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Redes de Computadores - Enlaces Locais - Ethernet e WiFi Prof. André Peres [email protected]

3 - Redes de Comutadores - ethernet wifi

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Redes de Computadores

- Enlaces Locais -Ethernet e WiFi

Prof. André [email protected]

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Sobre este material

• Vídeos da apresentação em:

Parte 1 - Enlace Ethernet

Parte 2 - Enlace Wifi

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Referências

Redes de Computadores (impresso)

Redes de Computadores (e-book)

Redes de Computadores II (impresso)

Redes de Computadores II (e-book)

Redes de Computadores III (impresso)

Redes de Computadores III (e-book)

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Introdução

• Enlace Ethernet

• padrão IEEE 802.3• serviço do tipo “melhor esforço”• não orientado à conexão• não possui mensagens de erro/confirmações de

recebimento• quadros recebidos com erro são descartados

• motivo: custo/benefício• confiabilidade do enlace vs overhead para controle de erros

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Introdução

• Enlace Ethernet

• quadro ethernet:• tamanho máximo: 1500 bytes• tamanho mínimo: 46 bytes

fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman)

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Introdução

• Enlace Ethernet

• quadro ethernet:• tamanho máximo: 1500 bytes• tamanho mínimo: 46 bytes

fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman)

● Preâmbulo + SFD● total: 64 bits

● 7 bytes: 01010101 → sincronismo de relógios entre emissor/receptor

● 1 byte SFD → Start Frame Delimiter: indica o início do quadro de enlace

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Introdução

• Enlace Ethernet

• quadro ethernet:• tamanho máximo: 1500 bytes• tamanho mínimo: 46 bytes

fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman)

● Endereço destino ● MAC Address (Media Access Control)● 48 bits → 6 bytes

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Introdução

• Enlace Ethernet

• quadro ethernet:• tamanho máximo: 1500 bytes• tamanho mínimo: 46 bytes

fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman)

● Endereço origem● MAC Address (Media Access Control)● 48 bits → 6 bytes

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Introdução

• Enlace Ethernet

• quadro ethernet:• tamanho máximo: 1500 bytes• tamanho mínimo: 46 bytes

fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman)

● Comprimento ou Tipo● 2 bytes● indica o tamanho do quadro ou o protocolo sendo “transportado”● comprimento: valores entre 46 e 1500● tipos de protocolo: normalmente: IP ou ARP

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Introdução

• Enlace Ethernet

• quadro ethernet:• tamanho máximo: 1500 bytes• tamanho mínimo: 46 bytes

fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman)

● Dados● entre 46 e 1500 bytes● dados sendo transportados pelo quadro

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Introdução

• Enlace Ethernet

• quadro ethernet:• tamanho máximo: 1500 bytes• tamanho mínimo: 46 bytes

fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman)

● CRC-32● 4 bytes● cálculo de verificação de erros

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Introdução

• Enlace Ethernet• Endereçamento:

• MAC Address → endereço “físico”• gravado na placa de rede pelo fabricante• formado por 6 bytes

• 3 bytes indicam o fabricante• 3 bytes seriais

• cada placa de rede fabricada possui um endereço único• representa-se o endereço em hexadecimal separando os

bytes por “:”• ex: 08:00:27:7D:A1:85

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Introdução

• Enlace Ethernet• Endereçamento: tipos de endereços

• unicast → endereça um host• oitavo bit = 0 (primeiro byte é par)

• multicast → endereça um conjunto de hosts• oitavo bit = 1 (primeiro byte é impar)

• broadcast → endereça todos os hosts do enlace local• todos os bits = 1• endereço: FF:FF:FF:FF:FF:FF

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Introdução• Enlace Ethernet - half-duplex• quando em modo half-duplex → CSMA/CD

• Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

• objetivo do CSMA/CD: • utilizado em redes com acesso ao meio compartilhado• minimizar o impacto de colisões através de sua detecção

e interrupção da transmissão

• modo utilizado quando existe possibilidade de colisão:• rede em barra (cabo coaxial)• rede com hubs• rede com switchs (configuração)

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Introdução• Enlace Ethernet - half-duplex

• Carrier Sense → escuta antes de transmitir• colisões apenas em transmissões "simultâneas"

• Collision Detection → detecta colisões• enquanto transmite, permanece escutando• se o que escuta é diferente de sua própria

transmissão → colisão !

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Introdução• Enlace Ethernet - half-duplex

• Quando ocorre colisão • perda dos quadros colididos• as estações abortam a transmissão imediatamente

após a detecção (ainda no início da transmissão)

• Retransmissão através do algoritmo de backoff• estação sorteia um valor a ser multiplicado por um

time slot. O resultado é o tempo que deverá aguardar antes da tentativa de retransmissão

• o valor a ser multiplicado pelo TS depende da quantidade de colisões

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Introdução• Enlace Ethernet - half-duplex

• Retransmissão através do algoritmo de backoff• N = 2c - 1 → c = número de colisões• na primeira colisão c=1 ou seja: N=0 ou N=1• na segunda colisão N=0, N=1, N=2 ou N=3 → 22-1=3• o número máximo de tentativas = 10• isso possibilita até N = 210-1 = 1023

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Introdução• Enlace Ethernet - half-duplex

• Definição do time slot• considerar o tempo de propagação dos sinais na rede• necessário para detectar colisões de todos os

quadros• tempo de envio de 512 bits (64 bytes)• 64 bytes = tamanho mínimo de quadros ethernet• ex: rede 10 Mbps = 512/10.000.000 segundos

• TS=51,2 microssegundos (µs)• rede 1 Gbps = 0,512µs

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Introdução• Enlace Ethernet - full-duplex

• conexões ponto-a-ponto entre estação e switch• não existem colisões• não necessita CSMA/CD• switchs com memória interna (fila de quadros)• necessidade de controle de fluxo

• quadros de controle entre switch e estação• possibilidade de enviar um comando PAUSE para a

estação

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Introdução• Enlace Ethernet - full-duplex

• autonegociação • entre witch e estação• definição do modo de operação (half ou full duplex) • definição da velocidade da rede

• caso a autonegociação falhe:• problemas de conexão

• é possível fixar modo de operação e velocidade na porta do switch e na estação

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Introdução• Enlace Ethernet - padrões

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Introdução• Enlace WiFi

• padrão IEEE 802.11 (WLAN)• baseado no padrão ethernet• utiliza faixas de frequência ISM de 2,4GHz e 5,7GHz• possui 3 arranjos de conexão:

BSS ESSad-hoc (basic service set) (extended SS)

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Introdução• Enlace WiFi

• realiza controle de erros de transmissão de quadros• algoritmo stop-and-wait• necessário devido aos problemas da transmissão sem fios • diminui a vazão pela metade devido ao overhead• a comunicação half-duplex

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Introdução• Enlace WiFi

• protocolos de acesso ao meio:

• DCF (Distributed Coordination Function)• acesso ao meio compartilhado• pode utilizar CSMA/CA• pode utilizar apenas CSMA (tipo mais usual)

• PCF (Point Coordination Function)• acesso ao meio ordenado• Access Point realiza pooling das estações• mesma técnica das redes bluetooth• não usual

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Introdução• Enlace WiFi

• DCF com CSMA

• a estação escuta o meio• se estiver ocioso, transmite• não detecta colisões (colisão de todo o quadro)• o não recebimento do ACK indica colisão/erro• é o modelo mais utilizado (padrão)• problema: nodos escondidos

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Introdução• Enlace WiFi

• problema do nodo escondido:• o AP está ao alcance de A• o AP está ao alcance de B• A não está ao alcance de B

• se A "escutar" o meio (CSMA) não irá detectar uma transmissão de B e assumirá o meio como ocioso !

• possibilidade de colisões completas e tardias

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• Enlace WiFi• DCF com CSMA/CA

• Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance• Soluciona o problema de nodos escondidos

1. estação escuta o meio2. se o meio estiver "livre" a estação envia um quadro contendo:

• RTS = Request to Send; NAV = Network Allocation Vector3. ao receber o RTS a estação destino responde com:

• CTS = Clear to Send; NAV atualizado4. ao receber o CTS a estação origem envia o quadro5. a estação destino responde com a confirmação ACK

Introdução

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• Enlace WiFi• CSMA/CA

Introdução

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• Enlace WiFi• CSMA/CA

• O NAV impede que as demais estações utilizem o meio e causem colisões tardias

• o CSMA/CA não é utilizado por padrão → overhead• necessário configurar explicitamente nos APs

• define-se um limiar de tamanho de quadros• quadros acima do limiar utilizam RTS/CTS• evita o overhead para quadros "pequenos"

Introdução

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• Enlace WiFi• CSMA/CA

Introdução

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• Enlace WiFi• Padrões 802.11

• diferenças de nível físico

Introdução

Padrão Ano de lançamento

Frequência Espalhamento Espectral

Vazão Máxima

801.11 1997 2,4 GHz FHSS / DSSS 2 Mbps

802.11b 1999 2,4 GHz HR-DSSS 11 Mbps

802.11a 1999 5,7 GHz OFDM 54 Mbps

802.11g 2002 2,4 GHz OFDM 54 Mbps

802.11n 2007 2,4 GHz + 5,7 GHz OFDM + MIMO 600 Mbps

802.11ac 2013 5,7 GHz OFDM + MIMO 1,3 Gbps

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• Enlace WiFi• As redes 802.11g, 802.11n e 802.11ac

• utilizam a técnica de espalhamento espectral OFDM• Orthogonal Frequency Division Multiplexing

ex: OFDM nas redes 802.11g

fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman)

Introdução

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• Enlace WiFi• As redes 802.11n e 802.11ac

• utilizam múltiplas antenas com transmissão em paralelo

[1] [2][1] Linksys Website: http://store.linksys.com/Linksys-WRT1900AC-Open-Source-Wireless-Router_ stcVVproductId158014980VVcatId551966VVviewprod.htm#self[2] Asus Website: http://www.asus.com/Networking/PCEAC68/

Introdução

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• Enlace WiFi• Segurança:

• Padrão → sem segurança para acesso à rede• não deve ser utilizado

• WEP → utilização de senha de acesso• possui problemas GRAVES de segurança• não deve ser utilizado

• WPA → atualização do WEP• possui problemas de segurança• permite ataques de força bruta offline

• WPA2 → criptografia forte (AES)• deve ser utilizado

Introdução

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• Enlace WiFi• Segurança:

• autenticação por PSK• pre-shared key• senha de acesso compartilhada• usuários domésticos e SOHO• senha configurada no AP e nas estações

• autenticação enterprise (802.1x)• requer servidor de autenticação (RADIUS)• pode ser utilizado com certificados• mais robusto

Introdução

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• Enlace WiFi• Segurança:

• usuário doméstico e SOHO:• WPA2 + PSK• escolha uma senha forte !

• usuário empresarial• WPA2 + enterprise (802.1x)

Introdução