Wi-Fi: LANs ou WLANs

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1 Wi-Fi: LANs ou WLANs Introdução O desenvolvimento de padrões (protocolos) é um método para garantir que todos os dispositivos se comuniquem entre si por uma mesma tecnologia. No caso das redes Wi-Fi, isso foi feito e é gerenciado pelo comitê do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), de modo que são definidas especificações e regras que os fabricantes devem seguir e utilizar na fabricação dos dispositivos. Claro que isso surgiu de uma necessidade, uma vez que a falta de padronização exigia que somente produtos de uma única fabricante fossem utilizados em todo um projeto de rede. A padronização vale para smartphones, smart TVs, roteadores ou qualquer dispositivo que utiliza a rede Wi-Fi. Além de conhecer esses padrões, nesta unidade você poderá entender que, com os avanços tecnológicos, surgem novas especificações derivadas do padrão , diferenciando umas das outras pela velocidade, faixa de espectro que utilizam, pela quantidade de antenas que suportam e diversos outros recursos. Ao final desta aula, você será capaz de: distinguir redes locais sem fio, identificando suas características de arquitetura, protocolos e padrões. WLANs: redes locais Segundo Tanenbaum e Wetherall (2011), as WLANs, redes locais sem fio ou LANs sem fio, são muito populares em diversos lugares, como residências, escritórios, universidades e comércios, porque as redes cabeadas podem ter uma instalação muito trabalhosa. EXEMPLO No sistema de WLANs, cada computador tem um rádio-modem e uma antena utilizada para se comunicar com outros computadores. Os clientes (notebooks, smartphones) estão conectados aos pontos de acesso (em inglês, access points ou simplesmente AP) e/ou roteadores sem fio e, dessa maneira, um ponto de acesso pode repassar os pacotes de dados entre os clientes sem fio e também entre eles e a internet. A Figura 1 mostra um logotipo muito utilizada em locais onde a rede Wi-Fi está disponível, geralmente com acesso à internet gratuita para clientes do estabelecimento, conferindo um diferencial ao estabelecimento, uma vez que muitos usuários estão conectados a todo momento por seus smartphones

2 Figura 1 - Wi-Fi Zone Fonte: Moraes, 2010, p. 48 A Figura 2 mostra o funcionamento da WLAN em conexão com a rede cabeada (TANENBAUM; WETHERALL, 2011; KUSOSE; ROSS, 2010)

3 Figura 2 - WLAN com ponto de acesso à rede cabeada Fonte: Tanenbaum e Wetherall, 2011, p. 12. Uma das limitações da rede sem fio está no fato de que os sistemas operam em bandas não licenciadas de 2.4 a GHz, de modo que quaisquer dispositivos têm a permissão para usar o espectro que a Wi-Fi utiliza. Ou seja, os rádios podem estar competindo com telefones sem fio, aparelhos para abrir portas de garagem e fornos de micro-ondas. O padrão e sua evolução de protocolos Quando surgiram os notebooks, a necessidade de se conectar à internet por redes sem fio, permitindo a mobilidade, tornou-se inevitável. Primeiramente, a ideia foi equipar o escritório e os notebooks com transmissores e receptores de rádio, sistema comercializado por várias empresas. Entretanto, era difícil a compatibilidade entre os equipamentos de diferentes empresas, de modo que um rádio da marca X não podia funcionar em uma sala equipada com uma estação-base (ponto de acesso) da marca Y. Foi quando, na década de 1990, o comitê do IEEE ficou responsável por elaborar um padrão de WLANs, denominando-o , uma vez que já existiam outros padrões com números de até Esse padrão recebeu um apelido, sendo chamado de Wi-Fi (TANENBAUM; WETHERALL, 2011). Há diversos padrões para tecnologia de WLAN, entre eles a, b, g, n, ac, ad, r e 802.1X

4 FIQUE ATENTO Utilizar os diversos padrões específicos (802.11a, b etc) pode ser confuso para os clientes, logo, é comum que produtos como roteadores, pontos de acesso e repetidores ofereçam suporte para a/g ou a/b/g/n, por exemplo. A Figura 3 ilustra os principais componentes da arquitetura de WLAN Nela, são apresentados os dois modos de utilização das redes Tanenbaum e Wetherall (2011) afirmam que o modo mais popular é conectar clientes a outra rede, como a intranet da empresa ou a internet, como a Figura 3(a) mostra. De acordo com a infraestrutura, cada cliente é associado a um ponto de acesso que, por sua vez, está conectado a outra rede, de modo que os pacotes são transmitidos e recebidos pelo cliente por meio do ponto de acesso. Já o outro modo é mostrado na Figura 3(b), demonstrando as redes ad hoc. Figura 3 - Arquitetura (a) Modo de infraestrutura. (b) Modo ad hoc. Fonte: Tanenbaum e Wetherall, 2011, p Segundo Kurose e Ross (2010), as redes ad hoc são formadas por equipamentos móveis próximos uns dos outros e que têm a necessidade de se comunicar, mas que não dispõem de infraestrutura de rede no lugar em que se encontram. Assim, não há um ponto de acesso ou conexão com o mundo externo, e, pelo fato de o acesso à internet ser a principal aplicação para redes sem fio, as redes ad hoc não são muito populares

5 SAIBA MAIS O protocolo da subcamada MAC do é diferente do protocolo da Ethernet devido à complexidade do funcionamento da comunicação em redes sem fio. Desse modo, o sinal recebido pode ser muito mais fraco do que o sinal transmitido. Em essência, isso faz com que sejam necessários mecanismos de detecção de colisão chamados CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance). Para saber mais, leia Tanenbaum e Wetherall (2011, p. 190) e Kurose e Ross (2010, p. 389). Nos próximos subtópicos, veremos as características de cada padrão Padrão a Segundo Tanenbaum e Wetherall (2011) o padrão a é baseado na multiplexação por divisão ortogonal de frequência, ou OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing), devido ao fato da utilização de um espectro que resiste a degradações do sinal sem fio, causado pelo enfraquecimento por múltiplos caminhos. Esse padrão pode trabalhar com oito taxas entre 6 a 54 Mbps, sendo significantemente mais rápidas que as do padrão b. Padrão b Segundo Moraes (2010) o padrão IEEE b foi criado em julho de 1998 e aprovado em setembro de 1999, estendendo a mesma faixa de 2.4 GHz do padrão com o trabalhar com taxas de até 11 Mbps. Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) para Este padrão baseia-se na comunicação ponto multiponto, de modo que um ponto de acesso com antena omnidirecional pode se comunicar com um ou mais clientes da rede sem fio que estejam localizados no alcance desse ponto de acesso, atingindo alcance médio de 30 metros a 11 Mbps e 90 metros a 1 Mbps. Embora o padrão a tenha sido estabelecido primeiro, o padrão b foi aprovado primeiro. Padrão g O padrão g foi aprovado pela IEEE em 2003, copiando os métodos de modulação OFDM do a, mas opera na banda de 2,4 GHz. Dessa maneira, segundo Tanenbaum e Wetherall (2011), oferece as mesmas taxas do a, isto é, de 6 a 54 Mbps acrescido da vantagem de ser compatível com quaisquer dispositivos de b que estejam próximos. De acordo com Moraes (2010), o padrão g atinge o mesmo alcance do b por trabalhar em uma faixa idêntica de frequência. Houve uma boa aceitação desse padrão g devido ao ganho de velocidade e à redução de custos de fabricação. Padrão n Segundo Moraes (2010, p. 54), - 5 -

6 [...] o padrão b foi publicado em 2009 com o objetivo de aumentar a velocidade obtida nos padrões tradicionais g e a dos 54 Mbps para até 600 Mbps, usando para isso quatro canais de dados com espaçamento de 40 MHz entre eles. É utilizada uma tecnologia chamada MIMO ( Multiple Input Multiple Output) que faz a agregação dos quadros transmitidos em múltiplos canais na camada MAC. Por isso, são necessárias múltiplas antenas para agregar mais informações. O padrão n trabalha com uma técnica de multiplexação conhecida como SDM (Spatial Division Multiplex) e, diferente dos padrões a e g, que operam com canais de 20 MHz, ele opera com uma faixa de frequência de 40 MHz por canal, dobrando a taxa efetiva de transmissão. Normalmente, o padrão g opera a 5 GHz, mas também pode operar a 2,4 GHz, desde que analise o impacto causado em outras redes b/g que operam nesta última frequência. Padrão ac A diferença principal entre os padrões n e o padrão ac é a velocidade, sendo este último padrão chegando a Mbps, sendo essa a velocidade para transferência de dados entre dispositivos na rede. Assim, o padrão ac pode trabalhar com até quatro antenas nos roteadores, podendo trabalhar com mais pontos de transmissão e recepção de sinal, diminuindo o congestionamento na rede. Opera em 5 GHz, o que significa trabalhar com menos interferências, oferecendo uma largura de banda de até 160 MHz (TANENBAUM; WETHERALL, 2011). FIQUE ATENTO Tratando-se de dispositivos de rede sem fio, como o roteador sem fio, que conecta os clientes, estes devem estar certificados em uma mesma especificação. Entretanto, se o sistema for mais evoluído, eles serão retro compatíveis, isto é, podem utilizar um dispositivo n em redes a e b, por exemplo. Ao projetar uma rede sem fio é necessário se certificar que os dispositivos têm compatibilidade com outros dispositivos ou tipo de rede implementada. Fechamento Agora que você já conhece os padrões da rede Wi-Fi, pode compreender a importância da padronização das tecnologias para que os dispositivos ou produtos sejam compatíveis uns com os outros, independentemente do fabricante, e como cada padrão possui especificações particulares. Nesta aula, você teve a oportunidade de: compreender a necessidade da existência dos padrões para rede Wi-Fi, identificando e entendendo os padrões derivados do padrão

7 Referências KUROSE, J. F.; ROSS, K. W. Redes de computadores e a internet: uma abordagem top-down. 5. ed. São Paulo: Pearson Addison Wesley, MORAES, A. F. Redes sem fio Instalação, configuração e segurança: fundamentos. São Paulo: Érica, TANENBAUM, A. S.; WETHERALL D. Redes de computadores. 5. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall,