Беспроводная сеть Ethernet (Wi-Fi)

TL;DR: Wi-Fi — это Ethernet по радио. На уровне IP и выше разницы нет: те же адреса, маршруты, DNS. Отличия — на канальном уровне (L2): общая среда передачи (радиоэфир), необходимость аутентификации (WPA2/WPA3), управление каналами и мощностью. В Linux Wi-Fi управляется подсистемой ядра cfg80211/mac80211, а в userspace — через iw (низкий уровень), wpa_supplicant (аутентификация) и NetworkManager (высокий уровень).

Зачем это знать

Wi-Fi используется на ноутбуках, IoT, серверах с out-of-band management — понимание протокола помогает при диагностике
«Подключился, но интернета нет» — без понимания этапов (ассоциация → аутентификация → DHCP) невозможно локализовать проблему
Безопасность: открытая сеть, WPA2-Personal, WPA2-Enterprise, WPA3 — разные модели угроз
В контексте DevOps: настройка серверов с Wi-Fi-интерфейсом (edge-устройства, Raspberry Pi, точки доступа)

Чем Wi-Fi отличается от проводного Ethernet

В принципе, беспроводные сети (Wi-Fi) незначительно отличаются от проводных с точки зрения верхних уровней стека. Разница — на физическом и канальном уровне:

Аспект	Проводной Ethernet	Wi-Fi
Среда передачи	Кабель (выделенная линия)	Радиоэфир (общая среда)
Коллизии	Полный дуплекс, коллизий нет	Полудуплекс, коллизии возможны
Механизм доступа	Не нужен (point-to-point)	CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance)
Аутентификация	Физический доступ к порту	WPA2/WPA3 (обязательна для безопасности)
Скорость	Стабильная (1/10/25 Gbps)	Переменная, зависит от расстояния и помех
MTU	1500 байт	1500 байт (тот же)
Адресация (L2)	MAC-адреса	MAC-адреса (те же)
Адресация (L3+)	IP, TCP, UDP	IP, TCP, UDP (без изменений)

CSMA/CA — доступ к общей среде

Радиоэфир — общий ресурс. Два устройства не могут передавать одновременно на одном канале. Wi-Fi использует CSMA/CA:

Слушать эфир (Carrier Sense) — занят ли канал?
Ждать случайный интервал (backoff), если канал занят
Передать кадр
Получить ACK от получателя (в отличие от проводного Ethernet, где ACK на L2 не нужен)

Проблема скрытого узла: устройства A и C оба в зоне действия точки доступа B, но не слышат друг друга. Оба считают канал свободным → коллизия на B. Решение — механизм RTS/CTS (Request to Send / Clear to Send).

Стандарты 802.11

Стандарт	Маркетинговое имя	Частоты	Макс. скорость	Год
802.11b	—	2.4 GHz	11 Mbps	1999
802.11a	—	5 GHz	54 Mbps	1999
802.11g	—	2.4 GHz	54 Mbps	2003
802.11n	Wi-Fi 4	2.4 / 5 GHz	600 Mbps	2009
802.11ac	Wi-Fi 5	5 GHz	6.9 Gbps	2013
802.11ax	Wi-Fi 6/6E	2.4 / 5 / 6 GHz	9.6 Gbps	2020

Частоты и каналы

2.4 GHz (каналы 1–13):
  + Лучше проникает через стены
  − Только 3 неперекрывающихся канала (1, 6, 11)
  − Перегружен: микроволновки, Bluetooth, соседи

5 GHz (каналы 36–165):
  + 25+ неперекрывающихся каналов
  + Меньше помех
  − Хуже проникает через стены, меньше радиус

6 GHz (Wi-Fi 6E):
  + Ещё больше каналов, минимум помех
  − Требует новое оборудование

# Посмотреть доступные частоты и каналы адаптера
iw phy phy0 channels
 
# Текущий канал интерфейса
iw dev wlan0 info
# ...
# channel 6 (2437 MHz), width: 20 MHz

Безопасность Wi-Fi

Эволюция протоколов

Протокол	Шифрование	Статус
Open (нет)	Нет	Трафик виден всем в радиусе
WEP	RC4 (40/104 бит)	Взломан за минуты. Не использовать
WPA	TKIP (RC4 с улучшениями)	Устарел, уязвим
WPA2	CCMP (AES-128)	Стандарт де-факто
WPA3	SAE + GCMP-256	Рекомендуется для нового оборудования

WPA2-Personal vs Enterprise

	WPA2-Personal (PSK)	WPA2-Enterprise (802.1X)
Аутентификация	Общий пароль (Pre-Shared Key)	Индивидуальные учётные данные (RADIUS)
Применение	Дом, малый офис	Корпоративная сеть
Риск	Пароль знают все → компрометация одного = компрометация всех	Отзыв учётки одного сотрудника не затрагивает других

4-way handshake (WPA2)

После ассоциации с точкой доступа клиент и AP выполняют 4-стороннее рукопожатие для генерации сессионных ключей:

1. AP → Client:  ANonce (случайное число AP)
2. Client → AP:  SNonce + MIC (клиент вычислил PTK из PSK + ANonce + SNonce)
3. AP → Client:  GTK (групповой ключ для broadcast/multicast) + MIC
4. Client → AP:  ACK

Результат: PTK (Pairwise Transient Key) — уникальный ключ сессии
           GTK (Group Temporal Key) — общий ключ для broadcast

Важно: WPA2-Personal уязвим к офлайн-брутфорсу: перехватив handshake, атакующий может подбирать PSK без подключения к сети. Используй длинные пароли (12+ символов). WPA3 (SAE) устраняет эту уязвимость.

Wi-Fi в Linux — архитектура

┌─────────────────────────────────────┐
│         NetworkManager / systemd-networkd   ← высокий уровень
│              (nmcli, nmtui)                  (автоподключение, профили)
├─────────────────────────────────────┤
│         wpa_supplicant / iwd                ← аутентификация
│         (WPA2/WPA3 handshake)                (userspace daemon)
├─────────────────────────────────────┤
│         iw / nl80211                        ← управление
│         (сканирование, каналы, мощность)     (netlink API)
├─────────────────────────────────────┤
│         cfg80211 / mac80211                 ← ядро
│         (общий Wi-Fi framework)              (управление кадрами)
├─────────────────────────────────────┤
│         Драйвер (iwlwifi, ath9k, etc.)      ← hardware
└─────────────────────────────────────┘

cfg80211 — ядерный API конфигурации Wi-Fi (замена старого wireless-extensions)
mac80211 — фреймворк для «софтовых» Wi-Fi-драйверов (большинство современных)
wpa_supplicant — демон аутентификации (WPA/WPA2/WPA3). NetworkManager общается с ним
iwd (Intel Wireless Daemon) — современная альтернатива wpa_supplicant (Arch по умолчанию)

Инструменты

iw — низкоуровневое управление

# Информация об адаптере
iw phy phy0 info
# Supported interface modes: managed, AP, monitor, ...
# Bands: 2.4 GHz, 5 GHz
 
# Информация о подключении
iw dev wlan0 info
# Interface wlan0
#   type managed
#   channel 36 (5180 MHz), width: 80 MHz
#   ssid MyNetwork
#   txpower 20.00 dBm
 
# Сканирование сетей
sudo iw dev wlan0 scan | grep -E "SSID|signal|freq"
# SSID: MyNetwork
# signal: -45.00 dBm    ← чем ближе к 0, тем лучше
# freq: 5180
 
# Статистика соединения
iw dev wlan0 station dump
# Station bb:bb:bb:bb:bb:bb
#   signal: -52 dBm
#   tx bitrate: 866.7 MBit/s
#   rx bitrate: 650.0 MBit/s

wpa_supplicant — аутентификация

# Конфигурация WPA2-Personal
# /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant-wlan0.conf
ctrl_interface=/run/wpa_supplicant
update_config=1
 
network={
    ssid="MyNetwork"
    psk="my-secret-password"
    # или хешированный пароль (безопаснее):
    # psk=a1b2c3d4...  (вывод wpa_passphrase)
}
 
# Генерировать хеш пароля (не хранить plaintext)
wpa_passphrase "MyNetwork" "my-secret-password"
 
# Запустить вручную (обычно через NetworkManager)
sudo wpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant-wlan0.conf
sudo dhclient wlan0    # получить IP

NetworkManager (nmcli) — высокий уровень

Подробнее: → configure-network

# Сканировать и подключиться
nmcli device wifi list
nmcli device wifi connect "MyNetwork" password "my-secret-password"
 
# Сохранённые профили
nmcli connection show
nmcli connection up "MyNetwork"
nmcli connection down "MyNetwork"
 
# Wi-Fi вкл/выкл
nmcli radio wifi on
nmcli radio wifi off

Диагностика Wi-Fi

# 1. Адаптер виден ядром?
iw dev
# Нет вывода → драйвер не загружен. lspci | grep -i wireless, dmesg | grep -i wifi
 
# 2. Интерфейс поднят?
ip link show wlan0
# state DOWN → sudo ip link set wlan0 up
 
# 3. Сети видны?
nmcli device wifi list
# Пусто → sudo iw dev wlan0 scan (более низкоуровневый)
 
# 4. Подключён к AP?
iw dev wlan0 link
# Connected to aa:bb:cc:dd:ee:ff (on wlan0)
# SSID: MyNetwork
# signal: -55 dBm
 
# 5. IP получен?
ip addr show wlan0
# Нет inet → проблема DHCP
 
# 6. Уровень сигнала
iw dev wlan0 station dump | grep signal
# signal: -55 dBm   (хорошо: -30..-60, плохо: -70..-90)
 
# 7. Непрерывный мониторинг
watch -n 1 "iw dev wlan0 link"

Подводные камни

Проблема	Симптом	Решение
Драйвер не загружен	`iw dev` пусто, `ip link` без wlan	`lspci`, `dmesg \| grep firmware`, установить firmware (`linux-firmware`)
Заблокирован rfkill	Адаптер виден, но не подключается	`rfkill list` → `rfkill unblock wifi`
Слабый сигнал	Частые дисконнекты, низкая скорость	`iw dev wlan0 station dump`, переключить на 2.4 GHz (лучше проникает)
Перегруженный канал	Подключён, но скорость очень низкая	`iw dev wlan0 scan \| grep -E "freq\|signal"`, сменить канал на AP
wpa_supplicant конфликтует с NetworkManager	Подключение не работает	Использовать что-то одно. NM сам управляет wpa_supplicant
Country code не установлен	Не видны 5 GHz каналы	`iw reg get`, `sudo iw reg set RU` (или через crda)

Связанные материалы

networking — стек TCP/IP, IP, подсети, маршрутизация (одинаковый для Wi-Fi и проводного)
arp-ndp — ARP/NDP работает одинаково поверх Wi-Fi и Ethernet
configure-network — nmcli, netplan, настройка подключений (включая Wi-Fi)
cheatsheet — iw, nmcli, rfkill

Knowladge Base

Проводник

Беспроводная сеть Ethernet (Wi-Fi)

Беспроводная сеть Ethernet (Wi-Fi)

Зачем это знать

Чем Wi-Fi отличается от проводного Ethernet

CSMA/CA — доступ к общей среде

Стандарты 802.11

Частоты и каналы

Безопасность Wi-Fi

Эволюция протоколов

WPA2-Personal vs Enterprise

4-way handshake (WPA2)

Wi-Fi в Linux — архитектура

Инструменты

iw — низкоуровневое управление

wpa_supplicant — аутентификация

NetworkManager (nmcli) — высокий уровень

Диагностика Wi-Fi

Подводные камни

Связанные материалы

Вид графа

Оглавление

Обратные ссылки