IEEE 802.11 - Wireless

Uma rede sem utilização de cabeamento conhecida internacionalmente como Wireless (sem fio) é um sistema de transmissão de dados flexível que pode ser usado como alternativa para as redes cabeadas , a primeira idéia de redes wireless foi desenvolvido na Universidade do Hawaí ,onde se tinha uma rede interligada através de um sistema telefonico que não supria as necessidades da rede , como as ilhas do arquipélago ficavam relativamente distantes pesquisadores e cientistas resolveram desenvolver um sistema de transmissão que não necessita-se de cabos para interliga-lo , surgindo então as redes Wireless.

O princípio de funcionamento das Wireless se baseia na transmissão de dados através do camada atmosférica utilizando a propagação das ondas eletromagnéticas com caminho entre o transmissor e o receptor.

As rede baseadas em Wireless combinam conectividade e mobilidade , pôr parte de seus usuários , assim como simplicidade em sua configuração .Nos últimos 7 anos esse tipo de rede tem crescido e tem ganho popularidade nos diversos setores , principalmente no que diz respeito as WLAN (Wireless Local Area Network).

Algumas das muitas aplicações que podem ser possíveis através da flexibilidade das WLANS .

· Cuidados hospitalares se tornam mais eficientes com Doutores e Enfermeiras podendo ser mais produtivos usando um notebook ligado a uma WLAN , eles agora serão capazes de diagnosticar e passar informações sobre o estado de saúde de seus pacientes instantaneamente.

· Consultores e Auditores podem tomar decisões em reuniões e transmiti-las aos seus escritórios em tempo real com uma rápido setup .

· Administradores de Rede em ambientes dinâmicos , proporcionados pelo Wireless , minimizam os custos com movimentações e mudanças em seus sistemas.

· Instalações de rede em prédios que não possuem infra-estrutura necessária para passar o cabeamento encontram nas WLANs uma economia em termos de instalação e funcionamento da rede .

· Prestadores de serviços em geral que tem que trabalhar fora de seus escritórios podem fornecer um serviço agilizado em tempo real mantendo um banco de dados permanentes de suas vendas e de seus clientes.

· Flexibilidade e Mobilidade

Com essa nova tecnologia usuários podem acessar informações compartilhadas e administradores de rede podem ajustar e gerência suas redes sem necessidade de se preocupar com instalações de cabos . Como já exemplificado acima , a mobilidade das Wireless impõem produtividade e serviços além de permitirem que a sua rede vá para lugares onde as redes cabeadas não pode ir..

Sistema em wireless permitem que seus usuários tenham acessos a informações da rede em tempo real o que é de fundamental importância dentro de uma empresa.

.

· Velocidade e Simplicidade de instalação

A instalação das WLANs podem ser rápidas e fáceis e eliminam a necessidade de se puxar uma quantidade muito grande de cabos internamente as paredes.

· Reduzido Custo

Enquanto que o custo inicial requerido pelas WLANs pode ser maior do que as LANs com cabos o ciclo de vida das WLANs é bem maior e sua manutenção pode ser bem barata . A relação custo benefício é muito maior , já que em ambientes dinâmicos que necessitam de flexibilidade da rede as WLANS são muito mais eficientes.

· Escalonabilidade

Wireless podem ser configuradas com uma variedade de topologias para encontrar a necessária para sua rede basta especificar aplicações e instalações.

As configurações em redes sem cabo permitem suportar uma completa distribuição de comunicação de dados.

As LAN-LAN é uma ponte que serve de alternativa para as redes cabeadas que conectam duas redes LANS em dois prédios separados pôr exemplo .As WPANs ( Wireless Personal Area Network tipicamente cobrem pequenas extensões ,promovendo a poucos usuários a possibilidade de sincronizar computadores, transferir arquivos e compartilhar periféricos.

As WLANs , já vista anteriormente não devem ser confundidas com as WMANs (Wireless Metropolitam Area Networks) e WWANs (Wireless Wide Area Network) onde a transmissão é feita de maneira diferente das redes locais , exigindo uma maior segurança e complexibilidade dos mecanismos de transmissão além de possuir taxas de transmissão baixa, devido as suas características físicas , portanto sendo muito pouco empregado em relação as WLANs.

Segue abaixo um quadro que elucida ainda mais as diversas configurações em redes sem cabos.

As redes sem fio como dito anteriormente utilizam as ondas eletromagnéticas como meio de propagação para o fazer a comunicação de dados de uma ponte para outra sem a utilização de cabos. De acordo com a utilização do meio físico e da banda de freqüência assim como do tipo de mecanismo de modulação usado para transmissão as redes sem cabo podem ser definidas da seguinte maneira.

Ondas de Radio

BANDA ESTREITA ·

NarrowBand Ondas Milimétricas

Frequency-Hopping Spread Spectrum

Spread Spectrum

DSSS

Direct –Sequence Spread Spectrum

As wireless possuem um número muito grande de tipos de tecnologia.

Esse tipo de tecnologia utiliza uma faixa pequena da banda de freqüência para transmitir seus dados , no caso a a atmosfera (ar) utiliza uma faixa de freqüência em torno de alguns Megahertz ,é necessário a utilização de moduladores no transmissor e demoduladores nos receptores que transformem as freqüências criadas pelos circuitos eletrônicos ; geralmente de no máximo alguns Kilohertz ; para que se tenha a transmissão de dados (Princípio de qualquer circuito analógico ou digital de comunicação )

· As ondas de radio são geralmente referidas como portadoras de rádio porque elas simplesmente fazem a função de transportar energia para um servidor remoto . Os dados que estão sendo transmitidos são sobrepostos na portadora de radio para que estes possam ser extraído acuradamente no receptor final.

Esta tecnologia é largamente empregada ultimamente , mas vem perde espaço quando o cliente necessita de uma transmitir dados para distâncias mais longas já que o sinal vai perdendo potência ao longo da transmissão , além disso existem entidades governamentais que definem como será utilizada essa faixa de freqüência para cada localidade , cada um possuindo uma política diferente o que dificulta a sua padronização.

- Microondas e Ondas Milimétricas

· Com a utilização de microondas como mecanismo de transmissão passamos a trabalhar numa faixa de freqüência bem mais alta , em torno de Gigahertz , essas ondas tendem a ser absorvidas pela terra mas quando chegam a Ionosfera ( Camada atmosférica carregada de partículas) tendem a ser

transmitidas a distancia mais longas em relação as ondas de rádio apesar de transporem obstáculos tão facilmente quanto as ondas de radio, que tendem as e propagar seguindo a curvatura da terra , é obvio que essa distância apesar de grande é limitada , vai depender principalmente do tamanho das torres de transmissão e de recepção .

As microondas podem sofrer desvios durante a sua propagação conhecidos como (Multipath) devido refração das camadas atmosféricas ,esse desvio pode criar múltiplos caminhos para a onda acarretando perda de informação e atenuação de sinal.

· Este tipo de configuração das redes wireless utiliza um spectro de freqüência luminosa para transmitir seus dados , não é muito eficiente em relação as demais já que necessita que os sensores do emissor e do receptor estejam alinhados e apresenta dificuldades para que a onda de propagação atravesse paredes e objetos , sendo empregado apenas em redes de pequeno porte.

A maioria das WLANs se utilizam da tecnologia de propagação espectral que constitui a utilização da banda de freqüência , desenvolvida principalmente pelos militares , o que comprova a sua segurança e eficiência ., contando com mecanismos complexos de codificação garantindo portanto uma rede mais segura .A técnica de propagação do spectro é projetada para uso eficiente da banda passante ,

Garantindo uma margem de segurança. Em outras palavras há um consumo maior da banda passante , já escassa , esse consumo significa um sinal mais forte e mais alto , ou seja mais fácil de ser detectado , porem os receptores terão que ser capazes de conhecer os parâmetros de propagação espectral do sinal Broadcasting que esta sendo transmitido , os receptores que não estiverem sintonizados com esse parâmetros detectarão o sinal que esta sendo transmitido como um grande ruído. Há dois tipos de transmissão baseadas em espectro são elas a FHSS e a DTSS.

· Utiliza uma banda de freqüência estreita que varia de acordo com um padrão pré-definido e conhecido tanto pelo transmissor quanto pelo receptor . Propriamente sincronizada a rede parece que mantém um canal lógico . Para receptores não sintonizados com essas freqüências variáveis o sinal enviado o sinal recebido parece um ruído de curta duração.

O sistema de propagação em sequencia direta gera um bit redundante padrão para cada bit que esta sendo transmitido este bit que esta sendo transmitido é chamado de bit chip ( chipping code ). Quanto maior o chip code , maior será a probabilidade de que o bit original seja camuflado .é claro que também maior será a banda passante utilizada . Ainda assim se alguns dado durante a transmissão se perder , técnicas de retransmissão serão usadas para evitar a retransmissão do pacote completo . Para receptores que não são capazes de decifrar esta técnica o DSSS é percebido como um ruído de wide band de baixa potência sendo rejeitado pela maioria dos receptores de banda estreita.

Uma rede wireless como já podemos verificar anteriormente é montada como as redes de telefonia móvel possuindo características idênticas , possuindo na maioria das vezes uma rede principal cabeada ligada a um servidor principal e possuindo vários pontos de acesso ou hub station como queiram chamar , esses pontos formam dependendo de sua característica , redes sem fio que são capazes de atingir um raio de 2m a 20m de extensão e esta região delimitada de comunicação de dados é chamada de célula , que também pode se dividir e formar microcélulas ou seja uma célula de comunicação dentro da outra .

A Camada MAC

Os protocolos de comunicação da rede wireless se baseiam em CSMA/CA o mesmo utilizado na interne, O CSMA funciona da seguinte maneira , antes de enviar qualquer dado a estação primeiro escuta a rede , para verificar se há alguém transmitindo , se não houver ele transmite , se houver ele não transmite e espera o meio ser desocupado, geralmente esse tempo de espera é aleatório .

Para fazer o controle de colisão do meio foi criada a camada MAC (Multiacess Avoid Control ) que trabalha junto da camada física usando o CCA (Clear Channel Assessement) que na verdade é um algoritmo para verificar se o meio esta livre ou não , e isto é feito baseado na potência do sinal que chega as antenas de transmissão. O grande problema de colisão que ocorre no sistema sem cabeamento é que meio físico não é apenas um cabo e sim várias células de comunicação ; e as estações pertencentes a cada célula se comunicam trocando e transmitindo dados entre elas , o problema surge quando uma única estação pertence a duas células ao mesmo tempo é quer obviamente compartilhar informações entra estas duas células , vejamos então um exemplo para elucidar este problema ; se pôr exemplo temos A, B e C sendo que A e B pertencem a uma célula e B e C a outra célula , A esta enviando dados para B e C neste momento quer enviar para B , ele não tem como saber que B já esta recebendo dados de A pois A pertence a uma célula diferente de C , havendo então para este caso uma colisão ; para solucionar este problema a camada MAC atua através de protocolos como CTS (Clear to Send) e RTS (Request to Send ), que são frames curtos que carregam dados sobre tamanho dos frames que serão transmitidos posteriormente , as estações espalhadas dentro da célula são capazes de reconhecer quem esta transmitindo ou quem esta recebendo . Usando o exemplo anterior A inicialmente envia um RTS para B e se B estiver pronto para receber envia um CTS para A (todas as estações que pertencem a mesma célula de B escutam o CTS de B assim como as estações pertencentes a mesma célula de A escutam o RTS de A ) ou seja C escuta o CTS , analisa e fica parado esperando até que B receba toda transmissão de A já que tanto o frame curto de RTS como o de CTS carregam consigo o tepo estimado que os dados levarão para serem transmitidos .

Essa informação referente aos dados que serão transmitidos são armazenados no NAV ( Network Allocation Vector ) em cada estação.

Para a correção de dados que por algum motivo sejam perdidos durante a transmissão é acrescentado um ACK , quando um dado chega integro ao receptor este envia um ACK para o transmissor avisando que este dado chegou integralmente ao seu destino , o problema de colisão não é totalmente resolvido para o caso onde duas estações A e C , retornado ao caso anterior ) resolvem mandar um RTS ao mesmo tempo (Hidden Node) , quando isso ocorre escolhe-se um dos dois para transmitir enquanto o outro espera um tempo aleatório.

Geralmente os dados para melhor utilização da banda passante que já é escassa , são fragmentados em diversos frames de transmissão que seguem a mesmas regra de transmissão descritas anteriormente ,para cada frame.

Acesso Adiado Backoff Window

G1 = SIFS

G2 = DIFS

· Estações trocam informações usando frames curtos (RTS/CTS) , outras estações reconhecem que o meio esta ocupado e tem noção de quanto tempo ele estará ocupado .

Divisão das Camadas

Podemos dividir as diversas camadas da seguinte forma:

Gerenciamento da Estação

Gerenciamento

Formato dos Frames

O cabeçalho dos frames diferem por tipo :

Frames de Controle

Frames de Gerenciamento

Incluindo ainda Campo de Controle de Seqüência para controlar o mecanismo do ACK.

Há quatro tipos de campos de endereçamento numerados em 1,2,3 e 4 sendo que no primeiro todas as estações se comunicam neste endereço , o segundo endereço de transmissão que identifica o transmissor para posterior envio do ACK avisando da chegada correta dos dados transmitidos O terceiro depende para onde e de onde vem os DS bits . Campo de endereçamento número 4 ,que é necessário apenas para identificar a fonte original dos frames do Sitema de Distribuição de uma rede cabeada.

Existe nas redes Wireless definidas pela norma IEEE802.11, um protocolo que defini a privacidade da rede , muito importante para questões de segurança , chamado de WEP ( Wired Equivalent Privacy) usado principalmente em sistemas de longa distância , já que o meio usado é muito compartilhado com outras técnicas de comunicação.

Mecanismo de comunicação para ajudar no controle de acesso fazendo previsões sobre abertura de chaves compartilhadas ou propriedade de autenticação de extensões . (Optional Privacy Mecanism) Libertando tráfico para as estações localizada na camada MAC apenas implementando confidencialidade ao sistema.

· Uso de TSF sincronização (Timming Syncronization Function)

· Usado para gerenciamento de energia

· Sinais de Sincronização (beacon) são enviados são enviados e recebidos pôr todos os integrantes da rede em intervalos de tempo fixos e previamente definidos. Todas as estações são sincronizadas pôr este pulso de sincronização , e todas mantêm um relógio interno próprio , o TSF armazena os tempo de todas as estações em sincronismo.

· O tempo é transmitido através de periódicos pulsos de sinalização , esses sinais contem

o pulsos de sincronismo da BBS inteira.

Esse pulsos de sincronismo é usado para calibrar os relógios locais pôr isso não é preciso ouvir todos os sinais para ficar em sincronismo.

· Os pulsos de sincronismo também auxiliam no gerenciamento de energia e no processo de migração de estações (Roaming) .Portanto os AP’S(pontos de acesso) enviam sinais de sincronização a infra-estrutura de rede .Esses sinais de sincronização são listados no intervalo de um pulso para outro ; transmissões subsequentes esperam o intervalo de pulso , o próximo pulso envia sinal e abre para transmissão do tempo. O Time Stamp contem o valor de tempo de transição.

As redes em wireless envolvem geralmente uma quantidade grande de Notebooks que possuem como grande alternativa de locomoção o uso de baterias .

· Para realizar o gerenciamento e controle desse sistema de alimentação e para tornar sobretudo a WLAN mais eficiente foram criados protocolos de gerenciamento de energia para que pôr exemplo um transmissor mantenha-se desligado tanto o quanto possível quando não esta sendo requisitado. Esses protocolos podem ser vistos por outros protocolos e são flexíveis para suportar diversas aplicações.

· Permite que estações sem atividade permaneçam no estado de dormindo. As AP’s podem Ter um buffer para armazenar informações que chegam as estações em stand – by .

· As estações que se encontram em repouso são acordadas periodicamente para que possam ouvir os pulsos de sincronização.

· As AP’S nomeiam quais estações possuem frames buffered , o uso do TIM (Traffic Indication Map ) que é enviado com todos os pulsos de sincronização facilita o caminho pela rede , o timer do TSF é mantido em funcionamento mesmo quando as estações estao dormindo; esta sincronização permite uma operação com um consumo muito baixo .

· DTIM nada mais é que um sinalizador que indica o envio de Broadcast Buffered frames , sendo um múltiplo do intervalo TIM .As estações acordam para esperar o (D) TIM se o TIM indicar

Buffered Frames a estação envia um P.S. Pole e permanece acordada para esperar os dados senão a estação volta a dormir .

Estações móveis podem migrar de uma célula para outra através de protocolos pré-definidos , ocorrendo da seguinte forma pôr exemplo:

· A estação decide que o link ao qual esta associado (célula) é ruim portanto o Ponto de Acesso não é bom , então ele decide se interligar a outro AP. A estação envia um pedido de reassoiação para um novo AP , se a resposta for positiva então a estação é migrada para o novo AP ,senão a estação procura pôr um novo AP .

· Se o AP aceita o pedido de mudança o próprio AP indica a reassociação para todo sistema que é atualizado , normalmente o AP antigo é substituído e modificado no sistema de distribuição .

· O sistema de busca que é usado no processo de reassociação pode ser usado em muitas outras funções como ,busca e associações a redes , busca de novos AP’S durante a associação ou inicializa uma BSS independente (AD HOC) de rede. O sistema de busca pode ser de duas maneiras modo Ativo Passivo:

Passivo - Busca redes simples através dos pulsos de sincronização (Beacons)

Ativo - Envia um PROBE e espera pela resposta a este PROBE