Redes Wireless – Parte XXIII

 

7.3.4 – Roaming

 

É a habilidade de um cliente em se mover de uma célula para a outra sem perder a conectividade com a rede. Os pontos de acesso envolvidos nos BSS são os grandes responsáveis por esse processo que é transparente para o cliente. Quando qualquer área em um prédio está dentro do alcance de um ou mais pontos de acesso, as células se sobrepõem. Áreas de cobertura sobrepostas são um aspecto importante no setup de WLANs, porque isto habilita o roaming entre elas. Um usuário com um notebook, poderia circular livremente entre essas células sem perder a conexão com a rede.

 

Figura 106 – Roaming em um ESS

 

Vários pontos de acesso podem proporcionar uma cobertura de roaming para um campus ou um prédio inteiro.

 

Quando as áreas de cobertura de dois ou mais pontos de acesso se sobrepõem, as estações nessa área sobreposta podem estabelecer a melhor conexão possível com um dos APs e ao mesmo tempo estar procurando pelo melhor AP. Para minimizar a perda de pacotes durante o chaveamento, os APs novo e antigo se comunicam para coordenar o processo de roaming.

 

7.3.4.1 – Padrões

 

O padrão 802.11 não define a forma como o roaming deve ser feito, mas define os conceitos principais. Nesses conceitos estão incluídos um scanning passivo e ativo e um processo de  reassociação. Toda vez que um cliente migrar de um AP para o outro, um processo de  reassociaçào deverá ocorrer entre o cliente e o novo AP.

 

O padrão permite a migração de um cliente entre vários APs operando ou não no mesmo canal.

 

Para satisfazer as necessidades de comunicação de rádios móveis, o padrão deve ser tolerante com conexões sendo perdidas e re-estabelecidas.  O padrão tenta garantir o mínimo de prejuízo a entrega dos dados e fornece algumas características para caching e encaminhamento de mensagens entre BSSs.

 

O padrão 802.11 deixa a cargo dos fabricantes muitos aspectos da operação detalhada dos sistemas de distribuição. Esta decisão foi uma decisão deliberada de parte dos desenvolvedores de padrões, porque eles estavam preocupados com o fato de tornar o padrão independente de qualquer padrão de rede existente. Como resultado, a maioria de WLANs 802.11b usando topologias ESS estão conectadas a LANs Ethernet e fazem uso pesado do TCP/IP.

 

7.3.4.2 – Conectividade

 

A camada MAC 802.11 é responsável pela forma com que um cliente se associa a um AP.

 

Quando um cliente 802.11 entra no alcance de um ou mais pontos de acesso, ele escolhe um AP para se associar, baseado no nível do sinal e na taxa de erro de pacotes. Uma vez associado com o AP, o cliente periodicamente faz um survey em todos os canais na tentativa de encontrar um AP com melhor performance (melhor nível de sinal). Uma vez encontrado esse AP, o cliente se re-associa com o novo AP mudando para o canal na qual o AP está configurado.

 

7.3.4.3 – Re-associação

 

Re-associação geralmente ocorre porque o cliente se afastou demasiadamente do AP original levando a um enfraquecimento no sinal. Mas existem outros casos em que a re-associação pode ocorrer. Um caso muito comum é quando há um alto tráfego na rede no AP original. Neste caso isso funciona também como balanceamento de carga, uma vez que a idéia principal é distribuir uniformemente a carga por toda a infraestrutura WLAN disponível.

 

Associação e re-associação diferem quanto ao seu uso. Frames de pedido de associação são usados quando o cliente tenta entrar na rede pela primeira vez. Frames de pedido de re-associação são usados quando o cliente migra entre APs. No segundo caso, o novo AP tem conhecimento dos frames buferizados do AP antigo e deixa o sistema de distribuição saber que o cliente se moveu.

 

Figura 107 – Roaming com re-associação

 

Esse processo de associação e re-associação dinâmica permite configurar WLANs com áreas de cobertura muito larga criando uma série de células sobrepostas através de um prédio ou campus. Para a implementação ser bem sucedida, deve-se usar a reutilização de canal, tomando o cuidado de configurar cada AP com um canal que não venha a interferir com aquele utilizado pelo seu vizinho. Devemos lembrar que há somente 3 canais no DSSS que não se sobrepõem, e estes é que devem ser usados para implementações  multi-células. Se dois APs são configurados para usar o mesmo canal e estão próximos um do outro, isto causará interferência entre eles e a largura de banda na área da sobreposição das células sofrerá uma drástica redução.

 

7.3.4.4 – Uso da VPN

 

Soluções de VPN wireless podem ser implementadas de duas formas. A primeira delas, através do uso de um servidor de VPN externo centralizado. Este servidor de VPN, poderia ser uma solução de hardware proprietário ou um servidor com uma aplicação de VPN rodando nele. Este servidor de VPN atua como gateway e firewall entre o usuário wireless e o núcleo da rede e fornece um nível de segurança similar as VPNs em LANs.

 

A segunda delas, através de um set distribuído de servidores VPN. Alguns fabricantes implementam funcionalidades de VPN em seus pontos de acesso. Este tipo de solução seria adequada para organizações de pequeno e médio portes, uma vez que não há um mecanismo de autenticação externo como o RADIUS. Muitos desses pontos de acesso além de serem servidores VPN também suportam RADIUS.

 

Quando o cliente migra de uma célula para outra, na verdade o cliente está migrando entre pontos de acesso(supondo que eles não tem funcionalidade VPN e não há servidores VPN externos), este é um processo que ocorre dentro da camada 2. Porém, quando essa mesma migração ocorre e há servidores de VPN envolvidos, túneis são construídos para o ponto de acesso ou servidor de VPN centralizado e o processo agora ultrapassa os limites da camada 2 e passa a ser de camada 3. Nesse caso, deve haver algum mecanismo que mantenha o túnel vivo quando ele ultrapassa os limites da camada 2.

 

Figura 108 – Roaming dentro de túneis VPN.

 

O problema aqui é que normalmente cada ponto de acesso está em uma subnet IP diferente, e quando o cliente migra de uma célula para outra ele vai estar com novo IP, e com isso perderá a conexão aos servidores e aplicações. Para entender melhor essa questão, vamos introduzir alguns conceitos.

 

Empresas que tem muitos prédios, muitas vezes implementam uma LAN em cada prédio e conectam essas LANs com roteadores ou switches-routers. Isto é uma segmentação de camada 3 e tem duas vantagens. A primeira é o bloqueio de broadcasts entre os segmentos e a segunda, um controle de acesso entre os segmentos da rede. Este tipo de segmentação pode ser feita também usando VLANs em switches. É como se partíssemos um switch em várias partes e cada parte vira uma subrede separada(VLAN), lembrando que uma VLAN não se comunica com outra sem o uso de roteamento. Essa segmentação de camada 2, segmenta a rede completamente.

 

Quando roteadores são usados, usuários devem ser capazes de ultrapassar os limites do roteador sem perder sua conectividade de camada 3. A conexão de camada 2 é mantida pelo AP, mas como houve uma mudança na subnet IP durante a migração, a conexão para os servidores (por exemplo) será quebrada. Uma boa medida para evitar esse problema seria colocar todos os APs na mesma subnet IP, porém essa não é uma solução muito prática nem tão pouco simpática. Mesmo com o uso de VLANs, teríamos o mesmo tipo de problema porque o switch veria essa migração de usuários como uma mudança de uma VLAN para outra.

 

Figura 109 – Roaming com roteador envolvido

 

A solução de hardware definitiva para esse problema seria colocar todos os APs em uma única VLAN, conforme pode ser visto na figura 110. Dessa forma evitando a mudança de IP durante o roaming dos usuários, e ainda nesse caso, um servidor DHCP não seria necessário. Usuários seriam então roteados como um grupo para dentro da rede corporativa usando um firewall e um roteador. Essa solução pode ser difícil de implementar, mas é aceita como uma metodologia padrão.

 

Existem ainda muitas soluções no mercado em que o AP possui um servidor de VPN imbutido e executa roteamento, inclusive protocolos de roteamento como o RIP.

 

Figura 110 – Roaming entre VLANs

 

7.3.4.5 – Balanceamento de Carga

 

Áreas congestionadas com muitos usuários e alta carga de trafego por unidade, necessita de uma estrutura multi-célula. Nessa estrutura dois ou mais APs cobrem a mesma área o que aumenta o throughput agregado. Clientes dentro dessa área de cobertura comum, geralmente se associam com o AP menos carregado e que tem melhor qualidade de sinal. A eficiência é maximizada porque todos os APs estão trabalhando no mesmo nível de carga.  Em muitos casos o balanceamento de carga é configurado no AP e nas estações.