Wi-Fi và Mạng LAN không dây

Wi-Fi, họ tiêu chuẩn mạng LAN không dây IEEE 802.11, cho phép các thiết bị kết nối với mạng qua sóng vô tuyến thông qua các điểm truy cập, sử dụng giao thức truy cập phương tiện tránh va chạm được thiết kế cho kênh không dây không thể đoán trước.

Definition

Mạng LAN không dây là một mạng cục bộ trong đó các thiết bị giao tiếp qua sóng vô tuyến thay vì dây, và Wi-Fi là tập hợp các tiêu chuẩn IEEE 802.11 xác định các lớp vật lý và điều khiển truy cập phương tiện của nó, thường được tổ chức xung quanh các điểm truy cập kết nối các trạm không dây với mạng có dây.

Scope

Chủ đề này bao gồm mạng cục bộ không dây theo IEEE 802.11: kiến trúc của các điểm truy cập, trạm và tập hợp dịch vụ cơ bản; quá trình liên kết mà một thiết bị tham gia mạng; giao thức truy cập phương tiện CSMA/CA với thời gian chờ ngẫu nhiên, xác nhận và bắt tay RTS/CTS tùy chọn để xử lý các thiết bị đầu cuối ẩn; định dạng khung 802.11; và sự phát triển của tốc độ và băng tần của tiêu chuẩn. Nó cũng đề cập đến bảo mật không dây ở cấp độ cao. Nó không bao gồm mạng di động và kỹ thuật vô tuyến chi tiết.

Core questions

• Mạng LAN không dây 802.11 được cấu trúc xung quanh các điểm truy cập và trạm như thế nào?
• Một thiết bị khám phá và liên kết với mạng Wi-Fi như thế nào?
• CSMA/CA điều phối truy cập kênh và tránh va chạm như thế nào?
• Các xác nhận và bắt tay RTS/CTS giải quyết các lỗi không dây và các thiết bị đầu cuối ẩn như thế nào?
• Tốc độ, băng tần và tính năng của 802.11 đã phát triển như thế nào qua các thế hệ tiêu chuẩn?

Key concepts

• IEEE 802.11 (Wi-Fi)
• điểm truy cập và trạm
• tập hợp dịch vụ cơ bản (BSS)
• tín hiệu báo hiệu (beacons), quét và liên kết
• CSMA/CA
• thời gian chờ ngẫu nhiên
• xác nhận lớp liên kết
• bắt tay RTS/CTS
• định dạng khung 802.11
• bảo mật không dây (WPA)

Key theories

Kiến trúc hạ tầng và liên kết

Hầu hết các mạng Wi-Fi đều ở chế độ hạ tầng: các trạm liên kết với một điểm truy cập để chuyển tiếp lưu lượng của chúng đến và đi từ mạng có dây, sau khi khám phá nó thông qua các khung báo hiệu và xác thực cũng như liên kết để tham gia tập hợp dịch vụ cơ bản của nó.

Truy cập phương tiện CSMA/CA

802.11 sử dụng đa truy cập cảm biến sóng mang với tránh va chạm: các trạm cảm nhận kênh, chờ các khoảng thời gian chờ ngẫu nhiên và dựa vào các xác nhận lớp liên kết, vì các va chạm không thể được phát hiện một cách đáng tin cậy trong khi truyền trên một liên kết không dây.

RTS/CTS cho các thiết bị đầu cuối ẩn

Một trao đổi yêu cầu gửi / sẵn sàng gửi tùy chọn sẽ dành kênh trước một khung dữ liệu, để các trạm bị ẩn khỏi người gửi nhưng trong phạm vi của người nhận biết cách trì hoãn, giảm thiểu vấn đề thiết bị đầu cuối ẩn.

Clinical relevance

Wi-Fi là cách thức chủ đạo để các thiết bị kết nối với mạng cục bộ và Internet trong nhà, phục vụ các gia đình, văn phòng, trường học và các điểm truy cập công cộng. Việc hiểu cơ chế truy cập, quy trình liên kết và cấu trúc băng tần và kênh của nó là điều cần thiết để chẩn đoán mạng không dây chậm hoặc không đáng tin cậy, lập kế hoạch vị trí điểm truy cập và gán kênh, và bảo mật mạng không dây chống lại truy cập trái phép và nghe lén.

History

Tiêu chuẩn IEEE 802.11 đầu tiên xuất hiện vào năm 1997, tiếp theo là các thế hệ được áp dụng rộng rãi (802.11b, a, g, n, ac, ax) đã nâng cao tốc độ và bổ sung các băng tần và kỹ thuật như nhiều ăng-ten. Liên minh Wi-Fi đã chứng nhận khả năng tương tác và phổ biến thương hiệu Wi-Fi, và bảo mật không dây đã phát triển từ WEP bị lỗi sang WPA và WPA2/WPA3, biến Wi-Fi thành công nghệ không dây cục bộ mặc định trên toàn thế giới.

Key figures

• Andrew S. Tanenbaum
• James F. Kurose
• Keith W. Ross

Seminal works

• kurose2021
• ieee80211-2020

Frequently asked questions

Wi-Fi có giống với Internet không?

Không. Wi-Fi là một công nghệ liên kết không dây kết nối thiết bị của bạn với mạng cục bộ, thường thông qua một điểm truy cập. Mạng đó sau đó được kết nối với Internet bằng một liên kết có dây hoặc di động riêng biệt. Bạn có thể có Wi-Fi mà không có truy cập Internet và truy cập Internet mà không có Wi-Fi.

Tại sao Wi-Fi sử dụng tránh va chạm thay vì phát hiện?

Một bộ phát không dây thường không thể lắng nghe các va chạm trong khi gửi vì tín hiệu của chính nó mạnh hơn nhiều so với bất kỳ tín hiệu đến nào, và các thiết bị đầu cuối ẩn có thể va chạm ở nơi nó không thể nghe thấy. Vì vậy, 802.11 tránh va chạm trước bằng cách sử dụng cảm biến sóng mang, thời gian chờ ngẫu nhiên, xác nhận và RTS/CTS tùy chọn, thay vì phát hiện chúng giữa quá trình truyền như Ethernet có dây đã làm.