Wi-Fi (WLAN)

Korzystanie z routera Wi-Fi jest najbardziej popularnym sposobem łączenia się z Internetem w naszych domach. Ten bezprzewodowy standard sieci bezprzewodowych jest również powszechny w strefach miejskich, hotelach, restauracjach i szkołach. Na jakich zasadach działa połączenie tego typu? Co zrobić, by wykorzystać pełny potencjał sieci Wi-Fi?

Co to jest Wi-Fi?

Wi-Fi to zbiór bezprzewodowych protokołów sieciowych – ich zadaniem jest określenie, w jaki sposób ma przebiegać komunikacja pomiędzy różnymi urządzeniami obsługującymi dany standard. Podstawą specyfikacji Wi-Fi są standardy IEEE 802.11. Nośnikiem informacji są w tym przypadku fale radiowe o określonych częstotliwościach.

Rozwój Wi-Fi trwa już prawie ćwierć wieku – pierwsza wersja protokołu 802.11 została wydana w 1997 roku i zapewniała prędkość do 2 Mb/s. Już dwa lata później maksymalna przepustowość wzrosła aż 5-krotnie, osiągając wartość 11 Mb/s. Standardy Wi-Fi stale ewoluują, oferując użytkownikom jeszcze większą prędkość. Obecnie teoretyczne maksimum wynosi aż 9,6 Gb/s w przypadku Wi-Fi 6. W realnych warunkach takie wartości są w praktyce niemożliwe do osiągnięcia, jednak nawet przeciętnie uzyskiwane prędkości są imponujące.

Do czego służy Wi-Fi?

Dzięki zgodności w sposobie przesyłania informacji, urządzenia takie jak komputery, telefony, drukarki, skanery i wiele, wiele innych mogą porozumiewać się na niewielkich odległościach bez użycia przewodów. Zdecydowana większość dostawców Internetu udostępnia routery Wi-Fi wraz z oferowanym łączem, a większość urządzeń użytkownika wyposażonych jest w moduł Wi-Fi. W efekcie dostępność tej technologii jest bardzo duża przy obecnie niewielkich kosztach sprzętu.

Co oznacza skrót Wi-Fi?

Wi-Fi to skrót pochodzący z języka angielskiego od "Wireless Fidelity" i w dosłownym tłumaczeniu oznacza "dokładność bezprzewodową". Wi-Fi jest jednocześnie znakiem towarowym należącym do stowarzyszenia Wi-Fi Alliance – organizacji non-profit, która zajmuje się przede wszystkim interoperacyjnością urządzeń korzystających z tego standardu. Wzajemna zgodność urządzeń jest od początku istotną częścią specyfikacji protokołów Wi-Fi. Charakterystyczny czarno-biały znak „Wi-Fi Certified” oznacza, że dany produkt pomyślnie przeszedł testy w tym zakresie.

Standardy Wi-Fi

Przez długi czas nazwy kolejnych standardów Wi-Fi odnosiły się bezpośrednio do protokołów IEEE – w ten sposób powstały terminy takie jak 802.11a, 802.11b czy 802.11ac. Takie mocno inżynierskie nazewnictwo wciąż pozostaje w użytku, jednak w roku 2018 Wi-Fi Alliance zdecydowało się znacznie uprościć schemat, oznaczając najważniejsze wersje standardów Wi-Fi zwykłymi liczbami. To zmiana, która miała przede wszystkim ułatwić klientom zrozumienie różnic pomiędzy poszczególnymi standardami i urządzeniami. Co ciekawe, choć zazwyczaj mówi się o sześciu, siedmiu głównych wersjach, dokumenty IEEE z rodziny 802.11 obejmują aż 20 różnych protokołów.

Oto tabela z obecnym nazewnictwem:

Źródło: Wi-Fi Alliance

Nazwy oznaczone kursywą nie są oficjalne, jednak powszechnie funkcjonują jako nazwy najbardziej znaczących edycji standardu wprowadzonych przed 2008 rokiem. Już teraz trwają prace nad kolejnymi wersjami – 802.11be, która powinna wejść w życie w 2024 roku i prawdopodobnie będzie nosić nazwę Wi-Fi 7.

Jak działa Wi-Fi?

Podstawowa zasada działania jest podobna jak w przypadku innych sieci radiowych, takich jak LTE czy 5G. Wi-Fi działa dzięki wykorzystaniu fal radiowych o określonych częstotliwościach do przesyłania i odbierania danych. Aby poszczególne urządzenia mogły komunikować się ze sobą w tym standardzie, konieczna jest obecność komponentów takich jak adaptery czy anteny Wi-Fi – to obecnie podstawowe wyposażenie smartfonów, laptopów i kart sieciowych do komputerów osobistych. Szczególne znaczenie ma tutaj częstotliwość, z jaką transmitowane są fale. Najczęściej jest to pasmo 2,4 GHz lub 5 GHz. Dokładny zakres może nieco się różnić w zależności od regionu – dla krajów europejskich częstotliwości wynoszą:

• pasmo 2,4 GHz – od 2 401 MHz do 2 483 MHz;
• pasmo 5 GHz – od 5 150 MHz do 5 875 MHz.

Najnowsze wersje standardu próbują wykorzystać jeszcze wyższe częstotliwości, by zapewnić większą prędkość przesyłu danych. W połowie 2021 roku Komisja Europejska udostępniła część pasma 6 GHz do użytku w sieciach Wi-Fi 6E. Ponadto trwają prace nad protokołami 802.11ad oraz 802.11ay, które zakładają transmisję w częstotliwościach wynoszących około 60 GHz.

Częstotliwość ma spore znaczenie dla zasięgu i prędkości sieci

Wyższa częstotliwość fal bezpośrednio wiąże się z mniejszą długością fali. To z kolei oznacza, że w przypadku wyższych pasm obiekty znajdujące się na trasie transmisji sygnału generują większe zakłócenia. W efekcie zasięg sieci 5 GHz jest mniejszy niż w przypadku 2,4 GHz, jednak wyższa częstotliwość pozwala także na znacznie większą prędkość przesyłania danych. Ponadto warto zwrócić uwagę na działanie innych urządzeń – pasmo 2,4 GHz jest używane także przez inne domowe urządzenia, między innymi te, które komunikują się poprzez Bluetooth. Jest to częstotliwość wykorzystywana również przez mikrofalówki, które cechują się wysoką mocą działania, przez co mogą zakłócać działanie Wi-Fi w paśmie 2,4 GHz.

Wybór odpowiedniego wariantu sieci powinien zatem zależeć przede wszystkim od potrzeb związanych z zasięgiem i prędkością, ale także od obecności innych sprzętów w pobliżu danego urządzenia. W większości przypadków 5 GHz okaże się lepszą opcją ze względu na wyższą prędkość, jednak należy zadbać, aby sygnał mógł być transmitowany bez zakłóceń.

Który kanał Wi-Fi wybrać?

Pasma sieci bezprzewodowych są podzielone na mniejsze kanały, których szerokość wynosi od 1 MHz do nawet 160 MHz; zazwyczaj jest to 20 MHz. Istnieje także możliwość łączenia kanałów, by osiągnąć wyższą przepustowość. Warto pamiętać, że urządzenia w obrębie jednego kanału „walczą” o transmisję danych, a różne kanały mogą nachodzić na siebie. Nieodpowiedni kanał może więc znacznie osłabić parametry sieci. Większość routerów i modemów wybiera kanał automatycznie, jednak w niektórych przypadkach ręczna zmiana ustawień może okazać się konieczna.

Które kanały dają najlepszą jakość połączenia? W przypadku 2,4 GHz są tylko trzy kanały, które nie nasuwają się na inne. Dla 5 GHz jest ich z kolei aż 20, co daje kolejną przewagę nad urządzeniami działającymi w paśmie 2,4 GHz. Dokładne parametry połączenia mogą nieco różnić się w zależności od konkretnej częstotliwości – w przypadku problemów z siecią warto skorzystać z programów, które pozwalają przeanalizować ruch na poszczególnych kanałach.

Oto lista kanałów, które nie nachodzą na pozostałe:

• 2,4 GHz – 1, 6 i 11;
• 5 GHz – 36, 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64; 100, 104, 108, 112, 116, 120, 124, 128, 132, 136, 140, 144; 149, 153, 157, 161, 165.

Jakie urządzenia mogą korzystać z Wi-Fi?

Wi-Fi to bardzo szeroko rozpowszechniony standard, dzięki czemu znalezienie urządzenia z obsługą sieci bezprzewodowej nie stanowi obecnie praktycznie żadnego problemu. To nie tylko komputery, laptopy i smartfony – z Wi-Fi korzystają także drukarki, telewizory, głośniki czy sprzęty z kategorii smart home. Do sprawnego działania domowej sieci niezbędny będzie odpowiedni router lub modem. Przy wyborze urządzeń należy jednak zwrócić uwagę na obsługiwane wersje standardu, by móc osiągnąć odpowiednią prędkość transmisji danych.

Początki rozwoju Wi-Fi – od 2 Mb/s do 54 Mb/s

Oryginalna wersja standardu, wprowadzona ponad 20 lat temu, operowała wyłącznie w zakresie 2,4 GHz, a maksymalna prędkość przesyłu danych nie przekraczała 2 Mb/s. Już wtedy wprowadzono jednak pewne funkcjonalności, z których Wi-Fi korzysta do dziś. Jedną z nich jest kodowanie korekcyjne, które polega na powielaniu informacji w celu ograniczenia błędów transmisji. Pierwsze sieci w standardzie 802.11 korzystały z częstotliwości 2,4 GHz, która jest częścią także nowych protokołów Wi-Fi.

Zaledwie dwa lata później pojawiła się już kolejna edycja standardu Wi-Fi, która oferowała przede wszystkim znacznie wyższe prędkości. Dla Wi-Fi 802.11b maksymalna przepustowość wyniosła już 11 Mb/s. W tym samym roku wprowadzono także protokół 802.11a, który wykorzystuje pasmo 5 GHz, oferując transfer do 54 Mb/s. Ze względu na stosunkowo wysokie koszty produkcji urządzeń połączenia 802.11a były obecne przede wszystkim w firmach, podczas gdy protokół 802.11b znalazł zastosowanie głównie w domach. Poszczególne standardy różnią się także sposobem modulacji, który ma wpływ na występowanie zakłóceń w transmisji.

W 2003 roku opublikowano standard IEEE 802.11g, który wykorzystywał częstotliwość 2,4 GHz z protokołu 802.11b w połączeniu z modulacją OFDM obecną w 802.11a. Maksymalna prędkość wynosi w tym przypadku również 54 Mb/s, jednak niższe koszty produkcji urządzeń sprawiły, że ta wersja protokołu zyskała znacznie większą popularność od poprzedników.

Standardy 802.11a/b/g – porównanie

Źródło: dokumenty IEEE

Wi-Fi 4 czyli 802.11n – krok milowy w rozwoju sieci bezprzewodowych

Rozwój kolejnej wersji standardu trwał aż do roku 2009, gdy opublikowano rozszerzenie 802.11n. Zwiększona przepustowość w parze z nowymi rozwiązaniami znacznie usprawniła rozwój sieci bezprzewodowych. Jedną z najważniejszych zmian jest możliwość pracy na dwóch pasmach częstotliwości: 2,4 GHz oraz 5 GHz. Wraz z 802.11n pojawiło się także wsparcie dla nowych technologii, które do dziś stanowią kluczowy element działania sieci Wi-Fi.

• MIMO (Multiple Input Multiple Output), czyli transmisja wieloantenowa. Obydwie strony połączenia wykorzystują dwie lub więcej anten. W efekcie przepustowość sieci może być znacznie większa. Co więcej, zanikanie sygnału z jednej anteny nie powoduje zakłóceń w działaniu pozostałych. Dzięki temu sygnał może docierać z odpowiednią mocą, co pozwala ograniczyć problemy w transmisji.
• Channel bonding – łączenie sąsiednich kanałów w celu utworzenia szerszego kanału. To kolejna technika, która umożliwia zwiększenie przepustowości.
• Beamforming (kształtowanie wiązki) – przesyłanie wzmocnionego sygnału w określonym kierunku przez dostosowanie kątów transmisji fal. Starsze wersje standardu wysyłały dane w każdym kierunku z takimi samymi parametrami, jednak skupienie sygnału na konkretnym miejscu pozwala zwiększyć efektywność transmisji.

Dzięki takim rozwiązaniom maksymalna prędkość transferu w standardzie 802.11n może sięgać nawet 600 Mb/s. Taka wartość może być osiągnięta przy wykorzystaniu czterech anten oraz kanału o szerokości 40 MHz.

Wi-Fi 5 (802.11ac) - kolejny spory postęp

Następne wydanie protokołu skupiło się przede wszystkim na ulepszeniu rozwiązań wprowadzonych w 802.11n. Szersze kanały (do 160 MHz), rozwinięta modulacja oraz technika MU-MIMO pozwoliły osiągnąć prędkości sięgające ponad 800 Mb/s na jednym kanale. Maksymalna liczba kanałów to z kolei 8, dzięki czemu teoretyczne możliwości Wi-Fi 5 sięgają 6,7 Gb/s. Skrót MU-MIMO oznacza Multi-User MIMO, czyli wykorzystanie transmisji Multiple Input Multiple Output dla wielu urządzeń docelowych jednocześnie (zamiast do jednego odbiorcy).

Wi-Fi 6 i Wi-Fi 6E  (802.11ax) – najnowsze i najszybsze wersje standardu

W tym przypadku głównym obszarem rozwoju protokołu było dostosowanie sieci do działania w sytuacjach, w których wiele urządzeń w jednym miejscu próbuje jednocześnie łączyć się z Internetem. Spore znaczenie ma tutaj wprowadzenie nowej techniki modulacji – OFDMA, czyli wariantem OFDM z dostępem dla wielu użytkowników jednocześnie. To rozwiązanie, które wykorzystuje się także w sieciach LTE i 5G. Wi-Fi 6E wprowadza dodatkowo wsparcie dla pasma 6 GHz, z kolei maksymalna przepustowość w 802.11ax może sięgać niecałych 10 Gb/s. Ponadto routery działające w Wi-Fi 6 są w pełni kompatybilne ze wcześniejszymi standardami.

Źródło: dokumenty IEEE

Dalszy rozwój Wi-Fi

Organizacje i firmy odpowiedzialne za przygotowywanie nowych standardów sieci bezprzewodowych już teraz pracują nad kolejnymi edycjami protokołu Wi-Fi. Następnym istotnym krokiem w rozwoju tego standardu ma być 802.11be. W tym przypadku maksymalna szerokość pasma wyniesie w teorii aż 320 MHz; możemy spodziewać się także kolejnych rozszerzeń do protokołu MIMO. Co więcej, w przyszłości Wi-Fi ma wykorzystywać pasmo 60 GHz.

Nowe standardy Wi-Fi jeszcze nie zadomowiły się na polskim rynku

Według danych z rankingów SpeedTest.pl w kwietniu 2021 szacunkowy odsetek użytkowników sieci Wi-Fi 6 (802.11ax) w Polsce wynosi jedynie 0,4%. Wartość ta podawana jest w odniesieniu do wszystkich testów Wi-Fi. Wprowadzanie nowego standardu Wi-Fi trwa dość wolno; co więcej, Wi-Fi 5 również nie może pochwalić się wysoką popularnością wśród polskich internautów. Stopniowo spada jednak liczba testów wykonanych na łączach korzystających z pasma 2,4 GHz – w ciągu nieco ponad roku ich udział spadł o około 10 punktów procentowych.

Stosowanie starszych standardów Wi-Fi jest jednak widoczny także w innych krajach. Dane dotyczące pozostałych państw zostały zebrane z testów przeprowadzanych za pomocą aplikacji SpeedTest.pl.

Źródło: SpeedTest.pl – ranking z kwietnia 2021

Realna prędkość Wi-Fi znacznie niższa niż maksymalne możliwości poszczególnych standardów

Większość internautów korzysta w sieci domowej z łączności Wi-Fi. Choć to niezwykle wygodna i bardzo powszechnie dostępna technologia, od wielu lat problemem pozostaje brak możliwości osiągnięcia pełnej prędkości w realnych scenariuszach. Dzieje się tak przede wszystkim ze względu na samą specyfikę działania sieci radiowych. W przypadku transmisji danych przez fale różne obiekty mogą zakłócić przesył informacji, podobnie jak nieodpowiednie warunki pogodowe czy interferencja z innych urządzeń. To problem, który dotyczy także innych technologii łączności radiowej, takich jak LTE czy 5G.

Według danych SpeedTest.pl za kwiecień 2021 roku, prawie 68% testów wykonano z użyciem pasma 2,4 GHz, a średnia prędkość wyniosła zaledwie 24,1 Mb/s. To znacznie mniej niż teoretyczne maksimum 600 Mb/s dla Wi-Fi 4. Jednym z powodów dla takiego wyniku może być stary sprzęt, choć zaletą sieci 2,4 GHz jest większa odległość przesyłania sygnału.

Standardy Wi-Fi 5 oraz Wi-Fi 6 dają znacznie lepsze wyniki w skali całego kraju – średnia prędkość to odpowiednio 154,5 Mb/s i 362,7 Mb/s. Który operator może pochwalić się najlepszymi parametrami połączenia? W rankingu z kwietnia zdecydowanie wygrywa Orange z wynikiem 555 Mb/s, podczas gdy pozostali dostawcy oferują prędkości pomiędzy 300 a 400 Mb/s. Wi-Fi 6 pozwala zatem zwiększyć prędkość transferu nawet 15-krotnie w rzeczywistych warunkach.

Jak zwiększyć prędkość Wi-Fi w domu?

Jednym z najważniejszych aspektów jest wybór odpowiedniego routera. W przypadku urządzeń obsługujących sieć 5 GHz możemy liczyć na mniejsze zakłócenia i wyższą transmisję danych; ogromne znaczenie mają także obsługiwane standardy Wi-Fi. Zdecydowanie warto postawić na router lub modem Wi-Fi 6, czego potwierdzeniem są wyniki testów użytkowników portalu SpeedTest.pl. Co więcej, najnowsza wersja protokołu jest kompatybilna wstecznie, co pozwala zaktualizować domową sieć bez potrzeby wymiany każdego urządzenia.

Kolejnym istotnym czynnikiem jest umiejscowienie routera. Najlepsze efekty możemy osiągnąć wtedy, gdy istnieje niezakłócona droga od punktu dostępu do docelowego urządzenia. Ściany, szafy i inne sprzęty przeszkadzają w transmisji fal, przez co sygnał docierający do komputera czy smartfonu będzie słabszy. Warto także zadbać, by w pobliżu routera nie znajdowało się zbyt dużo innych urządzeń, które wykorzystują komunikację bezprzewodową (zwłaszcza w przypadku stosowania pasma 2,4 GHz). Przybliżenie się do punktu dostępu również może pomóc z problemami z siecią. Jeśli zmiana położenia routera jest niemożliwa, warto zainteresować się dodatkowymi urządzeniami, takimi jak repeatery czy wzmacniacze sygnału Wi-Fi.

Bezpieczeństwo w sieciach Wi-Fi

Sieci bezprzewodowe są bardziej narażone na złamanie zabezpieczeń ze względu na brak potrzeby uzyskania fizycznego dostępu do medium transmisyjnego. Fale mogą być odbierane przez dowolne urządzenie obsługujące odpowiedni standard – wobec tego zdecydowanie warto zadbać o właściwe zabezpieczenia dla sieci Wi-Fi.

1. Szyfrowanie Wi-Fi– to jedna z podstawowych metod ochrony przed atakami; funkcje związane z enkrypcją możemy znaleźć w niemal każdym routerze. W tym kontekście warto zwrócić uwagę na zastosowany protokół zabezpieczeń. Starsze rozwiązania WEP i WPA są podatne na tak zwane ataki słownikowe, wobec czego zdecydowanie lepszym wyborem będą routery ze wsparciem dla WPA2 i WPA3.
2. Silne hasło. Włączenie funkcji szyfrowania wiąże się także z koniecznością ustawienia hasła – warto zadbać, by było odpowiednio długie i składało się z różnorodnych znaków (dużych i małych liter, znaków interpunkcyjnych, cyfr). Dobrym pomysłem może okazać się także regularna zmiana hasła.
3. Zmiana domyślnego hasła do panelu administracyjnego. W większości przypadków standardowy login i hasło są bardzo proste – najczęstszy przykład to po prostu „admin/admin”. Przy pierwszej konfiguracji routera warto zmienić te dane na bezpieczniejsze, by uniemożliwić niechciane modyfikacje, które mogą prowadzić nawet do pozbawienia dostępu do sieci.
4. Osobna sieć dla gości. Oczywiście nie każda osoba, która chce nas odwiedzić i skorzystać z naszej sieci, stanowi bezpośrednie zagrożenie – warto jednak pamiętać, że nie mamy pełnej kontroli nad urządzeniami gości. Smartfony, tablety i laptopy innych osób mogą być zarażone szkodliwym oprogramowaniem, które stanowi ryzyko dla całej sieci.
5. Regularne aktualizacje oprogramowania routera. Dzięki temu możemy stale korzystać z najnowszych zabezpieczeń i być na bieżąco z nowymi zagrożeniami.
6. Korzystanie z firewalla. Odpowiednio przygotowane filtry ruchu sieciowego pozwalają zablokować potencjalnie niebezpieczny ruch.
7. Filtrowanie adresów MAC. Każda karta sieciowa ma własny adres MAC – to unikalny identyfikator nadawany przez producenta. Niektóre routery oferują opcję filtrowania adresów MAC, dzięki czemu możemy dać dostęp do sieci tylko określonym urządzeniom.

Publiczne Wi-Fi

Użytkownicy publicznych sieci Wi-Fi są szczególnie narażeni na ataki. Należy mieć na uwadze, że jeśli możemy skorzystać z danej sieci bez podawania hasła, oznacza to, że każdy ma do niej bezproblemowy dostęp. Hakerzy mogą korzystać z wielu rozwiązań, które umożliwiają przechwytywanie danych przesyłanych przez niezabezpieczone połączenie. Z tego względu podczas korzystania z publicznego Wi-Fi należy wyposażyć się w dodatkowe zabezpieczenia, takie jak VPN. Wirtualna sieć prywatna umożliwia ukrycie adresu IP urządzenia, a w zdecydowanej większości ofert także szyfrowanie informacji. Dzięki temu, nawet jeśli zabezpieczenia punktu dostępu zostaną złamane, wciąż mamy dość sporą ochronę.