Rede local sem fio IEEE 802.11 (WiFi)

Nesta seção, resumimos as características especiais da comunicação sem fio (wireless) que devem ser tratadas por uma tecnologia de rede local sem fio e explicamos como o pa- drão IEEE 802.11 trata delas. O padrão IEEE 802.11 estende o princípio da detecção de portadora e acesso múltiplo (CSMA), empregado pela tecnologia Ethernet (IEEE 802.3), para se adequar às características da comunicação sem fio. O padrão 802.11 se destina a suportar comunicação entre computadores localizados dentro de cerca de 150 metros uns dos outros, em velocidades de até 54 Mbps.

A Figura 3.24 ilustra parte de uma intranet que inclui uma rede local sem fio. Vários equipamentos móveis sem fio se comunicam com o restante da intranet por meio de uma estação de base, que serve como ponto de acesso para a rede local cabeada. Uma rede sem fio que se conecta ao mundo exterior através de uma rede cabeada convencional, por meio de um ponto de acesso, é conhecida como rede de infraestrutura.

Uma configuração alternativa para redes sem fio é conhecida como rede ad hoc. As redes ad hoc não contêm ponto de acesso, nem estação de base. Elas são construídas di- namicamente, como resultado da detecção mútua de dois ou mais equipamentos móveis com interfaces sem fio na mesma vizinhança. Uma rede ad hoc se estabelece quando, por exemplo, em uma sala, dois ou mais notebooks se detectam e estabelecem uma co- municação entre si. Neste caso, então, eles poderiam compartilhar arquivos, ativando um processo servidor de arquivos em uma das máquinas.

No nível físico, as redes IEEE 802.11 usam sinais de radiofrequência (nas faixas livres de licença, 2,4 GHz e 5 GHz), ou sinalização infravermelha, como forma de trans- missão. A versão baseada em radiofrequência tem maior atenção comercial e vamos des- crevê-la. O padrão IEEE 802.11b foi a primeira variante a ter seu uso bastante difundido. Ele opera na faixa de 2,4 GHz e suporta comunicação de dados em até 11 Mbps. Esse tipo de rede, a partir de 1999, tornou-se bastante comum em muitos escritórios, casas e locais públicos, permitindo que computadores notebook e PDAs acessassem dispositivos interligados em rede local ou a Internet. O padrão IEEE 802.11g é um aprimoramento mais recente do padrão 802.11b, que usa a mesma faixa de 2,4 GHz, mas utiliza uma téc-

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nica de sinalização diferente para atingir velocidades de até 54 Mbps. Finalmente, a va- riante 802.11a opera na faixa de 5 GHz e oferece 54 Mbps de largura de banda, mas com um alcance menor. Todas as variantes usam diversas técnicas de seleção de frequência e saltos de frequência para evitar interferência externa e mútua entre redes locais sem fio independentes, o que não vamos detalhar aqui. Em vez disso, vamos focar as alterações feitas no mecanismo de controle de acesso ao meio CSMA/CD para que, em todas as versões de 802.11, a transmissão de dados via sinal de rádio fosse possível.

Assim como o padrão Ethernet, o protocolo MAC 802.11 oferece oportunidades iguais a todas as estações para usar o canal de comunicação e uma estação transmitir di- retamente para qualquer outra. Um protocolo MAC controla o uso do canal por várias estações. No que diz respeito à Ethernet, a camada MAC também executa as funções de ca- mada física e de enlace de dados, distribuindo quadros de dados para os hosts de uma rede. Vários problemas surgem do uso de ondas de rádio, em vez de fios, como meio de transmissão. Esses problemas se originam do fato de que os mecanismos de detecção da portadora e de colisão empregados nas redes Ethernet são eficazes somente quando a intensidade dos sinais é aproximadamente igual em toda a rede.

Lembremos que o objetivo da detecção de portadora é verificar se o meio está livre para que uma transmissão seja iniciada, e a detecção de colisão serve para determinar se houve interferências durante uma transmissão. Como a intensidade do sinal não é unifor- me em toda a área na qual as redes locais sem fio operam, a detecção da portadora e de colisão pode falhar das seguintes maneiras:

Estações ocultas: o sinal de portadora pode não ser detectado mesmo se houver

uma outra estação transmitindo. Isso está ilustrado na Figura 3.24. Se o palmtop D estiver transmitindo para a estação de base E, o notebook A poderá não captar o sinal de D, devido ao obstáculo para o sinal de rádio mostrado. Então, A poderia começar a transmitir, causando uma colisão em E, a menos que medidas fossem tomadas para evitar isso.

Desvanecimento do sinal (fading): a lei do inverso do quadrado da propagação

de ondas eletromagnéticas nos diz que a intensidade dos sinais de rádio diminui rapidamente com a distância do transmissor. As estações de uma rede local sem fio podem ficar fora do alcance do sinal de rádio de outras estações da mesma rede.

Rede local Servidor Rede local sem fio Notebooks Estação de base/ ponto de acesso Palmtop

Obstáculo para sinal de rádio

C B

A

D

E

Figura 3.24 Configuração de rede local sem fio.

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Capítulo 3 Redes de Computadores e Interligação em Rede 137

Assim, na Figura 3.24, o notebook A talvez não possa detectar uma transmissão de C, embora cada uma delas possa transmitir com sucesso para B ou E. O desvaneci- mento anula tanto a detecção de portadora quanto a detecção de colisão.

Mascaramento de colisões: infelizmente, a técnica de “sentir” usada na Ethernet

para detectar colisões não é muito eficiente em redes baseada em sinal de rádio. Devido à lei do inverso do quadrado, citada anteriormente, o sinal local gerado será sempre muito mais forte do que qualquer sinal originado em outro lugar, abafando a transmissão remota. Portanto, os notebooks A e C poderiam transmitir simulta- neamente para E. Nenhum deles detectaria essa colisão, mas E receberia apenas uma transmissão truncada.

Apesar de sua falibilidade, a percepção de portadora não é dispensada nas redes IEEE 802.11; ela é ampliada pela adição de um mecanismo de reserva de slot* no protocolo MAC. O esquema resultante é chamado de detecção de portadora de acesso múltiplo

com prevenção de colisão (CSMA/CA).

Quando uma estação está pronta para transmitir, ela sente o meio. Se ela não de- tectar nenhum sinal de portadora, pode presumir que uma das seguintes condições é verdadeira:

1. o meio está disponível;

2. uma estação fora do alcance está no procedimento de solicitação de um slot; 3. uma estação fora do alcance está usando um slot que tinha reservado anteriormente. O protocolo de reserva de slot envolve a troca de duas mensagens curtas (quadros) entre o emissor e o receptor. A primeira é um quadro request to send (RTS) do emissor para o receptor. A mensagem RTS especifica uma duração para o slot solicitado. O receptor responde com um quadro clear to send (CTS), repetindo a duração do slot. O efeito dessa troca de quadros é o seguinte:

• As estações dentro do alcance do emissor também receberão o quadro RTS e toma-

rão nota da duração.

• As estações dentro do alcance do receptor receberão o quadro CTS e tomarão nota

da duração.

Como resultado, todas as estações dentro do alcance do emissor e do receptor não trans- mitirão pela duração do slot solicitado, deixando o canal livre para o emissor transmitir um quadro de dados de comprimento apropriado. Finalmente, a recepção bem-sucedida do quadro de dados é confirmada pelo receptor. Isso auxilia a tratar dos problemas de interferências externas no canal. O recurso de reserva de slot do protocolo MAC ajuda a evitar colisões das seguintes maneiras:

• Os quadros CTS ajudam a evitar os problemas de estação oculta e desvanecimento. • Os quadros RTS e CTS possuem curta duração; portanto, o risco de colisões com eles é

baixo. Se uma colisão ocorrer e for detectada, ou se um RTS não resultar em um CTS, o RTS será retransmitido usando um período de back-off aleatório, como na Ethernet.

• Quando os quadros RTS e CTS tiverem sido trocados corretamente, não deverão

ocorrer colisões envolvendo os quadros de dados subsequentes, nem nos quadros

* N. de R. T.: Slot é o termo inglês usado para designar um encaixe ou espaço para se conectar periféricos em um barramento. Em comunicação de dados, ele assume a noção de intervalo de tempo, ou espaço temporal, proporcional à duração temporal de um quadro. Por questões de clareza no texto e de uso corrente, optamos por manter o termo original.

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de confirmação, a não ser que um desvanecimento intermitente tenha impedido o outro participante de receber um deles.

Segurança • A privacidade e a integridade da comunicação é uma preocupação óbvia nas redes sem fio. Qualquer estação que esteja dentro do alcance e equipada com um receptor/transmissor poderá fazer parte da rede normalmente ou bisbilhotar as transmis- sões entre outras estações. A primeira tentativa para tratar dos problemas de segurança para o padrão 802.11 é intitulada WEP (Wired Equivalent Privacy). Infelizmente, o WEP é tudo, menos o que seu nome implica. Seu projeto era falho em vários aspectos, o que permitia uma invasão muito facilmente. Descreveremos suas vulnerabilidades e resumi- remos o status atual relativo aos aprimoramentos na Seção 11.6.4.