تحتفل شركتنا في أحد هذه الأيام بمرور 20 عامًا. على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية ، من بين هذه العشرين ، كنا نصمم برامج لتحليل شبكات Wi-Fi. جزء من هذا العمل هو تطوير برامج تشغيل محولات Wi-Fi ، وفي هذه المقالة سأصف كيف يختبر فريق التطوير منتجات عمله ، وكيف تطورت عملية الاختبار على مدى السنوات الـ 15 الماضية جنبًا إلى جنب مع تطور المعايير والمحولات. سيكون هناك العديد من الصور (ما يسمى ب "الإباحية المهووسة") والتفاصيل الفنية.
لماذا كتابة برامج تشغيل خاصة على الإطلاق؟عند إنشاء برنامج لتحليل شبكات Wi-Fi (وننشئ برنامجًا لفحص ونمذجة الشبكات ومحلل حزم Wi-Fi) ، فأنت بحاجة إلى تلقي حزم (قراءة ، التقاط ، شم ، التقاط ... - هذه كلها مرادفات) تبادلت شبكة Wi-Fi بين نقاط الوصول والعملاء القريبة. يمكنك القيام بذلك في نظام Windows فقط عن طريق إنشاء مجموعة من برامج التشغيل الخاصة بك لمجموعة شرائح معينة.
ما هو الخطأ في برامج التشغيل القياسية المعتادة التي تقوم بها الشركة المصنعة للمحول؟ من وجهة نظر المستخدم العادي ، كل شيء على ما يرام معهم. لا توجد سوى مشكلة صغيرة - لا يمكنك استخدامها لقراءة حزم Wi-Fi في وضع المراقب السلبي. وبدون ذلك ، لا يمكنك إنشاء برنامج لتحليل الشبكة. بشكل عام ، هذا موضوع كبير لمقال منفصل (وسأكتبه هذا العام). إذا كنت مهتمًا الآن ، فسأخبرك بإيجاز في الفقرة التالية ، وإذا لم يكن موضوع البرمجة قريبًا منك ، فقط تخطيه.
منذ حوالي عشر سنوات ، تحت Windows ، ظهرت واجهة برمجة تطبيقات جديدة لقراءة حزم Wi-Fi بشكل سلبي ، ما يسمى وضع الشاشة. يمكنك دائمًا "استنشاق" الحزم على Windows ، ولا يزعجك أحد لتشغيل Wireshark ورؤية الحزم القادمة من خلال المحول اللاسلكي ، ولكن المشكلة هي أنك سترى الحزم الخاصة بك وحزم البيانات فقط. جميع المعلومات الأخرى (حزم الأشخاص الآخرين ، وحزم من نوع Beacon ، ومعلومات عن مستوى الإشارة في الحزمة ومعدل البيانات الخاصة بها ، وما إلى ذلك) غير متوفرة. تم تصميم واجهة برمجة التطبيقات الجديدة لحل هذه المشكلة بشكل نهائي. لكنه لم يقرر: لا تدعم مجموعة الشرائح الرئيسية تقريبًا البائعين الرئيسيين بشكل طبيعي ، وكانت واجهة برمجة التطبيقات نفسها قديمة في وقت الولادة ولا تتطور Microsoft. باختصار كارثة كاملة معه. وإذا عثرت على برنامج لتحليل شبكات Wi-Fi في نظام Windows ، فإن البائعين الذين يدعون أنه يدعم أي أو أي محولات Wi-Fi تقريبًا ولا يتطلب استبدال برنامج تشغيل - ستحصل بالتأكيد على ما يسمونه زيت الثعبان باللغة الإنجليزية.
إن كتابة برامج تشغيل خاصة لمراقبة Wi-Fi أمر صعب وطويل ومكلف. يمكن حساب عدد الشركات التي تفعل ذلك باستخدام أصابع يد واحدة.
لماذا اختبار مجموعة من برنامج تشغيل المحولبرنامج التشغيل هو برنامج للتفاعل مع الأجهزة (الأجهزة) الخاصة بأجهزة معينة. في عملية تطوير برنامج التشغيل ، يجب على المبرمج التأكد من أن برنامج التشغيل يلتقط الحزم بشكل صحيح ويحول قنوات التردد والنطاقات ويستجيب بشكل صحيح للأنظمة الإسبات ويحسب مستويات الإشارة بشكل صحيح ويقوم بالعديد من الأشياء التي بدونها لا يمكن تحليل شبكة Wi-Fi.
يبدو أن هذه مهمة بسيطة ومفهومة إلى حد ما: لقد قمت بتوصيل المحول بالكمبيوتر ، ثم طور واختبر برنامج التشغيل الخاص بك بقدر ما تريد. في الواقع ، هناك العديد من الفروق الدقيقة التي سنتحدث عنها.
ما يجب أن يكون منصة الاختبارمن أجل اختبار برامج التشغيل تقنيًا ، تحتاج إلى سرير اختبار معين ، أي منصة للعمل مع مجموعة متنوعة من الأجهزة ، والتي يجب أن تلبي العديد من المتطلبات:
- فصل بسيط عن واحد وتوصيل محول آخر.
- القدرة على الاتصال بواجهات الكمبيوتر الحديثة.
- تدخل منخفض من المكونات الإلكترونية.
- التنقل. أثناء الاختبار ، يجب أن تكون قادرًا على تحريك محول Wi-Fi ، وتغيير اتجاه هوائياته في الفضاء وتغيير المسافة إلى نقطة الوصول (وإلا لن تتمكن من معايرة مستوى الإشارة بشكل صحيح).
- القدرة على توصيل محولات متعددة في نفس الوقت (لـ USB).
بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون من المفيد للغاية رؤية كيفية عمل برنامج التشغيل القياسي ، أي راجع اتصال برنامج تشغيل المحول بالكمبيوتر على مستوى الناقل ، ولكن الآن نترك هذا الموضوع جانبًا.
علم الآثار والحداثةحان الوقت الآن للحديث مباشرة عن الحديد. تذكر الماضي ، وأحيانًا قديم جدًا ، وناقش الجديد.
2003بدأنا في عمل برنامج Wi-Fi في عام 2003 (قبل ذلك ، صنعنا فقط برامج للشبكات السلكية). كانت بداية الصفر هي الوقت الذي كانت فيه شبكة Wi-Fi في طريقها للتو. تم اعتماد أول مجموعة معايير ، 802.11 ، في عام 1997. تبعتها 802.11b و 802.11 a في عام 1999 ، لكن التكنولوجيا ذهبت إلى الجماهير في وقت لاحق. تم بيع معظم أجهزة الكمبيوتر المحمولة بدون شبكة Wi-Fi مضمنة ، ولكن يمكنك شراء محولات لها بنفسك: خارجي ، متصل بمنفذ CardBus (PCMCIA) لأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، أو معايير PCI الداخلية. يتم أيضًا بيع جزء صغير من أجهزة الكمبيوتر المحمولة المتطورة باستخدام محولات miniPCI مدمجة.
كانت خطوتنا الأولى هي دعم محولات 802.11b CardBus. كانت تلك الأوقات مباركة: كانت جميع هذه المحولات تقريبًا على شرائح Intersil Prism ، وكان رمز مصدر السائق متاحًا مجانًا للجميع بعد التوقيع على NDA ، وكان الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات على الطبقة المادية 11 ميجابت في الثانية ، أي كان من الممكن حقًا نقل البيانات بسرعة لا تزيد عن 1 ميجابايت في الثانية في ظل الظروف المثالية.
محول CardBus Wi-Fi مع هوائيات خارجيةيجب أن أقول أن المحولات تعمل بشكل جيد ولديها حساسية جيدة ، خاصة إذا كان من الممكن توصيل الهوائيات الخارجية. كان كل شيء بسيطًا جدًا ولا جدال فيه مع منصة الاختبار: كانت جميع أجهزة الكمبيوتر المحمولة تقريبًا تحتوي على منفذ CardBus واحد أو اثنين.
هل ما زلت تتذكر هذه الماموث 3-4 كيلوغرامات؟كل ما تبقى لنا هو إدخال المحول في مثل هذا المنفذ الخارجي.
محول CardBus والفتحة المقابلة لآلة قديمة2007يتم استبدال محولات CardBus المصغرة بمعيار ExpressCard أكثر أناقة على ناقل PCI Express. تظهر محولات Wi-Fi ExpressCard مقاس 34 مم في السوق ، مع 802.11g و 802.11 a بالفعل. زيادة السرعات ، يتم تطبيق مخططات تعديل جديدة.
محولات ExpressCard Wi-Fiإن ExpressCard ، مثل CardBus ، ملائمة تمامًا للاختبار. من السهل تغيير البطاقات ، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة محمولة ، ولا يوجد نقص في الطرز التي تحتوي على منافذ ExpressCard في السوق.
لا تقف أجهزة الكمبيوتر المكتبية أيضًا أيضًا ، في عام 2007 تم اعتماد معيار PCI Express 2.0 ، لذلك غالبًا ما تظهر محولات PCIe ذات الهوائيات الخارجية داخل أجهزة الكمبيوتر المكتبية. ليس من المناسب اختبارها (قم بإزالة غطاء العلبة ، واستبدل محول PCIe ، وأعد كل شيء إلى مكانه).
2010بدأنا في دعم محولات Wi-Fi USB 2.0. هذا عامل شكل مناسب جدًا للاختبار والاستخدام من قبل المستخدمين النهائيين. كل ما تحتاجه هو منفذ USB أو منافذ متعددة إذا كنت تستخدم محولات متعددة.
يأتي محول Proxim ORiNOCO 8494 802.11n الأسطوري إلى الساحة ، استنادًا إلى مجموعة شرائح Atheros Communications ، التي لم تستوعبها شركة Qualcomm حتى الآن. تم استخدام هذا المحول من قبل جميع البرامج المهنية لاستطلاعات موقع Wi-Fi. لديه حساسية ممتازة.
محول USB الأسطوري Proxim ORiNOCO 8494تعد القدرة على توصيل محولات متعددة في وقت واحد ميزة كبيرة ، فهي تسرع وقت مسح القنوات عندما يتعلق الأمر ببرامج مسح الموقع ، وتسمح ، على سبيل المثال ، بتحليل سلوك العملاء عند التجوال عندما يتعلق الأمر بمحللات الحزم.
ومع ذلك ، لا تنس أن محول Wi-Fi USB النموذجي يستهلك من 200 إلى 300 مللي أمبير ، وإذا كنت تستخدم موزع USB سلبيًا عن طريق توصيل ثلاثة محولات به ، يمكنك بسهولة تجاوز الحد الأقصى لـ USB 2.0 500 مللي أمبير .
مقياس PortaPow لتحديد استهلاك التيار للمحوللا يوجد تقريبًا أي تدخل RF من محاور USB 2.0 ، وإلى جانب مسألة الاستهلاك الحالي ، فإن الشيء الوحيد الذي عليك الاهتمام به هو موقع المنافذ على لوحة الوصل. يجب تحديد موقع المنافذ بحيث يمكن إدخال المحولات في المنافذ المجاورة في نفس الوقت (إذا كانت المنافذ قريبة جدًا ، فلن يعمل إدخال المحولات).
كانت المشكلة التالية في عام 2010 بالنسبة لنا هي ظهور محولات MiniPCIe ، التي حلت محل MiniPCI في أجهزة الكمبيوتر المحمولة. بدأنا بتفكيك أجهزة الكمبيوتر المحمولة لاختبار المحول الجديد. يا له من ألم - ربما ليس من الضروري معرفة ذلك. يعد استبدال المحول في الكمبيوتر المحمول عملية سريعة ومملة ، ويمكنك التعثر في الكثير من المزالق. أولاً ، إذا كان هناك محول بهوائيين في المحول "الأصلي" للكمبيوتر المحمول ، وأردنا اختبار النموذج بثلاثة هوائيات ، فلن يكون هناك حل عادي. ثانيًا ، تنخرط بعض الشركات المصنعة لأجهزة الكمبيوتر المحمول في التدمير الكامل ، وتومض بشدة في BIOS تلك الموديلات التي يدعمها الكمبيوتر المحمول. وإذا لم يقع المحول الجديد في قائمة بيضاء ، فلن يتم التعرف عليه ببساطة. ثالثًا ، قد تكون محظوظًا وتكسر شيئًا بداخله.
في مرحلة ما ، كان علينا استخدام أجهزة سطح المكتب مع لوحة محول PCIe <-> MiniPCIe. لكن الحل لم يكن مثالياً: لا يزال التنقل للجهاز مهمًا.
وجد الرجال التايوانيون من
Bplus Technology ، الذين ، من بين مجموعة كبيرة من حلول تصحيح الأخطاء المثيرة للاهتمام للغاية ، مثل هذه اللوحة الممتازة ، الحل الأمثل:
اختبار لوحة مع المكونات الإضافية MiniPCIe عبر ExpressCardكان هذا المجلس مجرد خلاص لسنوات عديدة. أصبح سرير الاختبار رائعًا: يمكن تغيير المحولات في حسابين ، ويتم الحفاظ على التنقل ، ولا يوجد تدخل ، واللوحة نفسها غير مكلفة للغاية. كل ما تحتاجه هو جهاز كمبيوتر محمول مزود بفتحة ExpressCard ، ولكن في تلك السنوات لم تكن مشكلة.
اللوحة متصلة ، يتم إدخال محول ExpressCard في الكمبيوتر المحمول2013بحلول عام 2013 ، غزت شبكة Wi-Fi العالم بالكامل. جميع أجهزة الكمبيوتر المحمولة مجهزة بالكامل بوحدات Wi-Fi المدمجة ، وبدأت هذه الوحدات ، في أعقاب التصغير الشامل ، في الظهور في شكل جديد M.2 (المعروف أيضًا باسم NGFF). بطاقات M.2 أصغر من MiniPCIe المعتادة ولها موصل مختلف.
لوحة MiniPCIe ، وحدة MiniPCIe ، وحدة M.2أود الاستمرار في استخدام مجموعة الاختبار الممتازة لدينا ، وستعود Bplus Technologies إلى الإنقاذ مرة أخرى. يطلقون محول MiniPCIe <-> M.2 ، ونقوم بسهولة بصنع مثل هذه السندويتش السميكة:
"ساندويتش" من لوحة MiniPCIe ، ومحول MiniPCIe <-> M.2 ، ومحول M.2 Wi-Fi ، وهوائيات شاملة متصلة بهلا توجد أجهزة كمبيوتر محمول تقريبًا مع وجود بطاقة ExpressCard في السوق ، ولكن لدينا مخزون من هذه الأجهزة القديمة ، على الرغم من أنه من الواضح بالفعل أنه سيتعين علينا قريبًا البحث عن حل جديد. لكن المزيد عن ذلك أدناه.
2014في ديسمبر 2013 ، تم التصديق على معيار 802.11ac ، وفي عام 2014 ، ظهر العديد من محولات 802.11ac في السوق ، مع USB 3.0 بالفعل. لماذا محولات USB 3.0؟ لأن سرعة الحافلة 2.0 ليست كافية. يمكن أن توفر محولات 802.11n ثلاثية المكاني (3 تدفقات مكانية) سرعة قصوى تبلغ 450 ميجابت في الثانية على المستوى المادي ، ولكن محولات 802.11ac يمكنها بالفعل منح 867 ميجابت في الثانية (دفقان ، عرض قناة 80 ميجاهرتز) أو 1300 ميجابت في الثانية (ثلاثة تدفقات ، عرض قناة 80 ميجاهرتز) وحتى نظريًا 2340 ميجابت في الثانية (ثلاثة تيارات ، عرض القناة 160 ميجاهرتز ، فقط لا يوجد شيء في الطبيعة).
المشكلة الوحيدة مع USB 3.0 هي أن أجهزة USB 3.0 (الكابلات والموصلات والدوائر) قادرة على توليد ضوضاء تردد لاسلكي قوية للغاية ، مما يجعل المحولات أقل حساسية بكثير مع انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء. في حالة عدم وجود حماية جيدة ، يمكن ملاحظة هذا التأثير بسهولة. تم التقاط لقطة الشاشة أدناه باستخدام TamoGraph Site Survey و Wi-Spy محلل الطيف. تعرض لقطة الشاشة صورة نموذجية لتشغيل العديد من الشبكات في نطاق 2.4 جيجا هرتز (السعات في الأعلى وما يسمى بمنظر الشلال في الأسفل). يمكن ملاحظة أن عتبة الضوضاء تكون تقريباً عند مستوى -95 ديسيبل.
لا تدخل محور USBالآن دعنا نحاول تقريب Wi-Spy من لوحة الوصل أو محرك USB 3.0 الخارجي. الصورة تتغير جذريا:
تدخل قوي من لوحة وصل USBبالقرب من المحور هناك ضجيج لائق للغاية ، حوالي -77 ديسيبل. إذا أخذنا في الاعتبار أن الحد الأدنى لنسبة الإشارة إلى الضوضاء التي يمكن أن تعمل بها Wi-Fi بطريقة أو بأخرى هو حوالي 4 ديسيبل ، فلن يتمكن المحول بهذه الصورة من الاتصال بالشبكة إذا كانت الإشارة من نقطة الوصول أقل من -73 ديسيبل. للتغلب على هذه المشكلة ، يجب تجربة محاور مختلفة أو استخدام كبلات USB إضافية تقوم بإزالة المحول من مصادر ضجيج RF.
قد تسأل ، كيف تعيش محولات USB 3.0 مع مثل هذا التداخل؟ إنهم يعيشون حياة ممتعة للغاية. خذ ، على سبيل المثال ، محولات تعتمد على شرائح Realtek: عندما لا يكون المحول مرتبطًا ، فإنه يعمل في وضع USB 2.0 ، ومسح القنوات والعثور على الشبكات القريبة. عندما يتصل المحول بالشبكة ، تقوم خدمة نظام Windows الخاص بإعادة تهيئة الجهاز ، وتحويله إلى وضع USB 3.0. في هذا الوضع ، يبقى المحول حتى ينفصل ، وبعد ذلك يعود إلى وضع USB 2.0 مرة أخرى. هذه رقصات مجنونة.
2018الوقت يمضي ، وإذا لم تكن هناك مشاكل جديدة في اختبار محولات USB (لا يتم احتساب موصلات USB من النوع C ، فإن محولًا صغيرًا يحل المشكلة) ، فعندئذٍ تتأزم أزمة MiniPCIe و M.2. الانتقال إلى المجموعة القديمة من "كمبيوتر محمول مع بطاقة ExpressCard + MiniPCIe ExpressCard" أمر لا يطاق. أولاً ، لم تعد أجهزة الكمبيوتر المحمولة القديمة تسحب Windows 10. ثانيًا ، يمكن أن تموت في أي وقت ، مما يجعلنا في حيرة من أمرنا ، لأنني لا أشعر برغبة في البحث عن أجهزة كمبيوتر محمولة بديلة في سوق السلع المستعملة.
نحن بحاجة إلى إيجاد حل جديد. هاتف جوال ، يفضل أن يكون تحت Windows و macOS ، مع واجهة حديثة للاتصال. وبطبيعة الحال ، مع إمكانية الوصول المباشر للذاكرة (DMA). أسهل طريقة هي إدخال لوحة محول PCIe <-> MiniPCIe في سطح المكتب ، ولكن عليك بعد ذلك التخلي عن التنقل. يعد حمل سطح المكتب حول مكتبك أمرًا جيدًا جدًا لصحتك ، ولكنه ليس منتجًا للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، ننتقل الآن بشكل عام من أجهزة الكمبيوتر المكتبية إلى أجهزة الكمبيوتر المحمولة و Intel NUC ؛ فقدت أجهزة الكمبيوتر المكتبية معناها إلى حد كبير في السنوات الأخيرة.
إذن ماذا تبقى لنا؟ بالطبع ، ليس USB ، لأنه للأسف لا يمكنك إنشاء PCIe <-> جسر USB. ثم Thunderbolt: إنه في أجهزة الكمبيوتر المحمولة الجديدة و NUCs ، ويجب أن يجعل PCIe <-> جسر Thunderbolt ممكنًا. حسنًا ، اتجاه البحث هو جهاز لتوصيل محول PCIe من خلال Thunderbolt.
نقوم بالبحث والبحث والعثور على الوسيم:
هيكل توسيع Startech Thunderbolt 3 PCIe . بطبيعة الحال ، لم يكن بإمكان مطوريها ، حتى في أكثر الأوهام العنيفة ، أن يعتقدوا أن شخصًا ما قد يرغب في إدخال بطاقة Wi-Fi في هذا الهيكل. يصف الموقع في الواقع جميع التخيلات التي زارها المطورون: "إن هيكل Thunderbolt 3 PCIe يجعل من السهل توسيع نظامك بالقدرات التي تحتاجها للعمل في ذروة الإنتاجية. "يمكنك إضافة العديد من أنواع بطاقات PCI Express ، مثل PCIe USB 3.1 / 3.0 / 2.0 و USB-C أو SSD أو الشبكة أو eSATA أو FireWire أو بطاقات التقاط الفيديو." نظريًا ، يجب أن تقلع شبكة Wi-Fi. عمليا ... حسنا ، أنت تعرف كيف هي عمليا. إذا كان المكون لديه على الأقل أدنى فرصة لعدم كسب المال لأي سبب من الأسباب (برنامج التشغيل ، البرامج الثابتة ، الدوائر المصغرة) ، فلن يعمل.
كتبنا دعما. الدعم ، على نحو مفهوم ، لم يكن مستعدًا تمامًا للمشكلة على شبكة Wi-Fi. قالوا إنهم جربوا محولات إيثرنت ، لكن Wi-Fi لم تفعل ذلك أبدًا. حسنا ، سنحاول لهم. تصل الحزمة بسرعة ، ويمكننا فقط إزالة العلبة الخارجية وإدخال لوحة PCIe مع محول إلى M.2.
داخل Startech TB31PCIEX16أدخل محول Wi-Fi في المحول وقم بتثبيته. بعد ذلك ، قم بتوصيل الهوائيات باللوحة (من خلال الموصلات المجهرية ، لن تتمكن من الاستغناء عن المكبر) ، واربط الهوائيات بقوس لوحة PCIe لإخراجها ، وقم بتوصيل الوحدة بالكامل بمنفذ الطاقة و Thunderbolt للكمبيوتر المحمول.
مجمعة Startech TB31PCIEX16وعملت. ليس على الفور ، بالطبع ، عادة لا تستسلم قطع الحديد هذه على الفور. اضطررت إلى تحديث البرنامج الثابت لوحدة تحكم Thunderbolt على الكمبيوتر أولاً. ولكن كل شيء سار كالساعة.
المستقبلنحن نتابع عن كثب تطور الصناعة. الواجهة التالية في الطريق هي M.2 CNVio ، والتي يتم استخدامها ، على سبيل المثال ، في أحدث محولات Intel 9560. معيار Wi-Fi التالي هو 802.11ax. سنحل المشاكل عندما تصبح متاحة.