Módulo 6 Redes sem fios

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1 Redes sem fios Redes de Computadores - LTIC António Casimiro 2º Semestre 2014/15 Adaptado a partir de: Computer Networking: A Top Down Approach, 6 th edition. Jim Kurose, Keith Ross, Addison Wesley, Redes sem fios - Tópicos Standards, taxonomia e características Redes

2 n Características de alguns standards de redes sem fios ad > ac Em desenvolvimento Data rate (Mbps) a,g b Bluetooth ZigBee a,g point-to-point (WiMAX) UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO UMTS/WCDMA, CDMA2000 3G cellular enhanced 3G data.056 IS-95, CDMA, GSM 2G Indoor 10-30m Outdoor m Mid-range outdoor 200m 4 Km Long-range outdoor 5Km 20 Km 6 3 Elementos de uma rede sem fios (P.ex. GSM, WiFi, WiMAX) Infraestrutura de rede Modo infraestrutura Estação base (base station) liga nós móveis à rede fixa handoff: nó móvel muda de estação base que dá ligação à rede fixa 6 4

3 Elementos de uma rede sem fios (P.ex. GSM, WiFi, WiMAX) Modo ad hoc Sem estações base Os nós só podem transmitir com outros nós na vizinhança Os nós podem organizar-se em rede: encaminham tramas entre eles 6 5 Taxonomia em redes sem fios Com infraestrutura (p.ex. antena GSM ou Access Point) Sem infraestrutura single hop Nó liga-se à estação base (WiFi, WiMAX, rede celular) que está ligada à Internet Não há nenhuma estação base, e não há ligação à Internet (Bluetooth, redes ad hoc) multiple hops Nó pode ter de usar outros nós intermédios para conseguir aceder à Internet: redes em malha (mesh networks) Não há estação base, nem ligação à Internet. Nós podem interagir, formando MANETs ou VANETs MANET: Mobile Ad hoc NETwork VANET: Vehicular Ad hoc NETwork 6 6

4 Características das redes sem fios Diferenças relativamente a redes com fios Degradação da força do sinal: o sinal de radio atenua-se à medida que se propaga Interferência de outras fontes: frequências standard de redes sem fios (e.g., 2.4 GHz) são partilhadas por outros dispositivos (e.g., telefones); outro tipo de dispositivos (motores) também causam interferência Propagação multi-caminho: o sinal de radio reflete-se em objetos e no chão, chegando ao destino em instantes ligeiramente diferentes fazem com que a comunicação em redes sem fios (mesmo que ponto-a-ponto) tenha de lidar com mais problemas para ter qualidade 6 7 Características das redes sem fios Com vários emissores e recetores os problemas são ainda maiores (para além do acesso múltiplo): C A B C A B Força do sinal de A Força do sinal de C Problema do nó escondido B, A conseguem ouvir-se B, C conseguem ouvir-se A, C não se ouvem e por isso não podem saber que se interferem mutuamente em B espaço Atenuação do sinal: B, A conseguem ouvir-se B, C conseguem ouvir-se A, C não se ouvem e interferem mutuamente em B 6 8

5 Redes Sem Fios - Tópicos Standards, taxonomia e características Redes IEEE Wireless LAN b 2.4 GHz Até 11 Mbps a 5-6 GHz Até 54 Mbps g 2.4 GHz Até 54 Mbps n: múltiplas antenas 2.4 ou 5 GHz Até 200 Mbps ac: múltiplas antenas 5 GHz Mais de 500 Mbps Todos usam CSMA/CA para acesso múltiplo Todos têm versões para funcionamento com estações base e em redes ad hoc 6 10

6 LAN - arquitetura Internet Nó wireless comunica com ponto de acesso (AP) AP = Access Point BSS 1 AP hub, switch ou router Uma célula, ou Basic Service Set (BSS), pode funcionar em dois modos: BSS em modo infraestrutura contém: AP Nós wireless Ponto de acesso (AP) BSS em modo ad hoc contém: Apenas os nós wireless BSS : Canais b: Gama de frequências entre 2.4GHz e 2.485GHz dividida em 14 canais (cada um na sua frequência) Canal 14 só usado no Japão e canais 12 e 13 proibidos nos EUA Na prática, 11 canais usados globalmente O gestor do AP escolhe a frequência para o AP Possível interferência: se o canal escolhido for o mesmo que o de um AP vizinho! 6 12

7 802.11: Associação Nó wireless: tem de se associar a um AP Procura canais, escutando tramas especiais denominadas beacon frames, que contêm o nome do AP (SSID) e o seu endereço MAC Seleciona o AP a que se quer associar Pode ser necessário realizar autenticação Executa DHCP para obter IP na subrede do AP 6 13 IEEE : acesso múltiplo Evitar colisões: 2 ou mais nós a transmitir em simultâneo : CSMA ouvir o meio antes de transmitir Para evitar colisões enquanto outro nó está a transmitir : NÃO se conseguem detetar colisões! A força dos sinais recebidos é muito menor do que a dos enviados Não é possível perceber certos tipos de colisões: terminal escondido, atenuação Objetivo: evitar colisões: CSMA/C(ollision)A(voidance) C A B C A B Força do sinal de A Força do sinal de C espaço 6 14

8 IEEE MAC Protocol: CSMA/CA Emissor Se canal estiver silencioso durante intervalo de tempo DIFS, então: Transmitir toda a trama 2. Se canal estiver ocupado, então Iniciar temporizador de backoff aleatório Decrementar temporizador enquanto o canal estiver silencioso (idle) Transmitir após temporização Se não for recebido um ACK, aumentar intervalo de backoff e repetir ponto 2 Recetor Se trama recebida corretamente, então: DIFS emissor data ACK recetor SIFS Enviar um ACK depois de tempo SIFS (emissor precisa do ACK para saber que trama foi enviada com sucesso) 6 15 Evitando colisões Apesar do mecanismo CSMA/CA, podem ocorrer colisões, por exemplo por causa do problema do terminal escondido O protocolo MAC tem um esquema (opcional) de reserva do canal Ideia: a reserva do canal permite evitar colisões de tramas de dados de grande dimensão Como funciona: 1. Emissor começa por transmitir para o AP uma pequena trama request-to-send (RTS) usando o CSMA/CA Os RTS ainda podem colidir, mas são pequenos!! 2. O AP difunde tramas clear-to-send (CTS) em resposta a RTS 3. Todos os nós ouvem as tramas CTS O emissor transmite a trama de dados Os outros nós adiam as suas transmissões 6 16

9 Collision Avoidance: trocas de RTS-CTS A AP B Colisão na fase de reserva DATA (A) Adia transmissão tempo 6 17 Sumário: Redes sem fios Ao concluir o estudo deste tema deverá ter capacidade para: Distinguir redes infra-estruturadas de redes ad hoc Caracterizar redes Mobile Ad Hoc Network (MANETs), Vehicular Ad Hoc Network (VANETs) Caracterizar o meio de difusão das redes sem fios enumerando algumas das suas limitações Descrever o problema do terminal escondido Descrever o protocolo CSMA/CA Comparar o protocolo CSMA/CA com o protocolo CSMA/CD Descrever o algoritmo utilizado nas redes para atenuar o problema do terminal escondido 6 18

10 Bibliografia Computer Networking: a top-down approach featuring the Internet. 6th Edition. J. Kurose and K. Ross. Addisson Wesley Capítulo 6 TCP/IP Tutorial and Technical Overview, IBM Redbooks, December Outros elementos de estudo complementares indicados na página da unidade curricular Obrigado pela vossa atenção! Questões finais? Redes de Computadores () 6 20

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