Camada Enlace Wireless

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Camada de Enlace
Carlos Gonzales, Firmino Mucucete, Saide Saide
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FACULDADE DE ENGENHARIA
RC[2015]
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Conteúdos
Redes sem fio?
Tecnologias Wireless
Wi-Fi
Padrões de redes Wi-Fi
Modos de operação 
Classes de codificação Wireless
Área de cobertura
Segurança em redes wireless
Padrões de segurança WLAN
Configuração do AP
Comportamento das ondas de rádio
Absorção de ondas
Reflexão de ondas
Difracção
Interferência
Evitando ruidos
Repetidores
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Redes sem fio?
A tecnologia sem fio permite a conexão entre diferentes nós de rede sem a necessidade do uso de cabos, utilizando no entanto, ondas electromagneticas na faixa de freqência de rádio, microomdas ou infravermelho. As WLANs (Wireless LANs)utilizam o protocolo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance).
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Tecnologias Wireless
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Tecnologias Wireless
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Satelite
WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) – tecnologia nova de transmissão na faixa de frequência de microondas.
Infrarered (infravermelho) – tecnologias para transmissão em pequenas distâncias desde que não haja obstâculos.
Banda Estreita – tecnologia de transmissão na faixa de frequência de ondas de rádio.
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PCS (Personal Comunication Services) Banda estreita – tecnologia de transmissão na faixa de frequência de microondas.
Spread spectrum (espectro espalhado) – tecnologia de transmissão na faixa de frequência de ondas de rádio. É a tecnologia utilizada nas redes Wi-Fi. 
Wi-Fi
Uma marca licenciada originalmente pela Wi-Fi Alliance para descrever a tecnologia de redes sem fio embarcadas (WLAN) com base no padrão IEEE 802.11. Opera em faixas de frequências que não necessitam de licença. Para se ter acesso à internet através de rede Wi-Fi deve-se estar no raio de ação de um Access Point (normalmente conhecido por hotspot).
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Padrões de redes Wi-Fi
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Padrões de redes wireless Wi-Fi
 802.11b –suporta 32 utilizadores por Access Point. Tem como a alta interferência tanto na transmissão como na recepção de sinais, dado que funcionam a 2,4 GHz equivalentes aos telefones móveis, fornos microondas e dispositivos Bluetooth. E como vantagem o baixo preço dos seus dispositivos, a largura de banda gratuita bem e a disponibilidade gratuita em todo mundo. É muito utilizado por provedores de internet sem fio.
802.11a – suporta 64 até utilizadores utilizadores por Access Point. Tem como vantagens a velocidade, a frequência gratuida e a ausência de interferências. Como desvantagem a incompactibilidade com os padrões b e g.
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Padrões de redes wireless Wi-Fi
802.11g – compactiveis com os dispositivos 802.11b e tem os mesmos inconvenientes do padrão 802.11b (incompatibilidades com dispositivos de diferentes fabricantes). Tem como vantagem a velocidade utiliza a autenticação WEP estática. Difículta por vezes a configuração como Home Gateway devido à sua frequência e outros sinais.
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Padrões de redes wireless Wi-Fi
802.11n - Tem uma velocidade até aos 300 Mbps e um alcance de 70 metros. Opera nas faixas de frequências 2,4GHz e 5GHz. É um padrão recente com uma nova tecnologia, MIMO (multiple input, multiple output) que utiliza várias antenas para transferência de dados de um local para outro. As principais vantagens são a largura de banda e o alcance.
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Modos de operação
Ad-hoc – comunicação entre dispositivos sem intermédio de um Access Point.
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Modos de operação
Infra-estrutura – comunicação entre dispositivos por intermédio de um Access Point conectado a rede a cabo.
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Modos de operação
O modo infra-estrutura possue dois tipos de serviços BSS (Basic Set Services) e ESS (Extended Set Services):
BSS – que utiliza apenas um único Access Point.
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Modos de operação
ESS – que utiliza mais de um Access Point podendo criar uma área de intersecção para permitir mobilidade de utilizadores entre células. 
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Classes de codificação Wireless
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) – utiliza todas as frequências disponivesis alternando-as, diminuindo assim chances de interfência entre dispositivos que utilizem a mesma faixa de frequência. Suportada no padrão 802.11 e não nos 802.11a, 802.11b ou 802.11g.
Direct Sequênce Spread Spectrum (DSSS) – utilizada na faixa de 2.4GHz. Utiliza um ou varios canais diferentes. Pode ter 11 canais diferentes parcialmente sobrepostos. Suportada pelo 802.11b
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Classes de codificação Wireless
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Classes de codificação Wireless
Ortogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)- é análogo ao DSSS, para WLANs que utilizam OFDM, podem também utilizar multiplos canais não sobrepostos. Utilizada em 802.11a e 802.11b. 
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Área de cobertura
Depende de:
Frequência utilizada;
Potência de transmissão;
Interferências e obstruções;
Proximidade do AP a metais ou outros materiais que atenuem o sinal.
A força do sinal influencia directamente na velocidade, sinais fracos transmitem a uma velocidade baixa e sinais fortes transmitem a uma velocidade a maior. 
Pode-se aumentar a área de cobertura utilizando antenas extras.
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Segurança em redes wireless
Algumas ameaças a redes sem fio:
War drivers – ataques por pessoas que terem ter livre a cesso a internet;
Hackers – procuram informação valiosa ou apenas fazem terrorismo sibernético;
Funcionários – que podem ajudar hackers ou por motivação própria;
Rogue AP – Ap clonado para capturar quadros da camada de enlace com finalidade de analisa-los e obter informações como SSID ou a chave de segurança;
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Segurança em redes wireless
Algumas ferramentas de segurança:
Autenticação mutua – entre o AP e o cliente utilizando senha de acesso secreta;
Criptografia – utização de uma senha de acesso secreta e um algoritmo matemático para criptografar o conteudo do quadro e o cliente utiliza um outro algoritmo para descriptografar.
Ferramentas anti-intrusão – utilização de uma serie de ferramentas para prevenir intrusão;
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Segurança em redes wireless
Tabela resumo das ameaças e as soluções propostas para combate-los
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Ameaça
solução
War drivers
Mecanismoseficientesdeautenticação
Furtode dados
Mecanismoseficientesdecriptografia
Acessoexterno
Mecanismoseficientesdeautenticação
Instalação não autirizada de AP
Usode ferramentas anti-intrusção
Clonagemde AP
Usode ferramentas anti-intrusção
Mecanismoseficientesdeautenticação
Padrões de segurança WLAN
Wireless Equivalent Privacy (WEP) – adoptado pelo 802.11 oferece metodos fracos criptografia e autenticação. Os problemas são:
Static preshared Keys (PSK) – a chave precisa ser configurada tanto no AP como no cliente de forma estática e precisava da intervenção humana para troca.
Chaves facilmente crackeadas – a chave tem um comprimento curto.
Técnicas como SSID Cloacking
e filtro de enderecoa MAC foram utilizadas para mitigar as invasões mas não foram suficientes
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Padrões de segurança WLAN
Wi-Fi Protected Access (WPA) – fornece melhorias criptografia e autenticação como:
Troca dinâmica de chaves utilizando o Temporal Key Integrity Protocol (TKIP);
Autenticação (802.11x) e PSK;
Cada pacote é criptografado de forma diferente;
IEEE 802.11i e WPA-2 – Traz o padrão Advanced Encription Standard (AES) que oferece esquemas ainda mais seguro de criptografia, troca de chaves e autenticação. As chaves são extensas e os algoritmos de criptografia são robustos.
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Configuração do AP
Os Aps são dispositivos da camada de enlace do modelo OSI, assim não presisão de endereço IP para funcionar. A seguir alguns parâmetros que podem (ou devem em alguns Aps) ser configurados:
O padrão IEEE a ser configurado (802.11a ou b ou 802.11g ou 802.11n);
Canal (frequência) de operação;
Service Set Identifier (SSID) – o identificador da rede e é formado por até 32 caracteres ASCII;
Potência de transmissão;
No modo BSS cada AP de ter o seu SSID e no modo ESS os Aps devem ter um mesmo SSID.
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Comportamento das ondas de rádio
Quanto maior o comprimento de onda, maior é o alcance do sinal ou a área de cobertura; 
Quanto maior o comprimento de onda, maior a facilidade com que ela atravessa e contorna os obstaculos; 
Quanto menor o comprimento de onda, mais dados ela pode transportar.
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Absorção de ondas
Quando ondas eletromagnéticas atravessam algum obstaculo, geralmente atenuam (enfraquecem) ou deixam de existir. O quanto elas perdem de potência depende de sua frequência e, claro, do material que átravessam. 
Em termos práticos de redes sem fio, podemos considerar metais e água como absorventes perfeitos: as ondas de rádio ou de microondas não serão capazes de atravessá – los (ainda que camadas finas de água permitam que alguma energia passe por elas).
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Reflexão de ondas
Para as ondas de rádio, as principais fontes de reflexão são metais e superfícies de água.
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Difracção
A difração origina a perda de potência: a energia da onda difratada é significativamente menor que a da frente de onda que a originou. Mas em algumas situações específicas pode-se tomar vantagem da difração para contornar obstáculos
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Interferência 
Quando trabalhamos com ondas, dois mais dois não é necessariamente igual a quatro. O resultado pode até ser nulo. Isto é fácil de entender quando se desenha duas ondas senoidais e soma as amplitudes. Quando os picos acontecem simultaneamente, você tem o resultado máximo (2 + 2 = 4). Isto é chamado de interferência construtiva. Quando um pico acontece em conjunto com um vale, tem – se a completa aniquilação (2 + (-2) =0), é chamada de interferência destrutiva. 
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Interferência 
Em wireless, a palavra interferência é, utilizada em um sentido mais amplo e diz respeito à perturbações causadas através de outras fontes de rádio-frequência, como canais vizinhos, por exemplo. A interferência é uma das principais fontes de problemas na construção de conexões sem fio, especialmente em ambientes urbanos e espaços fechados onde muitas redes podem competir pelo uso do espectro. Sempre que ondas de amplitudes iguais e fases opostas cruzem, a onda é destruida e nenhum sinal poderá ser recebido. O caso mais comum é o de ondas que combinam-se em uma forma de onda completamente embaralhada que não poderá ser efetivamente usada para a comunicação. As técnicas de modulação e o uso de múltiplos canais ajudam a lidar com problemas de interferência, mas não os eliminam completamente.
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Interferência 
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Evitando ruidos 
Telefones sem fio, transmissores analógicos de vídeo, Bluetooth, monitores para bebês e mesmo fornos de microondas competem com redes wireless no uso da bastante limitada banda de 2,4 GHz. Os sinais destes dispositivos, em conjunto com o sinal de outras redes wireless, podem causar problemas significativos para redes sem fio de longo alcance. Assim, para reduzir a recepção de sinais indesejados deve – se:
Aumentar o ganho da antena em ambos os lados de um link ponto-aponto;
Usar antenas setoriais ao invés de usar uma antena omnidirecional;
Não usar amplificadores;
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Evitando ruidos 
Use o melhor canal disponível. Lembre-se que os canais 802.11b/g têm a largura de 22 MHz, mas são separados por apenas 5 MHz. Faça uma pesquisa nos locais onde instalará os equipamentos e escolha um canal que esteja o mais longe possível de fontes de interferência existentes. Lembre-se que o cenário wireless pode mudar a qualquer momento, uma vez que podem – se passar a usar novos dispositivos (telefones sem fio, outras redes, etc). Se o link começar, derepentemente, a ter problema de transmissão de pacotes, talvez precise –se de fazer uma nova pesquisa do ambiente e selecionar um canal diferente.
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Evitando ruidos 
Usar pequenos saltos (hops) e repetidores, ao invés de cobrir uma longa distância com um link único. Manter os links ponto-a-ponto tão curtos quanto possível. Mesmo que seja possível criar um link de 10 kms que passe pelo meio de uma cidade, é bem provável que tenha muitos problemas com interferências. Se puder dividir este link em dois ou mais saltos (hops) curtos, ele ganhará mais estabilidade. Obviamente, isto não é viável em links de longa distância em áreas rurais, onde não há estruturas de rede elétrica ou suportes para antenas. 
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Evitando ruidos 
Se possível, usar bandas livres de 5,8 GHz, 900 MHz ou outras. Mesmo sendo uma solução de curto prazo, hoje há muito mais equipamentos instalados que usam a frequência de 2,4 GHz. Usando 802.11a ou um dispositivo que eleva a frequência de 2,4 GHz para 5,8 GHz permitirá que o congestionamento seja evitado.
Se tudo isso falhar, usa-se o espectro sob licença. Existem lugares onde todo o espectro livre disponível já está, efetivamente, utilizado.
Para identificar as fontes de ruído, precisara-se de ferramentas que mostrem o que está acontecendo no ar, em 2,4 GHz.
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Repetidores 
O componente mais crítico na construção de links de longa distância é a linha de visão (line of sight, ou LOS). Sistemas terrestres de microondas simplesmente não toleram altas colinas, árvores ou outros obstáculos no caminho de uma conexão de longa distância. Deve-se ter uma boa idéia da topografia do espaço entre os dois pontos que deseja conectar, antes de determinar se o link é mesmo possível. Mas mesmo que exista uma montanha entre dois pontos, é bom lembrar que pode-se tirar beneficios dos obstáculos. Montanhas podem bloquear o sinal, mas, assumindo que uma rede elétrica esteja disponível, elas podem ser locais muito bons para a instalação de repetidores. 
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Repetidores 
Tipicamente, repetidores são usados para superar obstáculos no caminho de um link de longa distância. 
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Repetidores 
O componente mais crítico na construção de links de longa distância é a linha de visão (line of sight, ou LOS). Sistemas terrestres de microondas simplesmente não toleram altas colinas, árvores ou outros obstáculos no caminho de uma conexão de longa distância. Deve-se ter uma boa idéia
da topografia do espaço entre os dois pontos que deseja conectar, antes de determinar se o link é mesmo possível. Mas mesmo que exista uma montanha entre dois pontos, é bom lembrar que pode-se tirar beneficios dos obstáculos. Montanhas podem bloquear o sinal, mas, assumindo que uma rede elétrica esteja disponível, elas podem ser locais muito bons para a instalação de repetidores. 
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