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As Redes Sem Fio Prof: Carlos Alberto Vieira Campos

As Redes Sem Fio

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As Redes Sem Fio. Prof: Carlos Alberto Vieira Campos. Roteiro da Aula. Introdução Características das redes sem fio Tipos de redes sem fio Modos de operação Os problemas de terminal escondido e exposto O padrão IEEE 802.11e suas variações Canais e associação O protocolo CSMA/CA - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: As Redes Sem Fio

As Redes Sem Fio

Prof: Carlos Alberto Vieira Campos

Page 2: As Redes Sem Fio

Roteiro da Aula

Introdução

Características das redes sem fio

Tipos de redes sem fio

Modos de operação

Os problemas de terminal escondido e exposto

O padrão IEEE 802.11e suas variações

Canais e associação

O protocolo CSMA/CA

O quadro 802.11

Estudos de caso

Page 3: As Redes Sem Fio

Introdução

Definição:

As redes sem fio são compostas por dispositivos computacionais que se comunicam sem a necessidade de fios e sim, utilizando geralmente, antenas de rádio para enviar sinais eletromagnéticos através do ar atmosférico.

As redes sem fio, trazem novos requisitos e desafios não encontrados em redes de computadores com fio.

Page 4: As Redes Sem Fio

Elementos de uma rede sem fio

Hospedeiros sem fio Laptop, PDA, IP phone Rodam aplicações Pode ser fixos ou móveis

“sem fio” nem sempre significa mobilidade

Handoff

Page 5: As Redes Sem Fio

Elementos de uma rede sem fio

Estação-base Tipicamente se conecta à rede cabeada Relay – responsável por enviar pacotes entre a rede cabeada e os hospedeiros sem fio na sua “área” Ex.: torres de celular pontos de acesso 802.11

Page 6: As Redes Sem Fio

Elementos de uma rede sem fio

Enlace sem fio Tipicamente usado para conectar os hospedeiros móveis à estação-base Também usado como enlace de backbone Necessitam de protocolos de acesso múltiplos para coordenar o acesso Várias taxas de dados e distâncias de transmissão.

Page 7: As Redes Sem Fio

Características

Força reduzida do sinal: os sinais de rádio se atenuam à medida que elesse propagam através da matéria (path loss)

Interferência de outras fontes: as freqüências padronizadas para redes sem fio (ex., 2,4 GHz) são compartilhadas por outros equipamentos (ex., telefone sem fio); motores também produzem interferência

Propagação de múltiplos caminhos: o sinal de rádio se reflete no solo e em objetos. O sinal principal e os refletidos chegam ao destino em instantes ligeiramente diferentes

Taxas de erros maiores que em redes cabeadas

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Tipos de redes sem fio

Principais tipos e seus padrões

IEEE 802.15Bluetooth

WAN

MAN

LAN

PAN ETSIHiperPAN

IEEE 802.11WirelessLAN ETSI HiperLAN

IEEE 802.16 -2004Wireless MAN

ETSI HiperMAN and HiperACCESS

IEEE 802.20Mobile BWA

3GPP, 3GPP2, EDGE (GSM)

IEEE 802.16eMobile WiMAX

Page 9: As Redes Sem Fio

Tipos de redes sem fio

Taxa de dados X alcance

Indoor10-30m

Outdoor50-200m

Outdoor médioalcance

200m – 4 Km

Outdoor longoalcance

5Km – 20 Km

0,056

0,384

1

4

5-11

54

IS-95, CDMA, GSM 2G

UMTS/WCDMA, CDMA2000 3G

802.15

802.11a,g

UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO Melhorias 3G

802.16 (WiMAX)

200 802.11n

Tax

a de

dad

os (

Mbp

s)

802.11b

Page 10: As Redes Sem Fio

Tipos de redes sem fio

O enfrentamento de novos desafios para o suporte a computação móvel e ubíqua está proporcionando redes sem fio com novas características auto-configuração dos dispositivos, auto-organização da

rede, auto-gerenciamento dos recursos, suporte a mobilidade, a troca de dados sem uma infra-estrutura pré-existente e tolerância a atrasos e desconexões.

Redes Móveis Ad hoc (MANETs) Redes de Sensores Sem Fio (sensor networks) Redes em Malha Sem Fio (mesh networks) Redes Tolerantes à Atrasos e Desconexões (DTN)

Page 11: As Redes Sem Fio

Modos de operação

modo infraestruturado

Hospedeiro sem fio se comunica com um ponto de acesso (acess point - AP)

Basic Service Set (BSS) (ou “célula”) no modo infra-estrutura contém: Hospedeiros sem fio Ponto de acesso (AP)

Page 12: As Redes Sem Fio

Modos de operação

Modo ad hoc

modo usado nas MANETs e DTN

Independent BSS (IBSS)

Page 13: As Redes Sem Fio

Arquitetura de uma rede sem fio

Rede Sem Fio

Usuário final A

Camada Enlace

Camada Física

Camada de Rede

Protocolos dasCamadas Superiores

Usuário final B

Camada Enlace

Camada Física

Camada de Rede

Protocolos dasCamadas Superiores

WWANs

WPAN, WLAN e WMAN

Page 14: As Redes Sem Fio

Alguns problemas em redes sem fio

A B C DA

terminal escondido

Page 15: As Redes Sem Fio

Alguns problemas em redes sem fio

A B C DA C

Terminal escondido

Page 16: As Redes Sem Fio

Terminal Exposto O terminal B está tentando transmitir para A. O terminal C pode ouvir a transmissão de B. Então C percebe a portadora de B e “pensa”que o canal está ocupado. Entretanto a transmissão de C não pode interferir em A. C gostaria de transmitir para D e não para A. Então C é chamado de um terminal exposto para B.

A B C DB C

pensa que não pode transmitir

para B

Page 17: As Redes Sem Fio

Wi-Fi – O padrão IEEE 802.11 Representa um conjunto de padrões para

redes locais sem fio especificado pelo IEEE; Cada sub-padrão possui características

específicas: Várias técnicas de modulação:

As mais populares definidas: “b”, “a”, “g” e “n”.

Os demais sub-padrões incluem melhorias de serviço e extensões ou correções de especificações anteriores;

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Sub-padrões IEEE 802.11

Padrão Descrição

IEEE 802.11 “Original”; 1 e 2 Mbit/s; 2,4 GHz RF e IR (1997)

IEEE 802.11a 54 Mbit/s, 5 GHz (1999)

IEEE 802.11b 5.5 e 11 Mbit/s, 2,4 GHz (1999)

IEEE 802.11d Extensão de roaming Internacional (2001)

IEEE 802.11e Melhorias para suporte a QoS (2005)

IEEE 802.11f Protocolo entre pontos de acesso- handoff (2003)

IEEE 802.11g 54 Mbit/s, 2,4 GHz, compatível com 802.11b (2003)

IEEE 802.11i Melhorias de segurança (2004)

IEEE802.11n Aumento na largura de banda, centenas de Mbps

Page 19: As Redes Sem Fio

Wi-Fi - IEEE 802.11

IEEE 802.11a Opera na faixa de freqüência de 5 GHz. Taxa de dados máxima de 54 Mbit/s. Método de acesso ao meio é o CSMA/CA. Técnica de modulação OFDM – Multiplexação

por Divisão de Freqüência Ortogonal (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ).

NÃO é compatível com 802.11b e 802.11g

Page 20: As Redes Sem Fio

Wi-Fi - IEEE 802.11

IEEE 802.11b Opera na faixa de freqüência de 2.4 GHz. Taxa de dados máxima de 11 Mbit/s. Método de acesso ao meio é o CSMA/CA. Técnica de modulação DSSS – Espalhamento

de Espectro por Seqüência Direta (Direct sequence spread spectrum).

1º padrão comercial amplamente difundido.

Page 21: As Redes Sem Fio

Wi-Fi - IEEE 802.11

IEEE 802.11g Opera na faixa de freqüência de 2.4 GHz. Taxa de dados máxima de 54 Mbit/s. Método de acesso ao meio é o CSMA/CA. Técnica de modulação OFDM – Multiplexação

por Divisão de Freqüência Ortogonal (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ).

É COMPATÍVEL com 802.11b.

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Wi-Fi - IEEE 802.11

IEEE 802.11n draft Opera na faixa de freqüência de 2,4 GHz e 5

GHz. Taxa de dados de até 300 Mbit/s. Técnica de modulação OFDM-MIMO,

Multiplexação por Divisão de Freqüência Ortogonal - (Multiple-Input Multiple-Output).

Teoricamente pode ser COMPATÍVEL com os outros padrões.

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802.11b: o espectro de 2,4 GHz-2,485 GHz é dividido em 11 canais de diferentes freqüências O administrador do AP escolhe a freqüência para o AP Possível interferência: canal pode ser o mesmo que aquele escolhido por um AP vizinho!

Hospedeiro: deve se associar com um AP Percorre canais, buscando quadros beacon que contêm o nome do AP (SSID) e o endereço MAC Escolhe um AP para se associar Pode realizar autenticação [mecanismo de segurança] Usa tipicamente DHCP para obter um endereço IP na sub-rede do AP

O uso de canais e a associação no ponto de acesso

Page 24: As Redes Sem Fio

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Evita colisões: 2 ou mais nós transmitindo ao mesmo tempo 802.11: CSMA – escuta antes de transmitir Não colide com transmissões em curso de outros nós

802.11: não faz detecção de colisão! Difícil de receber (sentir as colisões) quando transmitindo

devido ao fraco sinal recebido (desvanecimento) Pode não perceber as colisões: terminal oculto, fading Meta: evitar colisões: CSMA/C(collision)A(voidance)

O controle de acesso ao meio

Page 25: As Redes Sem Fio

O controle de acesso ao meio

Dois modos de operação CSMA/CA: Distributed Coordination Function

(DCF) com disputa pelo meio

Priority-Based: Point Coordination Function (PCF) coordenador no ponto de acesso sem disputa pelo meio

Page 26: As Redes Sem Fio

Transmissor 802.111. Se o canal é percebido quieto (idle) por

DIFS então Transmite o quadro inteiro (sem CD).2. Se o canal é percebido ocupado, então Inicia um tempo de backoff aleatório Temporizador conta para baixo enquanto

o canal está quieto Transmite quando temporizador expira

Se não vem ACK, aumenta o intervalo de backoff aleatório, repete 2.

Receptor 802.11 Se o quadro é recebido OK retorna ACK depois de SIFS (ACK é

necessário devido ao problema do terminal oculto)

O protocolo CSMA/CA

Page 27: As Redes Sem Fio

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Idéia: permitir ao transmissor “reservar” o canal em vez de acessar aleatoriamente ao enviar quadros de dados: evita colisões de quadros grandes Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) ao ponto de acesso usando CSMA RTSs podem ainda colidir uns com os outros, mas são pequenos

O ponto de acesso envia em broadcast clear to send (CTS) em resposta ao RTS

CTS é ouvido por todos os nós Transmissor envia o quadro de dados Outras estações adiam suas transmissões

Evita colisões de quadros de dados completamente usando pequenos quadros de reserva!

Evitando colisões

Page 28: As Redes Sem Fio

Evitando colisão: a troca de RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

defer

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Quadro 802.11: endereçamento

Endereço 2: endereço MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro

Endereço 1: endereço MAC do destino ou AP que deve receber o quadro

Endereço 3: endereço MACda interface do roteador à qual o AP é ligado

Endereço 4: usado apenas no modo ad hoc

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Duração do tempo detransmissão reservada (RTS/CTS)

# seg do quadro(para ARQ confiável)

Tipo de quadro(RTS, CTS, ACK, dados)

Quadro 802.11

Page 31: As Redes Sem Fio

Wi-Fi - IEEE 802.11

Aplicações: Escritórios Residenciais

Page 32: As Redes Sem Fio

Wi-Fi - IEEE 802.11

Aplicações: Redes em Salas de Aula