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Redes Sem Fio Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Me. Mauricio Gagliardi Diniz Paiva Revisão Textual: Prof.ª Dr.ª Selma Aparecida Cesarin Introdução às Redes Sem Fio • Introdução; • Histórico das Redes Sem Fio; • Vantagens e Desvantagens das Redes Sem Fio; • Tipos de Redes Sem Fio; • Características das Redes Sem Fio; • Anexo I. • Defi nir o que são Redes sem fi o; • Apresentar um breve histórico da evolução das Redes sem fi o; • Discutir as vantagens e as desvantagens das Redes sem fi o; • Caracterizar as Redes sem fi o, em função de sua abrangência geográfi ca; • Discutir as principais características das Redes sem fi o. OBJETIVO DE APRENDIZADO Introdução às Redes Sem Fio Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Introdução às Redes Sem Fio Introdução Redes sem fio são Redes nas quais os equipamentos se comunicam sem neces- sidade de utilizar cabos. Numa Rede sem fio, os Dados são transmitidos através de sinais eletromagnéti- cos que viajam através do meio físico ar, sem necessidade de serem guiados, exata- mente ao contrário do que ocorre nas Redes nas quais se utiliza um cabo metálico ou uma fibra ótica em que os sinais são guiados através do próprio meio físico. Nessas Redes, também conhecidas como Redes wireless, os equipamentos en- viam e recebem sinais eletromagnéticos, através do meio físico ar, utilizando frequ- ências licenciadas ou não. Frequências licenciadas são frequências que são reguladas pelos órgãos regulado- res. Frequências não licenciadas não precisam de autorização para serem utilizadas. No Brasil, o órgão responsável por efetuar o controle do espectro de frequência é a ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações). A definição de que frequên- cia utilizar é uma escolha feita em função da Tecnologia que será empregada e da área de cobertura da Rede. As Redes sem fio nem sempre são completamente sem fio. Na maioria das vezes, elas se conectam aos tradicionais tipos de Redes que já são cabeadas, cons- tituindo-se, assim, uma extensão dessas Redes. Uma Rede sem fio é muito mais do que uma Rede cabeada. Sabe por quê? Por que ela é sem fio. Além de prover conectividade de Rede, ela também fornece mobilida- de e redução de custo quando comparada aos tipos tradicionais de Redes cabeadas, porque sua instalação é rápida e simples. Ex pl or Histórico das Redes Sem Fio Importante! “O telégrafo é um tipo de gato, muito, muito longo. Você puxa o rabo dele em Nova Iorque e a cabeça mia em Los Angeles. Você entende isso? O rádio funciona exatamente da mesma forma: você envia os sinais aqui, eles os recebem lá. A única diferença é que não existe o gato”. Sabe a quem foi atribuída esta suposta frase? Ao gênio da Ciência Albert Einstein! Você Sabia? Sim, a ele mesmo! Porém, não existem evidências significativas de que ele tenha escrito ou falado isto. 8 9 De qualquer forma, a primeira transmissão, via rádio, através do Atlântico, ocorreu em 12 de dezembro de 1901, entre uma estação de rádio situada num penhasco em Poldhu, na região da Cornuália (Inglaterra) e New foundland, na costa do Canadá. Gluglielmo Marconi, que estava situado na região de New foundland, na costa do Canadá, solicitou a um operador de rádio, na região da Cornuália (Inglaterra), que lhe enviasse um sinal de rádio, entre meio-dia e 15h do horário local. Utilizando uma pipa, com uma antena amarrada na ponta (conforme ilustrado na Figura 1), Marconi e seu assistente ouviram três sinais fracos de Código Morse representando a letra “S”. Essa foi a primeira de transmissão via rádio através do Atlântico. Figura 1 – New foundland (Canadá), onde Marconi captou o sinal enviadovia rádio da Cornuália (Inglaterra) Fonte: Wikimedia Commons Como resultado, o inventor italiano Guglielmo Marconi recebeu o título de pai da transmissão radiofônica; título contestado até os dias de hoje. Em termos gerais, Marconi é considerado o responsável pela construção da primeira estação de rádio no mundo e também pela comercialização do primeiro equipamento de Telegrafia sem fio. A Figura 2 ilustra Engenheiros do Correio Britânico posando com um Equipa- mento de Telegrafia de Marconi. Figura 2 – Engenheiros do Correio Britânico com um equipamento de Telegrafi a de Marconi Fonte: Cardiff Council Flat Holm Project 9 UNIDADE Introdução às Redes Sem Fio Todos os Meios de Telecomunicações modernos, assim como o rádio, a televi- são, os telefones celulares e os satélites remontam ao marco das telecomunicações realizado por Marconi. Mas as Redes Locais sem fio (também conhecidas como Redes wireless), só sur- giram mesmo a partir de 1971, com o projeto ALOHANET da Universidade do Havaí, que implementou a primeira Rede local sem fio, sem considerar as dimensões envolvidas. Essa Rede conectava quatro computadores locais (sendo, um em cada ilha) e um quinto, na ilha de Ohau (central), utilizando comunicação via satélite. As primeiras Redes locais sem fio ganharam notoriedade no início dos anos 1990, quando os processadores se tornaram cada vez mais rápidos. Essas Redes eram patenteadas e incompatíveis, e por isso, na metade da déca- da de 1990, as atenções se voltaram para o novo padrão estabelecido pelo IEEE (Institute of Eletrical and Eletronic Engineers): o IEEE 802.11. Esse padrão será visto com maiores detalhes na próxima Unidade. Vantagens e Desvantagens das Redes Sem Fio As Redes sem fio, assim como qualquer outro tipo de Rede, têm vantagens e desvantagens, que você verá a seguir. Vantagens Uma Rede sem fio possui diversas vantagens sobre uma Rede a cabo, dentre as quais, podemos destacar: • Mobilidade: Foco principal das Redes sem fio. Permite a um usuário que se conecte, qualquer que seja o local em que se encontre, desde que esteja sob a área de cobertura dessa Rede; • Portabilidade: Refere-se à facilidade de transporte dos equipamentos que utilizam esse tipo de tecnologia, tais como laptops, notebooks, PDAs etc. O desenvolvimento das comunicações tem proporcionado um grande avanço nesta área, visto que os equipamentos que utilizam esse tipo de tecnologia têm dimensões cada vez mais reduzidas e maior capacidade de processamento; • Facilidade de instalaçãoe desinstalação: As Redes sem fio não precisam de obras civis. Nem mesmo da passagem de cabos pelo interior de dutos, calhas ou caixas de passagem. A montagem e a desmontagem dessas Redes é feita de forma muito rápida; o que permite o estabelecimento de Redes temporárias para atender diversos tipos de objetivos, tais como convenções, seminários etc.; 10 11 • Baixos custos de instalação: Intimamente relacionado ao quesito facilidade de instalação, visto que dispensa a necessidade de obras civis, o que muitas vezes interrompe as atividades dos usuários no local. Isso permite melhor apli- cação dos recursos financeiros em equipamentos que darão acesso à Rede, bem como melhor planejamento da Rede. Outro fator que contribui bastante para redução de custos é o contínuo desen- volvimento das Tecnologias das Redes sem fio, o que reduz o preço dos equipa- mentos e traz para o Mercado soluções de acesso cada vez mais rápidas, eficientes e seguras; • Escalabilidade: Ao contrário das Redes cabeadas, nas quais existe a neces- sidade de habilitar um ponto de Rede e passar um cabo adicional para inserir um computador à Rede, nas Redes sem fio, a adição e a remoção de compu- tadores é feita de maneira, fácil, rápida, simples e segura. Desvantagens Com relação às desvantagens associadas às Redes sem fio, a que mais é discutida pelo Setor é a questão de segurança, visto que, nessas Redes, os sinais trafegam por meios não guiados, em que a energia utilizada para realizar as transmissões não segue por um caminho pré-determinado, assim como acontece nas Redes cabeadas. Dessa forma, as Redes sem fio são enquadradas como meios não confinados. Exatamente ao contrário do que ocorre nas Redes cabeadas, nas quais os sinais elétricos são conduzidos por meios de cabos que confinam a energia desde a sua origem até o seu destino final. Numa Rede sem fio, não é possível limitar a área de cobertura de seu sinal. Des- sa forma, fica fácil para um usuário mal-intencionado agir, bastando, para isso, ter acesso à área de cobertura dessa Rede. Já nas Redes cabeadas, o invasor precisa estar conectado fisicamente a elas. Si- tuações como essas levaram ao desenvolvimento de várias técnicas que pudessem garantir a segurança nas Redes sem fio. Tipos de Redes Sem Fio As Redes sem fio possuem vários formatos, abrangem distâncias geográficas que variam desde alguns metros até alguns quilômetros de extensão e fornecem largura de banda variável. De acordo com sua abrangência geográfica, na qual sinal e serviço estão dispo- níveis, as Redes sem fio podem ser classificadas em quatro tipos de Redes, apre- sentadas a seguir. 11 UNIDADE Introdução às Redes Sem Fio WPAN (Wireless Personal-Area Network) Rede de Área Pessoal Sem Fio que, como o próprio nome sugere, trata-se de uma Rede sem fio, com alcance muito curto, geralmente, de 7 a 10 metros de extensão. As WPANs são baseadas no padrão IEEE 802.15, que inclui tecnologias como o Bluetooth e o ZigBee, embora esse último, possa ter um alcance ainda maior. Seu principal objetivo é fornecer comunicação entre dois ou mais dispositivos de Rede, dentro de uma área geograficamente restrita, geralmente residencial. Utiliza frequências ISM, não licenciadas, incluindo a banda de 2,4 GHz. WLAN (Wireless Local-Area Network) Rede de Área Local Sem Fio que conecta vários dispositivos de Rede, utilizando o padrão IEEE 802.11, com uso de frequências não licenciadas, na faixa de 2,4 e 5 GHz e abrangência em torno de 100 metros. Com o objetivo de garantir a interoperabilidade entre os diversos tipos de equi- pamentos e fabricantes que atuam nessas faixas de frequência e abrangência, foi criado um consórcio chamado Aliança Wi-Fi que avalia, certifica e concede o selo de certificação Wi-Fi® para equipamentos que aderem ao padrão IEEE 802.11. No Brasil, a Agência Nacional de Telecomunicações – ANATEL é a responsável pela Certificação dos equipamentos sem fio. Sua certificação garante a aquisição e uso de equipamentos e produtos de tele- comunicações que respeitam os padrões mínimos exigidos de qualidade e seguran- ça, além das funcionalidades técnicas que são regulamentadas pela Agência. Os equipamentos e produtos certificados pela ANATEL possuem o Selo de Cer- tificação ilustrado na Figura 6. Figura 3 – Selo de certificação ANATEL Fonte: anatel.gov.br WMAN (Wireless Metropolitan-Area Network) A Rede de Área Metropolitana Sem Fio abrange uma grande área geográfica, como, por exemplo, a parte de uma cidade ou o todo, e utiliza frequências licenciadas. O exemplo mais comum é o WiMax, que se baseia no padrão IEEE 802.16. 12 13 WWAN (Wireless Wide-Area Network) Rede de Longa Distância Sem Fio, abrange uma grande área geográfica (regio- nal, nacional e até mesmo global), como, por exemplo, o serviço de Transmissão de Dados, que é oferecido pelas grandes operadoras de telecomunicações por meio de frequências licenciadas. A Figura 7 ilustra os principais tipos de Redes sem fio e seus escopos. Figura 4 – Tipos de Redes sem fi o e escopos Características das Redes Sem Fio A seguir, estão enumeradas as principais características de uma Rede sem fio. Taxa de Transferência A taxa de transferência, também conhecida como velocidade de transmissão, expressa a velocidade com a qual um dispositivo de Rede transmite seus Dados através da Rede. Em uma Rede sem fio, a taxa de transmissão varia de acordo com a qualidade da comunicação que é estabelecida entre os dispositivos de Rede. A presença de obstáculos, interferências geradas por outros equipamentos e distâncias maiores reduz a qualidade da comunicação que é estabelecida entre esses dispositivos. A au- sência, possibilita maior velocidade de transmissão. Alcance Distância máxima com que um equipamento é capaz de trocar informações com uma Rede sem fio. Também conhecido como área de cobertura do sinal. Em ambientes abertos e sem obstáculos, o alcance é maior. Em ambientes fechados, com paredes, portas e até mesmo pessoas entre os equipamentos, o alcance pode ficar em torno de 50 metros. 13 UNIDADE Introdução às Redes Sem Fio Frequência de Operação Taxa com que uma onda eletromagnética se desloca no espaço, medida em Hertz. Enquanto as estações de rádio e TV necessitam de autorização para uso de frequências para realizarem suas transmissões, as Redes Wi-Fi utilizam frequências não licenciadas, que não requerem autorização, geralmente, frequências de 2,4 ou 5 GHz. Por não precisarem de autorização, essas frequências também são utiliza- das por outros tipos de dispositivos, tais como fornos de micro-ondas, telefones sem fio, babás eletrônicas e dispositivos Bluetooth. A maioria desses dispositivos opera a 2,4 GHz e, por causa disso, são eles os que mais geram interferência, prejudicando a qualidade da comunicação e a efici- ência de uma Rede sem fio. Por outro lado, dispositivos que operam a 5 GHz são os que menos interferem nas Redes sem fio, pois são menos populares. A interferência dificulta a comunicação entre dispositivos de uma Rede sem fio. Quando o sinal desejado é recebido juntamente com o sinal interferente, o dispositivo sem fio não é capaz de identificar qual foi o sinal que foi transmitido, ocasionando a perda da mensagem. Canais de Operação A troca de informação entre dispositivos de uma Rede sem fio é feita por meio de um canal de comunicação. Para se comunicarem, dispositivos que estão na mes- ma Rede sem fio devem sintonizar o mesmo canal para troca de informações, de forma análoga ao que acontece quando se sintoniza uma rádio AM ou FM. No Brasil, a faixa de frequência de 2,4 GHz está dividida em 11 canais, nume- rados de 1 a 11. Cada canal tem largura de 22 MHz e estão separados uns dos outros por apenas 5 MHz, conforme ilustra a Tabela 1. Tabela 1 – Canais de operação de uma Rede sem fio Canal Frequência (MHz) 1 2.412 2 2.417 3 2.422 4 2.427 5 2.432 6 2.437 7 2.442 8 2.447 9 2.452 10 2.457 11 2.462 Fonte: esr.rnp.br 14 15 A implicaçãoprática disso é que canais vizinhos interferem uns nos outros, com exceção dos canais 1, 6 e 11 que, por estarem suficientemente separados, não interferem entre si. Por isso são chamados de canais ortogonais, conforme é ilustrado na Figura 9. 2,412 2,437 2,462 Freq (GHz) Canais 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Figura 5 – Ca nais de operação de uma Rede sem fi o Wi-Fi A escolha apropriada do canal de operação em que deve operar o Access Point (AP) é uma prática recomendada para redução de interferências. Algumas pessoas confundem Wi-Fi com Internet gratuita. É puro engano! Wi-Fi signifi ca que o local em que você se encontra possui Internet sem fi o. Locais públicos, tais como restaurantes, hotéis e aeroportos, em que esse tipo de serviço está disponível, geralmente, é preciso adquirir algum bem ou serviço ou pagar al- guma taxa adicional para dele usufruir. A Figura 10 ilustra o tipo de logotipo que é utilizado para indicar que em um determinado local existe uma Rede Wi-Fi disponível. Figura 6 – Logotipo Wi-Fi Fonte: iStock/Getty Images 15 UNIDADE Introdução às Redes Sem Fio Anexo I Glossário • PDA (Personal Digital Assistant): também conhecido como Assistente Pessoal Digital. Trata-se de um computador portátil, de dimensões reduzidas, dotado de microprocessador e sistema informático elementar, utilizado para armazenar e organizar informação pessoal. Pode se conectar a outros com- putadores, Internet e Redes sem fio. Também conhecido como handsheld ou laptop. Esses equipamentos foram descontinuados, na sua maior parte, na década de 2010, em função da popularização dos smartphones e tablets que incorporaram, praticamente, todas as suas funcionalidades. A Figura 3 ilustra modelos de PDA, fabricados por um dos principais fabricantes do Setor, a Hewlet Packard, também conhecida, como HP. São eles, os modelos H4150, H4350 e H3970 (da esquerda para a direita); Modelos de PDA da Hewlet Packard: H4150, H4350 e H3970 (da esquerda para a direita), disponível em: https://goo.gl/rabzNTEx pl or • Smartphone: no idioma português, telefone inteligente. Tipo de celular que combina recursos pessoais com funcionalidades avançadas que podem ser es- tendidas por meio de programas executados pelo Sistema Operacional, co- nhecidos, simplesmente, por aplicações. A Figura 4 ilustra um modelo de smartphone, o Moto G6, da Motorola©; Figura 7 – Modelo de smartphone, o Moto G6, da Motorola© Fonte: Divulgação 16 17 • Tablet: computador portátil, de dimensões reduzidas, espessura fina e tela sensível à toque (touchscreen). Mais destinado a fins de entretenimento do que a atividades profissionais, é usado para leitura de livros, revistas e jornais, para visualizar fotos e vídeos, para reproduzir músicas, jogar, navegar pela Internet etc. A Figura 5 ilustra um modelo de tablet da DELL©, o Venue 8; Figura 8 – Modelo de tablet da DELL, o Venue 8 Fonte: Divulgação • IEEE (Institute of Eletrical and Eletronics Engineers): grupo de pesquisa constituído para criar padrões abertos, dentre eles, o que pudesse tornar a Tec- nologia sem fio uma realidade. Foi responsável pela criação do padrão IEEE 802.11, em 1990, que demorou anos para evoluir devido às baixas taxas de transferência que a Tecnologia oferecia inicialmente. À medida que as taxas de transferência aumentaram, essas Redes se tornaram viáveis e passaram a rece- ber cada vez mais investimentos, resultando nas Redes que temos atualmente; • Bluetooth (“dente azul”, em português): homenagem ao rei Viking Harald, que tinha como sobrenome Blatand, cujo significado era dente azul na Lin- guagem viking. Esse rei unificou a Dinamarca, Noruega e Suécia e esta Tec- nologia ganhou esse nome por integrar dispositivos de Rede. Essa tecnologia conecta dispositivos fixos ou móveis, através de Redes de curto alcance, com altas taxas de transmissão e alto nível de segurança; • Zig Bee: é um Protocolo de Rede sem fio, classificado como WPAN, padro- nizado pelo IEEE, em conjunto com a ZigBee Alliance. Seu principal objetivo é oferecer infraestrutura de Rede simples e de baixo consumo de energia para dispositivos que não precisam de altas taxas de transmissão, assim como as que são oferecidas pelo Bluetooth; • Frequências ISM (Industrial Sientific and Medical): faixas de frequência, reservadas internacionalmente, para o desenvolvimento industrial, científico e médico pelo FCC (Federal Communications Commission) que é um órgão regulador da área de telecomunicações e radiodifusão dos Estados Unidos, fundado em 1934, responsável por destinar parte do espectro de frequên- cia, para desenvolvimento livre, sem necessidade de licenciamento; porém, 17 UNIDADE Introdução às Redes Sem Fio limitando a potência de transmissão e as técnicas de modulação dentro dessas faixas. A Figura 8 ilustra as faixas de frequência ISM no Brasil; 90 0M Hz BW 26MHz 90 2M Hz 92 8M Hz 2,4GHz BW 83,5MHz 2, 4G Hz 2, 43 6G Hz 5GHz BW 100MHz BW 100MHz 5, 1G Hz 5, 33 GH z 5GHz BW 255MHz 5, 41 GH z 5, 72 5G Hz 5GHz BW 125MHz 5. 74 0G Hz 5. 85 6G Hz Figura 9 – Faixas de frequência ISM no Brasil • Rádio AM: rádio que consiste de 107 canais, operando entre 535 e 1705 kHz, em que cada canal tem largura de banda de 10 kHz, o que limita severamente a qualidade do sinal. Devido ao fato de os sinais serem trans- mitidos por meio de modulação em amplitude (na qual a amplitude da onda varia), suas transmissões passaram a ser conhecidas como rádio AM; do inglês Amplitude Modulation; • Rádio FM: rádio que opera a uma frequência muito mais elevada que o rá- dio AM, entre 88 e 108MHz, em que cada canal tem largura de banda de 200 kHz (20 vezes mais que um canal AM), o que proporciona excelente qualidade nas suas transmissões. Devido ao fato de os sinais serem transmi- tidos por meio de modulação em frequência (na qual a frequência da onda varia), suas transmissões passaram a ser conhecidas como rádio FM, do in- glês Frequency Modulation; • TV: abreviatura de Televisão; do inglês Television; • Wi-Fi: abreviação de Wireless Fidelity que, no idioma português, significa fidelidade sem fio, é uma Tecnologia de Comunicação de Rede que não faz uso de cabos. É conhecida também simplesmente como wireless. Nesse tipo de tecnologia, os Dados são transmitidos através de frequências de rádio, in- fravermelho etc; • Access Point (AP): ponto de acesso sem fio, também conhecido como Wireless Access Point (WAP), em inglês. Trata-se de um dispositivo de Rede, sem fio, que efetua conexão entre dispositivos móveis. Em geral, conecta-se à Rede cabeada, servindo de ponto de acesso a outros tipos de Rede, como, por exemplo, à Rede Internet. 18 19 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Vídeos The Sound of dial-up Internet https://youtu.be/gsNaR6FRuO0 TecMundo Explica: WiFi - qual a diferença entre 2,4 GHz e 5 GHz https://goo.gl/ePu8TQ Wireless network speed meter, WiFi signal strength booster software for Mac OS X https://youtu.be/GxUo4AD9tK4 19 UNIDADE Introdução às Redes Sem Fio Referências ALBARRAN, ALAN B. Management of Electronic and Digital Media. Bos- ton: Cengage Learning, 2013. BBC. Transmissão de rádio transatlântica faz 100 anos. 2001. Disponível em: <https://www.bbc.com/portuguese/ciencia/011212_marconibg.shtml>. Acesso em: 23 set. 2018. CISCO NETWORKING ACADEMY PROGRAM. Fundamentals of Wireless LANs Companion Guide. Indianápolis: Cisco Press, 2007. DELL©. Tablet Venue™ 8. 2017. 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