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Redes Wireless

1 – Introdução

As Redes sem fio ou wireless (WLANs) surgiram da mesma forma que muitas outras tecnologias; no meio militar. Havia a necessidade de implementação de um método simples e seguro para troca de informações em ambiente de combate. O tempo passou e a tecnologia evoluiu, deixando de ser restrita ao meio militar e se tornou acessivel a empresas, faculdades e ao usuário doméstico. Nos dias de hoje podemos pensar em redes wireless como uma alternativa bastante interessante em relação as redes cabeadas, embora ainda com custo elevado.  Suas aplicações são muitas e variadas e o fato de ter a mobilidade como principal característica,  tem facilitado sua aceitação, principalmente nas empresas.

A evolução dos padrões oferecendo taxas de transmissão comparáveis a Fast Ethernet por exemplo, torna as redes wireless uma realidade cada vez mais presente.WLANs usam ondas de radio para transmissão de dados. Comumente podem transmitir na faixa de frequência 2.4 Ghz (Não licenciada) ou 5 Ghz

1.1 - Padrões

Como WLANs usam o mesmo método de transmissão das ondas de radio AM/FM, as leis que as regem são as mesmas destes. O FCC (Federal Comunications Comission), regula o uso dos dispositivos WLAN. O IEEE ( Institute of Eletrical and Eletronic Engineers) é responsável pela criação e adoção dos padrões operacionais. Citamos os mais conhecidos:

 

IEEE 802.11

  • Criado em 1994, foi o padrão original.

  • Oferecia taxas de transmissão de 2 Mbps.

  • Caiu em desuso com o surgimento de novos padrões.

IEEE 802.11b

  • Taxas de transmissão de 11Mbps.

  • Largamente utilizada hoje em dia.

  • Opera em 2.4Ghz

  • Alcance de até 100m indoor e 300m outdoor

  • Mais voltado para aplicações indoor

  • Tende a cair em desuso com a popularização do 802.11g

IEEE 802.11ª

  • Taxas de transmissão de 54Mbps.

  • Alcance menor do que a 802.11b.

  • Opera em 5Ghz

  • Alcance de até 60m indoor e 100m outdoor

  • Mais voltado para aplicações indoor

  • Seu maior problema é a não compatibilidade com dispositivos do padrão b , o que prejudicou e muito sua aceitação no mercado.

IEEE 802.11g

  • Taxas de transmissão de 54Mbps podendo chegar em alguns casos a 108Mbps.

  • Opera em 2.4Ghz

  • Mais voltado para aplicações indoor.

  • Reúne o melhor dos mundos a e b. (alcance x taxa)

IEEE 802.16a

  • Criado em 2003.

  • Popularmente conhecido como Wi-Max

  • Voltado exclusivamente para aplicações outdoor

  • Alcance de até 50Km

  • Taxas de tranmissão de até 280Mbps

1.2 – Técnicas de Transmissão

WLANs usam uma técnica de transmissão conhecida como difusão de espectro (Spread Spectrum). Essa técnica se caracteriza por larga largura de banda e baixa potência de sinal. São sinais dificeis de detectar  e mesmo interceptar sem o equipamento adequado. Existem dois tipos de tecnologias de Spread Spectrum regulamentadas pelo FCC: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) e Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS).

DSSS

  • Menos resistente a interferência

  • Compatibilidade com equipamentos de padrões anteriores

  • Taxa de Transmissão de 11 Mbps

  • Menor segurança

  • Possui 11 canais, mas destes somente 3 são não-interferentes e os efetivamente usados para transmissão – Canais : 1, 6 e 11

FHSS

  • Mais resistente a interferência

  • Não possui compatibilidade com equipamentos de padrões anteriores

  • Taxa de transmissão de 2Mbps

  • Maior segurança

  • 79 canais disponíveis para transmissão

Obs: No mundo das WLANs , o DSSS é a tecnologia utilizada.

 

Figura 1 – Canais não interferentes no DSSS

1.3 – Elementos de Hardware 

Na tabela a seguir descrevemos os componentes de uma WLAN

 

PC Card

  • Usado somente em notebooks

  • Serve para conectar o notebook a rede wireless

  • Possui antena interna imbutida

Placas PCI

  • Usado somente em desktops

  • Serve para conectar o desktop a rede wireless

  • Possui antena externa acoplada a saída da placa

 Adaptadores USB

  • Pode ser usado em notebooks ou desktops

  • Serve para conectar o notebook ou desktop a rede wireless

  • Possui antena interna imbutida

 Pontos de Acesso 

  • Concentra todo o tráfego da rede wireless além das conexões oriundas dos clientes.

  • Possui um identificador que identifica a rede chamado SSID.

  • Interface entre a rede wireless e a rede cabeada por possuir porta UTP 10 ou 100Mbps

  • Possui antena interna imbutida

  • Suporta a conexão de antenas externas, na maioria dos casos

Pontes Wireless Workgroup

  • Agrupa vários clientes LAN e transforma essa LAN em único cliente WLAN.

  • Recomendado em situações em que um pequeno grupo de usuários necessita de acesso a rede principal.

  • O número máximo de estações que pode ser conectado está compreendido entre 8 e 128, dependendo do fabricante.

Pontes Wireless

  • Conecta duas ou mais redes

  • Compreende 4 modos de operação: Root, Non-Root, Access Point e Repeater.

  • Possui a capacidade de formação de backbone wireless através de 2 PC Cards.

 Gateways

  • Conecta um pequeno número de dispositivos wireless a internet ou outra rede

  • Possui uma porta WAN e várias portas LAN. Geralmente tem um hub ou switch embutido e possui as funcionalidades de um Ponto de Acesso.

Antenas

  • Podem ser conectadas a pontos de acesso ou a máquinas clientes para aumentar o ganho do sinal e assim melhorar a transmissão de dados.

  • Podem ser direcionais ou omni-direcionais.

1.4 – Tipos de WLAN

Uma WLAN pode ser utilizada tanto na forma Indoor quanto na forma Outdoor

 

» Indoor

Dizemos que uma WLAN é indoor quando o sinal está sendo transmitido em ambiente fechado normalmente na presença de muitos obstáculos, um escritório é um bom exemplo.

Não há necessidade de visada direta entre as antenas para que haja comunicação. Alcance pequeno em torno de até 300 metros. Podem ter a presença de um Ponto de Acesso ou não.

ADHOC

  • Não existem Pontos de Acesso (AP)

  • Comunicação feita cliente – cliente

  • Não existe canalização do tráfego

  • Performance diminui a medida que novos clientes são acrescentados

  • Suporta no máximo 5 clientes para uma performance aceitável com tráfego leve

Infraestrutura

  • Necessidade de um Ponto de Acesso (AP)

  • Comunicação cliente – cliente não é permitida. Toda a comunicação é feita com o AP.

  • Centralização do tráfego. Todo o tráfego da Rede passa pelo AP.

  • Compreende dois modos de operação: BSS (Basic Service Set), ESS (Extended Service Set)

 

BSS – Consiste de um Ponto de Acesso ligado a rede cabeada e um ou mais clientes wireless. Quando um cliente quer se comunicar com outro ou com algum dispositivo na rede cabeada deve usar o Ponto de Acesso para isso. O BSS compreende uma simples célula ou área de RF e tem somente um identificador (SSID). Para que um cliente possa fazer parte da célula ele deve estar configurado para usar o SSID do Ponto de Acesso.

 

Figura 2 – Sistema BSS

ESSS – São 2 sistemas BSS conectados por um sistema de distribuição, seja ele LAN, WAN, Wireless ou qualquer outro. Necessita portanto de 2 Pontos de Acesso.

Permite  roaming entre as células. Não necessita do mesmo SSID em ambos os BSS.

 

Figura 3 – Sistema ESS

» Outdoor

Dizemos que uma WLAN é outdoor quando o sinal está sendo transmitido ao ar livre, uma comunicação entre dois prédios é um bom exemplo. As antenas ficam nos topos dos prédios e para que haja comunicação é necessário haver visada direta entre elas. Possui longo alcance podendo chegar a vários kilômetros.

Redes Wireless – Parte II

1.5 – Aplicações

Hoje em dia a utilização das WLANs deixou de estar restrito a grandes empresas ou faculdades. Com os preços dos equipamentos mais acessiveis, elas acabaram atraindo a atenção do usuário comum devido a sua ampla gama de possibilidades de utilização. Vejamos os mais comuns.

» Expansão da Rede Cabeada

Podem haver casos em que a expansão de uma rede seja inviável devido ao custo proibitivo da estrutura necessária para o cabeamento adicional (cabos, contratação de instaladores e eletricistas), ou casos onde a distância pode ser muito grande (acima de 100 metros) para se usar cabos CAT5, como em uma loja de departamentos por exemplo. Em tais casos WLANs certamente serão uma alternativa de baixo custo e de fácil implementação.

Figura 4 -

» Conexão entre prédios

É muito comum uma empresa ter escritórios em prédios diferentes que necessitam estar conectados a mesma infra estrutura de rede. O que era comum para atingir esse objetivo era alugar linhas privadas de uma companhia de telefonia ou utilizar passagens subterrâneas para a infra de cabos. Esses métodos eram dispendiosos e demorados para implementar. WLANs surgem como uma alternativa de rápida implementação e de baixo custo comparados aos métodos tradicionais. A comunicação entre os prédios se torna possivel graças as antenas e aos equipamentos wireless de cada um deles.

A comunicação pode ser realizada basicamente de duas formas no que se refere a  conectividade prédio a prédio.

PTP – Ponto a Ponto. São conexões wireless entre dois prédios e usam antenas direcionais de alto ganho em cada um deles.

 

Figura 5 – Comunicação Ponto a Ponto

PTMP – Ponto-Multiponto. São conexões wireless entre 3 ou mais prédios, sendo que um atua como central. No prédio central usa-se uma antena omni-direcional e nos outros antenas direcionais.

 

Figura 6 – Comunicação Ponto Multiponto

Obs: Em ambos os tipos de comunicação é fundamental haver visada direta entre as antenas.

» Serviços de Última Milha

Esse tipo de serviço é largamente utilizado por provedores internet para levar o acesso a internet até a uma localidade remota que não dispõe dos meios tradicionais de acesso em banda larga (xDSL e cable modem).

A grande vantagem é que os custos de instalação são bem menores se comparados aos métodos tradicionais, mas sempre tem que ser levado em conta a situação e a relação custo x benefício. Da mesma forma que provedores xDSL tem problemas com distâncias grandes a partir do escritório central e provedores de cabos tem problemas com a meio sendo compartilhado pelos usuários, provedores wireless tem problemas com telhados, arvores, montanhas, torres e muitos obstáculos.

Embora provedores wireless não tenham uma solução a prova de falhas, eles podem levar seus serviços até onde outros de tecnologias tradicionais não conseguem.

Figura 7 – Serviço de Última Milha

» Mobilidade

Uma das principais características da tecnologia wireless é a mobilidade, que por sua vez pode acarretar em um aumento real de produtividade em determinados casos, tais como uma loja de departamentos.

Em uma loja de departamentos os funcionários responsáveis por catalogar os produtos, podem estar munidos de scanners de mão wireless e estes por sua vez estarem conectados a um computador central por meio de uma rede wireless. Existe uma economia de tempo brutal nesse caso e um consequente aumento de produtividade porque não há necessidade da entrada de dados manual através de um terminal ligado ao computador central por meio de cabos. Os dados são transferidos automaticamente.

» Escritórios Móveis

Imagine que você tem uma empresa de treinamento e gostaria de divulgar seus serviços ao público em geral. Sua empresa possui um trailer e seu desejo é usá-lo como uma sala de aula móvel com acesso a internet e poder também divulgar serviços oferecidos pela sua empresa. Uma boa maneira de viabilizar isso seria com a tecnologia wireless.  Para tal seria necessário uma antena omni-direcional posicionada no topo do prédio da sua empresa e outra direcional de alto ganho no alto do veículo, além dos computadores e mais alguns equipamentos.  Lembrando que a sua mobilidade estaria restrita a área de cobertura da antena omni-direcional.

» Hotspots

São pontos de acesso wireless que permitem ao usuário conectar-se na internet estando em locais públicos como aeroportos, shoppings, hotéis, cafeterias e outros...Bastaria um laptop com um PCCard e uma conta de acesso da provedora do serviço para estar navegando na internet nesses locais, não esquecendo que o usuário é cobrado pelo uso do serviço.

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