PTC Aula 12. (Kurose, p ) (Peterson, p ) 05/05/ LANs sem fio IEEE ( Wi-Fi )

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1 PTC Aula LANs sem fio IEEE ( Wi-Fi ) (Kurose, p ) (Peterson, p ) 05/05/2017 Muitos slides adaptados com autorização de J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

2 Capítulo 6 Estrutura de Tópicos 3.1 Introdução Sem fio 3.2 Enlaces sem fio, características CDMA 3.3 LANs sem fio IEEE ( Wi-Fi ) 3.4 Acesso a Internet via Celular arquitetura padrões (e.g., GSM) Mobilidade 3.5 Princípios: endereçamento e roteamento de usuários móveis 3.6 Mobile IP 3.7 Tratamento da mobilidade em redes celulares 3.8 Mobilidade e protocolos de camadas mais altas 3.9 Resumo Redes sem-fio e móveis 6-2

3 Arquitetura da LAN BSS 1 Internet hub, switch ou roteador BSS 2 host sem fio se comunica com estação base estação base = ponto de acesso (AP access point) Basic Service Set (BSS) (ou célula ) no modo infraestrutura contém: hosts sem fio AP: estação base modo ad hoc: apenas hosts Como no Ethernet, cada adaptador tem MAC de 6 bytes (IEEE) Em típica rede doméstica, há um AP e um roteador (integrado em um dispositivo) Redes sem-fio e móveis 6-3

4 802.11: Canais, associação b/g: espectro 2,4 GHz-2,485 GHz dividido em 14 canais parcialmente sobrepostos não há sobreposição se 2 canais são separados por 4 ou mais canais (ex: 1,6,11 não sobrepõem) no Brasil só 1 a 13 podem ser usados admin da AP escolhe frequência (canal) para AP possíveis interferências : canal pode ser o mesmo que o escolhido por AP vizinha! Admin também pode atribuir Service Set Identifier (SSID) 1 ou 2 palavras host: precisa se associar com uma AP (WiFi jungle) varre canais, procurando por quadros beacon contendo nome do AP (SSID) e endereço MAC; seleciona AP com a qual se conectar pode executar autenticação (MAC; usuário e senha) pode usar servidor de autenticação e protocolos RADIUS ou DIAMETER tipicamente rodará DHCP para obter endereço IP na sub-rede do AP Redes sem-fio e móveis 6-4

5 802.11: Varredura ativa/passiva BBS 1 BBS 2 BBS 1 BBS 2 AP AP 2 AP AP 2 H1 varredura passiva: (1) quadros beacon enviados pelos APs (2) quadro de pedido de associação enviado: H1 para AP selecionado (3) quadro de resposta a associação enviado do AP selecionado para H1 H1 varredura ativa: (1) quadro pedido sondagem é inundado a partir de H1 (2) quadros de resposta à sondagem enviados pelos APs (3) quadro de pedido de associação enviado: H1 para AP selecionado (4) quadro de resposta de associação enviado do AP selecionado para H1 Redes sem-fio e móveis 6-5

6 IEEE : acesso múltiplo evitar colisões: 2 ou + nós transmittindo ao mesmo tempo : CSMA detectar antes de transmitir não colidir com transmissão por outro nó em andamento : não há detecção de colisão! difícil receber (detectar colisões) quando transmitindo devido a sinais fracos recebidos (desvanecimento) não é possível detectar todas as colisões de qualquer forma: terminal escondido, desvanecimento objetivo: evitar colisões: CSMA/C(ollision)A(voidance) C A B C A B intensidade do sinal de A intensidade do sinal de C espaço Redes sem-fio e móveis 6-6

7 IEEE Protocolo MAC: CSMA/CA transmissor se detecta canal desocupado por DIFS (Distributed Inter-frame Space) (50 µs) então transmite quadro inteiro (sem CD) 2 se detecta canal ocupado então inicia tempo de backoff (BEB) aleatório timer decresce enquanto canal detectado desocupado transmite quando timer expira se não há ACK, aumenta intervalo de backoff aleatório, repete 2 receptor se quadro recebido OK retorna ACK depois de SIFS (Short Inter-frame Spacing) (10 µs) (ACK necessário devido ao problema de terminal escondido) transmissor DIFS dados ACK receptor SIFS Redes sem-fio e móveis 6-7

8 Evitando colisões (mais) ideia: permitir transmissor reservar canal ao invés de acesso aleatório para quadros de dados: evitar colisões de longos quadros de dados (opcional limiar definido na estação base) transmissor primeiro transmite pequeno pacote pedido-para-enviar (RTS Request-to-send) para AP usando CSMA indica tempo total necessário RTSs ainda podem colidir entre si (mas eles são curtos) BS inunda livre-para-enviar (CTS - Clear-to-send) em resposta a RTS CTS escutado por todos os nós transmissor transmite seu quadro de dados outras estações adiam transmissões evita completamente colisões de quadros de dados usando pequenos pacotes para reserva! Redes sem-fio e móveis 6-8

9 Collision Avoidance: troca RTS-CTS A AP B colisão de reservas DADOS (A) atrasar tempo Veja Redes sem-fio e móveis 6-9

10 Quadro : endereçamento controle de quadro duração endereço 1 endereço 2 endereço 3 num. seq endereço 4 carga útil CRC Endereço 1: endereço MAC do host sem fio ou AP que receberá o quadro Endereço 2: endereço MAC do host sem fio ou AP transmitindo o quadro Endereço 3: endereço MAC da interface do roteador à qual o AP está conectado Endereço 4: usado apenas no modo ad hoc Redes sem-fio e móveis 6-10

11 Quadro : endereçamento H1 R1 roteador Internet end. MAC R1 end. MAC H1 endereço dest. endereço fonte quadro end. MAC AP end. MAC H1 end. MAC R1 endereço 1 endereço 2 endereço 3 quadro Redes sem-fio e móveis 6-11

12 Quadro : mais controle de quadro # seq do quadro duração do tempo de (para RDT) transmissão reservado (RTS/CTS) duração endereço 1 endereço 2 endereço 3 num. seq. endereço 4 carga útil CRC versão Protocolo Tipo Subtipo Para AP De AP Mais frag tipo de quadro (RTS, CTS, ACK, dados) Retry Power mgt Mais dados WEP Veja mais detalhes em IEEE Rsvd Redes sem-fio e móveis 6-12

13 802.11: mobilidade dentro da mesma sub-rede H1 permanece na mesma sub-rede IP : endereço IP pode permanecer o mesmo switch: qual AP está associada com H1? auto-aprendizado (Cap. 2): switch verá quadro de H1 e lembrará qual porta do switch pode ser usada para alcançar H f em desenvolvimento protocolo inter-ap BBS 1 H1 BBS 2 Redes sem-fio e móveis 6-13

14 BER : capacidades avançadas Taxa adaptativa quando móvel se desloca, SNR e BER varia estação base e móvel mudam dinamicamente sua taxa de transmissão (técnica de modulação da camada física). Piora na SNR detectada por falta de ACKs 2 quadros seguidos sem ACK: cai para taxa mais baixa 10 quadros seguidos ACK: sobe para taxa mais alta SNR(dB) 1. SNR cai, BER aumenta conforme nó se afasta da estação base 2. Quando BER torna-se muito alta, comuta para taxa de transmissão mais baixa mas com menor BER QAM256 (8 Mbps) QAM16 (4 Mbps) BPSK (1 Mbps) ponto de operação Redes Móveis e Sem Fio 6-14

15 802.11: capacidades avançadas administração da energia nó-para-ap: Eu vou dormir até próximo quadro beacon (100 ms) AP sabe que não deve transmitir quadros para esse nó coloca em buffer nó acorda antes do próximo quadro beacon (requer 250 µs) quadro beacon: contém lista de nós com quadros AP-para-nó esperando para serem enviados nó ficará acordado se há quadros AP-para-nó para serem enviados; caso contrário dorme novamente até próximo quadro beacon Nó sem quadros para receber pode dormir 99% do tempo! pode ser usado também ponto a ponto por dezenas de quilômetros áreas rurais Redes Móveis e Sem Fio 6-15

16 802.15: Personal Area Network (WPAN) centenas de metros menos de 10 m diâmetro Bluetooth (taxas mais altas até 25 Mbps no Bluetooth 4.0) Zigbee (taxas mais baixas até 250 kbps) S P substituto para cabos (mouse, teclado, fones) ad hoc: sem infraestrutura mestre/escravos: P M raio de cobertura escravos pedem permissão para enviar (para mestre) mestre atende pedidos S P S P Bluetooth faixa do2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical ISM) TDM slots de 625 µs Frequency-Hopping Spread Spectrum (FH-SS) 79 canais até 8 dispositivos ativos (1 mestre; 7 escravos) escravos só transmitem para o mestre quando autorizados M S P Dispositivo mestre Dispositivo escravo Dispositivo estacionado (inativo) Redes Móveis e Sem Fio 6-16

17 Redes sem-fio e móveis 6-17

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