Waarom wifi een gedeelde kamer is
Je hebt glasvezel van een gigabit en een router met "wifi 6" op de doos. Toch hapert je videogesprek zodra iemand anders in huis een update binnenhaalt. Een radiokanaal deel je met al je apparaten en met die van de buren.
Hieronder volg je hoe dat werkt. De netwerken in de visual zijn verzonnen, de kanaalindeling en de snelheden kloppen.
radio is gedeeld: elk frame bereikt iedereen binnen bereik
ook de AP van de buren, als die op hetzelfde kanaal zit
Een gedeelde kamer
Op een switch heeft elk apparaat zijn eigen kabel. Wifi heeft één medium: de radiogolven op één kanaal. Elk frame dat je access point (AP) uitzendt, komt aan bij iedereen die binnen bereik op dat kanaal luistert.
Denk aan een kamer vol mensen: er kan er maar één tegelijk praten. De rest van dit verhaal volgt daaruit.
Drie banden
2,4 GHz loopt van 2400 tot 2483,5 MHz. Dat is maar 83,5 MHz, maar het signaal komt goed door muren. 5 GHz heeft in Europa 5150–5350 en 5470–5725 MHz, genoeg voor 19 kanalen van 20 MHz. 6 GHz voegt daar in de EU sinds 2021 5945–6425 MHz aan toe: 480 MHz extra, alleen voor apparaten met wifi 6E of 7.
Hoe hoger de frequentie, hoe meer ruimte en hoe korter het bereik.
Kanalen op 2,4 GHz
De kanaalnummers op 2,4 GHz liggen 5 MHz uit elkaar (kanaal 1 op 2412 MHz, kanaal 13 op 2472 MHz), maar een kanaal is 20 MHz breed. Kanaal 3 overlapt dus met 1 én met 6.
Vandaar de vuistregel 1, 6 en 11: 25 MHz uit elkaar, ruim genoeg, ook voor het oude 802.11b met zijn 22 MHz. In Europa mogen alle 13 kanalen, dus kan ook 1, 5, 9 en 13. Voor moderne OFDM-signalen werkt dat, al raken de randen elkaar precies.
Kanaalbreedte
Op 5 en 6 GHz kan een router kanalen bundelen tot 40, 80 of 160 MHz, wifi 7 op 6 GHz zelfs tot 320 MHz. Twee keer zo breed is ongeveer twee keer zo snel. Voor wifi 6 met twee streams (MCS 11) is dat 287, 574, 1201 en 2402 Mbit/s bij 20, 40, 80 en 160 MHz.
Daar betaal je voor. Elke verdubbeling halveert het aantal kanalen om naar uit te wijken, en de ruisvloer stijgt met 3 dB. Kanaal 52–64 en 100–140 zijn bovendien DFS-kanalen: de AP moet eerst een minuut luisteren of er geen radar is (bij kanaal 120–128 tien minuten) en wegspringen zodra er een opduikt.
Luisteren voordat je praat
Een wifiradio is half-duplex: terwijl hij zendt, hoort hij niets en kan hij dus geen botsing detecteren. Wifi probeert botsingen daarom te voorkomen, met CSMA/CA. Is het kanaal bezet, dan wacht een station. Wordt het vrij, dan wacht het nog een DIFS (34 µs op 5 GHz, met QoS heet dit AIFS) en telt daarna een willekeurig aantal slots van 9 µs af, bij de eerste poging 0 tot 15. Wie op nul komt, zendt. De rest zet zijn teller stil.
De ontvanger bevestigt elk frame met een ACK. Kiezen twee stations hetzelfde getal, dan botsen ze en blijft de ACK uit. Beide verdubbelen dan hun contention window, tot maximaal 1023 slots.
Airtime: de traagste bepaalt het tempo
CSMA/CA verdeelt beurten, geen tijd. Een frame van 1500 bytes duurt op 400 Mbit/s zo'n 30 µs. Op 6,5 Mbit/s, de laagste snelheid van 802.11n, duurt hetzelfde frame 1846 µs.
Drie snelle clients en één trage die elk om de beurt een frame sturen: de trage gebruikt 95 procent van de airtime en alle vier halen zo'n 6 Mbit/s. Ook de snelle. Heusse en collega's beschreven deze performance anomaly in 2003. Veel AP's hebben daarom een optie voor airtime fairness, die tijd verdeelt in plaats van beurten.
Buren en de magnetron
Zit de buurman op hetzelfde kanaal, dan horen jullie elkaars preambles en wachten jullie netjes op elkaar. Twee kanalen ernaast is erger. Zijn signaal is voor jouw radio geen herkenbaar wifi-frame maar ruis, dus je wacht niet, en jullie frames raken beschadigd. Dat kost retransmissies.
Een magnetron werkt op ongeveer 2,45 GHz, midden in de wifiband, en wacht op niemand. Een klassiek model straalt ongeveer de helft van elke netspanningsperiode, bij 50 Hz dus zo'n 10 ms aan en 10 ms uit. Het lek is klein, maar genoeg om 2,4 GHz in de keuken flink te verstoren.
Wat wifi 6, 6E en 7 eraan doen
Wifi 6 (802.11ax, gecertificeerd sinds september 2019) brengt OFDMA. De AP knipt een kanaal op in resource units, tot 9 clients per 20 MHz, en bedient ze in één uitzending. Met een trigger frame werkt dat ook voor uploads. Bij veel kleine pakketjes betaal je de preamble en het wachten op het kanaal zo maar één keer.
Wifi 6E (januari 2021) brengt dezelfde techniek naar het nog rustige 6 GHz. Wifi 7 (802.11be, januari 2024) voegt MLO toe: één verbinding over meerdere banden. Een AP kan echt tegelijk op 5 en 6 GHz zenden. De meeste telefoons en laptops gebruiken de zuinigere variant EMLSR: ze luisteren op meerdere banden en zenden op de band die op dat moment vrij is.
Speel zelf
Kies onder kanalen een kanaal voor jezelf en twee buren en zie wanneer je airtime deelt, ruis krijgt of vrij zit.
Onder airtime stel je de snelheid van de trage client in. Zet hem laag, kijk naar de drie snelle clients en schakel dan naar airtime-fair en zie wie er nu betaalt.
Verborgen stations
CSMA/CA werkt alleen als iedereen elkaar hoort. Twee laptops aan weerszijden van de AP horen elkaar soms niet en botsen dan bij de AP. RTS/CTS is daar het oude middel tegen: eerst kort toestemming vragen, dan pas het lange frame sturen.
Zelf proberen
Op macOS houd je Option ingedrukt en klik je op het wifi-icoon in de menubalk. Je ziet het kanaal met de kanaalbreedte, de RSSI, het ruisniveau en de Tx Rate. Vanuit hetzelfde menu open je Draadloze diagnose (Wireless Diagnostics); via Venster → Scan zie je hoe druk de kanalen om je heen zijn. Het oude airport-commando is sinds macOS 14.4 verdwenen. In de terminal gebruik je nu:
sudo wdutil info
Op Linux:
iw dev wlan0 link # kanaal, signaal en bitrate van je huidige verbinding
nmcli dev wifi list # netwerken in de buurt, met kanaal en signaal
Staat de tx bitrate van een apparaat structureel op een paar Mbit/s, dan weet je na stap zes wat dat voor de rest betekent.
Tot slot
Wat me bij het uitzoeken verraste: veel wifi-"problemen" zijn gewoon de regels. Vertraagt een oude tablet in de logeerkamer alles, dan doet je netwerk precies wat CSMA/CA belooft: iedereen komt even vaak aan de beurt. Het beste wifi-advies is dan ook een beetje ironisch: geef alles wat kan een kabel. Elk apparaat dat de kamer verlaat, geeft airtime terug aan de rest.