Le reti locali wireless: Wi-Fi e 802.11

di Marco Mezzalama

Politecnico di Torino, Professore ordinario di Sistemi di Elaborazione, Prorettore.

 

Qualcuno sostiene che tra un anno o poco più non ci saranno più fili nell’informatica: niente cavi di collegamento dati, niente più matasse ingombranti intorno al pc! Rimarrà solo il cavo dell’alimentazione elettrica, anche se la impressionante crescita prestazionale delle batterie fa ipotizzare anche da questo punto di vista un mondo sempre più wireless (“senza fili”).
Limitandoci tuttavia alla sola connettibilità dati, oggi si sta consolidando la tecnologia WLAN, Wireless Local Area Network, cioè rete locale, o LAN, senza fili, come mezzo di accesso a reti più ampie, siano esse aziendali o globali. Questa tecnologia si affianca ad altre tecnologie wireless per garantire il requisito della “mobilità totale”, considerato il nuovo imperativo tecnologico e di business dalla stragrande maggioranza degli operatori di telecomunicazioni e di informatica.
La collegabilità di un sistema mobile, tipicamente un pc portatile, ad internet, o comunque ad una rete aziendale, si può oggi ottenere sostanzialmente tramite due approcci: mediante l’uso di un cellulare di seconda o terza generazione oppure tramite una rete locale wireless connessa a sua volta ad una più grande rete locale fissa, che a sua volta sia connessa ad internet in modo tradizionale.
L’uso della rete cellulare per collegarsi a internet è la soluzione wireless oggi più diffusa, anche se per poco, vista la diffusione delle reti WLAN. Tramite GSM, o la sua evoluzione GPRS, per aumentare la velocità di trasmissione, o tramite UMTS, soluzione questa non ancora diffusa e tecnicamente consolidata, è possibile collegare un pc o un PDA alla rete internet o a intranet aziendali da qualsiasi sito coperto dalla rete cellulare (fig. 1).

Figura 1

Il limite di questa soluzione risiede nella limitata banda trasmissiva, che nel caso del GPRS permette velocità dell’ordine dei 100Kbps, pertanto scarsamente predisposta per dati multimediali. Si consideri che la velocità delle reti fisse ADSL è circa 10 volte maggiore! Il vantaggio è la garanzia di una connettività globale, senza limiti geografici: da qualunque posto, purché coperto dalla rete cellulare, a qualsiasi località del globo.
L’accesso a internet avviene in sostanza attraverso il sistema di telecomunicazioni (tlc) delle reti cellulari.
Il concetto che sta alla base della soluzione WLAN è leggermente diverso: si realizza una rete locale basata su tecnologia radio in grado di offrire una copertura ad alta densità di traffico con estensione tipica variabile da qualche decina di metri al chilometro. Tale rete può essere collegata mediante un apparato concentratore, detto access point, ad una tradizionale rete locale aziendale o, mediante una base station, ad un sistema di connettività geografica gestito da un gestore di tlc, che ne garantirà il collegamento a internet.

Figura 2

Nel primo caso (fig. 2) si garantisce mobilità all’interno dell’azienda con il vantaggio dell’eliminazione di connessioni fisse: si pensi ad esempio ad una sala riunioni, una sala studio universitaria o un biblioteca. Nel secondo caso (fig. 3) si realizzano aree di connettività in zone pubbliche, quali stazioni aeroporti, treni, hotel, aree civiche. Queste aree pubbliche coperte da WLAN vengono di norma identificate con il termine di “bolla telematica” o hot spot. Ogni hot spot costituisce una sorta di area in cui sarà garantita dal gestore una connettività ad elevata velocità, vedremo dell’ordine dei Mbps, ben superiore a quella oggi ottenibile mediante connessione a rete cellulare. Alla data attuale ci sono nel mondo circa 100.000 hot spot pubblici con un trend di crescita che dovrebbe portare al raddoppio, nel giro di poco più di un anno.

Figura 3

Tra le diverse tecnologie WLAN, si sta affermando in tutto il mondo quella basata sullo standard IEEE 802.11, che definisce le modalità operative ai primi due livelli del modello OSI. Tale standard viene anche comunemente definito Wi-Fi, da wireless fidelity. Esso deriva da Wi-Fi Alliance, un raggruppamento di aziende che garantiscono attraverso il marchio Wi-Fi la compatibilità degli apparati allo standard 802.11. Per la verità 802.11 è il nome impiegato per designare una famiglia di standard per realizzare WLAN. I principali di questi sono:

  • IEEE 802.11b. Opera a 2,4GHz nella banda ISM, banda impiegata per utilizzazioni industriali, scientifiche e mediche con area di impiego fino ad alcune centinaia di metri. La velocità di trasmissione lorda, comprensiva cioè di tutti i bit di controllo, è pari a 11 Mbps. Usa in prevalenza la tecnica di modulazione DSSS, che minimizza le interferenze. Oggi è lo standard più diffuso, sia in Europa che negli USA, con un’ampia gamma di dispositivi reperibili a basso costo. Ad esempio il costo di una scheda per pc del tipo PCMCIA è circa di 50 €.
  • IEEE 802.11a. Opera a 5GHz in una banda più ampia di quella dello 802.11b e permette di raggiungere una velocità di trasmissione lorda pari a 54 Mbps. Usa in prevalenza la tecnica di modulazione OFDM. Attualmente è assai poco diffusa, se non negli USA, e gli apparati non sono spesso compatibili con 802.11b, limitando in tal modo la sua diffusione, nonostante una velocità di trasmissione assai maggiore.
  • IEEE 802.11g. E’ il nuovo standard che estende le caratteristiche di trasmissione dello standard 802.11b, portando la velocità di trasmissione a 54 Mbps, pur operando a 2,4GHz e garantendo compatibilità con gli apparati di questo standard.

Vediamo ora una classica configurazione di rete Wi-Fi, o 802.11b. Due sono i componenti fondamentali: un’unità per l’interconnessione alla rete, detta NIC, e un apparato di accesso, detto AP, access point. Quest’ultimo è normalmente connesso alla dorsale di rete locale Ethernet e funge da concentratore e gestore dei collegamenti wireless con i singoli apparati. Esiste un AP per ogni sottorete wireless che svolge un ruolo simile ad un hub (letteralmente “perno”, con riferimento al centro di una ruota in cui confluiscono tutti i raggi. In pratica si tratta di un dispositivo che crea una connessione tra tutte le workstation ad esso collegate) nelle tradizionali reti fisse. Ad esso si rivolgono tutti gli apparati collegati alla rete senza fili. Ognuno di questi apparati dispone di un NIC. Nel caso di pc portatili questo è di norma costituito da una scheda PCMCIA, anche se è previsto che nel 2007 circa il 70% dei portatili avrà integrate le funzionalità Wi-Fi. Il dispositivo NIC opera da interfaccia tra il dispositivo mobile e la rete a radiofrequenza svolgendo le funzioni di accesso alla rete, organizzazione dei dati in pacchetti e di modulazione/demodulazione delle sequenze di bit.
Prima di concludere questa breve nota sulle reti wireless, pare opportuno evidenziare un problema che assume significativa rilevanza in questo contesto. Si tratta della sicurezza nelle trasmissioni. Una rete wireless a radiofrequenza è infatti per sua intrinseca struttura una rete aperta: intercettare una comunicazione è relativamente facile, mediante un semplice ricevitore opportunamente sintonizzato. Ne deriva che devono essere messe in atto strategie per evitare indesiderate intercettazioni, e tecniche per l’identificazione e l’autenticazione degli utenti. In generale ci si orienta verso la cifratura delle trasmissioni mediante opportune chiavi crittografiche.
L’autenticazione degli utenti si può realizzare con varie tecniche, non ultima l’impiego della firma digitale. Resta il fatto che oggi il problema della sicurezza delle reti wireless è uno dei nodi non ancora totalmente risolti su cui studiosi e organismi internazionali stanno alacremente lavorando.