От автора: Этот пост является частью продолжающейся серии «Введение в домашние сети», которая недавно была обновлена, чтобы добавить информацию о настройке quad-stream стандарта 802.11ac Wi-Fi. Чтобы прочитать остальные части этой серии смотрите «похожие истории».

Введение в домашние сети

Как человек, который постоянно решает множество вопросов с сетевым оборудованием, я обычно получаю множество электронных писем от читателей в день, и большинство из них, в той или иной форме, просят рассказать об основах сетей (как соединить два компьютера и т.п., я не говорю здесь о социальных сетях). Не поймите меня неправильно, я ценю каждое полученное письмо, потому что я понимаю, что есть реальные люди там, среди моря спама. Но я бы не хотел повторять себя. Таким образом, вместо того, чтобы говорить одно и то же снова и снова в отдельных сообщениях электронной почты, я буду писать в этой статье об основах домашних сетей, с точки зрения непрофессионала.

Продвинутым и опытным пользователям это может не пригодится, но для остальных, я порекомендовал бы все это прочитать, и если вы хотите быстро узнать значение какого либо сетевого термина, вы можете найти его здесь.

1. Проводные сети

Проводная локальная сеть это в основном группа устройств, подключенных друг к другу с помощью сетевых кабелей, и чаще всего с использованием маршрутизатора, который и будет самым первым сетевым термином.

Маршрутизатор: Это центральное устройство домашней сети, к которому можно подключить один конец сетевого кабеля. Другой конец кабеля необходимо присоединить в сетевое устройство, которое имеет сетевой порт. Если вы хотите добавить больше сетевых устройств к маршрутизатору, вам нужно больше кабелей и больше портов на маршрутизаторе. Эти порты, как на маршрутизаторе так и на конечных устройствах, называются (LAN) портами (портами Локальной сети). Они также известны как порты RJ45. В тот момент, когда вы подключите устройство к маршрутизатору, вы получаете локальную сеть. Сетевые устройства, которые укомплектованы сетевыми портами RJ45, называются Ethernet — ready устройствами. Подробнее об этом вы прочитаете ниже.

Примечание: Технически, вы можете не использовать маршрутизатор и соединить два компьютера с помощью одного сетевого кабеля напрямую, и создать локальную сеть из двух устройств. Однако, это требует ручной настройки IP- адреса, или с помощью специального перекрестного кабеля для подключения.

Задняя часть типичного маршрутизатора; порт WAN четко отличается от LAN портов.

LAN порты: домашний маршрутизатор обычно имеет четыре LAN порта, это означает, что сразу после установки с помощью него можно создать сеть из четырех проводных сетевых устройств. Если вам нужна сеть побольше, вам нужно будет приобрести коммутатор (или концентратор), который добавляет несколько LAN портов к маршрутизатору. Вообще то домашний маршрутизатор может справится большим (250) количеством сетевых устройств, и большинство домов, и даже средних компаний, не имеют такого количества. Существуют две основные скорости LAN портов: Ethernet, который работает на скорости 100 Мбит (или около 13 МБ\с) и Gigabit Ethernet, скорость которого 1 Гбит (или около 125 МБ\с). Другими словами, это занимает около минуты, чтобы передать CD с данными (около 700 МБ или около 250 цифровых песен) через соединение Ethernet. С Gigabit Ethernet, та же работа занимает всего около 5 секунд. В реальной жизни, средняя скорость подключения к Ethernet составляет около 8 Мбит, а скорость Gigabit Ethernet находится где-то между 45 и 80 Мбит. Фактическая скорость подключения к сети зависит от многих факторов, таких как тип оконечных устройств, от качества кабеля, количества нагрузки на сеть, и так далее.

Основное правило: скорость соединения сети определяется скоростью самого медленного устройства, подключенного к этой сети. Например, для того чтобы получить проводное соединение Gigabit Ethernet между двумя компьютерами, оба компьютера, маршрутизатор к которому они подключены и кабелей, используемые для коммутации, все должны поддерживать Gigabit Ethernet. Если вы подключите устройство Gigabit Ethernet и устройство Ethernet к маршрутизатору, скорость соединения этих устройств ограничится скоростью Ethernet, которая составляет 100 Мбит.

Если по простому, LAN порты маршрутизатора позволяют Ethernet — устройствам подключаться друг к другу и обмениваться данными. Для того, чтобы они также получили доступ в Интернет, маршрутизатор должен также иметь Wide Area Network (WAN) порт.

Обычный CAT5e сетевой кабель

Коммутатор или хаб (концентратор): Концентратор и коммутатор, оба увеличивают количество портов LAN в существующей сети. Они помогают увеличить количество Ethernet — клиентов, которых можно присоединить к сети. Основное различие между концентраторами и коммутаторами является то,что хаб использует один общий канал для всех своих портов, в то время как коммутатор имеет выделенный канал для каждого из своих портов. Это означает, что больше клиентов подключено к концентратору, тем медленнее становится скорость передачи данных, в то время как с помощью коммутатора скорость не меняется в зависимости от количества подключенных клиентов. По этой причине, концентраторы намного дешевле, чем коммутаторы с таким же количеством портов. Концентраторы уже давно устарели, так как цена коммутаторов за последние несколько лет значительно снизилась. Цена коммутаторов обычно варьируется в зависимости от его типа (обычный Ethernet или Gigabit, причем второй значительно дороже) и общего числа портов (чем больше портов, тем выше стоимость). Вы можете найти коммутатор всего с четырьмя портами, или их количество может быть около 24 портов (или даже больше). Отметим, что общее количество дополнительных проводных клиентов, которых можно добавить к сети, равно общему числу портов коммутатора минус один. Например, коммутатор с четырьмя портами добавит еще три клиента к сети. Это потому, что Вы должны использовать один из портов для подключения самого коммутатора к сети, которая, кстати, также задействует другой существующий сетевой порт. Имея это в виду, убедитесь, что Вы покупаете коммутатор со значительно большим количеством портов, чем то количество устройств, которое Вы намерены добавить к сети.

WAN порт: Вообще, маршрутизатор имеет только один WAN порт. (Некоторые бизнес- маршрутизаторы поставляются с двумя портами WAN, так что можно подключить сразу двух Интернет провайдеров). На любом маршрутизаторе порт WAN всегда отделен от портов LAN, и так же очень часто выделен другим цветом чтобы вы не ошиблись при подключении. Порт WAN ни чем не отличается от LAN порта, за исключением его использования: для подключения к Интернет. WAN позволяет маршрутизатору подключаться к Интернету раздавать это подключение на все Ethernet устройства, которые к нему подключены.

Примечание: Так как большинство Интернет-соединений медленнее, чем 100 Мбит/с (быстрое кабельное соединение, например, приблизительно 50 Мбит/с на закачку и приблизительно 6 Мбит/с на отдачу), для WAN в большинстве случаев достаточно обычного Ethernet порта. Однако маршрутизаторы Гигабитного Ethernet имеют тенденцию также укомплектовываться портом Gigabit WAN. Однако замена маршрутизатора Ethernet на маршрутизатор с портом Гигабит Ethernet обычно не переводит к увеличению интернет-скорости; это просто помогает устройствам в Вашей локальной сети (LAN) соединяться с друг другом быстрее.

Широкополосный модем: Часто называемый модемом DSL или кабельным модемом, широкополосный модем — устройство, которое позволит подключить Интернет от поставщика услуг к компьютеру или к маршрутизатору, делая Интернет доступным для потребителей. Обычно у модема есть один порт LAN (чтобы соединиться с портом WAN маршрутизатора, или к Ethernet- совместимым устройствам) и одним портом для подключения к кабельной линии провайдера, таким как телефонный порт (модемы DSL) или Коаксиальный порт (Кабельные модемы). Если у Вас будет просто модем, то Вы сможете подключить к нему одно Ethernet устройство, такое как компьютер и предоставить ему доступ в Интернет. Чтобы связать больше чем одно устройство с Интернетом, вам понадобится маршрутизатор. Некоторые провайдеры предлагают комбинированные устройства, это — комбинация модема и маршрутизатора или беспроводного маршрутизатора, все в одном корпусе.

Сетевые кабели: Это кабели, используемые, чтобы соединить сетевые устройства с маршрутизатором или с коммутатором. Они также известны как Категория 5 кабелей или кабели CAT5. В настоящее время, практически все кабели на рынке принадлежат к категории CAT5e, и поддерживают скорость передачи данных Гигабит Ethernet. Последний разработанный в настоящее время стандарт кабельных соединений сети — CAT6, который разработан, чтобы стать быстрее и надежнее, чем CAT5e. Различие между этими двумя — состав кабеля и коннекторов на обеих его концах. Кабели CAT5e и CAT6 могут использоваться взаимозаменяемо, что подтверждает мой личный опыт, за исключением того, что CAT6 значительно дороже. Для использования в домашних условиях вам будет вполне достаточно кабелей категории CAT5e, и если вы вдруг перейдете на CAT6, вы вероятно даже не почувствуете разницы. Вы вполне можете использовать дома CAT6, если Вас не смущает цена.

Теперь, когда мы изучили основы проводных сетей, давайте перейдем к беспроводным.

2. Беспроводные сети: Стандарты и устройства

Беспроводная сеть очень похожа на проводную, с одной большой разницей: устройства не используют кабели для подключения к маршрутизатору и для соединения друг с другом. Вместо этого они используют беспроводные соединения, известные как Wireless Fidelity или Wi-Fi, который является именем для стандарта 802.11, который поддерживается Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Это означает, что беспроводным сетевым устройствам не нужно иметь порты, только антенны, которые нередко скрыты внутри самого устройства. В вашей домашней сети могут сосуществовать как беспроводные, так и проводные устройства. Для того чтобы получить Wi-Fi соединение, Вам необходимо иметь точку доступа и клиентское устройство Wi-Fi.

Введение в домашние сети Каждая из сетей Wi-Fi, которые клиент, такой как iPhone, обнаруживает обычно, принадлежит одной точке доступа.

Клиент Wi-Fi: клиент Wi-Fi или клиент WLAN — устройство, которое может обнаружить сигнал, переданный точкой доступа, затем соединиться с ней и поддерживать соединение. (Этот тип соединения Wi-Fi установлен в режиме Infrastructure mode, но Вам не обязательно помнить это.) Большинство устройств, таких как ноутбуки, смартфоны и планшеты на рынке идут со встроенным Wi-Fi. Те, которые идут без поддержки Wi-Fi, могут быть подключены к Wi-Fi сети через USB или Wi-Fi PCIe Wi-Fi адаптер. Думайте о клиенте Wi-Fi как об устройстве, у которого есть невидимый сетевой порт и невидимый сетевой кабель. Этот метафорический кабель имеет длину равную длине сигнала Wi-Fi.

Примечание: Технически Вы можете не использовать точку доступа и заставить два клиента Wi-Fi соединиться непосредственно друг с другом в Оперативном режиме (Ad-hoc mode). Однако подобное соединение больше напоминает использование перекрестного сетевого кабеля, это скорее всего сложно и неэффективно, и намного реже используется, чем режим Infrastructure.

Wi-Fi range: Это — радиус, до которого может достигнуть сигнал Wi-Fi точки доступа. Как правило, сеть Wi-Fi способна работать приблизительно в 50 метрах от точки доступа. Это расстояние, однако, изменяется в зависимости от мощности включенных устройств, окружающей среды, и самое главное, от стандарта Wi-Fi. Хорошая Беспроводная-N точка доступа может создать сеть с радиусом до 90 метров или даже еще дальше. Стандарт Wi-Fi также определяет скорость беспроводного соединения и причину, по которой можно запутаться в терминах и технологиях, особенно когда упоминаются полосы частот Wi-Fi .

Полосы частот: Эти полосы — радиочастоты, используемые стандартами Wi-Fi: 2.4 ГГц, 5 ГГц, и 60Gz. Полоса на 2.4 ГГц является в настоящее время самой популярной, и она используется большинством существующих сетевых устройств. Это означает, что бытовые приборы, такие как беспроводные телефоны, также используют эту полосу, что ухудшает качество ее сигнала в сравнении с частотой 5 ГГц, из-за перенасыщения и интерференции. 60Gz полоса используется только в стандарте 802.11ad (детали ниже).

В зависимости от стандарта, некоторые устройства Wi-Fi используют одну из двух полос 5 ГГц или 2.4 ГГц, в то время как другие используют обе частоты, и из за этого их называют двухдиапазонными устройствами. Некоторые устройства также поддерживают частоту 60Gh, что делает их трехдиапазонными устройствами.

Далее перечислены существующие стандарты Wi-Fi, начиная с самого старого:

802.11b: Этот стандарт был первым коммерциализированным стандартом беспроводной связи. Он предлагает максимальную скорость 11 Мбит/с и использует частоту 2.4 ГГц. Стандарт появился в 1999 и теперь считается полностью устаревшим; 802.11b клиенты, однако, все еще поддерживаются точками доступа более поздних стандартов Wi-Fi.

802.11a: Стандарт подобен 802.11b с точки зрения возраста, 802.11a предлагает скорости 54 Мбит/с за счет более короткого диапазона и использует полосу 5 ГГц. Он также относится к устаревшим стандартам, хотя все еще поддерживается точками доступа более поздних стандартов.

802.11g: Стандарт 802.11g был представлен в 2003 году, когда беспроводные сети впервые стали называть Wi-Fi. Стандарт предлагает максимальную скорость 54 Мбит/с, но использует только частоту 2.4 ГГц, тем самым обеспечивая лучшую зону покрытия чем 802.11a стандарт. Он все еще используется во многих мобильных устройствах, таких как iPhone 3G и iPhone 3Gs. Этот стандарт поддерживается всеми точками доступа более поздних стандартов.

802.11n или Wireless-N: Доступный с 2009, стандарт 802.11n был самым популярным стандартом Wi-Fi, с большим количеством улучшений по сравнению с предыдущими, такими как увеличение зоны покрытия при использовании частоты 5 ГГц, что практически приблизило ее к размеру зоны покрытия частоты 2.4 ГГц. Стандарт использует частоты 5 ГГц и 2.4 ГГц тем самым запустив новую эру двухдиапазонных маршрутизаторов, которые идут с двумя точками доступа, по одной для каждой полосы. Есть два типа двухдиапазонных маршрутизаторов: selectable двухдиапазонные маршрутизаторы, которые могут работать только на одной частоте одновременно, и истинные двухдиапазонные маршрутизаторы, которые одновременно передают сигналы Wi-Fi на обеих частотах.

На каждой частоте есть три варианта установки стандарта Wireless-N, в зависимости от суммы используемых пространственных потоков: одинарный поток, двойной поток, тройной поток, что дает соответствующие скорости 150 Мбит/с, 300 Мбит/с и 450 Мбит/с. Это в свою очередь создает три типа истинных двухдиапазонных маршрутизаторов: N600 (каждая из этих двух полос предлагает скорость 300 Мбит/с), N750 (у одной полосы есть скорость 300 Мбит/с, в то время как другие работают на скорости 450 Мбит/с), и N900 (каждая из этих двух полос предлагает скорость до 450 Мбит/с).

Примечание: Чтобы иметь соединение Wi-Fi, и точка доступа (маршрутизатор) и клиент должны использовать одну и ту же полосу, или 2.4 ГГц или 5 ГГц. Например, клиент на 2.4 ГГц, такой как iPhone 4, не будет в состоянии соединиться с точкой доступа на 5 ГГц. В случае, если клиент поддерживает обе полосы, он будет использовать только одну из полос, чтобы соединиться с точкой доступа, и когда это возможно, роутер будет »предпочитать» полосу на 5 ГГц полосе на 2.4 ГГц для лучшей производительности.

802.11ac or 5G Wi-Fi: Этот последний стандарт Wi-Fi, который использует только полосу частот 5 ГГц и в настоящее время предлагает скорости Wi-Fi до 1.3 Гбит/с (или 1,300 Мбит/с), когда он настроен на использование с тремя потоками. Стандарт также идет с двойным потоком, и единым потоком и выдает скорость 900 Мбит/с и 450 Мбит/с соответственно. (Обратите внимание на то, что установка 802.11ac в режиме единого потока дает такую же скорость, как и основная настройка 802.11n с тремя потоками.)

Если углубится, 802.11ac является первым стандартом Wi-Fi, который может на самом деле работать больше чем с тремя пространственными потоками, чтобы предложить еще более быстрые скорости Wi-Fi. В мае 2013 Quantenna объявила о первом чипсете квадрафонического потока 802.11ac, названном QSR1000, который поддерживает максимальную скорость до 1.7 Гбит/с. Компания говорит, что потребители могут ожидать маршрутизаторы и клиентские устройства, поддерживающие этот новый уровень производительности к концу 2013 года.

На данный момент у самых быстрых маршрутизаторов на рынке, стандарта 802.11ac, максимальная скорость Wi-Fi все еще не более 1.3 Гбит/с.

Технически, стандарт на 802.11ac приблизительно в три раза быстрее, чем 802.11n (или Wireless-N) стандарт, и поэтому намного лучше экономит запас батареи (так как устройству необходимо работать меньше, чтобы обеспечить передачу того же объема данных). При реальном тестировании, я обнаружил, что 802.11ac превосходит вдвойне по скорости Wireless-N, который все еще очень хорош. (Обратите внимание на то, что реальные поддерживаемые скорости стандартов беспроводной связи всегда намного ниже, чем теоретические. Это потому, что скорости определяются в контролируемой среде без интерференции.) Самая быстрая реальная скорость соединения на 802.11ac, которую я видел до сих пор, составляет 42 Мбит/с и производит ее Asus RT-AC66U, что по сути очень близко к проводному соединению Гигабитного Ethernet.

На той же полосе 5 ГГц, устройства на 802.11ac обратно совместимы с Wireless-N и 802.11a устройствами. В то время как 802.11ac не работает на частоте 2.4 ГГц в целях совместимости, маршрутизатор на 802.11ac будет также идти с Wireless-N точкой доступа (на 450 Мбит/с) с тремя потоками. Короче говоря, маршрутизатор на 802.11ac — это маршрутизатор N900 плюс поддержка 802.11ac на частоте на 5 ГГц.

Однако позвольте мне вновь повторить об эмпирическом правиле еще раз: скорость сетевого соединения определена самой медленной скоростью любой из включенных сторон. Это означает, что если Вы используете маршрутизатор на базе 802.11ac с 802.11a клиентом, соединение ограничится в 54 Мбит/с. Чтобы получить максимальную скорость на 802.11ac, Вы должны будете использовать клиентское устройство, которое также 802.11ac-совместимо.

802.11ad или WiGig: 802.11ad стандарт беспроводных сетей, который стал частью экосистемы Wi-Fi во время 2013 CES. До этого его считали другим типом беспроводных сетей.

802.11ad использует полосу частот 60 ГГц, и позволяет получить скорость передачи данных до 7 Гбит/с (превосходит приблизительно в семь раз скорость Гигабитного Ethernet), но имеет намного более короткий диапазон (приблизительно 10 метров) по сравнению с другими стандартами Wi-Fi. К тому же он обычно требует прямую видимость для нормальной работы.

Поэтому 802.11ad лучше всего использовать, чтобы соединить периферийные устройства, такие как ноутбук и docking station, как в случае первых трехдиапазонных клиентов Wi-Fi от от Wilocity. Впредь, будет больше устройств и приложений, которые используют этот стандарт Wi-Fi. 802.11ad идет сам по себе, и он не является обратно совместимым ни с какими существующими стандартами Wi-Fi и разработан, не чтобы заменить, а чтобы сосуществовать с ними.

Беспроводной маршрутизатор и клиент USB, оба с кнопкой Wi-Fi Protected Setup (WPS).

3. Больше о беспроводных сетях

В проводных сетях, соединение устанавливается в момент, когда Вы включаете концы сетевого кабеля в два соответствующих устройства. В беспроводных сетях это немного сложнее.

Так как сигнал Wi-Fi, переданный точкой доступа, находится буквально в воздухе, любое устройство с Wi-Fi может соединиться с ним, и это могло бы создать серьезную угрозу безопасности. Чтобы предотвратить это и позволить только утвержденным клиентам соединяться, сеть Wi-Fi должна быть защищена паролем (или в более серьезных терминах: зашифрованной). В настоящее время есть несколько методов, используемых, чтобы защитить сеть Wi-Fi (под названием «методы аутентификации»): WEP, WPA и WPA 2, с WPA 2, являющимся самым безопасным, в то время как WEP становится устаревшим. WPA 2 (а также WPA) предлагает два способа зашифровать сигнал, это Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) и Advanced Encryption Standard (AES). Первый для совместимости (позволяющий устаревшим клиентам соединиться); последний подходит для более быстрых скоростей соединения и более безопасен, но работает только с новыми клиентами. Со стороны точки доступа или маршрутизатора, владелец может установить пароль (или ключ шифрования), который клиенты могут использовать, чтобы соединиться с сетью Wi-Fi.

Если вышеупомянутый абзац кажется сложным, это потому что шифрование Wi-Fi очень сложно. Чтобы сделать это проще, Союз Wi-Fi предлагает более простой метод настройки — Wi-Fi Protected Setup.

Персональная горячая точка - функция, сделанная доступный Wi-Fi Прямой стандарт. Это временно поворачивает клиент Wi-Fi, iPhone в этом случае, в "мягкую" точку доступа.

Wi-Fi Защищенная Установка или WPS:Представленный в 2007 Wi-Fi Protected Setup — это стандарт, который упрощает установку безопасной сети Wi-Fi. Самая популярная реализация WPS — кнопка. Вот как это работает: на маршрутизаторе (точка доступа) сбоку, Вы нажимаете кнопку WPS. Теперь в течение 2 минут, Вы нажимаете кнопку WPS на клиентах Wi-Fi, и это — все, что Вы должны сделать для соединения с точкой доступа. Таким образом, вам не нужно помнить пароль (ключ шифрования) или вводить его. Обратите внимание на то, что этот метод работает только с устройствами, которые поддерживают WPS. Большинство сетевых устройств, выпущенных в последние несколько лет, имеют такую функцию.

Wi-Fi Direct: Это — стандарт, который позволяет клиентам Wi-Fi соединиться друг с другом без физической точки доступа. В основном это позволяет одному клиенту Wi-Fi, такому как смартфон, превратить себя в «мягкую» точку доступа и раздать Wi-Fi, позволяя другим клиентам Wi-Fi установить соединение. Этот стандарт очень полезен когда Вы хотите совместно использовать Интернет-соединение. Например, Вы можете соединить порт LAN своего ноутбука с Интернет-источником, например в отеле, и превратить его Wi-Fi в точку доступа. Теперь другие клиенты Wi-Fi могут также получить доступ к этому Интернет-соединению. Wi-Fi Direct чаще всего используется в смартфонах и планшетах, где мобильное устройство совместно использует свое сотовое Интернет-соединение с другими устройствами Wi-Fi с помощью функции, под названием personal hot spot.

4. Power line сети:

Когда дело доходит до сетей Вы, вероятно, не хотите везде прокладывать сетевые кабели, делая Wi-Fi основной альтернативой. К сожалению, в некоторые места, такие как угол в подвале или на чердаке, сигнал Wi-Fi может не достигнуть, или потому что это слишком далеко или потому что есть массивные железобетонные промежуточные стены. В этом случае лучшее решение — пара адаптеров Power line.

Адаптеры Power line в основном превращают электропроводку дома в сетевые кабели для компьютерной сети. Вам, по крайней мере, необходимо два адаптера линии питания, чтобы создать одно соединение. Первый адаптер соединен с маршрутизатором, а второй с Ethernet устройством в труднодоступном месте. Есть некоторые маршрутизаторы на рынке, такие как D-Link DHP-1320, у которых есть встроенная поддержка Power line, что значит что вам хватит и одного адаптера.

В настоящее время есть два основных стандарта для сетей Power line, HomePlug AV и Powerline AV + 500. Они предлагают скорость 200 Мбит/с и 500 Мбит/с, соответственно.

Это все. Теперь, если Вы не нашли все ответы на ваши вопросы, задайте их в комментариях к этой статье. Хотите узнать больше, как лучше всего оптимизировать Вашу сеть Wi-Fi? Читайте мою следующую статью.