Wi-Fi 802.11n: průlom nebo propadák?

Všechno začalo v červenci roku 1994, kdy organizace IEEE vydala první standard 802.11 definující přenos s pomocí FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) a DSSS modulace, ale také třeba infračerveně, a to maximální teoretickou rychlostí 1 nebo volitelně i 2 Mb/s. Jako první také přišel se zabezpečením WEP (Wired Equivalent Privacy), který měl připojeným klientům zaručit stejnou úroveň zabezpečení v porovnání s komunikací na síti „drátové“.

Takto malé přenosové rychlosti ale brzy přestaly stačit, a proto o 5 let později spatřily světlo světa hned další dva nové standardy. V říjnu roku 1999 tak IEEE přišla s novými normami 802.11b a 802.11a, které se lišily téměř ve všem. První ze jmenovaných byla nástupcem původního standardu, avšak již pouze s omezením na DSSS modulaci. Standard pracuje na frekvenci 2,4 – 2,485 GHz a podporované rychlosti dosahují až na metu 5,5 či 11 megabitů za sekundu.

Druhý zmíněný standard (802.11a) již přechází na frekvenci 5 GHz, kde využívá hned dvou frekvenčních pásem - 5,1 až 5,3 a 5,725 až 5,825 GHz. To představuje velikou výhodu, protože přenos již není nadále rušen jinými zařízeními komunikujícími na na stejné frekvenci 2,4 GHz (typickým příkladem jsou mikrovlnné trouby nebo telefony a PDA využívající „modrozubou“ technologii Bluetooth). Byla rovněž zvýšena teoretická přenosová rychlost, která nyní dosahuje až 54 Mb/s.

Za další 4 roky byl představen ještě další standard bezdrátových sítí 802.11g, který s využitím OFDM modulace dokáže využít přenosové kapacity až 54 Mb/s, a to dokonce při o 135 mW nižším vysílacím výkonu v porovnání s 802.11b, jehož výkon je přesně 200 mW.
Jistou výhodou (avšak poněkud diskutabilní) je jeho zpětná kompatibilita s normou „b“, z čehož vyplývá také to, že pracuje ve stejném frekvenčním pásmu. Umožňuje využití několika rychlostí (6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 a 54 Mb/s) včetně těch převzatých ze standardu 802.11b a z prapůvodního 802.11.


Je od věci také zmínit, že někteří výrobci umožňují s použitím stejných prvků dosáhnout vyšších přenosových rychlostí, než jaké udává konkrétní norma.

Pozn: Příkladem budiž technologie SuperG (g+), která pracuje se zařízeními osazenými čipsety Atheros a umožňuje jim využití až nádherné teoretické rychlosti 108 Mb/s. Bohužel není tato technika standardizována, a tak může být praktické spojení různých hardwarových řešení velmi problematické, avšak v některých případech i tak skutečně možné.

Zajímavý je také protokol 802.11y, který nastoupil v červenci 2005 a který pracuje ve frekvenčním pásmu USA (3650 – 3700 MHz) s cílem zpřístupnit kmitočtové pásmo všude tam, kde nekoliduje s chráněnými licencemi pro pevné satelitní služby. Maximální přenosová rychlost dosahuje opět 54 Mb/s, avšak norma dovoluje dosáhnout vzdálenosti až 5 km ve venkovním prostoru. Standard není stejně jako norma 802.11n dosud plně schválen.

V průběhu vývoje jednotlivých standardů vzniklo také několik dalších norem, které nějak upravují určitou část standardu jiného nebo ji jinak doplňují. Takovým příkladem budiž například IEEE 802.11e, který do MAC podvrstvy vrstvy linkové (spojové) přidává podporu práce s kvalitou služeb (Quality of Service, QOS), což je velmi vhodné pro provoz aplikací citlivých na zpoždění. Za všechny takové zmiňme například IP telefonii nebo přenos hlasu a videa.

Fyzickou a linkovou vrstvu upravuje také standard 802.11h, jenž řeší možné problémy s rušením signálu operujícím na frekvenci 5 GHz. Na této frekvenci mohou totiž (obzvláště v Evropě) pracovat také další zařízení jako například radary nebo některé druhy medicínské techniky. Pokud by poté někdy zařízení upravené tímto standardem zaregistrovalo rušení, postaralo by se také zároveň o to, aby byl omezen vysílací výkon, či aby rovnou došlo k uvolnění používaného kanálu.

Norma 802.11i zase přináší vylepšený autentifikační a šifrovací algoritmus. WEP je tak prozatimně nahrazeno šifrováním TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), který nadále zachovává podporu starších klientských stanic a přístupových bodů, zatímco standard AES (Advanced Encryption Standard) poskytuje s použitím dynamicky genrovaného klíče vyšší úroveň zabezpečení. K autentizaci dále může být využíváno přednastaveného klíče PSK (Pre-Shared Key) nebo autentizačního serveru RADIUS (Remote Authentication Dial-in User Service).

Standard je též znám pod označení WPA2 a schválen byl přesně před 4 lety, tedy v polovině roku 2004. Jeho předchůdcem bylo dobře známé WPA (Wi-Fi Protected Access), které však používá na rozdíl od nástupce úplně jinou šifru a představuje pouze jakousi podmnožinu celého standardu 802.11i.
Velký bezpečnostní rozdíl mezi WPA a WPA2 představuje právě využití silnějšího šifrovacího mechanizmu AES, původní WPA využívalo totiž stejně jako WEP relativně slabý mechanizmus RC4. Ten je totiž součástí i protokolu TKIP. Výhodou však je, že WPA oproti WEP mění přístupové klíče automaticky po určitém objemu přenesených paketů (cca 10 000).

V případě WEP, tak útočníkovi stačilo odposlechnout ze sítě dostatečný objem zpráv, aby se mohl pokusit (často i úspěšně) zlomit použitou šifru. Jediná účinná obrana byla měnit používané klíče v určitých rozumných časových rozestupech. S 802.11i se šifrovací klíče mění automaticky, a nejen díky tomu se WPA2 považuje jako dostatečné nejen pro podnikovou sféru, ale také pro vládní organizace.

Za zmínku stojí také norma 802.1x definující ověřování na základě portů, díky čemuž je možné ověřovat jednotlivé klienty přímo v přístupových bodech. Ten pak s pomocí autentifikačního serveru dokáže komunikaci návštěvníka, který se připojení pokouší buď povolit či naopak zamítnout.

Zajímavá je také norma 802.11j, která byla vyvinuta pro využití bezdrátových sítí v Japonsku na frekvencích 4,9 – 5 GHz.

Pozn: Dnes je v povědomí také síť WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access, Celosvětově kompatibilní mikrovlnný přístup), jejíž technické základy jsou ale úplně jiné, než jaké jsou u sítí Wi-Fi. Standardizován je jako IEEE 802.16 a stejně jako o ostatní WiMAX normy se o něj stará WiMAX Forum, jehož členové jsou ale velmi podobní těm, které můžeme spatřit i ve Wi-Fi Allianci.
WiMAX kromě jiného umožňuje pracovat na frekvencích 2 – 11 GHz (standard 802.16a) nebo 10 - 66 GHz (802.16c) a využívat jej mohou jak spoje s přímou tak i nepřímou viditelností, což ale pro 802.16c bohužel neplatí. Přenosové rychlosti jsou velmi dobré a dosahují teoretických maxim okolo 75 Mb/s pro 802.16a a dokonce až 268 Mb/s pro 802.16c.

Z výše zmíněného také vyplývá jedna velmi důležitá skutečnost, a sice ta, že WiMAX je navržen pro práci jak v licencovaném (např. 3,5 GHz), tak i nelicencovaném (2,4 GHz) pásmu.

Pozn: Existuje také mobilní varianta WiMAXu (802.16e) dovolující komunikujícím zařízením pracovat na frekvenci 2 až 6 GHz při rychlosti pohybu až 150 km/h. Používat bychom ji tedy mohli i v extrémně rychlých vlacích a dalších dopravních prostředcích.

Cílem WiMAXu je „poslat“ Wi-Fi sítě tam, kam původně patří, a omezit jejich použití pouze na pokrytí malých prostor, jako jsou domácnosti či firemní prostory a ač je rozšiřování této technologie pozvolné, rozhodně se jedná o krok správným směrem. Několik poskytovatelů WiMAXu lze nalézt i v České Republice.