redes wireless - angel.acmesecurity.orgadriano/aulas/redes/2016/redes-ii/... · introdução não...
TRANSCRIPT
Redes Wirelesse Comunicação sem Fio
Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” - UNESP/IBILCE
Redes de Computadores IITópicos em Sistemas de Computação
Discente: Leandro Bertini Lara GonçalvesDocente Responsável pela Disciplina: Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian
Agenda
● Características de Enlace sem Fio● CDMA● LANs 802.11
○ Arquitetura○ Protocolo○ Frame
● Redes Pesoais○ Bluetooth○ Zigbee
● Redes Celulares
Redes Wireless
2
Introdução
● Não possuem cabos!○ Meio de transmissão não guiado○ Possibilita todo um hall de novas aplicações○ Viabiliza o surgimento de dispositivos móveis
■ Portáteis ≠ móveis● Oferece novos problemas e desafios
● Cria novas oportunidades de pesquisa e negócios
Redes Wireless
3
Introdução
● Podem ser classificadas em 4 tipos○ Salto único, com infraestrutura: Hosts conectados diretamente a
estação-base,a comunicação se dá diretamente entre hosts e a estação-base - Wi-Fi, Celular
○ Salto único, sem infraestrutura: Hosts conectados uns com os outros, contudo somente se comunicam com os vizinhos no alcance - Bluetooth, Wi-Fi em modo ad hoc
○ Multiplos saltos, com infraestrutura: Hosts podem se comunicar com demais hosts a fim de que a mensagem alcance a estação base - Redes de Sensores sem Fio, Malhas sem Fio
○ Multiplos saltos, sem infraestrutura: Hosts se comunicam uns com os outros e podem rotear informações para os demais fora do alcance do emissor, não há estação-base - redes móveis ad hoc (MANETS), como redes veiculares, de VANTs (Drones)
Redes Wireless
4
Enlace
● Quais problemas podem haver nessa rede sem fio em nível de enlace?○ O que há diferente da rede cabeada?
● As soluções para as dificuldades encontradas são as mesmas?○ Pode-se aplicar as mesmas técnicas?
Características
7
Enlace
● Redução da Força do Sinal○ Sinal enfraquece pela distância da fonte (atenuação
de percurso), travessia de materiais (absorção) e reflexão
● Interferências○ Ondas em frequências muito semelhantes
interagem naturalmente de forma construtiva ou destrutiva alterando a característica do sinal
● Propagação multivias (ou multicaminhos)○ Parte das ondas refletidas atingem o destino por
caminhos diferentes - e com tempos diferentes
Características
8
Enlace
● Chance de erros de transmissão○ Muito maiores do que em redes cabeadas
● Uso de mecanismos de detecção de erros mais avançados do que cabeadas
● Protocolos de transferência confiável○ Retransmitem frames corrompidos
Características
9
Enlace
● Como o host é capaz de obter os dados?● Sinal recebido é composto de:
○ 1) Sinal degradado (atenuação, multivias, interferências) emitido pelo remetente
○ 2) Ruído do ambiente
● SNR - Signal-to-Noise Ratio○ Quanto maior, mais simples de se obter o sinal
Características
10
EnlaceCaracterísticas
11
● Para cada esquema de modulação○ Quanto mais alta a SNR, mais
baixa a bit error rate (BER)○ Quanto mais potência, menos
erros○ Limite de ganho prático○ Possível interferência de
comunicação em rádios próximos○ Maior custo energético de
transmissão■ Deve ser usada com cuidado
por hosts móveis com energia limitada, como baterias
Extraído de Kurose, J. F.; Ross, K. W. (2014)
EnlaceCaracterísticas
12
● Para uma dada SNR, uma técnica de modulação com maior transmissão tem BER maior
● Mais bps →mais potência
Adaptado de Kurose, J. F.; Ross, K. W. (2014)
Enlace
● Modulação Dinâmica da Camada Física○ Alterar a modulação do sinal
○ Ajuste à mobilidade ou ao ambiente
○ Permite melhoria no desempenho da comunicação
■ Mais alta comunicação possível para uma dada BER no canal
○ Usada em redes de celulares e IEEE 802.11
Características
13
EnlaceCaracterísticas
14
● O que há além de erros de transmissão mais frequentes?● O que acontece nessa situação?
○ Em redes cabeadas todos os hosts recebem mensagens, nesse caso isso também vale?
Ext
raíd
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
EnlaceProblema do Terminal Oculto
15
● Ocorre quando dois hosts conseguem transmitir para a estação-base, mas não para um ao outro○ Pode ocorrer por obstruções físicas no ambiente○ Desvanecimento do sinal, pela distância entre os hosts
Ext
raíd
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
Enlace
● Code Division Multiple Access - CDMA● Opera com partição de canal
○ Divide o espaço do código entre os hosts○ Cada host tem uma parcela dedicada desse espaço
● Grande importância para LAN wireless e redes celulares
● O conceito é análogo ao humano de audição seletiva quando conversa-se em multidão○ As partes comunicantes escutam umas as outras e
ignoram os demais, que não são relevantes.
CDMA
16
Enlace
● Cada bit a ser transmitido é dividido em “M” partes - vamos usar M=8 nos exemplos○ Os valores reais de “M” são bem maiores do que 8○ O canal oscila mais rápido do que a frequência de
envio de bits (chipping rate) ● O valor do bit a ser transmitido, “d”, é dado
em função de 1 e -1● A codificação do transmissor, “c”, também
varia entre 1 e -1● O valor de cada mini-intervalo “m” é dada
por “Z”
CDMA
17
EnlaceCDMA
● A função que relaciona esses fatores é:
Sendo “i” o intervalo de transmissão
● A função para decodificação é
18
EnlaceCDMA
● Exemplo: Intervalo 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d 1 1 1 1 1 1 1 1
z 1 1
21
EnlaceCDMA
● Exemplo: Intervalo 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d 1 1 1 1 1 1 1 1
z 1 1 1
22
EnlaceCDMA
● Exemplo: Intervalo 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d 1 1 1 1 1 1 1 1
z 1 1 1 -1
23
EnlaceCDMA
● Exemplo: Intervalo 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d 1 1 1 1 1 1 1 1
z 1 1 1 -1 1
24
EnlaceCDMA
● Exemplo: Intervalo 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d 1 1 1 1 1 1 1 1
z 1 1 1 -1 1 -1
25
EnlaceCDMA
● Exemplo: Intervalo 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d 1 1 1 1 1 1 1 1
z 1 1 1 -1 1 -1 -1
26
EnlaceCDMA
● Exemplo: Intervalo 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d 1 1 1 1 1 1 1 1
z 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
27
EnlaceCDMA
● Exemplo: Intervalo 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d
z 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
28
EnlaceCDMA
● Exemplo: Intervalo 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d
z 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d1= ⅛*((1*1)+(1*1)+(1*1)+(-1*-1)+(1*1)+(-1*-1)+(-1*-1)+(-1*-1)) ⇒⇒ d1=⅛*8 = 1
29
EnlaceCDMA
● Exemplo: Intervalo 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d 1 1 1 1 1 1 1 1
z 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d1= ⅛*((1*1)+(1*1)+(1*1)+(-1*-1)+(1*1)+(-1*-1)+(-1*-1)+(-1*-1)) ⇒⇒ d1=⅛*8 = 1
30
EnlaceCDMA
● A interação de outros remetentes é quantificada por:
Sendo i o intervalo de transmissão, s o elemento e N o número de remetentes● A decodificação para esse caso é
31
EnlaceCDMA
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d 1 1 1 1 1 1 1 1
z
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 -1 1 1 1 -1 1 1
d 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
z
1
2
32
EnlaceCDMA
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d 1 1 1 1 1 1 1 1
z 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 -1 1 1 1 -1 1 1
d -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
z -1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1
1
2
33
EnlaceCDMA
m 1 2 3 4 5 6 7 8
z 0 2 0 -2 0 0 -2 -2
Para o host 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d
d1 = ⅛*((0*1)+(2*1)+(0*1)+(-2*-1)+(0*1)+(0*-1)+(-2*-1)+(-2*-1)) ⇒⇒ d1 = ⅛*(8) = 1
36
EnlaceCDMA
m 1 2 3 4 5 6 7 8
z 0 2 0 -2 0 0 -2 -2
Para o host 1
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
d 1 1 1 1 1 1 1 1
d1 = ⅛*((0*1)+(2*1)+(0*1)+(-2*-1)+(0*1)+(0*-1)+(-2*-1)+(-2*-1)) ⇒⇒ d1 = ⅛*(8) = 1
37
EnlaceCDMA
m 1 2 3 4 5 6 7 8
z 0 2 0 -2 0 0 -2 -2
Para o host 2
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 -1 1 1 1 -1 1 1
d
d2 = ⅛*((0*1)+(2*-1)+(0*1)+(-2*1)+(0*1)+(0*-1)+(-2*1)+(-2*1)) ⇒⇒ d2 = ⅛*(-8) = -1
38
EnlaceCDMA
m 1 2 3 4 5 6 7 8
z 0 2 0 -2 0 0 -2 -2
Para o host 2
m 1 2 3 4 5 6 7 8
c 1 -1 1 1 1 -1 1 1
d -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
d2 = ⅛*((0*1)+(2*-1)+(0*1)+(-2*1)+(0*1)+(0*-1)+(-2*1)+(-2*1)) ⇒⇒ d2 = ⅛*(-8) = -1
39
LANs 802.11
● Principal componente da 802.11: Conjunto Básico de Serviço (Basic Service Set - BSS)○ Hosts com capacidade Wireless 802.11○ Quando com infraestrutura:
■ Uma ou mais estações-base (Access Point - AP)■ Comutador/Roteador
○ Quando ad-hoc:■ Somente os hosts são suficientes
Arquitetura
40
LANs 802.11
● Antes de enviar ou receber dados um host precisa se associar a um AP
● Todo AP deve ter designado○ Service Set Identifier - SSID○ Canal de operação
● Canais operam entre 2.4GHz e 2.485GHz○ Para os padrões 802.11b/g/n/ac
● Ou aproximadamente 5.1GHz a 5.8GHz ○ para outros padrões como o 802.11a/n/ac
Arquitetura
43
LANs 802.11
● Canais podem ter sobreposição○ Para 2.4GHz, os canais 1,6 e 11 operam
independentemente
○ Pode-se criar LANs com 3 vezes a transmissão por
meio do uso desses canais simultaneamente
Arquitetura
44
LANs 802.11
● Wi-Fi Jungles○ Qualquer local em que o host recebe sinal de dois
ou mais APs○ Extremamente comum, especialmente em locais
densamente habitados ou públicos○ Seleção automática de APs não é especificado no
padrão 802.11■ Depende do firmware do fabricante do dispositivo■ Geralmente é usado a intensidade de sinal
● Como o host faz para descobrir esses APs?
Arquitetura
45
LANs 802.11
● Varredura de canais passiva:○ Varre os canais de comunicação○ Ouve os quadros de sincronização sem se
comunicar com o (os) APs● Varredura de canais ativa:
○ Transmite um frame de requisição de investigação○ Todos os APs que recebem esse frame respondem
com um frame de resposta de investigação○ Host escolhe qual Ap se associar ou espera a
seleção manual
Arquitetura
46
LANs 802.11
● Para se associar a um AP○ Host envia um frame de requisição de associação○ AP responde com um frame de resposta a
associação○ Geralmente (quando configurado para tal) o host
envia um pacote requisitando informações de DHCP○ Se configurado manualmente, ou se recebido as
configurações por DHCP, o host faz parte da LAN que se associou
Arquitetura
47
LANs 802.11
● A autenticação de usuário para associação pode ser feita○ Por meio de endereço MAC○ Nomes de usuário e senha
● O AP pode utilizar um servidor de autenticação para centralizar as informações○ Geralmente utiliza protocolos como o RADIUS ou o
DIAMETER
Arquitetura
48
LANs 802.11
● Uma vez associado a um AP, um host pode
enviar e receber dados○ Isso pode acontecer com diversos hosts próximos
○ Requer protocolo de acesso múltiplo para acessos
ao meio
Protocolo 802.11
49
LANs 802.11
● Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - CSMA/CA○ Protocolo de acesso aleatório ao meio○ Escolhido pela inspiração no sucesso do Ethernet
● Assim como o CSMA/CD○ Ouve o canal antes de transmitir○ Transmite somente se o canal estiver livre
● Mas, afinal, quais são as diferenças?
Protocolo 802.11
50
LANs 802.11
● Pelo alto número de erros de transmissão, utiliza um esquema de reconhecimento de camada de enlace
● Não usa detecção de colisão○ Ao invé disso, utiliza prevenção de colisão
● Mas, por que não?
Protocolo 802.11
51
LANs 802.11
● Detecção de colisão exige que se possa enviar (o próprio sinal) e escutar outros sinais simultaneamente.○ A intensidade do sinal emitido próximo da antena
emitente é muito grande em comparação com sinais externos
○ Um hardware capaz de executar essa tarefa é caro
Protocolo 802.11
52
LANs 802.11
● Um host não é capaz de detectar todas as colisões○ Meio não guiado○ Pode não estar no alcance de todos os hosts da sua
rede○ Sofre com o problema de terminal oculto○ Desvanecimento de sinal pode afetar a detecção de
colisões
Protocolo 802.11
53
LANs 802.11
● A transmissão de dados é contínua○ Se o host começou a transmitir ele só para quando
terminar o frame
○ Frames longos aumentam a chance de colisão
○ Colisões degradam o desempenho da comunicação
Protocolo 802.11
54
LANs 802.11
● Reconhecimento (ACK) da camada de enlace○ Um elemento de destino recebe um frame que passa
pela verificação de CRC○ Espera um tempo chamado Short Inter Frame Spacing
- SIFS○ Retorna com o ACK○ Se o ACK não é recebido, o emitente reenvia o frame○ Se o reenvio ocorrer um número máximo de vezes, o
frame não é mais retransmitido e é descartado
Protocolo 802.11
55
LANs 802.11
● O protocolo CSMA/CA opera da seguinte forma:○ Se o elemento ouvir por um período (Distributed Inter Frame Space -
DIFS) o meio e nenhuma transmissão for detectada, ele inicia a transmissão do frame
○ Senão, caso ele perceba uma transmissão durante o DIFS, ele calcula um tempo aleatório de recuo por meio do recuo exponencial binário e conta regressivamente o tempo quando o canal estiver ocioso■ Se o canal estiver ocupado, o elemento não decrementa o
contador de tempo○ Quando o contador chegar a zero (só pode ocorrer quando o canal
estiver livre) o elemento transmite o frame e espera o ACK○ Se o elemento receber o ACK, saberá que a transmissão foi bem
sucedida.○ Caso tenha outro frame para enviar, retorna ao passo 2○ Caso não receba o ACK, volta ao passo 2 com um intervalo maior
Protocolo 802.11 - CSMA/CA
57
LANs 802.11
● Por que dois elementos não transmitem imediatamente assim que percebem o meio ocioso?○ O resultado seria uma colisão○ Em CDMA/CD não seria muito problema, mas em
CSMA/CA os frames seriam integralmente enviados○ Com a contagem de tempo regressiva aleatória a
chace de colisão é reduzida
● Mas, e se estiverem uma oculta à outra?
Protocolo 802.11 - CSMA/CA
58
LANs 802.11
● Tratamento de terminais ocultos○ Dado um cenário como o ilustrado○ Se um dos hosts está transmitindo o outro não
detecta, e portanto pode começar a transmitir
Protocolo 802.11
59
Ext
raíd
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Esse problema pode ser evitado com o uso de um artifício simples○ A comunicação pode ser organizada com o envio de
frames Request-to-Send (RTS) e Clear-to-Send (CTS)
● Quando um elemento deseja enviar um frame, pode enviar antes um frame RTS○ Informa o AP que deseja enviar○ Informa o tempo de transmissão dos dados e do
ACK
Protocolo 802.11
60
LANs 802.11
● AP responde com um frame CTS○ Instrui o elemento que enviou o RTS que ele está livre para transmitir○ Instrui os demais elementos da rede no alcance do AP que não
devem transmitir durante o tempo reservado● Esse mecanismo melhora o desempenho por:
○ Atenuar o problema de Terminal Oculto○ Os frames RTS e CTS são curtos, minimizando o tempo de colisões○ Pode causar atrasos em decorrência dessas reservas de acesso ao
meio○ Pode ser definido um valor mínimo de tamanho do frame para que
seja utilizado esse mecanismo○ Por padrão, esse valor é maior do que o maior valor para o frame,
desabilitando o seu uso
Protocolo 802.11
61
LANs 802.11
● Com o uso de antenas direcionais, pode-se criar enlaces ponto a ponto direcionando as antenas entre os elementos da rede○ Comercialmente de baixo custo de implantação○ Capaz de prover links de comunicação entre
dezenas quilômetros de distância○ Podem ser usadas para a criação de redes
multisaltos○ Facilita o acesso rural à internet
802.11 ponto a ponto
63
LANs 802.11
● Parecidos com frame Ethernet, mas contém campos específicos para enlaces sem fio○ Tamanhos em bytes
Frame 802.11
Controle de Frame Duração Endereço
1Endereço
2Endereço
3
Controle de
Sequência
Endereço 4 Carga Útil CRC
2 2 6 6 6 2
6 0-2312 4
64
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Detalhamento do campo “Controle do Frame”○ Tamanhos em bits
Frame 802.11
Versão do Protocolo Tipo Subtipo Para o AP Do AP Mais
Fragmentos
Nova Tentativa
Ger. de Energia
Mais Dados
2 2 4 1 1 1
1 1 1
WEP
1
Reservado
1
65
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Carga útil: Geralmente comporta um datagrama IP ou um pacote arp
● Costuma ser menor do que 1500 bytes○ Tamanhos em bytes
Frame 802.11
Controle de Frame Duração Endereço
1Endereço
2Endereço
3
Controle de
Sequência
Endereço 4 Carga Útil CRC
2 2 6 6 6 2
6 0-2312 4
66
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Cyclical Redundancy Check (CRC): Armazena o valor do checksum realizado na origem para que seja comparado com o calculado no destino○ Tamanhos em bytes
Frame 802.11
Controle de Frame Duração Endereço
1Endereço
2Endereço
3
Controle de
Sequência
Endereço 4 Carga Útil CRC
2 2 6 6 6 2
6 0-2312 4
67
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Endereço MAC do destinatário○ Tamanhos em bytes
Frame 802.11
Controle de Frame Duração Endereço
1Endereço
2Endereço
3
Controle de
Sequência
Endereço 4 Carga Útil CRC
2 2 6 6 6 2
6 0-2312 4
68
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Endereço do elemento que transmite o frame○ Tamanhos em bytes
Frame 802.11
Controle de Frame Duração Endereço
1Endereço
2Endereço
3
Controle de
Sequência
Endereço 4 Carga Útil CRC
2 2 6 6 6 2
6 0-2312 4
69
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Endereço da interface do gateway do BSS○ Tamanhos em bytes
Frame 802.11
Controle de Frame Duração Endereço
1Endereço
2Endereço
3
Controle de
Sequência
Endereço 4 Carga Útil CRC
2 2 6 6 6 2
6 0-2312 4
70
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Armazena o número de sequência dos frames enviados ○ Tamanhos em bytes
Frame 802.11
Controle de Frame Duração Endereço
1Endereço
2Endereço
3
Controle de
Sequência
Endereço 4 Carga Útil CRC
2 2 6 6 6 2
6 0-2312 4
71
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Especifica a duração da reserva do canal, quando habilitada○ Tamanhos em bytes
Frame 802.11
Controle de Frame Duração Endereço
1Endereço
2Endereço
3
Controle de
Sequência
Endereço 4 Carga Útil CRC
2 2 6 6 6 2
6 0-2312 4
72
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Contém diversos subcampos para gerenciamento do frame○ Tamanhos em bytes
Frame 802.11
Controle de Frame Duração Endereço
1Endereço
2Endereço
3
Controle de
Sequência
Endereço 4 Carga Útil CRC
2 2 6 6 6 2
6 0-2312 4
73
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Tipo e subtipo: Usados para distinguir frames de associação, RTS, CTS, ACK e dados○ Tamanhos em bits
Frame 802.11
Versão do Protocolo Tipo Subtipo Para o AP Do AP Mais
Fragmentos
Nova Tentativa
Ger. de Energia
Mais Dados
2 2 4 1 1 1
1 1 1
WEP
1
Reservado
1
74
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● “Para o AP” e “do AP”: Usados para distinguir a interpretação dos campos de endereço quando em transmissões ad hoc○ Tamanhos em bits
Frame 802.11
Versão do Protocolo Tipo Subtipo Para o AP Do AP Mais
Fragmentos
Nova Tentativa
Ger. de Energia
Mais Dados
2 2 4 1 1 1
1 1 1
WEP
1
Reservado
1
75
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● WEP (Wireless Equivalent Privacy): Usado para indicar o uso de criptografia○ Tamanhos em bits
Frame 802.11
Versão do Protocolo Tipo Subtipo Para o AP Do AP Mais
Fragmentos
Nova Tentativa
Ger. de Energia
Mais Dados
2 2 4 1 1 1
1 1 1
WEP
1
Reservado
1
76
Ada
ptad
o de
Kur
ose,
J. F
.; R
oss,
K. W
. (20
14)
LANs 802.11
● Grandes empresas e Universidades utilizam diversos
BSSs em uma mesma subrede
● Usuários se movem entre um BSS e outro
○ Como podem se mover e manter suas conexões
TCP e outras conectividades?
○ Como o processo pode ser transparente para o
usuário?
Mobilidade na mesma subrede 802.11
77
LANs 802.11
● Alguns recursos disponíveis no Protocolo 802.11 não são rigidamente especificados no Padrão 802.11○ Isso permite que fabricantes implementem métodos que possam lhes
oferecer vantagens sobre concorrentes
● Adaptação da taxa de transmissão○ O modo como deve ser feita a adaptação de modulação de sinal
permite diferenciação entre produtos
● Gerenciamento de energia○ Os modos de operação entre “dormindo” e “acordado” é aberto a
interpretação○ A transição entre estados leva 250 microsegundos○ Permite alta economia de energia, especialmente para hosts móveis
pouco comunicantes
Recursos avançados em 802.11
78
LANs 802.11
● Os diversos BSSs envolvidos estão todos em uma mesma subrede○ Assim, não há a necessidade da mudança do IP do
host que está se movimentando○ A medida que a intensidade do sinal do AP inicial é
reduzida o host começa a varrer o ambiente em busca de novos APs com sinais mais fortes
○ Quando encontra um outro AP com sinal mais forte ele se conecta a esse último
○ Comutadores são capazes de lidar com essas mudanças■ uma forma - “adaptada” - de forçar a atualização da tabela do
comutador é enviando a ele um frame de difusão de origem
Mobilidade na mesma subrede 802.11
79
Redes Pessoais
● Padrão IEEE 802.15.1● Opera em curta faixa de frequência, baixa potência de
transmissão e baixo custo energético.● Surgiu com o objetivo de substituir cabos de baixa
velocidade, como notebooks, smartphones e periféricos● Redes de curto alcance - 10m de raio● Denominadas WPAN (Wireless Personal Area
Networks)● IEEE 802.15.5 operam em 2.4GHz, em modo TDM com
slots de 625 microsegundos
Bluetooth
80
Redes Pessoais
● Canal muda de modo pseudoaleatório, mas conhecido○ Conhecido como Frequency-Hopping Spread
Spectrum - FHSS○ Tem como finalidade espalhar a transmissão pelo
espectro● Pode atingir 4Mbps de velocidade de transmissão● As redes são do tipo ad hoc● Formam redes conhecidas como picorredes
○ Redes muito pequenas formadas por alguns hosts
Bluetooth
81
Redes Pessoais
● Um elemento é definido como mestre e os demais como escravos
● Mestre controla a rede○ Tem o relógio de referência○ Transmite em intervalos ímpares e o escravo
somente pode transmissor após ter sido contactado pelo mestre no intervalo anterior
● A rede pode ter 8 dispositivos ativos e até 255 estacionados○ Um dispositivo pode estacionado pode se comunicar
após o mestre torná-lo ativo
Bluetooth
82
Redes Pessoais
● Padrão IEEE 802.15.4● Tem baixas taxas de transmissão - 20 a 250Kbps● Voltada para aplicações que exigem menos potência e
menor transferência de dados○ Como sensores térmicos, de iluminação, alguns
dispositivos de segurança e interruptores inteligentes● Redes zigbee podem ter dois tipos de nós:
○ Dispositivos de função reduzida■ Operam como Escravos
○ Dispositivos de função completa■ Podem operar como mestres■ Podem ser configurados para operar em malha
Zigbee
84
Redes Pessoais
● Zigbee utiliza mecanismos como frames de sinalização, confirmações da camada de enlace, protocolos de acesso aleatório ao meio (CSMA/CA), e alocação fixa garantida de intervalos de tempo
● Um superframe zigbee é composto de intervalos, cada qual começando com um frame de sinalização. Dividido em:○ Intervalo ativo - que permite a transmissão
■ Podem ser usados com CSMA/CA, com alocação garantida, ou ambos
○ Intervalo inativo - permite que “durmam” para economizar energia
Zigbee
85
Redes Celulares
● GSM - Groupe Spécial Mobile○ Hoje Global System for Mobile Communications○ Surgiu na europa nos anos de 1980○ Necessidade de criar um sistema de celular europeu
digital e unificado● Atualmente, mais de 80% das redes
celulares no mundo são GSM
Introdução
86
Redes Celulares
● Redes Celulares são assim chamadas pela divisão do território coberto em células○ Cada célula tem uma Estação Base de Transceptor (Base Transceiver
Station - BTS)○ Hoje, podem ser usadas BTS na intersecção de 3 células
Introdução
87Adaptado de Kurose, J. F.; Ross, K. W. (2014)
Redes Celulares
● Primeira Geração (1G)○ Voltado para voz○ FDMA analógico
● Segunda Geração (2G)○ Voltados para voz, originalmente○ Internet adaptada depois (2,5G)○ Utiliza combinação de TDM e FDM (Time/Frequency
Division Multiplexing)○ Codifica voz em 12,2Kbps e 13Kbps○ Operam em bandas de 200KHz e cada banda
suporta 8 chamadas TDM
Arquitetura
88
Redes Celulares
● Controlador de Estação Base (BSC)○ Serve a dezenas de BTSs○ Executa a paginação de usuários entre as BTSs○ Constitui um Sistema de Estação-Base (BSS)
Arquitetura
89Adaptado de Kurose, J. F.; Ross, K. W. (2014)
Redes Celulares
● Central de Comutação Móvel (Mobile Switching Center - MSC)○ Executa a contabilidade e autenticação dos usuários○ Estabelece e interrompe chamadas○ Faz transferências○ Suporta até 5 BSCs
● Algumas MSCs (especiais) operam como Roteadores de Borda○ Fazem a integração com a rede telefônica pública
Arquitetura
90
Redes Celulares
● Terceira Geração (3G)○ Definido pelo 3GPP (3rd Generation Partership Project)○ Objetivo: Deixar funcionalidades por voz intactas e inserir acesso a
internet em paralelo○ Dois elementos internos à rede inseridos
■ Servidor de Nó de Suporte GPRS (SGSN): Entrega datagramas para nós móveis, interage com o MSC para autenticação e transferências
■ Roteador de Borda de Suporte GPRS (GGSN): Atua como um roteador de borda, concentrando o tráfego e intermediando-o para uma rede maior. É a última parte da rede 3G de tráfego de dados
Arquitetura
92
Redes Celulares
● Na 3G, análogo às BSCs existem os Controladores da Rede de Rádio (RNCs)○ Executam o controle das BTSs, aqui chamadas de
“Node Bs”○ Comutam o tráfego de voz para o MSC e o de dados
para o SGSN● Redes 3G utilizam uma técnica de CDMA
○ Direct Sequence Wideband CDMA (DS-WCDMA)○ Associa DS-WCDMA com
■ TDMA■ Frequências múltiplas
Arquitetura
93
Redes Celulares
● Quarta Geração (4G)○ Long-Term Evolution definido pelo 3GPP
● Apresenta vantagens frente a 3G○ Evolved Packet Core
■ Rede de voz e dados operam sobre IP■ Oferece QoS para serviços de voz■ Funcionamento com 2G e 3G legada
○ Rede de acesso por rádio LTE■ Utiliza multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM)■ Cada nó móvel tem 0,5ms em uma ou mais frequências do canal
○ Utiliza MIMO (Multiple Input Multiple Output)■ Permite uso de multiplas antenas simultâneas
Arquitetura
95
Bibliografia
96
KUROSE, James F.; ROSS, Keith W. Redes de Computadores e a Internet. São Paulo: Person, 2014.
IEEE Standard for Information technology-- Local and metropolitan area networks-- Specific requirements-- Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC)and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 5: Enhancements for Higher Throughput," in IEEE Std 802.11n-2009 (Amendment to IEEE Std 802.11-2007 as amended by IEEE Std 802.11k-2008, IEEE Std 802.11r-2008, IEEE Std 802.11y-2008, and IEEE Std 802.11w-2009) , vol., no., pp.1-565, Oct. 29 2009 doi: 10.1109/IEEESTD.2009.5307322
IEEE Standard for Information technology--Telecommunications and information exchange between systems--Local and metropolitan area networks--Specific requirements--Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications--Amendment 4: Enhancements for Very High Throughput for Operation in Bands below 6 GHz.," in IEEE Std 802.11ac(TM)-2013 (Amendment to IEEE Std 802.11-2012, as amended by IEEE Std 802.11ae-2012, IEEE Std 802.11aa-2012, and IEEE Std 802.11ad-2012) , vol., no., pp.1-425, Dec. 18 2013 doi: 10.1109/IEEESTD.2013.7797535
IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks," in IEEE Std 802.15.4-2015 (Revision of IEEE Std 802.15.4-2011) , vol., no., pp.1-709, April 22 2016 doi: 10.1109/IEEESTD.2016.7460875
Redes Wireless