IEEE 802.11, или Wi-Fi, позволяет устройствам подключаться к Интернету без проводного подключения. Стандарт определяет протоколы передачи данных и методы безопасности для беспроводного доступа к сети на частотах от 2,4 до 5 ГГц.
Стандарт IEEE 802.11 работает путем передачи данных через радиоволны между устройствами. Цифровая информация кодируется и передается через антенну. Устройство в диапазоне сигнала может принимать и отправлять данные.
IEEE 802.11 поддерживает режимы инфраструктуры и Ad-Hoc. В инфраструктурном режиме есть точка доступа (Access Point), связывающая устройства Wi-Fi с проводной сетью. Режим Ad-Hoc позволяет устройствам создавать сеть без точки доступа.
Основы и структура стандарта IEEE 802.11
Стандарт IEEE 802.11 включает несколько подстандартов с разными спецификациями и технологиями беспроводной связи. Один из популярных подстандартов - IEEE 802.11b, работает на частоте 2,4 ГГц и обеспечивает скорость до 11 Мбит/с.
Подстандарты IEEE 802.11a и IEEE 802.11g также используют частоту 2,4 ГГц, но обеспечивают более высокие скорости (до 54 Мбит/с у IEEE 802.11g). IEEE 802.11n работает как на 2,4 ГГц, так и на 5 ГГц частотах, достигая скорости до 600 Мбит/с.
Стандарт IEEE 802.11ac работает в 5 ГГц диапазоне и обеспечивает скорость до 6,77 Гбит/с. Этот стандарт - основа для Wi-Fi 5 или 5G Wi-Fi. IEEE 802.11ax, или Wi-Fi 6, предлагает более высокую производительность, эффективность и поддержку большего количества устройств в одной сети.
Структура стандарта IEEE 802.11 включает физический слой (PHY) для методов модуляции сигнала и медиум-доступовый контроль (MAC) для управления доступом к среде передачи данных.
IEEE 802.11 также определяет различные протоколы и технологии, включая протоколы аутентификации и шифрования данных, механизмы автоматического выбора частоты и управления мощностью передатчика.
Стандарт IEEE 802.11 является основой для развития беспроводных сетей, обеспечивает совместимость и взаимодействие между различными устройствами и производителями. Знание основ и структуры стандарта важно для понимания принципов его работы и выбора оптимальных решений в области беспроводной связи.
Разработка и утверждение стандарта IEEE 802.11
Работа над стандартом IEEE 802.11 началась в 1989 году в Институте электротехники и электроники (IEEE). Комитет 802, занимающийся стандартами локальных сетей, был создан для разработки стандарта для беспроводных локальных сетей.
Комитет проводил исследования и в 1997 году был утвержден первый версия стандарта IEEE 802.11. Было определено большинство базовых технологий, но работало на частоте 2,4 ГГц.
В 1999 году появилось обновление стандарта IEEE 802.11 с новыми возможностями, такими как скорость до 11 Мбит/с, новые модуляции и улучшенная безопасность.
Стандарт IEEE 802.11 обновлялся в 2003, 2007 и 2013 годах для улучшения передачи данных, частотного спектра и безопасности. Сейчас самые популярные версии - ieee 802.11n и ieee 802.11ac, поддерживающие скорости до 600 Мбит/с и более 1 Гбит/с.
Стандарт утверждался через комментарии, предложения, экспертизы и голосование в комитете 802. После утверждения он становится обязательным для производителей, чтобы их устройства были совместимы с другими устройствами по этому стандарту.
Физический уровень IEEE 802.11
Физический уровень стандарта IEEE 802.11 определяет методы передачи данных в беспроводных сетях. Он включает в себя блоки кодирования и модуляции, которые позволяют передавать данные по радиоканалу.
Стандарт 802.11 включает в себя различные стандарты, такие как 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n и другие, работающие на разных частотах и использующие разные методы модуляции.
802.11a работает на 5 ГГц и достигает скорости до 54 Мбит/сек, используя метод модуляции OFDM.
802.11b работает на 2,4 ГГц, достигая скорости до 11 Мбит/сек и используя метод модуляции DSSS.
802.11g работает на частоте 2,4 ГГц и достигает скорости до 54 Мбит/сек. Он также совместим с 802.11a.
Выбор соответствующего стандарта зависит от требований к скорости передачи данных, дальности сигнала и совместимости с другими устройствами.
Канальный уровень IEEE 802.11
Канальный уровень отвечает за передачу данных через беспроводные сети. Он определяет протоколы для доступа к каналу и передачи данных.
Канальный уровень использует метод CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - множественный доступ с контролем несущей и избеганием столкновений). Передача данных происходит только при свободном канале, чтобы избежать столкновений.
IEEE 802.11 определяет физическую и логическую среду передачи данных. Физическая среда включает радиоканал для беспроводной связи и антенны для передачи и приема сигналов. Логическая среда определяет протоколы и способы доступа к физической среде передачи.
| 802.11ax | Физический | 2,4 ГГц и 5 ГГц | до 10 Гбит/с |
IEEE 802.11 также определяет протоколы для доступа к каналу передачи данных, такие как DCF, PCF и HCF. Эти протоколы регулируют доступ к каналу и управление передачей данных в беспроводной сети.
Уровень управления доступом в сети IEEE 802.11
Уровень управления доступом (MAC-уровень) в сети IEEE 802.11 отвечает за контроль доступа к беспроводной сети. Этот уровень определяет способы передачи данных между беспроводными устройствами и синхронизацию передачи в радиорежиме.
MAC-уровень включает в себя следующие подуровни:
- Физический уровень (PHY-уровень) - определяет характеристики беспроводной связи, такие как частота и скорость передачи данных.
- Управление доступом к среде (Medium Access Control, MAC) - отвечает за синхронизацию передачи данных и разделение доступа к сети между устройствами.
MAC-уровень в сети IEEE 802.11 имеет несколько методов управления доступом:
- CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) - метод случайного доступа, который предотвращает коллизии передачи данных путем передачи коротких сигналов "RTS" (Request to Send) и "CTS" (Clear to Send) для резервирования канала передачи. Если устройство получает сигнал "CTS", оно может начать передачу данных. Если устройство получает сигнал "RTS", оно должно подождать, пока канал будет свободен.
- DCF (Distributed Coordination Function) - подуровень CSMA/CA, который используется для передачи данных в режиме свободного доступа, когда доступ к каналу не ограничен. DCF использует понятие "слота" времени, чтобы разделить канал между устройствами.
- PCF (Point Coordination Function) - метод управляемого доступа, который используется для передачи данных в режиме координируемого доступа. Один из устройств в сети работает в режиме координатора и контролирует доступ к каналу, разрешая устройствам передавать данные.
Уровень управления доступом играет важную роль в стандарте IEEE 802.11, обеспечивая передачу данных в беспроводной сети с минимальными коллизиями и максимальной эффективностью.