Сетевое и системное администрирование

Aladdin

Темы

Сетевые протоколы и коммуникации
Сетевой доступ;
Сетевые технологии Ethernet
Сетевой уровень
IP-адресация
Разделение IP-сетей на подсети
Коммутируемые сети
Основные концепции и настройка
Виртуальные локальные сети (VLAN)
Маршрутизация между VLAN
Избыточность LAN
Агрегирование каналов

Теория

Aladdin

OSI (Open Systems Interconnect)

Сетевое взаимодействие происходит через устройства и программы от разных производителей. До появления стандартов каждый производитель (IBM, Apple, DEC) создавал свои сетевые протоколы. Компьютеры разных фирм просто не могли “говорить” друг с другом.

Поэтому в 1984 году организация ISO предложила эталонную модель OSI (Open Systems Interconnection) — универсальную схему, описывающую, как данные проходят путь от приложения до провода и обратно.

OSI делит весь процесс сетевого взаимодействия на 7 уровней (слоёв). Каждый уровень решает строго свою задачу и общается только с соседними уровнями — верхним и нижним.

#	Уровень	Название (EN)	Единица данных	Что делает	Примеры протоколов / технологий	Устройства
7	Прикладной	Application	Данные	Взаимодействие приложения с сетью	HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, DNS, SSH	—
6	Представления	Presentation	Данные	Кодирование, шифрование, сжатие	SSL/TLS, JPEG, PNG, ASCII, JSON	—
5	Сеансовый	Session	Данные	Управление сеансами связи (открытие, поддержание, завершение)	RPC, NetBIOS, PPTP	—
4	Транспортный	Transport	Сегмент / Датаграмма	Доставка данных между процессами, контроль целостности и порядка	TCP, UDP, QUIC	Шлюзы
3	Сетевой	Network	Пакет	Логическая адресация и маршрутизация между сетями	IP, ICMP, ARP, OSPF, BGP	Маршрутизатор (Router)
2	Канальный	Data Link	Кадр (Frame)	Передача между соседними узлами, MAC-адресация, обнаружение ошибок	Ethernet (802.3), Wi-Fi (802.11), PPP	Коммутатор (Switch), Мост (Bridge)
1	Физический	Physical	Биты	Передача битов в виде сигналов (электрических, оптических, радио)	USB, RJ-45, оптоволокно, Bluetooth (физ. часть)	Хаб (Hub), Репитер, Кабели

Модель OSI решила две главные задачи:

Совместимость: Она заставила всех производителей играть по одним правилам. Теперь сетевая карта от Realtek понимает данные, отправленные роутером Cisco.
Декомпозиция (Разделение ответственности): Сложный процесс сетевого обмена разбит на 7 простых этапов (уровней). Это позволяет инженерам локализовать проблему.
Пример: Если у вас нет интернета, вы сначала проверяете кабель (1-й уровень), затем IP-адрес (3-й уровень), и только потом настройки браузера (7-й уровень).

Aladdin

Физический Уровень

Физический уровень — это самый нижний (первый) уровень модели OSI. Его единственная и главная задача — передача «сырых» битов (0 и 1) через физическую среду от одного устройства к другому.

Он не знает, что означают эти биты (текст, видео или команда), и не отвечает за их логическую доставку. Его работа заканчивается там, где начинается канальный уровень (второй уровень).

Конкретные задачи, которые решает физический уровень:

Преобразование данных в сигнал: Принимает поток битов от канального уровня и преобразует его в электрические, оптические или радиосигналы для передачи по носителю.
Стандартизация подключения: Определяет все физические характеристики соединения:
- Механические: форму и размер разъемов (например, RJ-45).
- Электрические: уровни напряжения для «0» и «1».
- Функциональные: назначение каждого контакта в разъеме.
Выбор среды передачи: Работает с конкретным носителем — медным кабелем, оптоволокном или радиоэфиром.
Управление скоростью: Задает скорость передачи данных (битрейт) по каналу связи.

Физический уровень создает надежный, но «глупый» канал для передачи битов. Он обеспечивает базовую аппаратную совместимость, позволяя любым устройствам, следующим одним и тем же стандартам, обмениваться данными на самом фундаментальном уровне. Без него вся сетевая коммуникация была бы невозможна.

Среды передачи данных

Физический уровень определяет, по какому физическому каналу будут перемещаться биты. Выбор среды — это ключевое решение, которое влияет на скорость, дальность, надёжность и стоимость всей сети. Каждая среда использует свой способ передачи сигнала: электрический ток по медному проводу, свет по стеклянной нити или радиоволны через воздух.

Сравнение сред передачи (кратко)

Среда	Скорость	Расстояние	Помехи	Где применяется
Витая пара	До 10 Гбит/с	≤ 100 м	Уязвима	Офисы, дома
Оптоволокно	10–100+ Гбит/с	до 80+ км	Не боится	Серверы, провайдеры
Коаксиал	До 10 Гбит/с	≤ 500 м	Хорошая защита	Кабельное ТВ, интернет
Беспроводная	До ~1 Гбит/с	≤ 100 м	Очень уязвима	Смартфоны, ноутбуки

1. Витая пара (Twisted Pair)

Витая пара — самый распространённый кабель для подключения конечных устройств в офисах и домах. Он состоит из нескольких пар медных проводников, скрученных вместе. Эта простая конструкция эффективно снижает влияние внешних электромагнитных помех и перекрёстных наводок между парами. Существуют два основных типа: неэкранированный (UTP), который дешевле и проще в установке, и экранированный (STP), предлагающий лучшую защиту в условиях сильных помех.

Плюсы: Низкая стоимость, простота монтажа и ремонта, гибкость.
Минусы: Ограниченная максимальная длина (100 метров для Ethernet) и пропускная способность по сравнению с оптоволокном; чувствителен к сильным источникам электромагнитных помех.
Где используется: Подключение компьютеров, ноутбуков, IP-телефонов и сетевых принтеров в локальных сетях (LAN).

2. Оптоволокно (Fiber Optic)

Оптоволокно использует свет для передачи данных по тонкой стеклянной нити. Этот метод позволяет достигать огромных скоростей на очень больших расстояниях с минимальными потерями сигнала. Благодаря своей природе, оптический сигнал полностью невосприимчив к электромагнитным помехам, что делает эту среду идеальной для промышленных условий и магистральных линий. Существует два главных типа оптоволокна, которые различаются по способу распространения света:

Многомодовое волокно (MMF — Multi-Mode Fiber): Имеет относительно толстую сердцевину (обычно 50 или 62.5 микрон). Из-за этого свет может распространяться по множеству различных путей (или «мод») внутри волокна. Это приводит к явлению, называемому модовой дисперсией: разные пути имеют разную длину, поэтому импульсы света, представляющие один и тот же бит, приходят к получателю в разное время и «размазываются». Из-за этого многомодовое волокно подходит только для коротких дистанций, например, внутри одного здания или кампуса.
Одномодовое волокно (SMF — Single-Mode Fiber): Имеет очень тонкую сердцевину (около 9 микрон). Такой размер позволяет свету распространяться практически по одному единственному прямому пути (одной «моде»). Это полностью устраняет модовую дисперсию, позволяя передавать сигнал на десятки и даже сотни километров без значительных искажений. Именно одномодовое волокно составляет основу глобального интернета и магистральных сетей операторов связи.
Плюсы: Очень высокая пропускная способность, огромная дальность передачи, полная защита от электромагнитных помех, высокая степень безопасности (прослушка требует физического вмешательства).
Минусы: Высокая стоимость самого кабеля и специализированного оборудования (оптических трансиверов), более сложный и хрупкий процесс монтажа и сращивания.
Где используется: Магистральные каналы интернет-провайдеров (SMF), соединения между серверами в дата-центрах (MMF/SMF), кампусные сети (MMF) и любые задачи, где важны скорость и надёжность на больших расстояниях.

3. Коаксиальный кабель (Coaxial Cable)

Коаксиальный кабель имеет центральный медный проводник, окруженный диэлектрическим изолятором, металлической оплёткой-экраном и внешней защитной оболочкой. Такая многослойная конструкция обеспечивает хорошую защиту сигнала от внешних помех. Хотя он уступил место витой паре в локальных сетях, коаксиал остаётся основной технологией для доставки кабельного телевидения и широкополосного интернета в дома.

Плюсы: Хорошая помехозащищённость благодаря экрану, надёжная и прочная конструкция.
Минусы: Менее гибкий и тяжелее витой пары, сложнее в установке разветвлённых топологий, уступает оптоволокну по скорости и дальности.
Где используется: Системы кабельного телевидения (CATV) и предоставление услуг широкополосного доступа в интернет по технологии DOCSIS.

4. Беспроводная связь (Wireless)

Беспроводные технологии передают данные с помощью радиоволн через воздух, что обеспечивает мобильность и гибкость, недоступные для проводных решений. Устройства могут свободно перемещаться в зоне покрытия без необходимости в физическом подключении. Однако производительность такой среды сильно зависит от окружающей среды: стены, мебель и другие электронные устройства могут создавать помехи и ослаблять сигнал.

Плюсы: Полная мобильность устройств, быстрое и простое развёртывание сети без прокладки кабелей.
Минусы: Скорость и стабильность ниже, чем у проводных аналогов; сигнал легко ослабляется препятствиями и подвержен помехам от других радиоустройств; требует обязательного шифрования для защиты данных.
Где используется: Подключение смартфонов, ноутбуков, планшетов, умных часов и множества IoT-устройств в домашних, офисных и общественных сетях.

Расшифровка аббревиатур

UTP — Unshielded Twisted Pair (Неэкранированная витая пара).
STP — Shielded Twisted Pair (Экранированная витая пара).
MMF — Multi-Mode Fiber (Многомодовое оптоволокно). Свет идёт по многим путям, подходит для коротких расстояний (до ~550 м).
SMF — Single-Mode Fiber (Одномодовое оптоволокно). Свет идёт по одному пути, используется для очень длинных линий (десятки км).
LAN — Local Area Network (Локальная вычислительная сеть).
CATV — Community Antenna Television (Система кабельного телевидения).
DOCSIS — Data Over Cable Service Interface Specification (Стандарт для передачи данных по коаксиальному кабелю, используемый провайдерами кабельного интернета).

Направление передачи

Режим	Как работает	Пример
Симплекс	A → B (только в одну сторону)	Радиовещание, пульт ТВ
Полудуплекс	A B (по очереди)	Рация, Wi-Fi
Полный дуплекс	A ⇄ B (одновременно)	Ethernet на коммутаторе

Устройства физического уровня

Устройство	Что делает
Хаб	Копирует сигнал на все порты. Не анализирует данные. Устарел
Репитер	Усиливает затухший сигнал, увеличивает дальность
Медиаконвертер	Преобразует среду: медь оптика
Трансивер (SFP)	Модуль для подключения оптики к коммутатору

Все эти устройства работают только с сигналами — они не понимают адреса и не принимают решений о маршрутизации.

Aladdin

Медный кабель

Медные кабели — это основа большинства локальных сетей. Их принцип работы прост: биты (0 и 1) кодируются как изменения электрического напряжения, которые проходят по медным жилам от передатчика к приёмнику. Этот метод надёжен, относительно дёшев и хорошо изучен.

Существует два основных типа медных кабелей: витая пара и коаксиальный кабель. В современных компьютерных сетях доминирует именно витая пара, которая выпускается в различных категориях (Cat). Каждая категория определяет максимальную частоту, скорость передачи данных и требования к экранированию.

Сравнение типов медных кабелей

Тип кабеля	Конструкция	Типичная скорость	Макс. расстояние	Помехозащищенность	Основное применение
Витая пара (UTP/STP)	Несколько пар скрученных медных проводов. UTP — без экрана, STP — с экраном.	До 10 Гбит/с (Cat 6a)	100 м	Низкая (UTP) Средняя (STP)	Локальные сети (LAN): подключение ПК, ноутбуков, принтеров.
Коаксиальный кабель	Центральный медный проводник, диэлектрик, оплётка-экран и внешняя оболочка.	До 10 Гбит/с (DOCSIS 4.0)	До 500 м	Высокая	Кабельное телевидение (CATV), широкополосный интернет (DOCSIS).

Витая пара и категории (Cat)

Витая пара состоит из четырёх пар (8 жил) изолированных медных проводников, каждая пара скручена с уникальным шагом. Это скручивание компенсирует внешние помехи и наводки между парами. Кабели классифицируются по категориям (Category или Cat), которые стандартизированы организацией TIA/EIA. Чем выше номер категории, тем выше пропускная способность и лучше защита от помех.

Сводная таблица категорий витой пары

Категория	Макс. частота	Макс. скорость (на 100 м)	Экранирование	Основное применение
Cat 5e	100 МГц	1 Гбит/с	UTP	Стандарт для большинства офисных сетей до середины 2010-х.
Cat 6	250 МГц	1 Гбит/с (стабильно) 10 Гбит/с (до 55 м)	UTP / STP	Современные офисные сети, поддержка 10 Гбит/с на коротких дистанциях.
Cat 6a (Augmented)	500 МГц	10 Гбит/с (на 100 м)	Чаще STP	Серверные шкафы, дата-центры, будущие-proof инсталляции.
Cat 7	600 МГц	10 Гбит/с (на 100 м)	S/FTP (общий экран + экран каждой пары)	Промышленные среды с высоким уровнем помех, специализированные задачи.
Cat 8	2000 МГц (2 ГГц)	25–40 Гбит/с (до 30 м)	S/FTP	Очень короткие соединения в дата-центрах (сервер–коммутатор).

UTP — Unshielded Twisted Pair (без экрана).
STP — Shielded Twisted Pair (общий экран вокруг всех пар).
S/FTP — Screened/Foiled Twisted Pair (двойное экранирование: общий экран + фольга вокруг каждой пары).

Для подключения используется стандартный разъём RJ-45 (Registered Jack 45), который технически является 8P8C (8 Position 8 Contact) разъёмом. Он имеет 8 контактов для подключения всех 8 жил кабеля и легко защёлкивается в порту сетевой карты, коммутатора или маршрутизатора.

Коаксиальный кабель (Coaxial Cable)

Коаксиал имеет прочную конструкцию: центральный медный проводник, диэлектрический изолятор, металлическая оплётка-экран и внешняя оболочка. Такая структура обеспечивает отличную защиту сигнала от помех.

Основные разъёмы:

BNC (Bayonet Neill–Concelman) — разъём с байонетным креплением. Использовался в старых сетях Ethernet (10BASE2) и видеонаблюдении.
F-type connector — винтовой разъём, стандарт для кабельного ТВ (CATV) и кабельных модемов.

Хотя коаксиал уступил место витой паре в компьютерных сетях, он остаётся ключевой технологией для доставки телевидения и интернета по технологии DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification).

Расшифровка аббревиатур

UTP — Unshielded Twisted Pair (Неэкранированная витая пара).
STP — Shielded Twisted Pair (Экранированная витая пара).
S/FTP — Screened/Foiled Twisted Pair (Общий экран + экран каждой пары).
RJ-45 — Registered Jack 45 (Стандартный 8-контактный разъём для Ethernet).
8P8C — 8 Position 8 Contact (Техническое описание разъёма RJ-45).
BNC — Bayonet Neill–Concelman (Тип разъёма с байонетным креплением).
CATV — Community Antenna Television (Система кабельного телевидения).
DOCSIS — Data Over Cable Service Interface Specification (Стандарт для передачи данных по коаксиальному кабелю).

Aladdin

Кодирование

Физический уровень (уровень 1) модели OSI отвечает за преобразование потока битов, полученного от канального уровня, в электрические, оптические или радиосигналы для передачи по физической среде [[4]]. Ключевыми задачами этого процесса являются обеспечение надежной синхронизации между передатчиком и приемником, минимизация постоянной составляющей (DC-компонента) сигнала и эффективное использование полосы пропускания. Для решения этих задач применяются различные методы кодирования, которые можно разделить на линейное кодирование, блочное кодирование и скрэмблирование.

Синхронизация критически важна: без нее приемник не может точно определить границы каждого бита, что приводит к ошибкам. Простые коды, такие как NRZ, не обеспечивают гарантированных переходов сигнала, что делает их непригодными для большинства сетей. Более сложные методы, например, Манчестерское кодирование или комбинации вроде 4B/5B + MLT-3, решают эту проблему, внося избыточность или принудительно создавая переходы. Выбор конкретного метода — это всегда компромисс между скоростью передачи, надежностью, сложностью реализации и стоимостью оборудования.

Сводная таблица методов кодирования

Метод	Тип	Эффективность (бит/символ)	Гарантия синхронизации	DC-баланс	Основное применение
NRZ-L / NRZ-I	Линейное	1.0	Нет	Плохой	Внутри устройств, редко в сетях
Manchester	Линейное (бифазное)	0.5	Да	Хороший	Ethernet 10BASE-T
Differential Manchester	Линейное (бифазное)	0.5	Да	Хороший	Token Ring (IEEE 802.5)
MLT-3	Линейное (многоуровневое)	~1.0*	Нет	Хороший	Fast Ethernet 100BASE-TX
4B/5B	Блочное	0.8	Да	Хороший	Fast Ethernet, FDDI
8B/10B	Блочное	0.8	Да	Отличный	Gigabit Ethernet, PCIe, SATA
64B/66B	Блочное	~0.97	Да	Отличный	10G+ Ethernet, USB 3.1
Скрэмблирование	Статистическое	1.0	Да	Хороший	HDMI, DisplayPort, DSL

*MLT-3 требует блочного кодирования (например, 4B/5B) для обеспечения синхронизации.

Подробное описание методов кодирования

Линейное кодирование

Линейное кодирование напрямую преобразует каждый бит данных в соответствующий уровень напряжения или последовательность уровней. Это самый простой тип кодирования, но он часто требует дополнительных механизмов для решения проблем синхронизации и DC-компонента.

NRZ (Non-Return to Zero):

Принцип: Бит ‘1’ представляется одним уровнем напряжения (например, +V), а бит ‘0’ — другим (например, -V для NRZ-L или 0V для Unipolar NRZ). Сигнал не возвращается к нулевому уровню в течение всего периода бита.
Пример: Последовательность 1011 в NRZ-L будет выглядеть как [+V, -V, +V, +V].
Применение: В основном используется для внутренней передачи данных внутри микросхем или на очень коротких расстояниях, где проблемы синхронизации и DC-компонента не критичны. Не подходит для большинства сетевых протоколов.
Подтипы:
- NRZ-L (Level): Значение бита напрямую определяет уровень сигнала.
- NRZ-I (Inverted): Значение бита определяет наличие перехода на границе бита (‘1’ = переход, ‘0’ = нет перехода).

Manchester:

Принцип: Каждый бит содержит обязательный переход в середине своего временного интервала. Направление перехода кодирует значение бита: низкий-на-высокий для ‘0’, высокий-на-низкий для ‘1’ (или наоборот, в зависимости от стандарта).
Пример: Последовательность 101 будет представлена как [High->Low, Low->High, High->Low] в середине каждого бита.
Применение: Стандарт Ethernet 10BASE-T. Обеспечивает отличную синхронизацию и хороший DC-баланс, но требует вдвое большей полосы пропускания по сравнению с NRZ.
Преимущества: Само-синхронизирующийся, отсутствие DC-компонента.
Недостатки: Низкая спектральная эффективность.

MLT-3 (Multi-Level Transmit - 3):

Принцип: Использует три уровня напряжения: +1, 0, -1. При передаче ‘1’ сигнал циклически переключается между уровнями (+1 → 0 → -1 → 0 → +1…). При передаче ‘0’ уровень остается неизменным.
Пример: Последовательность 1101 будет выглядеть как [+1, 0, 0, -1].
Применение: Всегда используется в паре с блочным кодированием 4B/5B в стандарте Fast Ethernet (100BASE-TX). Сам по себе не гарантирует синхронизацию при длинных последовательностях нулей.
Преимущества: Высокая спектральная эффективность (почти как у NRZ).
Недостатки: Требует блочного кодирования для надежной работы.

Блочное кодирование

Блочное кодирование преобразует группы из k бит данных в более длинные группы из n бит (n > k), называемые кодовыми словами. Добавленная избыточность используется для контроля качества сигнала.

4B/5B:

Принцип: Каждые 4 бита данных заменяются на 5-битное кодовое слово, выбранное из таблицы. Все кодовые слова содержат не более трех подряд идущих нулей, что гарантирует достаточное количество переходов для синхронизации.
Пример: 4-битный блок 1111 кодируется как 11101.
Применение: Fast Ethernet (100BASE-TX, в паре с MLT-3), FDDI.
Эффективность: 4/5 = 80%.
Расшифровка: 4B/5B — 4 Bits to 5 Bits.

8B/10B:

Принцип: Каждый байт (8 бит) данных разбивается на две части (3 старших и 5 младших бит) и кодируется в два 5-битных символа, которые затем объединяются в 10-битное слово. Код специально спроектирован для поддержания DC-баланса (разница между количеством ‘1’ и ‘0’ в кодовом слове не превышает 2) и ограничения длины последовательностей одинаковых битов.
Пример: Байт 0x00 (00000000) кодируется как 1001110100.
Применение: Gigabit Ethernet, PCI Express (до версии 3.0), Serial ATA (SATA), Fibre Channel.
Эффективность: 8/10 = 80%.
Расшифровка: 8B/10B — 8 Bits to 10 Bits.

64B/66B:

Принцип: 64-битные блоки данных преобразуются в 66-битные кодовые слова путем добавления 2-битного префикса. Префикс указывает, является ли блок данными или служебной информацией. Этот метод обеспечивает очень высокую эффективность и хорошее распределение переходов.
Пример: 64-битный блок данных начинается с префикса 01.
Применение: 10 Gigabit Ethernet и выше, USB 3.1, PCI Express 3.0 и выше.
Эффективность: 64/66 ≈ 97%.
Расшифровка: 64B/66B — 64 Bits to 66 Bits.

Скрэмблирование

Скрэмблирование — это метод, который модифицирует исходный поток данных, чтобы сделать его статистические свойства более “случайными”, не увеличивая его размер.

Принцип: Исходный поток данных подвергается побитовой операции XOR с псевдослучайной последовательностью (PRBS), генерируемой на передающей стороне. На приемной стороне та же PRBS применяется повторно для восстановления исходных данных.
Пример: Если данные — 1010, а PRBS — 1100, то скрэмблированный поток будет 0110 (1⊕1=0, 0⊕1=1, 1⊕0=1, 0⊕0=0).
Применение: HDMI, DisplayPort, многие стандарты xDSL, беспроводные технологии (LTE, Wi-Fi). Используется там, где критически важна высокая эффективность и низкий уровень электромагнитных помех (ЭМП).
Преимущества: 100% эффективность, снижение ЭМП, предотвращение длинных последовательностей одинаковых битов.
Недостатки: Требует сложной синхронизации генераторов PRBS на обоих концах линии.

Aladdin

Отличное замечание. Давайте перепишем конспект, четко объяснив, откуда берутся цифры диапазонов и каналов.

Беспроводная передача

Беспроводная связь использует радиочастотный спектр — часть электромагнитного спектра, зарезервированную для передачи информации по воздуху. Этот спектр строго регулируется государственными органами, которые выделяют определенные участки для конкретных целей (радио, ТВ, военные, сотовая связь, Wi-Fi).

Частотный диапазон (Frequency Band) — это широкий, официально разрешенный для использования Wi-Fi участок этого спектра. Цифры (2.4, 5, 6 ГГц) — это центральные частоты этих выделенных полос.
- 2.4 ГГц: Официально разрешенная полоса 2400–2483.5 МГц. Это глобальный ISM-диапазон (Industrial, Scientific, Medical), открытый для нелицензионного использования, поэтому он перегружен.
- 5 ГГц: Набор нескольких поддиапазонов, например, в ЕС это 5150–5350 МГц и 5470–5725 МГц. Менее загружен, но имеет больше ограничений по мощности.
- 6 ГГц: Самый новый диапазон, 5925–7125 МГц. Предоставляет огромный объем чистого спектра, что является его главным преимуществом.
Радиоканал (Channel) — это конкретный, узкий “коридор” внутри частотного диапазона, которым управляет одна точка доступа. Каждый канал имеет свою центральную частоту и ширину.
- Пример: В диапазоне 2.4 ГГц базовый канал имеет ширину 20 МГц. Канал 1 центрирован на частоте 2412 МГц, канал 2 — на 2417 МГц, канал 6 — на 2437 МГц и так далее с шагом 5 МГц.
- Проблема перекрытия: Поскольку ширина канала (20 МГц) больше шага между центральными частотами (5 МГц), соседние каналы перекрываются. Поэтому для стабильной работы без помех используются только неперекрывающиеся каналы: 1 (2412 МГц), 6 (2437 МГц) и 11 (2462 МГц).

Tехнологий модуляции и передачи

Модуляция — это фундаментальный процесс в радиосвязи, при котором параметры высокочастотного несущего сигнала (обычно синусоидальной волны) изменяются в соответствии с передаваемым информационным сигналом (цифровыми данными или аналоговым звуком).

Существует три основных типа аналоговой модуляции:

AM (Amplitude Modulation) — Амплитудная модуляция. Информация кодируется в изменениях амплитуды (высоты) несущей волны.
FM (Frequency Modulation) — Частотная модуляция. Информация кодируется в изменениях частоты (количества колебаний в секунду) несущей волны.
PM (Phase Modulation) — Фазовая модуляция. Информация кодируется в скачкообразных изменениях фазы (положения волны в ее цикле) несущей.

В современных цифровых системах, таких как Wi-Fi, используются более сложные и эффективные цифровые схемы модуляции, которые часто комбинируют несколько параметров сразу. Например, QAM (Quadrature Amplitude Modulation) одновременно изменяет и амплитуду, и фазу несущей, чтобы закодировать в одном символе сразу несколько битов данных. Чем сложнее схема модуляции (например, 1024-QAM или 4096-QAM), тем больше данных можно передать за единицу времени, но тем выше требования к качеству канала связи.

Основные виды QAM, используемые в Wi-Fi:

64-QAM: Используется в Wi-Fi 2/3/4. Имеет 64 уникальных состояния. Передает 6 бит за символ (так как 2⁶ = 64).
256-QAM: Введен в Wi-Fi 5. Имеет 256 состояний. Передает 8 бит за символ (2⁸ = 256). Требует хорошего качества сигнала.
1024-QAM: Введен в Wi-Fi 6. Имеет 1024 состояния. Передает 10 бит за символ (2¹⁰ = 1024). Еще более чувствителен к помехам.
4096-QAM: Введен в Wi-Fi 7. Имеет 4096 состояний. Передает 12 бит за символ (2¹² = 4096). Максимально повышает скорость, но работает только при очень высоком отношении сигнал/шум (SNR).

DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum) — Прямая последовательность расширения спектра

Применяется в: Wi-Fi 1 (802.11b).
Принцип: Каждый бит данных заменяется длинной псевдослучайной последовательностью. Это “размазывает” сигнал по широкой полосе частот.
Цель: Повышение помехоустойчивости и скрытности сигнала. Очень медленная технология по современным меркам.

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) — Ортогональное Частотно-Разделение с Мультиплексированием

Применяется в: Все Wi-Fi, начиная с Wi-Fi 2 (802.11a).
Принцип: Весь поток данных разбивается на множество параллельных низкоскоростных потоков. Каждый поток модулируется на свою узкую поднесущую (subcarrier). Поднесущие ортогональны, поэтому их спектры могут перекрываться без взаимных помех.
Преимущество: Высокая спектральная эффективность и устойчивость к многолучевым помехам.

QAM (Quadrature Amplitude Modulation) — Квадратурная амплитудная модуляция

Применяется в: Все OFDM-стандарты Wi-Fi.
Принцип: Кодирует данные путем одновременного изменения амплитуды и фазы несущей волны. Каждая уникальная точка на “созвездии” QAM представляет символ, несущий несколько битов.
Эволюция:
- Wi-Fi 2/3/4: до 64-QAM (6 бит/символ).
- Wi-Fi 5: 256-QAM (8 бит/символ).
- Wi-Fi 6: 1024-QAM (10 бит/символ).
- Wi-Fi 7: 4096-QAM (12 бит/символ).
Компромисс: Чем выше порядок QAM, тем выше скорость, но тем хуже работает связь при слабом сигнале или помехах.

Channel Bonding (Объединение каналов)

Применяется в: Wi-Fi 4 и новее.
Принцип: Объединение нескольких базовых 20 МГц каналов в один более широкий для увеличения пропускной способности.
Ширины каналов:
- Wi-Fi 4: до 40 МГц.
- Wi-Fi 5: до 80/160 МГц.
- Wi-Fi 7: до 320 МГц.
Недостаток: Требует большого свободного участка спектра, что сложно в загруженных диапазонах, например, 2.4 ГГц.

2. Работа с множеством устройств

OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access)

Применяется в: Wi-Fi 6/7.
Принцип: Делит OFDM-канал на мелкие блоки ресурсов — Resource Units (RUs).
Как работает: Точка доступа (AP) может выделить один RU одному устройству, другой RU — другому, и все они передают данные одновременно в одном временном слоте.
Для чего: Эффективно для IoT-устройств, которые отправляют небольшие пакеты данных (например, показания датчиков).

MU-MIMO (Multi-User Multiple Input Multiple Output)

Применяется в: Wi-Fi 5 (Downlink), Wi-Fi 6/7 (Up/Downlink).
Принцип: Позволяет AP с несколькими антеннами одновременно передавать разные потоки данных разным устройствам в одном частотном канале, используя пространственное разделение.
Как работает: AP формирует направленные лучи сигнала (beamforming) к каждому клиенту.
Для чего: Эффективно для устройств с высокой пропускной способностью (стриминг видео, онлайн-игры).

Multi-Link Operation (MLO) — Многоканальная работа

Применяется в: Wi-Fi 7.
Принцип: Позволяет одному устройству одновременно использовать несколько радиоканалов в разных диапазонах (например, 5 ГГц и 6 ГГц).
Преимущества:
- Увеличение скорости: Пропускная способность суммируется.
- Снижение задержки: Трафик можно мгновенно перенаправить с занятого канала на свободный.
- Повышение надежности: Соединение остается стабильным даже при проблемах на одном из каналов.

3. Сводная таблица версий Wi-Fi

Название	Стандарт IEEE	Год	Диапазон	Макс. скорость*	Ключевые технологии физического уровня
Wi-Fi 1	802.11b	1999	2.4 ГГц	11 Мбит/с	DSSS
Wi-Fi 2	802.11a	1999	5 ГГц	54 Мбит/с	OFDM, 64-QAM
Wi-Fi 3	802.11g	2003	2.4 ГГц	54 Мбит/с	OFDM, 64-QAM
Wi-Fi 4	802.11n	2009	2.4 / 5 ГГц	600 Мбит/с	MIMO, Channel Bonding (40 МГц), 64-QAM
Wi-Fi 5	802.11ac	2013	5 ГГц	3.5 Гбит/с	MU-MIMO (DL), Channel Bonding (80/160 МГц), 256-QAM
Wi-Fi 6	802.11ax	2019	2.4 / 5 / 6 ГГц	9.6 Гбит/с	OFDMA, MU-MIMO (UL/DL), 1024-QAM, BSS Coloring
Wi-Fi 7	802.11be	2024	2.4 / 5 / 6 ГГц	46 Гбит/с	320 МГц каналы, 4096-QAM, Multi-Link Operation (MLO)

*Максимальная теоретическая скорость при идеальных условиях.