Introdução às Redes e Protocolos TCP/IP Sessão nº4. Jorge Gomes

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1 Introdução às Redes e Protocolos TCP/IP Sessão nº4 Jorge Gomes

2 Virtual LANs

3 Virtual LAN (VLAN) Tal como uma LAN uma VLAN pode ser definida como um domínio de broadcast: Um pacote de broadcast chega a todas as estações da VLAN Sobre o ponto de vista conceptual uma VLAN é igual a uma LAN VLANs permitem a separação das portas dos switches Podem criar-se subconjuntos de portas que funcionam como uma LAN independente Permite criar uma rede virtual dentro da rede física SWITCH SWITCH SWITCH VLAN 1 VLAN 2 VLAN 3

4 Virtual LAN (VLAN) Uma VLAN pode atravessar múltiplos switches SWITCH A SWITCH C VLAN 1 VLAN 2 VLAN 2 SWITCH B VLAN 2 VLAN 3

5 Virtual LAN (VLAN) Uma VLAN pode atravessar múltiplos switches SWITCH A SWITCH sem suporte p/ VLANs Todas as portas ficam na mesma VLAN VLAN 1 VLAN 2 SWITCH Z VLAN 2

6 Virtual LAN (VLAN) As VLANs pode atravessar múltiplos switches SWITCH A VLAN Trunk Uma porta com múltiplas VLANs VLAN 1 VLAN 2 SWITCH Y VLAN 2 VLAN 1

7 Virtual LAN (VLAN) Uma porta de switch ou uma interface de rede de uma maquina pode ser adicionada a uma VLAN de duas formas: Untagged Tagged

8 Virtual LAN (VLAN) Untagged A VLAN untagged é configurada na porta do switch Do lado do computador não é necessário fazer NADA Todo o tráfego enviado pela interface do computador para a porta do switch é automaticamente colocado na VLAN configurada Só pode haver uma VLAN untagged por porta do switch Uma interface de rede de um computador só pode pertencer a uma VLAN untagged Sob o ponto de vista do computador nem se percebe que está ligado numa VLAN É o switch que coloca todo o tráfego na VLAN configurada

9 Untagged Virtual LAN (VLAN) Uma porta está associada a uma única VLAN especifica Não é preciso configurar nada do lado dos computadores Os frames recebidos nas portas do switch são colocados na VLAN escolhida Interface vlan 21 Untagg GigabitEthernet 1 Untagg GigabitEthernet 2 Gi1 Gi2 VLAN 21

10 Tagged Virtual LAN (VLAN) A interface do computador e a porta do switch têem de ser ambas explicitamente configuradas Com interfaces tagged uma interface pode pertencer a múltiplas VLANs Cada interface adiciona informação ao header do frame Ethernet sobre a VLAN a que o frame pertence: Tanto do lado do computador como do switch de rede Requer frames Ethernet com suporte para VLANs As interfaces recebem os frames e de acordo com a marca (TAG) e encaminham os frames no contexto da VLAN pretendida Quando uma interface recebe um frame verifica se a marca (TAG) do frame corresponde a alguma das VLANs configuradas na porta Caso não corresponda a interface deita o frame fora

11 Tagged Virtual LAN (VLAN) Uma porta pode estar associada a mais de uma VLAN É preciso mapear as portas dos switches nas VLANs Interface vlan 21 tagg GigabitEthernet 28 Interface vlan 21 tagg GigabitEthernet 1 Interface vlan 57 tagg GigabitEthernet 28 Interface vlan 57 tagg GigabitEthernet 1 Gi28 Gi1 VLAN 57 VLAN 21 VLAN 57 VLAN 21

12 Tagged Virtual LAN (VLAN) Uma porta/interface pode estar associada a mais de uma VLAN Do lado do computador é preciso configurar interfaces virtuais mapeadas nas VLANs Para o sistema operativo do computador é como se a maquina tivesse múltiplas interfaces de rede vconfig add eth0 21 vconfig add eth0 57 ifconfig eth netmask up ifconfig eth netmask up Gi1 Interface vlan 21 tagg GigabitEthernet 1 tagg GigabitEthernet 2 Interface vlan 57 tagg GigabitEthernet 1 Interface eth0 Gi2 VLAN 21 VLAN 57

13 Virtual LAN (VLAN) Tagged e Untagged Também é possível ter uma única default VLAN untagged e múltiplas VLANs tagged Tráfego originário da estação que não tenha TAG é encaminhado para a VLAN default Tráfego com TAG vai para a VLAN correspondente vconfig add eth0 21 ifconfig eth netmask up ifconfig eth netmask up Interface vlan 21 tagg GigabitEthernet 1 Interface vlan 57 untagg GigabitEthernet Gi1 Interface eth0 VLAN 21 VLAN 57

14 Virtual LAN (VLAN) Em RH configurar uma VLAN através dos ficheiros de configuração /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0.21 DEVICE=eth0.21 VLAN=yes ONBOOT=no BOOTPROTO=none TYPE=Ethernet IPADDR= NETMASK=

15 Virtual LAN (VLAN) A introdução de tags implica novos campos nos frames Ethernet (cabeçalho 802.1q com 32bits): Tag protocol id = 0x8100 (16bits) para identificar um frame tagged Priority code = Class of Service (3bits) prioridade 0 mínima a 7 máxima Canonical Format Id = (1bit) 0 em Ethernet e 1 em token ring VLAN id = (12bits) para indicar a VLAN Atenção ao VLAN identifier: VLAN id 1 é frequentemente usada para a VLAN de gestão VLAN id 0xFFF é reservada e não pode ser usada VLAN id 0 significa que o frame não pertence a uma VLAN pode ser usado para ter CoS sem VLAN

16 Virtual LAN (VLAN) O tamanho máximo de um frame Ethernet untagged são 1518 bytes excluindo: Preambulo Inicio de frame Trailer Para manter o MTU em 1500 bytes o tamanho máximo de um frame tagged é na maioria dos equipamentos 1522 bytes 4 bytes de header 802.1q

17 VLAN in VLAN Usado por fornecedores de serviço para encapsularem nas suas VLANs tráfego de clientes que possui tags 802.1q Acrescenta mais um header de 32bits tipo 802.1q A service provider tag pode variar: 0x9100, 0x9200, 0x9300 A norma 802.1ad especifica a service provider flag em 0x88a8

18 Virtual LAN (VLAN) Force10#sh vlan Codes: * - Default VLAN, G - GVRP VLANs Q: U - Untagged, T - Tagged x - Dot1x untagged, X - Dot1x tagged G - GVRP tagged, M - Vlan-stack NUM Status Description Q Ports 1 Active REDE DE Gestao T Te 0/6-7 T Gi 5/43 45 Active REDE WIRELESS T Te 0/2 T Gi 6/1 U Gi 6/3,11 * 68 Active REDE CENTRAL U Te 2/0,6-7 T Gi 6/5-7, Inactive REDE DE TESTE

19 Virtual LAN (VLAN) Force10#sh running! interface Vlan 43 description VLAN PARA A REDE IP name VLAN DA TRETA ip address /24 untagged GigabitEthernet 5/8,20-22,40-43 ip helper-address no shutdown!

20 Virtual LAN (VLAN) Cisco#sh vlan Codes: * - Default VLAN, G - GVRP VLANs Q: U - Untagged, T - Tagged x - Dot1x untagged, X - Dot1x tagged G - GVRP tagged, M - Vlan-stack NUM Status Description Q Ports 1 Active REDE DE Gestao T Te 0/6-7 T Gi 5/43 45 Active REDE WIRELESS T Te 0/2 T Gi 6/1 U Gi 6/3,11 * 68 Active REDE CENTRAL U Te 2/0,6-7 T Gi 6/5-7, Inactive REDE DE TESTE

21 Virtual LAN (VLAN) cisco#sh vlan VLAN Name Status Ports default active 61 MY VLAN active Gi1/43, Gi1/14, Gi1/35, Gi1/26 VLAN Type SAID MTU Parent RingNo BridgeNo Stp BrdgMode Trans1 Trans enet enet

22 Spanning Tree

23 Spanning Tree SWITCH A SWITCH B SWITCH C A B STP - Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1D): evita loops na rede permite criar ligações redundantes Funcionamento: usa apenas uma ligação e inibe as outras se houver uma quebra da ligação activa usa uma ligação que estava inibida Requer suporte de spanning-tree em todos os dispositivos switches e bridges

24 Spanning Tree O STP foi inventado pela digital (DEC) Mais tarde foi criado um standard pela IEEE Existem diferenças entre as duas implementações Não são compativeis Alguns equipamentos possuem ambas as implementações Mesmo com equipamentos que obedecem a uma mesma especificação: Por vezes surgem problemas Especialmente devido a parametrizações diferentes (timers etc)

25 Spanning Tree Cada bridge possui um identificador (bridge-id) de 8 bytes: 2 primeiros bytes são uma prioridade 6 últimos bytes são obtidos de um MAC address De entre todas as bridges a que tiver menor bridge-id é eleita ROOT BRIDGE O algoritmo calcula: O caminho com menor custo de todos os segmentos de rede até à root bridge Em situações em que existe mais de um caminho possível é escolhido o caminho através da bridge com menor bridge-id O custo de cada interface depende da sua velocidade Os custos podem ser configurados manualmente para mudar a topologia

26 Spanning Tree As bridges trocam entre si mensagens: Bridge Protocol Data Units (BPDUs) Para conhecer os bridge-ids Para conhecer os root path costs Os BPDUs: Funcionam em Layer 2 Endereço de origem é o endereço Ethernet da porta que transmite Endereço de destino é o grupo de multicast 01:80:C2:00:00:00 Tipos de BPDUs: Configuration BPDUs (CBPDUs) usados para calculo da arvore Topology Change Notification (TCN BPDU) para anuncio da alterações na topologia de rede Topology Change Notification Acknowledgment (TCA)

27 Spanning Tree Os BPDUs são trocados constantemente para detecção de alterações de topologia Os TCN BPDUs são usados para notificar da alteração de estado de portas das bridges Quando um switch arranca espera durante 30s Para aprender a topologia através dos BPDUs recebidos Para aprender endereços Para verifica se pode causar um loop Se puder ser causa de loop bloqueia as portas necessárias Só então começa a fazer forwarding de pacotes

28 Spanning Tree Protocol STP baseia-se em grafos RP: root port DP: designated port BP: blocked port

29 Spanning Tree Custos para cada tipo de interface: Data rate STP Cost (802.1D-1998) STP Cost (802.1t-2001) 4 Mbit/s 250 5,000, Mbit/s 100 2,000, Mbit/s 62 1,250, Mbit/s ,000 1 Gbit/s 4 20,000 2 Gbit/s 3 10, Gbit/s 2 2,000

30 Spanning Tree RSTP - Rapid Spanning Tree Protocol(IEEE 802.1w) STP com convergência mais rápida (6s em vez de 30-50s) Refinamento do STP, é a referência actual MSTP Multiple Spanning Tree Protocol IEEE802.1s e IEEE802.1Q Extensão do RSTP para suportar VLANs (uma Tree por VLAN) PVST e PVST+ Per VLAN Spanning Tree STP por VLAN Protocolo proprietário da CISCO R-PVST Rapid Per VLAN Spanning Tree Versão Rapid Spanning Tree do PVST proprietária da CISCO

31 Routers e Switches

32 Switch L2 Routers e Switches Encaminha frames de baixo nível (nível 2) Ethernet, FDDI, ATM, etc Não sabe o que é um protocolo L3 como o TCP/IP Não consegue encaminhar frames para fora de um domínio de broadcast Router ou um Switch L3 Encaminha pacotes de alto nível (nível 3) TCP/IP, Netbios, IPX, DECnet, etc Interpreta a informação L3 contida no payload dos frames Pode ser usado para interligar: Domínios de broadcast Diferentes tipos de redes físicas Virtual LANs

33 Routers e Switches As LANs azul e cinzenta são domínios de broadcast diferentes Um único frame Ethernet não pode percorrer o trajecto de A para Z O pacote TCP/IP tem de ser enviado Dentro de um frame Ethernet de A para o endereço Ethernet do router cinzento Dentro de células ATM do router cinzento com destino ao azul Dentro de um frame Ethernet do router azul para o endereço Ethernet de Z LAN Azul Z Router azul Rede ATM LAN Cinzenta Router Cinzento B Pacote TCP/IP para Z A Switch L2

34 Routers e Switches LIP FCCN RCTS Coimbra Switch Internet Switch L3 L2/L3 Force10 LAN FCCN Switch Nó Nuvem L2 Ethernet L2/L3 Force10 LAN Central LNEC Uma nuvem L2 Ethernet fornecida pela FCCN interliga os 3 locais Os equipamentos L2 da FCCN só vêem os frames Ethernet Dentro dos frames vão pacotes TCP/IP (L3) LIP Lisboa Router L3 CISCO DMZ Switch L2/L3 Force10 Os switches/routers do LIP processam a informação L3 LAN

35 Shaping, Policing e Qualidade de Serviço em Layer 2

36 Shaping e Policing Por vezes é necessário limitar a largura de banda de uma interface de rede ou de um tipo de tráfego: Alocação de largura de banda a determinados tipos de tráfego Diminuir a probabilidade de perda de pacotes Forçar a utilização a um limite acordado A B C D 10Mbps 1Mbps 7Mbps Pode fazer sentido limitar a 1Mbps para tudo o que vai para além de B Shaping: Introduzir intervalos entre a transmissão de pacotes de forma a limitar a largura de banda Usa-se apenas à saída de uma interface Policing: Limitar o tráfego deitando fora todos os pacotes acima de uma largura de banda predeterminada Pode usar-se à saída ou à entrada de uma interface

37 Shaping e Policing Shaping Existem diversos algoritmos e métodos de shaping: Token Bucket Leaky Bucket Controlo artificial to TCP manipulando as janelas e os ACKs Pode obrigar à perda de pacotes quando o buffer ou fila de transmissão está cheia Quando se deita fora os pacotes da cauda funciona como policing É preferível usar algoritmos mais inteligentes para deitar alguns pacotes fora e evitar que a fila encha (drop mais esparso) Algoritmos de congestion avoidance: Random Early Detect (RED) Weigthed Random Early Detect (WRED) Ao longo de um caminho o shaping deve ser feito o mais cedo possível Um bom shaping requer: Mais inteligência nos dispositivos de rede Sobretudo um grande buffer de acordo com a capacidade da interface Não existe em todos os dispositivos de redes

38 Shaping e Policing Policing Como o tráfego que ultrapassa o limite é deitado fora as perdas podem ser extremamente concentradas no tempo Caso os protocolos não reajam bem à perda de pacotes Falta de mecanismos de feedback e ajuste Pode causar disrupção como se houvesse períodos de falta de conectividade O impacto da perda é mais acentuado do que no shaping Como não existe buffering é mais simples de implementar Como não requer algoritmos sofisticados é mais simples de implementar

39 Shaping e Policing

40 Shaping e Policing Todas os protocolos bem concebidos devem possuir mecanismos de adaptação à perda de pacotes: Retransmissão Feedback notificação de que os pacotes não chegaram Auto adaptação à perda de pacotes envio a um ritmo menor Em tráfego de tempo real como voz e vídeo idealmente a qualidade deve ser adaptada dinamicamente à largura de banda disponível Se o mecanismo não existir no protocolo usado então deve ser implementado ao nível da aplicação: Ao nível da aplicação pode efectuar-se uma adaptação mais inteligente Por ex: um sistema de monitorização pode enviar a informação mais espaçada ou dar prioridade a alguma informação em detrimento de outra

41 Shaping e Policing Efectuar shaping numa interface de um Force10 para todo o tráfego à saida Fazer o shapping a 600Mbps com burst de 20KBytes Force10#config Force10(conf)#interface gigabitethernet 1/0 Force10(conf-if)#rate shape Force10(conf-if)#end Force10 #

42 Shaping e Policing Efectuar policing numa interface de um Force10 para todo o tráfego à entrada Largura de banda garantida 80Mbps com burst de 50KBytes Pico 90Mbps com burst de 60KBytes Force10#config t Force10(conf)#interface gigabitethernet 1/0 Force10(conf-if)#rate police peak Force10(conf-if)#end Force10#

43 Shaping e Policing e Classificação Métodos mais sofisticados incluem a classificação do tráfego de acordo com as suas características: Origem, destino, protocolo, etc Cada classe de tráfego pode então ser tratada de forma diferenciada: Limites de utilização diferentes Shaping ou policing Algoritmos de drop diferentes etc A classificação é muito importante para privilegiar o tráfego interactivo ou de tempo real sobre outros tipos de tráfego

44 Quality of Service Quality of Service (QoS) em redes de dados é a capacidade de tratamento diferenciado para: Determinados tipos de tráfego Determinados fluxos de tráfego Objectivo garantir níveis de desempenho diferenciados de acordo com as necessidades A qualidade de serviço é importante: Quando a largura de banda total é insuficiente para as necessidades Quando algum tráfego é mais importante ou necessita de largura de banda ou atraso mínimos garantidos Exemplos: voz e dados numa mesma rede

45 Quality of Service Existem diversos factores que podem afectar a qualidade de um serviço de rede: Largura de banda Perda de pacotes Atraso Variações no atraso (jitter) Entrega fora de sequencia Erros Exemplos de aplicações que necessitam/beneficiam de QoS: Aplicações interactivas que requerem resposta em tempo real (cirurgia remota) Voice Over IP (VOIP) Videoconferência Protocolos de controle da própria rede O problema surge quando se mistura numa mesma rede tráfego com requisitos de qualidade de serviço com tráfego de dados geral

46 Quality of Service A maior parte das redes incluindo a Internet funcionam como serviços best-effort: Não há qualquer garantia de serviço Não há tratamento diferenciado A implementação de mecanismos de qualidade de serviço é extremamente complexa: A qualidade de serviço para funcionar tem de ser respeitada por todos os equipamentos ao longo de todo o caminho Requer processamento adicional A maioria dos equipamentos está concebia para efectuar encaminhamento rápido indiferenciado Frequentemente é preferível resolver os problemas aumentando a largura de banda!

47 Ethernet QoS IEEE 802.1p ou Class of Service (CoS) Define um campo de 3 bits Usado para implementar prioritização Presente nos frames 802.1q usados nas VLANs com tagging O campo define 8 classes de serviço: 0 best effort 1 background 2 spare 3 excellent effort 4 controlled load 5 video 6 voice 7 network control

48 Ethernet QoS Force10 Por exemplo num Force10 C300 as 8 prioridades são mapeadas em 4 filas: dot1p 0, 1 fila % dot1p 2, 3 fila 0 6.6% dot1p 4, 5 fila % dot1p 6, 7 fila % O tráfego de entrada de uma interface pode ser classificado numa prioridade Force10# config Force10(conf)# interface gigabitethernet 1/0 Force10(conf-if)# switchport Force10(conf-if)# description IP-TELEPHONES Force10(conf-if)# dot1p-priority 6 Force10(conf-if)# end

49 Ethernet QoS Force10 Pode configurar-se as interfaces para respeitar a marcação dos pacotes que entram no switch Por defeito na maioria dos switches (Force10 incluído) as marcações dot1p não são respeitadas Force10# config t Force10(conf)# interface gigabitethernet 1/0 Force10(conf-if)# service-class dynamic dot1p Force10(conf-if)# end

50 Ethernet QoS Force10 Pode mudar-se a atribuição de largura de banda às queues através de pesos Mudando os valores default que são aplicáveis a todas as interfaces Force10# config t Force10(conf)# service-class bandwidth-weight queue0 8 queue1 32 queue2 64 queue3 128

51 Ethernet QoS Force10 Pode mudar-se a atribuição de largura de banda às queues através de pesos Force10(conf)# qos-policy-output DATA Force10(conf-qos-policy-out)# bandwidth-weight 8 Force10(conf)# qos-policy-output IMPORTANT Force10(conf-qos-policy-out)# bandwidth-weight 64 Force10(conf-qos-policy-out)# Force10(conf)# policy-map-output MY-OUT-POLICY Force10(conf-policy-map-out)# service-queue 1 qos-policy DATA Force10(conf-policy-map-out)# service-queue 2 qos-policy IMPORTANT Force10(conf-policy-map-out)# Force10(conf)# interface gigabitethernet 1/0 Force10(conf-if)# service-policy output MY-OUT-POLICY Force10(conf-if)# end

52 Wi-Fi

53 Wi-Fi Tecnologia Wireless Local Area Network IEEE Comunicação sem fios através de radiofrequências Algumas das normas IEEE : a 54Mbps 23Mbps 5GHz b 11Mbps 4.3Mbps 2.4GHz g 54Mbps 19Mbps 2.4GHz n 600Mbps 30/130Mbps 2.4GHz/5GHz Usa espectro de rádio aberto não requer licenciamento Dependendo da norma pode usar 2.4GHz ou 5GHz As bandas são dividida em canais A regulação da utilização do espectro de radiofrequências difere de país para país O numero de canais varia de acordo

54 2.4GHz Wi-Fi Frequências Outros dispositivos podem interferir: telefones sem fios, bluetooth, monitores dos bebés, etc A banda de 2.4GHz está muito saturada Espaçamento entre canais é de 5MHz Na Europa a banda é dividida em 13 Nos EUA são 11 canais e no Japão são 14 canais Existe sobreposição de canais 5GHz O alcance é menor Sinais mais absorvidos por paredes e objectos sólidos A utilização de antenas com maior ganho pode compensar o menor alcance Espaçamento mínimo entre canais é de 20MHz Na Europa a banda é dividida em 19 canais EUA 20 canais, Japão 23 canais, China 5 canais etc

55 Wi-Fi Normas e Frequências Normas (b, g) a 2.4GHz: Espaçamento entre canais 5MHz Largura de cada canal 20MHz Canais 1, 6, 11 não são sobrepostos Norma (n) a 2.4GHz: Espaçamento entre canais 5MHz Largura de cada canal 20MHz ou 40MHz A 22MHz canais 1, 6, 11 não são sobrepostos A 40MHz canais 1, 11 não são sobrepostos

56 Wi-Fi Normas e Frequências Norma (a) a 5GHz: Espaçamento mínimo entre canais 20MHz Largura de cada canal 20MHz 20 canais Norma (n) a 5GHz: Espaçamento mínimo entre canais 20MHz Largura de cada canal 20MHz ou 40MHz 20 canais A 40MHz há sobreposição com o canal adjacente (10 canais)

57 Wi-Fi Normas e Frequências Norma a 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps 35m 120m Norma b 1, 2, 5.5, 11 Mbps 38m 140m Norma g 1, 2, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps 38m 140m Norma n 7.2, 14.4, 21.7, 28.9, 43.3, 57.8, 65, 72.2 Mbps a 20MHz de largura 15, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 150 Mbps a 40MHz de largura 70m 250m

58 Wi-Fi mais normas As normas de regulação do espectro de radiofrequências variam: O numero de canais por banda 2.4GHz ou 5GHz varia 5.47GHz a GHz (802.11h) Resolver problemas de interferência com comunicações via satélite e sistemas de radar Introduz a alocação dinâmica de frequências (DFS) Introduz o controlo dinâmico da potencia de transmissão (TPC) A banda 5.47GHz a 5.725GHz não está autorizada em todos os países 3.6GHz (802.11y) Banda para transmissão c/ elevada potencia usada com o a Alcance até 5Km usando larguras de banda 5, 10 ou 20MHz, 8, 4 ou 2 canais Autorizado apenas nos EUA

59 Wi-Fi modos de funcionamento Dois modos de funcionamento Infrastructure Baseia-se em access-points (AP) Centraliza o controlo de acesso nos AP Centraliza todas as comunicações wireless nos AP Podem existir múltiplos AP numa mesma rede Wireless Os AP ficam interligados por uma rede wired Ethernet ad-hoc Comunicação directa (peer-to-peer) entre dispositivos wireless Não necessita de um access point

60 Rede Wi-Fi tipo ad-hoc

61 Rede Wi-Fi tipo infrastructure Ethernet LAN Ethernet Access Point (AP) Access Point (AP) Bridge

62 Rede Wi-Fi tipo infrastructure Router + Firewall Internet Ethernet LAN Access Point (AP) Bridge ou Router

63 Rede Wi-Fi c/ Firewall Ethernet LAN Router + Firewall Internet Firewall Ethernet LAN DMZ Filtrar o tráfego com origem nos portáteis e destinado à LAN Access Point (AP) Access Point (AP) Bridge Permite usar o mesmo endereço IP nos portáteis independentemente do AP

64 AP Wi-Fi / router / ADSL Linha telefónica AP Wireless com router ADSL Interface ADSL NAT Firewall Routing Wireless Ethernet SWITCH RF Ethernet Interfaces Antena

65 AP Wi-Fi / router / ADSL Linha telefónica AP Wireless com router ADSL Interface ADSL NAT Firewall Firewall Routing Wireless Ethernet SWITCH RF Ethernet Interfaces Antena

66 SSID Service Set Identifier Wi-Fi Identifica o nome da rede Wireless Numa mesma rede tipo infrastructure múltiplos APs podem partilhar o mesmo SSID Case sensitive, pode ter um máximo de 32 caracteres O SSID pode ser anunciado periodicamente ou não BSSID SSID broadcast Rede visível Basic Service Set Identifier Em modo infrastructure é o MAC address da interface wireless de cada um dos access points Em modo ad-hoc é um endereço MAC gerado aleatoriamente pelo primeiro dispositivo a ligar-se à rede ad-hoc Individual/Group bit 0 Universal/Local bit 1

67 Wi-Fi Modo Infrastructure Todos os dispositivos precisam de usar o mesmo SSID Identifica a rede Wireless Todos os dispositivos associados ao mesmo AP precisam de Usar o mesmo BSSID do AP Usar o mesmo canal do AP Modo Ad-hoc Todos os dispositivos precisam de usar o mesmo SSID Todos os dispositivos precisam de usar o mesmo BSSID Todos os dispositivos precisam de usar o mesmo canal

68 Rede Wi-Fi tipo infrastructure Ethernet LAN SSID Access Point BSSID Access Point BSSID (AP) Canal 1 (AP) Canal 11

69 Wi-Fi Transmissão Funcionamento em half-duplex Ou transmite ou recebe As redes wireless são meios partilhados Como as redes Ethernet antigas Protocolo de transmissão tipo CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Similar ao CSMA/CD das redes Ethernet O protocolo minimiza a possibilidade de colisões: Espera que não haja transmissões a decorrer Lança intervalo de espera aleatório Transmite O transmissor espera um ACK do receptor O receptor verifica o CRC do frame recebido O receptor envia ACK se CRC ok A perda de desempenho pela espera é compensada pela menor ocorrência de colisões

70 Wi-Fi Frames To AP From AP Fragment Retrans A frame Is available Strict ordering

71 PLCP header Wi-Fi Frames

72 Wi-Fi Frame Existem 4 campos de endereço O significado depende do valor dos campos To DS (to distribution system) From DS (from distribution system) Addrs: Addr1 receptor imediato Addr2 emissor Addr3 BSSID de uma rede ad-hoc (ToDS 0 FromDS 0) emissor original (ToDS 0 FromDS 1) destino final (ToDS 1 FromDS 0) Addr4 apenas usado em relay de frames entre APs

73 Wi-Fi Frames Tipos de MAC frames Control frames RTS (request to send) CTS (clear to send) ACK (acknowledge) Management Frames Beacon Probe req, Probe resp Assoc req, Assoc resp Reassoc req, Reassoc resp Disassociation Authentication Deauthentication Data Frames Uso facultativo Obrigatório em APs com mais de um modo Diminui o desempenho Scan passivo Scan activo Associação Só usado em redes tipo infrastructure Equivalente a ligar o cabo à ficha

74 Porquê usar o RTS/CTS? Wi-Fi RTS/CTS O protocolo CSMA requer que uma estação antes de transmitir seja capaz de escutar o meio: Se as estações estiverem muito afastadas isto pode não ser possível aumentando a probabilidade de colisões Numa rede com APs a suportar por ex. as normas b e g as estações com norma b não conseguem escutar as transmissões na norma g (modulações diferentes CCK e OFDM) B AP B B B CCK AP B/G OFDM G B não ouve G G não ouve B porque B e G usam modulações diferentes

75 Fragmentação Existe um mecanismo de fragmentação: O Bit error rate pode ser elevado logo faz sentido enviar frames mais pequenos Por outro lado faz sentido suportar frames de 1500 bytes tal como na Ethernet A solução é a fragmentação

76 Wi-Fi Inicio de comunicação Rede tipo infra-estrutura Exemplo de estabelecimento de comunicação entre uma estação e um AP

77 Wi-Fi Overheads Os desempenhos anunciados nas normas são raw Na pratica os desempenhos na transmissão de dados são muito menores O gráfico mostra os overheads com preambulo longo O uso de preâmbulos curtos melhoram ligeiramente o desempenho

78 Inter Frame Spaces (Intervals)

79 Wi-Fi Transmissão de um frame Se o tamanho dos dados ultrapassar o limiar de fragmentação (threshold) é necessário transmitir mais de um frame Se o protocolo RTS/CTS for usado a troca de frames aumenta

80 Wi-Fi WEP Tipos de rede em termos de segurança: Open Estação envia um frame de autenticação AP responde com frame de autenticação Shared-key (WEP Wired Equivalent Privacy) Método de encriptação inseguro (RC4 c/ chaves de 40bits) Chave comum entre todas as estações e o AP Estação envia de um frame de autenticação AP responde com frame de autenticação com desafio (texto) Estação encripta o texto de desafio com a chave AP verifica que o texto encriptado corresponde ao desafio e responde com frame de autenticação com status de sucesso WPA / WPA2 (802.11i) Usam o protocolo 802.1x para autenticação

81 Wi-Fi WAP WPA - Wi-Fi Protected Access (draft standard) Solução interina para substituição do WEP que é inseguro: Usa o protocolo TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) Compromisso entre segurança e a possibilidade de usar o hardware que então existia Usa RC4 como o WEP mas as chaves mudam a cada pacote transmitido, implementa protecção contra repetição de pacotes e verificação da integridade das mensagens Dois modos possíveis WPA-enterprise e WPA-personal WPA- enterprise Autenticação através de um servidor de autenticação RADIUS e EAP Muito à semelhança do WPA2 Maior granularidade com controlo de acesso por utilizador WPA-personal Usa chaves partilhadas pré-definidas pre-shared-keys (PSK) Não requer servidor RADIUS e é menos complexo As chaves são partilhas por todos os utilizadores

82 Autenticador Access Point Wireless Suplicante Estação (o vosso portátil) Servidor de autenticação RADIUS Wi-Fi WPA O método para gerar e distribuir as chaves de acesso ao autenticador e suplicante e igual entre: WPA personal WPA enterprise Apenas o método de geração das chaves mestras para cada sessão muda. Porque existe o servidor Radius no meio

83 Wi-Fi WPA2 O WPA2 (802.11i) é o sucessor do WPA: Algoritmo de encriptação mais robust AES em vez de TKIP Incorpora optimizações diversas O protocolo EAPOL (Extensible Authentication Protocol Over LAN) é usado para distribuir chaves entre o suplicante e o autenticador Fortemente baseado no 802.1X que permite autenticação da ligação de estações a uma porta numa LAN: A ligação a uma porta em 802.1X corresponde à associação ao AP Uma vez associada a um AP todo o tráfego não 802.1X proveniente da estação é eliminado Após autenticação 802.1X bem sucedida todo o tráfego pode passar EAP permite múltiplos tipos de autenticação: EAP-TLS usa certificados de utilizador para autenticação EAP-LEAP CISCO usa passwords EAP-PEAP usa passwords através de túnel via MSCHAPv2 EAP-MD5 RFC3748 passwords com encriptação MD5 EAP-TTLS Envio das passwords através de um túnel TLS

84 Wi-Fi WPA x Comunicação segura Entre a estação e o servidor RADIUS através do AP Usando certificados O servidor Radius possui um certificado

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