← IT

Bezdrátové sítě a Wi-Fi

Bezdrátové sítě přenášejí data rádiovými vlnami, mikrovlnami nebo světlem bez kabelů. V lokálních sítích se používá Wi-Fi podle normy IEEE 802.11, pro osobní zařízení Bluetooth, na velké vzdálenosti mobilní sítě, směrové spoje a satelity. Tato stránka popisuje druhy bezdrátových sítí, normy a pásma Wi-Fi, její součásti, způsob přístupu k médiu a zabezpečení.

Výhody a nevýhody bezdrátových sítí

  • Výhody: není potřeba kabeláž (levnější a rychlejší instalace, i tam, kde kabel natáhnout nejde), mobilita uživatelů, snadné připojení mnoha malých zařízení.
  • Nevýhody: signál se šíří i mimo budovu, a proto hrozí odposlech a neoprávněný přístup; rušení jinými zařízeními (mikrovlnná trouba, Bluetooth, sousední sítě); útlum zdmi a překážkami; nižší a méně stabilní rychlost než u kabelu; přenosovou kapacitu sdílejí všichni klienti jednoho přístupového bodu.

Druhy bezdrátových sítí

TypDosahTechnologie
WPAN – osobníjednotky metrůBluetooth (IEEE 802.15.1), dříve IrDA (infračervené světlo), Zigbee, NFC
WLAN – lokálnídesítky metrůWi-Fi (IEEE 802.11)
WMAN – metropolitníkilometryWiMAX (IEEE 802.16), směrové mikrovlnné spoje
WWAN – rozlehlácelé státymobilní sítě: GSM (2G), UMTS (3G), LTE (4G), 5G; satelitní připojení
  • Bluetooth pracuje v pásmu 2,4 GHz na vzdálenost kolem 10 m (podle třídy až 100 m) a propojuje telefon se sluchátky, klávesnicí, hodinkami, autem.
  • Bodové (point-to-point) spoje – mikrovlnné nebo laserové spoje na přímou viditelnost mezi dvěma anténami; propojují budovy nebo připojují vzdálené lokality.
  • Mobilní síť GSM se skládá ze systému základnových stanic (vysílače a jejich řadiče), z přepínacího (ústřednového) systému a z operačního a podpůrného systému pro správu sítě.
  • Satelitní připojení – geostacionární družice ve výšce asi 36 000 km mají velké zpoždění (kolem 600 ms tam a zpět); družice na nízké oběžné dráze (Starlink) mají zpoždění desítky ms.

Wi-Fi a norma IEEE 802.11

  • IEEE 802.11 je norma pro bezdrátové lokální sítě, která popisuje fyzickou vrstvu a podvrstvu MAC linkové vrstvy. Pracuje v bezlicenčních pásmech 2,4 GHz, 5 GHz a 6 GHz – k provozu není potřeba povolení, ale je omezen vysílací výkon.
  • Wi-Fi je obchodní značka organizace Wi-Fi Alliance, která certifikuje vzájemnou kompatibilitu zařízení podle IEEE 802.11. WLAN je obecné označení bezdrátové lokální sítě. Tyto tři pojmy tedy nejsou totéž.

Generace Wi-Fi

NormaOznačeníRokPásmoMax. teoretická rychlost
802.11–19972,4 GHz2 Mb/s
802.11b–19992,4 GHz11 Mb/s
802.11a–19995 GHz54 Mb/s
802.11g–20032,4 GHz54 Mb/s
802.11nWi-Fi 420092,4 a 5 GHz600 Mb/s
802.11acWi-Fi 520135 GHz3,5 Gb/s (až 6,9 Gb/s)
802.11axWi-Fi 6 / 6E2019 / 20202,4, 5 (a 6) GHz9,6 Gb/s
802.11beWi-Fi 720242,4, 5 a 6 GHzpřes 40 Gb/s

Udávané rychlosti jsou teoretické maximum pro všechny prostorové proudy dohromady; skutečná rychlost jednoho klienta bývá několikrát nižší. Rychlost zvyšují širší kanály, modulace s více stavy (QAM), MIMO – více antén vysílá několik datových proudů současně – a u Wi-Fi 6 OFDMA, která rozdělí kanál mezi více klientů najednou.

Pásma a kanály

  • 2,4 GHz – větší dosah a lepší průchod zdmi, ale jen 13 kanálů (v Evropě) širokých 20 MHz a vzdálených od sebe jen 5 MHz, takže se překrývají. Nepřekrývající se jsou kanály 1, 6 a 11 (v Evropě i 1, 5, 9, 13). Pásmo je přeplněné a ruší ho i mikrovlnné trouby a Bluetooth.
  • 5 GHz – mnohem více nepřekrývajících se kanálů, které lze slučovat na 40, 80 i 160 MHz; vyšší rychlost, ale menší dosah. Na některých kanálech musí přístupový bod ustoupit radarům (DFS).
  • 6 GHz (Wi-Fi 6E a 7) – nové, zatím málo rušené pásmo.

Součásti bezdrátové sítě

  • Bezdrátová síťová karta – vestavěná v notebooku či telefonu, jako karta do slotu PCIe nebo USB adaptér.
  • Přístupový bod (AP, access point) – vysílá síť, klienti komunikují přes něj a AP je propojuje s kabelovou sítí.
  • Bezdrátový router – domácí zařízení, které spojuje přístupový bod, switch (obvykle 4 porty), router s NAT, DHCP server a firewall.
  • Antény – všesměrové pro pokrytí okolí, směrové pro spoje na delší vzdálenost.
  • Kontrolér (controller) – ve větších sítích centrálně spravuje desítky přístupových bodů.

Režimy sítě

  • Infrastrukturní režim – klienti se připojují k přístupovému bodu (základní sada služeb BSS). Více přístupových bodů se stejným názvem sítě tvoří rozšířenou sadu ESS, ve které se klient může volně pohybovat (roaming).
  • Ad-hoc režim (IBSS) – klienti spolu komunikují přímo, bez přístupového bodu.
  • Mesh – přístupové body se propojují mezi sebou bezdrátově a pokrývají tak velký prostor bez kabelů.

Síť se identifikuje jménem SSID (Service Set Identifier); konkrétní přístupový bod má identifikátor BSSID, kterým je jeho MAC adresa.

Přístup k médiu: CSMA/CA

Rádiová stanice při vysílání neslyší ostatní, takže kolizi nedokáže zjistit jako Ethernet (CSMA/CD). Wi-Fi proto kolizím předchází metodou CSMA/CA: stanice naslouchá, zda je kanál volný, a pak ještě počká náhodnou dobu; každý správně přijatý rámec příjemce potvrdí zprávou ACK, a když potvrzení nepřijde, rámec se vyšle znovu. Volitelně si stanice médium předem „zamluví“ – pošle přístupovému bodu žádost RTS a vysílá až po odpovědi CTS, kterou slyší všechny stanice v dosahu AP. To řeší problém skryté stanice (dvě stanice slyší přístupový bod, ale ne sebe navzájem). Postup je podrobně popsán na stránce počítačové sítě – definice a dělení.

Wi-Fi je vždy poloviční duplex – v jednom kanálu v jednu chvíli vysílá jen jedno zařízení.

Zabezpečení Wi-Fi

Prostor, kde lze signál zachytit, se nedá přesně omezit, a hlavními hrozbami jsou proto odposlech provozu a neoprávněný přístup do sítě.

MetodaHodnocení
otevřená síťbez šifrování – kdokoli v dosahu vidí veškerý nešifrovaný provoz
skrytí SSIDneúčinné – název sítě se dá zachytit z provozu klientů
filtrování MAC adresneúčinné – povolenou MAC adresu lze odposlechnout a nastavit si ji
WEPzastaralé, prolomeno v roce 2001; heslo se dá zjistit během minut
WPA (TKIP)přechodné řešení, dnes již nebezpečné
WPA2 (AES-CCMP)bezpečné při dostatečně dlouhém heslu; krátké heslo lze uhodnout útokem hrubou silou
WPA3 (SAE)současný standard; odolné proti hádání hesla, šifruje i otevřené sítě (OWE)
  • Personal (PSK) – všichni používají stejné sdílené heslo; vhodné pro domácnost.
  • Enterprise (802.1X) – každý uživatel se přihlásí vlastním účtem, který ověří server RADIUS; vhodné pro firmy a školy (např. síť eduroam).
  • Další zásady: změnit výchozí heslo správy routeru, vypnout WPS (snadno prolomitelné), oddělit hosty do samostatné sítě, aktualizovat firmware.

Otázky k opakování

  1. Jaký je rozdíl mezi pojmy WLAN, IEEE 802.11 a Wi-Fi? WLAN je obecně bezdrátová LAN, IEEE 802.11 je norma, Wi-Fi obchodní značka certifikovaných zařízení
  2. Jaké jsou výhody a nevýhody pásma 2,4 GHz oproti 5 GHz? 2,4 GHz má větší dosah a lépe prochází zdmi, ale jen 3 nepřekrývající se kanály a je rušené; 5 GHz je rychlejší a méně rušené, ale má menší dosah
  3. Které kanály v pásmu 2,4 GHz se nepřekrývají? 1, 6 a 11
  4. Jaký je rozdíl mezi infrastrukturním a ad-hoc režimem? v infrastrukturním komunikují klienti přes přístupový bod, v ad-hoc přímo mezi sebou
  5. Proč Wi-Fi používá CSMA/CA a k čemu slouží RTS/CTS? rádiová stanice při vysílání neslyší kolizi; RTS/CTS zamluví médium a řeší problém skryté stanice
  6. Proč skrytí SSID a filtrování MAC nejsou skutečné zabezpečení? SSID i povolené MAC adresy lze zachytit z provozu a MAC adresu si útočník nastaví
  7. Jaké zabezpečení Wi-Fi je dnes doporučené a proč se nepoužívá WEP? WPA3, případně WPA2 s dlouhým heslem; WEP byl prolomen a heslo z něj lze rychle získat
  8. Čím se liší WPA2-Personal a WPA2-Enterprise? Personal má jedno sdílené heslo, Enterprise ověřuje každého uživatele zvlášť přes 802.1X a RADIUS

Zdroj: IT/Datové-sítě.docx; IT/11. Aktivní a pasivní síťové prvky.docx