På denne siden har vi forsøkt å beskrive noen av de tekniske finurlighetene ved tradisjonell trådløst nett (Wifi) som brukes av de fleste for kommunikasjon mellom PC’er, server, smarttelefoner, pad’er etc. Informasjonen er lagt ut på bakgrunn av noen hadde ønske om en norsk side som beskriver teknologien og forkortelser og standarder. Det finnes mye mer som kunne vært skrevet, men vi håper leserne kan komme med hint om hva som er av størst interesse slik at «riktig» informasjon i riktig mengde blir lagt ut. Uansett håper vi informasjonen nedenfor kan være til hjelp både for våre kunder og andre som søker denne form for informasjon som beskriver spesifikasjoner, rekkevidde og annet. For de som er interessert vil de finne mer om protokoller, lag, porter, etc som benyttes for TCP/IP kommunikasjon her.
802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n og 802.11ac er alle standarder for tradisjonelle trådløse nettverk basert på TCP/IP protokollen og som ofte beskrives som Wi-fi (Wireless Fidelity), WLAN (Wireless Local Area Network) eller bare LAN, og som brukes av trådløse routere og switcher (WAN står egentlig for Wide Area Network og er benevnelse på et nettverk over et større område i motsetning til Lan, og er dermed ikke det samme som Wlan). Trådløse nettverk har gradvis også inntatt bruksområder som video over IP pga stadig høyere båndbredde. Noen routere konfigureres kanskje som rene aksesspunkt eller linker/ekstendere for signalene. Og alle standardene har sterke likhetstrekk, virkemåte, funksjon og egenskaper. Det finnes massevis av andre 802.11 standarder, men vi velger å ikke beskrive alt da det er mer for spesielt interesserte. Også annen trådløs kommunikasjon som følger standardene til f.eks. GPRS, Edge, 3G/4G, Bluetooth, etc regnes som trådløse nett. I tillegg finnes det utstyr som fungerer som overganger mellom disse standardene og en del standarder som benytter kabel.
Som vanlig er det det en ikke vet som er kritisk mht sikkerhet og som kan redusere kvaliteten på nettverket som rekkevidde, hastighet og oppetid. Men hva som er fordeler og hva som er ulemper er avhengig av øynene som ser. En bruker kan ha behov for å overføre store datamengder over begrensede avstander og har nok strøm. I slike tilfeller kan trådløst ethernet være et godt alternativ. I andre tilfeller skal det kanskje bare overføres noen få kilobyte, men over lengre avstander og med lavt effektforbruk. Hva som er best for den enkelte kan ikke vi si noe om da vi ikke kjenner kravene. I tillegg vil krav til f.eks. sikkerhet ha en del å si.
Vi skulle egentlig ikke skrive om trådløst ethernet ettersom dette lenge var løsninger som ikke ble benyttet i de produkter våre industri kunder benyttet. Dette måtte vi imidlertid endre på fordi behovet for trådløse nettverket har tvunget seg fram også innen industrielt bruk, og vi har derfor lagt dette ut på våre support sider sammen med mange andre beskrivelser som f.eks. kablet ethernet og optisk nettverk, samt beskrivelse av noen av IP adressene som benyttes i nettverk. Det samme gjelder SNMP standarden som benyttes til overvåking av nettverk istedenfor den enklere «ping» løsningen (som i hovedsak bare sier om utstyret fungerer eller ikke). SNMP kan over våke alt ned til hvor full harddisken er eller om en kjølevifte har stoppet i en server. En del av beskrivelsene på våre support sider er imidlertid forholdsvis kort og elementær i den grad det er mulig, ettersom mye er software fra de enkelte produsenter som ikke kan beskrives i detalj. De fleste er klar over at den viktigste komponenten i ethernet er Mac adressen. Denne benyttes både i kablet ethernet og i trådløst ethernet samt i enkelte andre overføringsstandarder, også når det gjelder de løsningene vi leverer som f.els. 42″ LCD skjerm for møterom med berøringsskjerm.
Som vanlig i databransjen er det en mengde forkortelser på 3-4 bokstaver. Vi har forsøkt å beskrive en del av disse forkortelsene til en viss grad nedover i teksten. De fleste er relatert til sikkerhet men også spesifikasjoner som signalstyrke og frekvenser. Kort fortalt relaterer forkortelsene seg til følgende:
DFDM = Metoden som er brukt for å modulere signalet (følger 5GHz standard)
DSSS = Metoden som er brukt for å modulere signalet (følger 2,4GHz standard)
SSID = Navnet/identiten på nettverket som klienter og annet nettverksutsyr er koplet opp i. Visningen av SSID kan ofte disables slik at det ikke sees av andre.
WEP = (Wired Equivalent Privacy) 1.ste krypteringsstandard som ble laget for ethernet. Den er basert på 64-bits nøkkel men også tilgjengelig med 128-bit. Bedre løsninger er nå standard.
WPA = (Wi-fi Protected Access) Krypteringsmetode av data i nettet basert på 104-bits nøkkel
WPA2 = Som over men krypteringsmetode av data i nettet basert på 128-bits nøkkel
AES = Krypteringsalgoritme for benyttes i trådløst ethernet.
PSK = Autentiseringsmetode (Pre Shared Key) av deltagere i nettet. Benytter mellom 8 og 63 tegn.
802.1X = Autentiseringsmetode av deltagere i nettet som i praksis tilsier at en logger seg inn manuelt. I motsetning til PSK benyttes den oftere av bedrifter pga høyere sikkerhet. Er noe vanskeligere å konfigurere enn PSK
TKIP = (Temporal Key Integrity Protocol) Krypteringsnøkkel som endrer seg etter oppkopling for økt sikkerhet og generer en ny krypteringsnøkkel for hver datapakke som overføres. Også referert til som WPA-PSK
AES-CCMP = Krypteringsstandard av data. Også referert til som WPA2-PSK. AES står for Advanced Encryption Standard.
RSNA-CCMP = Også referert til som WPA2 med AES kryptering.
RSSI = (Receiver Signal Strength Indicator) er en beskrivelse av signal styrken (eksempelvis er -35dB sterkere signal enn f.eks. -70dB)
WiDi = En overføringsstandard som ble etablert av WiFi Alliance i 2010, og som forventes å ha produkter tilgjengelig i 2011. WiDi er litt mer beskrevet under tabellen nedenfor som beskriver Wifi standarder, men er i korte trekk en standard for overføring av store datamengder lokalt (film, etc).
MIMO = (Multiple Input Multiple Output) Løsning med flere antenner for å øke trafikken («hastigheten») i flere typer trådløse nett (802.11, 3G/4G, WiMax, etc).
Noen av disse sikkerhetsstandardene er ikke i bruk idag. Og OM de er i bruk kan de skape enkelte problemer mht hastighet på nettverk som benytter nyere hardware siadarder som 802.11ac. Dette fordi 802.11ac ikke støtter enklt av de gamle standardene som «WEP» og derfor vil senke hastigheten til en standard som støtter denne sikkerhetsstandarden.
Det som kalles “trådløst ethernet”, Wifi eller Wlan er idag den teknologien som har størst rekkevidde av standardiserte kommersielle teknologier, og overføringshastighet (ref grafen nedenfor) for det som går under betegnelsen WLAN ( Wireless Local Area Network), mens samlebetegnelsen WAN (Wide Area Network) i hovedsak beskriver det som kalles Wimax 802.16 (som har sterke likehetstrekk med Wifi) og GPRS/3G/4G. Lan kan også være Wlan, men er som oftest benyttet i kablet nettverk (ref link høyere opp). Det er litt feil å beskrive 3G/4G og WiMax som raskere enn Wifi slik grafen nedenfor beskriver, men 3G/4g er i realiteten en annen type trådløs kommunikasjon og grafen er i hovedsak en beskrivelse av mobilitet/strømforbruk ved de forskjellige kommunikasjonsstandardene. I tillegg finnes det en mengde løsninger fra div produsenter som pga manglende utbredelse ikke kan regnes som konkurrerende løsninger.
Overføringshastigheter og rekkevidde
Nedenfor har vi imidlertid satt opp litt informasjon med spesifikasjoner for forskjellige wifi eller trådløse ethernet standarder, men også litt teknisk informasjon på
hvordan wifi i praksis fungerer mht frekvenser, båndbredder, etc. Men som i mye annet vil det være produsenter som fremstiller sine løsninger bedre enn det som er vanlig. Overføringshastigheten som er beskrevet nedenfor er imidlertid ikke helt korrekt ettersom stadig flere produsenter har begynt å benytte flere antenner (MIMO) på routere, etc, og maks hastighet er i sterk grad påvirket av antall antenner som er i bruk samt hvor mange antenner chipsettet støtter. Men flere antenner (f.eks. MIMO støttes kun av 802.11n og 802.11ac standarden. Dette er beskrevet litt mer lenger ned under det som omtales som «antenner».
Vi har ikke klart å verifisere at lengre avstander fungerer filtrestillende, men vet at det er leverandører om har spesielle antenne løsninger for å oppnå dette. Dessuten er avstandene beskrevet i tabellen nedenfor umulig å oppnå med murvegger imellom sender og mottager. Flere standarder enn 802.11/ethernet benytter benytter Mac adresse på tilsvarende måte. Mange vil oppleve rekkevidder vesentlig lenger enn det vi har beskrevet i tabellen nedenfor, men det vil utvilsom være med sterkt reduserte hastigheter.
Wifi standarder
| Standard | 802.11a | 802.11b | 802.11g | 802.11n | 802.11ac |
|---|---|---|---|---|---|
| Compatibility | bg | abg | an | ||
| År for godkjenning | 1999 | 1999 | 2003 | 2009 | (2012) |
| Frekvensbånd | 5 GHz | 2,4 GHz | 2,4 GHz | 5 eller 2,4 GHz | 5 GHz |
| Båndbredde | 20MHz | 20MHz | 20MHz | 20MHz og 40MHz | 80MHz og 160MHz |
| Maks hastighet (reell hastighet) | 54 Mbps (20-54Mbps) | 11 Mbps (5-11Mbps) | 54 Mbps (10-54Mbps) | 600 Mbps (54-600Mbps) | 1,73Gbps v/80MHz | 2,6Gbps v/160MHz (1,3 Gbps v/80MHz) |
| Modulering | DFDM | DSSS | DSSS | DFDM/DSSS | BPSK/QPSK/QAM |
| Maks avstand innendørs | 15-20m | 30-45m | 30-45m | 20-45m | ? |
| Maks avstand utendørs v/fri sikt | 20-30m ? | 60-90m ? | 60-90m ? | 40-120m ? | ? |
Wifi standarder
I en egen artikkel har jeg tatt for meg enkelte av årsakene til trege nettverk. Spesielt omhandler den artikkelen «Sticky clients» som er en del av problemene som oppstår og som er tenkt å løses vha 802.11k og 802.11v. Men også denne artikkelen har en del punkter som beskriver årsaker til trege nettverk, men i større grad hardware årsaker mens sticky clients er det mange vil beskrive som software problem (utn at jeg vil ta parti for den ene eller andre meningen)
Maks rekkevidde ute og inne er imidlertid vanskelig å definere. Ikke minst fordi det også kan oppstå refleksjoner fra gulv, vegger og tak samt innredninger som speil og metall plater og ute fra bakken eller fra andre bygninger, fjellknauser, etc.. Dessuten oppfører de forskjellige frekvensene seg forskjellig ved det som noen definerer som fri sikt mens andre mener at det finnes trær i veien (dvs hvor tett står trærne). Veldig teoretisk er det en uendelig rekkevidde ved bruk av retningsbestemte antenner såfremt det er visuell kontakt mellom punktene og ingen støykilder. Flere kilometers rekkevidde skal dermed være mulig ved å benytte høykvalitets retningsbestemt antenner der det er visuell kontakt mellom antennene. Så fort det oppstår reflekser som metallflater (båter, oljeplattformer, etc) stein overflater (fjell) og til og med vannoverflater vil signalstyrken reduseres hos mottaker. Med høykvalitets retningsbestemte antenner (av Yagi typen eller liknende)
kan det være mulig å oppnå kommunikasjon opp mot 10 ganger det som er beskrevet i tabellen ovenfor. Vær imidlertid oppmerksom på at det i en del land er lov med høyere effekt på antennene og at det ute på nettet er oppgitt tall med slike høye effekter samtidig som at det ikke blir fortalt at de oppgitte distansene f.eks. kan være i USA der høyere effekt er lov.
Innvendig er det typisk lysstoffrør og lysstyrke regulatorer for LED, etc som kan skape switchefrekvenser som kan skape støy og redusert rekkevidde sammen med vindusflater og materialer i vegger.
Generelt sett vil imidlertid høye frekvenser ha problemer med å trenge gjennom vegger og tak, noe som senker rekkevidden. Men også inne er de makshastighetene som er oppgitt gjerne vesentlig lavere. Og ekstra reduksjon blir det om det er murvegger eller lettvegger med en del metall som f.eks reisverk, etc inne i lettveggen. Vi har hørt om tester der en 802.11g (54Mb) løsning fikk redusert hastigheten til halvparten bare en meter eller to fra aksesspunktet og hastigheten faller mye etterhvert som avstanden øker eller det blir mer vegger. Rett før du mister all kommunikasjon er hastigheten så lav som 1 Mb/s. Dette betyr at i praksis bør repeater/ekstender/aksesspunkt stå forholdsvis nært hverandre fordi hastigheten aldri vil ligge over det svakeste leddet.
For 802.11ac vil maks overføringshastighet være avhengig av frekvens/båndbredde, antall antenner og antall mottakere som er kopplet opp mot router (streaming mode). Teoretisk sett skal en 8 antenners router kunne overføre opptil 1,73Gbps (streaming) til hvert oppkoplingspunkt med en maks totalkapasitet på 6,93Gbps i wifi nettet. Men rekkevidden vil variere mye utifra hvilke frekvener som benyttes og om det er inne eller ute. Iflg ryktene er 802.11ad neste standard som skal kunne klare opptil 7Gbps ihht foreløpig spec. Det snakkes om mulighet for ferdiggjøring av spesifikasjoner i 2014. Også 802.11ah er nevnt med en mulig standard klar i 2014. Mer om tidsperspektiv for kommende standarder finnes på http://www.ieee802.org/11/Reports/802.11_Timelines.htm.
Akkurat som med kablet ethernet vil den teoretisk hastigheten og den virkelige hastigheten oppleves som 2 forskjellige verdener for alle de ovennevnte standardene, men en god del brukere merker ikke at de har redusert hastighet. Det er mange årsaker til at hastighetene reduseres, En viktig årsak er at ethernet benytter “handshaking”, og om det er støy vil samme informasjon bli forsøkt å sendt flere ganger før den eventuell når frem slik den skal være. Når det gjelder trådløst ethernet vil det kunne være mange årsaker til støy, men også begrensninger som vegger, antennetyper, effekter, retninger, etc, etc vil påvirke den reelle hastigheten. Som nevnt tidligere finnes det flere såkalte lokale netverk (LAN) som Bluetooth og Zigbee som også benytter frekvenser på rundt 2,4GHz. Disse kan påvirke hverandre, og som oftest er det den enheten med mest effekt som blir minst berørt av støyen om alle står i nærheten av hverandre. Men en del leverandører har forsøkt å legge inn noe immunitet mot denne typen støy i hardware, bios og software driver. 3G/4G benytter “nesten” samme frekvens, men er redusert til 1,8GHz. Derfor er det også mulig å benytter f.eks. Bluetooth sammen med mobiltelefoner uten støy men mob tlf nettet kan gi støy og kommunikasjonsproblemer or enheter som benytter frekvenser rundt 2,4GHz.
Hadde telefonene også benyttet 2.4GHz kunne det blitt vanskeligere å få til en støyfri kommunikasjon med innebygget Bluetooth. Tallene som er oppgitt i tabellen ovenfor mht rekkevidder og hastigheter er med andre ord bare et estimat fordi nettet er veldig følsomt for omgivelsene. Mens en i et tilfelle kan oppnå kommunikasjon på f.eks. 50 meters inne i byggning i et tilfelle er det vanskelig å oppnå 10 meter i et tilsvarende nett et annet sted. Men nye løsninger kommer stadig til. I 2010 innførte WiFi Alliance en standard de kaller Wifi Direct (allerede fått kallenavnet Wi-Di eller WiDi avhengig av produsent) for fil overføring og deling av media som disker, etc. Dette er et overføringsstandard som sannsynligvis vil bli mer brukt innenfor reklame og andre applikasjoner der store datamengder med samme innhold skal overføres til flere enheter.
Noen ganger bør en vurdere om en skal benytte kablet nettverk fremfor wifi pga hastighet og avstand, eller en kombinasjon av dette. Men også kablet ethernet kan ha problemer. Routere og aksesspunkter som monteres for en best mulig dekning kan redusere behovet for kablet nettverk i en del situasjoner, men hastigheten på et trådløst nett vil ikke kunne måle seg med et kablet nett. Det finnes en del gratis software på nettet som f.eks. “InSSIDer” fra MetaGeek som vil kunne teste amplituder og kanaler og på den måte se om nettet er utsatt for redusert . overføringshastighet pga kollisjoner, etc (noe av programvaren er ikke gratis da det involverer hardware). Et godt alternativ til InSSIDer er Xirrus. Kanskje kan det gjøres små inngrep som å flytte en router eller bytte kanaler (se nedenfor) for å bedre hastigheten dramatisk bare ved å undersøke vha gratis nedlastbar software. I andre tilfeller kan problemene løses ved å benytte en annen antenne (om en har en løsning der antennene kan byttes). SSID står for “Service Set Identifier” og er navnet på det nettverket klientene er koplet opp i slik at de kan kommunisere med hverandre og mot servere.
"John er ikke John", oversatt til 4G er ikke 4G
«John er ikke John» var et uttrykk en foreleser i matematikk en gang kom med. Jeg antar det var ment som en hentydning om å være konkret/spesifikk i beskrivelse etter at vi var ferdig med en elementære algebraen fra barneskolen. Senere ble det klart når vi lagde våre «spagetti program» i Fortran og senere C, hvor viktig det var å dokumentere koden.
Idag opplever vi igjen at samme utrykk benyttes om forskjellige løsninger i forbindelse med løsninger som ligger nært hverandre i funksjonalitet.
De fleste som leser dagens reklame over f.eks routere vil se at 4G (fjerde generasjon) støttes. Dette går på hastighet. Men det som beskrives som 4G for en trådløs router er som oftest noe helt annet enn det som beskrives som 4G for en trådløs switch, selv om begge beskriver hastighet.
En 4G beskrivelse av en router er som oftest en beskrivelse av støtte for det som også kan beskrives som 4G på mobiltelefoner, dvs plass til et sim kort som gir trådløs aksess for data til mobiltelefon nettet med en antydet hastighet.
4G for en switch (enkelte ganger fra samme produsent) relaterer seg imidlertid til båndbredden som støttes for kommunikasjon med klienter i et trådløst nettverk.
Eksempel på dette er at standarden 802.11a regnes som 1G (første generasjon). Dermed blir wifi kommunikasjon ihht standard:
a = 1G
b = 2G
g = 3G
n = 4G
ac = 5G (ihht tabellen ovenfor).
Og 5G for trådløse datakommunikasjon med router på mobilnettet vil også komme om noen få år.
Kanaler
Det brukes forskjellige kanaler avhengig av hvor i verden en oppholder seg.
For 2,4GHz båndet brukes i USA benyttes kanal 1 – 11. Norge og EU tillater kanal 1 – 13. Japan benytter kanal 1 – 14. Tidligere tillot Spania kun kanal 10 og 11, mens Frankrike bare aksepterte 10,11,12 og 13. Nå har begge disse landene lagt seg på samme linje som EU. Hver kanal har en båndbredde på 22Mbps. Disse ligger forholdsvis tett.
Ved å benytte kanal 1, 6 og 11 unngår en “overlay” av kanalene. Dermed oppstår det et rom på ca 5MHz mellom kanalene, noe som reduserer faren for
støy/interference. Endring av kanaler gjøres i routerens oppsett.
For enheter som benytter 5GHz er det langt flere kanaler tilgjengelig.
Kanal valg og frekvensproblemer er dessuten sentralt ved design og konfigurasjon av flere AP mep roaming og redundancy i mesh nettverk. Også signalstyrke, etc (som er beskrevet lenger ned) er sterkt knyttet til design av mesh netverk og roaming.
I tegningen nedenunder har vi forsøkt å visualisere kanalene på en enkel måte. Dette kommer også frem i bildet fra InSSIDer lenger ned.
I et bilde (skjermdump) lenger ned viser vi hvordan InSSIDer viser tilsvarende wifi informasjon i praksis for 2,4GHz båndbredde.
De fleste leverandørene av f.eks. routere og switcher for trådløs kommunikasjon tilby en viss grad av automatikk mhp kanalvalg. Dette er beskrevet som FHSS og er en forkortelse for «Frequency Hopping Spread Spectrum». Dette er en teknikk der radien (dvs router/switch som sender ut radiobølgene til antenne og videre til mottager) over tid endrer frekvens for å unngå interferens med andre enheter som benytter samme kanalene. Dette er tilfeldige hopp som skjer mellom de forskjellige kanalene. På denne måten skal det være mulig å oppnå høyere båndbredde/bedre rekkevidde ved at det blir mindre støy.
Måle hastighet på et lokalt nettverk
Å måle hastigheten på et lokalt nettverk er vanskelig og ikke noe jeg vil anbefale hvem som helst å forsøke da det kan gi helt feil verdier (hastigheter). En del driftsteknikere som drifter lokale nettverk kan imidlertid ha glede av å vurdere flaskehalser og evt bedre nettverket i slike tilfeller. Et verktøy som kan benyttes i miljø som Linux, Unix og Windows er Netperf. Dette kan lastes ned fra flere nettsider, men vær forberedt på en del «fikling» for å få riktige tallverdier. For de som arbeider i Linux og Unix miljø er i tillegg ttcp et alternativ.
Sikkerhet og krypteringer
WEP, WAP og WAP2 er 3 begreper som benyttes mht kryptering av lokale nettverk (LAN). Wep var den standarden som kom først. Den benytter en 104 bits sikkerhetsnøkkel ved oppstart og benytter RC4 koding for kryptering. Deretter kom WPA og til slutt WPA2 som begge benytter RC4 slik WEP gjør, men benytter en litt større sikkerhetsnøkkel (128 bit) . Hva som egner seg «dårlig» og «bra» er som oftest basert på øynene som ser, men beskrivelsen i tabellen nedenfor er basert på hva en del fagfolk mener om de forskjellige løsningene.
| Kryperingsstandard | Type autentisering | Kryptering | Egnet for store WAN nettverk | Egnet for LAN i småbedrifter |
|---|---|---|---|---|
| WEP | Ingen | WEP | Dårlig | Akseptabelt |
| WPA (PSK) | PSK | TKIP | Dårlig | Best |
| WPA2 (PSK) | PSK | AES-CCMP | Dårlig | Best |
| WPA (full) | 802.1X | TKIP | Bedre | Bra |
| WPA2 (full) | 802.1X | AES-CCMP | Best | Bra |
WPA standarden bygger delvis på WEP standarden, men gir noe bedre sikkerhet enn WEP. Tradisjonell WPA beskrives av en del leverandører og programvare som WPA-TKIP
En av de største fordelene ved WPA fremfor WEP er en dynamisk bruk av nøkkelen som brukes i sikkerhetsalgoritmen og bedre autentisering og kryptering. Lenger opp i denne artikkelen har jeg også beskrevet at enkelte av de eldre stndardene som bl.a. WEP kan senke den teoretiske hastigheten på nyere nettverk som følger f.eks. 802.11ac.
WPA2 med 802.1x autentisering gir den beste sikkerheten for store nettverk fordi det gir en bedre autentisering (flere lag). Etter autentiseringen blir brukers legitimering sjekket opp mot lokale og eksterne kilder/databaser. WPA og WPA2 med PSK (Pre-Shared Key) som kan sees på som en autentisering som er veldig lik WEP, men med noe større sikkerhet fordi TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) benyttes. Med TKIP kan en som har trengt seg inn i nettverket likevel bli stoppet fordi krypteringsnøkkelen som benyttes ved dataoverføring endres jevnlig dynamisk ETTER oppstart. Dette tilsier at med TKIP brukes en sikkerhetsnøkkel ved oppstart, mens en krypteringsnøkkel endres dynamisk etter oppkopling. I motsetning til WPA støtter WPA2 kun AES-CCMP kryptering (som står for Advanced Encryption Standard – Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol) og det påstås at AES-CCMP er robust nok til å kunne kryptere “konfidensielle statlige nett”. Kanskje vi senere lager en egen artikkel om disse sikkerhets standardene fordi det er mye mer som burde vært sagt. Det samme gjelder tunneler og VPN. I noen LAN miljø, f.eks. der ungdom setter seg ned for å spille sammen 2 og 2 (point to point), vil en ikke kunne bruke standarder med høyere overføringshastighet enn det som støttes i 802.11b om en samtidig ønsker å benytte WPA(2) kryptering. I slike tilfeller må en derfor benytte WEP kryptering. Nedenfor i InSSIDer er en av krypteringene beskrevet som RSNA TKIP. RSNA står for «Robust Security Network Assocation»
Triks for å øke hastighet og rekkevidde (redusere støy)
- Installere InSSIDer på f.eks. en laptop og gå rundt og finn punkter der signalene er best. På denne måten er det mulig å optimalisere plasseringen av router og eksterne nettverk (f.eks. USB enheter).
- De fleste antenner for innebruk er såkalt “omni directional” og stråler rundt 360 grader. Ved å kjøpe/lage en retningsbestemt antenne vil en kunne øke rekkevidden i en bestemt retning, men mange vanlige nettverksenheter med USB interface er faktisk ganske ømfiendtlige for hvilken retning de monteres i (dette bekreftes om en benytter InSSIDer). En eller flere nye antenner, uansett om den er retningsbestemt eller ikke, kan mao være effektivt for økt signalstyrke og hastighet.
- Påse at router ikke står montert nært metall gjenstander som f.eks, netting eller plater (tilsvarende løsninger som gjør antennen retningsbestemt). Også tradisjonelle speil bør unngås om mulig da dette er rette flater med metall belegg på baksiden.
- Det er mulig å kjøpe en “repeater” (eller en rimelig router som konfigureres som repeater) og som styrker signalene på vei mellom router og f.eks. PC eller printer.
- Det er mulig å f.eks kable mellom etasjene mellom flere routere med f.eks. Cat5, Cat 5E eller Cat 6 kabel, og la routeren opprette trådløs kommunikasjon mellom router og PC/printer i den enkelte etasje og RJ45 konnektor i hver ende.
- Det er mulig å kjøpe router som settes i stikk kontakten (220V). Dermed kan ethernet signalet overføres fra en stikk kontakt til en annen i forskjellige etasjer. Det er imidlertid viktig å være klar over at noen av disse “routerene for stikkontakt” krever at de er koblet til samme elektriske kurs. Ofte er imidlertid stikkontakter i forskjellige etasjer koblet til forskjellige elektriske kurser. Dermed faller dette alternativet bort i en del tilfeller.
- Installer DD_WRT eller Tomato bios på router. Dette gjør at en kan øke effekten/strålingen ut på antenne og mulighet til andre justeringer som øker rekkevidden om routeren benytter Linux. Men slike «Geek» metoder som dette kan ikke anbefales da det er inngrep i eksisterende utstyr som medfører at all garanti, etc blir borte. Dessuten kan feil setting kan i noen tilfeller gjøre utstyret ulovlig og i verste fall farlig å bruke fordi det ikke lenger er ihht de krav myndighetene krever mht stråling, etc. Vi har likevel valgt å ta det med i denne beskrivelsen, og under er et bilde av Tomato med eksempler på settinger som kan gjøres.
- Wifi som støtter n-standarden har støtte for flere antenner og flere frekvenser. Dette sammen med nye chipset sikrer større grad av immunitet mot støy og bedre signal integritet fra antennene.
Bildet under viser et eksempel på hvordan det kan se ut når InSSIDer (kan lastes ned gratis i linken ovenfor) gjør en analyse av nettverket. I dette tilfellet viser det at de fleste nettverkene som ble funnet av InSSIDer benytter bare en kanal og det er forholdsvis mange nettverk som opplever overlay ettersom kanal 2-9 er veldig populært. Bildet viser også at i dette tilfellet er kanal 1 og 10-13 ikke benyttet av mer enn 2 trådløse nettverk.
For enklere feilsøking eller søk etter informasjon om nettverks signaler kan det imidlertid være mer hensiktsmessig å benytte en app for smart telefon av et eller annet slag for å slippe å dra rundt med en bærbar PC. Det finnes flere app’er som kan lastes ned fra nettet uten kostnader om en kan akseptere reklame. En av disse løsningene er Wifi Analyzer for Android telefoner. Bildene nedenfor viser hvordan noe av informasjonen presenteres på en slik Android telefon.
Finne IP adresser i nettverk
Innimellom kan det være ønskelig å finne IP adressene som er i bruk i hjemmenettverket eller i nettverk til småbedrifter. Dette gjelder spesielt om det benyttes DHCP som ikke gir samme mulighet til å overvåke IP adressene som når det benyttes statiske IP adresser. Det finnes flere gratis verktøy som kan benyttes til dette, men det må sies at de er ikke fullt så kraftige som systemene som kjøpes. Spesielt gjelder dette grafiske fremstillinger av nettverket. Men for de som ikke har kjempestore krav vil vi foreslå f.eks «Advanced IP Scanner». Men som nevnt finnes dert mange andre også, og ettersom tiden går og nye versjoner dukker opp kan vårt forslag fort bli utdatert. Søk derfor på nettet etter alternativer om vårt forslag ikke dekker behovet. Advanced IP scanner krever imidlertid at du kjenner IP adressene som subnettet du er i benytter. Om du ikke kjenner start/stop adressene for subnettet er Wireshark et godt alternativ. Her får du først greie på hvilke subnet område som benyttes og deretter kan du ved å benytte NMAP får oversikt over de IP adressene som benyttes i ditt lokale LAN. Wireshark er i mange miljøer regnet for det beste verktøyet for å finne IP adresser. For de med enkle behov og for IT ansvarlige som stadig løper i gangene for å finne løsninger på problemer kan «Fing» være en app som kan være til hjelp. Fing er tilgjengelig som gratis app både for Android og Iphone, og gitt stor grad av mobilitet om det ikke skal gjøres tyngre analyser av et nettverksproblem.
Bildene nedenfor viser informasjon om IP adresser og Mac adresser i nettverk som er tilgjengelig med gratis app kalt Fling.
Finne IP adresser i nettverk
Post og Teletilsynet har sammen med Statens Strålevern gjennomført beregninger og tester at bl.a. utstyr for trådløse nettverk, og Wifi, Bluetooth og Zigbee blir alle definert som ufarlige pga forholdsvis lav effekt på antenne. Alle benytter 2,4GHz båndet.
Mobiltelefoner er det heller ikke bevist er farlig, men det foregår fortsatt jevnlig debatter mht mobiltelefoner og det som kalles «SAR-verdi»
Men det er viktig å ha i bakhodet at mikrobølgeovnene også benytter frekvenser i området rundt 2,5GHz. Det er imidlertid en vesentlig forskjell på mikrobølge ovner og data nettverk, og det er effekten som sendes ut. Mikrobølge ovner sender ut en helt annen effekt enn tradisjonelle nettverk. Antatt forskjell mellom en vanlig mikrobølge ovn og f.eks. en Zigbee modul er at mikrobølgeovnen sender ut en effekt som er ca 50.000 ganger større. De som likevel ikke føler seg helt trygge med slik type trådløst nettverk kan benytte kablet ethernet. Trådløse nett på 2,4GHz båndet kan stråle 0,1 watt pr m2. Dette er 1/10000 (en ti tusendel) av grenseverdiene som er satt opp. For å bli utsatt for stråling som ligger nært opp til grenseverdiene tilsier kontrollmålinger at en må oppholde seg nærmere enn 10 cm fra antenne for å bli eksponert for feltstyrke over det tillatte. 0,1 watt kan gi en rekkevidde på ca 50-100meter, men om kommunikasjonen foregår inne på kontor eller i et hjem vil rekkevidden bli sterkt redusert av vegger, etc. For sendere på 5GHz båndet er grenseverdien på 1w.
Advarsel:
Når en bruker en bærbar maskin (notebook eller tablet) på fanget kan en i en del tilfeller bli utsatt for stråling som overstiger grense verdien fordi den trådløse senderen blir bare noen få cm fra kroppen (vi vet som oftest ikke hvor fabrikken har montert antennen). Det er derfor en fordel å ha slike PC’er i god avstand fra skrittet da det er usikkert om dette kan skape langvarige problemer mht fertilitet, etc. Dette er ikke bevist, men er ment som en generell forsiktighetsregel fordi antenne i den bærbare PC’en kan sitte slik montert at den utsetter viktige kroppsdeler i underlivet for stråling som overstiger grenseverdiene. Det samme gjelder om en har mob.tlf i lommen med Wifi påslått der mob.tlf. (smarttelefon med wifi støtte) stadig sender korte meldinger til f.eks. router, noe som er veldig vanlig.
Igjen: Det er ikke bevist helseskader pga slike wifi antenner og må derfor bare sees på som en generell forsiktighetsregel. Statens Strålevern har et hefte som kan lastes ned fra nettet og som på en god måte beskriver strålingsproblemer på en måte som gjør dette forstålig for de fleste som er interessert. Her er det også forklart at det ikke er farlig stråling vi omgir oss med uansett om vi snakker om Wifi, GSM eller annen trådløs kommunikasjon.
I tillegg er det en standard som er definert som 802.11h. Denne standarden skal beskrive hvordan en unngår støy (interference) mellom andre enheter som kan sende/motta signaler på samme frekvenser eller nært opptil. Denne standarden definerer også bruk av kanaler som er beskrevet høyere opp og hvordan en skal kunne switche til andre kanaler om det er andre kilder i nærheten som benytter de samme frekvensene. 802.11h var opprinnelig opprettet for å unngå støy 5GHz båndet for 802.11a standarden.
Montering av router, aksesspunkt og tilsvarende
Signalene som benyttes for kommunikasjon med trådløst datautstyr kan påvirkes av en mengde forskjellig elektronisk utstyr. Typisk eksempler er mobil telefoner og mikrobølgeovner som også benytter 2,4GHz båndet på lik linje med 802.11b og g. Men også en mengde annet elektronisk utstyr som sender ut trådløse signaler og/eller støy vil påvirke Wifi kommunikasjon. Dette kan typisk være vifter (kjøling ?), motorer (kjøleskap ?), strømforsyninger til PC, TV, høytaler, lysstoffrør, etc, etc. I tillegg vet vi at Wifi signalene kan reflekteres i både speil, vinduer og metal skap, etc. Riktig montering av router eller aksesspunkt kan derfor være viktig. Vi mener at prøving og feiling av monteringsplass vil være det enkleste og beste verktøy for beste tilgang på signalene. Men programvaren ovenfor som er tiltenkt PC eller mobiltelefon (Android), etc vil være til god hjelp.
Det kan også være at plasseringen av selve routeren eller aksesspunktet ikke er viktigst, men plasseringen av antennen. Generelt sett vil bokhyller ofte være dårlige steder å montere en router, men det behøver ikke være det. Å plassere en router eller aksesspunkt i en bokhylle eller liknende laget av metall og kanskje hyller ev kobberbelagte glassplater vil utvilsomt skape problemer om antenne er fastmontert til routeren. Men om det er vanskelig å finne annet egnet sted kan det ofte være nok å trekke en antennekabel på et par meter fra router til f.eks. en takmontert antenne. Det har også kommet en del aksesspunkt for takmontering med MIMO støtte for antenner. Slike løsninger vil ofte være gunstig for å oppnå maksimal hastighet/tilgang til nettverket. Påse også at antennene ikke blir liggende langsmed veggen eller i nærheten av elektriske kabler.
Antenner
Antennene er mye viktigere enn det mange er klar over og er derfor en del av kommunikasjonen flere bør ha fokus på.
Spesifikasjonene for antenner begynner som oftest med å vurdere dB. Høyeste dB gir beste signalet. En bedring (økning) på 3 dB kan utgjøre stor forskjell på rekkevidde og hastighet til det trådløse nettverket i mange tilfeller. Desto høyere tall desto bedre er antenne, – generelt sett. Med det må også taes hensyn til flere ting som om det er en omnidirectional antenne eller en retningsbestemt antenne. Retningsbestemte antenner er ofte beregnet for utebruk, enten med en tett plastikk kapsling for å oppnå IP65, IP66, IP68 eller tilsvarende tetthet, eller at de er bygd opp vha metallgitter. Antennene påvirker ikke utgangseffekten fra et nettverkskort, router eller liknende ettersom utgangseffekten på nettverkskort etc er begrenset ihht standarder. Derimot vil en ved bruk av best mulig antenne for det aktuelle bruksområde kunne merke vesentlig forbedring på signalstyrke og hastighet ved mottak. I standard utførelse og bruk er trådløst nettverk ufarlig.
Antennene er ofte såkalte “omni directional som stråler alle veier eller polariserte antenner (retningsbestemte) som er sterkest i en forhåndsdefinert retning. Yagi antenne og “Grid” antenne (som på sett og vis er en forenklet utgave av tradisjonell heldekkende parabol antenne) er en annen type retningsbestemte antenner som kan øke rekkevidden av et wifi signal. Grid antenne har imidlertid den fordelen at de er mindre utsatt for vind som kan endre strålingsvinkelen på antennen. For de som ønsker å eksperimentere med å lage egne antenner er Yagi for mange det enkleste. Men vær nøye med avstander mellom elementene, reflektoren og størrelsen på disse. Også refleksjonene må det taes hensyn til. Til og med en liten USB dongle som erstatter et kretskort for trådløst nettverk kan endre strålingsmønsteret betraktelig ved å snues 45°. Derfor kan det noen ganger være nok å ha en USB kabel som gjør at USB enheten (nettverksenheten med antenne) kan settes på bordet , roteres og/eller settes på veggen. Uansett hvilken antenne en velger er det viktig at en får antenne til wifi/trådløst ethernet når en kjøper fordi det finnes både Yagi antenner og Grid antenner, omnidirectional antenner («pisk») for massevis av trådløse signaler, og de fleste vil f.eks. ikke ønske å komme hjem med en TV antenne.
Bildet nedenfor viser hvordan en antenne kan stråle og hvilken retning det er sterkest signal. Ettersom bildet viser det som mange vil oppfatte som en retningsbestemt antenne vil andre typer antenner gi et helt annet bilde (f.eks. en ring rundt senter av bildet slik vanlige hjemme antenner vil gi, men detter er avhengig av antennens lengde i forhold til bølgelengden). Slike diagrammer som vist nedenfor lages for både horisontale og vertikale signaler. Når en ser på disse vil en forstå at antennens vinkel i forhold til den andre antenna en kommuniserer med vil være viktig mht rekkevidde og dermed også overføringshastighet. Hvis bildet nedenfor hadde vært en «omni directional» (rundstråle) antenne ville vi sett antennen fra oversiden som en prikk og midt i sirkelen.
Det benyttes flere typer konnektorer til antenner for trådløse nett. De vanligste konnektor typene er RP-TNC konnektor, N-konnektor og RP-SMA konnektor. Det er som oftest mulig å få overganger mellom disse løsningene fra bedrifter som leverer flere forskjellige routere, linker, switcher, etc. Dermed kan en bruk antenner fra flere leverandører uten å ta hensyn til konnektoren i samme grad som hvis det ikke fantes overganger.
For de som har mulighet til å sette på ekstern antenne og får behov for antennekabel, så vil kanskje valg av antennekabelen være viktigere enn selve antennen. Forskjell i dempingen kan være ekstrem stor og velger en en rimelig RG58/59 kabel eller tilsvarende så er det viktig å vite at mange mener disse ikke er egnet for mer enn 2-3 meter. Enkelte strekker seg til 5 meter. Men om en velger f.eks en LM400 type kabel så vil signaler bli MYE bedre og dermed også hastigheten. LM400 er derimot stivere og dermed vanskeligere å håndtere. I tabeller tilgjengelig på nettet finner vi at f.eks har en RG58 kabel har en demping på ca 17,5dB på en 30 meters kabel (100 fot), en RG 59 har ca 12,5dB mens en LM(LMR)400 kabel har en demping på ca 4,5 dB. Dette er tall for hastigheter på 1 GHz. Når vi vet at en liten rundstråle antenne (omnidirectional) har en forsterkning på 2-4 B ser vi at dette blir raskt spist opp av dårlig kabel mellom antenne og mottager (switch, router, bridge, PC, etc). Men flere variabler påvirker hastighet. Noe av dette er beskrevet på siden som omhandler mesh og redundant nettverk.
Signalstyrke, rekkevidde og overføringshastighet
Det er 4 viktige begreper en må kjenne til for å forstå signalstyrke, rekkevidde, etc. Disse 4 begrepene er:
- Frekvens som er den frekvensen som sendes/mottas på antenne. De to frekvensene som benyttes for ethernet lan er 2,4GHz og 5GHz.
- Power som er den effekten som blir sendt ut på antenne.
- Strålingsmønster som forteller hvor signalet er sterkest i forhold til antenne. Polar Plot ovenfor er et eksempel på et slikt strålingsmønster.
- Antenne Gain er hvor godt antenne kan utnytte den effekten til signalstyrke og beskrives i desibel (dB). Rent matematisk vil denne «Gain» benevnelsen i dB være 10 logaritmen (log10) til utgangseffekten delt på inngangs effekten.
I praksis betyr dette at om inngangseffekten er 30mW og utgangseffekten er 60mW så vil dette tilsvare 3dB i «gain». For de fleste vil det være nok å huske at om spesifikasjonene tilsier en økning på 3dB så vil dette tilsvare en økning av effekten (i milliwatt) til det dobbelte. Gain er som oftest referert til effekten i dB målt i relasjon til en omni directional antenne (isotropic kilde). I forhold til skjermbildet lenger opp som er hentet fra InSSIDer er altså en økning på 3dB det samme som en dobling av styrken målt i watt (milliwatt). Dette forteller at en liten økning i antall dB gir en stor økning i antall watt. Men effekten som benyttes til å sende signaler er i tillegg veldig avhengig av chipsettet og selve elektronikken i router eller nettverkskort. En router kan f.eks. ha chipset som sender 15dB. Med en antenne på 3dB vil en kunne sende signaler med en styrke på 18dB fra antennen. 802.11a og 802.11n fungerer med forskjellige effekter ut på antenne.
I USA benytter 802.11a henholdsvis 40 mW/200 mW/800 mW mens 802.11n har 50mW/250mW/1000mW for henholdsvis de 4 laveste kanelene, de 15 neste kanalene og de 4 øverste kanalene, totalt 23 kanaler. Her i Europa er maks effekt for de laveste frekvensene 200mW (redusert fra 250mW) for innendørs bruk og 1000mW for de øverste kanalene. Det foreligger imidlertid forskjellig informasjon pga endringer, etc, og de ovennevnte verdiene kan derfor være feil.
For de fleste av oss ere det nok å vite at desto nærmere 0DB en kommer mhp RSSI, desto bedre signal er det- Dette betyr at -100dB blir et veldig dårlig signal.
De fleste produsentene benytter dB som beskrivelse for signalstyrke/følsomhet, men som beskrevet ovenfor kan dette konverteres til mW. En del web sider referer også til % og referer ril 0% til 100% der verdier lavere enn ca 10% er ubrukelig. Men dette er ikke riktig for alle produsenter og vurderingen må derfor sees i sammenheng med hvilket chipn set som benyttes. Dessuten vil effekten alene ikke være nok til å si hvor godt signalet er ettersom også støyforholdet (SNR – Signal Noise Ratio) vil påvirke dette. Slik støy måles med positivt forteg (dvs fra 0dB til 120dB) der det beste miljøet nmed muinst stø\y er miljø der SNR er nærmest mulig 0. Det foreligger forøvrig del udokumenterte tallverdier (det riktige er vel å si at det er jeg som ikke har funnet slik dokumentasjon) som antyder at overføring av data kan være så dårlig som -80dB og likevel fungere, mens tale krever minimum -65dB. Men med så lave verdier kan en oppleve at overføringen går ganske sakte.
Signalstyrke er også et viktig element når det gjelder desigbn av mesh nettverk og å få ned roaming tiden i et slikt wifi nettverk. Lenger opp har vi en link til artikkelen som omhandler dette.
Tegningen nedenfor beskriver antenne løsning ved SISO, SIMO, MISO og MIMO. Dette er en løsning som støttes av 802.11n standarden. Mimo er den mest kjente konfigurasjonen der det benyttes en antenne for sendin og en for mottak på både sender og mottaker. Slik «smart antenne løsning» er nå vanlig på stadig mer trådløst nettverksutstyr som bl.a. routere, etc. Løsningen medfører høyere hastighet på overføringer og til en viss grad også rekkevidde. MISO og SIMO er imidlertid den vanligste kommunikasjonsformen i trådløse nett ettersom antenne på klient maskinene (dvs den PC’en du sitter og arbeider på) oftest er en singel antenne. 2 eller flere antenner blir imidlertid stadig mer vanlig også hos den enkelte bruker/PC, men vær oppmerksom på at det krever «god avstand» mellom antennene i den grad dette er mulig på et begrenset område for å slippe at de støyer på hverandre.
Antall antenner har som tidligere nevnt sterk innvirkning på overføringshastigheten. Men ettersom forskjellige chipset som benyttes og forskjellige standarder støtter forskjellig antall antenner for sending og mottak, så er det ikke bare å hekte på et uendelig antall antenner. Generelt sett vil overføringshastigheten kunne beregnes etter formelen (n x m)/a. I denne formelen sier n hvor mange antenner som benyttes til sending og m beskriver hvor mange antenner som benyttes til mottak. a er max antall datastrømmer som chipset kan håndtere. F.eks støtter 802.11n standarden 4 antenner for sending og 4 antenner for mottak. Samtidig støtter chipsettet 4 samtidige kanaler for dataoverføring. TEORETISK sett skal dette tilsi at 802.11n standarden skal kunne overføre (4 x 4)/4 =4. Med maks antall antenner og med en del andre krav er det TEORETISK mulig å oppnå fra 54Mbit til 600Mbit i 40MHz båndet. I 20MHz båndet er den teoretiske topphastigheten under halvparten av dette. Selv opplever jeg maks 135Mbps med et SISO antennesystem (dvs 1 antenne på router og en antenne på nettverkskort). De andre 802.11 standardene støtter bare 1 antenne. Noen routere støtter både 801.11a og 802.11b/g disse har derfor 2 antenner. Antennene som benytter 802.11n støtter både 5GHz og 2,4GHz.
Materialvalg i vegger, etc
Type bygningsmaterialer eller andre materialer som benyttes i et bygg vil kunne ha innvirkning på signalstyrke, etc. F.eks. vet vi at bygninger i betong gir vesentlig mindre gjennomtrengelig av trådløse signaler uansett hvilke type trådløst nettverk som benyttes. Dessuten vet vi at en del lettvegger i kontor miljø også kan gi redusert signalstyrke fordi rammeverket som benyttes for de tynne platene er av metall. Hvor mye metall er veldig forskjellig. Lettvegger i boliger er derimot som oftest basert på reisverk i tre og vil dermed i mange situasjoner gi litt bedre signal. Forskjellene er ofte ikke så veldig store. Noen mener at bad og kjøkken som har mye rør i metall som er jordet også kan redusere signalstyrken. Noen boliger og en ganske stor andel bedrifter har enten en metall folie eller et slags solfilter basert på metallpartikler på vinduer (sotete vinduer). Dette KAN til en viss grad speile signaler i trådløse nett og redusere signalstyrken. For noen år tilbake ble det populært å bygge vegger av speil i butikker, kontorer og hjemme for å få mer romvirkning. Om veggene nærmer seg 2 x 3 meter vil det garantert skape refleksjoner av signalene. Mange av beskrivelsene ovenfor er imidlertid basert på det værst tenkelige resultatet ved valg bygningsmaterialer inne og ute. Hvor mye signalene kan reduseres er vanskelig å si sikkert, men det er ingen tvil om at det f.eks. finnes bedrifter som opplever forskjellig signalstyrke i kontorer med hel lettvegg og kontorer med glassvegg ut mot fellesarealer. En grei måte å avlese signalsyrken er å benytte en av de programpakkene som er nevnt høyere opp. Alternativt finnes det også tilsvarende softwareløsninger beregnet på smarttelefoner med Wifi interface.
Flere detaljer om ethernet og 802.11 standardene kan hentes fra IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee.
Copyright © 2020
Jørn Jensen
Gjengitt med tillatelse.
Om ønsker informasjon som ikke finnes på våre sider, ber vi deg kontakte oss med f.eks. en mail til vår support avdeling. Vi vil da forsøke å få opp mer informasjon så raskt som mulig.