كيف يرسل Wi-Fi البيانات عبر الهواء

تتيح Wi-Fi للأجهزة الانضمام إلى شبكة دون كابلات، وذلك بإرسال البيانات على شكل موجات راديوية عبر الهواء. وبدلًا من الإشارات الكهربائية على النحاس، يرسل الجهاز اللاسلكي الإشارات الراديوية ويستقبلها من نقطة الوصول وإليها. يشرح هذا الدرس أساسيات كيفية نقل Wi-Fi لحركة بيانات الشبكة عبر الهواء، وهي الأساس لكل ما يأتي في الشبكات اللاسلكية.

في جوهره، يشفّر Wi-Fi بياناتكم، أي الواحدات والأصفار، على موجات راديوية باستخدام عملية تُسمى التضمين. ويغيّر الجهاز خصائص الموجة لتمثيل البِتّات، ثم يرسلها، بينما يفك المستقبل ترميز الموجة ليعيدها إلى بيانات. وهذه هي الفكرة الأساسية نفسها وراء بث الراديو والتلفاز، لكنها مطبقة على الاتصال الشبكي ثنائي الاتجاه بين الأجهزة ونقاط الوصول.

الجهاز المركزي في معظم شبكات Wi-Fi هو نقطة الوصول (AP). ونقطة الوصول هي مركز الاتصال الراديوي الذي تتصل به الأجهزة العميلة اللاسلكية، وترتبط عادةً عبر كابل بالشبكة السلكية الموجودة خلفها. يتحدث هاتفكم مع نقطة الوصول عبر الهواء، ثم تمرر نقطة الوصول حركة البيانات إلى شبكة LAN السلكية والإنترنت. وفي المنازل، تكون نقطة الوصول مدمجة غالبًا في جهاز التوجيه.

تعلن كل شبكة Wi-Fi عن اسم يُسمى SSID (معرّف مجموعة الخدمات). وهذا هو اسم الشبكة الذي ترونه عند اختيار Wi-Fi على هاتفكم، مثل HomeNet أو CoffeeShop. تبث نقطة الوصول SSID كي تتمكن الأجهزة من العثور على الشبكة والانضمام إليها. ويمكن لعدة نقاط وصول مشاركة SSID واحد لتغطية مساحة كبيرة، مما يتيح للأجهزة التنقل بينها باستخدام اسم شبكة واحد.

للانضمام، يقوم الجهاز العميل بـالارتباط بنقطة وصول. يكتشف الجهاز الشبكات المتاحة، ويحدد SSID، ثم يمر بعملية المصادقة والارتباط حتى تتعرف نقطة الوصول إليه باعتباره عضوًا. بعد الارتباط (وأي تبادل أمني مطلوب)، يمكن للجهاز إرسال البيانات واستقبالها عبر نقطة الوصول. ويعادل هذا الارتباط لاسلكيًا توصيل كابل بمنفذ على محول.

بخلاف منفذ المحول السلكي، تُعد Wi-Fi وسيطًا مشتركًا ونصف مزدوج: فلا يمكن في أي لحظة إلا لجهاز واحد على القناة أن يرسل، لأن جميع الأجهزة تتشارك المساحة الهوائية نفسها. ولذلك تتناوب الأجهزة. وكلما زاد عدد الأجهزة العميلة على نقطة وصول واحدة، زادت حاجتها إلى مشاركة الوسط الهوائي، ولهذا تبدو شبكة Wi-Fi المزدحمة بطيئة. ويساعد التصميم الجيد على توزيع الأجهزة العميلة بين نقاط الوصول والقنوات.

لأن الأجهزة تتشارك الوسط الهوائي، تستخدم Wi-Fi تقنية CSMA/CA (الوصول المتعدد مع تحسس الناقل وتجنب التصادم). يستمع الجهاز للتحقق من خلو القناة قبل الإرسال، ويستخدم إشارات لتجنب التحدث فوق إشارات الأجهزة الأخرى. وبخلاف Ethernet السلكية التي تستطيع اكتشاف التصادمات، لا تستطيع الأجهزة اللاسلكية عادةً اكتشافها، ولذلك تركز على تجنبها من البداية.

تضعف الإشارات الراديوية مع المسافة، وتحجبها الجدران والأرضيات والمعادن وحتى الأشخاص أو تضعفها. ويُسمى ذلك التوهين. وكلما ابتعدتم عن نقطة الوصول أو زادت العوائق في الطريق، ضعفت الإشارة وأصبح الاتصال أبطأ، لأن الأجهزة تنتقل إلى أساليب إرسال أبطأ وأكثر متانة للحفاظ على الاتصال.

تعمل Wi-Fi باتجاهين بالكامل: فجهازكم يرسل البيانات (يرفعها) ويستقبلها (ينزّلها) عبر الهواء. وتتبادل نقطة الوصول والجهاز العميل البيانات وإطارات الإقرار الصغيرة باستمرار لتأكيد الاستلام، لأن الوسط الهوائي غير موثوق. وإذا فُقد إطار بسبب التداخل، يُعاد إرساله. ويحافظ هذا التبادل على موثوقية الاتصالات اللاسلكية رغم الطبيعة الفوضوية والمشتركة للإشارات الراديوية.

تعمل معظم شبكات Wi-Fi في النمط البنيوي، حيث يتصل كل جهاز عبر نقطة وصول مركزية تربط الشبكة اللاسلكية بالشبكة السلكية. والبديل الأبسط هو النمط المخصص، حيث يتحدث جهازان مباشرةً مع أحدهما الآخر دون نقطة وصول، وهو مفيد للروابط السريعة بين الأجهزة، لكنه غير قابل للتوسع. ويتوقع اختبار Network+ منكم معرفة أن شبكات Wi-Fi العادية في الشركات والمنازل تستخدم النمط البنيوي القائم على نقاط الوصول.

يساعد فهم كون Wi-Fi موجات راديوية تعمل عبر وسيط مشترك ونصف مزدوج على تفسير خصائصها: سبب تباطؤها مع المسافة، وسبب بطء الشبكات المزدحمة، وأهمية التداخل. تربط نقطة الوصول الوسط اللاسلكي بالشبكة السلكية، وترتبط الأجهزة باستخدام SSID، بينما تمنع CSMA/CA التصادمات بينها. وتشكل هذه الأساسيات قاعدة كل موضوعات الشبكات اللاسلكية القادمة.

اختبروا أساسيات Wi-Fi لديكم.

ترسل Wi-Fi البيانات على شكل موجات راديوية عبر الهواء باستخدام التضمين. وتربط نقطة الوصول (AP) الأجهزة العميلة اللاسلكية بالشبكة السلكية، كما تبث SSID (اسم الشبكة). وترتبط الأجهزة بنقطة وصول للانضمام إليها. وتُعد Wi-Fi وسيطًا مشتركًا ونصف مزدوج، ولذلك تتناوب الأجهزة في استخدامه وتستخدم CSMA/CA لتجنب التصادمات. وتضعف الإشارات مع المسافة والعوائق (التوهين)، بينما يُعاد إرسال الإطارات المفقودة.