Wi-Fi e Redes Locais Sem Fio

O Wi-Fi, a família de padrões IEEE 802.11 para redes locais sem fio (WLANs), permite que os dispositivos se conectem a uma rede por rádio através de pontos de acesso, utilizando um protocolo de acesso ao meio com prevenção de colisões, projetado para o canal sem fio imprevisível.

Definition

Uma WLAN é uma rede local na qual os dispositivos se comunicam por rádio em vez de fios, e o Wi-Fi é o conjunto de padrões IEEE 802.11 que definem suas camadas física e de controle de acesso ao meio, tipicamente organizada em torno de pontos de acesso que interligam estações sem fio a uma rede com fio.

Scope

Este tópico aborda as redes locais sem fio sob o IEEE 802.11: a arquitetura de pontos de acesso, estações e conjuntos de serviços básicos; o processo de associação pelo qual um dispositivo se une a uma rede; o protocolo de acesso ao meio CSMA/CA com "backoff" aleatório, reconhecimentos e o "handshake" RTS/CTS opcional para lidar com terminais ocultos; o formato de "frame" 802.11; e a evolução das velocidades e bandas do padrão. Também aborda a segurança sem fio em um nível elevado. Exclui redes celulares e engenharia de rádio detalhada.

Core questions

• Como uma rede local sem fio 802.11 é estruturada em torno de pontos de acesso e estações?
• Como um dispositivo descobre e se associa a uma rede Wi-Fi?
• Como o CSMA/CA coordena o acesso ao canal e evita colisões?
• Como os reconhecimentos e o "handshake" RTS/CTS abordam erros sem fio e terminais ocultos?
• Como as velocidades, bandas e recursos do 802.11 evoluíram entre as gerações do padrão?

Key concepts

• IEEE 802.11 (Wi-Fi)
• pontos de acesso e estações
• conjunto de serviços básico (BSS)
• "beacons", varredura e associação
• CSMA/CA
• "backoff" aleatório
• reconhecimentos da camada de enlace
• "handshake" RTS/CTS
• formato de "frame" 802.11
• segurança sem fio (WPA)

Key theories

Arquitetura de infraestrutura e associação

A maioria das redes Wi-Fi opera no modo de infraestrutura: as estações se associam a um ponto de acesso que retransmite seu tráfego de e para uma rede com fio, após descobri-lo via "frames" de "beacon" e autenticar-se e associar-se para ingressar em seu conjunto de serviços básico.

Acesso ao meio CSMA/CA

O 802.11 utiliza acesso múltiplo por sensoriamento de portadora com prevenção de colisões: as estações detectam o canal, aguardam intervalos de "backoff" aleatórios e dependem de reconhecimentos da camada de enlace, uma vez que as colisões não podem ser detectadas de forma confiável durante a transmissão em um enlace sem fio.

RTS/CTS para terminais ocultos

Uma troca opcional de "request-to-send" / "clear-to-send" reserva o canal antes de um "frame" de dados, para que as estações ocultas do remetente, mas dentro do alcance do receptor, aprendam a adiar, mitigando o problema do terminal oculto.

Clinical relevance

O Wi-Fi é a forma dominante pela qual os dispositivos se conectam a redes locais e à Internet em ambientes internos, atendendo residências, escritórios, escolas e pontos de acesso públicos. Compreender seu mecanismo de acesso, processo de associação e estrutura de banda e canal é essencial para diagnosticar redes sem fio lentas ou não confiáveis, planejar o posicionamento de pontos de acesso e a atribuição de canais, e proteger redes sem fio contra acesso não autorizado e escutas.

History

O primeiro padrão IEEE 802.11 surgiu em 1997, seguido por gerações amplamente adotadas (802.11b, a, g, n, ac, ax) que aumentaram as velocidades e adicionaram bandas e técnicas como múltiplas antenas. A Wi-Fi Alliance certificou a interoperabilidade e popularizou a marca Wi-Fi, e a segurança sem fio evoluiu do WEP, que apresentava falhas, para WPA e WPA2/WPA3, tornando o Wi-Fi a tecnologia sem fio local padrão em todo o mundo.

Key figures

• Andrew S. Tanenbaum
• James F. Kurose
• Keith W. Ross

Seminal works

• kurose2021
• ieee80211-2020

Frequently asked questions

Wi-Fi é o mesmo que Internet?

Não. Wi-Fi é uma tecnologia de enlace sem fio que conecta seu dispositivo a uma rede local, geralmente através de um ponto de acesso. Essa rede é então conectada à Internet por um enlace separado, com fio ou celular. Você pode ter Wi-Fi sem acesso à Internet e acesso à Internet sem Wi-Fi.

Por que o Wi-Fi usa prevenção de colisões em vez de detecção?

Um transmissor sem fio geralmente não consegue detectar colisões enquanto transmite porque seu próprio sinal é muito mais forte do que qualquer sinal de entrada, e terminais ocultos podem colidir onde ele não consegue ouvir. Assim, o 802.11 evita colisões antecipadamente usando sensoriamento de portadora, "backoff" aleatório, reconhecimentos e RTS/CTS opcional, em vez de detectá-las no meio da transmissão como o Ethernet com fio fazia.