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UNEB/2006 Prof. Érico José Ferreira 1

Redes Wireless

Prof. Érico José Ferreira

[email protected]


Redes Wireless Referências Bibliográficas

• ENGST, Adam: Kit do Iniciante em Redes sem Fio. São Paulo, Elsevier, 2005

• ROSS, John : WI FI – Instale, Configure e Use Rede sem Fio. Rio de Janeiro, Alta Books, 2003

• Rufino, Nelson M.O. : Segurança em Redes sem Fio. São Paulo, Novatec, 2005.


Redes WirelessSistema Genérico de Comunicações


Redes Wireless Sistema Genérico de Comunicações

• 1. Fonte: produz a informação na forma de símbolos (ex. 'A', 'B', 'C');

• 2. Destino: para quem a informação é dirigida;• 3. Codificador: transforma a informação para uma

forma que possa ser transmitida no canal. (exemplo: caracter '9' para '0011 1001');

• 4. Decodificador: recupera o símbolo original da informação;

• 5. Emissor: entrega um sinal de energia adequada ao meio (modulador);


Redes WirelessSistema Genérico de Comunicações

• 6. Meio: propaga a energia entregue pelo emissor até o receptor;

• 7. Receptor: retira a energia do meio e recupera o código transmitido (demodulador);

• 8. Ruído: fator inerente ao meio de comunicação;• 9. Canal: transporta os símbolos e a informação

associada da fonte ao destino.


Redes WirelessMeios Físicos de Transmissão

• Os meios físicos de transmissão servem para levar a informação da origem ao destino no processo de comunicação de dados, determinando a quantidade de informação que pode ser transmitida em certo intervalo de tempo e também a distância máxima que a informação pode percorrer na rede sem repetidores.


Redes Wireless Meios Físicos de Transmissão

• A quantidade de informação está relacionada diretamente com a freqüência dos sinais elétricos codificados, e quanto maior a freqüência, maior é a atenuação e a distorção dos sinais.

• A atenuação é uma perda de potência devido à dissipação dos sinais no meio, e a distorção é uma deformação na forma de onda devido à diferença de velocidade com que se propagam as diferentes componentes de freqüência do sinal original.

• Se estes fatores ultrapassarem certos limites, o sinal é irrecuperável no receptor, provocando perda de informação na transmissão.



• Existem vários protocolos (regras) para efetuar a comunicação utilizando como suporte os meios físicos. Vamos ver as particularidades de cada um dos mais utilizados atualmente.

• As principais particularidades abordadas são as seguintes: custo; banda passante (ou velocidade máxima); imunidade a ruído e confiabilidade; limitação geográfica devido à atenuação característica do

meio.



• Estas particularidades são muito importantes para a escolha do meio de transmissão adequado à determinada aplicação, além de influenciar no custo do sistema.



• Os meios físicos abordados são os seguintes:meio magnéticopar trançadocabo coaxial,fibra óticavácuo (ondas de rádio) nosso foco


Redes Wireless Ondas de Rádio

• Meio físico é o ar ou o espaço• As ondas de rádio estão na faixa das

microondas e para este tipo de freqüência existem dois elementos importantes:as torres de retransmissãocomunicação via satélite.



• A comunicação via torres de retransmissão necessita visibilidade entre as torres, pois as microondas percorrem uma linha reta, sem acompanhar a curvatura do globo terrestre.

• Um satélite de comunicações pode ser imaginado como um grande repetidor de microondas no céu.

• Existem satélites síncronos (ou geoestacionários) e assíncronos.

• Os satélites síncronos acompanham a trajetória da terra, ficando sobre a linha do equador a 36.000 Km de altitude.



• Um problema com a transmissão via satélite são os atrasos na conexão fim a fim.

• Um atraso típico de satélite é de 250 a 300 ms.• A título de comparação, links terrestres de

microondas tem um atraso de propagação de aproximadamente 4 μs/km e cabo coaxial tem um atraso de aproximadamente 5 μs/km.

• Uma informação interessante sobre satélites é que o custo para transmitir uma mensagem é independente da distância percorrida.


Redes WirelessOndas de Rádio

• O custo de transmitir uma mensagem através do oceano em um link intercontinental é o mesmo que para transmitir a mensagem para o outro lado da rua.

• A transmissão é broadcast, ou seja, não possui um destinatário específico.

• Qualquer antena direcionada adequadamente pode receber a informação.

• Isto faz com que algumas emissoras enviem mensagens criptografadas (codificadas), para evitar a recepção por pessoas não autorizadas.


Redes WirelessOndas de Rádio

Principais bandas padronizadas para satélites


Redes WirelessAplicações

• Computação Móvel - Mercado em 2005

45%

26%

5%

8%

16%

Escritório MóvelComunicações PessoaisVendas em CampoServiçoes em CampoTransportes


Redes WirelessAplicações

• Localização de Pessoas• Localização de Veículos• Leitura de Medidores• Aplicações Financeiras e bancárias móveis• Compras em Supermercados• Correio Eletrônico• Wireless Docking• Hot Spots


Redes WirelessLocalização de Pessoas

• Características– O celular emite um sinal periódico que permite que

o telefone seja localizado e as chamadas de entrada encaminhadas ao assinante.

– Com a facilidade de se triangular um sinal e anotar sua posição, pode-se localizá-lo facilmente

– O assinante torna-se um potencial candidato para receber informações aplicáveis a área onde está

• Restaurantes, postos de gasolina, hotéis, shoppings, etc.


Redes WirelessLocalização de Pessoas

• Software de Suporte– Wireless Application Protocol (WAP)– Wireless Markup Language (WML)

• Software do destino determina a localização do usuário, verifica sua base de dados, cria uma série de mini-páginas WEB que serão transmitidas para o celular do assinante

– Entrada de dados numérica ou via teclas especiais


Redes WirelessLocalização de Veículos

• Pagamento automático de pedágios– Sistema proprietário que não funciona em todo o Brasil;

depende da concessionária da estrada• Sistema de Navegação de Veículos

– Sistema baseado em CD-ROM contendo o mapa da área geográfica mais sistema GPS (Global Positioning Satellite)

• O GPS é usado para apontar a localização do veículo permitindo que o navegador mostre o mapa da região

• Atualmente a maioria dos sistemas de navegação são unidirecionais, precisando atualização periódica dos CD´s

• Espera-se integração com celulares permitindo atualização automática de informações e interatividade


Redes WirelessLeitura de Medidores

• A leitura de medidores representa um custo alto em pessoal para os fornecedores de serviços (água, luz, gás, etc) Problema

• Automação do serviço com leitura realizada por um veículo em movimento Solução


Redes WirelessAplicações Financeiras e Bancárias Móveis

• Embora as transações bancárias e de segurança em tempo real tenham crescido muito nos últimos anos, ainda são realizadas a partir de localizações fixas

• Em crescimento, via WAP, a possibilidade de consultar preços de ações, negociá-las e realizar transferências bancárias a partir de estações em movimento

Problema: escassez de banda


Redes WirelessCompras em Supermercado

• Características– Informação de ofertas via sistemas Wireless– Uso de PDAs (Personal Digital Assistants) para

obter uma amostra das ofertas e localização de produtos

– Para os operadores de supermercados a possibilidade de prover informações via um sistema wireless representa uma forma de melhorar o serviço ao cliente sem depender de pessoal qualificado


Redes WirelessCorreio eletrônico

• Embora não seja um serviço novo, está sendo muito ampliado pelo uso do sistema celular

• Representará uma fonte adicional de faturamento para os operadores do serviço celular


Redes WirelessWireless Docking

• Docking– Conexão física entre um notebook e uma estação

física• Wireless Docking

– Posicionamento de dois dispositivos dentro da proximidade especificada, permitindo sincronização e troca de informações

• Tecnologias– Bluetooth e IEEE 802.11


Redes WirelessAcesso a LANs e Ports Móveis

• Características– Conexão a uma LAN em ambientes onde a

conexão física é difícil– Hot Spots

• Instalação de portais sem fio– Hotéis– Aeroportos– Hospitais,– Etc.


Redes WirelessWireless LAN (WLAN)

• Benefícios– Mobilidade– Áreas Difíceis de cabear– Redes Temporárias– Patrimônios Históricos

– Casa da Sogra (meu caso)


Redes Wireless Wireless LAN (WLAN)

• Problemas Potenciais– Propagação Multipath (variável no tempo, no atraso, na

atenuação)– Perdas de Potência (varia com o quadrado da distância)– Interferência de sinais de rádio– Duração das baterias– Interoperabilidade dos sistemas– Segurança– Problemas de conectividade das aplicações– Planejamento de instalações– Riscos de saúde (???)



• Faixa de frequência ISM (Industry, Cientific, Medical)– 902 - 928 Mhz– 2,4 - 2,4835 GHz– 5,725 - 5,850 GHz


Redes WirelessUsuários WLANs

• End-user appliances– Interface entre usuário e a rede wireless

• Classes– Estações de trabalho desktop– Computadores laptop– Computadores palmtop– PCs de mão– Computadores pen-based– PDAs (personal digital assistants)– Scanners de mão e coletores de dados– Impressoras portáteis



• Características Gerais– Sistema de comunicações estabelecido através do uso de

rádio freqüência, que pode funcionar ou como extensão de uma LAN existente, ou como uma alternativa para uma LAN cabeada

• Tecnologias– Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)– Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)– Infravermelho– Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)



• Topologias– Rede de Infraestrutura

– Peer-to-Peer


Redes Wireless Wireless LAN - Aplicações

• Acesso Nômade• Interconexão de Prédios• Extensão de LAN(pontes)


Redes Wireless Wireless LAN - Aplicações

• Extensão de LANs– Grandes áreas de espaços abertos (fábricas, armazéns, garagens, etc)– Prédios históricos– Pequenos escritórios (custo cabeação)– Instalações temporárias (show-room, eventos, etc)

• Interconexão entre prédios– Rapidez (emergências)– Flexibilidade

• Acesso Nômade– Mobile computing (laptos, palmtops, etc)– Redes improvisadas em aeroportos, shoppings, hospitais, hotéis, etc

(redes ad-hoc)


Redes Wireless Wireless LAN - Padronização IEEE 802.11

• Diferenças relativas às redes cabeadas– Gerência de energia

• Vida útil das baterias– Banda Passante

• Limitada– Segurança

• Privacidade - nível físico vulnerável– Endereçamento

• Mobilidade - reconhecimento de nível 2


Redes Wireless Wireless LAN - IEEE 802.11

• Camada Física– FHSS - 1 Mbps e 2 Mbps (opcional)– DSSS - 1 Mbps e 2 Mbps

• IEEE 802.11b (adaptativo)– 1, 2, 5.5 e 11 Mbps

• High-rate DSSS com Complementary Code Key (CCK)• IEEE 802.11a (adaptativo)

– 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 e 54 Mbps em 5 GHz• Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

– 12 canais de 20 MHz

• IEEE 802.11g– Até 54 Mbps com OFDM em 2,4 GHz

• 3 canais de 30 MHz


Redes Wireless Wireless LAN - Características Básicas

• Seleção de Freqüência– Necessidade de se oferecer um padrão que pudesse

ser usado globalmente 2,4 GHz (ISM)– Banda passante 83 MHz

• Máxima Potência Transmitida– América do Norte : 1W– Europa : 100 mW– Japão : 10 mW/MHz


Redes Wireless Wireless LAN

• Elementos Básicos– BSA - Basic Service Area– BSS - Basic Service Set– ESA - Extended Service Area– ESS - Extended Service Set

• Identificação da rede– NID = ESS-ID + BSS-ID



• Arquitetura IEEE 802.11

Medium Dependent Layer

Convergent Layer

Medium Independent Layer

MAC ManagementMAC

802.2 LLC


Redes Wireless Wireless LAN - Serviços IEEE 802.11

• Serviços na estação– Autenticação– Desautenticação– Privacidade– MSDU (MAC Service Data Unit) delivery

• Serviços no Sistema de Distribuição– Associação– Desassociação– Distribuição– Integração– Reassociação


Redes WirelessWireless LAN - Autenticação

• Open System AuthenticationEstação Iniciadora

Estação Autenticadoraquadro de autenticação

•Authentication Algorithm Identification = “Open Systems”

•Authentication Transaction Sequence Number = 1

quadro de autenticação•Authentication Algorithm Identification = “Open Systems”•Authentication Transaction Sequence Number = 2•Resultado do pedido de autenticação = aceita ou rejeita


Redes WirelessWireless LAN - Autenticação

• Shared Key AuthenticationEstação Solicitante

Estação Respondedora

quadro de autenticaçãoAuthentication Algorithm Identification = “Shared Key” Authentication Transaction Sequence Number = 1

quadro de autenticaçãoAuthentication Algorithm Identification = “Shared Key” Authentication Transaction Sequence Number = 2Challenge text (serviço WEP)

quadro de autenticaçãoAuthentication Algorithm Identification = “Shared Key” Authentication Transaction Sequence Number = 3Challenge text criptografado

quadro de autenticaçãoAuthentication Algorithm Identification = “Shared Key” Authentication Transaction Sequence Number = 4Resultado da autenticação


Redes Wireless Wireless LAN - Desautenticação

• Procedimento– Estação requerendo se dessassociar de uma outra

invoca o serviço de desautenticação• Envia um quadro de gerenciamento de autenticação (ou

um grupo de quadro para múltiplas estações) para notificar o término da autenticação

– É uma notificação, portanto não pode ser recusada


Redes Wireless Wireless LAN - Privacidade

• Serviço Opcional– Aplicado a todos os quadros de dados e alguns

quadros de gerenciamento de autenticação– Baseado no algoritmo de criptografia WEP

• Chave de 64 ou 128 bits e algoritmo RC4• Cabeçalhos de nível físico não são criptografados

permitindo que todas as estações recebem informação de controle

Encriptação Decriptação

Chave Chave

Meio wireless

Texto cifradoTexto original

Texto original


Redes Wireless Wireless LAN - Privacidade

• Wired Equivalency Privacy

+

Frame Body Plain Text

Algoritmo de integridade

Chave Secreta Gerador de

número pseudo-aleatório

Integrity Check Value (ICV)

Frame Body Cipher Text + ICV

Seqüência Chave

Frame Body Cipher Text

+


Redes WirelessWireless LAN - Associação

• Procedimentos– Serviço invocado antes de enviar informação

através de um sistema de distribuição– A associação mapeia uma estação ao sistema de

distribuição via um ponto de acesso (AP)– Cada estação pode estar associada a um único AP– Cada AP pode ter várias estações associadas– A associação é um primeiro passo para prover

mobilidade das estações entre BSS´s


Redes Wireless Wireless LAN - Desassociação

• Procedimento– Uma estação ou ponto de acesso pode invocar uma

desassociação para terminar uma associação– É uma notificação, portanto não pode ser recusada– As estações deve se desassociar quando saírem da

rede.– Por exemplo: um AP pode desassociar todas as

suas estações por necessidade de manutenção


Redes Wireless Wireless LAN - Distribuição

• Serviço– Uma estação usa o serviço de distribuição sempre

que envia quadros MAC através de um sistema de distribuição

– O padrão IEEE 802.11 não especifica como o sistema de distribuição entrega os dados

– O serviço de distribuição provê o sistema de distribuição com informação suficiente para determinar o BSS destinatário


Redes Wireless Wireless LAN - Integração

• Serviço– Permite a entrega de quadros MAC através de um

portal entre um sistema de distribuição e uma LAN não IEEE 802.11

– Implementa todas as conversões de espaço de endereços ou de meio requeridas - tradução de quadros MAC


Redes Wireless Wireless LAN - Reassociação

• Serviço– Permite que uma estação mude seu estado atual de

associação– Provê funcionalidades adicionais para suportar mobilidade

na transição de BSS das estações associadas• Permite que uma estação mude sua associação de um AP para outro

AP• Mantém o sistema de distribuição informado sobre os

mapeamentos atuais de estações e AP´s• Serviço iniciado sempre pela estação móvel

– Permite que uma estação mude atributos de associação enquanto a estação permanece associada ao mesmo AP


Redes WirelessWireless LAN

• Estados da Estação

Notificação de desautenticação

Autenticação bem sucedida

Associação ou re-associação bem sucedida

Notificação de desautenticação

Notificação de desassociação

Estado 1 (não-autenticado, não associado)

Estado 2 (Autenticado, não

associado)

Estado 3 (Autenticado, Associado)

Quadros Classe 1 permitidos

Quadros Classe 1 e 2 permitidos

Quadros Classe 1,2 e 3 permitidos


Redes Wireless Wireless LAN - Quadros Classe 1

• Quadros de Controle– Request-to-Send (RTS)– Clear-to-Send (CTS)– Acknowledgement (ACK)– contention-Free (CF)

• Quadros de Gerenciamento– Probe request/response– Beacon– Authentication– Deauthentication– Annoucement Traffic Indication Message (ATIM)

• Quadros de Dados



• Quadros de Gerenciamento– Association request/response– Reassociation request/response– Disassociation



• Quadros de Dados• Quadros de Gerenciamento

– Desautenticação• Quadros de Controle

– Power safe poll (gerenciamento de energia no AP)


Redes Wireless Wireless LAN - Camada MAC IEEE 802.11

• Operações Principais– Acesso ao meio wireless

• DCF - Distributed Coordination Function– CSMA-CA

• PCF - Point Coordination Function– Acesso baseado em prioridade (pooling)

– Acesso a uma rede• Descoberta de estação ou AP

– Modo scanning passivo (aguarda beacon com SSID desejado)– Modo scanning ativo (envia probe indicando SSID desejado)

– Prover Autenticação e Privacidade• Open System Authentication• Shared Key Authentication


Redes Wireless Wireless LAN - DCF

• Mecanismos para detecção de portadora– Mecanismo físico

• Provido por cada camada física– Mecanismo virtual

• Baseado na informação de reserva, constante no campo Duração de todos os quadros

– A coordenação MAC monitora o campo Duração de todos os quadros MAC e coloca essa informação no Network Allocation Vector (NAV) da estação se o valor é maior do que o valor atual do NAV


Redes Wireless Wireless LAN - DCF

– O NAV funciona como um temporizador, começando com um valor igual ao valor do campo Duração do último quadro MAC transmitido no meio contando até zero

– Quando o NAV chega em zero, a estação pode transmitir se a coordenação PHY indicar o meio livre


Redes WirelessRedes Wireless - CSMA-CD no ambiente Wireless

• Problemas– Dificuldade com transceptores que transmitem e

recebem simultaneamente mais complexos e mais caros

– Uma estação não escuta necessariamente todas as outras


Redes Wireless Wireless LAN - CSMA-CA

• Protocolo– Escutar se o meio está livre (CSMA)– Meio livre Collision Avoidance (CA)

• Esperar Inter-Frame Space (IFS)– SIFS (short IFS)

» Maior prioridade (quadros de ACK)– PIFS (Point Coordination Function IFS)

» Prioridade intermediária (quadros sem concorrência)– DIFS (Distributed Coordination Function IFS)

» Menor prioridade• Esperar tempo aleatório após IFS (e meio continua livre)


Redes WirelessRedes Wireless - ACK Positivo


Redes Wireless Redes Wireless - PCF

• Objetivo– Provê transferência de quadros sem concorrência (contention-free) para

aplicações tempo-rela críticas• Reside no AP

• Operação– Todas as estações estabelecem seus valores de NAV no início de cada

período sem concorrência– No início de cada período, o AP envia um quadro beacon com um CF

Parameter Set indicando a duração do período sem concorrência e que todas as estações usam para utilizar seus NAV

– Após o beacon, o PCF envia:• Quadro de dados• Quadro CF Poll• Quadro CF Poll + Dados• Quadro CF End


Redes Wireless Redes Wireless - RTS/CTS


Redes WirelessRedes Wireless - Formato Geral do Quadro MAC

Quadro de Gerenciamento (00) Quadro de Controle (01) Quadro de Dados (10) Reservado (11)


Redes WirelessRedes Wireless - Gerenciamento MAC

• Sincronismo– Estação-AP– Entre estações

• Associação– Com AP– Com outras estações

• Consumo de Energia

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