Wifi – trådløst nettverk

På slutten av nittitallet opprettet standardiseringsorganisasjonen IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) den første standarden for trådløse nettverk som fikk navnet 802.11. Utviklingen har fortsatt, og 802.11 er nå tilgjengelig i flere forskjellige versjoner, blant annet Wireless B (802.11b), Wireless G (802.11g), Wireless N (802.11n) og Wireless AC (802.11ac). Alle trådløse nettverksprodukter (for eksempel USB-nettverkskort, rutere og tilgangspunkter) er basert på noen av disse standardene.

Hovedforskjellen mellom standardene ligger i deres teoretiske maksimumshastighet. Opprinnelige hadde Wireless B støtte for overføringshastigheter på opptil 11 Mb/s. Det er betydelig langsommere enn de 433 Mb/s som de nyeste standardene (Wireless AC) tilbyr. Wireless N, som er den mest utbredte standarden i dag, tilbyr hastigheter på opptil 150 Mb/s.

Wireless N-rutere og tilbehør kan ha ulikt antall antenner. Det er fordi de ofte arbeider med flere parallelle datastrømmer, noe som betyr at de sender flere signaler for dermed å oppnå høyere hastigheter. Teknologien kalles MIMO (Multiple Input Multiple Output) elle SU-MIMO (Single User Mimo).

Wireless N-produkter uten SU-MIMO-teknologi har bare én antenne. En slik ruter og et samsvarende nettverkskort kan sende data til hverandre i opptil 150 Mb/s.

2,4 GHz-båndet er standardfrekvensbåndet for trådløse nettverk. Det er et svært trafikkert frekvensbånd, noe som gjør at faren for forstyrrelser er stor. Forstyrrelsene kan forårsakes av blant annet mikrobølgeovner, trådløs videooverføring, Bluetooth-enheter og trådløse mus. Hvis den trådløse nettverksoverføringen forstyrres, må datapakkene sendes på nytt, noe som fører til at overføringshastigheten synker.

På toppen av det hele forstyrres naboenes trådløse nettverk av hverandre. I de fleste rutere kan en under installasjonen velge mellom 13 forskjellige kanaler (eller la ruteren velger automatisk). Problemet med disse kanalene er at flere av dem overlapper hver­andre. Av historiske årsaker er det spesielt kanal 1, kanal 6 og kanal 11 som brukes, siden disse kanalene ikke overlapper hverandre. Det er mulig å effektivisere frekvensbruken, men siden det krever at alle konfigurerer ruterne på nytt, er det svært vanskelig å gjennomføre. Dette betyr at det bare er plass til tre nettverk i 2,4 GHz-båndet uten at de forstyrre hverandre.

Det holder imidlertid med at det er ett (1) annet trådløse nettverk i nærheten for at den trådløse ytelse skal synke. En ruter kan bruke 20 MHz eller 40 MHz brede kanaler i 2,4 GHz-båndet. Jo større kanalbredde (antall MHz) det trådløse nettverket får bruke, desto høyere hastighet kan det holde. Det er imidlertid sjelden at ruteren kan dra nytte av de 40 MHz brede kanalene i 2,4 GHz-båndet. Hvis ruteren registrerer at det finnes andre nettverk i nærheten, går det automatisk ned til 20 MHz kanalbredde for å gjøre plass til flere trådløse nettverk. Hvis ikke, hadde det ikke engang vært plass til tre trådløse nettverk. Dette fører igjen til at ytelsen synker. 

Heldigvis finnes det en løsning på problemet. Med Wireless N-standard kan de trådløse nettverkene også bruke kanaler i 5 GHz-båndet. Der er det plass til mange flere nettverk, og det er mye færre forstyrrelser.

Bruk av 5 GHz-båndet krever at ruteren og nettverkskortene har støtte for kommunikasjon via 5 GHz-båndet. Heldigvis er det stadig mer vanlig med 5 GHz-støtte, men det finnes fortsatt mange eldre rutere, datamaskiner, nettbrett og så videre, som ikke har støtte. Rutere som støtter 5 GHz-båndet kalles dual-band-rutere (fordi de kan arbeide i to frekvensbånd). Det er svært uvanlig å ha rutere som bare fungerer i 5 GHz-båndet. Dette er fordi mesteparten av dagens trådløse nettverksutstyr ikke har 5 GHz-støtte. 2,4 GHz-båndet har også bedre rekkevidde, noe som omtales senere i dette kapittelet.

Single-band-rutere har bare én SSID (trådløst nettverksnavn). Dual-band-rutere har to slike: én for 2,4 GHz-båndet og én for 5 GHz-båndet. De trådløse nettverkene kan for eksempel hete henholdsvis Kjellnet 2,4 GHz og 5 GHz Kjellnet.

De to viktigste forskjellene mellom ulike Wireless N-rutere er om de har støtte for dual-band og hvor mange datastrømmer de kan arbeide med. De enkleste Wireless N-ruterne mangler dual-band-støtte og arbeider med bare én datastrøm. De mest avanserte Wireless N-ruterne har dual-band-støtte og arbeider med tre datastrømmer.

Ruterprodusentene pleier å merke sine Wireless N-rutere med bokstaven N etterfulgt av et nummer (for eksempel 300). Betegnelsen refererer til hvor mange megabit per sekund som rutere kan flytte. For dual-band-rutere summeres databåndbredden i de to frekvensbåndene. En ruter som klarer opptil 450 Mb/s i 2,4 GHz-båndet og 450 Mb/s i 5 GHz-båndet, kalles derfor N900-ruter (450 + 450 Mb/s).

Nedenfor er en liste over hva betegnelsene vanligvis refererer til.

En N600-ruter kan ikke levere 600 Mb/s til én enkelt klient (fordi klienten kobler til ett av de to frekvensbåndene). Ruteren kan imidlertid levere opptil 600 Mb/s totalt hvis en klient kobler til 2,4 GHz-båndet (300 Mb/s) og en annen klient kobler til 5 GHz-båndet (300 Mb/s). Sammenlign det med hva ville skjedd om begge klientene hadde koblet til en N300-ruter. Da måtte de delt på den totale båndbredden (det vil si totalt 150 Mb/s hver hvis de hadde belastet ruteren jevnt).

Akkurat som rutere finnes Wireless N-nettverkskort i forskjellige utførelser. Dette gjelder både separate kort som kobles til datamaskiner, og de som er innebygd i blant annet datamaskiner, mobiltelefoner og nettbrett.

Nettverkskortene er forskjellige på de samme punktene som ruterne. De kan enten ha eller mangle støtte for 5 GHz-båndet, og de kan arbeide med ulike antall datastrømmer. De raskeste nettverkskortene har støtte for tre datastrømmer og kan overføre data i opptil 450 Mb/s.

Siden mesteparten av trafikken mellom en ruter og en bærbar klient går fra ruteren til klienten (det vil si at klientens nettverkskort mottar data), kan enkelte nettverkskort motta flere datastrømmer enn de kan sende. Nettverkskortene i det etterfølgende bildet har begge støtte for mottak av data i opptil 300 Mb/s (to datastrømmer), men den mindre modellen kan bare sende data i 150 Mb/s (én datastrøm).

De fleste av dagens nye rutere er basert på Wireless AC-standarden, som retronymt kalles Wireless AC Wave 1-standarden. Det er ment som et supplement i stedet for en erstatning for Wireless N-standarden. I motsetning til eldre standarder bruker Wireless AC-standarden utelukkende 5 GHz-båndet. Til tross for dette er Wireless AC-produkter fullstendig bakoverkompatible. De bruker nemlig Wireless AC i 5 GHz-båndet og Wireless N i 2,4 GHz-båndet.

Den store nyheten med Wireless AC er høyere hastighet per datastrøm: opptil 433,3 Mb/s. Akkurat som med Wireless N, er det mulig å kombinere opptil tre datastrømmer, noe som gir hastigheter på opptil 1 300 Mb/s.

Hovedforskjellen mellom Wireless AC-rutere er hvor mange parallelle datastrømmer de kan arbeide med. For å indikere ytelsen bruker ruterprodusentene benevnelser som begynner med bokstavene AC og etterfølges av et tall. Tallet tilsvarer den avrundede totale databåndbredden (summen av databåndbredden for de to frekvensbåndene). AC1750 betyr at ruteren håndterer opptil 1 300 Mb/s med Wireless AC i 5 GHz-båndet og 450 Mb/s med Wireless N i 2,4 GHz-båndet.

Nedenfor er en liste over hva betegnelsene vanligvis refererer til.

* Bruker Turbo-qam.

Det er mulig å koble Wireless N-klienter til Wireless AC-rutere i 5 GHz-båndet, selv om det påvirker ytelsen negativt for tilkoblet Wireless AC-utstyr.

Rutere som er av typen AC1900 har støtte for en teknologi som kalles Turbo-qam. Det gjør at de kan overføre opptil 1 300 Mb/s i 5 GHz-båndet (akkurat som AC1750-rutere) og hele 600 Mb/s i 2,4 GHz-båndet (for å sammenligne med 450 Mb/s for AC1750-rutere). Turbo-qam gir Wireless N noen av fordelen fra Wireless AC-teknologien, noen som betyr at hastigheten per datastrøm øker til 200 Mb/s. AC1900-rutere bruker tre parallelle datastrømmer, og når dermed opptil 600 Mb/s i 2,4 GHz-båndet.

For å dra nytte av Turbo-qam-teknologien må også klienten som kobler til, ha Turbo-qam-støtte. Dette er relativt uvanlig i dag (august 2015), men det finnes nettverkskort fra blant annet Asus som har støtte. Teknologien er heldigvis fullstendig bakoverkompatibel, noe som betyr at vanlige Wireless N-klienter kan koble til som vanlig til en Turbo-qam-kompatibel ruter. Da senkes hastigheten per datastrøm av åpenbare grunner (fra 200 Mb/s til 150 Mb/s).

I virkeligheten gir AC1900-rutere sjelden høyere ytelse enn AC1750-rutere. Dette er fordi de virkelig høye hastighetene gjøres mulig i 5 GHz-båndet. Der er de to ruter­typene like raske. AC1900-rutere kan gi høyere ytelse ved svært lang avstand, fordi rekke­vidden er den store fordelen med 2,4 GHz-båndet.

Akkurat som Wireless N-nettverkskortene finnes Wireless AC-nettverkskortene i forskjellige utførelser. Dette gjelder både separate kort som kobles til datamaskiner, og de som er innebygd i blant annet datamaskiner, mobiltelefoner og nettbrett.

Wireless AC-nettverkskort for datamaskiner kan håndtere mange forskjellige datastrømmer og kobles til med forskjellige fysiske grensesnitt. Nettverkskortet har ofte navn etter hvilken ruter de passer til, for eksempel AC1900. Det er imidlertid litt misvisende når nettverkskortet selv (i motsetning til rutere) aldri arbeider i begge frekvensbåndene samtidig. Et nettverkskort som kan overføre data i opptil 1 300 Mb/s er det raskeste nettverkskortet for både en AC1750- og en AC1900-ruter.

Alle Wirelett AC-nettverkskort er fullstendig bakoverkompatible med eldre rutere, noe som gjør at de kan koble til alle nettverk uavhengig av frekvensbånd og trådløs standard. Enkelte Wireless AC-nettverkskort har støtte for Turbo-qam, mens andre mangler det.

De vanligste fysiske grensesnittene for Wireless AC-adapteren er USB 2.0, USB 3.0 og PCI-express. Av disse grensesnittene er USB 3.0 og PCI-express å foretrekke, fordi USB 2.0 grensesnittet er tregere enn mange Wireless AC-tilkoblinger. Hvis nettverkskortet bare har støtt for én Wireless AC-datastrøm (opptil 433 Mb/s), går det fint å koble til med USB 2.0, men for raskere nettverkskort blir USB 2.0 en flaskehals. Et tostrømsnettverkskort med USB 2.0 kan likevel være raskere enn et énstrømsnettverkskort med samme grensesnitt. USB 2.0 har en teoretisk maksimumshastighet på 480 Mb/s og en faktisk hastighet på ca 320 Mb/s. Et énstrømsnettverkskort kommer aldri opp i 320 Mb/s i virkeligheten, noe et tostrømsnettverkskort imidlertid kan gjøre.

Den stadig økende etterspørselen etter høyere trådløse nettverkshastigheter bidro til at Wireless AC-standarden ble utgitt før det var helt ferdig. Enkelte teknologier som var ment å bli brukt i Wireless AC-standard, ble utsatt for å implementeres på et senere tidspunkt. Disse teknologiene har siden høsten 2014 begynt å dukke opp i produkter i det nordiske markedet. Produkter som bruker teknologiene sies å være basert på den andre versjonen av Wireless AC-standarden, kjent som Wireless AC Wave 2.

En av de nye teknologiene i Wireless AC Wave 2 er MU-MIMO (Multi User Multiple Input Multiple Output). Det er utviklet for å forbedre den faktiske ytelsen i trådløse nettverk med mange tilkoblede enheter. Forskjellen mellom SU-MIMO og MU-MIMO kan oppsummeres slik: SU-MIMO øker hastigheten mellom ruteren og en tilkoblet enhet, MU-MIMO øker hastigheten mellom ruteren og mange tilkoblede enheter.

Hvis en Wireless AC-ruter har støtte for å arbeide med tre parallelle datastrømmer, og en tilsvarende Wireless AC-datamaskin kobles til, kommer den teoretiske hastigheten mellom ruteren og datamaskinen til å være opptil 1 300 Mb/s. Hvis to trestrømskompatible Wireless AC-datamaskiner kobles til ruteren, må de dele på den teoretisk maksimums­hastigheten. Hvis en av de to datamaskinene surfer lett på nettet og den andre laster ned store filer, vil surfedatamaskinen få færre megabit per sekund og den andre datamaskinen få flere megabit per sekund. Hvis de to datamaskinene både laste ned filer (og ingen av dem har blitt prioritert opp i ruteren), får hver av dem halvparten av den teoretiske hastigheten. Hvis tre jevnt belastede og trestrømskompatible Wireless AC-datamaskiner kobler til samtidig, får hver av dem en tredjedel av den teoretiske hastigheten. Så langt er alt som det skal. Problemet oppstår når en tregere klient kobler til. Uten MU-MIMO-støtte vil de tilkoblede klientene trekke ned hastigheten for hverandre.

En ruter med tre tilkoblede énstrømsklienter hadde under optimale forhold kunnet sende 433 Mb/s til hver av de tilkoblede klientene. Problemet er at uten MU-MIMO-støtte kan ikke ruteren gjøre dette. Den må i stedet sende data til hver av de tilkoblede klientene i den respektive klients maksimumshastighet. Når ruteren må sende data i 433 Mb/s i stedet for 1 300 Mb/s, tar det tre ganger så lang tid å overføre dataene. Hvis de tre enstrømskompatible Wireless AC-klientene belaster ruteren jevnt (laster ned like mye data og med samme prioritet), får de maksimumshastigheter på opptil 144 Mb/s (433 Mb/s dividert på tre).

Rutere som har støtte for Wireless AC Wave 2 kan dra nytte av MU-MIMO-teknologien. De kan dessuten oppnå enda høyere trådløse hastigheter. Wireless AC Wave 2 introdusert nemlig støtte for å arbeide med fire parallelle datastrømmer. Det gir trådløse hastigheter på opptil 1 733 Mb/s.

MU-MIMO-teknologien kommer på sikt til å løse problemet med mange trådløse klienter. Siden det allerede er stor etterspørsel etter en løsning som fungerer med dagens produkter, har ruterprodusentene utviklet modeller som kalles trippel-band-rutere. ­Akkurat som det er hørt på navnet arbeider disse rutere med tre bånd: delvis det vanlige 2,4 GHz-båndet og delvis to bånd i det brede 5 GHz-båndet.

Trippel-band-rutere har vanligvis støtte for tre parallelle datastrømmer i de tre båndene. Det gjør at de kan overføre opptil 3 200 Mb/s. I 2,4 GHz-båndet kan de overføre til 600 Mb/s (takket være Turbo-qam), og i begge 5 GHz-båndene kan de overføre opptil 1 300 Mb/s (2 600 Mb/s totalt). Denne rutertypen kalles AC3200.

 * Bruker Turbo-qam.

Poenget med de doble 5 GHz-båndene er muligheten til å skille raske og trege klienter. De raskeste Wireless AC-klientene får koble til det ene 5 GHz-båndet. De langsommere Wireless AC-klientene og raskere Wireless N-klientene, får koble til det andre 5 GHz-båndet. 2,4 GHz-båndet brukes fortsatt til klienter som skal koble til på over lange avstander, og klienter som ikke har støtte for 5 GHz-båndet.

Hvor høy hastigheten i et trådløst nettverk blir i virkeligheten avhenger av avstand, vegger, forstyrrelser og hvilket frekvensbånd som brukes. Her er et eksempel for å vise ytelsesforskjellen mellom de to båndene.