IEEE 802

IEEE 802.11b Wireless LANs

WLAN serve para transmitir informações em redes que estão em locais isolados, através do uso de ondas de rádio melhor do que as infra-estruturas de cabo.

O padrão 802.11 foi aprovado pelo IEEE em 1997 mas ele tinha taxas de transmissão limitadas (1 e 2 Mbps),assim não suportava a maioria dos requerimentos de serviço em geral. Por isso, foi criado e aprovado o padrão 802.11b com taxas de transmissão a 11 Mbps. WLANs são muito úteis para empresas cujos funcionários trabalham a maior parte do tempo fora de suas mesas e se locomovem muito para diferentes áreas. Com isso, os trabalhadores têm a liberdade de acessar a rede de qualquer lugar onde estiverem.

Os administradores podem projetar e aumentar a rede sem se preocupar com a disponibilidade de cabeamento.

Vantagens

Mobilidade dos usuários, aumentando a produtividade, pois podem acessar informações sem a necessidade de estarem na empresa.
Facilidade para instalar redes em prédios velhos com estruturas para cabeamento muito ruim.
Facilidade para trocar a posição de equipamentos, já que não necessita que se verifique se o cabo alcança no novo lugar.

O padrão 802.11b é uma emenda do 802.11 original, que acrescenta duas velocidades altas, 5,5 Mbps e 11 Mbps, que foi aprovado em setembro de 1999. Com esse padrão os usuários podem alcançar performance, throughput e disponibilidade Ethernet.

As tecnologias baseadas em padrões permitem aos administradores construírem redes misturando mais que uma tecnologia LAN. Como todo padrão 802, o 802.11 foca dois níveis do modelo ISO (a camada física e a camada de enlace de dados. A arquitetura básica, aspectos e serviços do 802.11b são definidos pelo padrão 802.11 original. A especificação 802.11 afeta apenas a camada física.

Modos de operação 802.11

O padrão 802.11 define duas peças de equipamento:

Um estação sem fio, que é usualmente um PC equipado com um programa de interface de rede (NIC - network interface card) sem fio.

Um ponto de acesso (AP), que age como uma ponte entre as redes com fio e sem fio.

Um ponto de acesso em geral consiste de um rádio, uma interface de rede com fio (por exemplo 802.3), e software de ponte conforme o padrão de ponte 802.1d. o ponto de acesso serve como uma estação base para a rede sem fio.

Há dois modos de operação:

Modo infra-estrutura

A rede possui pelo menos um ponto de acesso conectado a infra-estrutura de rede com fio e um set da estação final sem fio. Esta configuração é chamada Basic Service SET (BSS). Um Extended Service Set (ESS) é um conjunto de dois ou mais BSS, formando uma subrede simples. O modo infra-estrutura é usado quando maior parte da corporação necessita acessar a rede com fio (servidor de arquivos, impressoras, links da Internet).

Modo Ad Hoc (Ponto-a-Ponto)

Também conhecido como Independente Basic Service Set (IBSS). É um conjunto de estações sem fio que se comunicam diretamente entre si sem usar um ponto de acesso nem uma conexão à rede com fio. É usado em locais em que não se pode instalar um rede física. Produtos baseados em 802.11 não necessitam usuário licenciado nem treinamento especial.

(Camada Física)

O padrão sem fio 802.11 original define taxas de transmissão de 1 e 2 Mbps via ondas de rádio usando:

FHSS (Frequence Hopping Spread Spectrum) - a banda de 2,4 GHz é dividida em 75 canais de 1 MHz. O origem e o destino concordam em um modelo de hopping, e o dado é enviado sobre uma seqüência dos subcanais.
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) - divide a banda de 2,4GHz em 14 canais de 12 MHz. Canais adjacentes sobrepõem-se um ao outro, exceto 3 canais que não são de sobrepor.

802.11b

O 802.11b padronizou o suporte ao nível físico de duas velocidades, 5,5Mbps e 11 Mbps. Para que isso seja possível a única técnica da camada física usada tem que ser DSSS, por que o FHSS não suporta altas velocidades sem violar os padrões. Como conseqüência, os sistemas 802.11b só irão interoperar com sistemas DSSS 802.11 de 1 e 2 Mbps e não trabalharão com sistemas FHSS 802.11 de 1 e 2 MBPS.

O padrão DSSS 802.11 original especifica um chip 11bit - chamado uma seqüência Barker - para codificar todos os dados enviados sobre o canal. Cada seqüência do 11-chip representa um chip de dados simples (1 ou 0), e é convertido para a forma de onda, chamada um símbolo, que pode ser enviada pelo canal. Estes símbolos são transmitidos a 1MSps (1 milhão de símbolos por segundo) usando um técnica chamada Binary Phase Shift Keying. No caso de 2Mbps, uma implementação mais sofisticada chamada Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), é usada; ela dobra a taxa de dados disponível em BPSK, via eficiência melhorada no uso da largura de banda de rádio. Para aumentar a taxa de dados no padrão 802.11b, técnicas de codificação avançadas são empregadas. Além das duas seqüências Barker de 11 bits, 802.11b especifica Chaveamento de Código Complementar (CCK - Complementary Code Keying) que consiste em um conjunto de 64 palavras em código 8 bit. Como um conjunto, essas palavras em código tem propriedades matemáticas únicas que permitem a eles serem distinguidos um do outro por um receptor igualado na presença de um ruído substancial e interferência multipath (por exemplo, interferência causada por recebimento de múltiplas reflexões de rádio dentro de uma construção). A taxa de 5,5Mbps usa CCK para codificar 4 bits por portadora, enquanto que a taxa 11Mbps codifica 8 bits por portadora. As duas velocidade usam QPSK como técnica de modulação e sinal a 1,375MSps. É assim que as taxas de dados mais altos são obtidas
Taxa de dados	Largura de Código	Modulação	Taxa de Símbolo	Bits/Símbolo
1 Mbps	11 (Seqüência de Barker)	BPSK	1 MSps	1
2 Mbps	11 (Seqüência de Barker)	QPSK	1 MSps	2
5,5 Mbps	8 (CCK)	QPSK	1,375 MSps	4
11 Mbps	8 (CCK)	QPSK	1,375 MSps	8

WLANs 802.11 usam dynamic rate shifting (deslocamento de taxa dinâmico). Com isso, as taxas de dados são ajustadas de acordo com as interferências de ruídos. Além disso, quando as transmissões atingem distâncias maiores do que as especificadas a transmissão não será mais à 11Mbps e ficará a 5,5Mbps, ou até mesmo a 2 e 1Mbps. Mas se o usuário torna a transmitir dentro da distância especificada, a velocidade volta ao normal (11Mbps). Dynamic rate shifting é um mecanimo à nível físico e transparente para o usuário e para as camadas superiores da pilha de protocolo.

(Camada de Enlace)

A camada de enlace no 802.11 consiste em duas subcamadas:

LLC (Controle de Enlace Lógico) - o mesmo usado em 802.2 e o mesmo endereçamento de 48 bits de outras LANs 802.
MAC (Controle de Acesso ao Meio) - utiliza uma MAC exclusiva para WLANs.

A MAC é parecida com 802.3, o qual é designado para suportar múltiplos usuários no meio compartilhado, porque o origem escuta o canal antes de acessá-lo.

Em uma WLAN não é possível detectar colisão, porque para isso deve-se escutar e transmitir ao mesmo tempo e usando sistemas de rádio não é possível que uma estação ouça uma colisão.

Para resolver esse problema, 802.11 usa o protocolo CSMA/CA (CA - que evita colisão) ou o Distribuited Coordination Function (DCF). O CSMA/CA tenta evitar uma colisão usando um pacote acknowledgment (ACK - reconhecimento), o que significa que um pacote ACK é enviado pela estação de destino para confirmar que o pacote de dados chegou intacto.

CSMA/C funciona assim:

Ema estação que deseja transmitir sente o canal e se nenhuma atividade é detectada, a estação espera por um tempo adicional, selecionado randomicamente e então transmite se o meio estiver livre. Se o pacote é recebido intacto, a estação receptora envia um quadro ACK (reconhecimento) que, uma vez recebido com sucesso pela estação de origem, completa o processo. Se o quadro ACK não é detectado pela estação de origem, tanto porque o pacote de dados original não foi recebido intacto, uma colisão é assumida como ocorrida e o pacote de dados é retransmitido depois de esperar um outro período de tempo randômico.

O nível MAC 802.11 provê também:

Checksum: cada pacote contém um checksum CRC calculado e anexado para assegurar que um dado não foi corrompido no caminho.

Fragmentação de erros: permite que pacote maiores sejam quebrados em unidades pequenas quando enviados no meio. É usado em meios muito congestionados, por exemplo.