Capítulo 6 Redes sem fio e Redes móveis
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- Branca Flor de Mendonça Silva
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1 Redes de Computadores DCC/UFJF Capítulo 6 Redes sem fio e Redes móveis Material fortemente baseado nos slides do livro: Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet. Os slides foram disponibilizados pelos autores James F. Kurose e Keith W. Ross All material copyright J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved 6: Wireless and Mobile Networks 6-1
2 Capítulo Introdução Wireless 6.2 Enlaces sem fio, características 6.3 IEEE Redes locais sem fio( wi-fi ) 6.4 Acesso a Internet via Celular arquitetura padrões (e.g., GSM) Mobilidade 6.5 Princípios: endereçamento e rotemanto de usuários móveis 6.6 IP Móvel 6.7 Gerenciamento de mobilidade em redes celulares 6.8 Mobilidade e o impacto nos protocolos das camadas superiores 6.9 Sumário 6: Wireless and Mobile Networks 6-2
3 LANs sem fio b faixa de frequência não licenciada de GHz até 11 Mbps a intervalo: 5-6 GHz até 54 Mbps g intervalo: GHz até 54 Mbps n: múltiplas antenas intervalo: GHz até 200 Mbps todas usam o CSMA/CA para múltiplo acesso Todas possuem versões estação base e redes adhoc 6: Wireless and Mobile Networks 6-3
4 802.11: arquitetura Internet host sem fio se comunica com a estação base Eestação base = ponto de acesso (AP) AP hub, switch or router Conjunto básico de serviços( célula ) no modo com infra-estrutura contem: BSS 1 AP Hohosts sem fio AP Mmodo ad hoc: somente hostshosts BSS 2 6: Wireless and Mobile Networks 6-4
5 802.11: Canais e associação b: operam na faixa de frequência 2.4GHz GHz dividida em 11 canais administrador designa um número de canal ao AP e um Identificador de Conjunto de Serviços (nome da rede) possível interferência entre APs vizinhos host: deve se associar a um AP varre os 11 canais, em busca de quadros de sinalização, que contem o nome do AP (Service Set Identifier - SSI) e o seu endereço MAC seleciona o AP associado autenticação pode ser feita (senha, MAC) tipicamente executará o DHCP para conseguir um endereço IP na sub-rede associada ao AP 6: Wireless and Mobile Networks 6-5
6 802.11: varredura passiva/ativa BBS 1 BBS 2 BBS 1 BBS 2 AP AP 2 AP AP H1 Varredura Passiva: (1) quadros de sinalização são enviados a partir dos APs (2) quadro de requisição de associação: enviado por H1 para selecionar o AP (3) quadro de resposta de associação: enviado ao H1 para selecionar o AP H1 Varredura Ativa: (1) quadro de requisição enviado por broadcast a partir de H1 (2) quadro de resposta enviado pelos APs (3) quadro de requisição de associação: enviado por H1 para selecionar o AP (4) quadro de resposta de associação: enviado ao H1 para selecionar o AP 6: Wireless and Mobile Networks 6-6
7 IEEE : acesso múltiplo evitar colisões: 2 + nós transmitindo ao mesmo tempo : CSMA escutar antes de transmitir não colidir com transmissões que estejam sendo feitas por outros nós : sem detecção de colisão! Capacidade de detectar colisões exige as capacidades de enviar e de receber ao mesmo tempo. No entanto, a potência do sinal recebido é pequena em comparação a potência do sinal enviado (fading) Não pode escutar todas as colisões: terminal escondido, fading objetivo: evitar colisões: CSMA/C(ollision)A(voidance) A B C C A B A s signal strength C s signal strength space 6: Wireless and Mobile Networks 6-7
8 Protocolo MAC IEEE : CSMA/CA remetente 1 se percebe o canal ocioso por um curto período de tempo (espaçamento interquadros distribuído) DIFS então transmita todo o quadro (sem CD) 2 se percebe o canal ocupado então inicia o tempo aleatório de backoff contagem regressiva do temporizador enquanto o canal estiver livre (se o canal passar a ocupado temporizador permanece inalterado) transmite quando o temporizador expira se não recebe o ACK, aumente o intervalo de backoff aleatório, repita receptor - se quadro recebido está OK DIFS sender data ACK receiver returna ACK após o tempo de Espaçamento Curto Interquadros (SIFS - ACK é necessário devido ao problema de terminal escondido) 6: Wireless and Mobile Networks 6-8 SIFS
9 Evitando colisões (mais) idéia: permitir ao remetente reservar o canal ao invés de um um acesso totalmente aleatório: evitar colisões de longos quadros de dados (e também problemas de terminais ocultos) Remetente primeiro transmite pacotes do tipo small request-tosend (RTS) para BS usando CSMA RTSs podem ainda colidir uns com os outros (mas são pequenos) BS faz um broadcast com o pacote do tipo clear-to-send CTS em resposta ao RTS CTS é escutado por todos os nós remetente transmite o quadro de dados outras estações não transmitem Evita completamente colisões de quadros de dados Usando pequenos pacotes de reserva! 6: Wireless and Mobile Networks 6-9
10 Evitando Colisões: troca de pacotes RTS-CTS A AP B RTS(A) RTS(A) reservation collision RTS(B) CTS(A) CTS(A) DATA (A) defer time ACK(A) ACK(A) 6: Wireless and Mobile Networks 6-10
11 Quadro frame: endereçamento frame control duration address 1 address 2 address 3 seq control address 4 payload CRC Address 1: MAC address of wireless host or AP to receive this frame Address 2: MAC address of wireless host or AP transmitting this frame Address 3: MAC address of router interface to which AP is attached Address 4: used only in ad hoc mode 6: Wireless and Mobile Networks 6-11
12 Quadro frame: endereçamento H1 R1 router Internet AP R1 MAC addr H1 MAC addr dest. address source address frame AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr address 1 address 2 address frame 6: Wireless and Mobile Networks 6-12
13 Quadro : mais duration of reserved transmission time (RTS/CTS) frame seq # (for RDT) frame control duration address 1 address 2 address 3 seq control address 4 payload CRC Protocol version Type Subtype To AP From AP More frag 1 1 Power Retry mgt More data WEP Rsvd frame type (RTS, CTS, ACK, data) 6: Wireless and Mobile Networks 6-13
14 802.11: mobilidade em uma mesma sub-rede H1 permanece na mesma sub-rede IP: endereço pode permanecer o mesmo switch: qual AP está associado com H1? Antes da mudança, datagramas direcionados a H1 serão enviados para o AP1 Ao mudar, AP2 pode enviar, via broadcast, um quadro Ethernet com o endereço de H1. BBS 1 AP 1 router hub or switch AP 2 H1 BBS 2 6: Wireless and Mobile Networks 6-14
15 802.11: funcionalidades avançadas Adaptação das Taxas dispositivo móvel pode mudar dinamicamente a taxa de transmissão (técnica de modulação da camada física). Com o movimento, SNR varia QAM256 (8 Mbps) QAM16 (4 Mbps) BPSK (1 Mbps) operating point BER SNR(dB) 1. SNR decreases, BER increase as node moves away from base station 2. When BER becomes too high, switch to lower transmission rate but with lower BER 6: Wireless and Mobile Networks 6-15
16 802.15: rede de área pessoal menos de 10m de diâmetro substituto de cabos (mouse, keyboard, headphones) ad hoc: sem infraestrutura S P M P radius of coverage mestres/escravos: escravos pedem permissão para envio (para o mestre) S P S P mestre fornece permissão : evolução da especificação do Bluetooth Frequência GHz até 721 kbps M S P Master device Slave device Parked device (inactive) 6: Wireless and Mobile Networks 6-16
17 802.16: WiMAX como o e celular: modelo de estação base transmissão de/para estação base feita por hosts com antenas estação base-paraestação base através de antenas ponto-aponto diferenças em relação ao : intervalo ~ 6 miles ( cidade ao invés da cafeteria ) ~14 Mbps point-to-point point-to-multipoint 6: Wireless and Mobile Networks 6-17
18 802.16: WiMAX: escalonamento de downlink, uplink quadro de transmissão subquadro down-link: estação base para nó subquadro uplink: nó para estação base pream. DL- MAP UL- MAP DL burst 1 DL burst 2 DL burst n Initial maint. request conn. SS #1 SS #2 SS #k downlink subframe uplink subframe base station tells nodes who will get to receive (DL map) and who will get to send (UL map), and when Padrão WiMAX provê mecansimo para escalonamento, mas não o algoritmo de escalonamento 6: Wireless and Mobile Networks 6-18
19 Capítulo Introdução Wireless 6.2 Enlaces sem fio, características 6.3 IEEE Redes locais sem fio( wi-fi ) 6.4 Acesso a Internet via Celular arquitetura padrões (e.g., GSM) Mobilidade 6.5 Princípios: endereçamento e rotemanto de usuários móveis 6.6 IP Móvel 6.7 Gerenciamento de mobilidade em redes celulares 6.8 Mobilidade e o impacto nos protocolos das camadas superiores 6.9 Sumário 6: Wireless and Mobile Networks 6-19
20 Componentes da arquitetura de uma rede celular célula cobertura de uma região geográfica estação base (BS) semelhante ao AP do usuários móveis conectados a rede através da BS air-interface: protocolos das camadas de enlace e física entre o usuário móvel e a BS MSC central de comutação de unidade móvel conecta células a rede gerencia configuração da chamada trata mobilidade Mobile Switching Center Mobile Switching Center Public telephone network, and Internet wired network 6: Wireless and Mobile Networks 6-20
21 Redes Celulares: primeiro salto Duas técnicas para o compartilhamento do espectro de banda entre o dispositivo móvel e a BS Combinação entre FDMA/TDMA: divide o espectro em diferentes canais de frequência, e cada canal em slots de tempo frequency bands CDMA: acesso múltiplo por divisão de código time slots 6: Wireless and Mobile Networks 6-21
22 Padrões: survey Sistemas 2G : canais de voz IS-136 TDMA: FDMA/TDMA (américa do norte) GSM (global system for mobile communications): FDMA/TDMA mais difundido IS-95 CDMA: acesso múltiplo por divisão de código CDMA-2000 GPRS IS-136 TDMA/FDMA EDGE GSM IS-95 UMTS Don t drown in a bowl of alphabet soup: use this for reference only 6: Wireless and Mobile Networks 6-22
23 Padrões: survey Sistemas 2.5 G: canais de voz e dados para aqueles que não podem esperar por serviços 3G: extensões 2G general packet radio service (GPRS) evolução do GSM Dados enviados por múltiplos canais (se disponível) enhanced data rates for global evolution (EDGE) evolução do GSM, usando modulação mais eficiente taxa de dados até 384K CDMA-2000 (phase 1) taxa de dados até 144K evolução do IS-95 6: Wireless and Mobile Networks 6-23
24 Padrões: survey Sistemas 3G : voz/dados Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS) serviço de dados: High Speed Uplink/Downlink packet Access (HSDPA/HSUPA): 3 Mbps CDMA-2000: CDMA em slots TDMA serviços de dados: 1xEvlution Data Optimized (1xEVDO) até 14 Mbps 6: Wireless and Mobile Networks 6-24
Capítulo 6 Redes sem fio e redes móveis. Redes sem fio e móveis 6-1
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