terça-feira, 5 de julho de 2011

Redes Sem Fio (Wireless Networks)

Nunca a comunicação sem fio esteve tão presente na vida do usuário final como atualmente. Seja através do acesso à Internet via celular, seja na transmissão infravermelho entre palmtops e/ou laptops, na comunicação bluetooth entre PCs e periféricos ou no acesso a redes IP via WI-FI. Além disso, novas tecnologias já aparecem prometendo revolucionar ainda mais a comunicação de dados sem fio, como é o caso do WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access: Tecnologia sem-fio que permite velocidades de até 130 Mbps com alcance de até 45 Km).

Comparação entre Ethernet LAN e Wireless LAN

 Existem muitas semelhanças entre Ethernet e Wireless LANs. Ambas permitem a troca de frames entre elementos de rede e são definidas pelo IEEE (802.3 para Ethernet e 802.11 para Wireless).
A maior diferença está no modo como os dados são transmitidos. Em redes Ethernet, os frames são transmitidos por meio da geração de sinais elétricos em um cabo metálico (ou de sinais luminosos em fibra-óptica). Já redes Wireless utilizam ondas de rádio para a transmissão de frames. 
O padrão Ethernet prevê a transmissão de dados em full-duplex (FDX). Em redes wireless, entretanto, se 2 (ou mais) dispositivos enviarem ondas de rádio em um mesmo espaço e em uma mesma frequência, a interferência tornará ambas as ondas ininteligíveis.
Por esse motivo, redes wireless devem operar preferencialmente em modo half-duplex (HDX). Para definir arbritariamente a frenquência a ser utilizada por cada transmissão, WLANs utilizam o algoritmo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) para reforçar a transmissão em HDX e evitar ao máximo a incidência de colisões.


Modos de Operação WLAN

Existem basicamente 2 modos de operação de uma rede WLAN: Ad-Hoc e infra-estrutura.
No modo Ad-Hoc, um dispositivo WIFI pode comunicar-se com o outro sem o intermédio de um ponto de acesso (access point). A figura abaixo ilustra este modo de operação:


O modo infra-estrutura, por sua vez, implica na implementação de um ponto de acesso wireless (access point) conectado à rede Ethernet por meio de um cabo metálico UTP tradicional. Dispositivos configurados para este modo de operação não podem enviar frames diretamente um ao outro. Ao invés disso, eles enviam seus frames para um ponto de acesso, e este o encaminha para o destinatário. A figura abaixo ilustra este modo de operação:
O modo de operação infra-estrutura suporta 2 tipos de serviços (service sets) chamados de BSS (Basic Service Set) e ESS (Extended Services Set). A diferença entre ambos é bastante simples. Enquanto BSS usa apenas 1 ponto de acesso (AP) para criar uma rede WLAN, o ESS utiliza 2 ou mais APs, normalmente criando uma zona de intersecção para permitir a mobilidade (roaming) dos usuários de uma célula para outra. 
O recurso de mobilidade (roaming) oferecido pelo ESS garante que o usuário, ao se movimentar de uma célula para outra, não terá de obter um novo endereço IP. Basicamente, o dispositivo do usuário (um laptop, por exemplo) detecta que o sinal de uma determinada célula está ficando fraco e automaticamente procura por um sinal mais forte em uma célula vizinha. Uma vez que este sinal seja identificado, o dispositivo faz a troca de modo transparente ao usuário. O princípio é o mesmo utilizado em redes de celulares.


Classes de Codificação Sem-fio

Quando um dispositivo WIFI ou um AP envia seus dados, ele consegue alterar (modular) a frequência, amplitude e a fase do sinal de rádio para representação de "0"s e "1"s. É importante conhecer as 3 classes de codificação mais comuns:
  • Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) - Utiliza todas as frequências disponíveis, alternando de uma para outra (hopping). Ao utilizar diferentes frequências para transmissões consecutivas, um dispositivo tem maior chance de evitar interferência de um outro dispositivo que utilize a mesma faixa de frequência liberada. O padrão 802.11 original adota esta técnica, porém, os padrões mais recentes (802.11a, 802.11b e 802.11g), não;
  • Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) - Esta classe de codificação foi projetada para uso na faixa liberada de 2.4GHz. DSSS utiliza um ou vários canais (ou frequências) distintos. Esta faixa tem uma largura de banda de 82 MHz, variando de 2.402 GHz à 2.483 GHz. Conforme definido pelo FCC, esta faixa pode ter 11 diferentes canais parcialmente sobrepostos, conforme ilustra a figura abaixo: 
Embora grande parte dos canais ilustrados na figura encontrem-se sobrepostos, 3 canais (1, 6 e 11) não se interseccionam a ponto de interferir um no outro. Estes 3 canais podem ser  utilizados em uma mesma WLAN, já que praticamente não interferem um no outro.
A importância dos canais não sobrepostos é grande quando você está desenhando uma rede WLAN ESS, ou seja, uma rede WLAN na qual mais de um AP será empregado. Desta forma, APs que se encontram em áreas de sobreposição de sinais podem ser configurados para trabalhar em um dos 3 diferentes canais. A figura abaixo ilustra este conceito:
  • Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) - De modo análogo ao DSSS, WLANs que utilizam OFDM também podem usar múltiplos canais não sobrepostos.
Principais características de cada uma das 3 classes vistas:
  • Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)  é utilizada em 802.11;
  • Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) é utilizada em 802.11b
  • Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) é utilizada em 802.11a e 802.11g.
NOTA: O padrão emergente conhecido por 802.11n utiliza OFDM, assim como múltiplas antenas, uma tecnologia  também conhecida como Multiple Input Multiple Output (MIMO).


Interferência

 Assim como um rádio convencional ou um telefone sem-fio, uma rede WLAN pode sofrer com interferências originadas nas mais diversas fontes.
Interferências podem ser causadas por outras ondas de rádio transmitidas na mesma frequência utilizada pela WLAN (exemplos: telefone sem-fio ou mesmo um forno microondas) ou por barreiras físicas existentes no trajeto da onda de rádio, como paredes, piso e teto. Interferências físicas (barreiras) podem causar a atenuação (enfraquecimento) do sinal de rádio emitido, limitando o seu alcance. Isso ocorre, pois o sinal é parcialmente absorvido pelo material presente na barreira. Outros tipos de barreiras físicas podem refletir o sinal, especialmente verdadeiro se a barreira conter uma grande quantidade de metal. Esta reflexão do sinal de rádio pode gerar pontos cegos, onde a WLAN simplesmente deixa de funcionar, ou mesmo a redução do raio de abrangência da rede.
O SNR (Signal-to-Noise Ratio) é a medida utilizada para determinar o nível de interferência ativa (causada por outras ondas de rádio na mesma frequência).


Área de Cobertura, Velocidade e Capacidade

A área de cobertura de uma rede WLAN é definida pelo espaço no qual dispositivos WIFI são capazes de enviar e receber dados com sucesso. A área de cobertura gerada por um determinado AP depende de uma série de fatores:
  • Potência de transmissão;
  • Frequência utilizada;
  • Interferências e obstruções;
  • Proximidade do AP à determinados materiais (ex. concentração de metais).
A força do sinal influencia diretamente na velocidade em que os dados podem ser transmitidos por ele. Sinais fracos não podem transportar dados em alta velocidade, apenas em baixa. Por este motivo, os padrões WLAN suportam múltiplas velocidades. Um dispositivo próximo ao AP pode ter um sinal forte e, desta forma, pode transmitir a uma velocidade maior que outro dispositivo mais afastado. Uma das formas de aumentar a área de cobertura de uma rede sem-fio é utilizar antenas especiais e aumentar a potência de transmissão. É possível aumentar o ganho da antena, que nada mais é do que a potência adicionada ao sinal de rádio pela antena. Basicamente, para se dobrar a área de cobertura de uma rede sem-fio, é preciso quadruplicar o ganho proporcionado pela antena, lembrando de não ultrapassar a potência máxima definida pelos órgãos reguladores.


Implementações WLAN

A implementação de WLAN deve levar em consideração uma série de fatores, alguns bastantes críticos, como segurança. O primeiro passo deve ser colocar a WLAN para funcionar. Assim que for verificada a conectividade entre um dispositivo e um AP, então, podemos começar a implementação das políticas de segurança. Eis uma sugestão de checklist a ser seguido em uma implementação WLAN:
  • Verifique a existência e operação da rede cabeada, incluindo o funcionamento de serviços essenciais como DHCP, DNS, VLANS e conexão com a internet (se aplicável;
  • Instale o AP, configure-o e verifique sua conectividade com a rede cabeada;
  • Configure os parâmetros wireless, como o Service Set ID (SSID), porém, nada de segurança ainda;
  • Configure ao menos um dispositivo WIFI, como um laptop, para testar o funcionamento da rede WLAN;
  • Verifique se a rede WLAN está funcionando;
  • Configure as políticas de segurança no AP e no cliente WIFI;
  • Verifique novamente o funcionamento da rede WLAN.


Fonte: LIVRO CCNA 4.1 - Guia Completo de Estudos - Marco Aurélio Filippetti

2 comentários:

  1. Parabéns pelo blog. As informações estão completas e auto-explicativas. Também sou estudante de redes e me identifiquei bastante. Grande abraço.

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  2. Tem uma opção de esconder a rede o nome da rede, eu acho isso muito importante, mais uma forma de gerenciar uma rede em uma empresa, pois se estiver oculta a rede, apenas pessoas da empresa podem acessar, pois elas sabem os dados.

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