Redes WLAN IEEE 802.11 (wi-fi)

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REDES SEM FIO
Aula 6 Redes WLAN padrão IEEE 802.11 (wi-fi)
Interconexão de redes locais
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Conteúdo Programático da Disciplina
Aula 1 - Histórico e Contextualização das Redes Sem Fio
Aula 2 - Fundamentos de transmissão de sinais digitais
Aula 3 - Fundamentos de rádio comunicação - Parte I
Aula 4 - Fundamento de radio comunicação – Parte II
Aula 5 - Arquiteturas em redes sem fio e redes lan sem fio (WLAN)
Aula 6 - Redes WLAN padrão IEEE 802.11 (wi-fi)
Aula 7 - Projeto de uma rede 802.11
Aula 8 - Segurança em redes 802.11
Aula 9 - Instalação e configuração
Aula 10 - Outras Redes sem Fios Utilizadas em Transmissão de Dados
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Conteúdo Programático desta aula
Ao final desta aula, você será capaz de:
Compreender as arquiteturas existentes na tecnologia 802.11;
Entender os modos de associações em redes sem fios;
Compreender as principais vantagens e desvantagens de utilizar modelos distribuídos e centralizados.
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Introdução
A tecnologia de redes sem fio foi desenvolvida e padronizada pelo grupo de trabalho 802.11 do IEEE.
O primeiro padrão definido pelo comitê 802.11 atingia modestas taxas de transferência de 1 e 2 Mbps, mas a pesquisa tecnológica, aliada aos os custos mais acessíveis dos equipamentos e pela facilidade de instalação e configuração é que as redes sem fio começaram a se popularizar.
Hoje existem padrões 802.11 definidos para operar em frequências de 2.4 e 5 GHz com taxas de transferências que vão de 1Mbps até 600Mbps e que podem ser utilizados em redes com ou sem infraestrutura.
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A terminologia
Antes de iniciarmos o estudo da tecnologia WLAN, precisamos entender a terminologia utilizada para definir os diversos equipamentos e infraestruturas utilizadas. 
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A terminologia
STA – Wireless LAN STAtions
AP – Access Point
BSS – Basic Service Set
SSID – Service Set Identifier
IBSS – Independent Basic Service Set
DS – Distribution System
ESS – Extended Service Set
BSA – Basic Service Area
Hot Spot
São os clientes da rede wireless, dispositivos  compatíveis com o padrão 802.11 como computadores ou periféricos, fixos ou móveis.
(ex: impressoras e notebook).
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A terminologia
STA – Wireless LAN STAtions
AP – Access Point
BSS – Basic Service Set
SSID – Service Set Identifier
IBSS – Independent Basic Service Set
DS – Distribution System
ESS – Extended Service Set
BSA – Basic Service Area
Hot Spot
Tipo especial de estação, nó que concentra a comunicação das STAs dentro de uma Basic Service Set (BSS), responsável por comutar o tráfego entre as estações, além de interligar a rede wireless com a rede cabeada se necessário.
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A terminologia
STA – Wireless LAN STAtions
AP – Access Point
BSS – Basic Service Set
SSID – Service Set Identifier
IBSS – Independent Basic Service Set
DS – Distribution System
ESS – Extended Service Set
BSA – Basic Service Area
Hot Spot
Grupo de estações que só se comunicam entre si através de um ponto comum de conexão, o AP.
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STA – Wireless LAN STAtions
AP – Access Point
BSS – Basic Service Set
SSID – Service Set Identifier
IBSS – Independent Basic Service Set
DS – Distribution System
ESS – Extended Service Set
BSA – Basic Service Area
Hot Spot
Nomenclatura que identifica as estações e os pontos de acesso que fazem parte de uma célula (BSS).
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STA – Wireless LAN STAtions
AP – Access Point
BSS – Basic Service Set
SSID – Service Set Identifier
IBSS – Independent Basic Service Set
DS – Distribution System
ESS – Extended Service Set
BSA – Basic Service Area
Hot Spot
Grupo de estações que se comunicam diretamente umas com as outras.
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STA – Wireless LAN STAtions
AP – Access Point
BSS – Basic Service Set
SSID – Service Set Identifier
IBSS – Independent Basic Service Set
DS – Distribution System
ESS – Extended Service Set
BSA – Basic Service Area
Hot Spot
É a conexão entre os BSS da WLAN, interliga os APs de um determinado sistema. 
O padrão 802.11 não especifica a arquitetura deste sistema, apenas que define que deve existir.
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STA – Wireless LAN STAtions
AP – Access Point
BSS – Basic Service Set
SSID – Service Set Identifier
IBSS – Independent Basic Service Set
DS – Distribution System
ESS – Extended Service Set
BSA – Basic Service Area
Hot Spot
Sistema formado por dois ou mais BSS e que estão interconectados através de um sistema de distribuição (DS). 
São criadas com o intuito de aumentar a área de cobertura do sistema e pode existir uma sobreposição entre as Basic Service Area (BSA) que compõem o ESS.
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STA – Wireless LAN STAtions
AP – Access Point
BSS – Basic Service Set
SSID – Service Set Identifier
IBSS – Independent Basic Service Set
DS – Distribution System
ESS – Extended Service Set
BSA – Basic Service Area
Hot Spot
Área de serviço básico é o espaço físico de cobertura do sinal de radiofrequência fornecido por um ponto de acesso. 
Área de serviço básico é o espaço físico de cobertura do sinal de radiofrequência fornecido por um ponto de acesso. 
A área de cobertura depende diretamente da potência da RF irradiada, do tipo de antena e dos obstáculos existentes nesta área.
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STA – Wireless LAN STAtions
AP – Access Point
BSS – Basic Service Set
SSID – Service Set Identifier
IBSS – Independent Basic Service Set
DS – Distribution System
ESS – Extended Service Set
BSA – Basic Service Area
Hot Spot
Local que possui uma infraestrutura pública (gratuita) de rede sem fio (WLAN) para acesso a Internet.
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Arquiteturas 802-11
As arquiteturas possíveis das redes sem fio foram definidas pelo IEEE com base em algumas características, e os seguintes elementos fazem parte das mesmas:
• BSA (Basic Service Area);
• BSS (Basic Service Set);
• Ponto de acesso (AP – Access Point);
• Sistema de Distribuição (DS);
• ESS (Extended Service Set).
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Arquiteturas 802-11
IBSS –Sistema Independente ou Autônomo (Ad-Hoc)
A arquitetura em que as estações se comunicam diretamente sem o apoio de um AP é conhecida como Ad Hoc ou MANET (Mobile Ad hoc NETwork). 
Para que esta rede exista as estações dependem umas das outras.
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IBSS –Sistema Independente ou Autônomo (Ad-Hoc)
As estações nesta arquitetura são hosts e roteadores ao mesmo tempo, ou seja, são origem ou destino de uma comunicação e também são responsáveis por encaminhar o tráfego entre duas estações que não estão diretamente ao alcanceuma da outra.
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IBSS –Sistema Independente ou Autônomo (Ad-Hoc)
Neste tipo de rede a topologia pode se alterar arbitrariamente, isso exige adaptação constante da rede o que torna principalmente o roteamento um desafio.
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Infraestrutura Básica (BSS)
A menor parte de uma rede wireless infraestruturada é conhecida como conjunto de serviços básicos (BSS) ou célula. 
Este sistema se caracteriza por utilizar um único AP que centraliza as comunicações da rede e fornece acesso a todos os usuários de uma determinada área.
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Infraestrutura Básica (BSS)
Concentrar todo o tráfego em um único ponto é uma desvantagem, pois reduz a largura de banda pela metade, já que todo o tráfego entre duas estações precisa ser transmitido primeiro para o AP e depois para a estação de destino.
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Infraestrutura Básica
Um BSS pode funcionar isoladamente ou se conectar a uma rede cabeada para fornecer acesso a outras redes e à Internet.
Para o AP realizar a ligação entre as redes sem fio e cabeada ele deve possuir a função de ponte para converter os quadros da rede 802.11 para rede Ethernet e vice-versa.
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Infraestrutura estendida (ESS)
Quando existe a necessidade de cobrir uma área maior do que a área típica de uma BSS utilizam-se duas ou mais BSSs interligadas por um sistema de distribuição, criando então um ESS (Extended Service Set).
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Infraestrutura estendida (ESS)
O DS pode interligar as células que compõem o ESS num sistema isolado ou interligá-lo também a outros tipos de rede, Ethernet por exemplo.
Neste tipo de sistema normalmente se utiliza uma pequena sobreposição de área de cobertura entre as BSS que constituem a ESS, com o intuito de possibilitar a mobilidade das estações que utilizam a ESS por toda extensão do sistema.
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Infraestrutura estendida (ESS)
As estações que se utilizam de uma ESS podem alcançar quaisquer outras estações que estiverem conectadas nesta mesma ESS, mesmo que em BSS diferentes.
O sistema de distribuição interliga diretamente os APs que constituem as células base e esta interligação pode ser feita por meios guiados ou radiofrequência.
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Modo de infraestrutura autônoma
Esta infraestrutura se define em APs que implementam todas as funções de gerenciamento e controle dos quadros 802.11 e a comutação com a estrutura cabeada.
Na infraestrutura autônoma cada AP é administrado de forma independente como se fosse o único da rede. O AP neste tipo de rede pode ser chamado de “AP Fat” .
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Modo de infraestrutura autônoma
Inicialmente todas as redes wireless eram construídas com arquitetura autônomas (APs independentes - gerenciados um a um), mas o uso de infraestrutura centralizada é uma nova tendência.
O ajuste das frequências utilizadas neste tipo de infraestrutura deve ser cuidadosamente estudado.
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Modo de infraestrutura centralizada
O que caracteriza uma infraestrutura centralizada é a administração de toda rede wireless ser feita através do controlador de WLAN, conhecido como controlador de acesso (AC), que é o responsável pelo controle de configuração dos outros APs da estrutura. 
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Modo de infraestrutura centralizada
Os APs utilizados neste tipo de estrutura são conhecidos como “Thin AP” (AP magro), pelo número reduzido de funções que eles possuem em relação aos APs Fat utilizados nas infraestruturas autônomas.
A principal vantagem da infraestrutura centralizada é a possibilidade de proporcionar aos administradores de rede um modo estruturado e hierárquico de controle dos Aps.
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Modo de infraestrutura distribuída
Uma infraestrutura distribuída se caracteriza por uma rede com vários APs interligados através de conexões com ou sem fios e conectados em links 802.3.
Normalmente são utilizados para cobrir grandes áreas.
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• Autenticação;
• Desautenticação;
• Associação;
• Desassociação;
• Privacidade;
• Reassociação.
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Autenticação
A autenticação de uma estação pode ser feita de duas formas:
 Sistema Aberto ou
 Chave Compratilhada
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Autenticação por sistema aberto
É o método padrão usado nos equipamentos wireless. Usando este método uma estação pode se associar com qualquer AP que também use o método. 
Este método é baseado no SSID, nele, é necessário apenas que a estação e o AP tenham o mesmo SSID.
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Autenticação por sistema aberto
Neste método o cliente requisita a conexão e o AP responde autorizando ou não.
Pode ser empregado o protocolo WEP (Wireless Encription Protocol) mas não há garantia de segurança pois os conteúdos passam a ser criptografados somente após a conexão.
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Autenticação por chave compartilhada
Neste método é empregado o modelo desafio-resposta (chalenge-response) e é obrigatório o uso de criptografia.
 O cliente solicita conexão.
 O AP envia uma palavra desafio.
 O cliente criptografa esta palavra e criptografa a resposta com uma chave previamente definida
 O AP decriptografa e confere a resposta, permitindo ou não a conexão dos cliente. 
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xxx
xxx
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Desautenticação e Desassociação
Uma estação pode resolver se desconectar da rede a qualquer momento e este processo está previsto pelo padrão 802.11. 
O procedimento ideal é que após uma autenticação para validar a associação, a estação envie a notificação de desassociação caso queria deixar de usar os serviços desta rede.
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Desautenticação e Desassociação
Como o próprio nome sugere, é uma notificação e não pode ser negada. 
O AP tem por responsabilidadepropagar a informação de desassociação pelo DS, com o objetivo de notificar todos os APs da ESS de que a estação não está mais utilizando os serviços.
O padrão 802.11 também prevê o tratamento de situações em que a estação se desconecta do sistema sem efetuar os procedimentos acima (como numa queda repentina de energia na estação).
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Associação
Encerradas as etapas da autenticação, a estação envia o pedido de associação ao AP. 
Cada estação se associa a um único AP (BSS), dentro da ESS, que pode ter outras estações associadas. 
Um número limitado de estações podem se associar a um único AP, o número ideal é normalmente definido pelo fabricante do AP.
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Associação
O AP aceita a solicitação de associação, e propaga a informação desta associação pelo sistema de distribuição (DS) para os outros APs presentes na ESS. 
Este é o passo inicial para promover a mobilidade da estação, se for necessário, dentro da ESS.
Assim a estação pode movimentar-se passando de uma BSS (AP) para outra.
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Reassociação
Uma das principais vantagens dos equipamentos sem fio é a mobilidade, e uma das funções das estações é avaliar a intensidade do sinal enviado pelo AP constantemente. 
Quando uma estação está em uma ESS, ela pode se mover dentro e buscar um outro AP, do mesmo sistema (ESS) com um sinal mais forte ou de melhor qualidade.
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Reassociação
Ocorre quando a estação solicita uma mudança de BSS dentro da ESS, para associar-se ao AP que tem o sinal com maior intensidade. 
A reassociação será solicitada, sempre pela estação, ao AP que tem o melhor nível de sinal. 
O novo AP depois de aceitar a solicitação deverá propagar pelo DS a nova associação da estação em questão e a partir daí atender suas solicitações.
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Privacidade
A privacidade é uma característica oferecida pelas redes sem fio que impede que as informações transmitidas para um determinado destinatário sejam lidas por outras pessoas.
O padrão 802.11 define algoritmos de criptografia como uma forma de privacidade, que é aplicada a todos os quadros de dados e em alguns de gerenciamento de autenticação.
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Resumo da Aula
Nessa aula, você:
Compreendeu as arquiteturas existentes na tecnologia 802.11;
Entendeu os modos de associações em redes sem fios;
Compreendeu as principais vantagens e desvantagens de utilizar modelos distribuídos e centralizados.
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