Sieci bezprzewodowe w kwalifikacji INF.02: najważniejsze zasady, przykłady i 93 powiązane pytania w banku.
Sieć bezprzewodowa dzieli jedno medium radiowe między wszystkie urządzenia na tym samym kanale. Liczby z pudełka routera opisują chwilową szybkość warstwy fizycznej, a nie przepustowość, jaką dostanie pojedynczy laptop. W projektowaniu i diagnozie liczą się cztery wielkości: standard, numer i szerokość kanału, poziom sygnału w dBm oraz sposób szyfrowania. Każdą da się zmierzyć albo policzyć bez zgadywania.
Standardy od 802.11b do 802.11ax
Standard
Pasmo
Maks. szybkość PHY
Co dokłada
802.11b
2,4 GHz
11 Mb/s
DSSS
802.11g
2,4 GHz
54 Mb/s
OFDM w 2,4 GHz
802.11n (Wi-Fi 4)
oba
600 Mb/s
MIMO, kanały 40 MHz
802.11ac (Wi-Fi 5)
5 GHz
kilka Gb/s
kanały 80/160 MHz, 256-QAM
802.11ax (Wi-Fi 6)
oba
kilka Gb/s
OFDMA
600 Mb/s w 802.11n wymaga czterech strumieni przestrzennych i skróconego odstępu ochronnego; typowa karta 2x2 kończy na 300 Mb/s. To szybkości warstwy fizycznej w najlepszym przypadku: medium jest półdupleksowe, a potwierdzenia, odstępy międzyramkowe i rywalizacja o dostęp zjadają czas antenowy. Realny transfer w b, g i a to około połowy specyfikacji, w n i ac dzięki agregacji ramek 60 do 70 procent. Jeden klient 802.11b w zasięgu wymusza mechanizmy ochronne RTS/CTS i obniża wydajność całej komórki.
Kanały 1, 6 i 11 oraz wybór pasma
Środek kanału w paśmie 2,4 GHz liczy się jednym wzorem:
srodek [MHz] = 2407 + 5n n = numer kanalu
kanal 1 -> 2407 + 5*1 = 2412 MHz
kanal 6 -> 2407 + 5*6 = 2437 MHz
kanal 11 -> 2407 + 5*11 = 2462 MHz
Sygnał OFDM zajmuje około 20 MHz (DSSS z 802.11b nawet 22 MHz), a odstęp między środkami kanałów 1 i 6 wynosi 25 MHz, dlatego trójka 1, 6, 11 praktycznie się nie nakłada. Kanał 3 leży 10 MHz od kanału 1 i 15 MHz od kanału 6, czyli zakłóca oba naraz. W Polsce dostępne są kanały 1 do 13; kanał 14 tylko w Japonii i tylko dla 802.11b.
Rozłącznych kanałów w 2,4 GHz są trzy, więc kanał 40 MHz w gęstej zabudowie zwykle szkodzi: zajmuje dwa z nich i podnosi szum sąsiadom. W tym samym paśmie pracują kuchenki mikrofalowe, Bluetooth i część kamer. Pasmo 5 GHz daje w Europie 19 kanałów po 20 MHz, ale kanały 52 do 140 wymagają DFS: nasłuchu radaru i zejścia z kanału po wykryciu, co bywa widoczne jako kilkuminutowa cisza przy starcie punktu dostępowego.
Moc sygnału, EIRP i tłumienie przeszkód
Poziom sygnału podaje się w dBm i jest liczbą ujemną:
-55 dBm
bardzo dobry sygnał
-67 dBm
granica dla wideo i rozmów głosowych
-70 dBm
wystarcza do przeglądania stron
poniżej -80 dBm
połączenie się rwie
Sama wartość nie rozstrzyga o prędkości, liczy się odstęp od szumu: przy tle -95 dBm sygnał -67 dBm daje 28 dB zapasu, a sąsiad podnoszący tło do -80 dBm zostawia 13 dB i modulacja spada. Moc wypromieniowana EIRP to moc nadajnika plus zysk anteny minus straty kabla:
EIRP = moc nadajnika + zysk anteny - straty kabla
20 dBm + 5 dBi - 2 dB = 23 dBm -> ok. 200 mW
limit EIRP w Unii (2,4 GHz): 20 dBm = 100 mW
-> taki zestaw wymaga zmniejszenia mocy nadajnika o 3 dB
Przeszkody zabierają decybele: ścianka gipsowo-kartonowa około 3 dB, mur ceglany 6 do 8 dB, strop żelbetowy kilkanaście, blacha lub siatka w tynku niemal wszystko. Klient z -55 dBm przy punkcie dostępowym za żelbetem o tłumieniu 12 dB zobaczy około -67 dBm, dokładnie na granicy rozmowy głosowej. Na tej samej trasie 5 GHz tłumi się mocniej: sama różnica częstotliwości daje około 7 dB straty więcej niż 2,4 GHz.
WEP, WPA2 i WPA3
WEP używa szyfru RC4 z 24-bitowym wektorem inicjującym wysyłanym otwartym tekstem: przestrzeń 16,7 miliona wartości wyczerpuje się przy ruchu tysiąca ramek na sekundę w kilka godzin, a powtórzenia zaczynają się po kilku tysiącach ramek. Integralności pilnuje liniowe CRC-32, które atakujący przelicza razem ze zmienioną treścią. Odzyskanie klucza to dziś kwestia minut; na tym samym RC4 opierał się wycofany TKIP z pierwszego WPA.
WPA2-Personal szyfruje AES-em w trybie CCMP i pozostaje poprawnym wyborem, ale klucz sesyjny powstaje w czterostopniowym uzgodnieniu wyprowadzanym z hasła: przechwycone uzgodnienie (zwykle wymuszone podrobioną ramką rozłączającą) pozwala łamać hasło offline. WPA3-Personal zastępuje to uzgodnienie mechanizmem SAE, w którym każda próba hasła wymaga osobnej wymiany z punktem dostępowym, i wymusza ochronę ramek zarządzania według 802.11w. Osobno wyłącz WPS: ośmiocyfrowy PIN z cyfrą kontrolną i sprawdzaniem połówkami to w praktyce 11000 prób.
Ukryty SSID i filtrowanie adresów MAC
Ukrycie SSID usuwa nazwę sieci tylko z ramek beacon: nazwa dalej leci otwartym tekstem w żądaniach sondujących i ramce asocjacji, więc wystarczy nasłuch do chwili podłączenia dowolnego klienta. Skutek uboczny jest odwrotny do zamierzonego: laptop z zapamiętaną ukrytą siecią sam rozgłasza jej nazwę wszędzie, gdzie jej szuka, co ułatwia śledzenie i podstawienie fałszywego punktu o tej samej nazwie.
Filtrowanie adresów MAC opiera się na polu nagłówka, które przy WPA2 też leci otwartym tekstem: szyfrowana jest treść ramki, nie nagłówek. Podsłuchanie dozwolonego adresu i ustawienie go u siebie to jedna komenda. Realną ochronę daje WPA2 lub WPA3 z długim losowym hasłem albo tryb Enterprise z 802.1X i serwerem RADIUS, gdzie każdy użytkownik ma własne poświadczenia i własny klucz sesji.
Tryby pracy punktu dostępowego
punkt dostępowy
most radio-kabel w jednej podsieci; adresy rozdaje osobny router lub DHCP
router
dokłada NAT, własny DHCP i zaporę: druga podsieć za pierwszą
klient
zamienia urządzenie w kartę radiową dla sprzętu z samym portem Ethernet
most bezprzewodowy
łączy radiolinią dwa segmenty sieci, zwykle w dwóch budynkach
Wzmacniacz z jednym radiem nadaje każdą ramkę dwa razy na tym samym kanale, więc przepustowość spada o połowę; mesh z osobnym radiem na łącze między punktami tej straty nie ma. Przy kilku punktach dostępowych ustawia się wspólny SSID, ten sam typ zabezpieczeń i hasło, ale różne kanały (w 2,4 GHz: 1, 6, 11). Komórki powinny zachodzić na siebie tak, żeby na styku sygnał nie spadał poniżej -67 dBm.
Konfiguracja punktu dostępowego i routera pojawia się w zadaniach praktycznych: zobacz artykuł o MikroTiku i przećwicz pełne zadania z arkuszy INF.02.