Wireless Components

As redes sem fio usam um ponto de acesso (AP), também chamado de ponto de acesso sem fio (WAP), para fornecer um portal para a rede cabeada e um adaptador de rede local sem fio (adaptador WLAN ou simplesmente adaptador sem fio) para fornecer um link entre um PC cliente sem fio e o AP.

FAÇA TUDO COM UMA ÚNICA CAIXA

Roteadores sem fio combinam um ponto de acesso com um roteador, sendo uma ótima escolha para uma rede doméstica ou SOHO (pequeno escritório/home office). A maioria dos roteadores sem fio também inclui várias portas de hub ou switch Ethernet para permitir a conexão de adaptadores Ethernet cabeados ao roteador, fornecendo uma solução tudo-em-um. O roteador protege sua rede contra intrusões, o AP sem fio hospeda seus clientes sem fio e as portas de hub ou switch Ethernet fornecem um local para conectar seus PCs cabeados. Como os roteadores sem fio custam apenas alguns dólares a mais do que os componentes de finalidade única, eles são extremamente populares. Usamos um roteador sem fio D-Link DI-624 para gerenciar nossa rede SOHO.

Conselho de Jim Cooley

Muitos modems de cabo/DSL agora são enviados com apenas uma porta de saída USB, o que torna difícil a conexão a um WAP/roteador. Talvez você precise comprar um modem de reposição que também forneça uma porta Ethernet. Alternativamente, alguns provedores de cabo/DSL oferecem uma escolha de modems. Se o seu provedor oferecer essa opção, peça um modem que inclua uma porta Ethernet.

Um AP conecta-se à rede cabeada (ou diretamente a um modem cabo/DSL) e pode fornecer simultaneamente links sem fio para muitos adaptadores sem fio. Um AP típico permite que 32 ou 64 adaptadores sem fio sejam conectados simultaneamente. Todos os adaptadores sem fio que se conectam a um AP compartilham a largura de banda sem fio fornecida por esse AP. Por exemplo, se o AP fornece 54 Mb/s de largura de banda sem fio, todos os adaptadores sem fio conectados compartilham esses 54 Mb/s, embora cada adaptador possa ter uma largura de banda individual máxima de 54 Mb/s ou mais.

Se apenas um adaptador sem fio estiver transferindo dados em um determinado momento, esse adaptador recebe a largura de banda total disponível. Se vários adaptadores estiverem transferindo dados simultaneamente, a largura de banda disponível é compartilhada entre eles. Consequentemente, a largura de banda instantânea disponível para qualquer adaptador em particular varia dinamicamente, dependendo de quantos outros adaptadores também estão usando largura de banda naquele momento e quanta largura de banda eles estão usando.

COMPARTILHAR NÃO É LEGAL

O compartilhamento de largura de banda significa que a rede sem fio pode ser uma má escolha para aplicações, como streaming de vídeo, que exigem comunicações de alta largura de banda em tempo real. A largura de banda dos componentes sem fio modernos é mal suficiente para transmitir vídeo com qualidade de DVD em condições ideais. Se um ou mais clientes sem fio estiverem usando largura de banda, o vídeo entregue ficará instável. Por essa razão, sempre recomendamos o uso de rede cabeada para vídeo ou, alternativamente, uma conexão de rede sem fio dedicada ou 802.11a.

Uma rede sem fio pode ter um ou muitos APs. Embora a maioria das redes domésticas ou SOHO funcionem bem com um AP, usar um segundo AP fornece cobertura de área adicional, permite que mais adaptadores sem fio se conectem à rede simultaneamente e fornece largura de banda compartilhada adicional. Por exemplo, um AP pode ter alcance insuficiente para cobrir uma casa grande, particularmente uma construída com pedra, vigas de aço, paredes de gesso pesado ou outros materiais que bloqueiam ondas de rádio. Não conseguimos imaginar que o limite de 32 ou 64 adaptadores sem fio conectados seria um problema em qualquer ambiente doméstico ou SOHO, mas a largura de banda compartilhada limitada poderia ser.

Adicionar um segundo AP a uma certa distância do primeiro AP estende a área de cobertura e dobra a largura de banda disponível para ser compartilhada entre os clientes sem fio. Dependendo da localização, alguns adaptadores sem fio podem estar dentro do alcance de ambos os APs, enquanto outros estarão apenas no alcance de um ou outro AP. Se a rede sem fio estiver configurada corretamente, os adaptadores sem fio do cliente simplesmente se conectam de forma transparente a um AP disponível sem intervenção do usuário. Se o cliente for móvel, por exemplo, um computador notebook sendo levado de sala em sala, a conexão salta automaticamente de um AP para o próximo à medida que o cliente se move dentro da área de cobertura.

Figura 14-2 mostra um AP típico destinado ao uso doméstico ou de pequenas empresas. Este AP, um modelo D-Link DWL-2100AP, usa a onipresente antena omnidirecional de baixo ganho tipo "rubber duck" usada pela maioria dos dispositivos sem fio. Os suportes usados para essas antenas permitem que elas sejam orientadas em todas as três dimensões para maximizar a intensidade do sinal e otimizar a área de cobertura. Alguns APs usam antenas fixadas permanentemente. Outros, incluindo este modelo, fornecem um soquete para uma antena externa. Várias antenas externas estão disponíveis, incluindo modelos adequados para montagem externa, modelos que fornecem maior ganho do que as antenas padrão tipo "rubber duck" e modelos que são altamente direcionais.

Figura 14-2: O D-Link DWL-2100AP, um AP típico

Os clientes se conectam à rede sem fio usando adaptadores sem fio, que são funcionalmente análogos aos adaptadores Ethernet padrão usados em uma rede cabeada. Adaptadores sem fio estão disponíveis em várias interfaces, incluindo PCI (para sistemas desktop), CardBus (para notebooks), cartões PCMCIA (Sigla da Indústria de Computadores que as pessoas não conseguem memorizar) (para notebooks mais antigos e dispositivos portáteis) e USB (para qualquer sistema). Como os APs, os adaptadores sem fio PCI e USB são normalmente fornecidos com uma antena omnidirecional de baixo ganho tipo "rubber duck" que geralmente pode ser substituída por uma antena externa de alto ganho ou unidirecional. Figura 14-3 mostra um D-Link AirPlus ExtremeG DWL-G520, que é um adaptador sem fio PCI típico. Adaptadores sem fio CardBus, como o D-Link DWL-G650 mostrado na Figura 14-4, possuem uma antena omnidirecional interna de baixo ganho e não oferecem previsão para o uso de uma antena externa. No entanto, certos modelos de adaptadores CardBus (ou PCMCIA), como alguns cartões Proxim Orinoco, incluem uma porta para antena externa.

Figura 14-3: O D-Link DWL-G520, um adaptador sem fio PCI típico

Figura 14-4: O D-Link DWL-G650, uma placa sem fio CardBus típica

Interoperabilidade de Componentes Sem Fio

APs e adaptadores sem fio suportam um ou mais padrões 802.11 e também podem suportar protocolos proprietários. APs e adaptadores sem fio baseados em padrões de diferentes empresas geralmente interoperam bem, com pequenas exceções. Você pode, por exemplo, geralmente se conectar a um AP D-Link com um adaptador sem fio NETGEAR ou vice-versa, assumindo que ambos os produtos sejam projetados para o mesmo padrão ou padrões. Alguns APs e adaptadores sem fio são de padrão único (ou seja, 802.11g ou 802.11a), e outros APs e clientes sem fio suportam múltiplos padrões (por exemplo, 802.11a/b/g).

Alguns fornecedores sem fio, particularmente aqueles que focam em empresas, antecipam o processo de criação de padrões adicionando recursos proprietários que ainda não foram ratificados como um padrão (e talvez nunca sejam). Tais produtos aprimorados são atraentes para empresas por seus recursos adicionais e geralmente são capazes de interoperar com produtos baseados em padrões, mas geralmente apenas em um nível de denominador comum. Por exemplo, a Belkin se adiantou ao padrão emergente 802.11n ao introduzir os chamados APs e adaptadores sem fio "Pre-N". Esses produtos Pre-N, que podem ou não acabar sendo compatíveis com o padrão 802.11n quando ele for finalizado, fornecem maior velocidade e maior alcance quando são usados juntos, mas quando são usados com componentes 802.11g ou anteriores, eles funcionam como componentes padrão.

Em geral, recomendamos evitar, sempre que possível, componentes sem fio que dependam de extensões proprietárias para fornecer o nível de funcionalidade exigido. Os componentes sem fio atuais baseados em padrões fornecem segurança e capacidade de gerenciamento adequadas para qualquer ambiente doméstico ou de pequena empresa.

O alcance de uma conexão sem fio depende de muitos fatores, incluindo sua velocidade, quantidade de interferência, obstruções no caminho do sinal e os tipos de antenas usados. Mantendo-se todas as outras condições iguais, no entanto, o alcance de uma conexão é determinado por quão potente é o transmissor e quão sensível é o receptor. Diferentes marcas e modelos de componentes sem fio podem diferir significativamente em ambos os aspectos.

A potência do transmissor dos componentes de rede sem fio é geralmente declarada em dBm e pode variar de 0 dBm (definido como 1 miliwatt ou mW) a 30 dBm (pouco mais de 1.000 mW). Um aumento ou diminuição de cerca de 3 dBm corresponde a dobrar ou reduzir pela metade a potência de transmissão. Por exemplo, uma saída de 3 dBm corresponde a cerca de 2 mW. Um aumento ou diminuição de 10 dBm corresponde a aumentar ou diminuir a potência do transmissor por um fator de 10. Por exemplo, uma saída de 10 dBm é de cerca de 10 mW; 20 dBm cerca de 100 mW; e 30 dBm cerca de 1.000 mW. Mantendo-se todas as outras condições iguais, aumentar a potência de saída aumenta o alcance e a velocidade de transmissão.

Dispositivos sem fio podem usar potência de transmissão fixa, definir a potência de transmissão dinamicamente sob controle de firmware ou permitir que a potência de transmissão seja definida manualmente. A quantidade de potência de transmissão necessária varia com a distância entre os dispositivos, a sensibilidade do receptor, a taxa de dados do link, a quantidade de obstrução no caminho do sinal e outros fatores. Em geral, distâncias maiores entre dispositivos e taxas de dados mais altas exigem mais potência de transmissão.

Você pode pensar que a melhor ideia seria que todos os dispositivos usassem a potência máxima de transmissão o tempo todo, mas a alta potência nem sempre é desejável. Usar mais potência do que o necessário não melhora a velocidade ou a qualidade do link sem fio; simplesmente introduz RF desnecessária no ambiente, onde pode interferir com outros dispositivos sem fio que, de outra forma, seriam capazes de usar o mesmo canal sem conflitos.

Consequentemente, o firmware de alguns dispositivos sem fio é programado para negociar características de link com outros dispositivos sem fio, incluindo a potência do transmissor, para estabelecer uma conexão ideal no nível mínimo de potência necessário. Essa negociação pode ser feita a taxas de dados muito baixas, para que o contato inicial entre os dispositivos possa ocorrer em baixa potência. Cada dispositivo informa ao outro sobre suas próprias capacidades, incluindo a velocidade de link mais rápida que suporta. Os dispositivos então aumentam a potência do transmissor para o nível mínimo necessário para suportar a maior taxa de dados comum. Se a potência máxima disponível do transmissor for insuficiente para suportar a maior taxa de dados comum, eles retrocedem para uma taxa de dados mais baixa, usando qualquer nível de potência necessário para suportar essa taxa de dados mais baixa.

Outros dispositivos sem fio permitem que a potência de transmissão seja definida manualmente, geralmente dentro de uma faixa de alguns mW até talvez 100 ou 200 mW. Frequentemente, a potência de saída não é declarada numericamente, mas sim nomeada (Máxima, Metade, Quarto, Oitavo, e assim por diante) ou como uma potência de saída máxima com opções para reduzir a saída por uma série de etapas de 3 dB, cada uma das quais reduz a potência de saída pela metade. Ainda outros dispositivos sem fio não oferecem previsão para ajustar a potência de transmissão, usando uma potência de transmissão fixa, geralmente em torno de 30 mW.

O outro lado da moeda da potência do transmissor é a sensibilidade do receptor. Mantendo-se todas as outras condições iguais, um receptor mais sensível pode sustentar uma conexão com um sinal mais fraco do que um receptor com menor sensibilidade. Um receptor sensível é tão importante quanto um transmissor potente, porque a intensidade do sinal cai rapidamente com o aumento da distância do transmissor e porque taxas de dados mais altas exigem sinais mais fortes.

Se você está construindo uma rede sem fio para a qual o alcance é crítico, particularmente se seus caminhos de sinal estiverem obstruídos, vale a pena prestar atenção à sensibilidade do receptor dos componentes que você está considerando usar. Por exemplo, o D-Link DWL-2100AP tem excelente sensibilidade do receptor. Um componente barato e sem marca pode ter uma sensibilidade de receptor real 10 dBm menor do que o modelo D-Link (a documentação do AP de baixa qualidade provavelmente não admitirá isso, mas estamos falando do mundo real aqui). Isso significa que, quando o AP D-Link está em seu alcance máximo para sustentar um link de 54 Mb/s, o AP barato pode sustentar apenas um link de 24 ou 36 Mb/s. Pior ainda, se o AP D-Link estiver em seu alcance máximo para suportar um link de 36 Mb/s, o AP barato pode sustentar apenas um link de 6 ou 9 Mb/s.

A maioria dos componentes sem fio convencionais é fornecida com uma antena padrão tipo "rubber duck", que geralmente é descrita como omnidirecional. Isso é verdade em certo sentido, mas a antena padrão irradia omnidirecionalmente principalmente em um plano. Por exemplo, com a antena orientada verticalmente (a 90 , em relação ao plano horizontal), conforme mostrado na Figura 14-5, o padrão de radiação se assemelha a uma rosquinha que se estende horizontalmente para fora em todas as direções. Se este AP fosse instalado em um andar de uma casa, por exemplo, sua área de cobertura poderia incluir todos os cômodos no mesmo andar, mas os cômodos nos andares acima e abaixo de sua localização receberiam um sinal fraco.

Figura 14-5: Antena orientada verticalmente para maximizar a cobertura horizontal

Como a orientação da antena tem um efeito importante na área de cobertura, a maioria dos suportes de antena permite que a antena seja girada em todas as dimensões. Por exemplo, a Figura 14-6 mostra a antena no mesmo plano vertical que a imagem anterior, mas orientada a 45 , em relação ao plano horizontal. Com a antena orientada dessa maneira, o AP fornece uma área de cobertura menor no andar onde está localizado, com cobertura adicional naquela parte do andar acima localizada à direita do AP e cobertura adicional naquela parte do andar abaixo localizada à esquerda do AP.

Figura 14-6: Antena inclinada para fornecer cobertura vertical adicional às custas da cobertura horizontal

Da mesma forma, a Figura 14-7 mostra a antena inclinada a 45 tanto nos planos horizontal quanto vertical em relação à primeira imagem. Com a antena orientada dessa maneira, o AP fornece alguma cobertura horizontal no andar onde está localizado, com cobertura adicional naquela parte do andar acima localizada à direita à frente do AP e cobertura adicional naquela parte do andar abaixo localizada à esquerda atrás do AP.

Figura 14-7: Antena inclinada para fornecer cobertura vertical de frente para trás adicional às custas da cobertura horizontal e vertical da direita para a esquerda

A orientação da antena do AP tem um impacto importante na área de cobertura. Alterar a orientação da antena em apenas alguns graus pode causar grandes diferenças na intensidade do sinal em toda a área de cobertura, beneficiando algumas áreas às custas de outras. Além disso, as obstruções não são necessariamente igualmente obstrutivas em diferentes orientações de antena. Ao instalar uma rede sem fio, não oriente simplesmente a antena do AP verticalmente e espere pelo melhor. Gaste algum tempo brincando com a orientação da antena para ver como isso afeta a intensidade do sinal em toda a sua área de cobertura. Use um notebook com um adaptador sem fio e execute o software de levantamento de local fornecido com o adaptador sem fio, ou um pacote como o Network Stumbler (http://www.stumbler.net), para otimizar a área de cobertura.

A BANDA DE 2,4 GHZ SELVAGEM E LANUDA

A maioria das formas de rede sem fio usa a banda de 2,4 GHz, que não é licenciada e pode ser usada livremente por qualquer pessoa. Os componentes sem fio devem compartilhar essa banda com milhões de outros componentes eletrônicos, desde fornos de micro-ondas até babás eletrônicas, telefones sem fio, sistemas de segurança sem fio e abridores de porta de garagem, o que significa que há muita interferência.

Esse fato nos foi apresentado, de forma clara, quando Robert estava usando seu computador notebook para tirar algumas capturas de tela de um utilitário de configuração de adaptador sem fio Super G. A qualidade do sinal e a taxa de dados estavam em seu nível mais alto, até que Barbara ligou o forno de micro-ondas. O adaptador sem fio e o AP D-Link mantiveram a conexão, mas a qualidade do sinal e a taxa de dados despencaram. Foi como se alguém tivesse ligado um bloqueador, o que, claro, é exatamente o que aconteceu.

Se você usa rede sem fio, esteja preparado para fazer concessões para lidar com conflitos de espectro. Você pode até precisar substituir alguns de seus outros equipamentos eletrônicos, como trocar seus telefones sem fio de 2,4 GHz por modelos de 900 MHz ou 5,8 GHz.

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