Wi-Fi ส่งข้อมูลผ่านอากาศอย่างไร

ไวไฟช่วยให้อุปกรณ์เข้าร่วมเครือข่ายได้โดยไม่ต้องใช้สายเคเบิล ด้วยการส่งข้อมูลเป็นคลื่นวิทยุผ่านอากาศ แทนที่จะใช้สัญญาณไฟฟ้าบนสายทองแดง อุปกรณ์ไร้สายจะส่งและรับสัญญาณวิทยุไปยังและจากจุดเชื่อมต่อ บทเรียนนี้จะอธิบายพื้นฐานว่าไวไฟส่งทราฟฟิกเครือข่ายผ่านอากาศอย่างไร ซึ่งเป็นพื้นฐานของเครือข่ายไร้สายทั้งหมด

หัวใจสำคัญของไวไฟคือการเข้ารหัสข้อมูลของคุณ ซึ่งก็คือเลขหนึ่งและศูนย์ ลงบนคลื่นวิทยุผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการมอดูเลต อุปกรณ์จะเปลี่ยนคุณสมบัติของคลื่นเพื่อแทนบิตต่าง ๆ ส่งคลื่นออกไป แล้วตัวรับจะแปลงคลื่นกลับเป็นข้อมูล แนวคิดพื้นฐานนี้เหมือนกับการกระจายเสียงวิทยุและ TV แต่ประยุกต์ใช้กับการสื่อสารเครือข่ายแบบสองทางระหว่างอุปกรณ์กับจุดเชื่อมต่อ

อุปกรณ์ศูนย์กลางในเครือข่ายไวไฟส่วนใหญ่คือจุดเชื่อมต่อ (AP) AP เป็นศูนย์กลางสัญญาณวิทยุที่ไคลเอนต์ไร้สายเชื่อมต่อเข้ามา และโดยปกติจะเชื่อมต่อด้วยสายเคเบิลไปยังเครือข่ายแบบใช้สายที่อยู่เบื้องหลัง โทรศัพท์ของคุณสื่อสารกับ AP ผ่านอากาศ ส่วน AP จะส่งต่อทราฟฟิกนั้นไปยัง LAN แบบใช้สายและอินเทอร์เน็ต ในบ้าน AP มักรวมอยู่ในเราเตอร์

เครือข่ายไวไฟแต่ละเครือข่ายจะประกาศชื่อที่เรียกว่า SSID (Service Set Identifier) ซึ่งเป็นชื่อเครือข่ายที่คุณเห็นเมื่อเลือกไวไฟบนโทรศัพท์ เช่น HomeNet หรือ CoffeeShop AP จะกระจายสัญญาณ SSID เพื่อให้อุปกรณ์ค้นหาและเข้าร่วมได้ AP หลายตัวสามารถใช้ SSID เดียวกันเพื่อครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ ทำให้อุปกรณ์โรมมิงระหว่าง AP เหล่านั้นได้ภายใต้ชื่อเครือข่ายเดียว

หากต้องการเข้าร่วมเครือข่าย ไคลเอนต์จะเชื่อมโยงกับจุดเชื่อมต่อ อุปกรณ์จะค้นหาเครือข่ายที่พร้อมใช้งาน เลือก SSID แล้วดำเนินการยืนยันตัวตนและการเชื่อมโยง เพื่อให้ AP รู้จักอุปกรณ์ในฐานะสมาชิก หลังจากเชื่อมโยงแล้ว (และผ่านกระบวนการจับมือด้านความปลอดภัย หากมี) อุปกรณ์จะสามารถส่งและรับข้อมูลผ่าน AP นั้นได้ การเชื่อมโยงนี้เทียบเท่ากับการเสียบสายเคเบิลเข้ากับพอร์ตของสวิตช์ในเครือข่ายแบบไร้สาย

ไวไฟแตกต่างจากพอร์ตสวิตช์แบบใช้สายตรงที่เป็นสื่อแบบใช้ร่วมกันและฮาล์ฟดูเพล็กซ์ กล่าวคือ ในแต่ละขณะจะมีอุปกรณ์เพียงหนึ่งเครื่องในช่องสัญญาณที่ส่งข้อมูลได้ เพราะทุกเครื่องใช้พื้นที่อากาศร่วมกัน อุปกรณ์จึงต้องผลัดกันส่ง ยิ่งมีไคลเอนต์อยู่บน AP เดียวกันมากเท่าไร ก็ยิ่งต้องแบ่งปันอากาศกันมากขึ้นเท่านั้น นี่เป็นเหตุผลที่ไวไฟในพื้นที่หนาแน่นรู้สึกช้า การออกแบบที่ดีควรกระจายไคลเอนต์ไปยัง AP และช่องสัญญาณต่าง ๆ

เนื่องจากอุปกรณ์ใช้สื่อกลางทางอากาศร่วมกัน ไวไฟจึงใช้ CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) อุปกรณ์จะรับฟังเพื่อตรวจสอบว่าช่องสัญญาณว่างก่อนส่งข้อมูล และใช้สัญญาณควบคุมเพื่อหลีกเลี่ยงการส่งทับอุปกรณ์อื่น ต่างจากอีเทอร์เน็ตแบบใช้สายที่สามารถตรวจจับการชนกันได้ อุปกรณ์ไร้สายโดยทั่วไปตรวจจับการชนกันไม่ได้ จึงมุ่งหลีกเลี่ยงการชนกันตั้งแต่แรก

สัญญาณวิทยุจะอ่อนลงตามระยะทาง และถูกกั้นหรือทำให้อ่อนลงโดยผนัง พื้น โลหะ และแม้แต่คน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการลดทอน ยิ่งคุณอยู่ห่างจาก AP มากขึ้น หรือมีสิ่งกีดขวางขวางทางมากขึ้น สัญญาณก็จะยิ่งอ่อนและการเชื่อมต่อก็จะยิ่งช้าลง เพราะอุปกรณ์จะเปลี่ยนไปใช้วิธีส่งข้อมูลที่ช้าลงแต่ทนทานกว่าเพื่อรักษาการเชื่อมต่อ

ไวไฟสื่อสารได้สองทางอย่างสมบูรณ์ อุปกรณ์ของคุณทั้งส่ง (อัปโหลด) และรับ (ดาวน์โหลด) ข้อมูลผ่านอากาศ AP และไคลเอนต์จะแลกเปลี่ยนข้อมูลและเฟรมยืนยันขนาดเล็กที่ยืนยันการรับข้อมูลอยู่ตลอดเวลา เนื่องจากสื่อกลางทางอากาศไม่เสถียร หากเฟรมสูญหายเพราะสัญญาณรบกวน เฟรมนั้นจะถูกส่งซ้ำ การสื่อสารไปกลับนี้ช่วยให้การเชื่อมต่อไร้สายเชื่อถือได้ แม้ลักษณะของสัญญาณวิทยุจะยุ่งเหยิงและใช้ร่วมกัน

ไวไฟส่วนใหญ่ทำงานในโหมดโครงสร้างพื้นฐาน ซึ่งอุปกรณ์ทุกเครื่องเชื่อมต่อผ่านจุดเชื่อมต่อส่วนกลางที่ทำหน้าที่เชื่อมต่อไปยังเครือข่ายแบบใช้สาย อีกทางเลือกที่ง่ายกว่าคือโหมดเฉพาะกิจ ซึ่งอุปกรณ์สองเครื่องสื่อสารกันโดยตรงโดยไม่มี AP เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์อย่างรวดเร็ว แต่ไม่รองรับการขยายขนาด การสอบ Network+ คาดหวังให้คุณรู้ว่าไวไฟตามปกติในธุรกิจและบ้านใช้โหมดโครงสร้างพื้นฐานที่สร้างขึ้นรอบจุดเชื่อมต่อ

การเข้าใจว่าไวไฟคือคลื่นวิทยุบนสื่อกลางแบบใช้ร่วมกันและฮาล์ฟดูเพล็กซ์ ช่วยอธิบายลักษณะเฉพาะของมันได้ว่าเหตุใดจึงช้าลงเมื่ออยู่ไกล เหตุใดเครือข่ายที่มีผู้ใช้หนาแน่นจึงรู้สึกอืด และเหตุใดสัญญาณรบกวนจึงสำคัญ จุดเชื่อมต่อเชื่อมสื่อไร้สายทางอากาศเข้ากับเครือข่ายแบบใช้สาย อุปกรณ์เชื่อมโยงผ่านSSID และ CSMA/CAช่วยป้องกันการชนกัน พื้นฐานเหล่านี้เป็นรากฐานของหัวข้อเครือข่ายไร้สายทั้งหมดที่จะเรียนต่อไป

ทดสอบความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับไวไฟของคุณ

ไวไฟส่งข้อมูลเป็นคลื่นวิทยุผ่านอากาศโดยใช้การมอดูเลต จุดเชื่อมต่อ (AP) เชื่อมไคลเอนต์ไร้สายเข้ากับเครือข่ายแบบใช้สาย และกระจายสัญญาณSSID (ชื่อเครือข่าย) อุปกรณ์จะเชื่อมโยงกับ AP เพื่อเข้าร่วมเครือข่าย ไวไฟเป็นสื่อแบบใช้ร่วมกันและฮาล์ฟดูเพล็กซ์ อุปกรณ์จึงต้องผลัดกันใช้สื่อกลาง โดยใช้CSMA/CAเพื่อหลีกเลี่ยงการชนกัน สัญญาณจะอ่อนลงตามระยะทางและสิ่งกีดขวาง (การลดทอน) และเฟรมที่สูญหายจะถูกส่งซ้ำ