وایرلس چیست؟ آشنایی با انواع شبکه وایرلس!

اتصال به اینترنت و شبکه‌های اطلاعاتی بخش مهمی از زندگی روزمره ما هستند. یکی از رایج‌ترین روش‌های اتصال، استفاده از شبکه‌های بی‌سیم یا وایرلس است. اما وایرلس چیست و چرا اینقدر محبوب است؟ شبکه‌های وایرلس به کاربران این امکان را می‌دهند تا بدون نیاز به کابل‌های فیزیکی به اینترنت، شبکه‌های داخلی و سایر دستگاه‌ها متصل شوند. این فناوری باعث افزایش تحرک، راحتی و انعطاف‌پذیری در دسترسی به اطلاعات می‌شود. در ادامه، به بررسی این سوال می‌پردازیم که وایرلس چیست و انواع اتصالات، نحوه کار و حالت‌های اتصال در شبکه وای فای را معرفی می‌کنیم.

وایرلس چیست؟

شبکه بی‌سیم به شبکه‌ای رایانه‌ای گفته می‌شود که برای برقراری ارتباط بین گره‌های (node) موجود در شبکه، از امواج رادیویی (Radio Frequency یا RF) استفاده می‌کند. این نوع شبکه‌ها گزینه‌ای محبوب برای خانه‌ها، کسب‌وکارها و زیرساخت‌های مخابراتی هستند.

اینکه بسیاری از افراد بپرسند «شبکه بی‌سیم چیست؟» موضوعی طبیعی است؛ چون با وجود اینکه این شبکه‌ها تقریبا در همه جا حضور دارند، نحوه عملکرد آن‌ها برای بیشتر مردم ناشناخته است. همچنین، خیلی‌ها تصور می‌کنند که همه شبکه‌های بی‌سیم همان وای‌فای هستند، در حالی که این دو دقیقا معادل هم نیستند. هر دو از امواج رادیویی استفاده می‌کنند، اما انواع مختلفی از شبکه‌های بی‌سیم با فناوری‌های متفاوت وجود دارند (مانند بلوتوث، ZigBee، LTE، 5G)، در حالی که وای‌فای به پروتکل خاصی اشاره دارد که توسط مؤسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) در استاندارد 802.11 تعریف شده است.

تفاوت بین شبکه سیمی و شبکه وایرلس چیست؟

واضح‌ترین تفاوت این است که شبکه بی‌سیم، دستگاه‌ها را بدون نیاز به سیم و کابل به شبکه متصل نگه می‌دارد و در عین حال به آن‌ها آزادی حرکت می‌دهد. اما در شبکه سیمی، از کابل‌ها برای اتصال دستگاه‌ها به شبکه استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها معمولا شامل رایانه‌های رومیزی یا لپ‌تاپ هستند، اما می‌توانند اسکنرها یا دستگاه‌های فروش (POS) را نیز در بر بگیرند.

با این حال، تفاوت‌های فنی و جزئی‌تری هم وجود دارد. بیشتر شبکه‌های سیمی مدرن «دوطرفه کامل» (Full Duplex) هستند؛ یعنی می‌توانند همزمان داده‌ها را ارسال و دریافت کنند. همچنین معمولاً هر دستگاه در این شبکه‌ها به‌صورت اختصاصی با یک کابل به شبکه متصل می‌شود.

در مقابل، شبکه وای‌فای از امواج رادیویی به‌عنوان محیط انتقال استفاده می‌کند که این محیط، منبعی مشترک است؛ نه‌تنها برای کاربران آن شبکه، بلکه گاهی برای سایر فناوری‌ها نیز (زیرا وای‌فای در باندهای مشترک فعالیت می‌کند که بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی اجازه فعالیت در آن را دارند). این موضوع چند پیامد مهم دارد:

1. برخلاف شبکه‌های سیمی، وای‌فای نمی‌تواند هم‌زمان داده بفرستد و دریافت کند؛ یعنی «دوطرفه ناقص» (Half Duplex) است.

2. تمام کاربران باید نوبتی از این فضا استفاده کنند.

3. همه کاربران می‌توانند ترافیک در حال عبور را بشنوند.

به همین دلیل، وای‌فای در طول زمان تدابیر امنیتی مختلفی را برای حفظ محرمانگی اطلاعات در فضای بی‌سیم به کار گرفته است.

انواع اتصالات شبکه بی‌سیم

علاوه بر شبکه محلی (LAN)، چند نوع دیگر از شبکه‌های بی‌سیم رایج وجود دارند، از جمله شبکه شخصی (PAN)، شبکه شهری (MAN) و شبکه گسترده (WAN).

LAN یا شبکه محلی

شبکه محلی، یک شبکه رایانه‌ای است که در یک مکان واحد مانند ساختمان اداری ایجاد می‌شود. این شبکه برای اتصال دستگاه‌هایی مانند رایانه‌ها، چاپگرها و حافظه‌های ذخیره‌سازی استفاده می‌شود. LAN معمولا شامل تجهیزاتی مانند سوئیچ، اکسس پوینت، روتر، فایروال و کابل‌های اترنت است که همه را به هم متصل می‌کنند. وای‌فای شناخته‌شده‌ترین نوع شبکه محلی بی‌سیم است.

PAN یا شبکه شخصی

شبکه شخصی، شبکه‌ای است که به‌طور متمرکز در اطراف دستگاه‌های یک فرد و در یک مکان خاص ایجاد می‌شود. این شبکه می‌تواند شامل رایانه، تلفن همراه، کنسول بازی یا سایر دستگاه‌های جانبی باشد. شبکه‌های PAN بیشتر در خانه‌ها یا دفاتر کوچک کاربرد دارند. بلوتوث رایج‌ترین فناوری شبکه شخصی بی‌سیم محسوب می‌شود.

MAN یا شبکه شهری

شبکه شهری، شبکه‌ای رایانه‌ای است که در سطح یک شهر، منطقه جغرافیایی کوچک یا پردیس دانشگاه یا تجاری گسترده می‌شود. تفاوت اصلی MAN با LAN در اندازه آن است. یک LAN معمولا به یک ساختمان محدود می‌شود، اما یک MAN می‌تواند چندین مایل مربع را پوشش دهد.

برای مثال، شرکت‌های بزرگ ممکن است از MAN استفاده کنند تا بتوانند سیستم‌هایی مانند تهویه، برق و امنیت را در یک پردیس بزرگ کنترل کنند.

WAN یا شبکه گسترده

شبکه گسترده، ناحیه بسیار بزرگی را پوشش می‌دهد، مانند یک شهر، استان یا حتی کشور. در واقع، اینترنت خود یک شبکه گسترده (WAN) محسوب می‌شود. مانند اینترنت، یک WAN می‌تواند شامل شبکه‌های کوچک‌تر مانند LAN یا MAN نیز باشد.

رایج‌ترین نمونه‌های WAN بی‌سیم، شبکه‌های تلفن همراه هستند.

اجزای تشکیل‌دهنده شبکه بی‌سیم

چندین بخش مختلف در ساختار (توپولوژی) یک شبکه بی‌سیم نقش دارند:

کلاینت‌ها (Clients)

منظور از کلاینت، همان دستگاه‌هایی است که کاربران نهایی از آن‌ها استفاده می‌کنند. با گسترش پوشش شبکه‌های وای‌فای، طیف متنوعی از دستگاه‌ها از این فناوری برای اتصال به شبکه بهره می‌برند؛ از جمله تلفن همراه، تبلت، لپ‌تاپ، رایانه رومیزی و…

این اتصال بی‌سیم به کاربران اجازه می‌دهد تا بدون قطع ارتباط با شبکه، آزادانه در محیط جابه‌جا شوند. در برخی موارد، تحرک در محیط کار مانند دفاتر یا انبارها ضروری است. برای مثال، اگر کارکنان بخواهند با استفاده از اسکنر، بسته‌های آماده ارسال را ثبت کنند، وجود شبکه بی‌سیم این امکان را فراهم می‌کند که به‌راحتی در محیط انبار حرکت کنند.

اکسس پوینت (Access Point – AP)

اکسس پوینت دستگاهی است که وای‌فای را با نام شبکه مشخصی (که به آن SSID یا Service Set Identifier گفته می‌شود) در محیط منتشر می‌کند. کاربرانی که به این شبکه متصل می‌شوند، ترافیک آن‌ها از طریق این AP به یک شبکه محلی سیمی (مثل اترنت) هدایت می‌شود تا ارتباط آن‌ها با شبکه اصلی یا حتی اینترنت برقرار شود.

نحوه کار شبکه وایرلس چیست؟

شبکه بی‌سیم مبتنی بر وای‌فای از امواج رادیویی برای ارسال سیگنال‌ها استفاده می‌کند (مانند تلفن‌های همراه و رادیو، با این تفاوت که در فرکانس‌ها و شیوه‌های مدولاسیون متفاوتی عمل می‌کنند).

در یک شبکه وای‌فای معمولی، AP نام شبکه خود را از طریق سیگنال‌هایی به نام «بیکن» (Beacon) منتشر می‌کند. بیکن را می‌توان نوعی پیام اعلام حضور دانست که می‌گوید: «سلام! من اینجا یک شبکه دارم. اگر همان شبکه‌ای هست که دنبال آن هستی، می‌توانی به آن بپیوندی.»

دستگاه کلاینت (مثل گوشی یا لپ‌تاپ) این بیکن را دریافت می‌کند و سیگنال RF را به داده دیجیتال تبدیل می‌کند. سپس این داده‌ها در اختیار سیستم قرار می‌گیرند. اگر کاربر بخواهد به شبکه متصل شود، دستگاه پیامی به AP ارسال می‌کند و در صورت فعال بودن تنظیمات امنیتی، اطلاعات احراز هویت نیز ارائه می‌شود. این فرآیندها «اتصال (Association)» و «احراز هویت (Authentication)» نام دارند. اگر یکی از این مراحل با خطا مواجه شود، دستگاه نمی‌تواند به شبکه متصل شود و ارتباطی برقرار نخواهد شد.

اگر همه‌چیز درست پیش برود، مرحله‌ی نهایی و هدف اصلی کاربر اتفاق می‌افتد: تبادل داده. داده‌ها از سمت کلاینت (یا برعکس) به سیگنال‌های RF مدوله‌شده تبدیل شده و از طریق هوا ارسال می‌شوند. گیرنده، این سیگنال‌ها را دِمدوله و به داده دیجیتال تبدیل می‌کند و سپس آن را به مقصد (مثلاً اینترنت یا یک منبع داخلی) هدایت می‌کند.

فرکانس‌های قابل استفاده برای وای‌فای

ارتباط وای‌فای تنها در فرکانس‌های مشخصی مجاز است. در اغلب نقاط دنیا، این فرکانس‌ها شامل باندهای ۲.۴ گیگاهرتز و ۵ گیگاهرتز هستند؛ اگرچه بسیاری از کشورها اکنون باند ۶ گیگاهرتز را نیز اضافه کرده‌اند.

این فرکانس‌ها با فرکانس‌هایی که شبکه‌های تلفن همراه استفاده می‌کنند متفاوت‌اند؛ بنابراین وای‌فای و موبایل برای استفاده از فرکانس با یکدیگر رقابت نمی‌کنند. با این حال، فناوری‌های دیگری هستند که در همین فرکانس‌ها فعالیت می‌کنند و می‌توانند باعث تداخل شوند.

در باند ۲.۴ گیگاهرتز به‌طور خاص، دستگاه‌های زیادی از جمله بلوتوث، ZigBee، صفحه‌کلیدهای بی‌سیم و تجهیزات صوتی‌تصویری از این باند استفاده می‌کنند و ممکن است باعث اختلال شوند.

اتصال چند دستگاه به یک AP

اگر چندین دستگاه وای‌فای بخواهند به یک شبکه متصل شوند، همه می‌توانند از یک اکسس پوینت استفاده کنند. این موضوع وای‌فای را به راه‌حلی مناسب برای محیط‌هایی تبدیل می‌کند که نیاز به پوشش گسترده برای کاربران زیاد دارند.

اما در صورتی که تعداد زیادی کاربر هم‌زمان و با نیاز پهنای باند بالا (مثلاً برای تماشای ویدیوی با کیفیت بالا) متصل شوند، ممکن است عملکرد شبکه کاهش یابد. دلیل آن این است که در لایه RF ترافیک بیش از حد ایجاد شده و اکسس پوینت نمی‌تواند همه بسته‌های مورد نیاز را به‌موقع ارسال کند.

استانداردهای شبکه وایرلس چیست؟

استاندارد شبکه‌ای که در معماری‌های بی‌سیم استفاده می‌شود، IEEE 802.11 نام دارد. این استاندارد به‌طور مداوم در حال توسعه است و به‌طور مرتب اصلاحیه‌هایی برای آن منتشر می‌شود. این اصلاحیه‌ها با حروف مشخص می‌شوند. اگرچه نسخه‌های مختلفی از آن وجود دارد، اما مهم‌ترین و پرکاربردترین آن‌ها عبارت‌اند از:

802.11a

این نسخه پشتیبانی از باند فرکانسی ۵ گیگاهرتز را به استاندارد اولیه اضافه کرد و امکان انتقال داده با سرعتی تا ۵۴ مگابیت بر ثانیه را فراهم نمود. در آن از فناوری OFDM (تقسیم فرکانسی متعامد) استفاده می‌شود که سیگنال را به زیرسیگنال‌هایی تقسیم می‌کند تا بهتر دریافت شود. این استاندارد اکنون قدیمی محسوب می‌شود و جای خود را به فناوری‌های جدیدتر داده است.

802.11b

802.11b نرخ انتقال داده در باند ۲.۴ گیگاهرتز را نسبت به نسخه اولیه افزایش داد و تا ۱۱ مگابیت بر ثانیه داده منتقل می‌کند. این نسخه از مدولاسیون CCK برای بهبود سرعت استفاده می‌کند. این استاندارد نیز منسوخ شده و جای خود را به نسخه‌های جدیدتر داده است.

802.11g

در این نسخه از فناوری OFDM در باند ۲.۴ گیگاهرتز استفاده شد، همان فناوری که پیش‌تر در 802.11a به‌کار رفته بود. این استاندارد با نسخه‌های قبلی یعنی 802.11 و 802.11b نیز سازگار بود. 802.11g هم‌اکنون قدیمی است.

802.11n

این نسخه زمانی محبوب‌ترین استاندارد وای‌فای بود. برای نخستین بار یک استاندارد یکپارچه برای هر دو باند ۲.۴ و ۵ گیگاهرتز ارائه داد. با استفاده از فناوری MIMO (چند ورودی، چند خروجی) و بهره‌گیری از چند آنتن برای ارسال هم‌زمان داده، سرعت و کارایی شبکه به شکل قابل‌توجهی افزایش یافت. این استاندارد هنوز در برخی دستگاه‌های قدیمی قابل مشاهده است.

802.11ac

این نسخه تنها برای باند ۵ گیگاهرتز طراحی شده بود و بر پایه فناوری‌های معرفی‌شده در 802.11n توسعه یافت. اگرچه انقلابی مانند 802.11n نبود، اما عملکرد و سرعت بالاتری را ارائه داد. امروزه بسیاری از دستگاه‌ها از این استاندارد پشتیبانی می‌کنند.

802.11ac در دو نسخه منتشر شد که به آن‌ها Wave 1 و Wave 2 گفته می‌شود. Wave 2 ویژگی‌های فنی بیشتری نسبت به Wave 1 دارد، اما هر دو نسخه با هم سازگار هستند.

802.11ax (Wi-Fi 6)

802.11ax که با نام Wi-Fi 6 نیز شناخته می‌شود، مشخصات یکپارچه‌ای برای تمامی باندهای فرکانسی ارائه می‌دهد. در این نسخه از فناوری جدید OFDMA برای ارسال موازی بسته‌های داده استفاده می‌شود که باعث بهبود چشم‌گیر کارایی شبکه و استفاده بهینه‌تر از طیف فرکانسی می‌گردد. Wi-Fi 6 جدیدترین نسخه استاندارد وای‌فای است و بیشتر دستگاه‌های امروزی از آن پشتیبانی می‌کنند.

سایر استانداردهای 802.11

در طول زمان اصلاحیه‌های بسیاری برای این استاندارد ارائه شده‌اند که بیشتر حروف الفبا را دربرمی‌گیرند. برخی از این نسخه‌ها بر افزایش امنیت، بهبود کیفیت خدمات (QoS)، و سایر بهینه‌سازی‌های فنی تمرکز دارند.

انواع اتصال در شبکه وایرلس چیست؟

راه‌های مختلفی برای اتصال به شبکه وای‌فای وجود دارد که رایج‌ترین آن‌ها شامل حالت زیرساختی (Infrastructure)، حالت Ad hoc و Wi-Fi Direct است.

اتصال زیرساخت (Infrastructure)

این حالت رایج‌ترین نوع اتصال وای‌فای محسوب می‌شود و همان شیوه‌ای است که معمولاً در منازل یا محیط‌های اداری مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این ساختار، یک «نقطه دسترسی» (Access Point) نقش واسط مرکزی را ایفا می‌کند و تمامی دستگاه‌های دیگر مانند رایانه، تلفن همراه، چاپگر یا تبلت برای اتصال به شبکه، ابتدا به این نقطه دسترسی متصل می‌شوند. از این طریق، امکان دسترسی به شبکه داخلی یا اینترنت فراهم می‌شود.

اتصال Ad hoc

در این روش، اتصال میان دستگاه‌ها به صورت مستقیم و بدون نیاز به نقطه دسترسی برقرار می‌شود. این نوع ارتباط که به آن «همتا به همتا» (peer-to-peer) نیز گفته می‌شود، متشکل از چندین دستگاه کلاینت است که به صورت مستقل با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. به‌عنوان مثال، اتصال مستقیم دو لپ‌تاپ از طریق وای‌فای برای تبادل فایل، نمونه‌ای از این حالت است.

Wi-Fi Direct

Wi-Fi Direct نوعی اتصال بی‌سیم مشابه حالت Ad hoc است، با این تفاوت که قابلیت‌ها و امکانات بیشتری دارد. این فناوری به دستگاه‌های سازگار امکان می‌دهد تا بدون استفاده از نقطه دسترسی، به‌صورت مستقیم به یکدیگر متصل شوند. برای نمونه، بسیاری از تلویزیون‌های هوشمند از Wi-Fi Direct پشتیبانی می‌کنند و کاربران می‌توانند محتوای صوتی یا تصویری را مستقیماً از تلفن همراه خود به تلویزیون ارسال کنند.

هات‌اسپات وای‌فای (Wi-Fi Hotspot)

هات‌اسپات به شبکه‌های وای‌فایی اطلاق می‌شود که در اماکن عمومی مانند کافی‌شاپ‌ها، فرودگاه‌ها یا کتابخانه‌ها ارائه می‌شوند و به کاربران امکان می‌دهند بدون نیاز به تجهیزات خاص، به اینترنت متصل شوند. برخی از این هات‌اسپات‌ها رایگان هستند و برخی دیگر نیازمند پرداخت هزینه‌اند؛ به‌ویژه آن دسته که توسط شرکت‌های خدمات‌دهنده اینترنت در اماکن عمومی ارائه می‌شوند.

همچنین بسیاری از تلفن‌های همراه از قابلیت ایجاد هات‌اسپات پشتیبانی می‌کنند. در این حالت، کاربر می‌تواند اینترنت سیم‌کارت خود را از طریق وای‌فای با سایر دستگاه‌ها به اشتراک بگذارد. برای استفاده از این امکان معمولاً نیاز است ابتدا آن را در تنظیمات تلفن فعال کرده و رمز عبوری برای اتصال تعریف نمود.

جمع بندی

در این مطلب به ررسی این پرداختیم که وایرلس چیست و با انواع وایرلس و استانداردهای آن آشنا شدیم. با رشد روزافزون فناوری و گسترش استفاده از دستگاه‌های هوشمند، راهکارهایی که امکان دسترسی سریع، آسان و بدون محدودیت فیزیکی به شبکه را فراهم می‌کنند، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته‌اند. در این میان، شبکه‌های بی‌سیم یا وایرلس نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند.

فناوری وایرلس با حذف کابل‌ها، امکان جابجایی آزادانه کاربران و افزایش انعطاف‌پذیری در استفاده از منابع شبکه را فراهم می‌آورد. اما در پشت این سادگی ظاهری، مفاهیم فنی و ساختارهای پیچیده‌ای نهفته است که آگاهی از آن‌ها می‌تواند در انتخاب، راه‌اندازی و بهره‌برداری بهتر از این فناوری موثر باشد.