Aula 7 — Redes sem Fio (IEEE 802.11)

📡 O que é Wi-Fi e como Funciona o Acesso ao Meio

Wi-Fi é o nome comercial da Wi-Fi Alliance para tecnologias de rede local sem fio baseadas no padrão IEEE 802.11. O primeiro padrão foi publicado em 1997; desde então, várias revisões ampliaram velocidade, alcance e eficiência.

Como o ar é um meio compartilhado — todos os dispositivos próximos usam o mesmo espaço de rádio — o Wi-Fi utiliza CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), diferente do CSMA/CD do Ethernet cabeado. Em vez de detectar colisões (impossível no rádio), o Wi-Fi tenta evitá-las.

CSMA/CA — como o Wi-Fi evita colisões

  1. CARRIER SENSE — "Escutar antes de transmitir"
     O dispositivo verifica se o canal está livre.
     Se ocupado → espera até ficar livre.

  2. DIFS (Distributed Inter-Frame Space)
     Aguarda um tempo padrão de silêncio (DIFS) após o canal ficar livre.
     Isso garante que transmissões anteriores terminaram completamente.

  3. BACKOFF ALEATÓRIO
     Escolhe um tempo aleatório adicional antes de transmitir.
     Se o canal continuar livre durante esse tempo → transmite.
     Se outro dispositivo ocupar o canal durante o backoff → reinicia.

  4. ACK — Confirmação de recebimento
     O receptor envia um ACK após receber o quadro com sucesso.
     Se nenhum ACK chegar → retransmissão (possível colisão ou ruído).

  Opcional: RTS/CTS (Request to Send / Clear to Send)
     O emissor pede permissão (RTS), o AP responde (CTS) reservando o canal.
     Resolve o problema do "nó oculto" (dois dispositivos que não se enxergam).

CSMA/CD Ethernet cabeado Detecta colisões após acontecerem. Possível apenas em meio guiado onde o sinal vai e volta

CSMA/CA Wi-Fi (802.11) Evita colisões com backoff aleatório e ACKs. Necessário porque no rádio não é possível detectar colisão enquanto transmite

📶 Frequências e Canais

O Wi-Fi opera em faixas de frequência de rádio regulamentadas. Cada faixa tem características distintas de alcance, velocidade e susceptibilidade a interferências.

Banda de 2,4 GHz

A banda de 2,4 GHz divide-se em 13 canais no Brasil (11 nos EUA), cada um com 22 MHz de largura, mas espaçados apenas 5 MHz entre si. Isso cria sobrepostos severos: apenas os canais 1, 6 e 11 são não sobrepostos e podem coexistir sem interferência mútua.

Canais 2,4 GHz — sobreposição

  Canal:  1    2    3    4    5    6    7    8    9   10   11
  Freq:  2412 2417 2422 2427 2432 2437 2442 2447 2452 2457 2462 MHz

  Canal 1:  ████████████████████████
  Canal 6:              ████████████████████████
  Canal 11:                          ████████████████████████
                        ↑                  ↑
              Apenas 1, 6 e 11 não se sobrepõem

  Interferentes: micro-ondas, Bluetooth, babás eletrônicas, telefones
  sem fio — todos operam em 2,4 GHz.

Banda de 5 GHz

A banda de 5 GHz oferece muito mais canais não sobrepostos (até 24 canais de 20 MHz no Brasil), largura de banda maior e muito menos interferência. A contrapartida: o sinal atenua mais rapidamente com a distância e penetra menos paredes e obstáculos.

Banda de 6 GHz (Wi-Fi 6E e Wi-Fi 7)

Introduzida pelo Wi-Fi 6E (802.11ax extendido), a banda de 6 GHz oferece 1200 MHz de espectro completamente novo, com até 59 canais de 20 MHz. Praticamente sem interferência, pois o espectro ainda é pouco utilizado. Alcance ainda menor que 5 GHz; ideal para ambientes densos de curta distância.

2,4 GHz Maior alcance Penetra melhor paredes. Apenas 3 canais úteis. Alta interferência em ambientes urbanos

5 GHz Mais canais, mais velocidade Menos congestionado, mais rápido. Menor alcance e penetração em obstáculos

6 GHz Alta capacidade Espectro limpo, canais largos de 80/160 MHz. Alcance curto, equipamentos mais novos e caros

📊 Evolução dos Padrões IEEE 802.11

Padrão	Nome Wi-Fi	Ano	Frequência	Veloc. máx. teórica	Tecnologia chave
802.11b	—	1999	2,4 GHz	11 Mbps	DSSS; primeiro padrão popular
802.11a	—	1999	5 GHz	54 Mbps	OFDM; incompatível com 802.11b
802.11g	—	2003	2,4 GHz	54 Mbps	OFDM em 2,4 GHz; compatível com 11b
802.11n	Wi-Fi 4	2009	2,4 e 5 GHz	600 Mbps	MIMO (múltiplas antenas), canal de 40 MHz
802.11ac	Wi-Fi 5	2013	5 GHz	3,5 Gbps	MU-MIMO, canal até 160 MHz, 256-QAM
802.11ax	Wi-Fi 6/6E	2019/2021	2,4 / 5 / 6 GHz	9,6 Gbps	OFDMA, BSS Color, TWT — foco em ambientes densos
802.11be	Wi-Fi 7	2024	2,4 / 5 / 6 GHz	46 Gbps	Multi-Link Operation (MLO), canal de 320 MHz

⚠️ Velocidades teóricas vs. reais: as velocidades acima são valores de pico em condições ideais. Na prática, espere 40–60% do valor máximo, considerando distância, obstáculos, interferência, número de clientes e sobrecarga dos protocolos.

✅ Wi-Fi 6 e ambientes densos: o grande avanço do 802.11ax não é a velocidade máxima, mas a eficiência em ambientes com muitos clientes simultâneos. O OFDMA divide o canal em subportadoras atribuídas a diferentes dispositivos ao mesmo tempo — como lanes numa pista de corrida.

🗺️ Modos de Operação

Modo Infraestrutura (BSS e ESS)

É o modo mais comum: os dispositivos se conectam a um Access Point (AP), que faz a ponte entre a rede sem fio e a rede cabeada.

Topologia em modo infraestrutura

  BSS — Basic Service Set (uma célula, um AP)
  ┌──────────────────────────────────────┐
  │         AP (Access Point)            │
  │    SSID: "MinhaRede" / BSSID: MAC AP │
  │        ↗    ↑    ↖                  │
  │    PC   Tablet  Celular              │
  └──────────────────────────────────────┘

  ESS — Extended Service Set (vários APs, mesmo SSID)
  ┌─────────────┐      ┌─────────────┐
  │   AP-1      │      │   AP-2      │
  │SSID: Escola │─LAN─ │SSID: Escola │
  │Canal: 1     │      │Canal: 6     │
  └─────────────┘      └─────────────┘
       ↑                    ↑
  Roaming: cliente muda de AP automaticamente
  ao se afastar, sem perder a conexão.

SSID Nome da rede Service Set Identifier — o nome que aparece na lista de redes Wi-Fi (até 32 caracteres)

BSSID MAC do AP Basic Service Set Identifier — o endereço MAC do access point. Identifica univocamente cada AP

Roaming Troca de AP Cliente se move e associa ao AP com sinal mais forte, mantendo a sessão de rede ativa

Canal APs vizinhos: canais diferentes APs próximos devem usar canais não sobrepostos (1, 6, 11 em 2,4 GHz) para não interferir

Modo Ad-hoc (IBSS)

Dispositivos se comunicam diretamente entre si, sem AP. Cada par é um IBSS (Independent Basic Service Set). É usado em transferências ponto a ponto, mas raro em redes modernas (substituído por Wi-Fi Direct e Bluetooth).

Monitor e Mesh

O modo monitor captura todos os quadros 802.11 do ar, sem associar-se a nenhuma rede — usado por ferramentas de análise (Wireshark, Aircrack-ng). O modo mesh (802.11s) conecta APs entre si pelo rádio, criando redes de malha sem cabos de backbone.

🔒 Segurança Wi-Fi

Como o sinal de rádio se propaga pelo ar em todas as direções, qualquer pessoa nas proximidades pode capturar os quadros Wi-Fi. A criptografia é essencial.

Protocolo	Ano	Criptografia	Status	Problema principal
WEP	1997	RC4 (40/104 bits)	Quebrado	IV de 24 bits reutilizado; quebrado em minutos com Aircrack-ng
WPA	2003	TKIP (RC4 melhorado)	Obsoleto	TKIP vulnerável; criado como patch de emergência para hardware WEP
WPA2	2004	AES-CCMP (128 bits)	Padrão atual	KRACK (2017) em implementações específicas; sensível a senhas fracas
WPA3	2018	AES-GCMP (192 bits) + SAE	Recomendado	Equipamentos ainda em adoção; retrocompatível com WPA2 no modo de transição

WPA2/WPA3 — Personal vs. Enterprise

Personal (PSK) Uma senha para todos Pre-Shared Key: todos usam a mesma senha. Fácil de configurar; se a senha vaza, toda a rede fica exposta. Ideal para doméstico e pequenas empresas

Enterprise (802.1X) Cada usuário tem credenciais únicas Autenticação via servidor RADIUS (EAP). Cada usuário tem login e senha próprios. Se um vaza, só aquele acesso é afetado. Obrigatório em ambientes corporativos

Boas práticas de segurança Wi-Fi

  ✓ Use WPA3 (ou WPA2-AES no mínimo). NUNCA WEP ou WPA-TKIP.
  ✓ Senha forte: mínimo 12 caracteres, letras, números e símbolos.
  ✓ Mude o SSID padrão do roteador (não use "TP-Link_XXXX").
  ✓ Desabilite o WPS (Wi-Fi Protected Setup) — vulnerável a ataques.
  ✓ Separe redes: IoT e visitantes em VLANs/SSIDs isolados.
  ✓ Atualize o firmware do AP regularmente.
  ✓ Em ambientes corporativos: use WPA3-Enterprise com RADIUS.
  ✓ Monitore dispositivos conectados periodicamente.

📍 Planejamento de Cobertura Wi-Fi

Projetar uma rede Wi-Fi vai além de instalar um AP e ligar. É preciso garantir cobertura, capacidade e qualidade de sinal em todos os pontos de uso.

Fatores que Atenuam o Sinal

Atenuação por tipo de obstáculo (valores aproximados)

  Obstáculo              Atenuação (2,4 GHz)   Atenuação (5 GHz)
  ─────────────────────────────────────────────────────────────
  Espaço aberto (ar)     ~ 0 dB                ~ 0 dB
  Parede de drywall      3 – 5 dB              5 – 8 dB
  Parede de tijolo        8 – 15 dB            15 – 30 dB
  Parede de concreto      15 – 20 dB           20 – 40 dB
  Piso/laje de concreto   20 – 30 dB           30 – 50 dB
  Vidro comum             2 – 3 dB             3 – 5 dB
  Vidro metalizado        10 – 15 dB           15 – 25 dB
  Porta de aço            15 – 25 dB           20 – 40 dB

Sobreposição de Células e Roaming

Em ambientes com múltiplos APs (ESS), é preciso planejar a sobreposicão de células: APs adjacentes devem cobrir entre 15% a 20% das áreas uns dos outros para permitir roaming suave. Sobreposicão excessiva gera interferência co-canal se estiverem no mesmo canal.

Site Survey Medição de campo Antes de instalar, medir o sinal no ambiente com ferramentas como Ekahau, NetSpot ou aplicativos de celular

RSSI Força do sinal Received Signal Strength Indicator em dBm. Ideal: acima de −65 dBm. Abaixo de −80 dBm: inutilizável

Interferência co-canal Mesmo canal, APs próximos APs próximos no mesmo canal competem pelo mesmo meio, degradando a performance de todos

Controladora Wi-Fi Gerência centralizada Em redes com muitos APs, uma controladora (física ou em nuvem) gerencia canais, potência e roaming automaticamente

✅ Regra prática: use 2,4 GHz para dispositivos IoT e de longa distância; 5 GHz para laptops, smartphones e streaming de vídeo; 6 GHz (Wi-Fi 6E+) para ambientes de alta densidade como auditórios e escolas com muitos dispositivos simultâneos.

📝 Atividade Prática

Analisar redes Wi-Fi, avaliar segurança e planejar cobertura para ambientes reais.

1

Auditar redes Wi-Fi do entorno

Usando o celular ou notebook, liste todas as redes Wi-Fi visíveis na sala de aula. Para cada uma registre: SSID, intensidade do sinal (dBm se possível), frequência (2,4 ou 5 GHz), canal e protocolo de segurança. (a) Quantas redes usam WPA2 vs. WPA3 vs. sem senha? (b) Quais canais estão mais congestionados? (c) Há redes com SSID padrão de fábrica (ex: TP-Link, DIRECT-)? O que isso indica?

2

Avaliar a segurança de uma configuração Wi-Fi

Um pequeno comércio usa a seguinte configuração: roteador doméstico, SSID “TP-Link_A4B2”, senha “12345678”, WPA2-Personal, WPS ativado, mesma rede para clientes e computadores do caixa. (a) Liste ao menos 5 problemas de segurança nessa configuração; (b) proponha uma configuração melhorada para o mesmo orçamento; (c) justifique cada mudança proposta.

3

Escolher padrão Wi-Fi para cada cenário

Para cada situação, indique o padrão 802.11 mais adequado e justifique: (a) atualizar roteador doméstico antigo com orçamento limitado; (b) instalar Wi-Fi num auditório com 300 pessoas simultâneas; (c) interligar dois prédios a 50 metros sem cabo; (d) rede de monitoramento IoT industrial com sensores de baixo consumo; (e) home office com vídeoconferência 4K e gaming online.

4

Calcular cobertura e posicionamento de APs

Uma escola tem um corredor de 80 m de comprimento com salas dos dois lados e paredes de tijolo. (a) Quantos APs serão necessários para cobrir o corredor em 2,4 GHz? E em 5 GHz? (b) Quais canais atribuir a cada AP para evitar interferência? (c) Onde posicionar físicamente os APs (teto, parede, altura)? Esboce um diagrama simplificado.

5

👥 Trabalho em grupo — Projeto de rede Wi-Fi para a escola

(Aprendizagem Baseada em Projetos — grupos de 3–4 alunos) Cada grupo projeta a rede Wi-Fi para um setor da própria escola (laboratório de informática, biblioteca, quadra coberta, secretaria). O grupo deve: (a) realizar um “site survey” informal medindo sinal em vários pontos do setor com o celular; (b) definir número e posicionamento de APs; (c) escolher padrão, frequência e canais; (d) definir configuração de segurança. Apresentação com diagrama desenhado à mão ou digital. Debatam: qual setor tem pior cobertura atualmente? O que causa isso?

6

🧩 Computação desplugada — Simulação de canal Wi-Fi e interferência

(Metodologia ativa — sem computador) Divida a turma em grupos representando APs. Cada grupo recebe um cartão com um canal (1, 6 ou 11 em 2,4 GHz). Quando dois grupos “próximos” (sentados lado a lado) tentam transmitir ao mesmo tempo no mesmo canal, ambos devem parar e aguardar (simulação de interferência). Refazer o exercício atribuindo canais corretamente. Em seguida, trocar para 5 GHz: agora cada grupo tem um canal diferente e pode transmitir sem conflito. Reflit am: por que ambientes com muitos vizinhos Wi-Fi são mais lentos? O que a banda de 6 GHz resolve? Alunos com deficiência auditiva podem usar cartões coloridos no lugar de sons.

📌 Para refletir: Wi-Fi parece “mágica” para o usuário final, mas é uma das tecnologias mais complexas de projetar corretamente. Um AP mal posicionado, no canal errado ou com segurança fraca pode comprometer centenas de dispositivos. Profissionais de redes sem fio são altamente valorizados justamente porque essa “invisibilidade” do sinal exige conhecimento aprofundado para ser gerenciada.

❓ Verifique seu Conhecimento

Na banda de 2,4 GHz, quais são os únicos três canais que não se sobrepõem e podem coexistir sem causar interferência entre si?

ACanais 1, 5 e 9

BCanais 1, 6 e 11

CCanais 2, 7 e 12

DCanais 3, 6 e 9

✓ Os canais 1, 6 e 11 estão espaçados 25 MHz entre si — suficiente para que as bandas de 22 MHz de cada canal não se sobreponham. Qualquer outra combinação gera sobreposicão espectral e interferência co-canal, degradando a performance de todos os APs próximos.

Qual é o principal motivo pelo qual o WEP não deve ser usado em nenhuma circunstância hoje?

AO WEP não cifra os dados, apenas comprime o tráfego

BO WEP é compatível apenas com dispositivos fabricados antes de 2000

CO vetor de inicialização (IV) de 24 bits é muito curto e se repete, permitindo quebrar a chave em minutos com ferramentas acessíveis

DO WEP usa criptografia assímétrica que é lenta demais para redes modernas

✓ O WEP usa o algoritmo RC4 com um IV de apenas 24 bits. Em redes movimentadas, o IV se repete rapidamente (colisão de IV), e ferramentas como Aircrack-ng exploram essa fraqueza para recuperar a chave RC4 em menos de um minuto capturando alguns milhares de pacotes.

Uma empresa quer que cada funcionário acesse o Wi-Fi com seu próprio usuário e senha corporativos, sem compartilhar uma senha única. Qual configuração Wi-Fi atende esse requisito?

AWPA2-Personal com senha complexa de 20 caracteres

BWEP com filtro de endereços MAC

CWPA3-Personal com SAE (Simultaneous Authentication of Equals)

DWPA2/WPA3-Enterprise com autenticação 802.1X via servidor RADIUS

✓ O modo Enterprise (802.1X) com servidor RADIUS é o único que permite credenciais individuais por usuário, integração com Active Directory e revogação de acesso sem mudar a senha de toda a rede. WPA2/WPA3-Personal usa uma única Pre-Shared Key para todos.

O padrão IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6) introduziu o OFDMA. Qual é o principal benefício dessa tecnologia?

APermite que o AP transmita para vários clientes simultaneamente dividindo o canal em subportadoras, aumentando a eficiência em ambientes com muitos dispositivos

BDobra automaticamente a velocidade de conexão em qualquer ambiente

CElimina completamente a necessidade de CSMA/CA

DAumenta o alcance do sinal Wi-Fi em ambientes externos

✓ OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) divide o canal em subportadoras (Resource Units) que podem ser atribuídas a diferentes clientes ao mesmo tempo, tanto no downlink quanto no uplink. É especialmente eficiente em ambientes densos (escolas, shoppings, estádios) onde muitos dispositivos concorrem pelo mesmo AP.

📶 Redes sem Fio — IEEE 802.11