Aula 10 - Redes sem fio

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Fundamentos de 
Redes de Computadores
Sidney Nicolau Venturi Filho
Aula 10
O que são as Wireless LAN?
Uma WLAN é uma rede local sem fio, implementada como extensão ou alternativa para redes convencionais. Dentre os padrões utilizados podemos encontrar:
IEEE 802.11 (wi-fi)
IEEE 802.16 (wi-max)
Bluetooth
Home RF
REDES SEM FIO
As WLANs utilizam sinais de RF ou infravermelho para a transmissão de dados, minimizando a necessidade de cabos de conexão dos usuários à rede. 
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REDES SEM FIO - EXEMPLO
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REDES SEM FIO - Dispositivos
Impressoras
Fax
Telefones
Celulares, Smartphone
Notebooks
Tablet
Smart TV
Entre Outros.
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REDES SEM FIO - Características
Oferecem conectividade em áreas difíceis ou impossíveis de se cabear
Flexibilidade para expansões, mudanças e alteração de Layout
Permite que aplicações e equipamentos móveis operem como em redes cabeada.
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REDES SEM FIO - Vantagens
Flexibilidade, Mobilidade e Praticidade;
Simplicidade de Instalação;
Redução de Custos;
Escalabilidade (diferentes topologias);
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REDES SEM FIO - Desvantagens
Principais problemas
Grande atenuação
Limitação de alcance
Interferência
Dificuldade de se atingir altas taxas de transmissão
Segurança
Reflexões do sinal no interior de uma casa.
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REDES SEM FIO - Barreiras
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Características do enlace sem fio
Diferenças do enlace com fio...
Redução fora do sinal: sinal de rádio se atenua enquanto se propaga pela matéria (perda do caminho)
interferência de outras fontes: frequências padrão de rede sem fio (p. e., 2,4 GHz) compartilhadas por outros dispositivos (p. e., telefone); dispositivos (motores) também interferem
propagação multivias: sinal de rádio reflete-se em objetos e no solo, chegando ao destino em momentos ligeiramente diferentes
... tornam a comunicação por (até mesmo ponto a ponto) enlace sem fio muito mais “difícil” 
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SNR: razão sinal-ruído
maior SNR – mais fácil extrair sinal do ruído (uma “coisa boa”)
SNR versus BER
camada física: aumenta potência -> aumenta SNR -> diminui BER
SNR: escolha camada física que atende requisito BER, dando vazão mais alta
Características do enlace sem fio
10
20
30
40
QAM256 (8 Mbps)
QAM16 (4 Mbps)
BPSK (1 Mbps)
SNR(dB)
BER
10-1
10-2
10-3
10-5
10-6
10-7
10-4
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Características da rede sem fio
Múltiplos remetentes e receptores sem fio criam problemas adicionais (além do acesso múltiplo):
A
B
C
Problema do terminal oculto
B, A escutam um ao outro
B, C escutam um ao outro
A, C não podem ouvir um ao outro
significa que A, C não sabem de sua interferência em B
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Características da rede sem fio
Múltiplos remetentes e receptores sem fio criam problemas adicionais (além do acesso múltiplo):
A
B
C
força do
sinal de A
espaço
força do
sinal de C
Atenuação do sinal:
B, A escutam um ao outro
B, C escutam um ao outro
A, C não podem escutar um ao outro interferindo em B
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REDES SEM FIO – TOPOLOGIAS
 Topologia Peer-to-peer (ad hoc) – nesta configuração, as estações de trabalho, munidas de placas de comunicação wireless estabelecem comunicação entre si, sem a necessidade de um Access Point. Também pode ser chamada de IBSS (Independent Basic Service Set).
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 modo ad hoc
sem estações-base
nós só podem transmitir a outros nós dentro da cobertura do enlace
nós se organizam em uma rede: roteiam entre si mesmos
Elementos de uma rede sem fio
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REDES SEM FIO – TOPOLOGIAS
 Topologia Infra-estrutura – Esta configuração consiste em um Access Point que estabelece comunicação com um conjunto de estações de trabalho. Esta topologia admite diversos tipos de configurações descritas a seguir
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Elementos de uma rede sem fio
infraestrutura
de rede
hospedeiros sem fio
laptop, PDA, telef. IP
executam aplicações
podem ser estáticos (não móvel) ou móveis
sem fio nem sempre significa mobilidade
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infraestrutura
de rede
 estação-base
normalmente conectada à rede com fio
relay – responsável por enviar pacotes entre rede com fio e hospedeiros sem fio em sua “área”
p. e., torres de células, pontos de acesso 802.11
Elementos de uma rede sem fio
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infraestrutura
de rede
enlace sem fio
normalmente usado para conectar disp. móveis à estação-base
também usado como enlace de backbone
protocolo de acesso múltiplo coordena acesso ao enlace
diversas taxas de dados, distância de transmissão
Elementos de uma rede sem fio
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infraestrutura
de rede
modo de infraestrutura
estação-base conecta hosp. móveis à rede com fio
transferência: hosp. móvel muda de estação-base fornecendo conexão à rede com fio
Elementos de uma rede sem fio
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REDES SEM FIO – 802.11
Grupo criado pelo IEEE para desenvolver padrão para a comunicação em redes wireless.
O Projeto IEEE 802.11 tem, entre outras, as seguintes premissas: 
suportar diversos canais; 
sobrepor diversas redes na mesma área de canal; 
apresentar robustez com relação a interferência;
 possuir mecanismos para evitar nós escondidos; 
oferecer privacidade e controle de acesso ao meio.
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REDES SEM FIO – PADRÕES
Wireless Fidelity – Nome comercial dado à família de padrões 802.11 do IEEE.
Disseminação muito grande nos últimos anos Notebooks e PDAs normalmente já suportam o uso nativamente.
Padrões comerciais:
802.11a (5 GHz; 54 Mbps) 
802 11b (2.4 GHz; 11 Mbps) 
802.11g (2.4 GHz; 54Mbps) 
802.11n ( 2,4 GHz e/ou 5 GHz  65 Mbps a 300 Mbps)
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Características de padrões de enlace sem fio selecionados
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REDES SEM FIO – 802.11
Elementos da topologia:
 BSS - Basic Service Set. Corresponde a uma célula de comunicação da rede sem fio.
STA - Wireless LAN Stations. São os diversos clientes da rede. AP (Access Point) É o nó que coordena a comunicação entre as STAs dentro da BSS. Funciona como uma ponte de comunicação entre a rede sem fio e a rede convencional.
DS - Distribution System. Corresponde ao backbone da WLAN, 	realizando a comunicação entre os APs.
ESS - Extended Service Set. Conjunto de células BSS cujos APs estão conectados a uma mesma rede convencional. Nestas condições uma STA pode se movimentar de uma célula 	BSS para outra permanecendo conectada à rede. Este processo é denominado de Roaming. 
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REDES SEM FIO – 802.11
Elementos da topologia:
 
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Arquitetura de LAN 802.11
hospedeiro sem fio se comunica com estação-base
estação-base = ponto de acesso (AP)
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Arquitetura de LAN 802.11
Basic Service Set (BSS) (ou “célula”) no modo de infraestrutura contém:
hospedeiros sem fio
ponto de acesso (AP): estação-base
modo ad hoc: apenas hosts
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Em 802.11, cada estação sem fio precisa se associar com um AP antes de poder enviar ou receber dados da camada de rede.
Ao instalar um AP, um administrador de rede designa ao ponto de
acesso um Identificador de Conjunto de Serviços composto de uma ou duas palavras.
Ele também deve designar um número de canal ao AP.
Uma selva de Wi-Fis é qualquer localização física na qual uma estação sem fio recebe um sinal suficientemente forte de dois ou mais APs.
Canais e associação
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Em geral, o hospedeiro escolhe o AP cujo quadro de sinalização é recebido com a intensidade de sinal mais alta.
O processo de varrer canais e ouvir quadros de sinalização é conhecido como varredura passiva.
Um hospedeiro sem fio pode também realizar uma varredura ativa, transmitindo um quadro de investigação que será recebido por todos os APs dentro de uma faixa do hospedeiro sem fio.
Canais e associação
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802.11: Varredura Passiva
AP 2
AP 1
H1
BBS 2
BBS 1
1
2
3
1
quadros de sinalização enviados dos APs
quadro de solicitação de associação enviado: H1 para AP selecionado
quadro de resposta de associação enviado: H1 para AP selecionado
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802.11: Varredura Ativa
AP 2
AP 1
H1
BBS 2
BBS 1
1
2
2
3
4
Broadcast de quadro de solicitação de investigação de H1
Quadro de resposta de investigações enviado de APs
Quadro de resposta de associação enviado: H1 para AP selecionado
Quadro de resposta de associação enviado: AP selecionado para H1
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Inspirados pelo enorme sucesso da Ethernet e seu protocolo de acesso aleatório, os projetistas do 802.11 escolheram um protocolo de acesso aleatório para as LANs sem fio 802.11. 
Esse protocolo de acesso aleatório é denominado CSMA com prevenção de colisão ou, mais sucintamente, CSMA/CA.
Em vez de usar detecção de colisão, o 802.11 usa técnicas de prevenção de colisão.
Usa um esquema de reconhecimento/retransmissão (ARQ) de camada de enlace.
O protocolo MAC 802.11
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IEEE 802.11: acesso múltiplo
evita colisões: 2 ou + nós transmitindo ao mesmo tempo
802.11: CSMA – detecta antes de transmitir
não colide com transmissão contínua de outro nó
802.11: sem detecção de colisão!
difícil de receber (sentir colisões) na transmissão devido a sinais recebidos fracos (desvanecimento)
não pode sentir todas as colisões em qualquer caso: terminal oculto, desvanecimento
A
B
C
A
B
C
força do
sinal de A
espaço
força do
sinal de C
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Protocolo MAC IEEE 802.11: CSMA/CA
remetente 802.11
1 se sentir canal ocioso para DIFS então 
transmite quadro inteiro (sem CD)
2 se sentir canal ocupado então 
inicia tempo aleatório de backoff
temporizador conta regressivamente enquanto canal está ocioso
transmite quando temporizador expira
se não há ACK, aumenta intervalo de backoff aleatório, repete 2
receptor 802.11
- se quadro recebido OK
 retorna ACK após SIFS (ACK necessário devido ao problema de terminal oculto) 
emissor
receptor
DIFS
dados
SIFS
ACK
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Exemplo de terminal oculto: H1 está oculto de H2, e vice-versa
Tratando de terminais ocultos: RTS e CTS
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O protocolo IEEE 802.11 permite que uma estação utilize um quadro de controle RTS curto e um quadro de controle CTS curto para reservar acesso ao canal.
A utilização dos quadros RTS e CTS pode melhorar o desempenho de dois modos importantes:
O problema da estação oculta é atenuado.
Desde que os quadros RTS e CTS sejam corretamente transmitidos, os quadros DATA e ACK subsequentes deverão ser transmitidos sem colisões.
Tratando de terminais ocultos: RTS e CTS
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Prevenção de colisão usando os quadros RTS e CTS.
Tratando de terminais ocultos: RTS e CTS
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REDES SEM FIO – Segurança
			Múltiplos níveis de segurança
Nível 1
Nível 2
Nível 3
Nível 4
Tecnologia Spread Spectrum
Codifica e espalha informação pela banda
Código de Rede (SSID / MAC)
Definido pelo administrador da rede
Login e senha 
Acesso restrito
Acesso restrito IEEE 802.1x
Criptografia WEP ( 40 / 128 bits 
 e 64 / 128 / 256 bits) 
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