Entenda os Padrão das Redes Wireless (parte 1)

 Olá a todos. Hoje falaremos um pouco sobre os padroes de rede Wireless existentes e suas principais características. Neste primeiro post falaremos sobre os padrões 802.11a,b e g. Na próxima terça-feira (03/05) falaremos sobre o padrão N e o futuro desta tecnologia.

O 802.11 é um conjunto de padrões criados pelo IEEE para o uso em redes wireless. O padrão 802.11 original, hoje chamado de 802.11-1997 ou 802.11 legacy foi publicado em 1997 e previa taxas de transmissão de 1 e 2 megabits, usando a faixa dos 2.4 GHz, escolhida por ser uma das poucas faixas de freqüência não licenciadas, de uso livre.

Além dos padrões do IEEE, temos também o Wi-Fi (Wireless Fidelity, que pronunciamos como "uai-fái"), uma certificação (opcional) para produtos compatíveis com os padrões, que assegura que eles sejam intercompatíveis.

Apenas os produtos certificados (um processo relativamente caro e demorado) podem ostentar o logo "Wi-Fi Certified", de forma que muitos produtos, sobretudo os produtos mais baratos não passam pela certificação e não são vendidos como produtos Wi-Fi, embora isso não signifique necessariamente que eles sejam incompatíveis ou de qualidade inferior.

É comum que usemos o termo "Wi-Fi" em referência aos produtos baseado nos padrões 802.11 de uma forma geral mas, tecnicamente falando, apenas os produtos que passam pela certificação podem ser chamados de "Wi-Fi", embora na prática isso não faça muita diferença.

Padrões

802.11b e 802.11a

Publicado em outubro de 1999, o 802.11b foi o primeiro padrão wireless usado em grande escala. Ele marcou a popularização da tecnologia, permitindo que placas de diferentes fabricantes se tornassem compatíveis e os custos caíssem, graças ao aumento na demanda e à concorrência. Assim como o 802.11 legacy, o 801.11b opera na faixa dos 2.4 GHz.

O padrão seguinte foi o 802.11a (que na verdade começou a ser desenvolvido antes do 802.11b, mas foi finalizado poucos dias depois), que utiliza uma faixa de freqüência mais alta, 5 GHz, e oferece uma velocidade teórica de 54 megabits, porém a distâncias menores, cerca de metade da distância atingida por uma placa 802.11b usando o mesmo tipo de antena.

A faixa de freqüência dos 5 GHz é muito mais "limpa", pois é utilizada por um volume muito menor de dispositivos do que os 2.4 GHz. Além disso, existem muito menos redes 802.11a em uso, o que faz com que as redes 802.11a sejam em geral mais estáveis e menos suscetíveis a interferências. Para redes pequenas, onde você possa se dar ao luxo de escolher quais placas wireless usar e puder se limitar ao uso de placas que suportem o padrão, usar uma rede 802.11a pode ser uma boa opção.

Muitos pontos de acesso de fabricação recente são capazes de operar simultaneamente nas duas faixas de frequência, atendendo tanto clientes com placas 801.11b ou 802.11g quanto clientes 802.11a. Este recurso é interessante, pois permite que você crie uma rede mista, que permita o uso da faixa dos 5 GHz (mais limpa) sem, entretanto, deixar de fora clientes que suportam apenas os padrões B e G.

Para oferecer este recurso, o ponto de acesso precisa incluir dois transmissores independentes, o que encarece o produto. Um exemplo de AP compatível é o Linksys WRT600N, onde você encontra a opção "Network Mode" dentro da seção "Wireless". Usando o valor "Mixed" para as duas seções, você faz com que ele opere simultaneamente nas duas faixas de frequência:

802.11g

Em seguida temos o 802.11g que, apesar do crescimento do 802.11n, ainda é utilizado na maioria das instalações. Ele utiliza a mesma faixa de freqüência do 802.11b: 2.4 GHz. Isso permite que os dois padrões sejam intercompatíveis. A idéia é que você possa adicionar placas e pontos de acesso 802.11g a uma rede 802.11b já existente, mantendo os componentes antigos, do mesmo modo como hoje em dia temos liberdade para adicionar placas e switches Gigabit Ethernet a uma rede já existente de 100 megabits.

Apesar disso, a velocidade de transmissão no 802.11g é de 54 megabits, como nas redes 802.11a. Isso foi possível porque o padrão 802.11g é mais recente e por isso incorpora novas tecnologias de modulação de sinal. Uma analogia poderia ser feita com relação às placas de rede Gigabit Ethernet, que são capazes de trabalhar utilizando os mesmos cabos cat 5e utilizados pelas placas de 100 megabits.

Na prática, é possível atingir taxas de transmissão reais em torno de 3.4 MB/s, tanto nas redes 802.11g quanto nas 802.11a, ao contrário do que os 54 megabits teóricos sugerem. Isso acontece porque as redes wireless utilizam o ar como meio de transmissão, o que as torna muito mais propensas a problemas e interferência do que as redes cabeadas, que utilizam cabos de cobre ou de fibra óptica. Para que os dados sejam transmitidos de forma confiável, é necessário incluir um pesado protocolo de transmissão e correção de erros, o que faz com que a percentagem de bits "úteis" transmitidos seja relativamente baixa.

Além da perda causada pelo protocolo de controle (que se enquadra na camada 2 do modelo OSI), temos mais uma pequena perda causada pelo protocolo TCP/IP (camadas 3 e 4), sem falar do overhead introduzido pelos aplicativos (camada 7). Juntando tudo isso, a velocidade real da rede wireless acaba sendo quase metade da taxa teórica, ou seja, para cada byte de dados úteis, a placa acaba precisando transmitir dois. Nas redes cabeadas também existe overhead, mas ele é proporcionalmente muito menor.

Conforme aumenta a distância, as placas lançam mão de outro artifício para manter a estabilidade do sinal: reduzem a taxa de transmissão, como alguém que passa a falar mais devagar quando a ligação telefônica está ruim. No caso das redes 802.11g, a taxa cai, sucessivamente, de 54 megabits para 48, 36, 24, 18, 12, 11, 9, 6, 5.5, 2 ou 1 megabit, até que o sinal finalmente se perde completamente. Com a rede operando a 11 megabits (a mesma taxa de transmissão das redes 802.11b), por exemplo, a taxa de transferência real fica abaixo dos 750 KB/s.

Na maioria dos pontos de acesso, é possível definir uma taxa fixa de transmissão (no lugar do valor "Auto", que é o default), o que permite que a taxa seja ajustada conforme necessário. Com isso, você pode forçar a rede a operar sempre a 54 megabits, por exemplo, sem permitir que os clientes chaveiem para as taxas mais lentas. Entretanto, fazendo isso você vai perceber que o alcance da rede será drasticamente reduzido.

No outro extremo, em situações onde o sinal é ruim devido à distância ou a fontes diversas de interferência, reduzir voluntariamente a taxa de transmissão pode tornar a rede mais estável, evitando que os clientes percam tempo tentando chavear para os modos mais rápidos.

Outro problema é que, como citei anteriormente, a taxa de transmissão é compartilhada entre todos os micros, diferente de uma rede cabeada baseada em um switch, onde várias transmissões podem ocorrer simultaneamente, cada uma na velocidade máxima permitida pela rede. Isso ocorre devido ao compartilhamento da mídia de transmissão (o ar), que é compartilhado por todas as estações, similar ao que temos em uma rede 10BASE-2 antiga, com cabos coaxiais.

Nas redes 802.11b e 802.11g estão disponíveis 11 canais de transmissão (originalmente são 14, mas três deles não podem ser usados devido à questão da legislação), que englobam as freqüências de 2.412 GHz (canal 1) a 2.462 GHz (canal 11), com intervalos de apenas 5 MHz entre eles.

Como os canais utilizam uma banda total de 22 MHz (em muitas citações, o valor é arredondado para 20 MHz), as freqüências acabam sendo compartilhadas, fazendo com que redes operando em canais próximos interfiram entre si. O canal 6, cuja freqüência nominal é 2.437 GHz, opera na verdade entre 2.426 e 2.448 GHz, invadindo as freqüências dos canais 2 até o 10. Veja só:

Canal	Freqüência nominal	Freqüência prática
1	2.412 GHz	2.401 a 2.423 GHz
2	2.417 GHz	2.405 a 2.428 GHz
3	2.422 GHz	2.411 a 2.433 GHz
4	2.427 GHz	2.416 a 2.438 GHz
5	2.432 GHz	2.421 a 2.443 GHz
6	2.437 GHz	2.426 a 2.448 GHz
7	2.442 GHz	2.431 a 2.453 GHz
8	2.447 GHz	2.436 a 2.458 GHz
9	2.452 GHz	2.441 a 2.463 GHz
10	2.457 GHz	2.446 a 2.468 GHz
11	2.462 GHz	2.451 a 2.473 GHz

Como pode ver na tabela, os canais 1, 6 e 11 são os únicos que podem ser utilizados simultaneamente sem que exista nenhuma interferência considerável entre as redes (em inglês, os três são chamados de "non-overlapping channels" ou seja, canais que não se sobrepõem). Ao configurar uma rede com três pontos de acesso, você obteria (presumindo que não existissem outras redes próximas) um melhor desempenho configurando cada um deles para usar um dos três canais, em vez de usar canais próximos, como 3, 5 e 7, por exemplo.

Em situações onde é necessário usar 4 canais simultaneamente, a melhor opção é usar os canais 1, 4, 8 e 11. Neste caso você se sujeita a uma certa dose de interferência, mas ela é muito menor do que ao escolher canais mais próximos.

Como você deve ter imaginado quando disse "nenhuma interferência considerável" a dois parágrafos atrás, existe sim uma certa interferência entre os canais, mesmo ao utilizar os canais 1, 6 e 11. Como você pode ver no gráfico abaixo (gerado através de analisador de espectro), fornecido pela Atheros, a potência do sinal cai rapidamente ao sair da faixa de 22 MHz usada, mas não desaparece completamente, invadindo a faixa dos demais canais. O gráfico mostra placas com chipsets da Broadcom (a idéia do gráfico da Atheros parece ser justamente atacar a concorrente), mas teríamos gráficos muito similares usando placas de outros fabricantes.

Gráfico que mostra o "vazamento" do sinal wireless, que invade os
outros canais do espectro, gerando interferência

Apesar disso, a interferência não é considerável, pois existe uma diferença de cerca de 30 dB entre a potência do sinal dentro da faixa de freqüência e a parcela que vaza para as freqüências próximas. Se fosse uma percentagem, "30" seria uma diferença relativamente pequena, mas como estamos falando em decibéis, temos na verdade uma proporção de 1 para 1000.

Note que quando falo em "interferir", não significa que as redes param de funcionar, mas sim que a taxa de transmissão é reduzida. Se temos duas redes próximas, operando no mesmo canal, ambas com clientes transmitindo simultaneamente teremos, na melhor das hipóteses, a taxa de transmissão dividida pela metade (1.7 MB/s ou menos para cada rede), sem contar os pacotes corrompidos ou perdidos, que precisam ser retransmitidos. Devido a isso a taxa efetiva de transferência acaba sendo dividida não apenas entre os clientes da sua própria rede, mas também de redes próximas, o que acaba se tornando um problema em áreas densamente povoadas.

No Brasil é permitido também o uso dos canais 12 (2.467 GHz) e 13 (2.472 GHz), assim como na maior parte dos países da Europa. Entretanto, a maioria dos equipamentos que chegam ao nosso mercado operam dentro dos 11 canais permitidos nos EUA, que é, afinal o principal mercado consumidor. Em alguns casos é possível "destravar" o uso dos canais adicionais através de uma opção na configuração, ou através de um upgrade de firmware, mas nem sempre, de forma que acaba sendo mais fácil se conformar em utilizar um dos 11 canais do que ter que se preocupar em usar apenas equipamentos que permitam o uso dos canais adicionais.

 Bem pessoal, por hoje é só. Até mais.

Fonte: Hardware.com