Принцип действия роутера wifi для дома

Что такое роутер Wi-Fi и зачем он нужен

Дома интернет можно получать, например, через кабель, если он подключён к компьютеру напрямую. А можно купить у провайдера тариф для смартфона или воткнуть в ПК специальную интернет-флешку — модем. Но самый распространённый способ обеспечить сеть дома — поставить роутер.

С роутером к вашим устройствам не будут тянуться провода — он распространяет интернет в зоне покрытия «по воздуху», с помощью радиоволн. Так девайс создаёт локальную беспроводную сеть внутри помещения. Например, внутри вашей квартиры. Этот тип подключения называется Wi-Fi.

Подключиться к Wi-Fi могут любые гаджеты, у которых есть возможность выйти в интернет. Это могут быть:

• телевизоры,

• смартфоны,

• планшеты,

• ПК,

• ноутбуки и т. д.

А ещё пользоваться Wi-Fi могут устройства «умного» дома: чайники, сплит-системы, кофеварки, стиральные машины и другая домашняя техника. При этом роутер можно подсоединить напрямую к компьютеру по кабелю и одновременно использовать для доступа к беспроводной сети.

Как устроен роутер

Теперь давайте превратим работу маршрутизатора из магии в понятную систему. Это устройство представляет собой корпус с индикаторами спереди и портами для подключения сзади. От него отходят антенны. Их несколько: обычно от 2 до 4, но бывает и больше.

Если вскрыть корпус роутера, внутри вы увидите плату, на которую установлены другие, более мелкие компоненты. Это:

• оперативная память, которая временно хранит пакеты данных перед тем, как отправить их юзеру;

• блок питания, чтобы снабжать роутер электричеством;

• флеш-память, где хранятся все настройки, прошивка и т. д.;

• процессор точки доступа Wi-Fi, который управляет компонентами для приёма-передачи данных;

• процессор коммутатора, который следит, чтобы пакеты правильно распределялись;

• блок усиления сигналов, который помогает делать сигнал более мощным.

Также в задней части корпуса можно найти блок портов. Там находятся разъёмы для подключения кабелей — USB, LAN и Ethernet (WAN).

Как работает роутер

Теперь разберёмся, что именно делает роутер, когда раздаёт нам интернет.

Главная задача роутера — определять маршрут, по которому информация будет поступать в ту или иную сторону. Поэтому его и называют маршрутизатором. Для этого роутер назначает IP-адреса для каждого устройства, которое к нему подключается.

Когда роутер получает пакет данных, он в первую очередь смотрит на указанный там адрес получателя. При этом ему нужно сравнить такой IP с теми, что хранятся в его базе данных, — так он ищет подходящий маршрут. Если устройство находит адрес в своей таблице маршрутизации, то всё хорошо. А если нет, роутер отправляет данные обратно и выдаёт ошибку.

При этом пакеты данных роутер передаёт по радиоволнам. Вот весь принцип его работы пошагово:

1. Пользователь отправляет запрос. Например, хочет что-нибудь погуглить.

2. Адаптер беспроводной сети, который находится внутри его устройства, формирует пакет информации и кодирует его, преображает в радиосигнал.

3. Если сигнал находится в зоне покрытия сети, он добирается до антенн роутера.

4. Маршрутизатор принимает сигнал через антенны и расшифровывает его обратно.

5. Роутер сверяет адреса по таблице маршрутизации и отправляет пакет с информацией сайту-получателю.

6. Получатель принимает запрос.

7. Пользователь гуглит «Как заприватить дом в Minecraft». Или что-нибудь другое.

По той же самой схеме работает и приём пакетов данных от сайтов к юзеру.

Что означают индикаторы на роутере

Чтобы пользователь мог понять, всё ли в порядке с роутером, производители добавили на его корпус индикаторы. И хотя сами маршрутизаторы могут отличаться друг от друга, эти значки почти везде выглядят одинаково. Давайте разберёмся, что они означают.

Какие есть отличия между роутером и модемом

Хотя и то, и другое устройство обеспечивают нас интернетом, они совсем не похожи. Мы уже разобрались, что роутер — это как интернет-курьер. Он принимает пакеты данных, сверяет на них адреса со своей базой и доставляет получателю по нужному пути.

Модем же больше похож на переводчика-синхрониста. Для доступа в интернет он использует мобильный сигнал, но компьютер его не понимает и использовать в таком виде не может. Задача модема — преобразовать этот сигнал в понятный. В этом и есть разница между устройствами.

Что лучше: интернет через роутер или модем

Если кратко, то это зависит от ваших потребностей. Давайте сравним эти два метода подключения к сети и выясним, что такого особенного есть и в модемах, и в маршрутизаторах Wi-Fi.

Подытожим: если вы ищете способ выйти в интернет где-нибудь в поездке или в глубинке, куда нельзя провести кабель, смело берите модем. Или подключите мобильный интернет. В случае когда нужно настроить постоянное соединение в городе, «флешка с интернетом» — не конкурент роутеру. В том числе по скорости.

Какие бывают роутеры

Теперь поговорим о видах роутеров. Их бывает несколько, и каждый подходит для конкретного типа подключения. Давайте рассмотрим их все.

• Wi-Fi роутеры. Встречаются чаще остальных. Скорее всего, именно такой сейчас стоит у вас дома. Нужны, чтобы подключаться к Wi-Fi по беспроводной связи и через LAN-провод.

• ADSL-роутер. Это 2-в-1 — модем и маршрутизатор. Подключается к телефонной линии, а потом — к самому устройству, что делает такой роутер полезным за городом. Подходит для случаев, когда нет оптоволокна, но есть стационарный телефон.

• PON-роутеры. Нужны, чтобы подключаться к оптической сети, т. е. они «переводят» оптический сигнал в понятный устройствам. Отличаются высокой скоростью, но без оптоволокна их не подключить. Такие ставят в подъездах или частных домах, чтобы потом подсоединить к ним Wi-Fi роутер через кабель ethernet.

Также роутеры отличаются по характеристикам: стандарту, диапазону частот в Ггц, радиусу покрытия, скорости передачи данных и т. д. Но об этом — позже.

В этой статье мы простыми словами рассказали, что такое роутер, и вместе разобрались, как он работает. Если в будущем вы хотите посвятить себя технике и приложениям, это будет полезно. А ещё полезнее — быть не только теоретиком, но и практиком. Например, в коде.

На курсах программирования в Skysmart вы можете познакомиться с перспективными языками и понять, какой из них — ваш. А ещё — сделать первые шаги и поработать над проектами для будущего портфолио. Запишитесь на вводный урок — это бесплатно!

WiFi роутер — это устройство, которое используется для создания беспроводной сети в доме. Он позволяет подключать различные устройства, такие как компьютеры, смартфоны, планшеты и телевизоры, к сети Интернет без необходимости использования проводного соединения.

Принцип работы WiFi роутера основан на передаче данных по воздуху с использованием радиоволн. Роутер получает Интернет-сигнал от провайдера, затем он обрабатывает сигнал и передает его по радиоволнам устройствам, которые находятся в его зоне действия.

WiFi роутер использует одну из частот радиоволн, которая называется 2.4 ГГц или 5 ГГц. Частота 2.4 ГГц обычно используется для более дальних расстояний и может проникать сквозь стены и другие преграды. Частота 5 ГГц обеспечивает более высокую скорость передачи данных, но имеет более короткий диапазон.

WiFi роутер также имеет функцию защиты сети, которая позволяет установить пароль для доступа к WiFi. Это позволяет обеспечить безопасность вашей сети и предотвратить несанкционированный доступ к ней.

Роутеры обычно имеют несколько Ethernet-портов, которые позволяют подключать устройства напрямую к роутеру через сетевой кабель. Это может быть полезно, например, когда устройство не имеет возможности подключения к беспроводной сети. Благодаря этому, вы можете использовать роутер не только для создания беспроводной сети, но и для обычной проводной сети.

Основной принцип работы Wifi роутера состоит в следующем:

1. Источник сети Интернет: Wifi роутер получает доступ к сети Интернет с помощью провода Ethernet, подключенного к модему или другому источнику сети.
2. Беспроводная передача сигнала: Роутер преобразует сетевой сигнал в радиоволны и передает их вокруг себя. Эти радиоволны имеют определенную частоту и диапазон, в пределах которого они могут быть использованы для передачи данных.
3. Подключение устройств: При наличии активного Wifi соединения, устройства в пределах зоны покрытия могут подключиться к роутеру и получить доступ к Интернету без необходимости использования проводов.
4. Маршрутизация данных: Wifi роутер также выполняет функцию маршрутизации данных. Это означает, что он определяет, какие устройства в сети нуждаются в передаче данных и перенаправляет их к их адресам назначения. Роутер также обеспечивает проверку безопасности и защиту сети от несанкционированного доступа.

Важно заметить, что для использования Wifi роутера необходимо наличие совместимых устройств, таких как ноутбуки, телефоны или планшеты, с поддержкой беспроводной сети. Устройства должны быть в пределах зоны покрытия роутера и иметь правильные параметры подключения.

Если все условия соблюдаются, то Wifi роутер позволяет создать беспроводную сеть и предоставить доступ к Интернету для нескольких устройств одновременно, делая его незаменимым компонентом современной домашней сети.

Что такое Wifi роутер?

Wifi роутеры имеют несколько портов для подключения к интернет-провайдеру через модем. Они также оборудованы антеннами, которые отправляют и принимают радиосигналы Wi-Fi. Роутеры позволяют пользователям создавать защищенные паролем домашние сети, чтобы обеспечить конфиденциальность и безопасность своего подключения.

Wifi роутеры могут поддерживать различные стандарты Wi-Fi, такие как 802.11n, 802.11ac и др. Каждый стандарт имеет разную пропускную способность и дальность действия, что влияет на скорость и качество беспроводного соединения.

Благодаря Wifi роутеру, пользователи могут подключать к интернету не только компьютеры и ноутбуки, но и множество других устройств, таких как смартфоны, планшеты, телевизоры, игровые приставки и умные домашние устройства.

Важно правильно настроить и защитить свой Wifi роутер, чтобы предотвратить несанкционированный доступ к вашей сети и защитить личные данные. Это можно сделать с помощью настройки пароля и шифрования Wi-Fi, а также с помощью других методов безопасности, предлагаемых производителем.

Как работает WiFi роутер?

Процесс работы WiFi роутера состоит из нескольких этапов:

1. Получение интернет-сигнала: Роутер подключается к провайдеру интернет-услуг посредством физического соединения, такого как оптоволокно, кабель Ethernet или DSL-линия. Провайдер передает сигнал интернета на роутер, который затем распределяет его на подключенные устройства через беспроводное соединение.
2. Создание WiFi сети: Роутер создает беспроводную сеть WiFi с помощью установленного на нем беспроводного модуля. Этот модуль обрабатывает интернет-сигнал и передает его на устройства, подключенные к роутеру через WiFi.
3. Аутентификация и шифрование: Роутер обеспечивает безопасность подключенных устройств путем аутентификации и шифрования сетевого трафика. Пользователи, желающие подключиться к WiFi сети, должны ввести правильный пароль, чтобы получить доступ к интернету.
4. Передача данных: Когда устройства подключаются к WiFi сети, они могут передавать и принимать данные через роутер. Роутер обрабатывает эти данные и перенаправляет их на нужные устройства или серверы, в зависимости от целей передачи.
5. Управление сетью: Роутер позволяет администратору сети управлять настройками сети, такими как пароль доступа, разрешенные устройства, контроль скорости и т. д. Это позволяет настроить сеть Wi-Fi в соответствии с потребностями пользователей и обеспечить ее безопасность.

Важно отметить, что WiFi роутеры работают на определенных частотах — 2,4 ГГц или 5 ГГц. 2,4 ГГц область чаще используется и предлагает большую дальность покрытия, но предоставляет меньшую скорость передачи данных. 5 ГГц область предлагает более высокую скорость, но менее дальнюю дальность покрытия. Большинство новых WiFi роутеров поддерживают оба диапазона, что позволяет пользователю выбрать оптимальный для своих нужд.

Таким образом, WiFi роутер является ключевым устройством для беспроводного подключения к интернету. Он обеспечивает передачу интернет-сигнала, создает WiFi сеть, аутентифицирует и шифрует соединение, обрабатывает передаваемые данные и позволяет управлять сетью. Правильное настройка и использование WiFi роутера позволяют максимально эффективно использовать доступ к интернету в домашней сети.

Примечание: сразу уточню – речь идет о типичном «домашнем» применении Wi-Fi роутеров или точек доступа, а не о специализированных решениях, требующих дальней связи и т.п.

Сила есть – ума не надо?

Темная сторона силы 

Итак, пусть изначально у нас есть некий стандартный роутер/точка доступа с официально разрешенными для нашей страны параметрами по мощности сигнала, который работает «в полную силу», то есть на мощности передатчика 100%. Напоминаю, это 23 дБм / 200 мВт в диапазоне 5ГГц или 20 дБм / 100 мВт в диапазоне 2,4 ГГц.

Примечание: единица измерения мощности беспроводного сигнала измеряется в дБм или мВт. 

Излучаемый роутером/ТД сигнал распространяется вокруг, и попадает на приемные устройства, существенно ослабнув «по пути». Какой примерно сигнал мы имеем на стороне клиента (смартфона, планшета, ноутбука и т.д.)? Ну, к примеру, -50 дБм / 0.00001 мВт или -67 дБм / 0.0000002 мВт.

В то же время беспроводной клиент, который обычно представляет собой мобильное устройство, имеет задачу не только подключиться к сети, но и подольше проработать от батареи. Поэтому клиент не «выбрасывает» напрасно энергию в эфир. Мощность передатчика клиентов обычно находится на уровне 11-17 дБм (12.5-50 мВт). То есть, эта мощность в от 8 до 2 раз меньше, чем мощность сигнала роутера, если говорить об устройствах в  2,4 ГГц диапазоне.

При этом у беспроводных роутеров/ТД всегда есть CCA Threshold – порог слышимости сигнала, и если уровень сигнала не превышает этот порог, роутер/ТД считает его шумом. Предположим, этот порог — 82 дБм. Таким образом, наш условный роутер с 5 дБи антеннами будет работать с устройствами, уровень сигнала от которых в точке размещения роутера не менее -87 дБм (-87 дБм сигнал + 5 дБи коэффициент усиления антенны роутера = -82 дБм). 

Примечание: разумеется, это чисто условный пример, в котором все параметры условно-типичные и даны для понимания ситуации; ваш роутер может иметь антенны с коэффициентом усиления отличающимся от 5 дБи, и иной порог, например — для определенного оборудования Ubiquiti в целом стабильная связь гарантируется при уровне сигнала до -70дБм; порог для сетей 5ГГц ниже чем для 2,4 ГГц даже на одном и том же оборудовании и т.п., но это нюансы, в которые мы углубляться не будем.

В целом для роутера и клиента можно руководствоваться простым правилом: при прочих равных условиях, сигнал теряет 6 дБ мощности (т.е. в 4 раза) при увеличении расстояния от передатчик в 2 раза.

Однако, как было сказано выше, мощность сигнала роутера/ТД обычно в 2-8 раз выше, чем на клиентах. И с отдалением от роутера/ТД неизбежно возникнет ситуация, когда клиент будет слышать сигнал роутера хорошо, а вот роутер будет слышать более слабый сигнал клиента на «грани» возможностей или не слышать вообще (так как уровень сигнала клиента будет опускаться за порог слышимости CCA Threshold). И возникнет странная ситуация, когда сигнал Wi-Fi от роутера на клиентском устройстве вроде бы ловится, но связи нет или она постоянно «отваливается». 

Причина в асимметрии «силы» связи: к примеру, когда клиент мощностью 14 дБм слышит роутер/ТД на -84 дБм (-84 дБм + 2 дБи коэффициент усиления антенны клиента = условный порог слышимости -82 дБм), до роутера/ТД доходит сигнал от клиента лишь на уровне -90 дБм, что находится ниже порога слышимости. При указанных условиях беспроводная связь гарантированно оборвется. 

То есть, в каналах беспроводной связи уже при типичных стандартных параметрах работы роутеров/ТД возникает существенная проблема со связью, вызванная асимметрией мощностей Wi-Fi излучателей. И если дополнительно поднять мощность сигнала на одной стороне (роутере/ТД), то проблема только усугубится. Перемещаясь с мобильными клиентами, вы все более часто будете сталкиваться с ситуацией, когда Wi-Fi роутер «теряет» устройства, и именно потому, что у него существенно более сильный сигнал. Клиент «услышит» роутер/ТД, а роутер клиента – нет. Вот почему серьезные производители оборудования не рекомендуют использовать Wi-Fi роутеры и точки доступа на максимальной мощности. Привожу в доказательство фрагмент презентации Cisco (с полной презентацией можно ознакомится здесь).

Даже наоборот, для устранения асимметрии и получения стабильной связи рекомендуется понизить мощность Wi-Fi передатчика в роутере/ТД. 

Но если не мощность сигнала, то что же тогда определяет скорость и надежность Wi-Fi соединения?

Скорость подключения, которая ни о чем не говорит.

Скорость подключения по Wi-Fi определяют три параметра: тип модуляции, количество потоков (зависит от количества антенн) и ширина радиоканала.  

Но «теоретическая» скорость подключения на основе вышеуказанных параметров имеет мало общего с реальной скоростью работы беспроводной сети. Что же оказывает влияние на эту скорость?

Дело в том, что модуляция в сети непостоянна. Самые прогрессивные модуляции на сегодня — 256 QAM и 1024 QAM (модуляция определяет, сколько бит передается в одном радиосимволе). Но! Эти плотные модуляции очень чувствительны к шуму. И достигаются они только при высоком соотношении сигнал/шум (SNR), когда клиент находится близко к Wi-Fi роутеру/ТД. С удалением от роутера/ТД растет шум, SNR падает, модуляция упрощается для надежности соединения и, как следствие – падает скорость связи. Плюс свою лепту в проблемы сети добавляет интерференция.

Интерференция и шум

Причиной коллизий из-за интерференции в Wi-Fi сетях являются беспроводные устройства, работающие на том же или близком канале. Это вполне могут быть соседские Wi-Fi устройства, а не ваши, и повлиять на их работу вы не сможете. 

Примечание: в частности, поэтому рекомендуется использовать непересекающиеся каналы для соседних Wi-Fi роутеров; непересекающиеся каналы помогают избегать интерференции (хотя полностью проблему, конечно, не решают – проблемы растут по мере удаления от передатчиков).

Итак, интерференция – это помеха, вызываемая радиоволнами соседних Wi-Fi устройств.  

Источником шума в беспроводных сетях являются не Wi-Fi устройства, использующие для работы тот же радиочастотный диапазон, что и Wi-Fi оборудование. Это различные Bluetooth устройства, 2,4ГГц и 5 ГГц ресиверы, радиотелефоны, микроволновые печи и другое оборудование. 

Примечание: впрочем, поврежденные пакеты Wi-Fi и сигналы от устройств за пределами порога CCA Threshold тоже считаются шумами. Сигналы от Wi-Fi устройств, работающих отдаленно от роутера на том же канале, не считаются интерференцией, поскольку сигналы таких устройств не могут быть демодулированы.

Как уменьшить интерференцию и шум в Wi-Fi сети? Для домашнего пользователя я вижу только два варианта действий: перейти на другой канал и провести деагрегацию каналов. Так как объединение каналов уже само по себе ухудшает SNR: каждый дополнительный 20 MГЦ канал отнимает примерно 3dB у показателя SNR.

Примечание: уменьшение ширины канала в 10 раз увеличивает соотношение сигнал-шум в те же 10 раз. Вот почему в стандарте 802.11ax реализована идея разделения канала на дополнительные поднесущие. Сужение канала повышает соотношение сигнал/шум, что и дало возможность использовать прогрессивную кодировку 1024 QAM.

Но решающее влияние на быстродействие вашей сети будет оказывать не соотношение сигнал/шум, не интерференция как таковая, не мощность беспроводного сигнала, и уж тем более не количество беспроводных сетей вокруг, как ошибочно думают многие. Быстродействие вашей беспроводной сети будет в значительной степени определяться утилизацией канала. Ну, если вы живете не в тайге среди медведей, конечно. Там Wi-Fi каналы утлилизировать будет некому, кроме вас. 

Проблемы утилизации

Что такое утилизация канала? И почему она сильно влияет на скорость работы Wi-Fi сети? Утилизация — это доля эфирного времени, которую занимают все работающие на данном канале устройства, и чьи сигналы могут быть демодулированы нашим Wi-Fi роутером/ТД, то есть энергия которых выше за CCA Threshold. По сути, пакеты нашей сети «втискиваются» в доступные узкие эфирные рамки между пакетами других сетей, работающих в этом же радиодиапазоне. Увы, но с максимальной производительностью наша беспроводная сеть работает лишь тогда, когда соседские сети на используемом канале не слишком активны или простаивают (а лучше всего – если они на нем отсутствуют). Вот почему настоятельно рекомендуется уходить на самые «незанятые» Wi-Fi радиоканалы. Там банально меньше «утилизаторов» сети. 

Примечание: утилизация важна потому, что в Wi-Fi сетях доступ эфирному диапазону реализован по протоколу CSMA/CA (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий), согласно которому беспроводные устройства периодически «слушают» свою частоту на канале, и если она занята, передача данных откладывается, а затем через некоторое время устройство снова делает попытку прослушивания частоты.

Отметим, что утилизация канала никак не влияет на отображаемую в системе скорость беспроводного подключения, но в то же время имеет огромное влияние на реальную практическую производительность беспроводной сети. 

Живой пример: стоит одному из беспроводных пользователей поставить на закачку какой-нибудь крупный файл (не говоря уже о торрентах), не выставив разумных ограничений на темп загрузки, как скорость работы всех остальных пользователей на используемом таким юзером Wi-Fi канале существенно упадет, именно из-за утилизации канала. Причем неважно, подключены пользователи к этой же сети, или же к ближайшим сетям использующим тот же Wi-Fi канал. Более того, эффект негативно скажется и на соседних Wi-Fi каналах тоже. 

Какой уровень утилизации канала может быть приемлем? Компания Cisco полагает что при утилизации канала более 80%, «ловить» в сети уже нечего. Нет, сеть, конечно, будет работать и при такой утилизации. Но о работе в чем-то близком к реалтайму речь уже не идет. 

Низкая утилизация канала — отлично

Средняя утилизация канала — приемлемо

Примечание: не факт, что на канале, на котором меньше всего Wi-Fi сетей, самая низкая утилизация канала — все зависит от сценариев эксплуатации сетей. Установить канал(ы) с самой низкой утилизацией можно только эмпирическим путем.   

Одним из эффективных средств уменьшения канальной утилизации (речь идет о средствах, доступных для домашних пользователей), являются: переход на другой канал, уменьшение количества подключенных клиентов в сети, особенно медленных (возможно стоит перевести их в отдельную сеть), уменьшения количества неподключенных Wi-Fi клиентов в зоне действия сети, а также — уменьшение радиуса действия беспроводного роутера, то есть уменьшение мощности передатчика (это отсечет самых дальних и медленных клиентов, которые долго занимают канал и «тормозят» сеть, а также дальние неподключенные устройства,  которые регулярно отправляющие менеджмент-фреймы, в том числе не ваши устройства). 

Примечание: для устранения конфликтов с соседними сетями Wi-Fi сейчас введен идентификатор BSS Color (Base Service Station), который помечает каждый пакет, что позволяет роутерам и клиентам определить, какие пакеты передаются от соседних сетей, и просто игнорировать их.  Это снижает интерференцию от соседних беспроводных сетей и ускоряет передачу данных, но эта возможность доступна только в новейшем стандарте 802.11ах. 

Итог

Как видим, использование роутера с большой мощностью Wi-Fi сигнала вовсе не означает, что ваша сеть будет работать лучше, станет надежнее или «дальнобойнее». Скорее наоборот. Чем более мощный Wi-Fi роутер/ТД и чем больше радиус его покрытия – тем больше интерференции и шумов такое устройство наловит, тем больше будет утилизация беспроводных каналов и меньше – производительность сети. Да еще и соседям такой гаджет будет создавать лишние помехи. Как-то так.

Ну а если вам есть что прибавить к вышесказанному – прошу в комментарии.