Привет Хабр! Меня зовут Алексей и я занимаюсь беспроводными технологиями. В прошлой статье WiFi-mesh или ретранслятор: разбираемся в технологиях покрытия беспроводных сетей @roofcatпопросил написать продолжение про easymesh и wired backhaul, а @krilovи @Astroscopeчуть больше внимание уделить беспроводным способам подключения. Чтож с удовольствием выполняю их просьбы. И постараюсь рассмотреть 7 разных способов организации беспроводной сети в отдельно стоящем здании. Постараюсь все написать максимально простым языком понятным для широкой публики. И прошу извинения у настоящих профи для вас все может быть слишком примитивно.
Постановка задачи
Предположим, что у нас есть отдельно стоящее, двухэтажное здание в котором необходимо сделать возможность подключаться к беспроводной сети из любой точки помещения. Совсем не важно, что это за здание. Это может быть жилой коттедж или небольшой офисный центр или что-то еще. В стартовых условиях у нас уже установлен на первом этаже wi-fi роутер подключенный провайдером к глобальной сети. Поэтому задача будет сводится к масштабированию существующего подключения. Итак начнем. Способ первый - использование powerline адаптеров.
Способ 1: PowerLine адаптеры
Сама идея передачи данных по электрическим сетям появилась еще в начале XX века для диспетчерской связи между энергетическими узлами. Однако современные powerline технологии для домашнего использования начали развиваться только в 2000 году с создания HomePlug Powerline Alliance. Первые потребительские устройства появились в начале 2000-х со скоростью 14 Мбит/с.
Примерно, тогда мне впервые удалось потрогать это чудо руками. Тогда я был еще студентом университета и кто-то из шефов нашей лаборатории, в рамках какого-то гранта купил пару этих замечательных устройств. На сколько я могу помнить они особо нам были не нужны, но по всей видимости у шефа был зуд ко всему новому и раз была возможность приобрести новинку, то почему бы и нет. Не скажу, что они нас тогда впечатлили. Скорость была низкая, подключение не стабильное. В общем тогда мы списали все на старую университетскую электропроводку и поигравшись пару недель благополучно забыли о навинке.
Второе знакомство произошло уже годах в 10 когда кабельный интернет был еще не слишком доступен и у нас с моим соседом по дому появилась идея таким образом расшарить подключение от провайдера на две квартиры. Но как тогда выяснилось PowerLine адаптеры не могут преодолевать электросчётчики. Честно говоря, не знаю было ли это проблемой технологии или конкретной модели. Но после этого у меня сложилось скептическое отношение к данным устройствам.
Третий раз сеть на основе Powerline попалась мне буквально в прошлом году. Увидел её в коттедже своего друга. В целом по его словам решение вполне терпимое, но есть пару нюансов: разная доступность в разных сегментах электропроводки и очень сильные помехи от некоторых электроприборов. Так, например, включенная стиральная машинка процентов на 40% режет скорость, а в режиме отжима бывает что и на все 90%. Но довольно воспоминаний, перейдем к тому как это работает.
Принцип работы
PowerLine адаптеры кодируют цифровые данные в высокочастотный сигнал, который передается по существующей электропроводке параллельно с обычным электричеством. Один адаптер подключается к роутеру и розетке, второй — в любой другой комнате к розетке и устройству. Есть адаптеры которые представляют только LAN порт. Есть такие которые имеют на борту Wi-Fi точку доступа.
Преимущества и недостатки
Плюсы:
Простейшая установка — просто воткнуть в розетку
Не требует прокладки кабелей
Работает через толстые стены
Большинство моделей имеет встроенную розетку
Минусы:
Сильная зависимость от качества проводки
Нельзя подключать через UPS или сетевые фильтры
Помехи от бытовых приборов
Работает только в пределах одной фазы электросети
Реальная скорость часто вдвое меньше заявленной
Способ 2: Wi-Fi повторители (репитеры) — простое усиление сигнала
Второй способ предлагает не использовать кабельную инфраструктуру, а действовать сразу в лоб - если у нас уже есть Wi-Fi сеть почему бы её не усилить каким-либо способом. Это можно сделать с помощью репитера или по другому повторителя беспроводного сигнала.
Принцип работы
Повторитель принимает Wi-Fi сигнал от основного роутера, усиливает его и ретранслирует дальше. Работает как «посредник» между роутером и устройствами в мертвой зоне. Современные модели могут как создавать отдельную сеть так и дублировать существующие. Но главное что нужно помнить, что каждый "прыжок" через репетир снижает скорость на 50%. Все из-за принципа "один говорит остальные молчат" про который мы говорили в прошлой статье. Использовать можно, но рекомендуется в качестве временного простого решения, и где-то на границах сети. Например, чтобы "добросить" интернет до дачного туалета.
Способ 3: Несколько маршрутизаторов с разными Wi-Fi сетями
Для реализации этого способа нам потребуется провести некоторую подготовку и развести по зданию витую пару. То есть в те помещения в которых у нас должен быть уверенный прием мы прокладываем кабель от первого стартового, роутера в котоый приходит подключение от провайдера. Если в старом роутере достаточно портов - подключаем на прямую, если нет то ставим дополнительный коммутатор. Ну а дальше действуем просто в лоб по следующему алгоритму:
В каждой комнате ставим свой Wi-Fi роутер и подключаем его WAN порт к LAN порту первого роутера.
На каждом роутере создаем свою беспроводную сеть для удобства с названием помещения. Например, Gostinaya или Bedroom
Минусами такого решения при очевидных плюсах будут
Необходимость прокладки кабелей
Задержка при переподключении
Периодически возникающая необходимость подключаться вручную когда клиентское устройство не может понять что ты уже в зоне другого роутера
Отсутствие роуминга между сетями
Разные пароли для каждой сети
Двойной NAT
Способ 4: Маршрутизаторы с одинаковыми SSID — попытка роуминга
Можно ли как-то, малой кровью, улучшить предыдущий способ. Да. Логичное развитие третьего способа — настройка всех роутеров с одинаковыми именем сети и паролем. Теоретически это должно обеспечить бесшовный переход между точками. Но на практике будет большинство все тех же проблем. Даже при одинаковом имени сети клиент вынужден будет получать IP-адрес при подключении к новой точки доступа. Эту будет влиять на скорость подключения и в ряде случаев может "озадачить" клиента и потребуется забывать подключенные сети. Кроме того не уйдет и проблема двойного NAT.
Double NAT возникает, когда два устройства в сети выполняют преобразование адресов одновременно. Пакеты данных преобразуются дважды, что может вызвать проблемы с онлайн-играми, VPN-подключениями и видеоконференциями.
Способ 5: Роутеры в режиме моста — решение проблемы NAT
Давайте будем двигаться постепенно и попробуем улучшить способ №4. Сделать это можно оставив в сети только один маршрутизатор и один DHCP сервер - на первом стартовом роутере. По сути, мы переводим все остальные роутеры в режим "сетевой мост". В этом случае мы будем иметь следующий набор плюсов и минусов:
Плюсы:
Устранение проблемы двойного NAT
Быстрый роуминг между роутерами
Единая подсеть для всех устройств
Минусы:
Сложность настройки для неподготовленных пользователей
Потеря некоторых функций на дополнительных роутерах
Необходимость понимания принципов работы сети
Способ 6: Точки доступа с Wi-Fi контроллером — профессиональный подход
Важно понять, что дойдя до этого способа. Мы по сути превратили маршрутизатор в точку доступа. Сегодня, часто возникают вопросы и путаница относительно двух этих устройств. Например, в уже упомянутой статье @dm_dekoзадавал похожий вопрос. И это совершенно справедливо. Так как сегодня, большинство роутеров можно заставить работать и в режиме точки доступа и в режим маршрутизатора. Для удобства я собрал отличия в следующую таблицу.
Характеристика | Беспроводной роутер | Точка доступа |
|---|---|---|
Функции | Маршрутизация, NAT, DHCP, Firewall | Только беспроводной доступ |
Автономность | Работает независимо | Требует подключения к сети |
Порты | Множественные LAN/WAN порты | Обычно 1 LAN порт |
Управление | Индивидуальная настройка | Централизованное управление |
Применение | Дома и малые офисы | Корпоративные сети |
Точка доступа — это по сути "урезанный" роутер без функций маршрутизации. Она только передает трафик между беспроводными и проводными сегментами сети. Для нас главным отличием будет необходимость использования wi-fi точки доступа совместно с беспроводным контроллером. Первые Wi-Fi контроллеры появились еще в начале 2000-х для управления корпоративными сетями. Cisco представила свои первые контроллеры серии 2000 в 2005 году, что стало началом эры централизованного управления беспроводными сетями.
Контроллер беспроводной сети (WLAN-контроллер) — это специализированное устройство предназначенное для централизованного управления несколькими точками доступа в Wi-Fi сетях. Он не является маршрутизатором или межсетевым экраном, а выступает как "мозг" сети, координируя работу точек для обеспечения стабильности, безопасности и эффективности.
Контроллер выполняет автоматический поиск и настройку точек доступа, обновление их прошивки, а также анализ радиочастотного спектра для регулировки мощности сигнала и каналов, минимизируя помехи. Он может действовать как DHCP-сервер для распределения IP-адресов, централизованно авторизовывать пользователей и обеспечивать бесшовный роуминг, когда устройства переходят между точками без потери соединения. Дополнительно контроллер мониторит производительность сети в реальном времени, балансирует нагрузку и предоставляет сервисы, такие как определение местоположения устройств или гостевой доступ.
Сегодня есть разные варианты реализации контроллеров:
Для крупных сетей. Промышленные, контроллеры. Часто стоичного форм-фактора, устанавливаемые непосредственно в контуре сети. Например, решения от Cisco:
AIR-CT5508-25-K9: до 25 точек доступа
AIR-CT5520-K9: до 1500 точек доступа
Полная интеграция с корпоративной инфраструктурой
Поддержка 802.11ac Wave 2, централизованная безопасность, авторизация, автонастройка и т.д.
Для небольших сетей SOHO сегмента решения могут быть попроще и могут поставлятся как в качестве аппаратно решения так и программного для самостоятельной установки. Например, TP-Link Omada представляет собой достаточно легкий но вместе с тем функциональный контроллер.
Также существуют облачные контроллеры, например, те же Omada или Ternex, которые позволяют управлять пулом точек доступа но при этом не заморачиваться с установкой и настройкой самого контролера.
В целом данный способ имеет большое количество плюсов:
Централизованное управление: одна консоль для всех точек доступа
Продвинутый роуминг: технологии 802.11k/r/v для быстрого переключения
Балансировка нагрузки: автоматическое распределение клиентов
Гостевые сети: изолированный доступ с порталом авторизации
Мониторинг в реальном времени: детальная статистика и диагностика
Но главный минус это (если не говорить об облачных решениях) достаточно сложное и дорого решение требующее постоянного обслуживания.
Способ 7: Mesh-системы и стандарт EasyMesh — будущее беспроводных сетей
А что если нам вообще отказаться от проводов и заставить роутеры обмениваться данными в режиме mesh-сети. На первый взгляд может показаться, что это решение будет похоже на использование повторителей. Но нет. Разница кардинальная и кроется в двух пунктах. Первый - сеть на основе повторителей повторяет все что в ней транслируется. В mesh-сети вещание проходит по определенному маршруту и роутеры или точки доступа находящиеся на другом конце сети могут спокойно себя чувствовать не принимая участия в передаче не предназначенного для них трафика. Второй - передача трафика между двумя беспроводными mesh узлами будет проходить с использованием одного диапазона. Иными словами мы можете соединить две точки доступа в меш сеть между собой только в пятом диапазоне, а с клиентами обмениваться данными на разных каналах диапазона два и четыре (у разных роутеров). Трех диапазонные роутеры делают эту картину еще более привлекательной.
Концепция mesh-сетей (ячеистых сетей) существует с 1980-х годов. В контексте Wi-Fi mesh-технологии начали активно развиваться в 2005-2010 годах. Стандарт EasyMesh был анонсирован Wi-Fi Alliance в мае 2018 года для обеспечения совместимости устройств разных производителей.
Принципы работы Mesh
Самоорганизация: узлы автоматически находят оптимальные пути передачи данных
Самовосстановление: при выходе узла из строя сеть автоматически перестраивает маршруты
Единая сеть: все устройства подключаются к одной Wi-Fi сети с бесшовным роумингом
Интеллектуальная маршрутизация: данные идут по наиболее эффективному пути
До сравнительно недавнего времени mesh сеть можно было организовать только с использованием устройств одного производителя. Правила игры изменил EasyMesh позволяющий собирать mesh-сеть из разношерстного оборудования устанавливая на него агенты для централизованного управления.
Принцип работы EasyMesh
EasyMesh использует двухуровневую архитектуру управления:
Контроллер — логическая сущность, которая может быть частью любого устройства сети или шлюза. Контроллер отвечает за:
Подключение к сети других устройств с поддержкой EasyMesh
Сбор метрик и данных о технических возможностях устройств
Управление рабочими режимами агентов точек доступа
Определение оптимальных путей передачи данных
Агенты — логические объекты, которые:
Выполняют команды контроллера
Отправляют данные о своем состоянии контроллеру
Выступают в роли интерфейса для клиентских устройств
Обеспечивают беспроводной доступ для конечных устройств
После размещения точек доступа агенты устанавливают соединение с сетью для передачи данных через Wi-Fi или проводное соединение. Контроллеры и агенты обнаруживают друг друга с помощью специального протокола
Идем дальше
На мой взгляд для небольшого здания - mesh-сети это самое удачно решение. Но можно ли его улучшить еще больше? Да такой способ существует. И он заключается в использовании той кабельной инфраструктуры которую мы использовали в предыдущих способах (с 3 по 6 ) для mesh-сетей.
Дело в том что mesh может быть реализован в двух Backhaul режимах:
Wi-Fi Backhaul: беспроводное соединение между узлами
Простота развертывания
Снижение общей пропускной способности
Подходит для временных установок
Wired Backhaul (Ethernet Backhaul): проводное соединение
Максимальная скорость и стабильность
Освобождение Wi-Fi каналов для клиентов
Автоматическое переключение на беспроводной при разрыве кабеля
Теперь мы используем смешанный тип подключения, там где у нас есть кабель мы подключаем mesh роутеры кабелем, там где кабеля нет они соединяются по беспроводному каналу. Такой подход позволяет добиться стабильного подключения и высокой скорости без использования дорогих решений и привлечения обслуживающего персонала. Если же к данному решению добавить еще облачный контроллер (такие решения на рынке есть) то мы получим решение близкое по функциональности к корпоративным аналогам.
Заключение
За 25 лет развития беспроводных технологий мы прошли путь от примитивных повторителей до интеллектуальных mesh-систем. Каждый из рассмотренных способов имеет свое место в экосистеме решений, но будущее однозначно за mesh-технологиями стандарта EasyMesh.
Правильный выбор зависит не только от технических требований, но и от бюджета, планов развития сети и уровня технической подготовки пользователей. Главное — помнить, что идеальная беспроводная сеть создается не покупкой дорогого оборудования, а грамотным планированием и поэтапной реализацией.
Какой способ выбрали бы вы для своего объекта? Делитесь опытом в комментариях! Также буду рад если вы поделитесь способами которые я возможно упустил.
