Introdução

Conceitos básicos

Wi-Fi é uma tecnologia que permite dispositivos se conectarem utilizando ondas de rádios para transmitir dados em uma rede de computadores. O funcionamento de uma rede de computadores que funcionam sem fio é definido pela norma 802.11 do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Entretanto, um grupo de pesquisadores e desenvolvedores de redes sem fio se uniram e formaram a Wi-Fi Alliance, que é uma organização sem fins lucrativos que se dedica a testar os dispositivos de rede sem fio. Os equipamentos que são aprovados pelos procedimentos da Wi-Fi Alliance recebem o direito de utilizar o certificado de tecnologia Wi-Fi.
Dessa forma, o Wi-Fi é uma tecnologia que permite a criação de redes sem fio de computadores utilizando o procedimento da norma 802.11 da IEEE cujo os equipamentos utilizados para criar essas redes foram severamente testados pela Wi-Fi Alliance.

Fornecedores/desenvolvedores

O Comitê 802 do IEEE, "Institute of Electrical and Electronics Engineers" dos Estados Unidos, é o grupo que lidera a padronização de redes locais (LANs) e Metropolitanas (MANs) a nível mundial.
Existem diversos fornecedores/desenvolvedores de equipamentos para as redes Wi-Fi, dentre eles podemos citar como principais:
- D-Link;
- Linksys;
- Cisco;
- TP-Link;
- 3Com;
- Netgear;
- Asus;
- Apple;
- Intelbras, etc.

Pontos relevantes

Podemos citar como principais vantagens das redes wi-fi os seguintes itens:

Não exige o uso de cabos, já que efetuam a transmissão de dados através da radiofrequência;
Total compatibilidade dos padrões IEEE 802.11 e IEEE 802.3;
Possibilidade de implementar redes que conectam computadores e outros dispositivos compatíveis (telefones celulares, televisões, consoles de videogame, impressoras, etc) que estejam próximos geograficamente;
Permite ao usuário utilizar a rede em qualquer ponto dentro dos limites de alcance da transmissão;
Permite a inserção rápida de outros computadores e dispositivos na rede;
Evita que paredes sejam furadas ou adaptadas para a passagem de fios.

Funcionamento

Princípios básicos de funcionamento

O padrão 802.11 teve diversas modificações e atualizações desde a sua concepção. A seguir são apresentados diversos padrões 802.11 desenvolvidos até agora:

802.11 (original)

A primeira versão do padrão 802.11 foi lançada em 1997, após 7 anos de estudos, aproximadamente. Com o surgimento de novas versões, a versão original passou a ser conhecida como 802.11-1997 ou, ainda, como 802.11 legacy. Por se tratar de uma tecnologia de transmissão por radiofreqüência, o IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) determinou que o padrão operasse no intervalo de freqüências entre 2,4 GHz e 2,4835 GHz (faixa de frequências de uso comercial). Sua taxa de transmissão de dados era de 1 Mbps a 2 Mbps e era possível usar as técnicas de transmissão Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) e Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS).

802.11b

Em 1999, foi lançado uma atualização do padrão 802.11 que recebeu o nome 802.11b. A principal característica dessa versão é a possibilidade de estabelecer conexões nas seguintes velocidades de transmissão: 1 Mbps, 2 Mbps, 5,5 Mbps e 11 Mbps. O intervalo de freqüências é o mesmo utilizado pelo 802.11 original, mas a técnica de transmissão se limita ao DSSS, uma vez que o FHSS acaba não atendendo às normas estabelecidas pela Federal Communications Commission (FCC) quando opera em transmissões com taxas superiores a 2 Mbps. Para trabalhar de maneira efetiva com as velocidades de 5.5 Mbps e 11 Mbps, o 802.11b também utiliza uma técnica chamada Complementary Code Keying (CCK).

802.11a

O padrão 802.11a foi disponibilizado no final do ano de 1999, quase que na mesma época que a versão 802.11b. Sua principal característica é a possibilidade de operar com taxas de transmissão de dados no seguintes valores: 6 Mbps, 9 Mbps, 12 Mbps, 18 Mbps, 24 Mbps, 36 Mbps, 48 Mbps e 54 Mbps. O alcance geográfico de sua transmissão é de cerca de 50 metros. No entanto, a sua freqüência de operação é diferente do padrão 802.11 original, de 5 GHz. Por um lado, o uso dessa freqüência é conveniente por apresentar menos possibilidades de interferência, afinal, essa valor é pouco usado. Por outro, pode trazer determinados problemas, já que muitos países não possuem regulamento para essa freqüência. Além disso, essa característica pode fazer com que haja dificuldades de comunicação com dispositivos que operam nos padrões 802.11 original e 802.11b. Entretanto, o padrão 802.11a não chegou a ser tão popular quanto o padrão 802.11b.

802.11g

O padrão 802.11g foi disponibilizado em 2003 e é tido como o sucessor natural da versão 802.11b, uma vez que é totalmente compatível com este. Isso significa que um dispositivo que opera com 802.11g pode "conversar" com outro que trabalha com 802.11b sem qualquer problema, exceto o fato de que a taxa de transmissão de dados é, naturalmente, limitava ao máximo suportado por este último.
O principal atrativo do padrão 802.11g é poder operar com taxas de transmissão de até 54 Mbps, assim como acontece com o padrão 802.11a. No entanto, ao contrário dessa versão, o 802.11g opera com freqüências na faixa de 2,4 GHz e possui praticamente o mesmo poder de cobertura do seu antecessor, o padrão 802.11b. A técnica de transmissão utilizada nessa versão também é o OFDM, todavia, quando é feita comunicação com um dispositivo 802.11b, a técnica de transmissão passa a ser o DSSS.

802.11n

O padrão 802.11g ainda é o mais utilizado para redes Wi-Fi, no entanto, a maioria dos vários equipamentos vendidos hoje, trabalham também com o padrão 802.11n, cujo desenvolvimento se iniciou em 2004, sendo com isso, o sucessor natural do 802.11g.
O 802.11n tem como principal característica o uso de um esquema chamado Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), capaz de aumentar consideravelmente as taxas de transferência de dados através da combinação de várias vias de transmissão. Assim sendo, é possível, por exemplo, usar dois, três ou quatro emissores e receptores para o funcionamento da rede. O padrão 802.11n é capaz de fazer transmissões na faixa de 300 Mbps e, teoricamente, pode atingir taxas de até 600 Mbps.
Em relação à sua freqüência, o padrão 802.11n pode trabalhar com as faixas de 2,4 GHz e 5 GHz, o que o torna compatível com os padrões anteriores, inclusive com o 802.11a (pelo menos, teoricamente). Sua técnica de transmissão padrão é o OFDM, mas com determinadas alterações, devido ao uso do esquema MIMO, sendo, por isso, muitas vezes chamado de MIMO-OFDM. Alguns estudos apontam que sua área de cobertura pode passar de 400 metros.

Outros padrões 802.11

Outros padrões 802.11 tem com objetivo acrescentar serviços para a rede WiFi, sendo pequenas alterações aos padrões 802.11 apresentados anteriormente. Um deles é o padrão 802.11d, que é aplicado apenas em alguns países onde, por algum motivo, não é possível utilizar alguns dos outros padrões estabelecidos. Outro exemplo é o padrão 802.11e, cujo foco principal é a Qualidade de Serviço (QoS).
Há também o padrão 802.11f, que trabalha com um esquema conhecido como handoff. Em poucas palavras, esse esquema faz com que um determinado dispositivo se desconecte de um AP de sinal fraco e se conecte em outro, de sinal mais forte, dentro da mesma rede. O problema é que alguns fatores podem fazer com que esse procedimento não ocorra da maneira devida, causando transtornos ao usuário. As especificações 802.11f (também conhecido como Inter-Access Point Protocol) fazem com que haja melhor interoperabilidade entre os APs para diminuir esses problemas.
Também merece destaque o padrão 802.11h. Na verdade, este nada mais é do que uma versão do 802.11a que conta com recursos de alteração de freqüência e controle do sinal devido ao fato da freqüência de 5 GHz (usada pelo 802.11a) ser aplicada em diversos sistemas na Europa.
Há vários outras especificações, mas a não ser por motivos específicos, é conveniente trabalhar com as versões mais populares, preferencialmente com a mais recente.

Topologia/arquitetura

A topologia que é mais utilizada atualmente principalmente entre os usuários domésticos e empresas de pequeno porte é um modem fazendo a conversão de outros meios para ethernet e, em seguida, temos os pontos de distribuição wi-fi, conforme topologia abaixo:

Uma outra topologia que está passando a ser muito utilizada para clientes de maior porte, que por sua vez, muitas vezes precisam de vários pontos de distribuição wireless (ex: aeroportos, cyber cafe, empresas, condomínios e casas que possuem grandes espaços), é a topologia com repetidores wi-fi, conforme mostrado abaixo:

Elementos

Os principais elementos das redes do padrão IEEE 802.11 são:

BSS (Basic Service Set) – ou Conjunto Básico de Serviço, representa um grupo de estações comunicando-se por radiodifusão em uma BSA;
Ponto de acesso (Access Point – AP) – são estações especiais responsáveis pela captura das transmissões realizadas pelas estações de sua BSA, destinadas a estações localizadas em outras BSAs, retransmitindo-as, usando um sistema de distribuição.

Protocolos e tipos de acesso

Seguem abaixo os principais protocolos de segurança das rede wi-fi:

WEP (Wired Equivalent Privacy): foi ratificado em 1999 o primeiro protocolo de segurança tendo como objetivo dar segurança as redes sem fio por meio de um processo de autenticação, mas com o passar do tempo o protocolo ficou desatualizado e foram descoberto várias vulnerabilidades no protocolo WEP onde hoje ele e facilmente quebrando em pouco tempo, apesar do protocolo ainda ser um dos mais usados hoje em dia e padrão dos modens mais antigos;
WEP2 ou WPA (Wi-Fi Protected Access): foi lançado em 2003 e apenas um grande upgrade no WEB tendo como objetivo melhorar a segurança das redes sem fio, combantendo quase todas as vulnerabilidades do WEP, com tecnologia aprimorada de autenticação de usuário e de criptografia dinâmica;
WPA2: foi ratificado em meados de 2004 corresponde a versão final do WPA, a diferença entre WPA e WPA2 é que o WPA utiliza o algoritmo RC4 o mesmo sistema de encriptação utilizado no WEB o TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), enquanto o WPA2 se basea na criptografia AES (Advanced Encryption Standard) mais segura que a TKIP, mas exige mais processamento e algumas placas mais antigas não suportam o WPA2 nem mesmo atualizado a firmware;
WPA-PSK: de maneira simples WPA-PSK é uma criptografia forte em que as chaves de criptografia (TKIP) é frequentemente mudada o que garante mais segurança protegendo de ataque hack, muito utilizado por usuários domésticos;
WPA2-PSK: é ainda mais seguro que o WPA-PSK onde sua criptografia (AES) é extremamente forte e resistência a ataques, adotado como padrão de criptografia do governo americano.

Estágio atual

Problemas

Seguem abaixo os principais problemas enfrentados pelas redes Wi-Fi:

Abrangência geográfica do sinal sem fio relativamente pequena (Por conta disso, vêm sendo discutido o Super Wi-Fi, o qual será capaz de penetrar paredes sem perda de força, utilizando frequências entre as usadas pelos canais de televisão);
Aparelhos com mais potência e qualidade no sinal têm um valor muito superior aos equipamentos mais populares;
Equipamentos atuais ainda não estão acompanhando a rápida disponibilização de banda nas redes de telefonia fixa, onde são disponibilizados meios como a fibra óptica, oferecendo com isso, velocidades superiores a alguns Gbps e, contudo, a maioria dos equipamentos wi-fi não supertam esse nível de roteamento.

Protocolos

Detalhes sobre protocolos

Os principais padrões na família IEEE 802.11 são:

IEEE 802.11 a: Padrão Wi-Fi para frequência 5 GHz com capacidade teórica de 54 Mbps;
IEEE 802.11 b: Padrão Wi-Fi para frequência 2,4 GHz com capacidade teórica de 11 Mbps. Este padrão utiliza DSSS (Direct Sequency Spread Spectrum – Sequência Direta de Espalhamento de Espectro) para diminuição de interferência;
IEEE 802.11 g: Padrão Wi-Fi para frequência 2,4 GHz com capacidade teórica de 54 Mbps;
IEEE 802.11 n: Padrão Wi-Fi para frequência 2,4 GHz e/ou 5 GHz com capacidade de 65 a 600 Mbps. Esse padrão utiliza como método de transmissão MIMO-OFDM.

Formato dos protocolos

As funções dessa Camada Física (PHY) são:

Codificação e decodificação de sinais;
Geração/remoção de parâmetros (preamble) para sincronização;
Recepção e transmissão de bits;
Inclui especificação do meio de transmissão.

Normas

As normas derivativas da 802.11 definem as funções e os serviços necessários para um cliente 802.11, de maneira a este operar no modo ad-hoc ou no modo infra-estrutura. Define ainda os aspectos da mobilidade das estações dentro de cada modo de funcionamento. Abrange igualmente os procedimentos e técnicas do nível MAC e nível Físico que permitem a coexistência de redes wireless 802.11 no mesmo local, mas onde o cliente esteja associado apenas a uma rede específica e não interfira com os membros de outras redes presentes no local. Descreve ainda os requerimentos e procedimentos necessários para manter a privacidade sobre a informação que circula no meio wireless e a autenticação correta dos clientes.

Órgão Normatizador

Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

Endereços de consulta à norma

Serviços

Serviços básicos

O principal e mais básico serviço disponível pelas redes Wi-Fi é o acesso de seus usuários à rede local a qual o equipamento provedor da rede Wireless está conectado, e que num geral, está conectada na Internet.

Interação com Internet

As redes Wi-Fi possuem uma relação muito íntima com a rede mundial de computadores, a Internet, já que essas redes Wireless servem como mais um meio de acesso à ela, facilitando o acesso dos usuários, já que dispensa o uso de fios e o seu acesso é feito de forma bastante simples e intuitiva e, além disso, essas redes são de grande abrangência no que se refere ao número de equipamentos compatíveis com a tecnologia, provendo grande flexibilidade, facilidade de configuração e manutenção, baixo custo de implantação e aceitáveis níveis de segurança.

Wireless - WiFi

Índice