Redes de Computadores sem Fio

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1 Redes de Computadores sem Fio Prof. Marcelo Gonçalves Rubinstein Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica Faculdade de Engenharia Universidade do Estado do Rio de Janeiro

2 Programa Introdução a Redes de Computadores sem Fio IEEE Bluetooth Avaliação de Desempenho Redes de Sensores IEEE

3 Rede IEEE Criação de vários tipos de redes sem fio Desejo de ligar computadores portáteis sem utilizar fios Mobilidade Incompatibilidade entre essas redes IEEE criou o padrão Tecnologia de rede de maior êxito comercial depois da Ethernet Conhecida como Wi-Fi (Wireless Fidelity)

4 Arquitetura do IEEE Componentes que interagem para prover uma rede local transparente para as camadas superiores Conjunto básico de serviços (BSS Basic Service Set) Bloco fundamental de construção da arquitetura Grupo de estações sob uma mesma função de coordenação Função determina quando uma estação pode transmitir e receber dados

5 Arquitetura do IEEE Dois modos Ad hoc Não usa ponto de acesso BSS independente

6 Exemplo de rede ad hoc

7 Arquitetura do IEEE Dois modos (cont.) Infraestruturado Comunicação passa por um ponto de acesso Vários pontos de acesso podem ser interligados através de um backbone Sistema de distribuição Conjunto das estações e do sistema de distribuição formam um ESS (Extended Service Set) Parece ser uma única rede para as camadas superiores

8 Exemplo de rede infraestruturada

9 Rede IEEE gerenciamento Escaneamento Autenticação Associação Outros

10 Rede IEEE escaneamento Para encontrar as redes na vizinhança Utiliza alguns parâmetros Tipo de BSS: independente, infraestruturado ou ambos BSSID (endereço MAC do AP): individual (busca por uma rede específica) ou difusão (busca por qualquer rede) SSID: individual ou difusão Tipo de procura: ativa ou passiva Ativa: transmite probe requests Passiva: muda para cada canal na lista e espera por quadros de sinalização (beacon)

11 Rede IEEE escaneamento Utiliza alguns parâmetros (cont.) Lista de canais Pode ser uma lista de canais (DSSS) ou um padrão de saltos (FHSS) Outros

12 Rede IEEE autenticação Autenticação de baixo nível Estação apresenta sua identidade (endereço MAC) antes de enviar quadros Rede infraestruturada Autenticação da estação e não do ponto de acesso Dois tipos De sistema de aberto (open system authentication) Simples troca de quadros com as identidades De chave compartilhada (shared key authentication) Usa o WEP (Wired Equivalent Privacy) Desafio (texto em claro) é enviado ao cliente e a resposta (texto cifrado) prova que o cliente possui a chave

13 Rede IEEE autenticação Também pode ser usada lista de acesso Filtragem de endereços MAC

14 Rede IEEE associação Só para redes infraestruturadas Permite que o sistema de distribuição localize cada estação APs podem repassar as informações da associação para outros APs dentro do mesmo ESS

15 Rede IEEE b - canais e associação Espectro de 2,4 a 2,485 GHz é dividido em 11 canais Canais com partes superpostas com canais vizinhos Administrador escolhe um canal para o AP

16 Rede IEEE b - canais e associação Hospedeiro se associa a um AP Varre os 11 canais em busca de quadros de sinalização (beacon) Beacon inclui o SSID (Service Set IDentifier) e o MAC do AP Escolhe um AP para se associar Se autentica e faz a associação Geralmente usa DHCP para obter um endereço da sub-rede do AP

17 Rede IEEE Dois mecanismos de acesso ao meio DCF (Distributed Coordination Function) Distribuído PCF (Point Coordination Function) DCF Centralizado Modo básico Usa CSMA/CA Modo com RTS/CTS CSMA/CA com RTS/CTS

18 Esquema básico de acesso ao DCF Intervalos entre quadros DIFS (Distributed InterFrame Space) Dados SIFS (Short InterFrame Space) ACK

19 Esquema básico de acesso ao DCF Estação que quer transmitir um quadro ouve o meio Meio livre por DIFS Estação transmite o quadro Meio ocupado Resposta Backoff Estação espera o meio ficar livre por DIFS e entra na fase de backoff Evita a captura do meio

20 Lógica de transmissão do IEEE (após o primeiro quadro)

21 Esquema básico de acesso ao DCF

22 Esquema básico de acesso ao DCF Resposta CRC Reconhecimento positivo ACK SIFS < DIFS

23 Esquema básico de acesso ao DCF Backoff Escolhe-se um número aleatório de slots entre 0 e CW associado a um temporizador de backoff Meio livre por mais de DIFS decrementa-se o temporizador a cada tempo de slot Tempo de slot correspondente ao atraso máximo de propagação dentro de um BSS e a outros atrasos Temporizador para quando há alguma transmissão Quando o temporizador chega a zero transmite o quadro

24 Esquema básico de acesso ao DCF CW (Contention Window) Aumenta quando uma colisão é inferida ACK não é recebido em um determinado tempo Próxima potência de 2 menos 1 Até CW max CW min e CW max dependem da camada física Quadro é descartado após um número máximo de tentativas de transmissão

25 Rede IEEE CSMA/CA com RTS e CTS Baseado no MACAW Evita o problema do terminal escondido Detecção virtual de portadora Vetor de alocação de rede (NAV) Armazena informações relativas à ocupação do meio Quadros RTS e CTS enviados em uma das taxas básicas da rede Estações que ouvem RTS e CTS possam entender as informações de duração da comunicação

26 Rede IEEE CSMA/CA com RTS e CTS Podem existir ainda colisões de RTS Diferenças entre alcances de transmissão e interferência Alcance de interferência é duas vezes maior do que o alcance de transmissão para redes WaveLAN Colisões podem ocorrer em um nó intermediário Eficiência diminuída devido à sobrecarga Uso de RTS/CTS a partir de um tamanho mínimo de quadro

27 Mecanismo DCF com RTS e CTS Intervalos entre quadros DIFS RTS SIFS CTS Dados ACK

28 Mecanismo DCF com RTS e CTS

29 Mecanismo PCF Opcional Usado para tráfegos de tempo real Coordenador de ponto (no ponto de acesso) consulta cada estação Transmissão sem contenção Tempo de acesso dividido em períodos de superquadros Período livre de contenção (Contention Free Period - CFP) Período de contenção (Contention Period - CP) Usa o DCF

30 Mecanismo PCF - CFP Coordenador de ponto faz consultas (polling) Cada estação só pode transmitir quando receber uma consulta Geralmente as estações recebem dados quando são consultadas No fim do CFP começa um CP

31 Mecanismo PCF Coordenador inicia e controla o CFP Coordenador escuta o meio livre por PIFS Point Coordination InterFrame Space SIFS < PIFS < DIFS Início de um CFP Difusão de um sinal de beacon CFP maxduration adicionada aos respectivos NAVs

32 Mecanismo PCF CFP pode terminar através do envio de um CF end pelo coordenador Por exemplo quando a rede está com pouca carga Início de um CFP pode ser adiado Transmissão no modo DCF Duração do CFP muda

33 Mecanismo PCF Chega a vez de uma estação transmitir Coordenador envia um quadro de dados (se existir) dentro de um quadro de consulta (piggyback) Resposta ACK após SIFS (com dados se for o caso)

34 Mecanismo PCF...

35 ... Mecanismo PCF

36 Mecanismo PCF Após transmitir a todas as estações de uma lista de consultas, coordenador pode enviar quadros a qualquer estação Se ainda houver tempo Estações pedem para entrar na lista de consultas através de quadros de pedidos de associação com o ponto de acesso Pedidos incluem um campo que indica se a estação é capaz de responder a enquetes durante o CFP

37 Mecanismo PCF Problemas Geração de atraso indesejado Diminuição do CFP quando uma estação continua transmitindo após o tempo previsto para o superquadro Limitação da duração máxima do CFP que pode provocar o adiamento de uma transmissão para o próximo CFP Sobrecarga devido ao polling

38 Fragmentação Diminui a probabilidade de erros Suporte para a fragmentação de quadros em transmissões ponto-a-ponto e remontagem do quadro Receptores devem ter suporte a fragmentação Fragmentação é opcional nos transmissores Fragmentation threshold

39 Fragmentação Fragmentos enviados em rajada Se não houver interrupção devido a limitação de ocupação do meio na camada física Fragmento enviado SIFS após o ACK do fragmento anterior Duração nos quadros RTS e CTS (caso utilizados) Indica o tempo necessário para a recepção do ACK do próximo fragmento Duração nos quadros de dados e ACK Indica a duração total do próximo fragmento e do ACK Fragmentos enviados como quadros individuais no CFP

40 Fragmentação Exemplo de fragmentação no IEEE

41 Fragmentação Exemplo de fragmentação com RTS e CTS no IEEE

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