Redes Wireless – Parte I

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:



ver anexo

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.

Obrigado amigo hell:espi28: :espi28: :spi70[1]:

Redes Wireless – Parte III


2 – Fundamentos de RF


Toda a transmissão e recepção de sinais no mundo wireless se baseia em Radio Frequência (RF). O comportamento da RF poderia até afetar a performance de uma WLAN. Logo, um bom entendimento dos conceitos de RF será de grande utilidade na implantação, expansão, manutenção e troubleshooting de redes wireless.



2.1 - Introdução



Sinais de Radio Frequência são sinais de alta frequência que se propagam por um condutor de cobre e são irradiados no ar através de uma antena. Na prática uma antena converte um sinal cabeado em um sinal wireless e vice-versa. Esses sinais são então irradiados no ar livre na forma de ondas de rádio e se propagam em linha reta e em todas as direções.



Você pode imaginar essas ondas como circulos concêntricos que vão aumentando seu raio a medida que se afastam da antena. Mas não é preciso ter uma antena para visualizar o formato dessas ondas. Basta pegar uma pedra e atirar em um lago por exemplo, o efeito é o mesmo.

Redes Wireless – Parte IV


2.8 – VSWR


VSWR (Voltage Standing Wave Radio) pode ser definido como um indicador de quantidade de sinal refletida de volta ao transmissor em um circuito RF. Para que toda potência transmitida chegue a antena, a impedância de cabos e conectores deve ser a mesma (casamento de impedância), do contrário teremos parte do sinal transmitido sendo refletido na linha no ponto onde não há esse casamento.



Essa parte do sinal que é refletida contribui para a variação no nível do sinal que está sendo transmitido.



VSWR é expresso como uma relação entre dois números. Esses dois números confrontam um situação de não casamento de impedância e uma outra situação em que há o casamento de impedância perfeito. Um valor típico de VWSR seria 1.5:1. O segundo número é sempre 1. Quanto menor o valor do primeiro número (mais próximo de 1), melhor casamento de impedância seu sistema terá e conseqüentemente menos sinal refletido na linha. Logo, um circuito RF com VSWR de 1.4:1 é melhor do que outro com 1.5:1. Um VSWR com 1.1:1 significa casamento de impedância perfeito e a garantia de que não sinal refletido de volta para o transmissor.



Um VSWR excessivo poderia causar sérios problemas em um circuito RF, além dos já citados. Pode haver inclusive queima de componentes eletrônicos, porque os dispositivos não tem nenhuma proteção contra esse sinal refletido que volta para o transmissor. Algumas medidas podem ser tomadas para evitar os efeitos negativos da VSWR:



» O uso de dispositivos de alta qualidade .

» Conexões bem apertadas entre cabos e conectores.

» Cabos, conectores e todos dispositivos do transmissor até a antena, devem possuir impedâncias mais próxima um dos outros quanto possível, ou seja nunca usar cabos de 75 ohms com dispositivos de 50 ohms.



O VSWR em um circuito RF pode ser medido com instrumentação adequada

Redes Wireless – Parte V


2.10 – Cálculos de Potência


Depois de conhecermos vários conceitos de RF e sua importância em uma WLAN, torna-se necessário avaliar através de cálculos a viabilidade de um link wireless sem infringir as regras do FCC no que se refere a limitações de potência. São quatro os aspectos importantes no cálculo de potência:



» Potência do dispositivo de transmissão.



» Perda e ganho entre o dispositivo de transmissão e a antena causada por conectores, cabos, amplificadores e atenuadores.



» Potência no último conector, antes de sinal RF entrar na antena.



» Potência no elemento de antena (EIRP).



2.10.1 – Unidades de Medida



2.10.1.1 – Watt (w)



Unidade básica de potência. É definido como 1 ampere(A) de corrente em 1 volt (V), logo: potência = volt x ampere (P=VA). O FCC permite no máximo 4 watts de potência a ser radiado de uma antena em uma WLAN ponto multiponto sobre a frequência de 2.4Ghz. Pode não parecer muita potência, mas é o suficiente para enviar sinais RF claros por quilômetros.

Redes Wireless – Parte VI


3 – Técnicas de Transmissão


Conforme mencionado anteriormente, WLANs utilizam 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. Possuem uma série de vantagens em relação ao seu antecessor (banda estreita) por serem sinais difíceis de detectar e mesmo interceptar sem o equipamento adequado. São menos susceptíveis a interferência do que os sinais de banda estreita (Narrow Band). Por todas essas razões tem sido a técnica preferida do meio militar. Existem dois tipos de tecnologias de Spread Spectrum regulamentadas pelo FCC: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) e Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS). Mas antes, vamos falar um pouco sobre transmissão em banda estreita.



3.1 – Banda Estreita (Narrow Band)



Transmissão em banda estreita é uma tecnologia que se caracteriza pela alta potência do sinal e pelo uso do espectro de freqüência suficiente para carregar o sinal de dados e nada mais. Quanto menor for a faixa de freqüência utilizada maior deverá ser a potência para transmitir o sinal. Para que esses sinais sejam recebidos, eles devem estar acima (de forma significativa) de um nível de ruído conhecido como noise floor. Devido ao fato de sua banda ser muito estreita, um alto pico de potência garante uma recepção livre de erros. Uma das grandes desvantagens dessa técnica é a sua susceptibilidade a interferência, aliado ao fato de que é simples evitar que o sinal original seja recebido, transmitindo sinais indesejáveis na mesma banda com potência maior do que a do sinal original.



3.2 – Difusão de Espectro (Spread Spectrum)



Diferentemente da transmissão em banda estreita, a difusão de espectro, utiliza uma faixa de freqüência muito maior do que a necessária para carregar a informação.



São menos susceptíveis a interferência e usam menos potência para transmitir um sinal do que a que seria necessária para transmitir o mesmo sinal na banda estreita. Veja a Fig.22.

Redes Wireless – Parte VII


3.4.3 – A banda de 5 GHz



Na realidade a banda de 5 GHz, se divide em três:



» U-NII 1 que se estende de 5.15 a 5.25 GHz



» U-NII 2 que se estende de 5.25 a 5.35 GHz



» U-NII 3 que se estende de 5.725 a 5.825 GHz



A numeração de canal inicia em 5 GHz com incrementos de 5 MHz.



Nas bandas U-NII 1 e 2 a freqüência central está distante 30 MHz das bordas enquanto que na U-NII 3 esta distância é de 20 MHz, conforme mostram as Figs. 26 e 27.

Redes Wireless – Parte VIII


4 – Infra Estrutura de uma WLAN


Existem diversos dispositivos que compõem a infra estrutura de uma WLAN. Podemos dividi-los em duas categorias conforme ilustrado na tabela abaixo:

Redes Wireless – Parte IX


4.1.2.5 – Potência de Saída variável



Essa característica permite controlar a potência que o AP transmite seus dados. Controlar a potência de saída se torna necessário quando nós distantes não conseguem localizar o AP. Também permite controlar a área de cobertura do AP. A medida que os clientes se movem para longe do AP, eles não perdem a conectividade.



A maior vantagem é poder controlar o tamanho das células, evitando assim que invasores não consigam conectar a rede fora do prédio, aumentando a segurança. Com APs que não dispõem dessa funcionalidade temos que lançar mão de outros mecanismos para controlar a potência, tais como amplificadores, atenuadores, cabos de grande comprimento e antenas de alto ganho.



4.1.2.6 – Vários tipos de conectivade para rede cabeada



As opções de conectividade para rede cabeada de um AP podem incluir 10 base Tx, 10/100 Base Tx, 100 Base Tx, 100 Base Fx, token ring e outros.



Como um AP é um dispositivo através da qual clientes wireless se comunicam com a rede cabeada, o entendimento de como conectar o AP a rede cabeada é importante, evitando assim que o AP venha a se tornar um gargalo na rede.

Redes Wireless – Parte X


4.3- Pontes Wireless de Workgroup



Pontes de Workgroup operam de maneira similar e são muitas vezes confundidas com as pontes wireless. A principal diferença é que pontes de workgroup são dispositivos clientes. Elas são capazes de agrupar vários clientes LAN em um único cliente wireless. Na tabela MAC do AP veríamos a ponte de workgroup com um simples cliente wireless. Os endereços MAC dos clientes que estão por trás da ponte não serão vistos pelo AP.



Pontes de workgroup são muito úteis quando há a necessidade de um pequeno grupo de usuários acessar uma rede principal, tais como em salas de aulas e escritórios móveis.



Em ambientes indoor na qual um grupo de usuários está isolado da rede principal de usuários, uma ponte de workgroup pode ser uma solução para conectar esse grupo a rede principal via wireless.

Redes Wireless – Parte XI


4.4.6.2 – Analisador de Espectro



Software de analisador de espectro pode ser usado para identificar fontes de ruído e identificar canais interferentes em áreas próximas a rede.



4.4.6.3 – Monitoração de potência e velocidade



Monitoração da potência de saída e velocidade da conexão podem ser úteis para saber o que um link wireless é capaz de fazer em um dado momento. Um bom exemplo seria um usuário querendo transferir uma grande quantidade de dados do servidor para o laptop. O usuário não deveria iniciar a transferência até que a conexão da rede esteja em 11 Mbps, ao invés de 1 Mbps.



4.4.6.4 – Configuração de perfil



Configuração de perfil facilita enormemente o tarefa de mudar de uma rede wireless para outra. Ao invés de reconfigurar todos os parâmetros para a nova rede, o usuário criaria um perfil com as configurações adequadas para redes distintas. Assim, bastaria ativar o perfil correspondente a rede que ele quer conectar.

Redes Wireless – Parte XII


4.5.2 – Gateways Empresariais


Gateways Residenciais são dispositivos que são apropriados para uso em ambientes WLAN de larga escala, fornecendo serviços de gerenciamento WLAN tais como: Limite de banda, Qos e gerenciamento de perfil. É de suma importância que um gateway empresarial tenha um alto poder de processamento e interfaces fast ethernet, porque ele deve suportar muitos APs, todos enviando e recebendo uma grande quantidade de tráfego através dele. Gateways empresariais suportam gerenciamento por SNMP e permitem atualizações simultâneas dos perfis dos usuários por toda a rede. Eles podem ser configurados para tolerância a falhas (quando instalados em pares), suportam autenticação RADIUS, LDAP e criptografia usando túneis VPN.

Redes Wireless – Parte XIII


5.2 – Semi-Direcionais


Essas antenas concentram de forma significativa a energia do transmissor em uma determinada direção. Diferentemente das antenas omni que possuem um diagrama de radiação circular e uniforme em várias direções, as antenas semi-direcionais possuem um diagrama de irradiação na forma hemisférica ou cilíndrica.

Redes Wireless – Parte XIV


5.4.4 – Perda em espaço livre



Perda em espaço livre ou simplesmente perda no meio, refere-se a perda incutida a um sinal RF devido a dispersão do sinal que é um fenômeno natural.



A medida que o sinal transmitido atravessa a atmosfera, o nível de potência diminui em uma razão inversamente proporcional a distância percorrida e proporcional ao comprimento de onda do sinal. O nível de potência se torna portanto um fator muito importante quando analisando a viabilidade de um link.



A equação de perda no meio é um dos fundamentos no cálculo de orçamento de link. Ele representa a maior fonte de perda em um sistema wireless.

Redes Wireless – Parte XV


5.6 – Acessórios WLAN



Quando chega a hora de conectar todos os dispositivos de sua WLAN, será necessário comprar os cabos e assessórios que irão maximizar a performance, reduzir a perda de sinal e permitir fazer as conexões de forma correta. Discutiremos a seguir os acessórios que normalmente fazem parte de uma WLAN bem sucedida e como eles se encaixam em um projeto. Alguns itens são obrigatórios, outros opcionais. É bem provável que seja necessário instalar e usar todos esses itens mais de uma vez em uma WLAN.



» Amplificadores RF

» Atenuadores RF

» Centelhadores

» Conectores RF

» Cabos RF

» Splitters RF

» Filtros RF

Redes Wireless – Parte XVI


5.6.3 – Centelhadores



Um centelhador tem a finalidade de desviar a corrente transiente causada por raios, para a terra. Dessa forma, eles protegem os equipamentos WLAN que estão ligados ao cabo coaxial. Cabos coaxiais são susceptíveis a surtos causados por descargas em objetos próximos. É um erro pensar que centelhadores são instalados para proteger contra descargas diretas. Se um raio atingir a antena com o melhor centelhador do mercado instalado, a antena será destruída e provavelmente a WLAN será seriamente danificada.



Um centelhador pode redirecionar correntes de até 5000 amperes em no máximo 50 Volts.



Eis como o protetor funciona:



» Um raio atinge um objeto próximo



» Correntes transientes são induzidas dentro da antena ou na linha de transmissão RF.



» O protetor detecta essas correntes e imediatamente ioniza os gases manipulados internamente para causar um curto (um meio de quase nenhuma resistência) diretamente para a terra.



A figura 82 mostra um centelhador instalado em uma rede. Quando um objeto próximo é atingido por um raio, um campo elétrico é formado em torno daquele objeto por alguns instantes. Quando a ação do raio cessa, o campo elétrico sofre um colapso, o que por sua vez induz altas correntes em objetos próximos, que no caso ilustrado seria a antena ou a linha de transmissão.

Redes Wireless – Parte XVII


5.6.5 – Filtros RF



Um caso muito comum em WLANs é a interferência causada por outras fontes de transmissão próximo ao canal que se está transmitindo. Isso reduz a performance e confunde o receptor. Para evitar que isso aconteça existe o filtro RF. Ele permitirá a passagem apenas do canal que se está transmitindo ou recebendo, reduzindo assim a interferência dos sinais fora do seu canal. Essa característica do filtro RF favorece o uso de equipamentos próximos em uma mesma célula, por exemplo o uso de 3 pontos de acesso.



Porém ele não reduzirá a interferência no seu canal causados por outros sinais e usuários transmitindo no mesmo canal.



5.6.5.1 – Opções Comuns



Os filtros RF são classificados por pólos, podem ser indoor ou outdoor, e podem operar como canal fixo ou banda cheia.



Cada pólo representa um circuito de filtragem, assim, quanto mais pólos possuir o filtro, mais filtragem ele fará nos sinais interferentes. Existem modelos de 4 pólos; recomendados para filtrar sinais interferentes fracos e os modelos de 8 pólos; recomendados para zonas mais densas com sinais RF fortes.



Podem ser indoor; para serem instalados em caixas fechadas ou outdoor; próprios para ficarem exposto ao tempo e serem montados no mastro da antena.



Filtros RF de canal fixo, filtram um canal específico, atuam dentro da banda; já os de banda cheia reduzem a interferência apenas de canais fora da banda.

Redes Wireless – Parte XVIII


6- Organizações e Padrões



Muitos hardwares relacionados a computadores e tecnologias são baseados em padrões, e WLANs não são uma exceção a essa regra. Existem organizações que definem e suportam os padrões que permite a interoperabilidade entre hardware de diferentes fabricantes.



Pelo entendimento das leis e padrões que governam e guiam a tecnologia WLAN, poderemos assegurar que qualquer sistema wireless implementado terá interoperabilidade e estará de acordo com as regras.



6.1- Federal Communications Commission (FCC)



O FCC é uma agência governamental independente dos Estados Unidos. É responsável por criar as regras dentro das quais dispositivos WLAN devem operar. Determinar em que parte do espectro de radio frequências WLANs podem operar e em que potência, usando quais tecnologias de transmissão e como e onde várias peças do hardware podem ser utilizadas.

Redes Wireless – Parte XIX


6.2 – Institute of Eletrical and Eletronics Engineers (IEEE)



O IEEE é o criador de padrões para muitas coisas relacionadas a tecnologia nos Estados Unidos. O IEEE cria seus padrões dentro das leis criadas pelo FCC. O IEEE especifica muitos padrões da tecnologia tais como : Ethernet (IEEE 802.3), Criptografia com chave pública (IEEE 1363) e WLANs (IEEE 802.11).



Uma de suas missões é desenvolver padrões para operações em WLAN dentro das regras e regulamentações do FCC.



Os quatro padrões principais para WLANs que estão em uso ou na forma rascunho são: 802.11, 802.11b, 802.11a, 802.11g.



Para maiores informações acesse Aqui



6.2.1 – IEEE 802.11



O padrão 802.11 foi o primeiro a descrever a operação das WLANs. Ele continha todas as tecnologias de transmissão disponíveis incluindo DSSS, FHSS e infravermelho (IR).



Este padrão descreve sistemas DSSS operando a 1Mbps e 2Mbps. Logo, um sistema que tenha uma taxa de dados de 1Mbps, 2Mbps e 11Mbps, pode ser compatível com um sistema 802.11. Por outro lado, um sistema proprietário que opere em outras taxas de dados, apesar da sua habilidade em operar em 1 e 2Mbps, não será compatível com um sistema 802.11.