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    Aula13 Aula13 Presentation Transcript

    • Padrão IEEE 802.11 Redes de Computadores ! Modelo para arquiteturas wireless (1997) Instituto de Informática - UFRGS " Especifica a camada de nível físico e seu controle de acesso (MAC) " Evolução através de suplementos IEEE 802.11 ! Opera em bandas ISM 2.4 GHz e 5 GHz " ISM = Industrial, Scientific and Medical Instituto de Informática - UFRGS Padrão Ano Mbps (máx) Mbps(típico) Banda (GHz) Modulação 802.11a 1999 54 23 5 OFDM 802.11b 1999 11 4.3 2.4 DSSS A. Carissimi -20/4/2010 802.11g 2004 54 19 2.4 OFDM 802.11n 2008 248 74 2.4/5 OFDM Aula 13 Redes de Computadores 2 Espectro de freqüência (802.11 b/g) Evitando sobreposições de freqüências.... ! Faixa 2.4 GHz – 2.495 GHz (95 MHz) dividida em 14 canais " Cada canal possui 22 MHz de largura " Américas usa os canais 1 a 11 (mas reserva 2.4 GHz a 2.485 GHz) " Europa emprega até o canal 13 (2.4 GHz a 2.485 GHz) " Japão utiliza o canal 14 (2.4 GHz a 2.495 GHz) " Portadoras separadas por 5 MHz (exceção canal 14) Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS " Necessidade de evitar interferências (usar canais não superpostos) A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 Redes de Computadores 3 Redes de Computadores 4
    • Arquitetura de redes IEEE 802.11 Arquiteturas de redes wireless ! Bloco básico é a célula (Basic Service Set - BSS) " uma ou mais estações sem fio " uma estação central ou ponto de acesso (access point - AP) " Atua como uma ponte (bridge) para acessar outra rede ! Pontos de acesso (AP) podem ser interconectados entre si para formar um sistema de distribuição (Distribution System - DS) Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS ! Duas ou mais células podem ser interconectadas via um DS " Formam o Extended Service Set (ESS) ! Possível criar uma BSS sem a presença AP: redes ad-hoc A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 Redes ad-hoc Redes Small Office HOme (SOHO) Limitadas em escopo Podem ser integradas em redes LAN wired Redes temporárias Integração é via ponto de acesso Redes de Computadores 5 Redes de Computadores 6 Canais e sinalização Serviços básicos de uma rede 802.11 ! Uma estação wireless necessita se associar a um AP antes de ! Associação enviar ou receber quadros " Usado pelas estações móveis se conectarem às estações base (AP) " Ponto de acesso é identificado por seu SSID (Service Set IDentifier) ! Cada AP possui: " Estações anunciam sua identidade e recursos (taxa de dados, PCF, energia...) " SSID (Service Set IDentifier) ! Desassociação " Nome que aparece em “redes disponíveis” no Microsoft Windows " Canal usado para transmitir e receber dados ! Reassociação Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS " Possibilidade de mudar de estação-base ! Uma estação pode captar várias AP ! Distribuição " Necessário se associar a apenas uma para criar um “fio virtual” " Reencaminhamento de quadros feito pela estação-base ! Procedimentos realizados através de serviços ! Integração A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 " Reencaminhamento de quadros entre uma rede 802.11 e uma rede fixa (802.xx) Redes de Computadores 7 Redes de Computadores 8
    • Serviços básicos de uma rede 802.11 (cont.) Canais wireless IEEE 802.11b/g ! Autenticação ! Opera na faixa ISM 2.4 a 2.495 GHz (95 MHz) " Identificação da estação ao AP para obter direito de enviar e receber dados " Dividido por canais que se sobrepõe parcialmente " Baseado em uma senha (sem senha → rede aberta) " Não há sobreposição entre canais separados por quatro ou mais canais " Endereço MAC permitidos " Ex.: canais 1, 6 e 11 " IEEE 802.11i " Havendo várias estações no mesmo canal se compartilha o acesso, havendo ! Desautenticação sobreposição há interferência Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS ! Privacidade ! Escolha do canal: " Pelo AP é automática " Uso de criptografia para garantir a confidencialidade dos dados " Envia periodicamente quadros de sinalização ! Entrega de dados A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 " Uma estação wireless varre os canais atrás de quadro de sinalização " Serviço de entrega e recebimento de dados não confiável (isto é, não executa controle de erro, nem controle de fluxo) Brasil segue o modelo americano, ou seja, emprega 11 canais Redes de Computadores 9 Redes de Computadores 10 Controle de acesso ao meio redes IEEE 802.11 Distributed Coordination Function (DCF) ! Dois modos de operação: ! Obrigatório seu suporte tanto em redes ad-hoc como redes " Distribuído baseadas em ponto de acesso " Centralizado ! Baseado em CSMA/CA com dois modos de operação: ! Distributed Foundation Wireless MAC (DFWMAC) " DCF com CSMA/CA " DCF com RTS/CTS (MACAW ou extensão do CSMA/CA) " Mecanismo de controle de acesso distribuído (Distributed Coordination Function) " Baseado em CSMA com dois modos de operação ! Funcionamento fortemente baseado em temporização Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS " Short Inter-Frame Space (SIFS) ! Point Coordination Function (PCF) " DCF Inter-Frame Space (DIFS) " Centralizado baseado em polling " PCF Inter-Frame Space (PIFS) " Mecanismo opcional construído sobre o DCF ! Esquema de prioridade baseado na duração do tempo A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 " SIFS > PIFS > DIFS Redes de Computadores 11 Redes de Computadores 12
    • DCF com CSMA/CA Transmissões baseadas em CSMA/CA Emissor Receptor ! Estação que deseja transmitir sente o meio " Meio livre: espera DIFS, sente o canal e transmite se o meio continuar livre Emissor Receptor DIFS " Meio ocupado: seleciona um valor aleatório (backoff) ! Procedimento com o backoff DIFS " Decrementa o valor de backoff quando o canal está ocioso " Mantém o valor quando o canal está ocupado Timeout SIFS Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS " Ao chegar a zero (só ocorrerá se o canal estiver ocioso) " Transmite o quadro e espera uma confirmação " A confirmação (ACK) é enviada pelo destinatário após SIFS SIFS ! A notar que colisões podem ocorrer: ACK A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 " Backoff entre duas e mais estações são iguais ou se há estações escondidas SIFS ACK Redes de Computadores 13 Redes de Computadores 14 DCF com extensão RTS/CTS Funcionamento do RTS/CTS (relembrando...) ! IEEE 802.11 inclui um protocolo de reserva de canal (opcional) " Baseado em quadros de controle: request to send (RTS) e clear to send (CTS) ! Quadro RTS CTS B A C " Enviado quando uma estação seja transmitir indicando sua identificação e o tempo de transmissão necessário RTS ! Quadro CTS Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS " Resposta a um RTS " Autoriza estação remetente do RTS a transmitir " Avisa demais estações que o canal estará ocupado por um certo tempo ! Se RTS e CTS são enviados corretamente, o canal é reservado por um tempo A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 determinado e não ocorrerá colisões no envio de dados ! Se houver colisões durante o envio de RTS e CTS eles serão retransmitidos " Quadros curtos, não é grave (desempenho) sua retransmissão Redes de Computadores 15 Redes de Computadores 16
    • Transmissões em DCF com extensão RTS/CTS Fragmentação em IEEE802.11 ! Emprega o conceito de alocação de um canal virtual ! Quadro é enviado em fragmentos " Quadros de controle Request To Send (RTS) e Clear To Send (CTS) " Reduz a probabilidade de erro em um quadro diminuindo seu tamanho " Após alocado o canal virtual é enviado um quadro de dados " Apenas fragmento com erro é retransmitido Necessário garantir que " Quadro de dados necessita ser confirmado (quadro ACK) " Protocolo stop-and-wait fragmentos sejam enviados sem interferência (SIFS) DIFS SIFS RTS dados DIFS SIFS SIFS Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS A RTS Fragmento 1 Fragmento 2 A SIFS SIFS SIFS SIFS SIFS CTS ACK CTS ACK ACK B B A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 NAV 1 C NAV C NAV 2 NAV D D Redes de Computadores 17 Redes de Computadores 18 Point Coordination Function (PCF) InterFrame Spacing (IFS) ! Método baseado em polling ! Quatro tipos de IFS, cada um para uma finalidade distinta " IEEE 802.11 não determina ordem, nem a periodicidade " SIFS (Short InterFrame Spacing) ! Estação base contacta estações móveis " PIFS (PCF InterFrame Spacing) " Estação com dados a transmitir ganha acesso exclusivo ao meio " DIFS (DCF InterFrame Spacing) " EIFS (Extended InterFrame Spacing) ! Mecanismos básico: Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS " Envio de um quadro de baliza pela estação de base fornecendo uma série de características da célula (saltos, sincronização, convite, stand-by, etc) ! Convive com o modo DCF " Na realidade é construído sobre ele A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 " Baseado em um sistema de temporização de IFS Redes de Computadores 19 Redes de Computadores 20
    • Quadro IEEE 802.11 Quadro IEEE 802.11 (cont.) Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS ! Campo tipo e subtipo: ! Campo duração do quadro (D) " Distinção entre quadros de sinalização e gerenciamento, RTS, CTS, ACK e " Duração da reserva do canal dados ! Campo número de seqüência (SC) ! Campos to e from " Para identificar se um quadro é novo ou se é uma retransmissão (controle A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 fluxo) " Dão significado para os quatro endereços MAC ! Campo FCS ! Campo WEP " Detecção de erros (CRC 32) " Indica o uso ou não de criptografia Redes de Computadores 21 Redes de Computadores 22 Interpretação dos endereços MAC Questões de segurança To DS From DS Addr1 Addr2 Addr3 Addr4 ! Padrão original WEP (Wired Equivalent Privacy) 0 0 Destino Fonte BSS ID N/A " Problemas de vulnerabilidade 0 1 Destino AP Fonte N/A ! Certificação WPA (WiFi Protect Area) 1 0 AP Fonte Destino N/A " Cifragem (TKIP – Temporal Key Integrity Protocol) 1 1 AP AP Destino Fonte " Autenticação " Enterprise: IEEE 802.11X Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS Caso 1 (to ds= 0, from ds=0): redes ad-hoc " Uso de servidores de autenticação para distribuir chaves Caso 2 (to ds=0, from ds=1): " Extensible Authentication Protocol (EPA) AP intermediária entre uma transmissão de rede wired para wireless " Personal: emprego de uma Pre-Shared Key (PSK) Caso 3 (to ds=1, from ds=0): A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 AP intermediária entre uma transmissão de rede wireless para wired " Baseado no conhecimento de uma passphrase para acessar a rede Caso 4 (to ds=1, from d=1): " 8 a 63 caracteres ASCII (uso de 13) armazenada no ponto de Duas APs intermediárias entre uma transmissão de duas estações wireless acesso e na estação wireless Redes de Computadores 23 Redes de Computadores 24
    • Leituras complementares Material adicional ! Tanenbaum, A. Redes de Computadores (4a edição), Campus 2003. ! Cut and pastes de coisas passadas que não quis simplesmente " Capítulo 4, seções 4.4, 4.5 e 4.6 retirar da apresentação. ! Carissimi, A.; Rochol, J; Graville, L.Z; Redes de Computadores. " São detalhes de funcionamento de bases wireless que não cabem muito no Série Livros Didáticos. Bookman 2009. contexto/tempo de nossa discussão. " Capítulo 4, seção 4.4.2 Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 Redes de Computadores 25 Redes de Computadores 26 O porquê de três endereços Controle de acesso ao meio (protocolo MAC) Entre máquina X e máquina 1 (wireless) IP1 IPx ! Emprega CSMA/CA (CSMA com prevenção de colisão) MAC1 MACx " Estação (e AP) escutam o canal antes de transmitir " Livre: transmite IP1 IPx " Ocupado: não transmite ! Problema: não há detecção de colisões devido ao MAC1 MACAP MACx " Desvanecimento do sinal Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS Colisão " Problema da estação escondida Entre máquina 1 wireless e máquina X IPx IP1 A. Carissimi -20/4/2010 A. Carissimi -20/4/2010 MACAP MAC1 MACx A B C IPx IP1 Alcance do rádio da estação C MACx MAC1 Redes de Computadores 27 Redes de Computadores 28
    • Mobilidade em uma mesma sub-rede IP Hub ou switch A Instituto de Informática - UFRGS ! Estação sente o “enfraquecimento” do sinal em relação a outro " Faz a desassociação de um AP e se associa ao outro A. Carissimi -20/4/2010 ! Não há problemas já que são equipamentos de enlace e não “enxergam” o que está acima (endereço IP e conexões TCP) Redes de Computadores 29