W1.1 La Famiglia IEEE 802.11
Lo standard IEEE 802.11 è la famiglia di specifiche che definisce le comunicazioni wireless nelle LAN (WLAN). Dal 1997 ad oggi, ogni nuova versione ha portato velocità maggiori, copertura migliore e meccanismi più efficienti. Nel 2018, la Wi-Fi Alliance ha introdotto nomi commerciali più semplici (Wi-Fi 4, 5, 6, 7) per rendere comprensibili le generazioni anche ai non tecnici.
Lo standard 802.11 definisce i livelli 1 (Fisico) e 2 (Data Link) del modello OSI. Il sottolivello MAC (Media Access Control) gestisce l’accesso al mezzo condiviso (l’aria), mentre il sottolivello PHY (Physical) definisce modulazione, frequenze e velocità.
802.11 è lo standard tecnico definito dall’IEEE. Wi-Fi è un marchio della Wi-Fi Alliance che certifica la compatibilità dei dispositivi con lo standard. Dire “802.11ac” è preciso e tecnico; dire “Wi-Fi 5” è il nome commerciale equivalente. Un dispositivo “Wi-Fi Certified” ha superato i test di interoperabilità della Wi-Fi Alliance.
W1.2 L’Evoluzione: 25 anni di standard
W1.3 Confronto Completo delle Generazioni
| Standard | Nome Wi-Fi | Anno | Banda | Vel. max teorica | Modulazione | Canale max | MIMO |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
802.11b | — | 1999 | 2.4 GHz | 11 Mbps | DSSS/CCK | 22 MHz | No |
802.11a | — | 1999 | 5 GHz | 54 Mbps | OFDM | 20 MHz | No |
802.11g | — | 2003 | 2.4 GHz | 54 Mbps | OFDM | 20 MHz | No |
802.11n | Wi-Fi 4 | 2009 | 2.4 + 5 | 600 Mbps | OFDM | 40 MHz | 4×4 SU |
802.11ac | Wi-Fi 5 | 2013 | 5 GHz | 6.9 Gbps | OFDM | 160 MHz | 8×8 MU-DL |
802.11ax | Wi-Fi 6/6E | 2020 | 2.4+5+6 | 9.6 Gbps | OFDMA | 160 MHz | 8×8 MU-UL/DL |
802.11be | Wi-Fi 7 | 2024 | 2.4+5+6 | 46 Gbps | OFDMA | 320 MHz | 16×16 MU + MLO |
Le velocità nelle specifiche sono teoriche massime in condizioni ideali (canale più largo, massimo MIMO, modulazione più alta, nessuna interferenza). In pratica, aspettati il 30-50% della velocità teorica. Wi-Fi 6 a 9.6 Gbps diventa ~1-3 Gbps reali; Wi-Fi 5 a 6.9 Gbps diventa ~500-1500 Mbps reali. Il throughput reale dipende da distanza, ostacoli, interferenze, numero di client e capacità del dispositivo.
W1.4 Accesso al Mezzo: CSMA/CA
Il Wi-Fi opera su un mezzo condiviso (l’aria): tutti i dispositivi sullo stesso canale competono per il tempo di trasmissione. A differenza di Ethernet (che usa CSMA/CD per rilevare le collisioni), il Wi-Fi non può rilevare le collisioni mentre trasmette. Usa quindi CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance.
1. Listen before talk: il dispositivo ascolta il canale. Se è occupato, aspetta.
2. Random backoff: quando il canale si libera, aspetta un tempo casuale prima di trasmettere (evita che tutti partano insieme).
3. Trasmissione: invia il frame.
4. ACK: il ricevitore conferma la ricezione. Se l’ACK non arriva, si ritrasmette.
Se il dispositivo A e il dispositivo C sono entrambi nel raggio dell’AP ma fuori portata l’uno dall’altro, A non sente C (e viceversa). Entrambi possono trasmettere contemporaneamente, causando collisioni all’AP. La soluzione è il meccanismo RTS/CTS (Request to Send / Clear to Send): prima di trasmettere, il dispositivo chiede il “permesso” all’AP, che lo annuncia a tutti. Costa overhead, ma previene le collisioni nascoste.
Il Wi-Fi è intrinsecamente half-duplex: un dispositivo non può trasmettere e ricevere contemporaneamente sulla stessa frequenza (a differenza di Ethernet cablata che è full-duplex). Questo dimezza il throughput effettivo rispetto al teorico e spiega perché una rete cablata da 1 Gbps è spesso più veloce di un Wi-Fi da 1.3 Gbps.
W1.5 Modulazione: da OFDM a OFDMA
La modulazione è il modo in cui i bit vengono codificati sulle onde radio. L’evoluzione delle tecniche di modulazione è il motore principale dell’aumento di velocità attraverso le generazioni Wi-Fi.
OFDM — la base dal Wi-Fi 4
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) suddivide il canale in molte sottoportanti strette. Ogni sottoportante trasporta una piccola parte dei dati. Il vantaggio: se una sottoportante è disturbata da interferenza, le altre continuano a funzionare. In OFDM, un dispositivo occupa tutte le sottoportanti per tutta la durata della trasmissione.
OFDMA — la rivoluzione di Wi-Fi 6
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) è l’evoluzione introdotta da Wi-Fi 6: le sottoportanti possono essere assegnate a dispositivi diversi contemporaneamente. L’AP divide il canale in “Resource Units” (RU) e assegna ogni RU a un client diverso.
Un dispositivo alla volta usa l’intero canale. Gli altri aspettano il loro turno. Come un’autostrada dove passa una sola auto alla volta, anche se è una Smart che occupa una corsia su quattro.
Più dispositivi usano lo stesso canale simultaneamente, ciascuno su un sottoinsieme di sottoportanti. Come un’autostrada con 4 corsie dove passano 4 auto in parallelo. Efficienza molto maggiore.
In un’aula con 30 studenti che navigano contemporaneamente, con OFDM (Wi-Fi 5) ogni dispositivo deve aspettare il suo turno: 30 dispositivi × brevi trasmissioni = enorme overhead di accesso al mezzo. Con OFDMA (Wi-Fi 6), l’AP può servire più dispositivi in parallelo in un singolo slot temporale. Il risultato: latenza più bassa e throughput aggregato più alto, specialmente con tanti client a basso traffico (IoT, web, chat).
W1.6 QAM: quanti bit per simbolo
Oltre alla tecnica di accesso al canale, la densità di modulazione (QAM — Quadrature Amplitude Modulation) determina quanti bit vengono trasportati da ogni “simbolo” trasmesso.
| Modulazione | Bit per simbolo | Usata in | Richiede SNR | Note |
|---|---|---|---|---|
BPSK | 1 | Fallback, basse velocità | Basso (~5 dB) | Robusta, usata a segnale debole |
QPSK | 2 | 802.11a/g/n | ~10 dB | Base per molti standard |
16-QAM | 4 | 802.11a/g/n | ~15 dB | |
64-QAM | 6 | 802.11a/g/n/ac | ~20 dB | Standard fino a Wi-Fi 4 |
256-QAM | 8 | 802.11ac (Wi-Fi 5) | ~25 dB | Introdotta con Wi-Fi 5 |
1024-QAM | 10 | 802.11ax (Wi-Fi 6) | ~30 dB | +25% throughput vs 256-QAM |
4096-QAM | 12 | 802.11be (Wi-Fi 7) | ~35 dB | +20% vs 1024-QAM, richiede SNR eccellente |
Modulazioni più dense (1024-QAM, 4096-QAM) trasportano più dati per simbolo ma richiedono un SNR molto più alto: i “punti” nella costellazione QAM sono più vicini e qualsiasi rumore può causare errori. Per questo le modulazioni alte funzionano solo a breve distanza con segnale forte. A distanza, il sistema scala automaticamente verso QAM più basse (rate adaptation).
W1.7 MIMO e MU-MIMO
MIMO (Multiple Input, Multiple Output) usa più antenne sia al trasmettitore che al ricevitore per inviare flussi di dati paralleli (spatial streams). È la tecnologia che ha permesso il salto da 54 Mbps (802.11g, 1 antenna) a 600+ Mbps (802.11n, 4 antenne).
Single User MIMO (Wi-Fi 4). Tutti gli stream spaziali vanno a un solo dispositivo alla volta. Un AP 4×4 può inviare 4 stream al laptop — ma un solo laptop alla volta.
Multi-User MIMO downlink (Wi-Fi 5). L’AP usa stream diversi per client diversi in parallelo, ma solo in download. Un AP 4×4 può servire 4 client 1×1 contemporaneamente.
Multi-User bidirezionale (Wi-Fi 6/7). Sia download che upload in parallelo per più utenti. Più l’AP ha antenne (8×8, 16×16), più client può servire contemporaneamente.
La notazione MIMO si legge: antenne TX × antenne RX : stream spaziali. Esempio: 4×4:4 = 4 antenne in trasmissione, 4 in ricezione, 4 stream dati paralleli. Un laptop economico è spesso 2×2:2. Il throughput massimo dipende dal minimo tra AP e client: un AP 4×4 con un client 2×2 funziona a 2 stream.
W1.8 Le Novità di Wi-Fi 6 e Wi-Fi 7
Wi-Fi 6 (802.11ax) — efficienza in ambienti densi
Wi-Fi 7 (802.11be) — Extremely High Throughput
Fino a Wi-Fi 6, un dispositivo trasmette su una banda alla volta: se sei su 5 GHz e c’è congestione, devi aspettare. Con MLO, il dispositivo aggrega il traffico su 2 o 3 bande in parallelo. È come avere due tubi dell’acqua invece di uno: se uno si intasa, l’altro continua a scorrere. Per applicazioni in tempo reale (VR, cloud gaming, videoconferenze) la latenza si riduce drasticamente.
W1.9 Il Frame 802.11
Il frame Wi-Fi è diverso dal frame Ethernet: ha fino a 4 indirizzi MAC (perché il traffico può passare attraverso un AP) e campi aggiuntivi per la gestione del mezzo wireless.
| Campo | Dimensione | Funzione |
|---|---|---|
| Frame Control | 2 byte | Tipo di frame (data, management, control), flag (To DS, From DS) |
| Duration/ID | 2 byte | Tempo riservato per la trasmissione (NAV) o ID associazione |
| Address 1 | 6 byte | Indirizzo ricevitore (RA) |
| Address 2 | 6 byte | Indirizzo trasmettitore (TA) |
| Address 3 | 6 byte | Indirizzo di filtraggio (es. BSSID o destinazione finale) |
| Sequence Control | 2 byte | Numero di sequenza e frammento (per riordinamento e deduplicazione) |
| Address 4 | 6 byte | Usato solo in WDS (Wireless Distribution System) — ponte wireless |
| Frame Body | 0-2304 byte | Payload (dati + eventuale crittografia) |
| FCS | 4 byte | Frame Check Sequence (CRC-32 per integrità) |
Management: gestione della connessione — beacon, probe request/response, authentication, association, deauthentication. Sono il bersaglio principale degli attacchi wireless (es. deauth attack).
Control: supporto alla trasmissione dati — ACK, RTS, CTS, CF-Poll.
Data: trasporto effettivo dei dati utente.
W1.10 Riepilogo del Modulo
🧪 Verifica di Autovalutazione
Soluzioni
Domanda 01 — 802.11ac vs Wi-Fi 5
802.11ac è il nome tecnico IEEE dello standard; Wi-Fi 5 è il nome commerciale dato dalla Wi-Fi Alliance nel 2018 per semplificare il marketing. Analogamente, 802.11ax = Wi-Fi 6, 802.11be = Wi-Fi 7.Domanda 02 — MIMO e MU-MIMO
802.11n (Wi-Fi 4, 2009) con fino a 4 antenne. MU-MIMO (Multi-User downlink) è arrivato con 802.11ac (Wi-Fi 5, 2013). 802.11ax (Wi-Fi 6) ha aggiunto il MU-MIMO bidirezionale (uplink + downlink).Domanda 03 — OFDMA
Domanda 04 — Half-duplex
Domanda 05 — 1024-QAM
Domanda 06 — Notazione 4×4:3
4×4:3 significa: 4 antenne in trasmissione, 4 in ricezione, 3 stream spaziali. Le 4 antenne in ricezione permettono migliore beamforming e MRC (Maximum Ratio Combining), ma il throughput massimo è determinato dai 3 stream. Il numero di stream reali è il minimo tra le capacità di AP e client.