WiFi - Wireless Fidelity

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Redes de Computadores 1 
- Redes WiFi 
 
Prof. Helcio Wagner da Silva 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS 
CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO 
1 
Introdução 
• Vantagens da comunicação sem fio 
– Flexibilidade 
– Custo menor 
• Desvantagens da comunicação sem fio 
– Restrições comuns acentuadas 
• Atenuação (distância percorrida, obstáculos, absorção) 
• Ruído (telefones operando na faixa de 2,4 GHz, motores) 
– Restrições exclusivas 
• Propagação multipercurso 
2 
Redes WiFi 
• Padrão IEEE 802.11 
• Variantes existentes dependem de 2 fatores: 
1. faixa de freqüências (não-licenciada) usada 
 
 
 
 
2. taxa de transmissão máxima obtida transmitindo 
naquela faixa de freqüência 
 
 
3 
Variantes do WiFi mais comuns 
Variante Faixa de freqüência Taxa de transmissão 
802.11b 2,4 – 2,4835 GHz até 11 Mbps 
802.11a 5,735 – 5,860 GHz até 54 Mbps 
802.11g 2,4 – 2,4835 GHz até 54 Mbps 
 
 
 
 
 
 
• Em todas elas, são usadas antenas omnidirecionais – 
i.e., que irradiam o sinal em todas as direções 
4 
Arquitetura WiFi 
Internet 
Hub, switch ou 
roteador 
BSS 1 
BSS 2 
AP 1 
AP 2 BSS – Basic Service Set 
AP – Access Point 
5 
Arquitetura WiFi 
• LAN com infraestrutura 
– possui AP 
• LAN sem infraestrutura (ad hoc) 
– Não possui AP 
BSS 
6 
Associação com um AP 
• Necessária antes de enviar/receber quadros 
• Sinais suficientemente fortes podem ser 
recebidos de dois ou mais APs – “selva” de WiFi 
• Estes sinais carregam quadros de sinalização 
contendo as seguinte informações: 
1. SSID (Service Set IDentifier) vinculado ao AP 
2. Endereço MAC do AP 
• Associação pode requerer autenticação 
– Por exemplo, através de endereço MAC ou senha 
7 
Varredura Passiva 
BSS 1 
AP 1 
BSS 2 
AP 2 
1 1 
2 
3 
1. Quadros de sinalização enviados pelos APs 
2. Quadro de solicitação de associação 
3. Quadro de resposta de associação 
8 
Varredura Ativa 
BSS 1 
AP 1 
BSS 2 
AP 2 
2 2 
3 
4 
1. Quadro de solicitação de investigação enviado para os APs (difusão) 
2. Quadros de resposta de investigação enviado pelos APs 
3. Quadro de solicitação de associação 
4. Quadro de resposta de associação 
1 
9 
Nível MAC 
• Meio de transmissão impõe restrições 
– Ambiente altamente susceptível a erros 
• Reconhecimentos e retransmissões são desejáveis 
– Nem todas as colisões podem ser detectadas 
• Problema da estação oculta 
– Transmissões são abortadas desnecessariamente 
• Problema da estação exposta 
• Protocolo utilizado em redes Ethernet 
(CSMA/CD) mostra-se inadequado 
10 
Problema da Estação Oculta (Parte 1) 
• H1 quer transmitir para H2, mas não sabe que H3 
está transmitindo para H2 (H3 está oculta!) 
H1 H2 H3 
11 
Problema da Estação Oculta (Parte 2) 
• Quando H1 transmite para H2, seu sinal colide com 
aquele enviado por H3, sem que H1 detecte a colisão 
H1 H2 H3 
12 
Problema da Estação Exposta 
• H2 quer transmitir para H3, mas não o faz pensando 
que haveria uma colisão de sinais em H3 
H1 H2 H3 
13 
Modos de Operação 
• DCF (Distributed Coordination Function) 
– Estações (e AP, quando houver) competem pelo 
acesso ao meio de transmissão em um BSS 
– Utiliza o protocolo CSMA/CA (Carrier Sense 
Multiple Access with Collision Avoidance) 
– Obrigatória em todas as implementações WiFi 
• PCF (Point Coordination Function) 
– AP controla, via polling, o acesso em um BSS 
– Opcional (dificilmente implementada) 
 14 
Operação Básica do CSMA/CA 
L0 sinta o meio durante DIFS 
 SE (meio livre) ENTÃO transmita quadro 
 SENÃO 
L1 sinta o meio até ficar livre 
 aguarde DIFS 
 SE (meio livre) ENTÃO 
 SE (r não foi escolhido) ENTÃO 
 escolha r em [0,N] 
L2 ENQUANTO (r > 0) 
 sinta o meio durante 1 slot 
 SE (meio livre) ENTÃO 
 r = r - 1 
 VÁ PARA L2 
 SENÃO 
 VÁ PARA L1 
 transmita quadro 
 VÁ PARA L0 
 SENÃO 
 VÁ PARA L1 15 
Operação Básica do CSMA/CA 
Meio 
ocupado 
DIFS 
Meio 
ocupado 
DIFS DIFS 
Quadro 
Meio 
ocupado 
DIFS DIFS 
Quadro 
Quadro 
4 3 2 1 0 
7 6 5 4 3 2 
DIFS 
2 1 0 
H1 
H2 
H3 
t 
t 
t 
• Em geral, uma estação não é capaz de sentir o 
 meio enquanto efetua uma transmissão 
 (barateamento de software) 
• Quadros são transmitidos integralmente 
16 
Prevenção de Colisões usando Quadros RTS 
(Request To Send) e CTS (Cleared To Send) 
H1 H2 H3 H4 
H1 
H2 
H3 
H4 
RTS 
CTS ACK 
Tempo ocioso 
Tempo ocioso 
Quadro de dados 
DIFS SIFS SIFS SIFS 
17 
Espaçamento entre Quadros 
ACK 
SIFS 
PIFS 
DIFS 
EIFS 
Quadro de controle ou próximo fragmento pode ser enviado aqui 
Quadros PCF podem ser enviados aqui 
Disputa pelo meio pode ser feita aqui 
A recuperação de 
quadros defeituosos 
pode ser feita aqui 
t 
SIFS = Short InterFrame Spacing 
PIFS = PCF InterFrame Spacing 
DIFS = DCF InterFrame Spacing 
EIFS = Extended InterFrame Spacing 18 
Transmissão de uma 
Rajada de Fragmentos 
H1 H2 H3 H4 
H1 
H2 
H3 
H4 
RTS 
CTS ACK 
Tempo ocioso 
Tempo ocioso 
Frag 1 
DIFS SIFS SIFS SIFS 
ACK 
SIFS 
Frag 2 
SIFS 
ACK 
SIFS 
Frag 3 
SIFS 
19 
Formato do Quadro WiFi 
FC Dur End 1 End 2 End 3 Seq End 4 Dados FCS 
Version Type SubType 
To 
DS 
From
DS 
More
Frag 
Retry 
Pwr 
Mgm 
More 
Data 
WEP Ordr 
2 2 6 6 6 2 6 0 – 2312 2 Bytes 
2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 bits 
Quadro inédito (0) 
ou retransmitido (1) 
Mais fragmentos (1) 
ou não (0) 
Processamento 
na ordem (1) 
ou não (0) Mais quadros 
bufferizados (1) 
ou não (0) 
WEP usado (1) 
ou não (0) 
entrando em modo de 
economia de energia (1) 
20 
Utilização de Endereços 
ToDS FromDS End 1 End 2 End 3 End 4 
0 0 Destino Origem BSSID - 
0 1 Destino End AP Origem - 
1 0 End AP Origem Destino - 
1 1 Receptor Transmissor Destino Origem 
FC Dur End 1 End 2 End 3 Seq End 4 Dados FCS 
2 2 6 6 6 2 6 0 – 2312 2 Bytes 
Significado e presença definidos pelos campos ToDS e FromDS 
21 
Exemplo de Uso dos Endereços (1) 
BSS 
AP 1 
ToDS = 1 
FromDS = 0 
End 1 = AP 
End 2 = H1 
End 3 = H2 
H1 H2 
2 
ToDS = 0 
FromDS = 1 
End 1 = H2 
End 2 = AP 
End 3 = H1 
22 
Exemplo de Uso dos Endereços (2) 
H1 H2 
ToDS = 0 
FromDS = 0 
End 1 = H2 
End 2 = H1 
End 3 = BSSID 
BSS 
23 
Exemplo de Uso dos Endereços (3) 
H1 
H2 
AP 1 
AP 2 
ToDS = 1 
FromDS = 0 
End 1 = AP 1 
End 2 = H1 
End 3 = H2 
ToDS = 1 
FromDS = 1 
End 1 = AP 2 
End 2 = AP 1 
End 3 = H2 
End 4 = H1 
ToDS = 0 
FromDS = 1 
End 1 = H2 
End 2 = AP 2 
End 3 = H1 
1 
2 
3 
BSS 1 
BSS 2 
BSS 3 
24