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/ KAP 6 – KUROSE INTRODUÇÃO ● Elementos de uma rede sem fio ○ Hospedeiros sem fio (Celular, tablet, notebook...) ○ Enlaces sem fio (Wi-fi, 3G, 4G ...) ○ Estação base (Torres de celulares, Pontos de acessos ...) ○ Infraestrutura de rede (Rede maior com a qual um hospedeiro sem fio pode querer se comunicar) ● Classificações de uma rede sem fio ○ Salto único, com infraestrutura ■ WI-fi, 3G... - Possui uma estação base conectada a uma rede maior, como a internet ○ Salto único, sem infraestrutura ■ Bluetooth e wifi no modo ad hoc - Não possui uma estação base conectada à rede sem fio. ○ Múl�plos saltos, com infraestrutura ■ Redes de sensores, redes em malha - Possui uma estação base conectada a uma rede maior, como a internet. Alguns nós sem fio podem ter que restabelecer sua comunicação através de outros nós sem fio para se comunicarem por meio de uma estação base ○ Múl�plos saltos, sem infraestrutura ■ Não existem estações base. Os nós podem ter de restabelecer mensagens entre diversos outros nós para chegar a um des�no. Podem ser móveis. CARACTERÍSTICAS DE ENLACES E REDES SEM FIO / ● Diferenças entre um enlace com fio e um enlace sem fio ○ Redução da força do sinal ○ Interferência de outras fontes ○ Propagação mul�vias (ou mul�caminhos) ● Protocolos de enlace sem fio apresentam poderosos códigos de detecção de erros por CRC, além de protocolos de retransmissão de quadros corrompidos, devido a maior chance de perdas. ● Relação sinal – ruído (SNR) => Medida rela�va da potência do sinal recebido ○ Calculada em dB ○ SNR maior => Maior facilidade para o des�natário extrair o sinal transmi�do de um ruído de fundo. (Menor BER ( bit error rate - erros de bit )) ■ Desvantagens: ● Mais energia necessária ● Maior probabilidade de interferência ○ Para determinada SNR, uma técnica de modulação com uma taxa de transmissão de bit maior, terá uma BER maior ○ A SNR também é importante para determinar em qual rede o host se conectará (se �ver com BER muito alta, o host pode se conectar a outra rede) ○ * Seleção dinâmica da técnica de modulação ■ A SNR (e, portanto, a BER) pode mudar, como resultado da mobilidade ou em razão das mudanças no ambiente ■ Wifi, 3G... => Se ajustam para ter maior taxa de transmissão possível ● Problema do terminal oculto => Obstruções �sicas no ambiente que impedem a comunicação ● Desvanecimento => Força do sinal insuficiente para que a comunicação ocorra (DISTÂNCIA) CDMA / ● Acesso múl�plo por divisão de código. ● Pertence a família da par�ção de canal ● Cada bit que está sendo enviado é codificado pela mul�plicação do bit por um sinal (o código) que muda a uma velocidade muito maior ( taxa de shipping ) ● Codificação que permite “esconder” o conteúdo original enviado ● O CDMA trabalha na hipótese de que os sinais de bits interferentes (por outros remetentes) sendo transmi�dos são adi�vos ● O valor recebido no receptor durante o mini-intervalo de codificação é a soma dos bits transmi�dos de todos os remetentes ● É um protocolo de par�ção ● Para que receptores CDMA consigam extrair o sinal de um emissor qualquer, os códigos CDMA devem ser escolhidos cuidadosamente WIFI: LANS SEM FIO 802.11 ● Todos u�lizam o mesmo protocolo de acesso ao meio (CSMA/CA) ⇒ A ARQUITETURA 802.11 ● BSS - Basic service set - Contém uma ou mais estações sem fio e um AP (Access Point) ● O endereço MAC é armazenado na placa de interface de rede 802.11 ● Redes ad-hoc ○ Rede sem nenhum controle central e sem nenhum contato com o mundo exterior ● Canais Wi fi => 2,4GHz - 2,485GHz ○ Dentro dessa faixa de 85 MHz, é onde os canais são distribuídos, quase todos com sobreposição um nó outro (em parte) ○ Os únicos canais sem superposição são os 1, 6 e 11. / ● No 802.11b, o AP envia periódicamente quadros de sinalização com seu endereço MAC e SSID, o host deve catar essas informações para conectar. ● Varredura passiva ○ Host varre canais e escuta quadros de sinalização ● Varredura A�va ○ Host transmite quadro de inves�gação que todos os APs recebem ○ Os APs respondem com um quadro de resposta ○ Host define com quem quer se conectar ● Para entrar na sub-rede, o host deve pedir um IP para o DHCP do AP ⇒ O PROTOCOLO MAC 802.11 ● CSMA/CA ● Cada estação sonda o canal antes de transmi�r e abstém-se de transmi�r quando percebe que o canal está ocupado ● Técnicas de PREVENÇÃO de colisão ○ NÃO implementa DETECÇÃO de colisão, diferente do 802.3 ○ Mo�vos: ■ Exige capacidade de enviar e receber ao mesmo tempo, e como o sinal recebido costuma ser muito mais fraco do que o enviado, fica muito caro ■ No 802.11, não é possível detectar todas as colisões, devido a interferências. ● Devido a alta taxa de erros, usa um esquema de reconhecimento/retransmissão (ARQ) ● Quando uma estação começa a transmi�r um quadro, ela o transmite em sua totalidade ○ Transmi�r quadros longos na presença de colisões pode prejudicar o desempenho da rede ● U�liza reconhecimentos de camada de enlace ● FUNCIONAMENTO CSMA/CA / ■ 1 - se o canal es�ver ocioso para DIFS (curto período de tempo conhecido como Espaçamento Interquadros Distribuído) então transmite o quadro inteiro. ■ 2 - Se o canal es�ver ocupado então inicia uma espera (backoff) por tempo aleatório. Enquanto canal es�ver ocioso,contador decrementa até chegar a 0. Se canal deixar de ficar ocioso, contador congela e con�nua depois quando o canal voltar a ficar ocioso. Quando o contador chegar a 0 (Só acontece quando o canal es�ver ocioso), então o quadro inteiro é transmi�do. ■ 3 - Transmissor espera resposta do receptor, indicando se tudo ocorreu bem (ACK). Se não receber o ACK, indica que houve erros e voltamos ao passo 2. Se o transmissor querer enviar outro quadro, volta ao passo 2 tbm. ○ A estação priva-se e transmi�r enquanto realiza a contagem regressiva (evitar colisões) ■ CSMA/CD envia os quadros assim que percebe que o canal está ocioso ● Se detectar colisão, aborta a transmissão e manda de novo, diferentedo CSMA/CA. ○ CSMA/CA não aborta as transmissões, nem detecta as colisões. ■ Assim, a meta do 802.11 é evitar sempre as colisões ○ Como os tempos de esperas são aleatórios e os transmissores se escutam, sempre (ou quase sempre) o contador de um chegará a 0 antes do outro, dando tempo assim de enviar o pacote sem colidir com o do outro. ● RTS e CTS ○ Úteis no caso de terminal oculto (Quando um Transmissor não enxerga o outro, mas o AP sim) ○ Ideia: permi�r que o remetente “reserve” o canal ao invés de esperar para transmi�r os quadros: evita colisões de quadros longos ○ Remetente primeiro transmite, por difusão(todos no seu raio escutam), pequenos pacotes RTS (request-to-send) à estação base usando CSMA ■ RTS ainda podem colidir entre si (mas pelo menos são curtos) / ○ Estação base difunde (todos no seu raio escutam) pacotes CTS (clear-to-send) em resposta ao RTS ○ CTS é escutado por todos os nós ■ Remetente transmite o quadro ■ Outras estações adiam as transmissões ○ EVITA COLISÃO DE QUADROS MAIORES USANDO PEQUENOS PACOTES PARA RESERVA! ○ Contras: Causam atrasos e consomem recursos dos canais. ■ Para evitar isso, costumam ser u�lizados apenas quando deseja-se transmi�r quadros DATA longos ⇒ O quadro IEEE 802.11 ● Campo de Carga ú�l → Leva um datagrama IP ou um pacote ARP (Tabela que relaciona os IPs aos MACs) ○ No caso, o pacote ARP serve para que um host faça uma pesquisa de endereços MAC ou IP, por meio da difusão (broadcast) desse pacote. Quem �ver o endereço MAC ou IP procurado, responde por unicast. ● Campo de CRC → Verificação de redundância cíclica. ○ U�lizado para que o receptor possa detectar erros de bits no quadro recebido. ● 4 Campos de endereço (2 a mais que o Ethernet) → Necessários nos casos de interconexão (estação sem fio → AP → interface de roteador) ○ Endereço 1 → Endereço MAC da estação sem fio que deve receber o quadro ○ Endereço 2 → Endereço MAC da estação que transmite o quadro ○ Endereço 3 → Endereço MAC do router ao qual o AP está associado (sub-rede)(NAT) ■ U�lizado para que o Host saiba o endereço MAC do roteador principal ■ Em uma sub-rede, o host preenche a tabela da seguinte forma: ● Endereço 1 → seu próprio endereço MAC ● Endereço 2 → endereço MAC do AP (switch) ● Endereço 3 → Endereço MAC do roteador principal. ○ Endereço 4 → U�lizado apenas em ad-hoc / ● Lembrando → AP é disposi�vo da camada de Enlace (Não mexe com IP) ● Campo de número de sequência → Indica qual pacote que é, caso o mesmo seja perdido ● Campo de Duração → Tempo de transmissão necessário do quadro indicado pelo RTS (reserva do canal) ⇒ Mobilidade na mesma sub-rede IP ● A medida que o Host se afasta do AP1, ele detecta um enfraquecimento do sinal. Quando isso ocorre, o host passa a fazer uma varredura em busca de um sinal mais forte. O host então recebe dados de sinalização do AP2. Então, o host de desassocia do AP1 e se associa ao AP2. Como tudo isso ocorreu dentro de uma mesma sub-rede, o host mantém seu endereço IP e suas sessões TCP em curso. ○ Mas como o Switch saberá que o Host mudou de AP? ■ Resposta: ● auto-aprendizado: o switch irá ver o quadro de H1 e irá lembrar qual porta pode ser usada para chegar a H1. ⇒ Recursos Avançados em 802.11 ● Adaptação de SNR ○ Os disposi�vos móveis e estações bases mudam a taxa de transmissão dinamicamente (modulação de enlace �sico) à medida que se movem. ■ Quando algo “ruim” acontece(perda consecu�va de bits), a taxa de transmissão é reduzida. ■ Quando algo “bom” acontece(ACK consecu�vos de bits), a taxa de transmissão é aumentada. ● Gerenciamento de Energia ○ nó-para-AP: “ eu vou dormir até o próximo quadro de sinalização” (Os quadros de sinalização são enviados, geralmente, a cada 100ms) ■ AP não transmite quadros para este nó / ■ Nó acorda antes do próximo quadro de sinalização ○ Quadro de sinalização: contém uma lista de disp. com quadros AP-para-nó esperando ser enviados ■ Nó irá permanecer acordado enquanto exis�rem quadros AP-para-nó a enviar; do contrário, irá dormir novamente até o próximo quadro de sinalização ■ Pode ocasionar em uma economia de energia de até 99% !!! REDES PESSOAIS → 802.15 (BLUETOOTH) ⇒ Bluetooth ● Curta faixa, baixa potência e custo baixo. ● menos de 10m de diâmetro ● subs�tuto de cabos (mouse, teclado, fones de ouvido) ● ad hoc: sem infraestrutura ● mestre/escravos – escravos pedem permissão para enviar (ao mestre) – o mestre concede as requisições ● 802.15: evoluiu da especificação Bluetooth – 2.4-2.5 GHz – até 721 kbps ACESSO CELULAR A INTERNET ● TODOS UTILIZAM GSM → Sistema Global para comunicações móveis ○ Foi uma padronização necessária ● CÉLULA → Cobre região geográfica ● ESTAÇÃO BASE (BTS) → Similar ao AP do 802.11 ● USUÁRIOS MÓVEIS → Associam-se à rede por meio da BTS ● INTERFACE-AR → Links �sicos e protocolos de enlace entre usuários e BTS ⇒ 1G ● Sistemas analógicos / ● Duas técnicas para compar�lhamento de espectro de rádio entre móvel-para-BTS ○ Combinação FDMA/TDMA: divide o espectro em canais de frequência, e cada canal em intervalos de tempo (Mul�plexação no tempo e na frequência ao mesmo tempo). ○ CDMA: mul�plexação por divisão de código ⇒ 2G (Voz) ● U�liza FDM/TDM Combinadas (Mul�plexação no tempo e na frequência ao mesmo tempo) (RÁDIO) ○ Canal dividido em F sub-bandas de frequência ○ Cada sub-banda é dividida em T intervalos de tempo ○ ASSIM, PERMITE F*T CHAMADAS SIMULTÂNEAS !!! ● BSC → Controlador de estação base ○ Responsável por alocar os canais de rádio da BTS a assinantes móveis ○ Responsável por encontrar a célula na qual reside um usuário móvel (paginação) ○ Responsável por realizar transferência de usuários móveis ● MSC → Central de comutação móvel ○ Contabilidade e autorização do usuário ○ Estabelecimento e interrupção de chamada e transferências ○ Aguenta até 5 MSCs ○ Há MSCs especiais que que atuam como roteadores de borda de outras MSCs, conectando a rede celular do provedor à rede telefônica mais ampla. / ⇒ 3G(Voz + dados) ● A nova rede celular de dados opera em paralelo (exceto na borda) à rede celular existente de voz ○ Núcleo da rede de voz inalterado ○ Rede de dados opera em paralelo ● GPRS → Serviço de rádio por pacotes generalizado ● Núcleo da rede 3G ○ SGSN → Servidor de nó de suporte GPRS ■ Responsável por entregar datagramas de e para os nós móveis na rede de acesso por rádio à qual o SGSN está ligado. ■ Interage com o MSC passando informações referentes à rede. ○ GGSN → Roteador de borda de suporte GPRS ■ Funciona como um roteador de borda, conectando vários SGSNs à internet maior ■ É a úl�ma estrutura que um datagrama originado do nó móvel encontra antes de entrar na internet / ■ Semelhante a um roteador de borda. (O exterior não o vê o que está dentro do GGSN) ● RNC → Controlador da rede de rádio ○ Se conecta à rede de voz por comutação de circuitos (MSC) ○ Se conecta a internet por comutação de pacotes (SGSN) ○ “Une” a rede de dados com a rede de voz ● NÃO u�liza o método FDMA/TDMA do GSM (UMTS 2G) ○ U�liza Direct Sequence Wideband CDMA (CDMA banda larga de sequência direta) DENTRO de intervalos TDMA ○ Estes intervalos TDMA, então, estão em dentro das frequências (FDMA) ● Combinação de FDMA, TDMA E CDMA !!!! (chamada de UMTS 3G) MOBILIDADE ● Casos: / ○ Nenhuma Mobilidade → Usuário se movimenta apenas dentro da mesma rede de acesso sem fio ○ Média mobilidade → Usuário se movimenta entre redes de acesso, encerrando conexões enquanto se movimenta entre redes (Não há necessidade de manter o msm endereço IP) ○ Alta mobilidade → Usuário se movimenta entre redes de acesso mantendo conexões em curso (necessário manter o msm endereço IP) ● Nomenclatura: ○ Rede na�va → Residência permanente do nó móvel ○ Agente na�vo → Roteador na�vo, no caso do wi-fi ○ Rede externa/ rede visitada → Rede que está sendo visitada ○ Agente externo → Roteador da rede visitada (no caso do wi-fi) ○ Correspondente → É a en�dade que deseja se comunicar com o nó móvel (pode ser um servidor) ⇒ Endereçamento ● Endereço aos cuidados (care-of-address ⇒ COA ) ○ Endereço IP dado ao nó móvel pelo agente externo ● Deixar por conta da rede externa→ NÃO !!! ○ Seria necessário realizar operações em milhões de nós móveis - Não escalável / ● Deixar os disposi�vos de borda resolverem → SIM !!! ● O agente na�vo pode monitorar a rede externa na qual o nó móvel está. ● Ou o agente externo fala ao agente na�vo que o nó móvel está em sua rede, ou o próprio nó móvel avisa ao agente na�vo em qual rede está. ⇒ Roteamento para um nó móvel ● Roteamento indireto ○ O correspondente envia o datagrama para o endereço permanente do nó móvel, e o agente na�vo que se vire para fazer o pacote chegar ao nó móvel (Primeiro passa para o agente externo para que depois o agente externo passe ao nó móvel). ○ O agente na�vo encapsula o datagrama dentro de outro datagrama (com o endereço COA), e o envia ao agente externo, que o desencapsula e repassa ao nó móvel. ■ Processo idên�co ao do tunelamento do IPv6 (IPv4 dentro do IPv6) ○ O nó móvel envia datagramas diretamente ao correspondente (já que conhece o endereço permanente de tal), não sendo necessário passar pelo agente na�vo. ○ Resumo: ■ O nó móvel fará seu registro na rede externa ao se conectar a ela, e desfará seu registro quando se desconectar dela. ■ O agente externo registrará o COA do nó móvel no agente na�vo. ■ Encapsulamento do datagrama dentro do datagrama. ■ Desencapsulamento do datagrama que está dentro do outro datagrama ○ Desta forma o fluxo de datagramas não será interrompido (apenas por questões de atraso, perdas e etc.)] ○ Caminho maior (ROTEAMENTO TRIANGULAR) ⇒ Maior atraso ⇒ menor eficiência ● Roteamento Direto ○ Mais complexo, mas resolve o problema / ○ Agente correspondente (ou o próprio correspondente) consulta o agente na�vo para saber o endereço COA ○ Agente correspondente envia o datagrama diretamente ao COA do nó móvel ○ Necessário um protocolo de localização de usuário móvel (para que o agente correspondente consulte o agente na�vo para depois enviar ao COA ○ Problema: E se o nó móvel mudar de rede durante a transmissão? (já que o correspondente consulta o agente na�vo apenas uma vez para saber o COA) ■ Solução: Âncora ● Primeiro agente externo ⇒ agente âncora. ● Quando o nó móvel se move para uma nova rede externa, o agente externo desta nova rede comunica o agente âncora, apresentando um novo COA ao nó móvel. ● Quando o agente âncora recebe um datagrama, este repassa ao novo COA ○ NÃO TRANSPARENTE AO CORRESPONDENTE IP MÓVEL ● Descoberta de agente ○ O nó móvel deve saber a iden�dade do agente externo ou do na�vo, quando muda de rede. ○ Como? Anúncio de agente ou solicitação de agente ○ Anúncio de agente ■ O agente envia, periodicamente, uma mensagem ICMP tendo 9 (typefield = 9) no campo de �po (descoberta de roteador) em todos os seus enlaces. ● Contém: ○ IP do agente / ○ Informações adicionais necessárias (Bits de agente a�vo/na�vo, bit de registro obrigatório, bit de �po de encapsulamento e campos de COA. ○ Solicitação de agente ■ Nó móvel envia um pacote ICMP com Typefield = 10, por difusão. ■ Ao receber as respostas dos agentes, o nó envia um anúncio individual ao agente que deseja se conectar ● Registro no agente na�vo ○ Ocorre diretamente pelo nó móvel ou com intermédio do agente externo ○ Etapas: ■ Após receber um pacote de anúncio de agente, o nó móvel envia uma mensagem de registro IP móvel ao agente externo (em um datagrama UDP). Esta mensagem contém o COA selecionado (dentre aqueles que recebeu no pacote de descoberta de agente), HA (endereço do agente na�vo), MA (Endereço permanente do nó móvel), life�me do pacote e uma iden�ficação de registro (número de sequência para registro) ■ Com isso, o agente externo sabe que é o agente externo do IP móvel. Então, ele envia um pacote UDP ao agente na�vo, contendo as mesmas informações do pacote passado pelo nó móvel a ele. (+o �po de encapsulamento) ■ Então, ao receber tal pacote, o agente na�vo verifica sua auten�cidade e anexa o endereço COA ao endereço permanente do nó móvel. Depois, ele envia um pacote de resposta ao agente externo, confirmando os dados passados anteriormente. ■ Por úl�mo, o agente externo recebe tal resposta e repassa ao nó móvel. ■ A par�r daí, o nó móvel pode receber datagramas enviados ao seu endereço permanente . ○ *** Um agente externo não precisa anular explicitamente um registro COA quando um nó móvel sai da rede. Isso ocorrerá automa�camente quando o nó móvel passar para uma nova rede. / GERENCIAMENTO DE MOBILIDADE EM REDES CELULARES ● Padrão GSM ● Nomenclatura ○ Rede na�va (ou rede pública terrestre móvel na�va (PLMN na�va)) ⇒ operadora de celular da qual o usuário móvel é assinante ■ Contém o HLR (Registro na�vo de localização) ● possui todas as informações necessárias para obter um endereço na rede visitada para o qual deverá ser roteada uma chamada ao usuário ○ Rede Visitada ⇒ operadora visitada ■ Contém um banco de dados que contém um registro para cada usuário móvel que está ATUALMENTE em seu alcance (VLR - Registro de localização de visitantes) / ⇒ Roteando chamadas para um usuário móvel ● ETAPAS: ○ 1) Correspondente disca o número do user móvel. Os primeiros dígitos já indicam a rede na�va do usuário móvel. Então, a chamada é roteada até chegar ao MSC da rede na�va. ○ 2) A rede na�va recebe a chamada e interroga o HLR para determinar a localização do usuário móvel. O HLR retorna o número de roaming (semelhante ao endereço COA) do endereço móvel. Caso o HLR não tenha tal número, perguntará ao VLR da rede visitada. ■ Como? ● Quando um usuário móvel entra em uma rede visitada, ele deve fazer seu registro (Feita através de troca de mensagens entre o user e a VLR.) ● O VLR então manda uma mensagem de atualização ao HLR, contendo o número de roaming ou o endereço da VLR ● O HLR tbm manda uma mensagem ao VLR contendo quais serviços podem ser prestados ao user. ○ 3) Dada o número de roaming, a MSC na�va transfere a chamada para a MSC visitada. ⇒ Transferências (Handoffs) em GSM ● Ocorre quando um um user móvel muda sua associação de uma ESTAÇÃO-BASE (BS) para outra DURANTE UMA CHAMADA. ● NO CASO DAS ESTAÇÕES-BASES SEREM CONTROLADAS PELA MESMA MSC: ○ User móvel está sempre fazendo medidas de potência da sua estação-base (BS) atual e estações bases vizinhas, enviando tais informações para a BS atual. ○ A BS an�ga, com base nessas informações, então INICIA o redirecionamento da chamada para outra BS. ○ Etapas para Handoffs: / ■ 1) BS an�ga avisa a MSC que deve ser feita uma transferência ■ 2) MSC prepara o caminho até a nova BS, avisando-a que deve ocorrer uma transferência ■ 3) BS nova reserva o canal de radio ■ 4) A nova BS avisa a MSC e a BS an�ga que está pronta. ■ 5) O user móvel é avisado (pela BS nova) de que deve realizar a transferência. ■ 6) O user móvel e a nova BS trocam mensagens para estabelecer a conexão ■ 7) O nó móvel envia uma msg de conclusão a nova BS, que avisa a MSC para redirecionar a chamada. ■ 8) Os recursos reservados ao longo do caminho até a an�ga BS são liberados. ● NO CASO DAS ESTAÇÕES-BASES SEREM CONTROLADAS POR DIFERENTES MSC: ○ MSC âncora ⇒ primeiro MSC visitado durante a chamada ○ MSC âncora permanece a mesma durante toda a chamada. ○ A chamada chega na MSC âncora, que a redireciona para a outra MSC.
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