WiIP Sistema de Comunicação VoIP Wi-Fi

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA POLITÉCNICA ORLANDO RAFAEL VITAL VINCI PRISCILA CARDOSO FERREIRA WiIP Sistema de Comunicação VoIP Wi-Fi São Paulo 2007

2 ORLANDO RAFAEL VITAL VINCI PRISCILA CARDOSO FERREIRA WiIP Sistema de Comunicação VoIP Wi-Fi Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de Engenheiro de Computação. São Paulo 2007

3 ORLANDO RAFAEL VITAL VINCI PRISCILA CARDOSO FERREIRA WiIP Sistema de Comunicação VoIP Wi-Fi Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de Engenheiro de Computação, sob orientação da Prof.ª Dra. Regina Melo Silveira e co-orientação do Prof. Dr. Denis Gabos. São Paulo 2007

4 FICHA CATALOGRÁFICA Vinci, Orlando Rafael Vital Sistema de comunicação VoIP Wi-Fi / O.R.V. Vinci, P.C. Ferreira. -- São Paulo, p. Trabalho de Formatura - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia de Computação e Sistemas Digitais. 1.Sistema de comunicação I.Ferreira, Priscila Cardoso II.Universidade de São Paulo. Escola Politécnica. Departamento de Engenharia de Computação e Sistemas Digitais III.t.

5 À minha família. Todo o suor é por vocês. Orlando Vinci A Deus e a minha família, por todo carinho, dedicação, esforço e por estarem ao meu lado, onde quer que seja. Priscila Cardoso

6 AGRADECIMENTOS Aos nossos pais, por todo o apoio, carinho e atenção que sempre nos deram até hoje. A nossa família e amigos, que torceram por nós ao longo dessa jornada na Escola Politécnica. Aos amigos Marcos Tork, Fernando Henrique Ginês e Samuel Kopp pelo auxílio na execução deste projeto. A Dermeval Garcia da Costa Júnior do LARC por seu apoio dado na configuração da infra-estrutura de rede. À orientadora Prof. Dra. Regina Melo Silveira e ao co-orientador Prof. Dr. Denis Gabos, pela orientação na elaboração deste trabalho de conclusão de curso. Aos professores e funcionários da USP, que além de nos ensinar, participaram de nossas vidas nos ajudando a lidar com os desafios que elas nos oferecem. À Escola Politécnica da USP por nos proporcionar o conhecimento e crescimento nestes anos da graduação criando-nos formadores de opiniões.

7 "Cem frases que resumissem a sabedoria universal tornariam dispensáveis os livros." Carlos Drummond de Andrade

8 RESUMO O objetivo deste projeto de formatura é implementar um mecanismo de comunicação VoIP Wi-Fi com suporte a mobilidade. Isto é, em situações de handover, o mecanismo irá fazer com que não haja interrupção do sinal. Surgiu da necessidade de automatização do processo de comunicação dos dispositivos sem fio existentes no ambiente do ProSemFio da Escola Politécnica da USP, que atualmente não é funcional, pois há a queda do sinal quando se passa de uma área de cobertura de um Access Point a outro. O mecanismo centralizou o controle dos Access Point em um servidor que roda um software chamado ChilliSpot que resolveu o problema da reautenticação dos clientes e, conseqüente, perda do sinal. Palavras-chave: VoIP. Wi-Fi. Handover. ChilliSpot. CommuniGate Pro.

9 ABSTRACT The main goal of this graduation project is to implement a VoIP Wi-Fi communication mechanism with support to mobility. That means, in handover situations, the mechanism will cause no signal interruption. It has emerged from the need of automation of the current process of the wireless devices communication that exists in the ProSemFio environment of the Politécnica School of the São Paulo University, which is not currently functional because of a signal loss when it passes from an Access Point s area of coverage to another. The mechanism centralized the Access Point s control in an application server that runs a software called ChilliSpot that solved the clients reauthentication problem and, then, the signal loss. Keywords: VoIP. Wi-Fi. Handover. ChilliSpot. CommuniGate Pro.

10 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Camada do Figura 2 - Basic Service Set 4 Figura 3 - Extended Service Set 5 Figura 4 - Extended Service Set (ESS) 6 Figura 5 - Representação do ESS em um prédio 7 Figura 6 - AP em Modo Root 8 Figura 7 - AP em Modo Repetidor 9 Figura 8 - AP em modo Bridge 10 Figura 9 - Esquema de Canais do Figura 10 - Estrutura de Canais sem superposição 12 Figura 11 - Diagramas de Estados Autenticação e Associação 19 Figura 12 - Processo de Handover no IEEE Figura 13 - Pilha protocolar SIP 23 Figura 14 - Infa-estrutura VoIP com o utilizo de SIP 24 Figura 16 - Estrutura e principais campos de uma mensagem SIP 25 Figura 15 - Arquitetura SIP 25 Figura 17 - Autenticação SIP 26 Figura 18 - Trapézio SIP 27 Figura 19 - Estrutura de um pacote contendo dados vocais após receber diversos cabeçalhos ( pacote VoIP ) 29 Figura 20 - Exemplo de uma Solução usando o ChilliSpot 30 Figura 21 - Usuário de um ponto qualquer da Internet tenta ligar para um usuário pertencente a uma rede privada 32 Figura 22 - Registro de um usuário com o uso do CommuniGate Pro como Proxy 34 Figura 23 - Estabelecimento de uma ligação com o uso do CommuniGate Pro como Proxy 35 Figura 24 - O ambiente atual 38 Figura 25 - O ambiente proposto 43 Figura 26 Configuração da iptables 45 Figura 27 Configuração das interfaces de Rede no funcionamento do ChilliSpot 46 Figura 28 - Captura de pacotes na eth1 47 Figura 29 - Captura de pacotes na eth0 48

11 Figura 30 - Modificações no cabeçalho SDP da mensagem de INVITE 48 Figura 31 - Captura de pacotes na eth0 49 Figura 32 - Captura de pacotes na eth1 49 Figura 33 - Cabeçalho SDP modificado 50 Figura 34 - O processo de handover 51 Figura 35 - Troca de mensagens no handover no Ambiente Proposto 52 Figura 36 - Pacote IAPP capturado durante o processo de handover 52

12 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Espectro de Freqüência do padrão IEEE Tabela 2 - Formato do frame MAC 15 Tabela 3 - Formato do campo FC 16 Tabela 4 - Tipos de Pacote Tabela 5 - Principais métodos SIP e suas descrições 26

13 LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS AAA AP BSS DHCP DNS DS DSS DSSS ESS FHSS GSM IAPP IEEE IP LAN LARC MAC LDAP NAS NAT NGN PBX PSTN QoS RADIUS RTCP RTP SDP SGBD SIP S.O. SQL Authentication, Authorization and Accounting Access Point Basic Service Set Dynamic Host Configuration Protocol Domain Name System Distribution System Distribution System Service Direct-Sequence Spread Spectrum Extended Service Set Frequency-Hopping Spread Spectrum Global System for Mobile communications Inter Access Point Protocol Institute of Electrical and Electronic Engineers Internet Protocol Local Area Network Laboratório de Arquitetura e Redes de Computadores Media Access Control Lightweight Directory Access Protocol Network Access Server Network Address Translation Next Generation Network Private Branch exchange Public Switched Telephone Network Quality of Service Remote Authentication Dial In User Service Real-Time Control Protocol Real-Time Transport Protocol Session Description Protocol Sistema Gerenciador de Banco de Dados Session Initiation Protocol Sistema Operacional Structured Query Language

14 SS SSID TCP/IP UAM UDP USP VoIP WLAN WPA WEP WiIP WSN Station Service Service Set Identifier Transmission Control Protocol/Internet Protocol Universal Access Method User Datagram Protocol Universidade de São Paulo Voice Over Internet Protocol Wireless LAN Wi-Fi Protected Access Wired Equivalent Privacy Acrônimo de Wi-Fi VoIP Wireless Sensor Network

15 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO O PROBLEMA HANDOVER EM WI-FI PARA LIGAÇÕES VOIP OBJETIVO MOTIVAÇÃO ESTRUTURA DO DOCUMENTO 2 2 CONCEITOS, TECNOLOGIAS E PRODUTOS WI-FI IEEE TOPOLOGIAS ACCESS POINT (AP) Modo Root Modo Repetidor Modo Bridge Planejamento da freqüência dos APs HOSTSPOT SERVIÇOS Serviços de Estação Serviços do Sistema de Distribuição PACOTES DA CAMADA MAC Quadro MAC Tipos de Pacotes HANDOVER EM WI-FI Descoberta e Rastreamento de um novo AP Reautenticação Troca de Mensagens VOICE OVER INTERNET PROTOCOL (VOIP) SESSION INITIATION PROTOCOL (SIP) SESSION DESCRIPTION PROTOCOL (SDP) REAL-TIME TRANSPORT PROTOCOL (RTP) REAL-TIME CONTROL PROTOCOL (RTCP) CHILLISPOT COMMUNIGATE PRO 30 3 ARQUITETURA DA SOLUÇÃO O AMBIENTE ATUAL PROCEDIMENTOS 38

16 Cliente (telefone wireless) se liga Cliente (telefone wireless) deseja estabelecer uma ligação Cliente (telefone wireless) recebe uma ligação de fora O PROBLEMA DA DESCONTINUIDADE NA COMUNICAÇÃO (O PROBLEMA DO HANDOVER) SEGURANÇA O AMBIENTE PROPOSTO PROCEDIMENTOS Cliente (telefone wireless) se liga Cliente (telefone wireless) deseja estabelecer uma ligação Cliente (telefone wireless) recebe uma ligação de fora SEGURANÇA AMBIENTE DE TESTES: DESCRIÇÃO E COMPROVAÇÃO DO FUNCIONAMENTO Chilli liga para um telefone interno do LARC ( ) Usuário da PSTN liga para Chilli O problema do handover resolvido PROBLEMAS 53 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS CONCLUSÕES RESULTADOS OBTIDOS DIFICULDADES ENCONTRADAS APRENDIZADO COM O PROJETO CONTRIBUIÇÕES TRABALHOS FUTUROS VIABILIDADE DE IMPLANTAÇÃO 57 BIBLIOGRAFIA E REFERÊNCIAS 58 ANEXO I CONTEÚDO DO CD 62 ANEXO II CONFIGURAÇÕES DO CHILLISPOT 63 ANEXO III CONFIGURAÇÕES DO COMMUNIGATE PRO 68

17 1 1 INTRODUÇÃO 1.1 O Problema Handover em Wi-Fi para ligações VoIP A tecnologia Wi-Fi, conforme definida pelo IEEE no standard , não suporta a mobilidade de seus usuários, mas somente a nomadicidade dos mesmos. Mobilidade e nomadicidade são conceitos freqüentemente mal interpretados e generalizados somente como mobilidade. A mobilidade é definida como a possibilidade do usuário de se movimentar entre diversas áreas de cobertura de diferentes antenas sem que sua conexão seja prejudicada. Ou seja, o handover (troca de ponto de acesso) é transparente para o usuário. Já a nomadicidade refere-se ao fato de o usuário poder pertencer a uma nova área de cobertura desde que este seja reconfigurado para adaptar-se ao seu novo contexto. Neste caso, o usuário percebe os efeitos do handover. No contexto VoIP Wi-Fi, a nomadicidade representa um grande problema. Clientes em movimento freqüentemente trocam seus pontos de acesso enquanto estão se comunicando. A reconfiguração dos dispositivos móveis (obtenção de um novo endereço IP e renovação do registro de seus usuários junto ao SIP Server) acarreta em perda na comunicação. Portanto, pode-se concluir que um sistema VoIP Wi-Fi só será funcional se levar em conta em sua implementação o conceito de mobilidade. 1.2 Objetivo Implementar um mecanismo de comunicação VoIP Wi-Fi com suporte a mobilidade, ou seja, sem interrupção de sinal em situações de handover, e torná-lo operacional dentro do ambiente do ProSemFio da Escola Politécnica da USP.

18 2 1.3 Motivação Desde que nasceu, por volta de 1995, a tecnologia VoIP ganhou grande importância no cenário das comunicações. De acordo com a reportagem Cable VoIP Equipment Market Outlook, o número de usuários VoIP na América do Norte cresceu 900% entre 2003 e 2004, de menos de para algo em torno de meio milhão de usuários. 1 Uma solução VoIP Wi-Fi, quando bem implementada, permite a mobilidade indoor de seus usuários a um custo muito baixo, muitas vezes até nulo, se comparado com soluções do tipo GSM. Vale ressaltar também a adoção de soluções VoIP como parte de tendências mundiais como a Next Generation Network (NGN), tecnologia que reúne em uma única rede, geralmente baseada no protocolo IP, diferentes informações e serviços: all-ip. 1.4 Estrutura do documento O Capítulo 2 apresenta os conceitos técnicos e a especificação dos produtos utilizados no projeto e mencionados ao longo da monografia. O Capítulo 3 descreve o processo antigo do sistema e, então, ilustra o mecanismo proposto e projetado neste trabalho de conclusão de curso. Além disso, resume algumas dificuldades e problemas encontrados ao longo de sua realização. No Capítulo 4 são apresentadas as considerações finais relacionadas a esse trabalho. Em seguida, encontram-se as referências bibliográficas, os apêndices e os anexos que deram apoio à realização deste projeto. 1 Greg Galitzine autoridade em VoIP

19 3 2 CONCEITOS, TECNOLOGIAS E PRODUTOS Esse capítulo tem como objetivo apresentar conceitos, tecnologias e produtos que formam a base para a realização deste projeto de formatura. 2.1 Wi-Fi IEEE A marca Wi-Fi, licenciada pela Wi-Fi Alliance, descreve a tecnologia de redes locais sem fio embarcadas, Wireless Local Area Networks - WLANs, baseadas no padrão IEEE O padrão foi criado em 1997 por um grupo de trabalho do IEEE para definir o conceito de WLAN. Além da especificação , existem ainda outras tais como a, b, g. O padrão , que define uma arquitetura para as redes sem fio, é baseado na divisão da área coberta pela rede em células. As dimensões das células dependem das características do ambiente e da potência dos transmissores ou receptores utilizados nas estações móveis. O padrão cobre as especificações técnicas das camadas MAC (Media Access Control) e PHY (Physical layer), ou seja, os níveis físico e de enlace, como se pode ver na Figura 1. Figura 1 Camada do Fonte: Adaptado de GARCIA

20 4 O padrão prevê que o nível físico empregará três possíveis formas de transmissão: FHSS, DSSS 2 e o Infra Vermelho (IR). Os padrões FHSS e DSSS operam na freqüência de 2,4MHz,e a grande maioria das implementações utiliza o DSSS. Todas as três trabalham com taxas de 1 e 2 Mbps Topologias A arquitetura celular da rede define que cada célula (chamada de Basic Service Set ou BSS, na nomenclatura ) é controlada por um Access Point (AP). A topologia consiste de sets, dispositivos que permitem mobilidade transparente para os clientes. Existem as seguintes topologias: IBSS (Independent Basic Service Sets): consiste em um grupo de estações que se comunicam diretamente uma com as outras, sem a necessidade de um AP. Esse tipo de topologia, por ser uma conexão peer-to-peer, é também chamada de ad-hoc BSS (Basic Service Sets): é um grupo de estações móveis que se comunicam por uma célula. Pode ser representada por estações que se comunicam através de um ponto comum de conexão, o AP, que está conectado também à rede cabeada. Nenhuma estação conversa entre si sem antes passar pelo AP. Figura 2 - Basic Service Set Fonte: SMITH, Frequency-Hopping Spread Spectrum e Direct-Sequence Spread Spectrum: são tecnologias de transmissão de rádio-frequência baseadas em spread spectrum.

21 5 ESS (Extended Service Sets): trata-se da conexão de múltiplas infra-estruturas de BSS através de suas interfaces de uplink que por sua vez estão conectado no Distribution System (DS) (infra-estrutura de comunicação que interliga as várias células para permitir a construção de redes multi-células). Quando se têm várias BSS interconectadas via DS, tem-se um ESS. Os clientes podem se mover entre os vários AP s através da técnica de roaming, o que permite uma cobertura transparente através da topologia ESS. Figura 3 - Extended Service Set Fonte: SMITH, 2005 Não existem restrições de especificação quanto à disposição das BSS s; por este motivo, são possíveis várias configurações para a ESS, dentre elas: BSS s podem ter uma área de cobertura que sobrepõem outras BSS s. Esta situação é muito utilizada quando uma estação se move de uma para outra BSS, continuando a obter os serviços da rede. BSS s podem estar disjuntas, sendo a distância entre elas logicamente limitadas ao alcance do DS. BSS s podem estar dispostas na mesma área, para fins de redundância. Uma ou mais ESS ou IBSS podem estar na mesma área de cobertura sem interferências de serviços entre elas. Isto pode ocorrer por vários motivos, por exemplo, duas ESS de empresas diferentes podem ter uma área de cobertura sobreposta.

22 6 Figura 4 - Extended Service Set (ESS) Para se entender melhor, considera-se o caso de um edifício. Podese explicitar cada andar como sendo um BSS e a junção dos andares, um ESS. A união de dois ou mais BSSs conectados por um DS, sistema de distribuição, forma um ESS. O caso será ilustrado na Figura 5.

23 7 Figura 5 - Representação do ESS em um prédio Access Point (AP) Access Point é um dispositivo que, geralmente, em uma de suas interfaces conecta diversos dispositivos wireless e na outra se conecta a uma rede cabeada estabelecendo assim uma comunicação entre essas duas infra-estruturas. Dentre suas características também se pode citar o suporte ao roaming e o provimento de funções de sincronização do tempo (beaconing). As duas principais vantagens do seu uso são: dar mobilidade aos usuários da rede e evitar o trabalho associado à criação de uma infra-estrutura cabeada. São funções dos APs: autenticação, associação e reassociação. Permite que uma estação móvel ao sair de sua célula de origem possa continuar conectada à infra-estrutura, não perdendo assim a comunicação. Os APs também criam uma tabela que associa seus clientes a seus respectivos endereços MAC. Os APs também fazem um gerenciamento de potência, pois permitem que as estações operem em modo Power Save, que economiza energia. Eles também garantem que as estações associadas estejam sincronizadas por um relógio comum.

24 8 Suas principais limitações são: número de dispositivos que podem se conectar simultaneamente e a segurança oferecida a essas conexões (geralmente realizada pelos sistemas WPA (Wi-Fi Protected Access) e WEP (Wired Equivalent Privacy, privacidade equivalente a redes cabeadas)). Podem funcionar em três modos: Root, Repetidor e Bridge Modo Root O AP é conectado ao backbone cabeado através de uma interface (geralmente ethernet). Neste modo, ele serve como conexão entre o mundo cabeado e o mundo sem fio, onde todos os clientes wireless se comunicam através dele. Quando há mais de um AP, eles podem trocar informações para permitir a troca de acesso transparente para o cliente. Figura 6 - AP em Modo Root Modo Repetidor Funciona de modo a levar a rede wireless até onde não chegaria com apenas um AP. Ou seja, repete o sinal wireless das estações conectadas a ele para atingir outro AP que está funcionando no modo root. O AP repetidor

25 9 compartilhará a conexão com outros clientes que estarão usando o AP root. Usuários conectados ao AP repetido provavelmente sofrerão com conexões ruins, com muitas falhas e baixas taxas de transferência. Figura 7 - AP em Modo Repetidor Modo Bridge No modo bridge, os APs funcionam como se fossem bridges wireless. São usados para conectar duas redes cabeadas através de um link wireless. Normalmente não possuem clientes wireless diretos, e toda largura de banda é usada para a interconexão das redes cabeadas.

26 10 Figura 8 - AP em modo Bridge Planejamento da freqüência dos APs Em uma infra-estrutura com vários APs, devem-se definir os canais de freqüência utilizados para cada um deles, para assim minimizar a interferência intra-sistêmica. O espectro de freqüência do padrão IEEE é dividido em 11 canais de 22 MHz superpostos, de modo que cada dois canais separados por outros cinco não fiquem superpostos. 3 A distribuição dos canais será ilustrada na tabela a seguir. 3 Padrão adotado nos EUA, Canadá e Brasil, entre outros países.

27 11 ID do canal Freqüência Central (MHz) Tabela 1 - Espectro de Freqüência do padrão IEEE Através da Figura 9, pode-se observar que em uma determinada área de cobertura, só podem existir três APs, pois têm-se apenas três canais que não são sobrepostos, 1, 6 e 11. Portanto, um item importante no momento de realizar as configurações dos APs para o teste do handover, será configurá-los no canal adequado para que não haja interferência. Figura 9 - Esquema de Canais do Fonte: HyperLink Technologies

28 12 O reuso de um canal só poderá ser realizado se dois APs, configurados em um mesmo canal, não estiverem na mesma área de cobertura. Tal configuração pode ser vista na Figura 10, em que, se os APs estiverem cada qual em um Canal 6 específico, não haverá superposição, pois os mesmos encontram-se distantes fisicamente e não há cobertura comum. Figura 10 - Estrutura de Canais sem superposição Hostspot A rede constituída por APs ligados a um servidor consiste em um hostspot. Tem o objetivo de fornecer ligação entre vários dispositivos móveis Serviços A especificação IEEE define duas categorias de serviços: Serviços de Estação (SS Station Service) e os serviços do sistema de distribuição (DSS Distribution System Service), ambos os serviços utilizados pela camada MAC Serviços de Estação São serviços que devem ser implementados por todas as estações que seguem a especificação. Os APs, que podem ser estações, também devem implementar estes serviços.

29 13 As redes sem fio não possuem a segurança física que existe nas redes cabeadas. Nestas, os dados trafegam através de cabos e switches, que possuem certo nível de segurança. Para que essa segurança física exista em redes sem fio, os serviços descritos a seguir são utilizados: Autenticação (Authentication): é responsável pelo controle de acesso da estação à rede. É utilizado para disponibilizar o link para a estação. As estações fornecem suas identidades com as estações que desejam se comunicar. Caso uma estação deseje associar-se a um DS, primeiramente é necessário realizar a autenticação. É possível também operar utilizando o modo chamado Open System Authentication o qual dispensa a autenticação e considera toda estação como sendo autenticada. Quando se utiliza o WEP, é possível fazer a autenticação utilizando uma chave compartilhada. Desautenticação (De-Authentication): é responsável por finalizar uma autenticação existente. Se a estação estiver associada a um DS, a associação será eliminada se o serviço de Desautenticação for ativado. Este serviço é apenas de notificação, ou seja, one-way, não podendo nenhuma das partes envolvidas negar o pedido. Privacidade (Privacy): é um serviço opcional responsável pela segurança dos dados que trafegam pela rede e pode utilizar o esquema de criptografia WEP. Caso esteja ativado, somente os frames de dados e alguns de autenticação serão criptografados. Caso uma das partes envolvidas na comunicação não aceite frames sem criptografia, todos os frames transmitidos que não estejam criptografados serão descartados sem qualquer aviso. Delivery: como nas redes cabeadas, o fornece um método que garante que os dados serão transferidos de um MAC para o outro.

30 14 Para a entrega dos pacotes de dados é utilizado o serviço de entrega de MSDU Serviços do Sistema de Distribuição Quando é utilizada uma estrutura de rede do tipo ESS, é responsabilidade do sistema de distribuição localizar e rotear as mensagens para a devida estação. Para isto são necessários alguns serviços, os quais todos os pontos de acesso ligados ao sistema de distribuição devem implementar. Estes serviços, que trabalham entre as subcamadas LLC e MAC, são: Associação (Association): para a estação transmitir os dados para o ponto de acesso, ela precisa primeiramente associar-se ao ponto de acesso. Para isso é utilizado o serviço de associação. Este serviço tem amplo uso para o sistema de distribuição determinar em qual ponto de acesso se encontra a estação, pois um cliente pode estar autenticado em mais de um AP, mas só pode estar associado a um deles. Este processo de associação é sempre iniciado pela estação. Desassociação (Disassociation): responsável por informar que a estação não estará mais associada ao ponto de acesso, para que não haja roteamento para a estação no ponto de acesso no qual a estação se desassociou. Este serviço, que pode ser inicializado tanto pela estação quanto pelo ponto de acesso, é apenas de notificação, não podendo ser recusado por nenhum dos envolvidos. Reassociação (Re-association): responsável por manter o sistema de distribuição informado sobre a localização da estação, sendo utilizado quando uma estação troca de ponto de acesso. Este serviço é sempre invocado pela estação. Por questões de energia ou roaming, um cliente pode não ficar associado continuamente a um AP, e é exatamente ai que entra o serviço de reassociação, para que não sejam perdidas as informações de conexão. 4 MSDU (MAC Service Data Units) é um dos blocos de dados passados para a camada MAC.

31 15 Distribuição (Distribution): responsável pela distribuição dos frames. Equivalente ao roteamento em uma rede convencional. É de responsabilidade do serviço de distribuição localizar a estação de destino do frame. Conceitualmente todos os frames de estações ligadas a uma ESS passam pelo serviço de distribuição, mesmo aqueles que o destino se encontra a mesma BSS. Integração: responsável pela integração entre o sistema de distribuição e o Portal, todas as funções necessárias como, por exemplo, conversão de endereços, deve ser realizada por este serviço. O processo de entrada de dados pelo Portal para o sistema de distribuição também passa por este serviço Pacotes da Camada MAC Nesta subseção, encontrar-se-á o cabeçalho do pacote MAC, bem como a especificação de cada tipo de pacote Quadro MAC A definição do cabeçalho do frame MAC encontra-se na Tabela 2: Frame Control Duration ID Address 1 Address 2 Address 3 Sequence Control Address 4 Tabela 2 - Formato do frame MAC Fonte: Adaptado de WildPackets WLAN Packet Types Cada um dos campos possui os seguintes conteúdos: Frame Control (FC): contém informações de controle enviadas do transmissor para o receptor. É subdividido em outros campos, como será descrito adiante.

32 16 Duration ID: pode ter significados diversos, dependendo do contexto. Em pacotes do subtipo Power Save, os dois bits mais significativos possuem valores 1 e 1, e no restante dos 14 bits, a identificação da Associação AID (Association Identity) da estação que emitiu o pacote, que é um valor de 1 a Para os outros tipos de pacotes, este campo indica o tempo de duração de transmissão necessário para as estações móveis atualizarem o temporizador. Address 1, 2, 3 e 4: dependendo do tipo de pacote que está sendo enviado, este campo também traz diferentes tipos de endereço que podem ser: DA (Destination Address) endereço do destino final do pacote, SA (Source Address) endereço de origem do pacote, RA (Receiver Address) endereço do destino imediato do pacote, TA (Transmitter Address) endereço da estação que transmitiu o frame, BSSID (Basic Service Set Identification) identifica a BSS em que se encontram as estações móveis e é também utilizado para limitar o alcance de broadcast. Sequence Control (SC): responsável pelo controle de seqüência de pacotes fragmentados. O campo FC da camada MAC está presente em todos os pacotes transmitidos e tem o formato mostrado na Tabela 3: Protocol Version Type Subtype To DS From DS More Frag Retry Pwr Manag More Date WEP Order Tabela 3 - Formato do campo FC Fonte: Adaptado de WildPackets WLAN Packet Types Protocol Version: versão do Protocolo. Type: indica o tipo de frame transmitido, que podem ser: 00 Management 01 Control 10 Data

33 17 11 Reservado Subtype: mostra o subtipo do frame e, juntamente com o campo Type, define a função do frame, que poderá ser de associação, reassociação, RTS, dentre outros, que serão indicados na Tabela 4. ToDS: indica se o destino do frame é um DS. FromDS: indica se a origem do frame é um DS. More Fragments: diz se há mais fragmentos do frame. Retry: diz se o pacote está sendo retransmitido. Power Management: indica o modo de gerenciamento de energia que a estação usará depois da seqüência de troca de quadros bem-sucedidos. More Data: diz se há mais quadros a serem transmitidos do AP para a estação. WEP: diz se o corpo do frame está sendo transmitido criptografado. Se o valor é 1, indica que há criptografia. Order: diz se está sendo usada a classe de serviço StrictOrder, utilizada principalmente quando há fragmentação Tipos de Pacotes A Tabela 4 lista os tipos e subtipos de pacotes especificados no padrão de WLAN e descreverá a utilização de cada um deles. Considerando que: mgmt Management Type ctrl Control Type data Data Type Tipo: Corresponde aos bits 3 e 2 respectivamente. Subtipo: Corresponde aos bits 7, 6, 5 e 4, nesta ordem.

34 18 Tipo Tipos Pacote Subtipo 00 mgmt 0000 Association Request 00 mgmt 0001 Association Response 00 mgmt 0010 Reassociation Request 00 mgmt 0011 Reassociation Response Descrição Este pacote é enviado para o AP (em um BSS ou ESS) ou para qualquer outro ponto (em um IBSS ou rede ad hoc). O remetente deve já ser autenticado para obter sucesso na associação. Este pacote é enviado de um AP (em um BSS ou ESS) ou de qualquer outro ponto (em um IBSS ou rede ad hoc) em resposta a um pacote de Association Request. Se o resquest é bem-sucedido, a resposta incluirá o ID de Associação para o requisitante. Como uma Association Request, mas inclui informações sobre a associação corrente ao mesmo tempo em que ele requisita uma nova associação (serve para a estação original depois de um certo intervalo de tempo, ou para uma nova estação quando se move de um BSS para outro). Este pacote é enviado para um AP (em um BSS ou ESS) ou para outro ponto (em um IBSS ou rede ad hoc). O remetente deve estar já autenticado para obter sucesso na associação. Como uma Association Response, mas serve como resposta para a Reassociation Request. Este pacote é enviado de um AP (em um BSS ou ESS) ou de outro ponto (em um IBSS ou uma rede ad hoc) em resposta para o pacote de Reassociation Request. Se a requisição é bem-sucedida, a resposta incluirá o ID de associação do requisitante. 00 mgmt 0100 Probe Request É usado para localizar ativamente um AP ou BSS. 00 mgmt 0101 Probe Response Responde com parâmetros da estação e suporta taxas de dados. 00 mgmt 1000 Beacon Estes pacotes são enviados por um AP em um BSS (ou seu equivalente em um IBSS) para anunciar o começo de um Contention Free Period (CF), durante o qual o direito para transmitir é conferido por um AP polling. Pacotes de gestão Beacon transmitem timestamps BSS para ajudar a sincronizar estações membros de um BSS, e outras informações para ajudá-las a localizar e escolher a BSS com o melhor sinal e disponibilidade. 00 mgmt 1001 ATIM Announcement Traffic Indication Message. Este pacote serve para a mesma função em um IBSS que um pacote Beacon faz em uma infra-estrutura BSS ou ESS. O pacote seta a sincronização de um grupo e anuncia quais mensagens estão esperando para serem entregues. Estações em modo Power Save acordam periodicamente para ouvir por pacotes ATIM em redes ad hoc (IBSS), como elas fazem com pacotes Beacon em infra-estruturas de rede BSS ou ESS. 00 mgmt 1010 Disassociation Este pacote é um anúncio de quebra de uma associação existente. Trata-se de uma comunicação one-way (o que significa que não requer ou aceita resposta), e deve ser aceita. Deve ser enviada por uma estação associada ou BSS e tem efeito imediato. 00 mgmt 1011 Authentication Estes pacotes são retornados e trocados entre a estação que solicita autenticação e a estação que tenta afirmar sua identidade autentica. O número de pacotes trocados depende do método de autenticação empregado. Informação relativa a um esquema particular é colocada no corpo do pacote de autenticação.