Jak Wi-Fi przesyła dane drogą radiową

Wi-Fi umożliwia urządzeniom dołączanie do sieci bez użycia kabli, przesyłając dane w postaci fal radiowych przez powietrze. Zamiast sygnałów elektrycznych w miedzianym przewodzie urządzenie bezprzewodowe wysyła i odbiera sygnały radiowe z punktu dostępowego i do niego. Telefon komunikuje się z punktem dostępowym bezprzewodowo, a punkt dostępowy przekazuje ten ruch do przewodowej sieci LAN i internetu. W domach punkt dostępowy jest często wbudowany w router.

U podstaw działania Wi-Fi leży kodowanie danych — jedynek i zer — na falach radiowych za pomocą procesu zwanego modulacją. Urządzenie zmienia właściwości fali, aby reprezentować bity, następnie ją przesyła, a odbiornik dekoduje falę z powrotem do postaci danych. To ta sama podstawowa idea, która stoi za nadawaniem radiowym i telewizyjnym, zastosowana do dwukierunkowej komunikacji sieciowej między urządzeniami i punktami dostępowymi.

Centralnym urządzeniem w większości sieci Wi-Fi jest punkt dostępowy (AP). AP pełni funkcję radiowego centrum, z którym łączą się klienci bezprzewodowi, i zwykle jest połączony przewodem z znajdującą się za nim siecią przewodową. Telefon komunikuje się z AP bezprzewodowo, a AP przekazuje ten ruch do przewodowej sieci LAN i internetu. W domach AP jest często wbudowany w router.

Każda sieć Wi-Fi rozgłasza nazwę zwaną SSID (Service Set Identifier). Jest to nazwa sieci widoczna podczas wybierania Wi-Fi w telefonie, na przykład HomeNet lub CoffeeShop. AP rozgłasza SSID, aby urządzenia mogły znaleźć sieć i do niej dołączyć. Wiele AP może współdzielić jeden identyfikator SSID, aby pokryć duży obszar i umożliwić urządzeniom przemieszczanie się między nimi pod jedną nazwą sieci.

Aby dołączyć do sieci, klient kojarzy się z punktem dostępowym. Urządzenie wykrywa dostępne sieci, wybiera SSID, a następnie przechodzi uwierzytelnianie i kojarzenie, dzięki czemu AP rozpoznaje je jako członka sieci. Po skojarzeniu (i wykonaniu ewentualnego uzgadniania zabezpieczeń) urządzenie może wysyłać i odbierać dane za pośrednictwem tego AP. Kojarzenie jest bezprzewodowym odpowiednikiem podłączenia kabla do portu przełącznika.

W przeciwieństwie do przewodowego portu przełącznika Wi-Fi jest współdzielonym medium half-duplex: w danej chwili tylko jedno urządzenie na kanale może nadawać, ponieważ wszystkie współdzielą tę samą przestrzeń radiową. Urządzenia nadają na zmianę. Im więcej klientów korzysta z jednego AP, tym bardziej muszą dzielić między sobą pasmo, dlatego zatłoczone Wi-Fi wydaje się powolne. Dobra konstrukcja sieci rozdziela klientów między punkty dostępowe i kanały.

Ponieważ urządzenia współdzielą przestrzeń radiową, Wi-Fi używa mechanizmu CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Urządzenie nasłuchuje, aby sprawdzić, czy kanał jest wolny, zanim rozpocznie nadawanie, i wykorzystuje sygnalizację, aby nie nakładać się na transmisje innych urządzeń. W przeciwieństwie do przewodowego Ethernetu, który potrafi wykrywać kolizje, urządzenia bezprzewodowe zazwyczaj nie mogą ich wykrywać, dlatego skupiają się na zapobieganiu im.

Sygnały radiowe słabną wraz z odległością, a ściany, stropy, metal, a nawet ludzie blokują je lub dodatkowo osłabiają. Zjawisko to nazywa się tłumieniem. Im dalej od AP znajduje się urządzenie lub im więcej przeszkód znajduje się na drodze, tym słabszy jest sygnał i wolniejsze połączenie, ponieważ urządzenia przełączają się na wolniejsze, odporniejsze metody transmisji, aby utrzymać połączenie.

Wi-Fi zapewnia pełną dwukierunkowość: urządzenie zarówno wysyła (przesyła dane), jak i odbiera (pobiera dane) je bezprzewodowo. AP i klient stale wymieniają dane oraz małe ramki potwierdzeń odbioru, ponieważ transmisja radiowa jest zawodna. Jeśli ramka zostanie utracona wskutek zakłóceń, jest przesyłana ponownie. Ta wymiana w obu kierunkach zapewnia niezawodność połączeń bezprzewodowych mimo chaotycznego i współdzielonego charakteru transmisji radiowej.

Większość sieci Wi-Fi działa w trybie infrastruktury, w którym każde urządzenie łączy się przez centralny punkt dostępowy pełniący funkcję mostu do sieci przewodowej. Prostszą alternatywą jest tryb ad hoc, w którym dwa urządzenia komunikują się bezpośrednio, bez AP. Jest on przydatny do szybkich połączeń peer-to-peer, ale nie skaluje się dobrze. Na egzaminie Network+ należy wiedzieć, że typowe firmowe i domowe sieci Wi-Fi używają trybu infrastruktury opartego na punktach dostępowych.

Zrozumienie, że Wi-Fi wykorzystuje fale radiowe we współdzielonym medium half-duplex, wyjaśnia jego charakterystyczne cechy: spadek szybkości wraz z odległością, powolne działanie zatłoczonych sieci oraz znaczenie zakłóceń. Punkt dostępowy łączy bezprzewodową transmisję z siecią przewodową, urządzenia kojarzą się za pomocą SSID, a CSMA/CA zapobiega ich kolizjom. Te podstawy są fundamentem wszystkich kolejnych tematów związanych z sieciami bezprzewodowymi.

Sprawdź podstawy Wi-Fi.

Wi-Fi przesyła dane w postaci fal radiowych przez powietrze, wykorzystując modulację. Punkt dostępowy (AP) łączy klientów bezprzewodowych z siecią przewodową i rozgłasza SSID (nazwę sieci). Urządzenia kojarzą się z AP, aby dołączyć do sieci. Wi-Fi jest współdzielonym medium half-duplex, dlatego urządzenia nadają na zmianę i używają mechanizmu CSMA/CA do unikania kolizji. Sygnały słabną wraz z odległością i napotykanymi przeszkodami (tłumienie), a utracone ramki są przesyłane ponownie.