьми против четырех), модуляцию более высокого порядка (до 256- QAM против 64-QAM) и добавление многопользовательского MIMO (MU-MIMO). Альянс Wi-Fi разделил внедрение беспроводных продуктов ac на две фазы («волны»), названные «Волна 1» и «Волна 2». [52] [53] С середины 2013 года альянс начал сертифицировать продукты Wave 1 802.11ac, поставляемые производителями, на основе IEEE 802.11ac Draft 3.0 (стандарт IEEE был окончательно утвержден только в том же году). [54] В 2016 году Wi-Fi Alliance представил сертификацию Wave 2, чтобы обеспечить более высокую пропускную способность и емкость, чем продукты Wave 1. Продукты Wave 2 включают в себя дополнительные функции, такие как MU-MIMO, поддержку ширины канала 160 МГц, поддержку большего количества каналов 5 ГГц и четыре пространственных потока (с четырьмя антеннами; по сравнению с тремя в Wave 1 и 802.11n и восемью в спецификации IEEE 802.11ax). [55] [56]
IEEE 802.11ad — это поправка, которая определяет новый физический уровень для сетей 802.11 для работы в спектре миллиметровых волн 60 ГГц . Этот частотный диапазон имеет существенно иные характеристики распространения, чем диапазоны 2,4 ГГц и 5 ГГц, где работают сети Wi-Fi. Продукты, реализующие стандарт 802.11ad , выводятся на рынок под торговой маркой WiGig с программой сертификации, разработанной Wi-Fi Alliance. [57] Пиковая скорость передачи 802.11ad составляет 7 Гбит/с. [58]
IEEE 802.11ad — это протокол, используемый для очень высоких скоростей передачи данных (около 8 Гбит/с) и для связи на короткие расстояния (около 1–10 метров). [59]
В январе 2016 года TP-Link анонсировала первый в мире маршрутизатор 802.11ad. [60]
Стандарт WiGig не слишком известен, хотя он был анонсирован в 2009 году и добавлен в семейство стандартов IEEE 802.11 в декабре 2012 года.
IEEE 802.11af, также называемый «White-Fi» и « Super Wi-Fi », [61] представляет собой поправку, одобренную в феврале 2014 года, которая разрешает работу WLAN в телевизионном спектре белого пространства в диапазонах VHF и UHF между 54 и 790 МГц. [62] [63] Он использует технологию когнитивного радио для передачи на неиспользуемых телевизионных каналах, при этом стандарт принимает меры по ограничению помех для основных пользователей, таких как аналоговое телевидение, цифровое телевидение и беспроводные микрофоны. [63] Точки доступа и станции определяют свое местоположение с помощью спутниковой системы позиционирования, такой как GPS , и используют Интернет для запроса базы данных геолокации (GDB), предоставленной региональным регулирующим агентством, чтобы узнать, какие частотные каналы доступны для использования в заданное время и положение. [63] Физический уровень использует OFDM и основан на 802.11ac. [64] Потери на пути распространения, а также затухание такими материалами, как кирпич и бетон, ниже в диапазонах UHF и VHF, чем в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц, что увеличивает возможный диапазон. [63] Частотные каналы имеют ширину от 6 до 8 МГц в зависимости от нормативного домена. [63] До четырех каналов могут быть связаны либо в один, либо в два смежных блока. [63] Работа MIMO возможна с использованием до четырех потоков для работы с пространственно-временным блочным кодом (STBC) или многопользовательским режимом (MU). [63] Достижимая скорость передачи данных на пространственный поток составляет 26,7 Мбит/с для каналов 6 и 7 МГц и 35,6 Мбит/с для каналов 8 МГц. [39] При четырех пространственных потоках и четырех связанных каналах максимальная скорость передачи данных составляет 426,7 Мбит/с для каналов 6 и 7 МГц и 568,9 Мбит/с для каналов 8 МГц. [39]
IEEE 802.11-2016, который был известен как IEEE 802.11 REVmc, [65] является пересмотром, основанным на IEEE 802.11-2012, включающим 5 поправок (11ae, 11aa, 11ad , 11ac , 11af ). Кроме того, существующие функции MAC и PHY были улучшены, а устаревшие функции были удалены или помечены для удаления. Некоторые пункты и приложения были перенумерованы. [66]
IEEE 802.11ah, опубликованный в 2017 году, [67] определяет систему WLAN, работающую в диапазонах ниже 1 ГГц, не подлежащих лицензированию. Благодаря благоприятным характеристикам распространения низкочастотных спектров, 802.11ah может обеспечить улучшенную дальность передачи по сравнению с обычными сетями WLAN 802.11, работающими в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц. 802.11ah может использоваться для различных целей, включая крупномасштабные сенсорные сети, [68] точки доступа с расширенным диапазоном и наружный Wi-Fi для разгрузки трафика сотовой сети WAN, тогда как доступная полоса пропускания относительно узка. Протокол предполагает, что потребление будет конкурентоспособным с маломощным Bluetooth в гораздо более широком диапазоне. [69]
IEEE 802.11ai — это поправка к стандарту 802.11, которая добавляет новые механизмы для более быстрого времени первоначальной настройки соединения. [70]
IEEE 802.11aj является производной от 802.11ad для использования в нелицензируемом спектре 45 ГГц, доступном в некоторых регионах мира (в частности, в Китае); он также предоставляет дополнительные возможности для использования в диапазоне 60 ГГц. [70]
Также известен как Китайский миллиметровый диапазон волн (CMMW). [71]
IEEE 802.11aq — это поправка к стандарту 802.11, которая позволит обнаруживать сервисы до ассоциации. Это расширяет некоторые механизмы в 802.11u, которые позволяли обнаруживать устройства, чтобы обнаруживать сервисы, работающие на устройстве или предоставляемые сетью. [70]
IEEE 802.11-2020, который был известен как IEEE 802.11 REVmd, [72] является пересмотром, основанным на IEEE 802.11-2016, включающим 5 поправок ( 11ai , 11ah , 11aj , 11ak, 11aq ). Кроме того, существующие функции MAC и PHY были улучшены, а устаревшие функции были удалены или помечены для удаления. Были добавлены некоторые пункты и приложения. [73]
IEEE 802.11ax является преемником 802.11ac, продаваемого как Wi-Fi 6 (2,4 ГГц и 5 ГГц) [74] и Wi-Fi 6E (6 ГГц) [75] организацией Wi-Fi Alliance . Он также известен как High Efficiency Wi-Fi за общие улучшения клиентов Wi-Fi 6 в плотных средах . [76] Для отдельного клиента максимальное улучшение скорости передачи данных ( скорость PHY ) по сравнению с предшественником (802.11ac) составляет всего 39% [c] (для сравнения, это улучшение составляло почти 500% [d] [i] для предшественников). [e] Тем не менее, даже при этом сравнительно небольшом показателе в 39% цель состояла в том, чтобы обеспечить в 4 раза большую пропускную способность на площадь [f] 802.11ac (отсюда и High Efficiency ). Мотивацией этой цели было развертывание WLAN в плотных средах, таких как корпоративные офисы, торговые центры и плотные жилые квартиры. [76] Это достигается с помощью технологии, называемой OFDMA , которая в основном представляет собой мультиплексирование в частотной области (в отличие от пространственного мультиплексирования , как в 802.11ac). Это эквивалентно сотовой технологии, применяемой в Wi-Fi . [76] : qt
Стандарт IEEE 802.11ax‑2021 был утвержден 9 февраля 2021 года. [79] [80]
IEEE 802.11ay — это разрабатываемый стандарт, также называемый EDMG: Enhanced Directional MultiGigabit PHY. Это поправка, которая определяет новый физический уровень для сетей 802.11 для работы в диапазоне миллиметровых волн 60 ГГц . Это будет расширение существующего 11ad, направленное на расширение пропускной способности, диапазона и вариантов использования. Основные варианты использования включают работу внутри помещений и связь на короткие расстояния из-за поглощения кислорода в атмосфере и невозможности проникновения через стены. Пиковая скорость передачи 802.11ay составляет 40 Гбит/с. [81] Основные расширения включают: связывание каналов (2, 3 и 4), MIMO (до 4 потоков) и более высокие схемы модуляции. Ожидаемый диапазон составляет 300–500 м. [82]
IEEE 802.11ba Wake-up Radio (WUR) Operation — это поправка к стандарту IEEE 802.11, которая обеспечивает энергоэффективную работу для приема данных без увеличения задержки. [83] Целевое потребление активной мощности для приема пакета WUR составляет менее 1 милливатт и поддерживает скорости передачи данных 62,5 кбит/с и 250 кбит/с. WUR PHY использует MC-OOK (многоканальный OOK ) для достижения чрезвычайно низкого потребления энергии. [84]
IEEE 802.11bb — стандарт сетевого протокола из набора протоколов IEEE 802.11, который использует инфракрасный свет для связи. [85]
IEEE 802.11be Extremely High Throughput (EHT) — это потенциальная следующая поправка к стандарту IEEE 802.11 [86] и, скорее всего, будет обозначена как Wi-Fi 7. [ 87] [88] Он будет основан на 802.11ax и будет ориентирован на работу WLAN внутри и вне помещений со стационарной и пешеходной скоростью в диапазонах частот 2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц.
Во всех вариантах 802.11 максимально достижимая пропускная способность указывается либо на основе измерений в идеальных условиях, либо в скоростях передачи данных уровня 2. Однако это не относится к типичным развертываниям, в которых данные передаются между двумя конечными точками, из которых по крайней мере одна обычно подключена к проводной инфраструктуре, а другая конечная точка подключена к инфраструктуре через беспроводное соединение.
Это означает, что, как правило, кадры данных проходят через среду 802.11 (WLAN) и преобразуются в 802.3 ( Ethernet ) или наоборот. Из-за разницы в длине кадра (заголовка) этих двух сред размер пакета приложения определяет скорость передачи данных. Это означает, что приложения, использующие небольшие пакеты (например, VoIP), создают потоки данных с высоким накладным расходом трафика (т. е. низкой полезной пропускной способностью ). Другими факторами, которые влияют на общую скорость передачи данных приложения, являются скорость, с которой приложение передает пакеты (т. е. скорость передачи данных), и, конечно же, энергия, с которой принимается беспроводной сигнал. Последнее определяется расстоянием и настроенной выходной мощностью коммуникационных устройств. [89] [90]
Те же ссылки применимы к прилагаемым графикам, которые показывают измерения пропускной способности UDP . Каждый представляет среднюю (UDP) пропускную способность (обратите внимание, что полосы погрешности есть, но едва видны из-за небольшого разброса) 25 измерений. Каждый из них имеет определенный размер пакета (маленький или большой) и определенную скорость передачи данных (10 кбит/с – 100 Мбит/с). Маркеры для профилей трафика распространенных приложений также включены. Эти цифры предполагают отсутствие ошибок пакетов, которые, если возникают, еще больше снижают скорость передачи.
802.11b, 802.11g и 802.11n-2.4 используют спектр 2,400–2,500 ГГц , один из диапазонов ISM . 802.11a, 802.11n и 802.11ac используют более строго регулируемый диапазон 4,915–5,825 ГГц . В большинстве коммерческих буклетов их обычно называют «диапазонами 2,4 ГГц и 5 ГГц». Каждый спектр подразделяется на каналы с центральной частотой и полосой пропускания, аналогично тому, как подразделяются диапазоны радио- и телевещания.
Диапазон 2,4 ГГц разделен на 14 каналов, расположенных на расстоянии 5 МГц друг от друга, начиная с канала 1, который сосредоточен на частоте 2,412 ГГц. Последние каналы имеют дополнительные ограничения или недоступны для использования в некоторых нормативных доменах.
Нумерация каналов спектра 5,725–5,875 ГГц менее интуитивна из-за различий в правилах между странами. Они более подробно обсуждаются в списке каналов WLAN .
В дополнение к указанию центральной частоты канала, 802.11 также определяет (в пункте 17) спектральную маску, определяющую разрешенное распределение мощности по каждому каналу. Маска требует, чтобы сигнал был ослаблен минимум на 20 дБ от его пиковой амплитуды на ±11 МГц от центральной частоты, точки, в которой канал фактически имеет ширину 22 МГц. Одним из последствий является то, что станции могут использовать только каждый четвертый или пятый канал без перекрытия.
Доступность каналов регулируется страной, частично ограниченная тем, как каждая страна распределяет радиоспектр различным службам. С одной стороны, Япония разрешает использование всех 14 каналов для 802.11b и 1–13 для 802.11g/n-2.4. Другие страны, такие как Испания, изначально разрешали только каналы 10 и 11, а Франция разрешала только 10, 11, 12 и 13; однако Европа теперь разрешает каналы с 1 по 13. [91] [92] Северная Америка и некоторые страны Центральной и Южной Америки разрешают только 1–11.
Поскольку спектральная маска определяет только ограничения выходной мощности до ±11 МГц от центральной частоты, которая должна быть ослаблена на −50 дБо, часто предполагается, что энергия канала не распространяется дальше этих пределов. Правильнее сказать, что перекрывающийся сигнал на любом канале должен быть достаточно ослаблен, чтобы минимально мешать передатчику на любом другом канале, учитывая разделение между каналами. Из-за проблемы «близко-далеко » передатчик может влиять (снижать чувствительность) на приемник на «неперекрывающемся» канале, но только если он находится близко к приемнику-жертве (в пределах метра) или работает выше допустимых уровней мощности. И наоборот, достаточно удаленный передатчик на перекрывающемся канале может иметь незначительное или не иметь никакого существенного эффекта.
Часто возникает путаница относительно необходимого количества разделительных каналов между передающими устройствами. 802.11b был основан на модуляции с прямым расширением спектра (DSSS) и использовал полосу пропускания канала 22 МГц, что приводило к трем «неперекрывающимся» каналам (1, 6 и 11). 802.11g был основан на модуляции OFDM и использовал полосу пропускания канала 20 МГц. Это иногда приводит к убеждению, что в 802.11g существуют четыре «неперекрывающихся» канала (1, 5, 9 и 13). Однако это не так, согласно 17.4.6.3 Нумерация каналов рабочих каналов стандарта IEEE 802.11 (2012), который гласит: «В топологии сети с несколькими ячейками перекрывающиеся и/или соседние ячейки, использующие разные каналы, могут работать одновременно без помех, если расстояние между центральными частотами составляет не менее 25 МГц». [93] и раздел 18.3.9.3 и рисунок 18-13.
Это не означает, что техническое перекрытие каналов рекомендует не использовать перекрывающиеся каналы. Количество межканальных помех, наблюдаемых в конфигурации с использованием каналов 1, 5, 9 и 13 (что разрешено в Европе, но не в Северной Америке), едва ли отличается от трехканальной конфигурации, но с целым дополнительным каналом. [94] [95]
Однако перекрытие каналов с более узким интервалом (например, 1, 4, 7, 11 в Северной Америке) может привести к неприемлемому ухудшению качества сигнала и пропускной способности, особенно когда пользователи передают вблизи границ ячеек AP. [96]
IEEE использует фразу regdomain для обозначения правового регулятивного региона. Разные страны определяют разные уровни допустимой мощности передатчика, время, в течение которого канал может быть занят, и разные доступные каналы. [97] Коды доменов указаны для США, Канады, ETSI (Европа) , Испании, Франции, Японии и Китая.
Большинство сертифицированных устройств Wi-Fi по умолчанию используют regdomain 0, что означает настройки наименьшего общего знаменателя , т. е. устройство не будет передавать данные с мощностью, превышающей допустимую в какой-либо стране, и не будет использовать частоты, которые не разрешены в какой-либо стране. [ необходима цитата ]
Настройки regdomain часто трудно или невозможно изменить, чтобы конечные пользователи не конфликтовали с местными регулирующими органами, такими как Федеральная комиссия по связи США . [ необходима цитата ]
Дейтаграммы называются кадрами . Текущие стандарты 802.11 определяют типы кадров для использования при передаче данных, а также для управления и контроля беспроводных соединений.
Кадры делятся на очень конкретные и стандартизированные разделы. Каждый кадр состоит из заголовка MAC , полезной нагрузки и последовательности проверки кадра (FCS). Некоторые кадры не имеют полезной нагрузки.
Первые два байта заголовка MAC образуют поле управления кадром, определяющее форму и функцию кадра. Это поле управления кадром подразделяется на следующие подполя:
Следующие два байта зарезервированы для поля Duration ID, указывающего, как долго будет проходить передача поля, чтобы другие устройства знали, когда канал снова будет доступен. Это поле может принимать одну из трех форм: Duration, Contention-Free Period (CFP) и Association ID (AID).
Кадр 802.11 может иметь до четырех полей адреса. Каждое поле может содержать MAC-адрес . Адрес 1 — это приемник, адрес 2 — это передатчик, адрес 3 используется для целей фильтрации приемником. [ сомнительно — обсудить ] Адрес 4 присутствует только в кадрах данных, передаваемых между точками доступа в расширенном наборе услуг или между промежуточными узлами в ячеистой сети .
Остальные поля заголовка:
Поле полезной нагрузки или тела кадра имеет переменный размер от 0 до 2304 байт плюс любые накладные расходы, связанные с инкапсуляцией безопасности, и содержит информацию с более высоких уровней.
Последовательность проверки кадра (FCS) — это последние четыре байта в стандартном кадре 802.11. Часто называемая циклическим избыточным кодом (CRC), она позволяет выполнять проверки целостности полученных кадров. Когда кадры собираются отправляться, FCS вычисляется и добавляется. Когда станция получает кадр, она может вычислить FCS кадра и сравнить его с полученным. Если они совпадают, предполагается, что кадр не был искажен во время передачи. [100]
Кадры управления не всегда аутентифицированы и позволяют поддерживать или прекращать связь. Некоторые общие подтипы 802.11 включают:
Тело фрейма управления состоит из фиксированных полей, зависящих от подтипа фрейма, за которыми следует последовательность информационных элементов (ИЭ).
Общая структура IE выглядит следующим образом:
Кадры управления облегчают обмен кадрами данных между станциями. Некоторые распространенные кадры управления 802.11 включают:
Кадры данных переносят пакеты с веб-страниц, файлов и т. д. внутри тела. [101] Тело начинается с заголовка IEEE 802.2 с точкой доступа к службе назначения (DSAP), указывающей протокол, за которым следует заголовок протокола доступа к подсети (SNAP), если DSAP — шестнадцатеричный AA, с полями организационно-уникального идентификатора (OUI) и идентификатора протокола (PID), указывающими протокол. Если OUI состоит из одних нулей, поле идентификатора протокола представляет собой значение EtherType . [102] Почти все кадры данных 802.11 используют заголовки 802.2 и SNAP, и большинство используют OUI 00:00:00 и значение EtherType.
Подобно контролю перегрузки TCP в Интернете, потеря кадров встроена в работу 802.11. Чтобы выбрать правильную скорость передачи или схему модуляции и кодирования , алгоритм управления скоростью может тестировать разные скорости. Фактическая скорость потери пакетов точек доступа сильно различается в зависимости от различных условий соединения. Существуют различия в скорости потери, наблюдаемой на рабочих точках доступа, от 10% до 80%, при этом 30% являются обычным средним значением. [103] Важно знать, что уровень связи должен восстанавливать эти потерянные кадры. Если отправитель не получает кадр подтверждения (ACK), то он будет отправлен повторно.
В рамках рабочей группы IEEE 802.11 [62] существуют следующие стандарты и поправки Ассоциации стандартов IEEE :
802.11F и 802.11T являются рекомендуемыми практиками, а не стандартами, и пишутся с заглавной буквы.
802.11m используется для стандартного обслуживания. 802.11ma был завершен для 802.11-2007, 802.11mb для 802.11-2012, 802.11mc для 802.11-2016 и 802.11md для 802.11-2020.
Оба термина «стандарт» и «поправка» используются применительно к различным вариантам стандартов IEEE. [105]
Что касается Ассоциации стандартов IEEE, то существует только один текущий стандарт; он обозначается IEEE 802.11 с последующей датой публикации. IEEE 802.11-2020 — единственная версия, которая в настоящее время находится в публикации и заменяет предыдущие выпуски. Стандарт обновляется с помощью поправок. Поправки создаются целевыми группами (TG). И целевая группа, и ее готовый документ обозначаются 802.11 с последующей одной или двумя строчными буквами, например, IEEE 802.11a или IEEE 802.11ax . Обновление 802.11 является обязанностью целевой группы m. Чтобы создать новую версию, TGm объединяет предыдущую версию стандарта и все опубликованные поправки. TGm также предоставляет разъяснения и толкование для отрасли по опубликованным документам. Новые версии IEEE 802.11 были опубликованы в 1999, 2007, 2012, 2016 и 2020 годах. [106] [107]
Различные термины в стандарте 802.11 используются для описания аспектов работы беспроводных локальных сетей и могут быть незнакомы некоторым читателям.
Например, единица времени (обычно сокращенно TU ) используется для обозначения единицы времени, равной 1024 микросекундам . Многочисленные константы времени определяются в терминах TU (а не почти равной миллисекунды).
Также термин портал используется для описания сущности, похожей на мост 802.1H . Портал обеспечивает доступ к WLAN не-802.11 LAN STA.
В 2001 году группа из Калифорнийского университета в Беркли представила статью, описывающую слабые стороны механизма безопасности 802.11 Wired Equivalent Privacy (WEP), определенного в исходном стандарте; за ними последовала статья Флюрера, Мантина и Шамира под названием «Слабые стороны алгоритма планирования ключей RC4 ». Вскоре после этого Адам Стабблфилд и AT&T публично объявили о первой проверке атаки. В ходе атаки им удалось перехватить передачи и получить несанкционированный доступ к беспроводным сетям. [108]
IEEE создал специальную целевую группу для создания заменяющего решения безопасности, 802.11i (ранее эта работа выполнялась как часть более широких усилий 802.11e по улучшению уровня MAC ). Wi-Fi Alliance анонсировал временную спецификацию под названием Wi-Fi Protected Access (WPA), основанную на подмножестве тогдашнего проекта IEEE 802.11i. Они начали появляться в продуктах в середине 2003 года. Сам IEEE 802.11i (также известный как WPA2) был ратифицирован в июне 2004 года и использует Advanced Encryption Standard (AES) вместо RC4 , который использовался в WEP. Современным рекомендуемым шифрованием для домашнего/потребительского пространства является WPA2 (AES Pre-Shared Key), а для корпоративного пространства — WPA2 вместе с сервером аутентификации RADIUS (или другим типом сервера аутентификации) и надежным методом аутентификации, таким как EAP-TLS . [ необходима ссылка ]
В январе 2005 года IEEE создал еще одну целевую группу "w" для защиты кадров управления и широковещания, которые ранее отправлялись незащищенными. Ее стандарт был опубликован в 2009 году. [109]
В декабре 2011 года была обнаружена уязвимость безопасности, которая затрагивает некоторые беспроводные маршрутизаторы с определенной реализацией дополнительной функции Wi-Fi Protected Setup (WPS). Хотя WPS не является частью 802.11, уязвимость позволяет злоумышленнику в пределах диапазона беспроводного маршрутизатора восстановить WPS PIN и, вместе с ним, пароль маршрутизатора 802.11i в течение нескольких часов. [110] [111]
В конце 2014 года Apple объявила, что ее мобильная операционная система iOS 8 будет шифровать MAC-адреса на этапе предварительной ассоциации, чтобы помешать отслеживанию активности в розничной торговле , которое стало возможным благодаря регулярной передаче уникально идентифицируемых запросов на проверку. [112] В Android 8.0 «Oreo» появилась похожая функция, названная «MAC-рандомизация». [113]
Пользователи Wi-Fi могут подвергаться атаке деаутентификации Wi-Fi с целью подслушивания, подбора паролей или принудительного использования другой, обычно более дорогой точки доступа. [ необходима цитата ]
поправка определяет стандартизированные модификации как физических уровней IEEE 802.11 (PHY), так и уровня управления доступом к среде (MAC) IEEE 802.11, которые позволяют использовать по крайней мере один режим работы, способный поддерживать максимальную пропускную способность не менее 20 гигабит в секунду (измеренную в точке доступа к службе данных MAC), при сохранении или улучшении энергоэффективности на станцию.