Wireless LANs. Padrões IEEE 802

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1 Wireless LANs WiFi, Wi-Fi, ou......uairilés [sic] Padrões IEEE : High Level Interface 802.2: Logical Link Control 802.3: CSMA/CD Networks 802.4: Token Bus Networks 802.5: Token Ring Networks 802.6: Metropolitan Area Networks 802.7: Broadband Networks 802.8: Fiber Optic Networks 802.9: Integrated Data and Voice Networks Virtual LANs Wireless LANs Communication media Data transport over traditional cable TV network personal area networks Wireless Local Loops 1

2 Padrões IEEE p/ CM Wireless distribution networks WMAN (Broadband Wireless Access) Local wireless networks WLAN Mobility WiFi WiMAX (Mobile Broadband Wireless Access) a h i/e/ /w b g n ac Personal wireless nw WPAN ZigBee Bluetooth a/b Mesh a/b UWB Wireless LANs Geração #1: 1-2 Mbps Lucent s WaveLAN, RadioLAN, etc. Ethernet: 10 Mbps Geração #2: Mbps Ethernet: 100 Mbps Geração #3: 50 Mbps Ethernet: 100 a 1000 Mbps Hoje: 200 Mbps (802.11n) Ethernet: 1000 Mbps IEEE a/b/g/n/ac/ad Importante nicho, aplicações institucionais (e.g. hospitais, escolas) Mercado continua a crescer rapidamente 2

3 Wireless LANs Rede cabeada Access Point Rede (LAN) sem fio (Célula: 10 a 100m) WLAN: Aplicações e Configurações Personal Area Network (PAN) Access Point Wireless LAN1 Wired (peer-to-peer) LAN2 Wireless LAN-LAN Bridge Access Point como repetidor Wired LAN1 Wireless LAN2 (peer-to-peer) Wireless LAN3 Conexão sem fio Access Point (Master/slave) Conexão cabeada = Wireless LAN Adapter 3

4 Padrão IEEE Terminal móvel terminal fixo application TCP IP LLC MAC PHY access point / router MAC PHY LLC MAC PHY infraestrutura de rede application TCP IP LLC MAC PHY Roteador Padrão IEEE Access Point 4

5 Faixas Não Licenciadas Faixas ISM definidas pela ITU-R MHz MHz MHz MHz MHz (Região 1 Europa, África, Oriente Médio a oeste do Golfo Pérsico, incluindo Iraque, antiga URSS e Mongólia) MHz (Região 2 Américas e algumas ilhas do Pacífico leste) GHz wi-fi (802.11) GHz GHz GHz GHz GHz Categorias de LAN sem fio Spread spectrum / OFDM LANs (2.4 e 5.8 GHz) Infrared (IR) LANs (300 GHz) Narrowband microwave (18 19 GHz) Carrier current LANs (pseudo WLANs) Não requer instalação de cabos de rede Usa cabos de energia e um powerline modem Portadoras entre 20 e 200 khz p/ home control, e até 50 GHz para dados Taxas de até 200 Mbps Examplos: Radioshack Master Console para controlar máquinas de café, lâmpadas, sistemas de aquecimento; Devolo dlan 200 AV para dados e TV. 5

6 Categorias de LAN sem fio Carrier current LANs (powerline modem) IEEE Arquitetura Stations (Unidades Móveis UMs) Ponto de Acesso Access point (AP) Basic service set (BSS) UMs competindo por acesso em um meio sem fio compartilhado Isolado ou conectado a um backbone DS através de AP Distribution system (DS) interconecção de vários BSSs Extended service set (ESS) Dois ou mais BSSs interconectados por um DS 6

7 IEEE : Termos Link para Public Ethernet Extended service set (ESS) T1 ou DSL Wireless LAN Cell (BSS) Y C Wireless LAN Cell (BSS) D Z LAN Server Roteador Centrex Wireless LAN Cell (BSS) Wired Ethernet LAN (DS) X A B Stack Logical Link Control MAC Layer Contention-Free Service Point Coordination Function (PCF) Distributed Coordination Function (DCF) Contention Service Physical Layer 2.4 GHz frequency hopping spread spectrum 1 Mbps 2 Mbps 2.4 GHz direct sequence spread spectrum 1 Mbps 2 Mbps Infrared omnidirectional 1 Mbps 2 Mbps 5-Ghz Orthogonal FDM 6,9,12 18,24,36, 48, 54 Mbps 2.4 GHz DS-SS 5.5 Mbps 11 Mbps 2.4 GHz OFDM Up to 54 Mbps IEEE IEEE a b g 7

8 Família IEEE IEEE a Opera em 5-GHz Provê taxas de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps OFDM Modulações: BPSK, QPSK, 16-QAM ou 64-QAM IEEE b Opera em 2.4-GHz Provê taxas de 5.5 e 11 Mbps DSSS, 1000mW max.; geral 30mW 100mW IEEE g Opera em 2.4-GHz Compatível com b Provê taxas de até 54 Mbps IEEE a a g Custo bem maior Melhor para aplicações mais pesadas (CAD, ERP, hospitais Hoje, com o n, o padrão etc.) e onde não é necessário manter compatibilidade com b/g a é obsoleto. Cobertura (célula) menor (até 55m) Menos Interferência e maior nº de canais (12 a 20) IEEE g Menor custo Cobertura (célula) maior (até 90m) Banda (2.4 GHz) muito congestionada Necessário onde for necessário manter compatibilidade com b/g (e.g. PDAs, acesso público) 8

9 Alocação de Canais IEEE b DSSS Channel Allocations Alocação de Canais UNII ISM IEEE a OFDM Channel Allocation 9

10 Alocação de Canais Linksys WRT54G e WPC54G 11g WLAN, canal 6. Alocação de Canais D-Link DIR-655 e DWA-652 draft 11n, canal 1, 40 MHz. 10

11 Família IEEE c: Bridge Support Definition of MAC procedures to support bridges as extension to 802.1D d: Regulatory Domain Update Support of additional regulations related to channel selection, hopping sequences e: MAC Enhancements QoS Enhance the current MAC to expand support for applications with Quality of Service requirements, and in the capabilities and efficiency of the protocol Definition of a data flow ( connection ) with parameters like rate, burst, period Additional energy saving mechanisms and more efficient retransmission f: Inter-Access Point Protocol Establish an Inter-Access Point Protocol for data exchange via the distribution system Currently unclear to which extend manufacturers will follow this suggestion h: Spectrum Managed a Extension for operation of a in Europe by mechanisms like channel measurement for dynamic channel selection (DFS, Dynamic Frequency Selection) and power control (TPC, Transmit Power Control) Família IEEE i: Enhanced Security Mechanisms Enhance the current MAC to provide improvements in security. TKIP enhances the insecure WEP, but remains compatible to older WEP systems AES provides a secure encryption method and is based on new hardware j: Extensions for operations in Japan Changes of a for operation at 5GHz in Japan using only half the channel width at larger range k: Methods for channel measurements Devices and access points should be able to estimate channel quality in order to be able to choose a better access point of channel m: Updates of the standards p: Inter car communications Communication between cars/road side and cars/cars Planned for relative speeds of min. 200km/h and ranges over 1000m Usage of GHz band in North America 11

12 Família IEEE r: Faster Handover between BSS Secure, fast handover of a station from one AP to another within an ESS Current mechanisms (even newer standards like i) plus incompatible devices from different vendors are massive problems for the use of, e.g., VoIP in WLANs Handover should be feasible within 50ms in order to support multimedia applications efficiently s: Mesh Networking Design of a self-configuring Wireless Distribution System (WDS) based on Support of point-to-point and broadcast communication across several hops t: Performance evaluation of networks Standardization of performance measurement schemes u: Interworking with additional external networks v: Network management Extensions of current management functions, channel measurements Definition of a unified interface w: Securing of network control Classical standards like , but also i protect only data frames, not the control frames. Thus, this standard should extend i in a way that, e.g., no control frames can be forged. Obs: Nem todos os padrões se transformam em produtos. Info: 802wirelessworld.com, standards.ieee.org/getieee802/ IEEE Medium Access Control Camada MAC cobre 3 áreas funcionais: Entrega confiável de dados Controle de Acesso Securança 12

13 Entrega Confiável de Dados MAC deve lidar com interferência, ruído, fading etc. Frame exchange protocol Estação origem transmite dados Destino responde com ACK Se origem não recebe ACK, ele retransmite frame Four frame exchange Origem envia request to send (RTS) Destino responde com clear to send (CTS) Origem transmite dados Destino responde com ACK Controle de Acesso Duas abordagens: Distributed Coordination Function (obrigatório) Usa Ethernet like CSMA (CSMA/CA) Assíncrono Útil em redes adhoc Point Coordination Function (opcional) Implementado em cima do DCF Usa polling, realizado tipicamente pelo AP (síncrono) Adequado para LANs infra-estruturadas Não faz parte do padrão de interoperabilidade do Wi-Fi Alliance e implementa HCF Hybrid Coordination Function 13

14 Controle de Acesso n Aprovação do padrão final pela IEEE em set/2009, e publicado em nov/2009 Dispositivos draft n, baseados na versão 2.0 e posterior, operando desde 2007 Apesar das promessas de altas taxas do padrão ( Mbps), os APs atuais raramente conseguem taxas reais superiores a 50 Mbps 14

15 802.11n g Mais subportadoras 52 vs. 48 sp OFDM: 54 p/ 58.5 Mbps FEC (Forward Error Correction) 58.5 p/ 65 Mbps. O 11n usa LDPC (Low Density Parity Check), desenvolvido em 1960 por Robert G. Gallager, mas usado somente agora por causa de suas altas exigências computacionais. DIFS 800 ns vs. 400 ns (opcional): 65 p/ 72.2 Mbps MIMO (Multiple Input Multiple Output) Tx cresce linearmente com cada antena adicionada (máx 4 p/ n): 72.2 p/ Mbps Largura do canal n g 20 vs. 40 MHz: throuput máx. por antena sobe para 150 Mbps, fornecendo uma taxa máxima teórica de 600 Mbps. Menor Overhead do MAC 54% (11g) vs. 25% (11n) Fast MCS feedback Seleção do esquema de modulação com base no feedback recebido por pacote. 15

16 Desenvolvimentos Mais Recentes IEEE aa: Streaming robusto de áudio e vídeo (Jun. 2012) IEEE ac: Very High Throughput (1 Gbps); algumas melhorias sobre n: melhores esquemas de modulação (+ ~10% throughput); canais mais largos (até 160 MHz), multi user MIMO; beam forming; SDMA; (Dez. 2012) IEEE ad: Very High Throughput > 7 Gbps, 60 GHz (~ Jan. 2014) IEEE ae: Gerenciamento de QoS (Mar. 2012) IEEE af: TV Whitespace (~ Jun. 2014) IEEE ah: Sub 1Ghz, > alcance (~ Mai. 2015) Fonte: Wikipedia 2.4 cordless phone Segurança ruído: DoS em b Bluetooth usa mesma banda e Modulação (SST) que b Forno de Microondas 16

17 Segurança Medição feita com Wi-Spy 2.4x de telefone sem fio chaveando através de seus canais. Segurança Sennheiser wireless headphone 17

18 Segurança Segurança 18

19 Segurança Medição feita com Wi-Spy 2.4x de D-Link DWA-652 draft 11n com AP em banda de 40MHz no Canal 1, a uma distância de 90 cm. Segurança Projeto de instalação de APs Ex.: 19

20 Segurança Projeto de instalação de APs Ex.: Eavesdropping Segurança Manipulation (man-in-the-middle) ARP (Address Resolution Protocol) Poisoning / Spoofing Rogue Access Point / Evil Twin Soft Rogue Access Point Wireless Intrusion Prevention Systems 20

21 Segurança War Driving Software, GPS, Notebook Latitude, Longitude, Configuração Não confundir com piggybacking Segurança The Wifi Predator Buffalo WHR-HP-G54 HyperLink 2.4GHz 14.5 Yagi Antenna with N- Female Connection. Reverse Polarity SMA Male to Male N-type adapter. Sears s Ultra-Cheap camera tripod Misc screws & Velcro mounting strips ask=view&id=261 21

22 War Driving War Driving Fonte: 22

23 War Driving WarChalking (Matt Jones, 2002) War Driving 23

24 Wired Equivalent Privacy (WEP) Intenção: prover segurança modesta para LANs Criptografia baseada no algoritmo RC4 Passos: Algoritmo de Integridade cria e anexa um CRC Um gerador de números aleatórios (PRNG) é usado para gerar uma chave Autenticação em Autenticação Aberta Troca de identidades, nenhum benefício de segurança PSK (Pre-Shared Key) authentication (mais segura) Wired Equivalent Privacy (WEP) WEP-64: 40 bits 24 bits Secret Key IV (initialization vector) WEP-128: 104 bits 24 bits Secret Key IV 24

25 Wired Equivalent Privacy (WEP) Problemas com WEP RC4 stream cipher fácil de quebrar IV (24 bits) enviado como texto puro e se repete (colisões) CRC32 é linear bom para erros aleatórios, mas ruim para erros injetados Resultado: chave pode ser obtida em menos de 1 min. usando ARP injection + técnicas estatísticas simples Segurança WiFi Protected Access (WPA) i parcial Adaptar WEP: upgrade em firmware / drivers Temporary Key Integrity Protocol (TKIP) 128 bit key + 48 bit IV 802.1x (autenticação) usa EAP (abaixo) Ohigashi, T., Morii, M., A Practical Message Falsification Attack on WPA, 2009 WPA2: i completo Counter-Mode CBC-MAC Protocol / Robust Security Network (CCMP / RSN) Baseado no algoritmo AES 128, 192, 256 bits (AES chip) Negociação dinâmica 25

26 WEP cracking Segurança linux: kismet (sniffer) mac: kismac (sniffer) win: AirCrack (WEP/WPA cracking tool), Net Stumbler (sniffer) Todos: WepLab, AirSnort Traffic Injection reinj (Wnet) wepwedgie libwlan Segurança - Autenticação EAP (Extensible Authentication Protocol) Melhor que PSK Mais overhead servidor de autenticação Ambientes corporativos Exemplos mais comuns: PEAP (Protected EAP) Cisco, Microsoft, e RSA. EAP-TLS (Transport Layer Security) padrão aberto IETF. Servidor RADIUS. Suporte nativo em todos os SOs. Smartcards. 26

27 Segurança WiFi Protected Setup (WPS) Lançado oficialmente em jan/2008 Usabilidade + Segurança p/ Wi-Fi doméstico Quatro modalidades (methods): PIN (Personal Identification Number) PBC (Push Button Control) NFC (Near Field Communication) não coberto pela certificação WPS USB (não certificado, depricated) Problemas de segurança relatados em 2011 Portais: NoCAT WiCAP IPsec VPN Segurança 27

28 Comparação Throughput x Alcance 28

29 Roteadores draft n Outdoor routers Tropos

30 dbi ganho em relação a uma antena isotrópica (omnidirecional) Ganho típico de antenas wifi padrão: 2.14 dbi 30

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