Как Wi‑Fi передаёт данные по воздуху

Wi‑Fi позволяет устройствам подключаться к сети без кабелей, передавая данные в виде радиоволн по воздуху. Вместо электрических сигналов в медном кабеле беспроводное устройство передаёт и принимает радиосигналы от точки доступа и к ней. В этом уроке объясняются основы передачи сетевого трафика по воздуху с помощью Wi‑Fi — фундамент всего остального в беспроводных сетях.

В основе Wi‑Fi лежит кодирование данных — единиц и нулей — в радиоволны с помощью процесса, который называется модуляцией. Устройство изменяет свойства волны, чтобы представить биты, передаёт её, а приёмник декодирует волну обратно в данные. Это тот же основной принцип, что используется при радиовещании и телевещании, но применённый к двустороннему сетевому обмену между устройствами и точками доступа.

Центральным устройством большинства сетей Wi‑Fi является точка доступа (AP). AP — это радиоконцентратор, к которому подключаются беспроводные клиенты; обычно он соединён кабелем с расположенной за ним проводной сетью. Телефон обменивается данными с AP по воздуху, а AP передаёт этот трафик в проводную LAN и интернет. В домашних сетях AP часто встроена в маршрутизатор.

Каждая сеть Wi‑Fi объявляет имя, называемое SSID (Service Set Identifier, идентификатор набора служб). Это имя сети, которое Вы видите при выборе Wi‑Fi на телефоне, например HomeNet или CoffeeShop. AP передаёт SSID, чтобы устройства могли найти сеть и подключиться к ней. Несколько AP могут использовать один SSID для покрытия большой области, позволяя устройствам перемещаться между ними под единым именем сети.

Чтобы подключиться, клиент ассоциируется с точкой доступа. Устройство обнаруживает доступные сети, выбирает SSID и проходит аутентификацию и ассоциацию, чтобы AP распознала его как участника сети. После ассоциации и выполнения необходимых процедур безопасности устройство может отправлять и получать данные через эту AP. Такая ассоциация в беспроводной сети эквивалентна подключению кабеля к порту коммутатора.

В отличие от проводного порта коммутатора, Wi‑Fi использует общую среду с полудуплексной передачей: в каждый момент времени на одном канале может передавать только одно устройство, поскольку все они используют одно и то же воздушное пространство. Устройства передают по очереди. Чем больше клиентов подключено к одной AP, тем сильнее они делят общий эфир, поэтому перегруженная сеть Wi‑Fi работает медленно. Грамотная схема размещения распределяет клиентов между AP и каналами.

Поскольку устройства используют общий эфир, Wi‑Fi применяет CSMA/CA (множественный доступ с контролем несущей и предотвращением столкновений). Перед передачей устройство прослушивает канал, чтобы проверить, свободен ли он, и использует сигналы, предотвращающие одновременную передачу с другими устройствами. В отличие от проводного Ethernet, который может обнаруживать столкновения, беспроводные устройства обычно не могут их обнаружить, поэтому стараются не допустить их изначально.

Радиосигналы ослабевают с расстоянием, а стены, перекрытия, металл и даже люди блокируют их или дополнительно ослабляют. Это называется затуханием. Чем дальше Вы удаляетесь от AP и чем больше препятствий находится на пути, тем слабее сигнал и медленнее соединение, поскольку устройства переходят на более медленные и устойчивые методы передачи, чтобы сохранить подключение.

Wi‑Fi обеспечивает полноценный двусторонний обмен: устройство и отправляет данные (выгружает их), и получает их (загружает) по воздуху. AP и клиент постоянно обмениваются данными и небольшими кадрами подтверждения получения, поскольку беспроводная среда ненадёжна. Если кадр теряется из-за помех, он передаётся повторно. Такой обмен поддерживает надёжность беспроводных соединений, несмотря на нестабильную общую природу радиосреды.

Большинство сетей Wi‑Fi работает в инфраструктурном режиме, при котором каждое устройство подключается через центральную точку доступа, соединённую с проводной сетью. Более простой вариант — одноранговый режим, в котором два устройства взаимодействуют напрямую без AP. Он удобен для быстрых соединений между узлами, но не масштабируется. На экзамене Network+ необходимо знать, что обычные корпоративные и домашние сети Wi‑Fi используют инфраструктурный режим на основе точек доступа.

Понимание того, что Wi‑Fi использует радиоволны в общей среде с полудуплексной передачей, объясняет его особенности: почему скорость снижается с расстоянием, почему перегруженные сети работают медленно и почему важны помехи. Точка доступа соединяет беспроводной эфир с проводной сетью, устройства ассоциируются по SSID, а CSMA/CA не позволяет им сталкиваться. Эти основы лежат в основе всех последующих тем о беспроводных сетях.

Проверьте свои знания основ Wi‑Fi.

Wi‑Fi передаёт данные по воздуху в виде радиоволн, используя модуляцию. Точка доступа (AP) соединяет беспроводных клиентов с проводной сетью и передаёт SSID (имя сети). Для подключения устройства ассоциируются с AP. Wi‑Fi использует общую среду с полудуплексной передачей, поэтому устройства передают по очереди и применяют CSMA/CA для предотвращения столкновений. Сигналы ослабевают с расстоянием и из-за препятствий (затухание), а потерянные кадры передаются повторно.