Почему нормально не работает Wi-Fi на роутерах

ПОДКЛЮЧИТЬСЯ

Итак, данная статья родилась после практически ежедневного разжевывания клиентам, почему, например, при тарифном плане 64 мБит/сек они не могут воспользоваться данными скоростями. А также будут даны некоторые рекомендации, как все-таки добиться от WiFi более-менее приемлемых результатов работы.  

Немного о принципах работы беспроводных протоколов передачи данных.

Впервые, задумались о подключении к сетям ethernet без использования проводов в далеком 1990 году. В это году комитет по стандартам IEEE802 сформировал рабочую группу с целью разработки стандарта работы беспроводных сетей. Эта группа занялась разработкой всеобщего стандарта для радиооборудования и сетей, работающих на частоте 2,4 ГГц, со скоростями доступа 1 и 2 Mbps (Megabits-per-second). Работы по созданию стандарта были завершены через 7 лет, и в июне 1997 года была ратифицирована первая спецификация 802.11.

Принятая спецификация подразумевала собой работу оборудования на 14 частотах в диапазоне от 2,412 ГГц с шагом в 5 мегагерц. Эти частоты получили название каналы. То есть понятие 3 канал WiFi соответствует частоте 2,422 ГГц. Ниже приведена таблица соответствия номеров каналов и частот.

На практике, использование данных каналов регламентируется внутренними документами страны использования устройства. Так, например, 14-й канал разрешен к применению только в Японии. 12-й и 13-й канал практически не применяется из-за возможного перекрытия 14-го канала, частоты которого уже используются для других целей.

Остановимся подробнее, что значит эта фраза — из-за возможного перекрытия ? Дело в том, что при использовании канала для передачи данных, согласно таблице, должна использоваться полоса 5 мегагерц, как казалось бы следует из таблицы. Но на практике, (не будет нагружать читателя подробностями применяемых модуляций сигнала) при информационной скорости передачи 1 мегабит в секунду, используется двоичная относительная фазовая модуляция (DBPSK), которая занимает полосу в 22 мегагерца. И именно вот здесь разложены первые грабли проблемы  стандарта 802.11. Казалось бы, при доступных 11-ти (13/14) каналах, в действительности при передаче занимаются сразу 5 каналов и остаются только три непересекающихся диапазона : 2.412 — 2.434 ГГц (1-5 канал),  2.437 — 2.459 Ггц (6 — 10 канал), 2.462 Ггц — 2.483 Ггц  (11 — 13  каналы).

Как это скажется на практике ? Это означает, что в при работе в диапазоне 2.4 Ггц, существуют только 3 неперыкрывающиеся полосы, расположенные на первом, шестом и одиннадцатом каналах . А теперь запустите сканер сетей, и посмотрите, сколько вокруг вы видите беспроводных сетей и на каких частотах они работают ? Правильно, их не один десяток ( для города Москвы ). Соседи снизу, соседи сверху, справа, слева и т.п. Все это приводит к тому, что Вы работаете на перекрывающихся частотах и создаете друг-другу помехи, снижая скорость на повторную пересылку потерянных данных. Добавьте сюда еще микроволновые печи и радиотелефоны, тоже работающие в нелицензируемом диапазоне 2.4 Ггц - получается совершенно нежизнерадостная картинка.

Но все это только малая часть проблемы, которая имеет место. Посмотрим дальше, как устроено семейство протоколов беспроводной передачи данных 802.11 .

С частотами мы определились, теперь рассмотрим сам процесс передачи даных. Основное отличие от проводной сети ethernet, связано с тем, что к одной точке доступа, у нас может быть подключено более одного устройства, а протокол 802.11 является полудуплексным. Что это значит — это значит что в момент передачи данных одним из устройств, остальные должны ждать своей очереди, что бы начать процесс передачи. И этого момента надо еще дождаться. Как определяется, что среда свободна, и можно начать процесс передачи ?  Для определения того, является ли канал свободным, используется алгоритм оценки чистоты канала (Channel Clearance Algorithm, CCA). Его суть заключается в измерении энергии сигнала на антенне и определения мощности принятого сигнала (RSSI). Если мощность принятого сигнала ниже определённого порога, то канал объявляется свободным. А при достаточно высоком уровне помех от «соседских» сетей, такой момент может не наступить и ни когда — уровень сигнала на приемной антенне будет всегда выше порогового значения.

Ладно, допустим наступил тот светлый момент, когда мы можем начать передачу данных. Пусть мы ведем обмен только с единственной точкой доступа. Мы посылаем пакет данных, так как это среда радио, он может дойти с искажениями, и не восстановиться в правильный пакет (в каждом пакете передается его контрольная сумма), приемное устройство должно сообщить об этом с помощью посылки пакета ACK передающему, который подтверждает правильность получения данного пакета. Если пакет ACK не получен и пришел искаженным, то через случайный промежуток времени передача повторяется.  Данный алгоритм передачи данных называется Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA). Как видим — чем больше данных приходят с ошибками, тем больше раз их отправку требуется повторить, как следствие скорость из-за повторов падает.

Данный протокол в принципе неплох для 1997 года, а не для 21-го века, где даже телефоны поддерживают режим создания собственной беспроводной сети, для предоставления доступа в сеть другим устройствам, когда у нас существует только одна базовая станция в квартире и единственный ноутбук, с которым мы сидим по беспроводному подключению. Но тут мы решили сыну подарить новый Macbook Air на день рождения, и вот у нас начинаются проблемы. Сын сидит с утра до вечера качает торренты поставив ограничения на скорость приема/передачи в половину тарифа, предоставляемого провайдером, а мы начинаем названивать в техподдержку провайдера, жаловаться на падение скорости на нестабильность работы интернета — страницы то открываются то нет и пр. Теперь немного зная теорию, мы понимаем, что данное явление может наблюдаться, если у нас или базовой станции не находятся свободный промежуток времени, когда среда передачи данных свободна и можно начать обмен с нами.

Ну и наконец один из последних подвохов семейства протоколов 802.11 заключается в том, что как мы рассмотрели ранее является полудуплесным протоколом с множественным доступом к несущей и избежанием столкновенний передачи, то маленькое следствие этого — все устройства, подключенные к вашей точке доступа/роутеру, будут использовать единую, минимальную возможную скорость (Basic rate) на всех устройствах  . Что это значит на практике ? Это значит что все служебные пакеты беспроводной сети, пакеты ACK, броадкасты, Вы будете получать на скорости 1 mpbs, если эта basic rate не отключено в настройках дочки доступа/роутера. Вывод — хотите более высокие скорости — отключайте поддержку низких базовых скоростей. Платой за это будет снижение радиуса покрытия сети, при возможном возрастании скоростей. К сожалению, бытовые роутеры практически не конфигурируются в этой области.

Как привести в чувство домашнюю беспроводную сеть :

• Использовать многодиапазонные точки доступа/роутеры. Что это дает ? Существует разновидность стандарта 802.11, работающая на частоте 5.5 гигагерц — 802.11a/n . Данный диапазон имеет больше каналов и как следствие больше непересекающихся областей для работы. Это позволит Вам по крайней мере, при условии поддержки данного диапазона Вашим ноутбуком, найти область для работы, с минимальным уровнем помех.
• Не подключать устройства, которым нужен нормальный, высокоскоростной доступ, вместе с устройствами в таковом не нуждающимся. В случае использования двухдиапазонного роутера, у Вас будет 2 разных сети, с двумя разными SSID (названиями). Устройства типа ноутбуки, Вы присоединяете к сети, работающей на 5.5ГГц, а телефоны к сети, работающей на 2.4ГГц.
• Тщательно выбрать место предварительной установки роутера — поставить роутер в предполагаемую точку установки, подключиться к нему, и замерить уровни сигнала в самых удаленных точках помещения. Если идет сильная потеря сигнала и скорость подключения падает на порядок — изменить место установки роутера, либо поставить дополнительные. Не используйте беспроводное расширение сети в дополнительных точках доступа/роутерах!!! Несмотря на то, что уровень сигнала у Вас возрастет скорость лучше не станет. Для объяснения просто потребуется изложить больше теории, чем принять это на веру. Подключайте дополнительные роутеры/точки доступа только и только проводами внутрь (в порты LAN) основного.

Вот, как бы максимально упрощенно постарался изложить Вам основы работы беспроводных сетей. Очень много опущено, очень многое упрощено, но наша с Вами задачи была понять основной источник проблем. Мы не рассмотрели подстандарты 802.11n, вводящие понятие MIMO, не рассмотрели проблемы интерференции и отражения сигналов от препятствий, и так далее. Чуть более углубленно можно почитать тут : http://habrahabr.ru/post/149447/

Источник: http://astrus.net/node/22