Soluzioni tecniche

Come funzionano le reti Wi-Fi

11 Dicembre 2014

Ormai ovunque siamo ci connettiamo a reti Wi-Fi.
Hotspot, reti degli alberghi, quando siamo in vacanza spesso la nostra prima preoccupazione è: "C'è una rete aperta?" per poterci informare su cosa vedere o dove mangiare.


Ci siamo mai chiesti però quali sono i protocolli e gli standard che stanno dietro a quelle infrastrutture e come possiamo migliorare la velocità delle nostre connessioni senza fili?


Wi-Fi


Cos'è 802.11 
 
802.11 è un insieme di standard di trasmissione per le reti WLAN, che presuppone che l’interfaccia tra client e stazione base, e tra i client stessi, sia wireless (ossia senza fili).
Lo standard è composto da protocolli dedicati sia alla trasmissione delle informazioni (802.11a, 802.11b) sia alla sicurezza delle stesse (802.11i).
I protocolli (di livello 2) per la trasmissione sono usati in tutte le reti wireless con le loro varianti "b", "a", "g", "n" di cui di seguito sono indicate le bande di frequenza e la velocità massima:
  • 802.11b lavora a 2,4 GHz con velocità fino a 11Mbps.
  • 802.11a lavora a 5 GHz con velocità fino a 54 Mbps.
  • 802.11g lavora a 2,4 GHz con velocità fino a 54 Mbps.
  • 802.11n lavora sia a 2,4 che a 5 GHz e grazie alle antenne MIMO arriva fino a 600 Mbps.
  • 802.11ac lavora a 5 GHz e grazie alle antenne MIMO arriva fino a 1300 Mbps.
Come funziona l'accesso al canale radio nel Wi-Fi

Il Wi-Fi usa un metodo di accesso al canale radio denominato CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), dove tutte le stazioni radio ascoltano il canale prima di trasmettere le proprie informazioni (dette "trame") e sono in grado di evitare le collisioni con altre trame sullo stesso canale radio. 
La peculiarità è che qui le stazioni radio connesse al canale devono raggiungere l’Access Point che propaga la rete (SSID) ma non necessariamente si "vedono" tra loro (si parla di nodi nascosti o "hidden nodes").
Non essendoci la garanzia di visibilità, potrebbero avvenire collisioni senza possibilità che vengano rilevate da chi le ha generate, per questo si è pensato di far calcolare a ogni stazione trasmittente una serie di timer (detti IFS Interframe Space) con lo scopo di avere elevata probabilità di evitare le collisioni.
In sostanza pur essendo condiviso il canale radio, si è riusciti a diminuire al massimo le probabilità di collisioni tra trame inviate da stazioni diverse.

Come avviene la connessione di un client che usa una rete wireless

Abbiamo appena descritto il meccanismo con cui ogni client si accerta di avere via libera prima di iniziare la trasmissione.
Una volta raggiunta tale certezza si avrà:
  1. l'invio di una trama di Probe, dove sono contenuti l'SSID dell'AP ricercato e le velocità supportate dal chipset del client. L’Access Point registra la capacità di ogni stazione.
  2. L'autenticazione del client presso la rete propagata dall’AP in tre modi possibili: "Open" (non autenticazione), "Shared Key" (chiave nota a mittente e AP), "Network EAP" (che si basa sui server radius).
  3. L'associazione del client alla rete (vediamo il device in stato connesso alla rete Wi-Fi).
Velocità della connessione wireless
 
Una volta connessi, i client cominceranno a trasmettere informazioni, sperimentando talvolta problemi di velocità.
Da cosa dipende questa velocità di trasmissione?
Una caratteristica molto importante delle trasmissioni su reti wireless, che va sempre tenuta in considerazione quando le si progetta, è che la banda disponibile sul canale radio è sempre condivisa tra i client connessi al canale stesso e la velocità media dipende fortemente dal numero delle stazioni più lente (probabilmente quelle più lontane dall’AP) poiché ciò che viene diviso equamente è appunto la quantità di dati mediamente trasmessi da ciascun client.
 
I protocolli 802.11 utilizzano inoltre una velocità variabile per aumentare l’affidabilità della trasmissione.
Questa velocità dipende dalla qualità del segnale ricevuto (proporzionale alla distanza del client dall’AP) e viene diminuita al peggiorare delle qualità del segnale radio. 
Per questo motivo quando si ha la sensazione di essere lenti in una rete wireless, va subito fatta un’analisi su quanti e quali client sono connessi alla nostra stazione e a che distanza si trovano.
Maggiore sarà la distanza dall’Access Point e maggiore sarà la lentezza di tutti i client sottoscritti.

Come si fa a migliorare la velocità di una connessione wireless
  • Aumentando il numero di Access Point presenti in modo da diminuire la distanza dei client dai rispettivi Access Point. 
  • Verificando che non ci siano interferenze nel canale radio utilizzato (esistono software come InSSIDer capaci di mostrare le interferenze tra canali).
  • Comprando nuovi Access Point in grado di supportare i protocolli più moderni come 802.11ac. 
In conclusione, i meccanismi dietro al Wi-Fi non sono per niente semplici e ottimizzare una rete Wi-Fi può rivelarsi complicato, ma con qualche accorgimento si possono ottenere significativi miglioramenti di performance.
Autore
Alessio Urban
Nasco a Milano nel 1979, mi sono sempre appassionato nel sapere come funzionassero gli oggetti, quindi dopo il liceo scientifico non potevo che finire a studiare Ingegneria.
In particolare ho scelto le telecomunicazioni per illudermi di poter controllare i devices e il loro software, ma in effetti mi sono reso subito conto fosse solo un'illusione avere il controllo di qualcosa in cui ci sia del software che vi gira :-)
Amo lo sport e mi piace fare qualche corsetta durante il weekend e sono un appassionato di piante, in particolare coltivo bonsai.
Mi trovi anche su linkedin, e su facebook anche se il secondo lo uso decisamente meno
Commenti (2)

vorrei saperne come funzionano i dispositivi wi -fi sai darmi una risposta, dove posso entrare in contatto con te
dopo questo luogo,su facebooko altro come posso raggiungerti,attendo tua cordiale risposta

Marzia Iachini,

Ciao Marzia, puoi specificare meglio la tua domanda? Di che delucidazione hai bisogno?
Come immagini l’argomento Wi-Fi è molto vasto.
Grazie
Ciao

Alessio Urban,

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