A vezeték nélküli LAN-ok egyre népszerűbbek lesznek, és otthonokban, irodákban, kávézókban, könyvtárakban, repülőtereken, állatkertekben és más közterületen jelennek meg, hogy számítógépeket, PDA-kat és okostelefonokat csatlakoztassanak az internethez. Két vagy több számítógép tud kommunikálni egymással a vezeték nélküli LAN-ok használatával úgy, hogy nem használják az internetet.
A fő vezeték nélküli LAN-szabvány a 802.11. Az 1.5.3. szakaszban adtunk már némi háttér-információt róla. Most itt az ideje, hogy közelebbről is szemügyre vegyük ezt a megoldást. A következő szakaszokban megvizsgáljuk a protokollkészletét, a fizikai réteg rádiós átviteli módszereit, a MAC-alréteg protokollját, a keretszerkezetet és a nyújtott szolgáltatásait. A 802.11-ről bővebb információval szolgál Gast [2005] munkája. Aki pedig a legközvetlenebb forrásra kíváncsi, az tanulmányozza magát az IEEE 802.11-2007-es szabványt.
A 802.11 hálózatokat kétféleképpen lehet használni. A legnépszerűbb üzemmód célja az, hogy kliensgépeket (például laptopokat és okostelefonokat) más hálózatokhoz, például egy vállalati intranethez vagy az internethez csatlakoztasson. Ezt a módot a 4.23.(a) ábra szemlélteti. Az infrastruktúra üzemmódban minden kliensgép egy hozzáférési ponthoz (Access Point, AP) csatlakozik, amely viszont egy másik hálózathoz kapcsolódik. A kliensgép a hozzáférési ponton keresztül küldi és fogadja a csomagjait. Több hozzáférési pontot lehet összekötni egy elosztórendszernek (distribution system) nevezett vezetékes hálózattal, hogy egy kiterjedtebb 802.11 hálózatot alakuljon ki. Ebben az esetben, a kliensgépek a hozzáférési pontjaikon keresztül küldhetnek kereteket más kliensgépeknek.
A másik üzemmód, amelyet a 4.23.(b) ábra mutat be, az ad hoc hálózat. Ebben az üzemmódban egy csoport számítógép úgy kapcsolódik egymáshoz, hogy hozzáférési pont nélkül közvetlenül tudnak kereteket küldeni egymásnak. Mivel az internet-hozzáférés a vezeték nélküli hálózatok legütősebb felhasználása, ezért az ad hoc hálózatok nem igazán népszerűek.
Az alábbiakban a protokollokat vesszük vizsgálat alá. Minden 802-es protokoll, beleértve a 802.11-et és az Ethernetet is, rendelkezik egy bizonyos közös felépítéssel. A 802.11 protokollkészletének egy részlete látható a 4.24. ábrán. A klienseknek és a hozzáférési pontoknak ugyanaz a protokollkészlete. A fizikai réteg nagyjából az OSI fizikai rétegének felel meg, az adatkapcsolati réteg viszont minden 802-es protokollban két vagy több alrétegre bomlik. A 802.11 esetében a MAC (Medium Access Control – közeg-hozzáférési alréteg) dönt a csatornakiosztásról, vagyis arról, hogy ki lesz a soron következő adó. Fölötte található az LLC (Logical Link Control – logikai kapcsolatvezérlés) alréteg, melynek az a feladata, hogy elrejtse a különböző 802-es változatok eltéréseit, és a hálózati réteg szempontjából megkülönböztethetetlenné tegye azokat. Ez egy fontos feladat lehetett volna, de manapság az LLC egy ragasztóréteg, amely azonosítja a 802.11-kereten belül szállított protokollt (például IP).
A 802.11 fizikai rétegét az 1997-es megjelenése óta számos átviteli megoldással bővítették. A kezdeti megoldások közül kettő, a tv-készülékek távirányítójához hasonlóan működő infravörös átvitel, és a 2,4 GHz-es sávban működő frekvenciaugrás (frequency hopping) már használaton kívülre került. A harmadik kezdeti átviteli megoldást, a 2,4 GHz-es sávban 1 vagy 2 Mb/s sávszélességű DSSS-t (Direct Sequence Spread Spectrum – közvetlen sorozatú szórt spektrum) kibővítették, hogy akár 11 Mb/s adatsebességgel is működjön, ennek eredményeként gyorsan nagy siker lett. Ezt most 802.11b-ként ismerik.
Hogy a vezeték nélküli hálózatok rajongóinak megadják a nagyon várt sebességnövelést, a 2.5.3. szakaszban bemutatott OFDM-en (Orthogonal Frequency Divison Multiplexing – ortogonális frekvenciaosztásos nyalábolás) alapuló új átviteli megoldásokat vezettek be 1999-ben és 2003-ban. Az elsőt 802.11a-nak nevezték és egy másik frekvenciasávot, az 5 GHz-es sávot használja. A második ragaszkodott a 2,4 GHz-es sávhoz és a kompatibilitáshoz. Ezt 802.11g-nek nevezik. Mindkettő legnagyobb adatsebessége 54 Mb/s.
Legutóbb 2009 októberében, 802.11n néven olyan átviteli megoldásokat véglegesítettek, amelyek egyidejűleg több antennát használnak adásra és vételre a sebesség növelése érdekében. Négy antennával és nagyobb sávszélességű csatornákkal a 802.11-es szabvány már az elképesztően nagy 600 Mb/s-ig definiál sebességeket.
Most röviden megvizsgáljuk az átviteli eljárásokat, de csak azokat, amelyek használatban vannak. Így az elavult 802.11-es átviteli módokat kihagyjuk. Műszaki szempontból ezek ugyan a fizikai réteghez tartoznak, így a 2. fejezetben kellett volna szót ejteni róluk, de olyan szorosan kötődnek általában a LAN-okhoz, és különösen a 802.11 LAN-hoz, hogy inkább itt tárgyaljuk ezeket.
Mindegyik átviteli eljárás lehetővé teszi egy MAC-keretnek az egyik állomásról a másikra a levegőben történő elküldését. A különbség az ehhez felhasznált műszaki megoldásban és az elérhető sebességben van. A megoldások részletes tárgyalása messze túlmutat könyvünk keretein, de néhány szót ejtünk minden megoldásról, amely összefüggésbe hozza a módszert a 2.5. szakaszban leírt anyaggal, és amely ellátja az érdeklődő olvasókat kulcsszavakkal a további tájékozódáshoz.
Valamennyi 802.11 módszer rövid hatótávolságú rádiókat használ jelek adására a 2.3.3. szakaszban már bemutatott 2,4 GHz-es vagy az 5 GHz-es ISM-sávban. Ezeknek a frekvenciasávoknak az az előnye, hogy külön engedély nélkül használhatók és ezért ingyen elérhetők azon adók számára, amelyek betartanak néhány korlátozást, mint például a sugárzott teljesítmény nem lehet nagyobb 1 W-nál (bár a vezeték nélküli LAN-adók leggyakrabban csak 50 mW-tal adnak). Sajnos ezt a tényt a garázsnyitók, vezeték nélküli telefonok, mikrohullámú sütők és számtalan más eszköz gyártója is ismeri. Ezek a termékek a laptopokkal versengenek ugyanazért a spektrumért. A 2,4 GHz-es sáv kezd zsúfoltabbá válni, mint az 5 GHz-es sáv, ezért az 5 GHz megfelelőbb néhány alkalmazás számára annak ellenére, hogy a nagyobb frekvencia miatt rövidebb a hatótávolsága.
Mindegyik átviteli módszer több átviteli sebességet határoz meg. A különböző adatsebességek mögött meghúzódó gondolat az, hogy mindig az aktuális feltételeknek legmegfelelőbb sebesség legyen használható. Ha gyenge a jel, egy kisebb sebesség; ha a jel tisztán vehető, akkor a legnagyobb sebesség legyen használható. Ezt a hangolást sebességadaptálásnak (rate adaptation) hívják. Mivel a sebességek között 10-szeres vagy nagyobb arány is lehet, a jó sebességadaptálás fontos a jó teljesítmény eléréséhez. Természetesen, mivel ez nem szükséges az eszközök együttműködéséhez, ezért a szabvány nem határozza meg, hogyan kell a sebességadaptációt végezni.
Az első átviteli módszer, amit megnézünk, a 802.11b. Ez egy szórt spektrumú eljárás, amely 1, 2, 5,5 és 11 Mb/s adatsebességeket támogat, jóllehet a gyakorlatban a működési sebesség majdnem mindig 11 Mb/s. Ez hasonló a CDMA-rendszerhez, amit a 2.5. szakaszban vizsgáltunk, azzal a különbséggel, hogy a felhasználók csak egyetlen közös szórókódot használnak. A spektrumszórást az FCC követelményeinek kielégítésére használják, amelynek előírása szerint az ISM-sávban a jel teljesítményét szét kell szórni. A 802.11b által használt szórósorozat a Barker-sorozat (Barker sequence), amely rendelkezik azzal a tulajdonsággal, hogy alacsony az autokorrelációja kivéve, ha a sorozatok egymáshoz vannak igazítva. Ez a tulajdonság lehetővé teszi a vevőnek, hogy az átvitel kezdetéhez rögzítse magát. Az 1 Mb/s sebességhez a Barker-sorozatot BPSK-modulációval használják, amely 1 bitet 11 chipben visz át. A chipeket 11 millió chip/s sebességgel küldik. A 2 Mb/s sebességhez a Barker-sorozatot QPSK-modulációval használják, amely 2 bitet 11 chipben visz át. A nagyobb sebességek másként működnek. Ezeken a sebességeken a Barker-sorozat helyett egy CCK-nak (Complementary Code Keying – kiegészítő kód billentyűzés) nevezett módszert alkalmaznak a kódok létrehozásához. Az 5,5 Mb/s sebességnél 4 bitet küldenek egy 8 chipes kódszóban és 11 Mb/s sebességnél 8 bitet egy 8 chipes kódszóban.
A következő átviteli módszer a 802.11a, amely 54 Mb/s sebességig támogatja az átvitelt az 5 GHz-es ISM-sávban. Azt hihetnénk, hogy a 802.11a korábbi, mint a 802.11b, azonban nem ez a helyzet. Annak ellenére, hogy a 802.11a munkacsoportot hamarabb hozták létre, a 802.11b szabványt előbb hagyták jóvá, és a termékei hamarabb érték el a piacot, mint a 802.11a termékek, részben az 5 GHz-es sáv jelentette nagyobb frekvenciák működtetésének nehézségei miatt.
A 802.11a módszer az OFDM-et (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ortogonális frekvenciaosztásos multiplexelés) használja, mert az OFDM hatékonyan használja ki a spektrumot, és ellenálló az olyan vezeték nélküli jelromlással szemben, mint a többutas terjedés. A biteket párhuzamosan 52 alvivőn küldik, amelyből 48 az adatbiteket szállítja és 4-et szinkronizációra használnak. Minden szimbólum 4 
s-ig tart és 1, 2, 4 vagy 6 bitet szállít. A biteket a hibajavítás érdekében először bináris konvolúciós kóddal kódolják, tehát a biteknek csak az 1/2-e, a 2/3-a vagy a 3/4-e nem redundáns. Különböző kombinációkkal a 802.11a nyolc különböző sebességgel képes működni, a 6 Mb/s-tól 54 Mb/s-ig terjedő tartományban. Ezek a sebességek jelentősen nagyobbak a 802.11b sebességértékeinél, valamint kevesebb az interferencia az 5 GHz-es sávban. Ennek ellenére a 802.11b hatótávolsága körülbelül hétszer nagyobb, mint a 802.11a szabványé, ami sok esetben fontosabb.
Bár a 802.11b-nek nagyobb volt a hatótávolsága, a 802.11b munkacsoport tagjai nem akarták hagyni, hogy az újonnan jött szabvány megnyerje a sebességversenyt. Szerencsére 2002 májusában az FCC eltörölte azt a rég fennálló szabályt, miszerint az USA-ban minden az ISM-sávban működő eszköznek használnia kell a spektrumszórást. Tehát nekiláttak a 802.11g kidolgozásának, amit az IEEE 2003-ban jóváhagyott. Ez másolja a 802.11a modulációs eljárását, az OFDM-et, de a keskeny 2,4 GHz-es sávban működik a 802.11b-vel együtt, továbbá pontosan ugyanazokat az adatsebességeket nyújtja, mint a 802.11a (6 Mb/s-tól 54 Mb/s-ig), és természetesen kompatibilis az éppen közelben lévő 802.11b eszközökkel. Mivel ezek a különböző választási lehetőségek összezavarhatják a vevőket, az az általános, hogy minden csatolókártya támogatja a 802.11a/b/g-t.
Az IEEE bizottság nem volt annyira elégedett, hogy itt abbahagyja a munkát. Elkezdett dolgozni egy nagy átbocsátóképességű fizikai rétegen, amelyet 802.11n-nek neveznek és 2009-ben fogadták el. A 802.11n esetében az volt a cél, hogy az átbocsátóképesség legalább 100 Mb/s legyen, miután a vezeték nélküli átvitel többletbitjeit eltávolították. Ez a cél megkövetelte, hogy a nyers sebességet legalább a négyszeresére növeljék. Hogy ez lehetségessé váljon, a bizottság megkétszerezte a csatorna sávszélességét 20 MHz-ről 40 MHz-re, és csökkentette a keretezési többletterheket azáltal, hogy lehetővé tette azt, hogy a kereteket csoportban lehet együtt küldeni. Ennél fontosabb viszont az, hogy a 802.11n akár négy antennát is használhat annak érdekében, hogy négy információfolyamot küldjön egyszerre. A folyamok jelei a vevőnél interferenciát okoznak, de a MIMO (Multiple Input Multiple Output – több bemenet-több kimenet) kommunikációs módszerrel el lehet ezeket különíteni. Több antenna használata nagy sebességnövelést eredményez, vagy helyette nagyobb hatótávolságot és nagyobb megbízhatóságot. A MIMO, az OFDM-hez hasonlóan, az egyik azok közül az okos kommunikációs elképzelések közül, amelyek megváltoztatják a vezeték nélküli rendszerek tervezését, és amelyekről még valószínűleg sokat fogunk hallani a jövőben. A többantennás rendszerekbe való rövid bevezetésért forduljon Halperin és mások [2010] munkájához.
Térjünk most vissza a villamosmérnököktől az informatika földjére! A 802.11 MAC-alrétegének protokollja meglehetősen eltér az Ethernet MAC-protokolljától, a vezeték nélküli kommunikáció két alapvető jellegzetessége miatt.
Az első jellegzetesség az, hogy a rádiók majdnem mindig fél-duplexek, vagyis nem képesek egyidejűleg ugyanazon a frekvencián adni és zajlöketeket venni. A vett jel gyakran milliószor gyengébb a küldött jelnél, tehát egyszerre nem lehet hallani mindkettőt. Egy Ethernet-állomás egyszerűen csak addig vár, amíg a közegen csend lesz, aztán elkezd adni. Ha nem jut vissza hozzá zajlöket az első 64 bájt küldésének ideje alatt, akkor szinte biztos lehet benne, hogy a keret hibátlanul célba ért. A vezeték nélküli esetben ez az érzékelési mechanizmus nem működik.
Ehelyett a 802.11 a CSMA/CA-nak (CSMA with Collision Avoidance – CSMA ütközéselkerüléssel) nevezett protokollal próbálja meg elkerülni az ütközéseket. Ez a protokoll alapjaiban hasonló az Ethernet által használt CSMA/CD-hez, mert figyeli a csatornát mielőtt az adni kezd, és alkalmazza a kettes exponenciális visszalépés eljárást az ütközések után. Viszont egy állomás, amelynek van küldeni való kerete, véletlenszerű ideig vár (kivéve azt az esetet, amikor nem használta a csatornát előzőleg és a csatorna szabad). Nem vár viszont ütközésre. A várakozással töltött időszeletek számát a 0 és, mondjuk, a 15 közötti intervallumból választja, ha az OFDM fizikai réteget használja. Az állomás addig vár, amíg a csatorna szabad lesz. Ezt azzal érzékeli hogy nincs jel egy bizonyos rövid ideig (ezt a rövid időszakot DIFS-nek nevezik és lejjebb részletesen kifejtünk). Ezalatt visszaszámolja a tétlen időszeleteket, de szünetet tart, amikor valaki kereteket küld. Amikor a számláló elérte a 0-t, elküldi a kereteit. Ha a keret megérkezett, a célállomás rögtön egy rövid nyugtaüzenetet küld. A nyugta megérkezésének hiányát hibajelentésnek veszi, nem törődve azzal, hogy ütközésből vagy más okból történt hiba. Ebben az esetben a küldő megduplázza a visszalépés időtartamát, és újra próbálkozik, mint az Ethernet esetében, egészen addig, amíg a keret sikeresen meg nem érkezett vagy az újraküldések maximális számát el nem érte.
Egy példa időbeli lefutását szemléleti a 4.25. ábra. Az A állomás az első, amelyik keretet küld. Amíg A ad, B és C állomások adásra készek lesznek. Látják, hogy a csatorna foglalt és várnak, hogy a csatorna szabad legyen. Viszont ahelyett, hogy rögtön keretet küldenének, amelyek ütköznének, B is és C is alkalmazza a visszalépéses eljárást. C egy rövid visszalépést sorsolt, és ezért az ad először. B leállítja a visszaszámlálását, amíg érzékeli, hogy C használja a csatornát. B nem sokkal később befejezi a visszalépését és elküldi a keretét.
Az Ethernethez képest két lényeges különbség van. Egyrészt, a visszalépés korai kezdése segít az ütközések elkerülésében. Ez az elkerülés megéri, mert az ütközések költségesek, ugyanis az egész keretet újra kell küldeni, még ha csak egy ütközés is történik. Másrészt, a nyugtákból kell az ütközésekre következtetni, mert az ütközést nem lehet érzékelni.
Ezt a működési módot DCF-nek (Distributed Coordination Function – elosztott koordinációs funkció) nevezik, mivel minden állomás a többitől függetlenül cselekszik, bármilyen központi irányítás nélkül. A szabvány egy opcionális működési módot is tartalmaz, amit PCF-nek (Point Coordination Function – pont-koordinációs funkció) neveznek, amely esetben egy hozzáférési pont vezérel minden tevékenységet a saját cellájában csakúgy, mint egy bázisállomás egy mobiltelefon-hálózatban. A PCF-et azonban a gyakorlatban nem használják, mert normális esetben nincs lehetőség arra, hogy másik közeli hálózathoz tartozó állomásokat visszatartsanak vetélkedő adatforgalom küldésétől.
A második jellegzetesség az, hogy különböző állomások hatótávolsága különböző lehet. A vezetékes rendszereket úgy alakították ki, hogy minden állomás hallja minden más állomás adását. A rádiófrekvenciás terjedés bonyodalmai miatt ez a megállapítás nem érvényes a vezeték nélküli állomásokra. Ezáltal előfordulhatnak olyan, már korábban említett szituációk, mint a 4.26.(a) ábrán újra vázolt rejtett állomás problémája. Mivel nincs minden állomás egymás hatótávolságán belül, ezért a cella egyik részében zajló adás a cella nem minden részében vehető. Ebben a példában a C állomás ad B állomásnak. Ha A állomás figyeli a csatornát, nem fog hallani semmit, és ezért hamisan arra következtet, hogy elkezdhet adni B-nek. Ez a döntés ütközést okoz.
A megfordított helyzet, a megvilágított állomás problémája, amelyik a 4.26.(b) ábrán látható. Itt B szeretne adni C-nek, tehát figyeli a csatornát. Amikor hall egy adást, hibásan arra következtet, hogy nem küldhet C-nek annak ellenére, hogy A valójában (a nem ábrázolt) D-nek küldi adását. Ez a döntés elveszteget egy adási lehetőséget.
Hogy csökkentsék a többértelműséget azzal kapcsolatban, hogy melyik állomás ad éppen, a 802.11 meghatároz egy csatornafigyelési módszert, amely fizikai és virtuális érzékelést is alkalmaz. A fizikai érzékelés egyszerűen megvizsgálja a közeget, hogy van-e rajta érvényes jel. A virtuális érzékeléssel minden állomás feljegyzi, hogy a csatornát mikor használják, azáltal, hogy figyelemmel kíséri a NAV-ot (Network Allocation Vector – hálózatkiosztási vektor). Minden keret hordoz egy NAV mezőt, amely megmondja, hogy az a sorozat, amelynek ez a keret is a része, milyen hosszú ideig tart még. Az állomások, amelyek ezt a keretet hallják, tudják, hogy a csatorna foglalt lesz a NAV által jelzett ideig, függetlenül attól, hogy a fizikai érzékelés mit jelzett. Például egy adatkeret NAV mezője azt az időt is tartalmazza, ami a nyugta küldéséhez szükséges. Minden állomás, amely hallja az adatkeretet, várni fog a nyugtázás ideje alatt, függetlenül attól, hogy hallhatja-e a nyugtát.
Egy opcionális RTS/CTS mechanizmus használja a NAV-ot annak megelőzésére, hogy állomások egyszerre küldjenek kereteket egymás rejtett állomásaiként. Ezt ábrázolja a 4.27. ábra. Ebben a példában A szeretne küldeni B-nek. A C állomás az A vételkörzetében van (és esetleg a B vételkörzetében is, de ez most nem számít). A D állomás a B vételkörzetén belül, de az A vételkörzetén kívül helyezkedik el.
A protokoll működése azzal kezdődik, hogy A úgy dönt, adatokat szeretne küldeni B-nek. Először A egy RTS-keretet küld B-nek, hogy engedélyét kérje egy keret elküldéséhez. Ha B vette ezt a kérést, akkor válaszol egy CTS-kerettel, hogy jelezze, a csatorna szabad. A CTS vétele után A elküldi a keretét, és elindít egy ACK-időzítőt. Az adatkeret helyes vételét követően B egy ACK-kerettel válaszol, ezzel befejezve az üzenetváltást. Ha az A ACK-időzítője lejár, mielőtt az ACK megérkezne hozzá, akkor ezt egy ütközésnek veszik, és az egész protokoll megismétlődik egy visszalépéses eljárás után.
Vizsgáljuk most meg ezt az üzenetváltást a C és a D szemszögéből! A C az A vételkörzetén belül tartózkodik, tehát megkaphatja az RTS-keretet. Ha ez történik, akkor rájön, hogy valaki nemsokára adatokat fog küldeni. Az RTS-kérésben megadott információból kikövetkeztetheti, hogy meddig fog tartani az üzenetsor, beleértve a végső ACK-ot is. Így mindannyiuk érdekében eláll adási szándékától, amíg az üzenetváltás véget nem ér. Ezt azáltal éri el, hogy a NAV mezőjét frissíti, jelezve, hogy a csatorna foglalt, mint ahogy a 4.27. ábrán látható. A D nem hallja az RTS-t, de a CTS-t igen, tehát az is frissíti a NAV-ját. Ne felejtsük el, hogy a NAV-jeleket nem adják le: azok csupán belső emlékeztetőként szolgálnak, hogy az állomás bizonyos ideig csendben maradjon.
Annak ellenére, hogy az RTS/CTS-elméletben jónak látszik, ez azok közül az elképzelések közül való, amelyeknek a gyakorlati értéke nem túl nagy. Több ok is ismert, amiért ritkán használják. Ez nem jelent segítséget a rövid kereteknek (amelyeket az RTS-ek helyett küldenek), sem az AP-nek (amit mindenki hall, definíció szerint). Más esetekben csak lelassítja a működést. A 802.11 RTS/CTS-protokollja csak kissé más, mint a 4.2. szakaszban bemutatott MACA, mert mindenki, aki hallja az RTS-t vagy a CTS-t, csendben marad egy ideig, hogy a nyugta átjusson ütközés nélkül. Ezért ez nem segít a megvilágított állomások esetén, ellentétben a MACA-val, csak a rejtett állomások esetén. Leggyakrabban kevés rejtett állomás van, és a CSMA/CA már segít rajtuk azzal, hogy a bármilyen okból sikertelenül küldő állomásokat lelassítja azért, hogy nagyobb eséllyel sikerüljön adniuk.
A CSMA/CA fizikai és virtuális érzékeléssel kiegészítve adja a 802.11 protokoll magját. Van viszont néhány más mechanizmus, amit a 802.11-hez fejlesztettek ki. Mindegyiket a valós működés szükségletei kényszerítették ki, ezért röviden megnézzük ezeket.
Az első szükséglet a megbízhatóság. A vezetékes hálózatokkal ellentétben, a vezeték nélküli hálózatok zajosak és megbízhatatlanok, nem kis részben az olyan más eszközök által keltett interferencia miatt, mint amilyenek például a mikrohullámú sütők, amelyek ugyanúgy az engedélymentes ISM-sávot használják. A nyugták és újraküldések kis segítséget nyújtanak akkor, amikor egy keret elsőre történő átvitelének kicsi a valószínűsége.
A fő stratégia, amelyet a sikeres küldések számának növelésére használnak az, hogy csökkenteni kell az átviteli sebességet. A kisebb sebességek robusztusabb modulációt használnak, amely mellett nagyobb a valószínűsége annak, hogy adatok hiba nélkül érkezzenek meg egy adott jel/zaj arány mellett. Ha túl sok keret veszik el, az állomás csökkentheti a sebességet. Ha a keretek kis veszteséggel továbbítódnak, akkor az állomás esetenként megpróbálja ellenőrizni, hogy egy nagyobb sebesség használható-e.
Egy keret sértetlen érkezésének esélye növelhető egy másik stratégiával: rövidebb keretek küldésével. Ha bármelyik bit meghibásodásának valószínűsége p, akkor egy n bites keret helyes vételének valószínűsége 
. Ha például 
, akkor egy teljes Ethernet-keret (12 144 bit) helyes vételének valószínűsége kisebb mint 30%. A legtöbb keret el fog veszni. De ha a keretek hossza csak a harmada (4048 bit), akkor kétharmaduk helyesen érkezik meg. Így a legtöbb keret átjut és kevesebb újraküldésre lesz szükség.
Rövidebb kereteket létre lehet hozni a hálózati rétegtől elfogadott legnagyobb csomagméret csökkentésével. Másként, a 802.11 lehetővé teszi a keretek kisebb részekre, darabokra (fragment) történő szabdalását, melyek közül mindegyik saját ellenőrző összeggel rendelkezik. A szabvány nem rögzíti a darabok méretét, de a hozzáférési pont paramétereként állítható. A részeket egyenként számozzák és nyugtázzák egy megáll-és-vár protokollal (azaz a küldő nem küldheti el a k + 1-edik részt, amíg a k. részre meg nem érkezett a nyugta). Ha egy állomás megszerezte a csatornát, akkor több darabot tud egy löketben küldeni. Ezek egymás után mennek, közöttük egy-egy nyugtával (és valószínűleg újraküldésekkel), amíg vagy az egész keret sikeresen megérkezik, vagy az átviteli próbálkozások száma eléri a megengedett maximumot. A NAV-mechanizmus csak a következő nyugtáig biztosítja a többi állomás csendben maradását, de egy másik mechanizmust (lásd lejjebb) használnak arra, hogy részek lökete elküldhető legyen anélkül, hogy más állomások közben keretet küldenének.
A második szükséglet, amit megvizsgálunk, az energiatakarékosság. Az akkumulátorok élettartama mindig is gondot jelent a vezeték nélküli eszközöknél. A 802.11 szabvány figyelmet szentel a teljesítménygazdálkodásnak, ezáltal a kliensek nem pazarolják a teljesítményt, amikor nincs olyan adatuk, amit adni vagy venni kellene.
Az alapvető energiatakarékossági mechanizmus a jelzőfénykeretekre (beacon frame) épül. A jelzőfénykereteket a hozzáférési pont periodikusan üzenetszórja (például másodpercenként 10 alkalommal). Ezek a keretek hirdetik a hozzáférési pont jelenlétét a klienseknek, és olyan rendszer paramétereket szállítanak, mint amilyen a hozzáférési pont azonosítója, a pontos idő, a következő jelzőfénykeretig tartó idő és biztonsági beállítások.
A kliensek beállíthatnak egy teljesítménygazdálkodás bitet a hozzáférési pontnak küldendő keretekben, hogy értesítsék arról, hogy energiatakarékos módba (power save mode) lépnek. Ebben az állapotban a kliens egy kicsit elszundíthat, és a hozzáférési pont fogja pufferelni a neki szánt forgalmat. A kliens, hogy ellenőrizze, van-e neki szánt forgalom, minden jelzőfénykeretre felébred és megvizsgálja a forgalmi térképet, amit a jelzőfénykeret részeként megkap. Ez a térkép tájékoztatja a klienst arról, hogy van-e pufferelt forgalma. Ha igen, akkor a kliens küld egy lekérő üzenetet a hozzáférési pontnak, ami ezután küldi a pufferelt forgalmat. A kliens ezután visszamehet aludni a következő jelzőfénykeretig.
Egy másik energiatakarékossági mechanizmust, amit ASPD-nek (Automatic Power Save Delivery – automatikus energiatakarékos kézbesítés) neveznek, 2005-ben csatolták a 802.11-hez. Ezzel az új mechanizmussal a hozzáférési pont puffereli a kereteket és küldi a kliensnek éppen az után, hogy a kliens egy keretet küldött a hozzáférési pontnak. A kliens ezután elmehet aludni egészen addig, amíg nem lesz újabb küldendő (vagy veendő) forgalma. Ez a mechanizmus jól működik a VoIP-hoz hasonló alkalmazásoknál, amelyeknél sűrűn küldenek kereteket mindkét irányba. Például egy VoIP vezeték nélküli telefon használhatja ezt a mechanizmust, hogy 20 ms-onként küldjön és vegyen kereteket, és közben aludjon. Ez a sűrűség jóval gyakoribb a jelzőfénykeretek 100 ms-os periódusánál.
A harmadik és egyben utolsó szükséglet, amelyet megvizsgálunk, a szolgáltatásminőség. Ha az előző példában a VoIP-forgalom P2P-forgalommal verseng, akkor a VoIP-forgalom fogja húzni a rövidebbet. A VoIP-forgalom késleltetést szenved a nagy sávszélességű P2P-forgalommal szemben annak ellenére, hogy a VoIP sávszélessége kicsi. Ezek a késleltetések valószínűleg rontják a beszédhívás minőségét. A minőségromlás elkerülésére szeretnénk, hogy a VoIP elsőbbséget élvezzen a P2P-forgalommal szemben azáltal, hogy nagyobb a prioritása.
IEEE 802.11-nek van egy ügyes mechanizmusa, amelyet 2005-ben 802.11e név alatt kiegészítésként vezettek be annak érdekében, hogy lehetővé tegye ezt a fajta szolgáltatásminőséget. Úgy működik, hogy a CSMA/CA-t kiterjesztették gondosan definiált keretek közötti intervallumokkal. Egy keret elküldése után, mielőtt bármelyik állomás elküldhetne egy keretet, egy bizonyos tétlen időtartam van előírva annak érdekében, hogy ellenőrizzék, hogy a csatornát a továbbiakban senki nem használja. A trükk az, hogy különböző időintervallumokat definiáltak a különböző típusú keretek számára.
Öt időintervallumot mutat be a 4.28. ábra. A szabályos adatkeretek közötti intervallumot DIFS-nek (DCF InterFrame Spacing – DCF-keretek közti időköz) nevezik. Bármelyik állomás megkísérelheti megszerezni a csatornát, hogy egy új keretet küldjön, miután a közeg DIFS ideig tétlen volt. A szokásos versengési szabály érvényes és a kettes exponenciális visszalépés algoritmust szükséges alkalmazni ütközés esetén. A legrövidebb intervallum a SIFS (Short InterFrame Spacing – rövid keretek közti időköz). Ezt arra használják, hogy az egyik fél egy üzenetváltás során elsőnek kezdjen adni. Például lehetővé teszi, hogy a vevő nyugtát vagy más vezérlőkeret-sorozatokat küldjön, mint amilyen az RTS és a CTS, vagy az adó egy keretdarabokat tartalmazó löketet elküldhessen. Azzal, hogy csak SIFS intervallumnyi időt vár a következő rész küldése előtt, azt biztosítja, hogy más állomás egy keretével ne ugorhasson az üzenetváltás közepébe.
A két AIFS- (Arbitration InterFrame Space – döntési keretek közti időköz) intervallum két különböző prioritási szintre ad példát. A rövid intervallum, az AIFS1, rövidebb a DIFS-nél, de hosszabb a SIFS-nél. Ezt arra használhatja a hozzáférési pont, hogy a beszéd- és más nagy prioritású forgalmat a várakozási sor elejére hozzon. A hozzáférési pont rövidebb ideig fog várni a beszédforgalom küldése előtt, és emiatt azt a szabályos forgalom előtt küldi el. A hosszú intervallum, az AIFS4 nagyobb mint a DIFS. Ezt háttérforgalomra lehet használni, amit lehet halogatni, amíg van szabályos forgalom. A hozzáférési pont hosszabb intervallumot fog várni, mielőtt elküldené a kereteit, amivel megadja a szabályos forgalomnak az előbb adás lehetőségét. A teljes szolgáltatásminőségi mechanizmus négy különböző prioritási szintet határoz meg, amelyeknek különböző visszalépési paraméterük, valamint különböző tétlenségi paraméterük van.
Az utolsó időközt, az EIFS-t (Extended InterFrame Spacing – kiterjesztett keretek közti időköz) csak olyan állomások használják, melyek épp egy hibás vagy ismeretlen keretet vettek, és a problémát kívánják jelezni. Ez azért történik, mert elképzelhető, hogy a vevőnek fogalma sincs arról, hogy mi történik, ebben az esetben pedig egy ideig célszerű várakoznia, hogy ne zavarjon meg egy másik, két állomás között folyó párbeszédet.
A szolgáltatásminőségi kiegészítések egy további része a TXOP (Transmission Opportunity – átviteli lehetőség). Az eredeti CSMA/CA mechanizmus az állomásoknak csak egy keret küldését engedélyezi egy adott időpontban. Ez a működés jó volt, amíg a sebességek meg nem emelkedtek. A 802.11a/g esetén előfordulhat, hogy az egyik állomás 6 Mb/s, míg a másik állomás 54 Mb/s sebességgel ad. Mindkettő egy keretet küldhet, de a 6 Mb/s sebességű állomásnak kilencszer annyi ideig tart (a rögzített méretű többletbiteket leszámítva) egy keret elküldése, mint az 54 Mb/s-os sebességű állomásnak. Ennek az egyenlőtlenségnek a szerencsétlen mellékhatása az, hogy a lassú adóval versengő gyors adó lelassul, nagyjából a lassú adó sebességére. Például, a rögzített méretű többletbitek elhanyagolásával, amikor a 6 Mb/s-os és az 54 Mb/s-os adók egyedül adnak, akkor megtartják a saját sebességüket, de amikor együtt adnak, akkor mindketten átlagban 5,4 Mb/s-ot kapnak. Ez komoly büntetés a gyors adó számára. Ezt a problémát sebességanomáliának (rate anomaly) nevezik [Heusse és mások, 2003].
A TXOP-val minden állomás ugyanannyi adásidőt kap, és nem ugyanannyi elküldhető keretet. Azok az állomások, amelyek gyorsabban adnak, az adásidejükben nagyobb átviteli sebességet tudnak elérni. A példánkban, amikor a két állomás egyszerre ad 6 Mb/s-os és 54 Mb/s-os sebességgel, az első adó 3 Mb/s-ot, a második adó 27 Mb/s-ot fog kapni.
A 802.11 szabvány három különböző keretosztályt definiál: adat-, vezérlő- és menedzsmentkereteket. Mindegyiknek saját fejrésze van, különböző mezőkkel, melyeket a MAC-alrétegben használnak. Ezenfelül vannak olyan fejrészek is, melyeket a fizikai réteg használ, de ezek többnyire az alkalmazott modulációs eljárással foglalkoznak, így ezeket most nem tárgyaljuk.
Példaként az adatkeret felépítését fogjuk megvizsgálni, amelyet a 4.29. ábra mutat. Az első mező a Keretvezérlés (Frame Control), amelyet 11 almező alkot. Ezek közül az első a Protokollverzió (Protocol Version), amely 00-ra van állítva. Ez lehetővé teszi, hogy a 802.11 protokollnak újabb változatai működhessenek egyszerre ugyanabban a cellában. Ezt követik a Típus (Type) (adat-, vezérlés- vagy menedzsment-) és az Altípus (Subtype) mezők (például RTS vagy CTS). Egy szabályos adatkeret esetében (szolgáltatásminőség nélkül) bináris 10 és 0000 értékűek. A DS-hez (To DS) és a DS-től (From DS) biteket úgy állítják be, hogy jelezzék, hogy a keret a hozzáférési ponthoz csatlakozó, elosztórendszernek (distribution system) nevezett hálózat felé tart, vagy onnan érkezett. A Több darab (More fragments) bit azt jelenti, hogy még további darabok következnek. Az Újraküldés (Retry) bit egy előzőleg már elküldött keret újraküldését jelzi. A Teljesítménygazdálkodás (Power management) bit jelentése, hogy a küldő készenléti állapotba fog lépni. A Több adat (More data) bit arra utal, hogy az adónak további keretei vannak a vevő számára. A Védett keret (Protected Frame) bit azt adja meg, hogy a keret törzsét biztonsági okból titkosították. A következő szakaszban röviden megvizsgáljuk a biztonság kérdését. Végül a Sorrend (Order) bit azt közli a vevővel, hogy a felső réteg az érkező keretek sorozatát szigorúan sorrendben várja.
Az adatkeret második mezője az Időtartam (Duration) mező, amely azt adja meg mikroszekundumokban, hogy a keret és a hozzá tartozó nyugta mennyi ideig fogja lefoglalni a csatornát. Ez a mező mindenfajta keretben jelen van, így a vezérlőkeretek is tartalmazzák, és ez az, amelyet az állomások a NAV-mechanizmus vezérlésére használnak.
Ezután jönnek a címek. A hozzáférési pontnak küldött vagy tőle fogadott adatkeret három címmel rendelkezik, amelyek közül mindegyik szabványos IEEE 802 formátumú. Az első a forrás-, a második a célcím, amelyekre nyilván szükség van. De mire szolgál a harmadik cím? Ne feledjük, hogy a hozzáférési pont a keretek számára csak egy egyszerű átjátszóállomás, amint egy kliens és a hálózat egy másik pontja között utaznak, amely talán éppen egy távoli kliens vagy egy kapu az internet felé. A harmadik cím pontosan ezt a távoli végpontot adja meg.
A Sorszám (Sequence) mező sorszámozza a kereteket, így a duplikátumokat lehet detektálni. A 16 rendelkezésre álló bitből 4 a keretet, 12 pedig a keretrészt azonosítja, amely minden új átvitellel növelődik. Az Adat (Data) mező tartalmazza a legfeljebb 2312 bájtnyi felhasználói adatot. A felhasználói adat első bájtjai az LLC-ként (Logical Link Control – logikai kapcsolatvezérlés) ismertek. Ez a réteg képezi a ragasztót, amely a felső rétegbeli protokollt azonosítja (például IP), amihez a felhasználói adatot továbbítani kell. Végül a Keretellenőrző összeg (Frame Check Sequence) következik, ami megegyezik a többek között a 3.2.2. szakaszban is bemutatott 32 bites CRC-vel.
A menedzsmentkeretek felépítése ugyanaz, mint az adatkereteké, kiegészítve egy adatrészlettel, ami az Altípustól függően változik (például a jelzőfénykeretek paraméterei). A vezérlőkeretek rövidek. Mint minden keret, ezek is rendelkeznek egy Keretvezérlés, egy Időtartam és egy Keretellenőrző összeg mezővel. Viszont csak egyetlen címmezőjük van, és nincs felhasználói adatuk. A legfontosabb információk nagy részét az Altípus (Subtpye) mező hordozza (például ACK, RTS és CTS).
A 802.11 szabvány meghatározza a szolgáltatásokat, hogy a kliensek, a hozzáférési pontok és a hozzájuk kapcsolódó hálózat az előírásoknak megfelelő vezeték nélküli LAN legyen. Ezek a szolgáltatások számos csoportba sorolhatók.
A kapcsolódás (association) szolgáltatást mozgó állomások használják, hogy csatlakozzanak a hozzáférési ponthoz. Erre rendszerint azt követően kerül sor, hogy egy állomás belépett a hozzáférési pont adáskörzetébe. Az állomás megérkezése után megtudja a hozzáférési pont azonosítóját és képességeit, vagy a jelzőfénykeretekből, vagy közvetlenül a hozzáférési pont megkérdezésével történhet. Ezek a képességek magukba foglalják a támogatott sebességeket, a biztonsági beállításokat, a teljesítménygazdálkodási képességeket, a szolgáltatásminőség támogatását és másokat. Az állomás kapcsolódási kérést küld a hozzáférési pontnak. A hozzáférési pont elfogadhatja, vagy elutasíthatja a kérést.
Az újrakapcsolódás (reassociation) lehetővé teszi, hogy az állomások kiválasszák az általuk előnyben részesített hozzáférési pontot. Ez a lehetőség egy kiterjedt 802.11 LAN-nak az egyik hozzáférési pontjától a másikig haladó állomások számára hasznos, mint az átadás (handover) a mobiltelefon-hálózatok esetén. Ha helyesen használják, akkor a cellaváltás során nem vesznek el adatok. (Persze az Ethernethez hasonlóan a 802.11 sem képes garanciákat nyújtani.) A szétkapcsolást (disassocation), azaz a kapcsolat bontását mind az állomás, mind pedig a hozzáférési pont kezdeményezheti. Az állomásnak használnia kell ezt a szolgáltatást a kikapcsolása vagy a hálózatból való távozása előtt. A hozzáférési pont használhatja a karbantartás miatti lekapcsolást megelőzően.
Az állomásoknak hitelesíteniük (authentication) kell magukat, mielőtt a hozzáférési ponton keresztül kereteket küldenek. De a választott biztonsági sémáktól függően a hitelesítést különböző módokon kezelik. Ha egy 802.11 hálózat nyílt, akkor mindenki használhatja. Ellenkező esetben, az állomásnak igazolnia kell magát a hitelesítéshez. Az ajánlott séma a WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2 – Wi-Fi védett hozzáféréssel 2), amely a 802.11i szabványt valósítja meg. (Az alap WPA egy köztes séma, amely a 802.11-nek csak egy részét valósítja meg. Ezt átugorjuk, és rögtön a teljes sémát tárgyaljuk.) A WPA2 esetén a hozzáférési pont egy felhasználónév- és jelszóadatbázissal rendelkező hitelesítő szerverrel kommunikálhat, hogy megállapítsa, vajon az állomás használhatja-e a hálózatot. Alternatívaként egy előre megosztott kulcsot lehet beállítani, ami a hálózati jelszó szépen csengő neve. Több keret cserélődik ki az állomás és a hozzáférési pont között, kihívással és válasszal, hogy az állomás bebizonyítsa, hogy rendelkezik a megfelelő jogosultságokkal. Ez az üzenetváltás azonnal a kapcsolódás után történik.
A WPA előtt használt sémát WEP-nek (Wired Equivalent Privacy – vezetékessel egyenértékű titkosság) nevezik. Ebben a sémában, az előre megosztott kulccsal történő hitelesítés a kapcsolódás előtt történik. Ennek ellenére nem javasolt a használata a tervezési hibái miatt, amelyek a WEP-et könnyen feltörhetővé teszik. Ennek az első gyakorlati bemutatására akkor került sor, amikor Adam Stubblefield nyári gyakornok volt az AT&T-nél [Stubblefield és mások, 2002]. Egy hét alatt megírta és tesztelte a támadást, pedig az idő nagy része azzal telt, hogy a vezetőségtől engedélyt szerezzen a kísérletezéshez szükséges Wi-Fi-kártya vásárlására. A WEP feltöréséhez szükséges szoftverek ingyen beszerezhetők.
Amint keretek érkeznek a hozzáférési ponthoz, az elosztás (distribution) szolgáltatás határozza meg azt, hogyan kell a beérkező keretek forgalomirányítását elvégezni. Ha a címzett állomás a hozzáférési pont körzetében van, akkor a kereteket közvetlenül a rádiós összeköttetésen keresztül lehet kiküldeni; egyébként a vezetékes hálózaton kell továbbítani. Az integráció (integration) szolgáltatás kezeli a leképezést, ami akkor szükséges, ha egy keret a 802.11 LAN-ról ki akar menni, vagy egy másik hálózatról be akar jönni. A leggyakoribb eset, amikor a vezeték nélküli hálózat az internetre csatlakozik.
Az egész történet az adatátvitelről szól, tehát a 802.11 természetesen nyújt adatkézbesítő (data delivery) szolgáltatást. Ez a szolgáltatás lehetővé teszi, hogy az állomások adatot küldjenek és fogadjanak az ebben a fejezetben korábban leírt protokollokkal. Mivel azonban a 802.11 az Ethernet mintájára készült, és az átvitel az Ethernet esetében sem 100%-ig megbízható, ezért erre a 802.11 sem vállal garanciát. A hibák észlelésének és javításának terhe tehát a felsőbb rétegekre hárul.
A vezeték nélküli jelek üzenetszóró jellegűek. Azért, hogy a vezeték nélküli LAN-on küldött információ bizalmas maradjon, titkosítani kell. Ezt a titoktartás (privacy) szolgáltatással érik el, ami a titkosítás és megfejtés részleteit kezeli. A WPA2 titkosítási algoritmusa az AES-en (Advanced Encryption Standard – fejlett titkosító szabvány) alapul, amit az Egyesült Államokban 2002-ben fogadtak el. A titkosításhoz használt kulcsokat a hitelesítés alatt állapítják meg.
A különböző prioritású forgalom kezeléséhez QoS-forgalomütemező (QoS traffic scheduling) szolgáltatás áll rendelékezésre. A korábban bemutatott protokollt használja, hogy a beszéd- és videoforgalmat különleges bánásmódban részesítse a best-effort és a háttérforgalomhoz képest. Egy ezzel társított szolgáltatás szintén nyújt magasabb rétegbeli időzítő szinkronizálást. Ez lehetővé teszi az állomásoknak, hogy a tevékenységeiket koordinálják, ami hasznos lehet médiafeldolgozásnál.
Végezetül van még két szolgáltatás, amelyek a spektrumhasználat menedzselésében segítenek az állomásoknak. Az adásiteljesítmény-szabályozó (transmit power control) szolgáltatás ellátja az állomást információval a régióról régióra változó adási teljesítmény előírt korlátjairól. A dinamikus frekvenciaválasztó (dynamic frequency selection) szolgáltatás információval látja el az állomásokat, hogy el tudják kerülni az 5 GHz-es sávhoz tartozó frekvenciákon történő adást, amit egy közeli radar éppen használ.
A 802.11 szabvány ezekkel a szolgáltatásokkal rengeteg funkciót nyújt a közeli mobil klienseknek az internethez való csatlakoztatására. A 802.11 szabvány hatalmas siker, és folyamatosan újabb funkciókkal bővítik. A szabvány perspektíváiról és jövőjéről lásd Hiertz és mások munkáját [2010].