Tópico 13 · Camada de Enlace (sem fio)

Wi-Fi

Redes locais sem fio — a família de padrões IEEE 802.11

· Serviços de Redes

O que é o Wi-Fi

Wi-Fi é a tecnologia de rede local sem fio (WLAN) baseada nos padrões IEEE 802.11 — o "primo wireless" da Ethernet.

Atua na camada de enlace e na física, usando ondas de rádio.
Reaproveita o endereçamento MAC e entrega quadros à camada de rede (IP).
"Wi-Fi" é uma marca da Wi-Fi Alliance; o protocolo é o 802.11.

O desafio do meio sem fio

O ar é um meio compartilhado, half-duplex e ruidoso: sujeito a interferência, atenuação e obstáculos. Isso exige mecanismos próprios de acesso e segurança, diferentes dos da Ethernet cabeada.

Gerações do 802.11

Padrão	Nome	Ano	Banda	Taxa máx.
802.11b	—	1999	2,4 GHz	11 Mbps
802.11a/g	—	1999/2003	5 / 2,4 GHz	54 Mbps
802.11n	Wi-Fi 4	2009	2,4 + 5 GHz	600 Mbps
802.11ac	Wi-Fi 5	2013	5 GHz	~3,5 Gbps
802.11ax	Wi-Fi 6 / 6E	2019/2021	2,4 + 5 + 6 GHz	~9,6 Gbps
802.11be	Wi-Fi 7	2024	2,4 + 5 + 6 GHz	~46 Gbps

As taxas são teóricas (PHY); na prática, dependem de distância, interferência, antenas e largura de canal.

Bandas de frequência

2,4 GHz

Maior alcance e melhor penetração em paredes, mas mais congestionada (Bluetooth, micro-ondas) e com poucos canais sem sobreposição.

5 GHz

Mais canais e maior velocidade, com menos interferência — porém menor alcance e mais sensível a obstáculos.

6 GHz (Wi-Fi 6E/7)

Espectro novo e amplo, com canais largos (até 160/320 MHz) e pouca disputa — ideal para alto desempenho.

Compromisso físico: frequências mais altas carregam mais dados, mas alcançam menos e penetram pior. Daí o roteador "dual/tri-band" oferecer várias faixas.

Canais e sobreposição (2,4 GHz)

Por isso redes vizinhas devem usar 1, 6 ou 11: qualquer outro canal interfere nos adjacentes.

Arquitetura: STA, AP, BSS e ESS

STA = estação · AP = ponto de acesso · BSS = um AP e suas estações · ESS = vários BSS interligados.

SSID, BSSID e modos

Termo	O que é
SSID	O nome da rede (ex.: "RedeWiFi").
BSSID	O MAC do AP que identifica aquele BSS.
STA	Qualquer dispositivo cliente (estação).
AP	O ponto de acesso que coordena o BSS.

Infraestrutura × Ad-hoc

No modo infraestrutura, as estações se comunicam através de um AP. No modo ad-hoc (IBSS), os dispositivos falam diretamente entre si, sem AP.

O quadro 802.11

Mais complexo que o da Ethernet — pode ter até quatro endereços MAC (origem, destino, AP transmissor e receptor), pois o quadro pode passar pelo AP.

Frame Control | Duration
Address 1 / 2 / 3 (/ 4)
Sequence Control
Frame Body (dados)
FCS (CRC-32)

Três tipos de quadro

Gerência: beacon, probe, autenticação, associação.
Controle: RTS, CTS, ACK.
Dados: transportam a carga útil (IP).

Acesso ao meio: CSMA/CA e o nó oculto

No rádio, a estação não consegue detectar colisões enquanto transmite. Por isso usa-se CSMA/CA (Collision Avoidance): escuta, espera um tempo + backoff aleatório, transmite e aguarda um ACK. Sem ACK = perda → retransmite.

Problema do nó oculto: A e C não se ouvem, mas ambos alcançam o AP — e colidem nele. A solução é o handshake RTS/CTS.

Como um dispositivo se conecta

1. Varredura

Passiva: ouve os beacons que o AP emite periodicamente. Ativa: envia probe requests e aguarda respostas.

2. Autenticação

Verificação de identidade/credenciais (sistema aberto ou, no WPA3, via SAE).

3. Associação

A estação se associa ao AP, que passa a encaminhar seus quadros. Só então flui o tráfego de dados.

Roaming: num ESS, ao se mover, a estação reassocia-se a um AP de sinal melhor, mantendo o mesmo SSID — idealmente sem interromper a conexão.

Camada física: o que acelerou o Wi-Fi

OFDM e modulação

Os dados são espalhados por muitas subportadoras (OFDM). Modulações densas (QAM, até 1024/4096-QAM) empacotam mais bits por símbolo — exigindo bom sinal.

MIMO, MU-MIMO e OFDMA

MIMO usa várias antenas e fluxos espaciais simultâneos. MU-MIMO atende vários clientes ao mesmo tempo; o OFDMA (Wi-Fi 6) divide o canal para vários usuários em paralelo, ganhando eficiência em ambientes lotados.

Canais mais largos (40/80/160/320 MHz) também elevam a taxa — à custa de mais espectro ocupado.

Segurança: de WEP a WPA3

Padrão	Ano	Criptografia	Situação
WEP	1997	RC4 (chave estática)	Quebrado — não usar.
WPA	2003	TKIP	Paliativo, obsoleto.
WPA2	2004	AES-CCMP	Seguro (atenção ao KRACK, já corrigido).
WPA3	2018	AES + SAE	Atual — resiste a ataque de dicionário e dá forward secrecy.

Personal × Enterprise: o modo pessoal usa uma senha compartilhada (PSK/SAE); o corporativo usa 802.1X + RADIUS, com credenciais por usuário.

Por que importa: como o sinal se propaga pelo ar, qualquer um por perto pode capturá-lo. Sem cifragem forte, a rede é um canal aberto.

Wi-Fi × Ethernet

Aspecto	Wi-Fi (802.11)	Ethernet (802.3)
Meio	Ar (rádio), compartilhado	Cabo, dedicado por porta
Acesso ao meio	CSMA/CA + ACK	CSMA/CD (clássica) / comutado
Duplex	Half-duplex	Full-duplex (comutada)
Mobilidade	Alta	Nenhuma (preso ao cabo)
Interferência	Sensível	Baixa
Segurança	Exige cifragem (WPA2/3)	Acesso físico ao cabo

Complementares: na prática, o AP Wi-Fi conecta-se à infraestrutura Ethernet — o sem fio leva a mobilidade até onde o cabo não chega.

Síntese

Em resumo

O Wi-Fi (IEEE 802.11) leva a rede local ao meio sem fio, organizando estações em torno de APs (BSS/ESS). Como o rádio não detecta colisões, usa CSMA/CA com ACK e RTS/CTS contra o nó oculto. Evoluiu em velocidade com MIMO, OFDMA e novas bandas (até 6 GHz), e em segurança do quebrado WEP ao moderno WPA3. Complementa a Ethernet, trazendo mobilidade.

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