Guida Wireless Wi-Fi

Introduzione

Con il termine Wireless LAN, abbreviato con l'acronimo WLAN, si indica una struttura (rete) in grado di interconnettere tra loro più dispositivi (computer, stampanti, etc) o altre reti e sistemi di comunicazione, come internet o la rete aziendale, senza ricorrere all'uso di cavi. Il concetto è semplice, invece che trasportare il segnale con i classici cavi lo stesso viene inviato/ricevuto per mezzo di segnali radio.

Applicazioni, vantaggi e limiti

In una rete tradizionale i dispositivi che ne fanno parte sono collegati tra loro utilizzando speciali cavi in rame di tipo appropriato che costituiscono il cosiddetto cablaggio che viene normalmente realizzato con accorgimenti tali da garantire le prestazioni e le caratteristiche richiesti.

Le norme da seguire per un buon cablaggio insieme a ragioni di carattere estetico e di pianificazione fanno sì che il risultato finale sia assolutamente rigido nell'uso pratico: banalmente non potrete collegare un computer o una stampante dove non è stato previsto, se volte farlo dovrete posare un nuovo cavo e magari nuovi apparati accessori.

Ai fini della comparazione con una rete wireless il cablaggio tradizionale se realizzato correttamente ha alcune caratteristiche peculiari particolarmente rilevanti.

Ottime prestazioni.
Dove non c'è una presa non potete collegarvi.
Limite di ogni singolo collegamento su rame prossimo a 90 Metri che può essere superato solo utilizzando fibra ottica o tecnologie specializzate a bassa velocità.
Duraturo e stabile nel tempo.
Vincolato al luogo dove è realizzato.
Costi di impianto elevati.

Le reti wireless introducono nuove interessanti opportunità e nello stesso tempo introducono alcune limitazioni, vediamoli insieme.

Vantaggi
- Semplicità di installazione.
- Introduzione di terminali mobili nativi (telefoni VoIP, palmari...)
- La struttura di rete può essere modificata rapidamente e gli utenti possono muoversi liberamente nell'area coperta.
- Scompare il limite fisico: la rete non è vincolata alla struttura che la ospita (casa, ufficio...) e potrebbe agevolmente essere rimossa e traslocata senza interventi importanti.
- Bassi investimenti iniziali.
- L'integrazione con reti cablate tradizionali è semplice e vantaggiosa.
Limiti
- Prestazioni generalmente inferiori alla rete cablata.
- Difficoltà nello stabilire a priori la reale copertura.
- Insicurezza intrinseca.

Nel pianificare una rete wireless è importante tenere in considerazione le limitazioni e ricorrere ad adeguate soluzioni per risolverle o mitigarne gli effetti.
In molti casi una soluzione completamente wireless potrebbe essere assolutamente adeguata alle richieste: se ad esempio pensiamo a uffici in edifici storici, applicazioni di video sorveglianza, rilevazione di dati e monitoraggio ambientale o applicazioni domestiche potremo apprezzare certamente tutti i vantaggi risolvendo con semplicità i limiti imposti.

Le medesime considerazioni si possono fare nel caso di collegamenti a media distanza tra edifici che altrimenti richiederebbero tecnologie ben più costose sia nell'immediato che a regime.

In altri casi, in modo particolare quando si richiedono prestazioni molto elevate in termini di banda disponibile, potrà sicuramente essere vantaggioso ricorrere all'integrazione di reti wireless al cablaggio tradizionale utilizzando insieme le due tecnologie in base alle richieste delle singole applicazioni

Come avviene quasi sempre in ogni tecnologia molto del successo nella sua applicazione e la conseguente soddisfazione o vantaggio che derivano dal suo utilizzo dipendono dalla cura e dall'impegno profusi nel ponderare e valutare le caratteristiche, verificarle ed applicarle in modo corretto e vantaggioso per i propri fini.

Breve stroria

Sistemi wireless per per la trasmissione di dati esistono da molti anni, in particolare nel settore industriale, nel monitoraggio ambientale e via dicendo. Si trattava in genere apparati che facevano uso di protocolli [*] proprietari e quindi non in grado di inter-operare con dispositivi diversi anche se destinati al medesimo uso.
Il primo vero standard fu presentato dal IEEE nel 1997 e battezzato 802.11y, consentiva una velocità di trasmissione di 1-2 Mbps utilizzando infrarossi o segnali radio nella gamma di 2,4GHz.
La ratifica di uno standard è un fatto molto importante tanto per il mercato che per l'utilizzatore. Infatti l'esistenza di specifiche permette a ogni costruttore di produrre apparati in grado di inter-operare gli uni con gli altri generando concorrenza ed una migliore offerta; nel medesimo tempo il cliente ha una più vasta scelta e ragionevoli garanzie che apparati di marchi diversi possano funzionare insieme.

In breve tempo 802.11 raccoglie un buon successo e moltiplica le aspettative tanto che a soli due anni di distanza, nel 1999, vengono rilasciati altri due standard: 802.11b con capacità di 11 Mbps sempre in banda 2,4 Ghz e 802.11a che offre una banda di 54 Mbps ed utilizza una banda di frequenza allocata poco sopra i 5 Ghz.

Nonostante gli standard molti apparati non sono ancora in grado di funzionare correttamente con altri di produttori diversi; questo tradisce le aspettative del cliente rischiando di minare sul nascere il successo del wireless.

Così verso la fine del 1999 alcuni produttori si accordano per formare un consorzio, viene coniato il nome "Wi-Fi" [**] e nasce la "Wi-Fi Alliance".

Wi-Fi non è uno standard né un protocollo ma solo il logo di un organizzazione che ha lo scopo di promuovere e far rispettare attraverso la certificazione l'adozione degli standard esistenti.

La Wi-Fi Alliance certifica attraverso dei test sui prodotti che i medesimi rispettano gli standard e che siano in grado di operare correttamente con altri prodotti certificati della stessa classe, i prodotti che superano le prove possono fregiarsi del logo "Wi-Fi".

Tabella Riepilogativa degli standard ratificati al 2006

	Standard
Prestazioni	802.11y	802.11a	802.11b	802.11g
Data ratifica	1977	1999	1999	2003
Frequenze utilizzate (GHz)	2,422~2,462 oppure Infrarosso	5,15~5,35 5,47~5,85	2,40~2,497	2,40~2,497
Metodo di trasmissione	FH/DS	OFDM	DSSS	DSSS/OFDM
Canali disponibili	9	19	13	13
Canali non sovrapposti	-	8	3	3
Capacità di banda lorda (Mbps)	1~2	54	11	54
Capacità reale (Mbps)	-	25~30	3~4	20~25

Abbiamo degli standard, qualcuno che li fa rispettare, produttori interessati a seguirli e prodotti che soddisfano le esigenze dei clienti. Questi sono gli elementi del successo del wireless che dal 1997 ad oggi ha incontrato grande favore, migliorato le prestazioni grazie a nuovi standard più sicuri, più veloci e più versatili.

Futuro prossimo

La richiesta più sentita dagli utenti di reti wireless è probabilmente nel desiderio di una maggiore e migliore copertura insieme a quella di prestazioni più generose in termini di banda reale.

Nel prossimo futuro, già in fase avanzata di approvazione prevista per metà 2007, vedrà la luce il nuovo standard 802.11n che porterà sostanziose novità tra le quali la banda lorda di 300/600 Mbps, portata oltre 150 metri, standardizzazione di MIMO sembrano essere quelle più attese ed interessanti.

Omissioni volontarie...

Fin qui sono state volutamente omesse molte cose, innanzitutto tutto ciò che non è standard (108/125 Mbs, etc...) ed in secondo luogo gli standard che non trovano tipicamente applicazione in ambienti small office o in applicazioni domestiche (Hyperlan, WiMax, etc...).

* [Protocollo]: E' il codice utilizzato per comunicare, è come una lingua: perché la comunicazione sia efficace, comprensibile, il codice deve essere coerente con quello del corrispondente.

** [Wi-Fi]: Certificazione che attesta l'aderenza agli standard della famiglia 802.11. Apparecchi certificati che supportino i medesimi standard, di qualsiasi produttore essi siano, devono funzionare correttamente gli uni con gli altri

Dispositivi e Topologia di rete wireless

Ogni dispositivo della rete viene chiamato nodo, o stazione, tutti i nodi in una rete wireless sono identificati da una stringa di caratteri detta SSID (Service Set IDentifier). Vediamo ora quali sono i componenti che possono entrare a far parte della nostra rete wireless Wi-Fi ed il ruolo che essi svolgono.

Client: detti anche Terminali wireless o WT (Wireless Terminal): può trattarsi tipicamente di un computer, un palmare, una stampante, un telefono cordless VoIP. Ogni client deve essere dotato di una scheda di rete wireless che a seconda dei casi può essere aggiunta o essere parte integrale del dispositivo stesso.
Access Point: si occupa fondamentalmente di trasmette e ricevere i dati da e verso i client e fungere da ponte verso la rete cablata (propriamente detto Bridge [***]) consentendo quindi la comunicazione tra i client wireless, le reti tradizionali e viceversa.

Esistono due modalità base per realizzare una rete wireless, due architetture diverse che si distinguono in base alla presenza o meno di un dispositivo in grado di farsi carico della gestione in modo centralizzato.

Modalità Ad-Hoc

Nel wireless Ad-Hoc non esiste un dispositivo che si occupa della gestione della rete, questa è invece demandata ai singoli computer in maniera paritetica, questo modo di funzionamento viene anche detto Peer-to-Peer o P2P.

Nella modalità Ad-Hoc la stringa di identificazione della rete viene chiamata IBSS.

Ne consegue che una rete wireless Ad-Hoc è generalmente più economica da realizzare ma anche più difficile da tenere sotto controllo man mano che aumenta il numero di computer coinvolti.

Pregi
- Semplice da realizzare, non richiede access point
- Economicità
Difetti
- Nessuna integrazione con altre reti
- Nessuna possibilità di controllo degli accessi

Modalità Infrastructure

La modalità Infrastructure, o infrastruttura, prevede obbligatoriamente l'uso di almeno un access point che a sua volta può essere collegato ad altre reti cablate e/o ad altri access point. E' attualmente la modalità più utilizzata per realizzare reti vireless.
Nella modalità infrastruttura la stringa di identificazione della rete viene chiamata BSSID o ESSID.

Come già accennato all'access point è demandata la gestione del traffico sia da e verso i client wireless che verso la rete cablata. Contrariamente a quanto avviene in una rete ad-hoc i client non comunicano mai direttamente con altri client ma lo fanno esclusivamente attraverso l'access point.

Oltre alla sue due funzioni canoniche già descritte l'access point può svolgere anche altri ruoli importanti, ad esempio compiti inerenti la sicurezza della rete come la crittografia del traffico wireless, l'autenticazione dei client (in proprio o attraverso altri server) e la registrazione degli eventi più rilevanti sulla rete.

*** [Bridge]: Dispositivo di rete in grado di individuare il nodo di origine ed il nodo di destinazione dei segnali che tratta ed inviarli esclusivamente nella rete pertinente.

Wireless WDS, ripetitori e bridge

WDS

Una rete wireless in modalità infrastruttura può anche essere costituita da più access point, collegati tra di loro tramite rete cablata.

In una infrastruttura di questo tipo, detta WDS (acronimo di Wireless Distribution System), tutti gli access point operano nello stesso canale ed utilizzano tipicamente il medesimo ESSID permettendo di estendere la copertura del segnale radio oltre confini non valicabili con un solo dispositivo e consentendo ai client di muoversi liberamente all'interno dell'area (detto roaming) senza interruzioni e senza soluzione di continuità.

E' utile ricordare che il WDS non fa parte delle specifiche di inter-operatività contemplate dai test Wi-Fi pur essendo parte degli standard 802.11, pertanto non è garantito il funzionamento tra access point diversi o di differenti produttori.

Esistono altre due distinte modalità di funzionamento che un access point potrebbe essere in grado di fornire che si rivelano utili per impieghi particolari, si tratta delle modalità Repeater e wireless Bridge.

Repeater

Questa è essenzialmente una forma di WDS, in questo caso però l'access point che svolge la funzione repeater, cioè di ripetitore, non è collegato alla rete cablata e necessita solo di alimentazione elettrica.

Il ripetitore riceve il segnale del primo access point e lo ritrasmette ai client, viceversa nella direzione opposta.

La modalità repeater viene utilizzata per estendere la portata della rete wireless in modo del tutto simile al WDS ma rispetto a questo offre prestazioni inferiori. Ciò è dovuto al fatto che dovendo il repeater svolgere due ruoli allo stesso tempo la banda disponibile si riduce del 50%, tuttavia questo soluzione risulta vantaggiosa in molte occasioni dove non è possibile portare un cavo all'access point (funzionante da repeater) che serve l'area estesa.

Wireless Bridge

La modalità wireless bridge consente di collegare tra di loro due o più reti cablate distinte utilizzando un collegamento (link) radio; il risultato finale è che le reti si comporteranno come fosse una sola.

Viene chiamato bridge punto-punto se collega due reti e bridge punto-multipunto quando le reti collegate sono più di due.

Per realizzare il bridge wireless vengono utilizzati access point configurati in modo particolare che saranno così in grado di comunicare esclusivamente con il loro corrispettivo remoto.

In questi casi vengono in genere utilizzate antenne direzionali che permettono di concentrare il segnale solo verso i punti interessati migliorando così le prestazioni e la sicurezza del collegamento.

La modalità bridge risolve il problema di collegare reti in sedi relativamente distanti, o anche relativamente vicine come gli edifici di un campus universitario o di uno stabilimento, senza dover ricorrere alla posa di fibra ottica (ottime prestazioni e costi iniziali molto elevati) o l'utilizzo di linee affittate (basse prestazioni, costi fissi alti e costanti nel tempo).

Nota: documento in corso di aggiornamento.

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