Wi-Fi — 802.11, CSMA/CA, roaming আর নিরাপত্তা

১ · Wi-Fi নেটওয়ার্কের গঠন — station, AP, BSS আর ESS

ফোনে Wi-Fi চালু করলে একটি তালিকা আসে: “Rahman-Home”, “Rahman-Home-5G”, পাশের ফ্ল্যাটের “Tasnim_WiFi”… নাম চাপলেন, password দিলেন, ইন্টারনেট চলে এল। এর পেছনে কাজ করে IEEE-র 802.11 standard — আমাদের চেনা Wi-Fi. পর্ব ১২-এর Ethernet তারের LAN; Wi-Fi তার বেতার রূপ, WLAN. ওপরের স্তরে (IP) দুটি একই; পার্থক্য data link আর physical স্তরে — বেতার মাধ্যম কীভাবে ভাগ হবে, আর বাতাসের ডেটা কীভাবে নিরাপদ থাকবে।

AP ছাড়াও Wi-Fi চলে: কয়েকটি station সরাসরি একে অপরের সাথে — IBSS (Independent BSS), চলতি নাম ad hoc; এখানে BSSID এলোমেলোভাবে বানানো। আজ এর জায়গা অনেকটা নিয়েছে Wi-Fi Direct আর ফোনের hotspot (যা ফোনকেই ছোট একটি AP বানায়)।

        ┌────── Distribution System (Ethernet switch) ──────┐
        │                                                    │
 ┌──────┴──────┐                                      ┌──────┴──────┐
 │ AP1 · ch 1  │ BSSID bb:..:0a        BSSID bb:..:0b │ AP2 · ch 6  │
 └──────┬──────┘                                      └──────┬──────┘
  BSS 1: "Office-Staff"                          BSS 2: "Office-Staff"
  laptop  phone  printer                         laptop  phone
  (same SSID on both = one ESS; router/Internet behind the switch)

SSID মানুষের জন্য নাম — একই নাম অনেক AP ব্যবহার করতে পারে, এমনকি অন্য কেউ আপনার নামেই নেটওয়ার্ক বানাতে পারেন; তাই নাম দেখে বিশ্বাস নয়, নিরাপত্তা আসে encryption থেকে (অংশ ৮)। BSSID যন্ত্রের জন্য — প্রতিটি AP radio-র আলাদা; dual-band router-এ সাধারণত দুটি BSSID.

২ · প্রজন্ম, band আর গতি — Wi-Fi 4 থেকে Wi-Fi 7

১৯৯৭ সালে প্রথম 802.11 standard দিত মাত্র ১–২ Mbps. তারপর প্রতি কয়েক বছরে নতুন সংশোধনী (amendment) এসেছে, প্রতিটির নাম একটি অক্ষর: 802.11b, a, g, n, ac, ax, be. এই নামগুলো সাধারণ মানুষের কাছে দুর্বোধ্য ছিল, তাই Wi-Fi Alliance (যন্ত্র পরীক্ষা করে “Wi-Fi CERTIFIED” সনদ দেয় যে শিল্প-সংগঠন) ২০১৮ সালে সহজ নাম চালু করে: Wi-Fi 4, 5, 6… পুরোনোগুলোর আনুষ্ঠানিক সংখ্যা-নাম নেই।

বছরগুলো মোটামুটি — standard চূড়ান্ত হওয়া, certification আর বাজারে যন্ত্র আসা আলাদা সময়ে ঘটে (যেমন Wi-Fi 6-এর certification ২০১৯-এ, IEEE standard ২০২১-এ; Wi-Fi 7-এর certification ২০২৪-এর শুরুতে চালু হয়, IEEE standard চূড়ান্ত হয় তার কিছু পরে বলে জানা যায়)।

গতি বাড়ানোর চারটি চাবি

একটি Wi-Fi link-এর PHY rate (বাতাসে bit পাঠানোর হার) চারটি জিনিসের গুণফল। পর্ব ০৭–০৮-এ signal, QAM আর spectrum দেখেছেন; এখানে সেগুলো এক সূত্রে আসে:

• Channel width: OFDM চ্যানেলকে শত শত সরু subcarrier-এ ভাগ করে; চওড়া চ্যানেল (২০ → ৪০ → ৮০ → ১৬০ → ৩২০ MHz) মানে বেশি subcarrier.
• Modulation (QAM): 64-QAM-এ প্রতি symbol-এ ৬ bit, 256-QAM-এ ৮, 1024-QAM-এ ১০, 4096-QAM-এ ১২. বেশি bit মানে বিন্দুগুলো কাছাকাছি — উঁচু SNR লাগে, তাই সর্বোচ্চ QAM সাধারণত AP-র খুব কাছেই সম্ভব।
• Coding rate: ৫/৬ মানে প্রতি ৬ bit-এর ৫টি আসল ডেটা, ১টি error correction-এর জন্য বাড়তি (পর্ব ০৯-এর ধারণা)।
• Spatial stream (MIMO): একাধিক antenna দিয়ে একই চ্যানেলে একসাথে আলাদা ডেটা-স্রোত; ২টি stream মানে প্রায় দ্বিগুণ rate. ফোনে সাধারণত ১–২টি antenna, তাই ৮-stream router-এও ফোন ২-stream-এই কথা বলে।

যাচাই করা হিসাব: Wi-Fi 5, ৮০ MHz, এক stream, 256-QAM, coding ৫/৬: ৮০ MHz-এ data subcarrier ২৩৪টি, symbol-এর সময় (ছোট guard interval-সহ) ৩.৬ µs. তাই ২৩৪ × ৮ × ৫/৬ ÷ ৩.৬ µs = ৪৩৩.৩ Mbps. ১৬০ MHz-এ (৪৬৮টি subcarrier) আর ৮টি stream-এ: ৮ × ৮৬৬.৭ ≈ ৬,৯৩৩ Mbps — টেবিলের “৬.৯ Gbps”. Wi-Fi 6-এ subcarrier আরও ঘন, symbol লম্বা (১২.৮ µs + ০.৮ µs guard = ১৩.৬ µs): ৮০ MHz-এ ৯৮০ × ১০ × ৫/৬ ÷ ১৩.৬ ≈ ৬০০.৫ Mbps প্রতি stream; ১৬০ MHz, ৮ stream-এ ≈ ৯,৬০৮ Mbps.

MU-MIMO আর OFDMA — একসাথে অনেককে

পুরোনো Wi-Fi-তে AP এক মুহূর্তে একটি station-এর সাথেই কথা বলত। MU-MIMO antenna-র সংকেত সাজিয়ে (beamforming) একই সময়ে কয়েকটি station-কে আলাদা stream দেয় — Wi-Fi 5-এ শুধু AP থেকে station-এর দিকে, Wi-Fi 6-এ দুই দিকেই। OFDMA (Wi-Fi 6) চ্যানেলের subcarrier-গুলো ছোট ভাগে (resource unit) ভাগ করে একই transmission-এ কয়েকজনকে দেয় — একই ট্রাকে পাঁচজনের পার্সেল একসাথে তোলার মতো। ছোট packet-এর ভিড়ে (মেসেজিং, IoT, অফিসের শত শত ফোন) লাভ সবচেয়ে বেশি।

Rate adaptation — দূরে গেলে ধীরে, কিন্তু নিশ্চিতে

প্রতিটি modulation-coding জোড়ের একটি নম্বর — MCS. Wi-Fi 5-এ এক stream, ৮০ MHz-এ MCS 0 (BPSK, ১/২) ৩২.৫ Mbps, MCS 4 (16-QAM, ৩/৪) ১৯৫, MCS 7 (64-QAM, ৫/৬) ৩২৫, MCS 9 (256-QAM, ৫/৬) ৪৩৩.৩ Mbps. প্রেরক প্রতি মুহূর্তে MCS বেছে নেয় — rate adaptation. Standard শুধু MCS-এর তালিকা দেয়; বাছাইয়ের অ্যালগরিদম নির্মাতার। সরলতম ধারণা (ARF): পরপর কয়েকটি ACK পেলে এক ধাপ ওপরে, পরপর ব্যর্থ হলে এক ধাপ নিচে। Linux-এর ডিফল্ট Minstrel মাঝে মাঝে অন্য rate নমুনা হিসেবে চেষ্টা করে, আর যেটিতে প্রত্যাশিত throughput (সফলতার হার × rate) সবচেয়ে বেশি, সেটি বেছে নেয়। দূরে উঁচু QAM-এ অনেক frame নষ্ট হয় — কম rate-এ নিশ্চিত পৌঁছানো তখন বেশি লাভজনক।

৩ · Band আর চ্যানেল — ২.৪ GHz-এ কেন ১, ৬, ১১?

Wi-Fi চলে লাইসেন্স ছাড়া ব্যবহারযোগ্য frequency-তে — ISM band আর আশেপাশে। মোবাইল অপারেটর spectrum নিলামে কেনে; Wi-Fi-তে শুধু শক্তির সীমা আর নিয়ম মানতে হয় (বাংলাদেশে নিয়ম ঠিক করে BTRC). দাম: আপনার router, পাশের ফ্ল্যাটের router, microwave oven, Bluetooth — সবাই একই spectrum-এ।

৫ GHz কেন দেয়ালে বেশি দুর্বল? পর্ব ০৭–০৮-এর path loss: frequency বাড়লে একই antenna-য় সংকেত বেশি দুর্বল হয়, আর ইট-কংক্রিটে শোষণও সাধারণত বেশি। তাই প্রায়ই পাশের ঘরে ৫ GHz দারুণ, দুই দেয়াল পরে ২.৪ GHz-ই ভরসা।

প্রমাণ — ২.৪ GHz-এ চ্যানেল কেন একে অপরের ওপর পড়ে

২.৪ GHz-এ চ্যানেল ১-এর কেন্দ্র ২৪১২ MHz, আর প্রতিটি পরের চ্যানেল ৫ MHz ওপরে:

অথচ একটি OFDM চ্যানেল প্রায় ২০ MHz চওড়া (কেন্দ্রের ±১০ MHz). দুটি চ্যানেল n আর m-এর কেন্দ্রের দূরত্ব ৫|n − m| MHz. এরা একে অপরের ওপর পড়ে যদি কেন্দ্রের দূরত্ব চওড়ার চেয়ে কম হয়:

অর্থাৎ চ্যানেল ১ ঢেকে দেয় ২, ৩, ৪-কে। |n − m| = ৪ হলে (যেমন ১ আর ৫) কিনারা ঠিক ছুঁয়ে থাকে (২৪২২ MHz-এ)। কিন্তু বাস্তব transmitter-এর শক্তি ±১০ MHz-এ থেমে যায় না — চ্যানেলের বাইরেও একটি “স্কার্ট” থাকে (spectral mask), আর পুরোনো 802.11b-র DSSS সংকেত ছিল ২২ MHz চওড়া। তাই নিরাপদ নকশায় কিনারার মাঝে আরও অন্তত ৫ MHz ফাঁক: কেন্দ্রের দূরত্ব ≥ ২৫ MHz, অর্থাৎ |n − m| ≥ ৫. চ্যানেল ১ থেকে পাঁচ ধাপ করে: ১, ৬, ১১; চতুর্থটির জন্য দরকার ১৬, যা নেই। যুক্তরাষ্ট্রে শুধু ১–১১ খোলা, তাই সেখানে এটিই একমাত্র সেট; যেসব দেশে ১–১৩ খোলা (বাংলাদেশসহ অনেক দেশে সাধারণত তা-ই বলে জানা যায়; নিশ্চিত হতে BTRC-র নিয়ম দেখুন), সেখানেও চতুর্থ একটি চ্যানেল মেলে না (১১ + ৫ = ১৬)। চ্যানেল ১৪ (২৪৮৪ MHz) শুধু জাপানে, শুধু 802.11b-তে ছিল।

নিচের calculator সূত্রটি থেকেই পুরো ছবিটি বের করে:

// 2.4 GHz Wi-Fi channels: centre = 2412 + 5(n-1) MHz, each channel 20 MHz wide.
const W = 20;
const centre = n => 2412 + 5 * (n - 1);              // channels 1..13
const overlap = (a, b) => Math.abs(centre(a) - centre(b)) < W;  // edges cross
console.log("ch  centre  occupies (MHz)   overlaps with");
for (let n = 1; n <= 13; n++) {
  const lo = centre(n) - W / 2, hi = centre(n) + W / 2;
  const ov = [];
  for (let m = 1; m <= 13; m++) if (m !== n && overlap(n, m)) ov.push(m);
  console.log(String(n).padStart(2) + "  " + centre(n) + "    " + lo + "-" + hi +
    "      " + ov.join(","));
}
// Greedy pick from channel 1 upward: keep a channel if it clears every kept one.
function pick(maxCh, gapMHz) {
  const kept = [];
  for (let n = 1; n <= maxCh; n++)
    if (kept.every(k => centre(n) - centre(k) >= gapMHz)) kept.push(n);
  return kept.join(", ");
}
console.log("edges just touch (gap 20 MHz), 1-13: " + pick(13, 20));
console.log("with a 5 MHz guard (gap 25 MHz), 1-11: " + pick(11, 25));
console.log("with a 5 MHz guard (gap 25 MHz), 1-13: " + pick(13, 25));
console.log("channel 1 vs 4: centres " + (centre(4) - centre(1)) + " MHz apart -> " +
  (overlap(1, 4) ? "overlap" : "clear"));

ch  centre  occupies (MHz)   overlaps with
 1  2412    2402-2422      2,3,4
 2  2417    2407-2427      1,3,4,5
 3  2422    2412-2432      1,2,4,5,6
 4  2427    2417-2437      1,2,3,5,6,7
 5  2432    2422-2442      2,3,4,6,7,8
 6  2437    2427-2447      3,4,5,7,8,9
 7  2442    2432-2452      4,5,6,8,9,10
 8  2447    2437-2457      5,6,7,9,10,11
 9  2452    2442-2462      6,7,8,10,11,12
10  2457    2447-2467      7,8,9,11,12,13
11  2462    2452-2472      8,9,10,12,13
12  2467    2457-2477      9,10,11,13
13  2472    2462-2482      10,11,12
edges just touch (gap 20 MHz), 1-13: 1, 5, 9, 13
with a 5 MHz guard (gap 25 MHz), 1-11: 1, 6, 11
with a 5 MHz guard (gap 25 MHz), 1-13: 1, 6, 11
channel 1 vs 4: centres 15 MHz apart -> overlap

৫ GHz-এ কেন্দ্র = ৫০০০ + ৫n MHz, আর ব্যবহারযোগ্য ২০ MHz চ্যানেলগুলো ৪ নম্বর পরপর (৩৬, ৪০, ৪৪, ৪৮ … ১৪৯ … ১৬৫), তাই নিজেরাই না-ছোঁয়া; ৮০ MHz মানে চারটি জোড়া (যেমন ৩৬–৪৮)। কোন খণ্ড খোলা আর কোথায় DFS লাগে, তা দেশভেদে আলাদা। ৬ GHz-এ কেন্দ্র = ৫৯৫০ + ৫n MHz.

৪ · নেটওয়ার্কে যোগ দেওয়া — scanning, authentication আর association

একটি laptop কীভাবে জানে আশেপাশে কোন কোন নেটওয়ার্ক আছে? দুই উপায়ে:

• Passive scanning: প্রতিটি AP নিয়মিত beacon frame সম্প্রচার করে — সাধারণত প্রতি ১০০ TU (১ TU = ১,০২৪ µs, তাই প্রায় ১০২.৪ ms). তাতে থাকে SSID, BSSID, rate, নিরাপত্তার ধরন আর চ্যানেল। Laptop প্রতিটি চ্যানেলে কিছুক্ষণ শোনে — ব্যাটারি-সাশ্রয়ী, কিন্তু ধীর।
• Active scanning: Laptop প্রতিটি চ্যানেলে probe request পাঠায়, AP-গুলো probe response দেয় — দ্রুত, কিন্তু ফোন নিজের পরিচয় ছড়ায়; তাই আধুনিক ফোন scan-এ প্রায়ই এলোমেলো (randomized) MAC ব্যবহার করে।

এরপর দুটি 802.11 ধাপ। Authentication নামটি বিভ্রান্তিকর: WPA2-Personal-এ এটি “Open System” — আসল যাচাই নয় (WPA3-SAE-তে অবশ্য এখানেই আসল কাজ)। তারপর association: station জানায় সে কী পারে, AP তাকে একটি association ID (AID) দেয়। তারপর 4-way handshake (অংশ ৮) — শেষ না হওয়া পর্যন্ত AP সাধারণ ডেটা frame ঢুকতে দেয় না।

৫ · 802.11 MAC — CSMA/CA ধাপে ধাপে

পর্ব ১১-এ ALOHA, তারের Ethernet-এর CSMA/CD আর hidden terminal দেখেছেন। Ethernet পাঠানোর সময় তারে শুনে collision ধরে ফেলে। Wi-Fi তা পারে না, দুটি কারণে: পাঠানোর সময় radio-র নিজের শক্তিশালী সংকেত তার receiver-কে ডুবিয়ে দেয় (চিৎকার করতে করতে ফিসফিস শোনার মতো); আর collision ঘটে receiver-এর কাছে — প্রেরক হয়তো অন্য প্রেরককে শুনতেই পায় না (hidden terminal). তাই 802.11 collision এড়ানোর চেষ্টা করে, আর প্রতিটি frame-এর সফলতা নিশ্চিত করে ACK দিয়ে — CSMA/CA; standard-এ এর নাম DCF (distributed coordination function).

সময়ের একক — slot, SIFS, DIFS

Slot time backoff গোনার একক — একটি station চ্যানেল ব্যস্ত কি না বুঝতে যতটা সময় লাগে। SIFS সবচেয়ে ছোট ফাঁক — ACK, CTS-এর মতো উত্তর এর পরেই যায়, তাই উত্তরদাতা সবসময় নতুন প্রেরকের আগে সুযোগ পায়। DIFS = SIFS + ২ × slot — নতুন frame-এর আগে চ্যানেলকে অন্তত এতক্ষণ ফাঁকা দেখতে হয়।

নিয়মগুলো

1. Carrier sense দুই রকম: physical — radio চ্যানেলে শক্তি বা Wi-Fi preamble শুনছে কি না (CCA); আর virtual — NAV, অর্থাৎ অন্যদের frame-এর Duration field দেখে “চ্যানেল এত µs পর্যন্ত বুক করা” মনে রাখা। যেকোনো একটি ব্যস্ত বললে চ্যানেল ব্যস্ত।
2. DIFS আর backoff: চ্যানেল DIFS ধরে ফাঁকা দেখার পর station [০, CW] থেকে একটি এলোমেলো পূর্ণসংখ্যা নেয় — backoff counter. প্রতিটি ফাঁকা slot-এ counter এক কমে; শূন্য হলে পাঠায়।
3. Freeze — থামানো, বাতিল নয়: গোনার মাঝে চ্যানেল ব্যস্ত হলে counter যেখানে আছে সেখানেই থেমে থাকে; চ্যানেল আবার DIFS ধরে ফাঁকা হলে সেখান থেকে চলে। ফলে যে অনেকক্ষণ অপেক্ষা করেছে, পরের বার তার counter ছোট — একরকম ন্যায্যতা।
4. ACK: Receiver ঠিকমতো frame পেলে (FCS মিলে গেলে) SIFS পরে ACK পাঠায়। নির্দিষ্ট সময়ে ACK না এলে প্রেরক ধরে নেয় frame হারিয়েছে।
5. ব্যর্থ হলে contention window দ্বিগুণ: CW = ২(CW + ১) − ১ — ১৫ → ৩১ → ৬৩ … ১০২৩ পর্যন্ত (binary exponential backoff, Ethernet-এর মতোই)। কয়েকবার (retry limit, যেমন ৭) ব্যর্থ হলে frame বাদ। সফল হলে CW আবার CW_min-এ।

Broadcast আর multicast frame-এর ACK হয় না (কে দেবে?), তাই retry-ও নেই, আর এরা সাধারণত সবচেয়ে কম rate-এ যায় — ভারী multicast তাই চ্যানেলের অনেক সময় খায়।

নিচের simulator-এ তিনটি station (A, B, C), প্রত্যেকের AP-তে পাঠানোর ২টি frame. সময় ৫ GHz OFDM-এর (slot ৯, SIFS ১৬, DIFS ৩৪ µs); DATA-র airtime ১২০ µs আর ACK ২৮ µs ধরে নেওয়া। নির্দিষ্ট seed, তাই প্রতিবার একই ফল। সরলতার জন্য সবাই সবাইকে শোনে, আর collision-এর পর ACK-এর অপেক্ষাকে একটি সফল আদান-প্রদানের সমান সময় ধরা হয়েছে।

// 802.11 DCF (CSMA/CA): 3 stations, 2 frames each, 5 GHz OFDM timing.
const SLOT = 9, SIFS = 16, DIFS = SIFS + 2 * SLOT;   // 9, 16, 34 us
const DATA = 120, ACK = 28;                          // assumed airtimes (us)
const CWMIN = 15, CWMAX = 1023;
let seed = 2026;                                     // fixed seed -> same run every time
const rand = cw => (seed = (seed * 16807) % 2147483647) % (cw + 1);
const st = ["A", "B", "C"].map(n => ({ n, left: 2, cw: CWMIN, bo: 0 }));
st.forEach(s => (s.bo = rand(s.cw)));
const show = () => st.filter(s => s.left).map(s => s.n + "=" + s.bo).join(" ");
let t = 0;
console.log("t(us)  event                         backoff counters");
console.log("0".padEnd(7) + "frames ready, draw [0,CW]".padEnd(30) + show());
while (st.some(s => s.left)) {
  const act = st.filter(s => s.left);
  const k = Math.min(...act.map(s => s.bo));         // slots until a counter hits 0
  t += DIFS + k * SLOT;                              // DIFS idle, then k slots
  act.forEach(s => (s.bo -= k));                     // all count down; the rest freeze
  const tx = act.filter(s => s.bo === 0);
  let ev;
  if (tx.length === 1) {
    ev = tx[0].n + " DATA, SIFS, ACK ok";
    tx[0].left--; tx[0].cw = CWMIN;
  } else {
    ev = "COLLISION " + tx.map(s => s.n).join("+") + ", no ACK";
    tx.forEach(s => (s.cw = Math.min(2 * s.cw + 1, CWMAX)));
  }
  const frozen = act.filter(s => s.bo > 0).map(s => s.n + ":" + s.bo).join(" ");
  console.log(String(t).padEnd(7) + ev.padEnd(30) + "frozen " + (frozen || "-"));
  t += DATA + SIFS + ACK;                            // busy (or ACK timeout, simplified)
  tx.forEach(s => { if (s.left) s.bo = rand(s.cw); });
  if (tx.some(s => s.left)) console.log(String(t).padEnd(7) + "new draw".padEnd(30) + show() +
    "  (CW " + tx.filter(s => s.left).map(s => s.n + "=" + s.cw).join(" ") + ")");
}
console.log("all 6 frames delivered at t = " + t + " us");

t(us)  event                         backoff counters
0      frames ready, draw [0,CW]     A=6 B=4 C=4
70     COLLISION B+C, no ACK         frozen A:2
234    new draw                      A=2 B=5 C=11  (CW B=31 C=31)
286    A DATA, SIFS, ACK ok          frozen B:3 C:9
450    new draw                      A=11 B=3 C=9  (CW A=15)
511    B DATA, SIFS, ACK ok          frozen A:8 C:6
675    new draw                      A=8 B=15 C=6  (CW B=15)
763    C DATA, SIFS, ACK ok          frozen A:2 B:9
927    new draw                      A=2 B=9 C=11  (CW C=15)
979    A DATA, SIFS, ACK ok          frozen B:7 C:9
1240   B DATA, SIFS, ACK ok          frozen C:2
1456   C DATA, SIFS, ACK ok          frozen -
all 6 frames delivered at t = 1620 us

যাচাই করা অঙ্ক — ৫৪ Mbps-এর link-এ কত Mbps আসে?

প্রশ্ন: 802.11a (৫ GHz), ৫৪ Mbps-এ একটি station একা একটানা ১,৫০০ byte-এর payload পাঠাচ্ছে। কোনো collision নেই। গড় throughput কত?

• MAC header ২৪ byte + FCS ৪ byte, তাই frame = ১,৫২৮ byte = ১২,২২৪ bit; PHY যোগ করে আরও ২২ bit (service ১৬ + tail ৬) = ১২,২৪৬ bit.
• ৫৪ Mbps-এ প্রতি ৪ µs-এর OFDM symbol-এ ২১৬ bit: ⌈১২,২৪৬ ÷ ২১৬⌉ = ৫৭টি symbol = ২২৮ µs; preamble আর PHY header ২০ µs যোগ করে DATA = ২৪৮ µs.
• ACK (১৪ byte) যায় ২৪ Mbps-এ: (১১২ + ২২) bit ÷ ৯৬ → ২টি symbol = ৮ µs + ২০ µs = ২৮ µs.
• গড় backoff = CW_min/২ = ৭.৫ slot × ৯ = ৬৭.৫ µs.
• এক চক্র = DIFS ৩৪ + backoff ৬৭.৫ + DATA ২৪৮ + SIFS ১৬ + ACK ২৮ = ৩৯৩.৫ µs.
• Throughput = ১২,০০০ bit ÷ ৩৯৩.৫ µs ≈ ৩০.৫ Mbps — ৫৪-এর মাত্র প্রায় ৫৬%.

কোনো প্রতিযোগী নেই, কোনো collision নেই — তবু প্রায় অর্ধেক সময় যায় অপেক্ষা আর নিয়ন্ত্রণে। এই খরচ PHY rate-এর সাথে কমে না (DIFS, preamble, ACK প্রায় স্থির), তাই rate যত বাড়ে, অনুপাত তত খারাপ হয়। এজন্যই 802.11n থেকে frame aggregation এসেছে: অনেকগুলো frame একসাথে জুড়ে (A-MPDU) একবারের অপেক্ষায় পাঠানো, আর একটি Block ACK-এ সবগুলোর প্রাপ্তি জানানো।

RTS/CTS আর NAV — hidden terminal-এর ওষুধ

প্রতিটি 802.11 frame-এর header-এ একটি Duration field থাকে: “এই frame শেষ হওয়ার পরও চ্যানেল আরও এত µs আমার আদান-প্রদানের জন্য দরকার”। যে station frame-টি শোনে (নিজের জন্য না হলেও), সে এই সংখ্যা দিয়ে নিজের NAV টাইমার বসায় আর ততক্ষণ চুপ থাকে — চ্যানেল নিজের কানে ফাঁকা শোনালেও। Hidden terminal-এর সমাধান এখানেই: RTS/CTS. প্রেরক প্রথমে একটি ছোট RTS (Request To Send) পাঠায়, AP উত্তরে CTS (Clear To Send) দেয়। AP-র চারপাশের সবাই CTS শোনে — প্রেরককে যারা শুনতে পায় না, তারাও। বড় DATA frame-এর বদলে collision হলে হবে শুধু ছোট RTS-এ।

নিচের উদাহরণে laptop A আর ফোন C একটি AP-র দুই পাশে; দেয়ালের কারণে A আর C একে অপরকে শোনে না। সময় সহজ রাখতে ধরে নেওয়া হয়েছে: RTS ৪০ µs, CTS ৩২ µs, DATA ৩০০ µs, ACK ৩২ µs, SIFS ১৬ µs.

৬ · 802.11 frame আর চারটি address field

Ethernet frame-এ address দুটি: গন্তব্য আর উৎস (পর্ব ১২)। 802.11 data frame-এর header-এ তিনটি, কখনো চারটি। কেন? কারণ বেতারে “এই hop-এ কে পাঠাচ্ছে, কে নিচ্ছে” আর “আসলে frame-টি কার, কার কাছে যাবে” আলাদা হতে পারে। Laptop ইন্টারনেটের router-এ packet পাঠালে বাতাসে frame-টি নেয় AP, কিন্তু আসল গন্তব্য router-এর MAC. তাই তিনটিই লাগে।

   2        2       6      6      6       2       6      2      0 - ...    4
┌───────┬────────┬──────┬──────┬──────┬───────┬──────┬──────┬─────────┬─────┐
│ Frame │Duration│Addr 1│Addr 2│Addr 3│  Seq  │Addr 4│ QoS  │  Frame  │ FCS │
│Control│  / ID  │ (RA) │ (TA) │      │Control│(WDS) │ Ctrl │  Body   │     │
└───────┴────────┴──────┴──────┴──────┴───────┴──────┴──────┴─────────┴─────┘
Frame Control bits: Version(2) Type(2) Subtype(4) ToDS FromDS MoreFrag
                    Retry PwrMgmt MoreData Protected +HTC/Order

Frame Control-এর Type বলে frame-টি management (beacon, probe, auth, association), control (RTS, CTS, ACK) না data. Retry bit জানায় এটি আবার পাঠানো কপি — ACK হারালে প্রেরক একই frame আবার পাঠায়, আর receiver Sequence Control-এর নম্বর দেখে নকল কপি ফেলে দেয়। Protected bit = body encrypted. আর দুটি bit — ToDS আর FromDS — ঠিক করে চারটি address-এর অর্থ। নিয়ম মনে রাখার চাবি: Addr1 সবসময় এই hop-এর receiver (RA), Addr2 সবসময় এই hop-এর transmitter (TA). বাকিগুলো আসল উৎস/গন্তব্য বা BSSID.

উদাহরণ: Laptop L (aa:aa:aa:00:00:01) AP1-এর (BSSID bb:bb:bb:00:00:0a) মাধ্যমে তারে থাকা router R-কে (cc:cc:cc:00:00:fe) একটি packet পাঠায়। বাতাসে: ToDS = 1, Addr1 = AP1 (receiver), Addr2 = L (উৎস ও transmitter), Addr3 = R (আসল গন্তব্য)। AP1 frame-টি নিয়ে 802.11 header খুলে একটি Ethernet frame বানায়: গন্তব্য R, উৎস L — AP-র নিজের MAC কোথাও থাকে না, ঠিক যেমন switch frame বদলায় না। R-এর উত্তর ফেরার সময় AP1 বানায় FromDS frame: Addr1 = L, Addr2 = AP1, Addr3 = R. নিচের decoder Frame Control-এর দুটি byte (যেমন capture-এ দেখা যায়) পড়ে address-গুলোর ভূমিকা বলে দেয়:

// Decode an 802.11 Frame Control field (2 bytes, hex) and name the address fields.
const TYPES = ["Management", "Control", "Data", "Extension"];
const ROLE = {                                     // [ToDS][FromDS] -> Addr1..Addr4
  "00": ["DA", "SA", "BSSID", "-"],                // ad hoc (IBSS) or management
  "10": ["BSSID", "SA", "DA", "-"],                // station -> AP
  "01": ["DA", "BSSID", "SA", "-"],                // AP -> station
  "11": ["RA", "TA", "DA", "SA"],                  // AP -> AP (WDS / mesh)
};
function decode(fcHex, addrs) {
  const [b0, b1] = fcHex.split(" ").map(h => parseInt(h, 16));
  const type = (b0 >> 2) & 3, subtype = (b0 >> 4) & 15;
  const toDS = b1 & 1, fromDS = (b1 >> 1) & 1;
  const flags = [["Retry", 8], ["Protected", 64]].filter(f => b1 & f[1]).map(f => f[0]);
  const role = ROLE["" + toDS + fromDS];
  console.log(`FC ${fcHex}: ${TYPES[type]} subtype ${subtype}, ToDS=${toDS} FromDS=${fromDS}` +
    (flags.length ? ", " + flags.join("+") : ""));
  addrs.forEach((a, i) => console.log(`   Addr${i + 1} = ${a}  (${role[i]})`));
}
const L = "aa:aa:aa:00:00:01", AP1 = "bb:bb:bb:00:00:0a", R = "cc:cc:cc:00:00:fe";
const AP2 = "bb:bb:bb:00:00:0b", P = "dd:dd:dd:00:00:22";
decode("08 41", [AP1, L, R]);                        // laptop -> router, via AP1
decode("88 42", [L, AP1, R]);                        // router's reply, AP1 -> laptop
decode("08 00", [P, L, "02:12:34:56:78:9a"]);        // ad hoc: laptop -> phone
decode("88 43", [AP1, AP2, R, L]);                   // mesh hop: AP2 -> AP1

FC 08 41: Data subtype 0, ToDS=1 FromDS=0, Protected
   Addr1 = bb:bb:bb:00:00:0a  (BSSID)
   Addr2 = aa:aa:aa:00:00:01  (SA)
   Addr3 = cc:cc:cc:00:00:fe  (DA)
FC 88 42: Data subtype 8, ToDS=0 FromDS=1, Protected
   Addr1 = aa:aa:aa:00:00:01  (DA)
   Addr2 = bb:bb:bb:00:00:0a  (BSSID)
   Addr3 = cc:cc:cc:00:00:fe  (SA)
FC 08 00: Data subtype 0, ToDS=0 FromDS=0
   Addr1 = dd:dd:dd:00:00:22  (DA)
   Addr2 = aa:aa:aa:00:00:01  (SA)
   Addr3 = 02:12:34:56:78:9a  (BSSID)
FC 88 43: Data subtype 8, ToDS=1 FromDS=1, Protected
   Addr1 = bb:bb:bb:00:00:0a  (RA)
   Addr2 = bb:bb:bb:00:00:0b  (TA)
   Addr3 = cc:cc:cc:00:00:fe  (DA)
   Addr4 = aa:aa:aa:00:00:01  (SA)

৭ · Roaming আর mesh — এক AP থেকে আরেক AP

রিসেপশন থেকে ভিডিও কল করতে করতে আপনি মিটিং রুমে গেলেন — laptop AP1-এর এলাকা ছেড়ে AP2-এর এলাকায়। একই ESS, একই SSID, একই subnet, তাই IP বদলায় না; শুধু বেতার সংযোগ এক BSS থেকে আরেকটিতে সরে। একে বলে roaming (মোবাইল নেটওয়ার্কে handover — পর্ব ৫১)।

Wi-Fi-তে কখন সরবে, সিদ্ধান্ত নেয় station নিজে (মোবাইল নেটওয়ার্কে সাধারণত নেটওয়ার্ক)। নির্মাতাভেদে নিয়ম আলাদা: সংকেতের শক্তি (RSSI, dBm-এ — −৫০ খুব ভালো, −৭০ দুর্বল হতে শুরু, −৮০ প্রায় অচল) একটি সীমার নিচে নামলে খোঁজ শুরু। অনেক যন্ত্র দুর্বল AP আঁকড়ে থাকে — “sticky client”. তিনটি সংশোধনী সাহায্য করে:

• 802.11k (radio resource measurement): AP station-কে “neighbor report” দেয় — আশেপাশের কোন AP কোন চ্যানেলে। পুরো band scan না করে শুধু ২–৩টি চ্যানেল দেখলেই চলে।
• 802.11v (BSS transition management): AP বা controller station-কে পরামর্শ দিতে পারে, “আপনি AP2-তে গেলে ভালো হয়” — ভিড় ভাগ করতে বা sticky client সরাতে। মানা না-মানা station-এর ইচ্ছা।
• 802.11r (fast BSS transition, FT): নতুন AP-তে গিয়ে পুরো 4-way handshake (আর অফিসে 802.1X-এর লম্বা যাচাই) আবার না করে, আগে থেকে তৈরি চাবির কাঠামো ব্যবহার করে authentication আর reassociation-এর frame-এর মধ্যেই চাবি মিলিয়ে নেয়। ভয়েস/ভিডিও কলে বিরতি অনেক কমে।

Mesh Wi-Fi — তার ছাড়া AP জোড়া

বড় ফ্ল্যাট বা তিনতলা বাড়িতে এক router-এ সব ঘর ঢাকে না। Mesh Wi-Fi-তে কয়েকটি node বেতারে (wireless backhaul) বা তারে যুক্ত হয়ে একই SSID ছড়ায়, আর node থেকে node-এ frame যায় চার-address frame-এ (অংশ ৬-এর চতুর্থ উদাহরণ)। IEEE-র mesh standard 802.11s, আর ভিন্ন কোম্পানির যন্ত্র মেলাতে Wi-Fi Alliance-এর EasyMesh আছে, তবে অনেক mesh সিস্টেম নির্মাতার নিজস্ব পদ্ধতিতে চলে। Trade-off: একই radio-তে client আর backhaul চললে প্রতিটি frame বাতাসে দুবার যায় — প্রতি hop-এ throughput মোটামুটি অর্ধেক হতে পারে। আলাদা backhaul radio সাহায্য করে; সবচেয়ে ভালো node-গুলো Ethernet তারে জোড়া।

৮ · নিরাপত্তা আর বাস্তব পরামর্শ — WEP থেকে WPA3, বাড়ি থেকে অফিস

Wi-Fi-র সংকেত দেয়াল পেরিয়ে সিঁড়ি, পাশের ফ্ল্যাট, রাস্তা পর্যন্ত যায় — যে কেউ শুনতে পারে। তাই নিরাপত্তার দুটি কাজ: কে যুক্ত হবে তা নিয়ন্ত্রণ, আর বাতাসের প্রতিটি frame encrypted ও অপরিবর্তিত রাখা। দুর্বলতাগুলো এখানে শুধু ধারণা হিসেবে — কেন ভাঙল, আর প্রতিরক্ষা কী।

WEP — কেন ভাঙা

প্রথম 802.11-এর WEP RC4 stream cipher-এ সবার জন্য একটি স্থির চাবি ব্যবহার করত, প্রতিটি frame-এ তার সাথে একটি ২৪-bit IV জুড়ে। নকশাগত সমস্যা: (১) মাত্র প্রায় ১.৬৮ কোটি IV — ব্যস্ত নেটওয়ার্কে দ্রুতই একই IV, অর্থাৎ একই keystream ফিরে আসে; (২) ২০০১ সালে Fluhrer, Mantin আর Shamir দেখান, RC4-এর চাবি-প্রস্তুতির দুর্বলতার কারণে যথেষ্ট frame জমালে মূল চাবিই বের হয়; (৩) integrity-র জন্য CRC-32, যা linear — encrypted frame-এর bit বদলে checksum-ও মিলিয়ে দেওয়া যায়; (৪) চাবি বদলের কোনো ব্যবস্থা নেই। প্রতিরক্ষা: WEP কোথাও নয়। শুধু WEP বোঝে এমন যন্ত্রটিই বদলানো দরকার।

WPA2-PSK আর 4-way handshake

অন্তর্বর্তী WPA (২০০৩, TKIP) এখন বাতিল। আসল সমাধান 802.11i (২০০৪), বাজারে WPA2: AES-CCMP দিয়ে encryption ও integrity, প্রতিটি সংযোগের আলাদা চাবি। বাড়িতে সাধারণত PSK মোড — সবাই একই passphrase (৮–৬৩ অক্ষর) জানে। PMK = PBKDF2(passphrase, SSID, ৪,০৯৬ বার, ২৫৬ bit) — ইচ্ছে করে ধীর hash. 4-way handshake-এ দুই পক্ষ দুটি এলোমেলো nonce বিনিময় করে, PMK + দুই nonce + দুই MAC থেকে নতুন PTK বানায়, আর MIC দিয়ে প্রমাণ করে দুজনেই একই PMK জানে — passphrase বাতাসে না পাঠিয়েই। AP বার্তা ৩-এ সবার জন্য group key GTK দেয়।

PSK-র ধারণাগত দুর্বলতা: handshake-এর বার্তা বাতাসে খোলা। কেউ রেকর্ড করলে নিজের কম্পিউটারে একটি করে passphrase অনুমান করে MIC মিলিয়ে দেখতে পারে — নেটওয়ার্কের সাথে যোগাযোগ ছাড়াই (offline অনুমান)। “12345678”-এর মতো সাধারণ passphrase তাই দ্রুত মিলে যায়। প্রতিরক্ষা: লম্বা, এলোমেলো passphrase (চার-পাঁচটি অসম্পর্কিত শব্দ, ১৬+ অক্ষর), আর সম্ভব হলে WPA3.

WPA3, SAE আর enterprise

• WPA3-Personal (২০১৮): SAE চাবি-বিনিময়ে প্রতিটি অনুমান যাচাই করতে AP-র সাথে সরাসরি বিনিময় লাগে — offline অনুমান চলে না; সাথে forward secrecy. Management frame সুরক্ষা (PMF, 802.11w) বাধ্যতামূলক, তাই জাল “disconnect” frame কঠিন। ৬ GHz-এ WPA2 চলেই না — WPA3 বা OWE বাধ্যতামূলক। শুরুর দিকের বাস্তবায়নের কিছু ত্রুটি (২০১৯) হালনাগাদে সারানো হয়েছে। Transition mode (একই SSID-এ WPA2 + WPA3) সুবিধাজনক, কিন্তু সব যন্ত্র WPA3 বুঝলে শুধু WPA3.
• Enterprise — 802.1X/EAP: অফিসে প্রত্যেকে নিজের account বা certificate দিয়ে যুক্ত হন; AP যাচাই পাঠায় RADIUS সার্ভারে, আর প্রত্যেকের আলাদা PMK তৈরি হয়। কেউ চাকরি ছাড়লে শুধু তাঁর account বন্ধ। Client-এ সার্ভারের certificate যাচাই চালু রাখা জরুরি, নইলে জাল AP তথ্য সংগ্রহ করতে পারে।

বাড়ি আর অফিসের নিরাপত্তা-চেকলিস্ট

• Router-এর ডিফল্ট admin password বদলান, আর WAN দিক থেকে admin পাতা বন্ধ রাখুন।
• WPA3-Personal (না থাকলে WPA2-AES; TKIP বা WEP কখনো নয়), লম্বা passphrase, WPS বন্ধ।
• অতিথি আর IoT যন্ত্রের (ক্যামেরা, স্মার্ট-বাল্ব) জন্য আলাদা guest network, সাথে client isolation — অতিথির ফোন আপনার laptop বা প্রিন্টার দেখতেই পাবে না।
• Hidden SSID বা MAC filter আসল নিরাপত্তা নয় — SSID probe-এ ফাঁস হয়, MAC নকল করা যায়।
• খোলা পাবলিক Wi-Fi-তে ধরে নিন সবাই শুনছে — HTTPS (পর্ব ৪৮) আর দরকারে VPN (পর্ব ৪৯)।

বাড়ি-অফিসের জন্য বাস্তব পরামর্শ — বাংলাদেশের প্রেক্ষাপটে

• Router কোথায়: বাসার মাঝামাঝি, একটু উঁচুতে, খোলা জায়গায় — কোণে, স্টিলের আলমারির পেছনে, পানির ট্যাংক বা microwave-এর পাশে নয়। ISP-র তার দরজার পাশে ঢুকলে একটি লম্বা Ethernet তার দিয়ে router ভেতরে সরানোই প্রায়ই সবচেয়ে সস্তা উন্নতি।
• Band আর চ্যানেল: কাছের ঘরে ৫ GHz, দূরের ঘরে ২.৪ GHz. ঘন অ্যাপার্টমেন্টে ২.৪ GHz-এ এক ডজন প্রতিবেশী নেটওয়ার্ক দেখা অস্বাভাবিক নয়; নিজের ফোন বা laptop-এ আশেপাশের চ্যানেল দেখে ১, ৬, ১১-এর মধ্যে কম ভিড়েরটি বেছে নিন, ২.৪ GHz-এ ৪০ MHz এড়ান। “Auto” চ্যানেল কোনো router-এ ভালো, কোনোটিতে নয় — মেপে দেখুন।
• দেয়াল আর তলা: ইট-কংক্রিট সংকেত অনেক কমায়; দুই তলায় একটি শক্তিশালী router-এর চেয়ে তারে জোড়া দ্বিতীয় AP বা mesh প্রায়ই ভালো। সাধারণ repeater একই চ্যানেলে আবার পাঠায় বলে গতি কমাতে পারে।
• বিদ্যুৎ: লোডশেডিংয়ে router আর ONU বন্ধ হলে ইন্টারনেটও যায় — অনেকে ছোট DC mini UPS ব্যবহার করেন; ভোল্টেজ মিলিয়ে কিনুন।
• অফিসে: এলাকা নয়, ব্যবহারকারীর সংখ্যা ধরে AP বসান; পাশের AP-কে আলাদা চ্যানেলে আর মাঝারি শক্তিতে রাখুন যাতে roaming ঠিক হয়; কর্মীদের জন্য 802.1X, অতিথিদের জন্য আলাদা VLAN-এ (পর্ব ১৩) guest SSID.

৯ · AI-এর যুগে Wi-Fi — পরামর্শ নিন, কিন্তু যাচাই করে

“আমার Wi-Fi স্লো, কী করব?” — AI দশটি টিপস দেবে, অনেকগুলো কাজেরও। কিন্তু ভুলগুলো চেনা ধরনের: পুরোনো কমান্ড, এক কোম্পানির router-এর মেনু সবার জন্য সত্য বলে চালানো, বিজ্ঞাপনের গতিকে বাস্তব ধরা, আর নিরাপত্তা-বিপজ্জনক “সহজ সমাধান”।

AI-এর উত্তর মানার আগে — চেকলিস্ট

• কমান্ডগুলো আধুনিক কি না (iw, nmcli, netsh wlan) আর man page বা /?-এ flag মিলিয়ে দেখেছি
• চ্যানেল বা গতির সংখ্যা নিজে হিসাব করেছি — যেমন কেন্দ্র = ২৪১২ + ৫(n − ১), বা MCS থেকে rate
• বদলের আগে আর পরে একই জায়গায় signal আর speed মেপেছি — অনুমান নয়, মাপ
• কোনো পরামর্শ নিরাপত্তা কমাচ্ছে কি না দেখেছি (WEP/TKIP, WPS, খোলা admin পাতা, firewall বন্ধ)
• শুধু নিজের বা অনুমতি পাওয়া নেটওয়ার্কে পরীক্ষা করেছি; অন্যের Wi-Fi-তে ঢোকার চেষ্টা আইনত অপরাধ আর নৈতিকভাবেও ভুল