RELATÓRIO FINAL DE PROJECTO ANÁLISE TECNO-ECONÓMICA DE SERVIÇOS MÓVEIS E SEM FIOS AUTOR Nelson José Marques de Oliveira ORIENTADOR Prof. Doutor A. Manuel de Oliveira Duarte Departamento de Electrónica e Telecomunicações Universidade de Aveiro Dezembro de 2003
AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar, gostaria de agradecer ao Professor A. Manuel Oliveira Duarte pela orientação, incentivo e motivação extra no decorrer do projecto. Foi um enorme prazer, corresponder com muita entrega e investigação aplicada no desenvolvimento dos trabalhos associados a este Projecto, face à confiança inicial depositada. Gostaria de agradecer a todos aqueles que contribuíram para a realização deste relatório, quer directa ou indirectamente. Aos colaboradores do Grupo de Sistemas de Banda Larga, José Pedro Borrego, João Rocha, Fernando Ramos, Daniel Martins e António Alves. Ao Professor Rui Aguiar, pelos esclarecimentos técnicos prestados. Aos amigos José Pereira, Marta e Elisabete, e a todos os outros colegas que agora iniciaram o projecto, pela saudável camaradagem ao longo deste ano na sala do GSBL. À minha namorada, Sónia, pela paciência e compreensão, dado o pouco tempo que lhe dediquei nos últimos meses, em prol do presente trabalho. À minha irmã Diana, pela compreensão e apoio. Aos meus Pais, a quem tudo devo e por isso devo-lhes a alegria de poder (finalmente) perspectivar a conclusão do curso, depois dos problemas que me desviaram desse objectivo. Agradeço a Deus a oportunidade que me concedeu em agarrar de novo a vida, sempre com muito espírito de sacrifício e humildade. Foi a fé que me ajudou a recuperar e, independentemente do que o futuro me reservar, espero seguir sempre esse caminho. Por último, dedico este relatório à memória da minha avó Casimira, uma fonte de inspiração de vida. Nelson Oliveira
ÍNDICE ÍNDICE... I ÍNDICE DE FIGURAS... IV ÍNDICE DE TABELAS... VI 1 INTRODUÇÃO...1 NETWORKING - PRINCÍPIOS BÁSICOS PARA O FUNCIONAMENTO DE REDES...3 1.1 DEFINIÇÃO DE TOPOLOGIAS...4 1.1.1 Topologia Bus...4 1.1.2 Topologia Estrela...5 1.1.3 Topologia Anel (Token Ring)...6 1.1.4 Topologia Mesh...6 1.1.5 Escolha Acertada da Topologia e implicação nas Redes Sem Fios...7 1.2 AS REDES VPN (VIRTUAL PRIVATE NETWORKS)...8 2 O MODELO DO SISTEMA OSI E O ENQUADRAMENTO NOS PROTOCOLOS WIRELESS...9 2.1 TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL/INTERNET PROTOCOL (TCP/IP)...13 2.2 PROTOCOLOS DE TCP/IP...15 2.3 O PROTOCOLO DE APLICAÇÃO WIRELESS (WAP)...16 2.4 OS SISTEMAS WIRELESS 802.11 E O MODELO OSI...17 PARTE I INTRODUÇÃO ÀS REDES LOCAIS SEM FIOS (WLAN)...19 3 AS REDES LOCAIS SEM FIOS (WIRELESS LOCAL AREA NETWOIRK)...19 3.1 INTRODUÇÃO...19 3.2 A ARQUITECTURA WIRELESS LAN 802.11...21 PARTE II REDES WLANS: TECNOLOGIAS, STANDARDS E FORUMS...26 4 TECNOLOGIAS DE REDES SEM FIOS (DATA NETWORKING)...26 4.1 O ESPECTRO DE FREQUÊNCIAS...26 4.1.1 O Spread Spectrum...26 4.1.2 Frequency-Hopping Spread Spectrum (FHSS)...27 4.1.3 Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)...28 4.1.4 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)...29 4.2 IEEE 802.11 ESPECIFICAÇÕES PARA WIRELESS LANS...30 4.2.1 O IEEE 802.11 LAN Standard...30 4.2.2 O IEEE 802.11b...32 4.2.3 O IEEE 802.11a...33 4.2.4 O IEEE 802.11g...34 4.2.5 O IEEE 802.11j...34 4.2.6 O IEEE 802.11e...35 4.2.7 O IEEE 802.11h e O 5GPP...35 4.2.8 O IEEE 802.11i...36 4.2.9 O IEEE 802.1x...36 4.3 O BLUETOOTH...36 4.4 O HOMERF...38 4.5 O ETSI E AS HIGH-PERFORMANCE RADIO LANS...39 4.5.1 O HiperLAN/1...39 4.5.2 O HiperLAN/2...39 4.6 A ALOCAÇÃO DO ESPECTRO DOS 5 GHZ NA EUROPA, JAPÃO E ESTADOS UNIDOS...41 4.7 OUTROS GRUPOS DE TRABALHO...43 4.7.1 O Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) ou Wi-Fi Alliance Fórum...43 4.7.1.1 A Certificação Wi-Fi... 43 4.7.2 WLAN Interoperability Forum (WLIF)...44 PARTE III SEGURANÇA DAS REDES WLAN...45 i
5 AUTENTICAÇÃO E SEGURANÇA...45 5.1 O PROTOCOLO WEP...45 5.1.1 A Encriptação no WEP...46 5.1.2 A Desencriptação no WEP...47 5.1.3 O Algoritmo RC4 do WEP...48 5.2 A NOVA SOLUÇÃO: O WI-FI PROTECTED ACESS (WPA)...48 5.2.1 Características do WPA...50 5.2.2 Mecanismos de Segurança do WPA...51 5.2.3 A Encriptação: TKIP...52 5.2.4 A Autenticação: 802.1x/AES+EAP...53 5.2.4.1 Exemplo prático de Funcionamento do 802.1x... 55 5.3 O RADIUS...58 5.3.1 A Futura Norma WPA2 e o IEEE 802.1i...59 PARTE IV SITE SURVEY...62 6 SITE SURVEY: CONSTRUÇÃO DE UM MODELO DE REFERÊNCIA...62 6.1 ETAPAS A REALIZAR NUM RF SITE SURVEY...62 PARTE V ESTUDO DO CASO: COBERTURA WIRELESS DE ZONAS GEOGRÁFICAS ESPECIFÍCAS EM PORTUGAL...69 7 COBERTURA WIRELESS E ACESSO RÁDIO PÚBLICO DE BANDA LARGA EM ZONAS GEOGRÁFICAS ESPECIFÍCAS EM PORTUGAL...69 7.1 INTRODUÇÃO E MOTIVAÇÃO...69 7.2 ABORDAGEM E METODOLOGIA...72 7.3 IDENTIFICAÇÃO DOS LOCAIS...73 7.4 CARACTERIZAÇÃO DAS ZONAS DE REFERÊNCIA E LOCAIS IDENTIFICADOS...73 7.4.1 Caracterização geográfica e demográfica...73 7.4.2 Identificação das principais actividades sócio-económicas...74 7.4.3 Identificação das infra-estruturas existentes...75 7.4.4 Identificação das necessidades em termos de serviços...75 7.5 POSSÍVEIS CENÁRIOS DE OFERTA DE INFRA-ESTRUTURAS DE TRANSPORTE E DE DISTRIBUIÇÃO76 7.5.1 Rede de Distribuição (ou de Acesso)...76 7.5.2 Rede de Transporte (ou de Interligação)...77 8 SOLUÇÕES DE ENGENHARIA E ARQUITECTURAS WLAN ASSOCIADAS...77 8.1 OBJECTIVOS...77 8.2 OUTRAS SOLUÇÕES NÃO ADOPTADAS: O ADSL+WI-FI E O SATÉLLITE+WI-FI...78 8.2.1 O ADSL(Transporte)+Wi-Fi(Acesso)...78 8.2.2 O Satélite+Wi-Fi...79 8.3 CASO I ALENTEJO: A SOLUÇÃO PRECONIZADA...80 8.3.1 A Rede de Transporte...83 8.3.1.1 Rede de Transporte: Características Técnicas do MP11a... 84 8.3.1.2 O Cluster A... 86 8.3.2 A Rede de Acesso...88 8.3.2.1 Cluster B... 88 8.3.2.2 Cluster C... 90 8.4 POPULAÇÃO ADERENTE AO SERVIÇO...92 8.5 CASH-FLOW...93 9 METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS...93 9.1 INDICADORES E AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS...93 10 MASSIFICAR O WI-FI...96 11 PEQUENAS VILAS ESTUDO DO CASO: S. JACINTO (AVEIRO)...98 11.1 METODOLOGIA E MOTIVAÇÃO...98 11.2 ESTUDO DE VIABILIDADE DA SOLUÇÃO TÉCNICA DE ENGENHARIA RÁDIO...100 11.3 SERVIÇOS INOVADORES A DISPONIBILIZAR...101 PARTE VI WIRELESS LAN: MODELOS E SERVIÇOS, PARA HOTSPOTS PÚBLICOS...103 ii
12 WIRELESS LAN: MODELOS E SERVIÇOS, PARA HOTSPOTS PÚBLICOS...103 12.1 INTRODUÇÃO...103 12.2 MODELO ACTUAL DE WLAN HOTSPOT...105 12.3 HOTSPOT PÚBLICO: ARQUITECTURA MODELO E PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS...108 12.4 ARQUITECTURAS DE REDE...110 12.4.1 Modelo Distribuído (ou Local)...110 12.4.2 Modelo Centralizado...110 12.5 ARQUITECTURAS DE ROAMING (GLOBAL)...113 12.6 DESCRIÇÃO ACTUAL DOS FORNECEDORES DO MERCADO DE HOTSPOTS PÚBLICOS...116 12.7 SEGMENTAÇÃO DO MERCADO DE HOTSPOTS: ISP VS WIRELESS ISP(WISP)...118 12.8 O MERCADO EUROPEU E MUNDIAL DE HOTSPOTS PÚBLICOS...120 12.8.1 Conjectura Actual e Evolução Futura...120 12.8.2 Breve Análise a Casos de Referência (Pioneiros)...124 PARTE VII ESTUDO DO CASO: HOTSPOTS PÚBLICOS EM PORTUGAL...127 13 HOTSPOTS PÚBLICOS EM PORTUGAL...127 13.1 IMPULSIONADORES DO MERCADO E CONJECTURA ACTUAL...127 13.2 LEGISLAÇÃO E REGULAMENTAÇÃO EM PORTUGAL...129 13.3 QUE TECNOLOGIA A USAR NUM HOSTPOT PÚBLICO: 802.11A OU 802.11B?...131 13.4 MASSIFICAR O WI-FI...136 13.5 EXPERIÊNCIAS PILOTO, BREVE ANÁLISE A CASOS DE REFERÊNCIA...137 13.5.1 Pioneirismo: Os Campus Virtuais (e-u)...137 13.5.2 Os primeiros Hotspots Públicos em Portugal: Docas de Santo Amaro e C.C. Colombo, em Lisboa 138 13.6 MODELOS DE NEGÓCIO EM PORTUGAL...140 14 ESTUDO (AD-HOC) DO CASO: EXPOSALÃO BATALHA - O 3º MAIOR CENTRO DE CONFERÊNCIAS DO PAÍS...142 14.1 AS VANTAGENS DA ADOPÇÃO DE UMA SOLUÇÃO (INOVADORA) PROPRIETÁRIA...142 14.2 DIMENSÕES E ÁREAS A COBRIR...144 14.3 ENGENHARIA E SOLUÇÕES TÉCNICAS PARA O HOTSPOT DA EXPOSALÃO...145 14.4 IDENTIFICAÇÃO DE PRODUTOS COMERCIAIS PARA ESTA SOLUÇÃO...148 14.4.1 Escolha dos Acess Points: Fabricante PROXIM...148 14.4.2 A Escolha do Gateway AAA: Fabricante BlueSocket...149 14.5 RECEITAS GERADAS E RETORNO DO INVESTIMENTO...154 14.5.1 Receitas Geradas pelos Expositiores (Cenário 1)...154 14.5.2 Receitas Geradas pelos Expositiores (Cenário 2)...156 14.6 RECEITAS GERADAS PELOS VISITANTES...158 15 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES FUTURAS...159 REFERÊNCIAS...163 iii
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Rede: Topologia de Bus... 5 Figura 2 Rede: Topologia de Estrela... 5 Figura 3 Rede: Topologia de Anel (Token Ring)... 6 Figura 4 Rede: Topologia de Entrelaçamento (Mesh)... 7 Figura 5 As Redes VPNs... 8 Figura 6 As 7 Camadas do Modelo OSI. [7]... 10 Figura 7 O Protocolo de TCP/IP e a compatibilidade com o Modelo OSI... 13 Figura 8 As 4 camadas do Protocolo de TCP/IP pelo DoD... 13 Figura 9 Os Sistemas wireless 802.11 e integração no Modelo OSI... 17 Figura 10 Infraestrutura de Basic Service Set (BSS)... 21 Figura 11 União de duas BSS formando uma ESS... 23 Figura 10 Alocação do Espectro dos 2.4GHz por Região... 26 Figura 13 O Funcionamento do FHSS... 27 Figura 14 Os Vários Standards do 802.11 e Respectiva Regulação... 32 Figura 15 O Protocolo Bluetooth... 37 Figura 16 O Modelo da pilha do HomeRF... 38 Figura 17 O Modelo da pilha do HiperLAN2... 40 Figura 18 O modo PHY (camada fisica) definido para HiperLAN/2... 40 Figura 19 Características: 802.11(IEEE) versus HiperLAN2 (ETSI)... 41 Figura 20 Alocação do Espectro nos 5 GHz.... 42 Figura 21 Regras no Espectro dos 5 GHz.... 42 Figura 22 A Wi-Fi Alliance... 43 Figura 23 O Selo de Certificação Wi-Fi... 44 Figura 24 WEP: a autenticação baseada na chave partilhada... 46 Figura 25 O algoritmo de encriptação no WEP... 47 Figura 26 O algoritmo de desencriptação no WEP.... 48 Figura 27 O Selo de Certificação Wi-Fi com o mecanismo WPA certificado... 50 Figura 28 O Selo de Certificação Wi-Fi... 51 Figura 29 A Autenticação com WPA... 52 Figura 30 A Autenticação WPA: EAP+802.1x+Radius(AAA)... 53 Figura 31 Autenticação com 802.1x+EAP+Radius Client... 56 Figura 32 O WPA2 e o futuro IEEE 802.1i... 59 Figura 33. Exemplo de Cenário para situações de Linha de Vista (LoS)... 64 Figura 34. Cálculo do diagrama de Fresnel para situações de LoS... 66 Figura 35. Relações entre a oferta e a procura no mercado das telecomunicações... 71 Figura 36. As Zonas Geográficas Identificadas: Alentejo e Douro... 78 Figura 37. Alentejo e os clusters considerados... 80 Figura 38. Descrição Sumária da Solução de Engenharia para os clusters B e C... 81 Figura 39. Solução de Engenharia para o Caso do Alentejo (cluster B completo na figura)... 82 Figura 40. O Produto Comercial Proxim MP11a... 84 Figura 41. Antena Sectorial: O Transporte simultâneo para os clusters B e C... 86 Figura 42. Solução de Antena Direccional no Cluster A a servir de transporte para os Clusters B e C... 87 Figura 43. Cluster B Acesso Local (Residencial) Wi-Fi... 89 Figura 44. Cluster C Acesso Local com Solução Residencial (RSU) em MP11a... 90 Figura 45. Unidade Residencial Subscritora (RSU) MP11a Caracterisitcas Principais e Vantagens... 91 Figura 46 População Aderente por Cluster (Alentejo)... 92 Figura 47 Cash-Flow para a População Aderente por Cluster B... 93 Figura 48 Solução de Engenharia Proposta para S. Jacinto... 99 Figura 21 Wi-Fi: Distribuição de Equipamentos e Respectivas Receitas. Valores em dólares. Fonte [7]... 103 Figura 50 Modelo de Serviços de um Wi-Fi Hotspot Público... 106 Figura 21 Modelo de Serviços: Gestão Centralizada (NOC sob operador)... 111 Figura 52 (Um) Modelo de Roaming Global para Hotspots Públicos... 114 Figura 53 Fornecedores Actuais do Mercado de Hotspots Públicos (exemplo)... 116 iv
Figura 54 Segmentação da Industria de ISP (3 camadas)... 118 Figura 55 A Segmentação da nova Industria de WISP (4 camadas)... 119 Figura 56 Evolução do Mercado Mundial do Wi-Fi (Wi-Fi Alliance, 2002)... 120 Figura 57 Evolução do número de Wi-Fi Hotspots na Europa (IDC, Fevereiro 2003)... 121 Figura 58 Evolução do número de Wi-Fi Hotspots por País (Hotspots.com)... 122 Figura 59 Evolução do número de Wi-Fi Hotspots por Tipo de Local (Gartner Julho 2003). 122 Figura 60 O Mercado por explorar em Portugal... 127 Figura 61 Presença da BoinGo WISP em Portugal (www.boingo.com, Setembro 2003)... 128 Figura 30 A atribuição dos canais das frequências do 802.11b em Portugal... 131 Figura 63 comparação do alcance e níveis de potência do 802.11b vs 802.11a... 132 Figura 64 A lista dos Hotspots Públicos em Portugal, segundo www.wi-fihotspotlist.com (Setembro 2003)... 140 Figura 65 Descrição do Modelo de Negócio para a Solução Proprietária de um Hotspot Público... 143 Figura 66 Descrição do Modelo de Negócio para um Hotspot Público, segundo a INTEL[6]143 Figura 67 Planta e dimensões da Exposalão Batalha, fonte: www.exposalao.pt... 144 Figura 68 Solução 1 idealizada para a Exposalão Batalha... 145 Figura 69 Solução 2 (cenário complexo) idealizada para a Exposalão Batalha... 147 Figura 70 AP-2000 e AP-600 da PROXIM... 148 Figura 71 AP-2500 da PROXIM... 148 Figura 72 Gateways da Bluesockets:Escolha do WG 1100... 149 Figura 73 Aplicação: Um Hotspot com Gateway da BlueSockets... 153 v
ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 WEP versus WPA: As limitações do WEP e as soluções adoptadas com o WPA.. 49 Tabela 2 Leque Actual de Serviços e Tecnologias... 76 Tabela 3 Vector de Entrada para Análise Técnico-Económico (Shopping List)... 92 Tabela 4 As várias etapas do Modelo de Serviços de um Wi-Fi Hotspot Público... 106 Tabela 5 Descrição do Network Operations Center (NOC) no Modelo de Gestão Centralizada... 112 Tabela 6 Descrição dos intervenientes no Modelo de Roaming Global para Hotspots Públicos... 115 Tabela 7 Tabela da Atribuição do Espaço Radioeléctrico em Portugal a Dispositivos do tipo SRD, incluindo o standard do IEEE 802.11 e HiperLANs (excerto, www.anacom.pt)... 129 Tabela 8 Investimento em WLAN a Realizar na Solução 1... 146 Tabela 9 Características Técnicas dos Gateways da Bluecoskets... 152 Tabela 10 Expositores aderentes ao serviço Wi-Fi do Hotspot da Exposalão (cenário 1)... 154 Tabela 11 Matriz de receitas utilizada para os Expositores aderentes ao serviço Wi-Fi do Hotspot da Exposalão (cenário 1)... 155 Tabela 12 Receitas Geradas pela Adesão dos Expositores ao Serviço Wi-Fi do Hotspot da Exposalão (cenário 1)... 155 Tabela 13 Expositores aderentes ao serviço Wi-Fi do Hotspot da Exposalão (cenário 2) em PERCENTAGEM... 156 Tabela 14 Expositores aderentes ao serviço Wi-Fi do Hotspot da Exposalão (cenário 2) Em Numero EFECTIVO... 157 Tabela 15 Receitas Geradas pela Adesão dos Expositores ao Serviço Wi-Fi do Hotspot da Exposalão (cenário 2)... 157 Tabela 16 Receitas Geradas pelos Clientes (visitantes) da Exposalão no ano de 2004... 158 vi
1 INTRODUÇÃO Este relatório insere-se no âmbito da disciplina de projecto de final de curso da Licenciatura em Engenharia Electrónica e de Telecomunicações da Universidade de Aveiro. O objectivo principal deste trabalho será efectuar análises tecno-económicas com diferentes soluções de rede sem fios e de ofertas de serviços móveis, caso dos espaços públicosde acesso rádio ou Public Hotspots. Como temos vindo a assistir nestes últimos tempos as telecomunicações têm sofrido uma grande evolução, permitindo partilhar informação entre quase quaisquer pontos do globo. O Wireless, seja Bluetooth ou Wi-fi, estará na ordem do dia. Equipamentos com conectividade sem fios já invadem o mercado, assim como soluções que garantem a cobertura de rede em qualquer ponto. No mínimo, estamos perante algo verdadeiramente revolucionário, dirão os mais cépticos. Em Portugal, os projectos para a criação de pontos de acesso Wi-Fi estão já em desenvolvimento em Portugal, em Universidades e cadeias de hoteis internacionais, mas a tendencia é para que estas experiências se alarguem a outros sectores e espaços de interesse público, com o advento dos hotspots públicos. Nesse, aspecto Portugal tem ao nível das infra-estruturas tecnológicas, soluções inovadoras e muitas vezes superiores à dos seus parceiros europeus. Mas também existe uma forte atenuante à corrente entusiástica das redes WLAN, é necessário massificar a tecnologia do Wi-Fi, o que poderá se a conjectura o permitir vir a sofrer de uma eventual subsidiarização, tal como aconteceu nos operadores móveis celulares, massificar portáteis e os dispositivos wireless (Acess Points, Wi-Fi cards). 1
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NETWORKING - PRINCÍPIOS BÁSICOS PARA O FUNCIONAMENTO DE REDES Assume especial importância antes de desenvolver o tópico das WLANs, abordar os princípios de desenvolvimento de uma rede (networking), cobrindo algumas teorias fundamentais, tecnologias, e aplicações para redes. Casos das Tecnologias de Redes Locais (LAN), tais como o Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, o Token Ring, e outras como é o caso do Fiber Distributed Data Interface (FDDI), que prevalecem na indústria de redes, desenvolvimento e fabrico, hoje em dia. Uma rede é definida como uma série de pontos ou de nós, interligados por uma comunicação ou ligação física. Os pontos ou os nós, podem ser dispositivos dedicados a uma única função, como um PC dedicado às aplicações do cliente, ou um router dedicado a interligar vários dispositivos ou redes. Existem três tipos primários de redes, a rede de área local (LAN), a rede de área metropolitana (MAN), e a rede de área larga (WAN). A característica que distingue estas redes é tão simplesmente a distância espacial, ou área, coberta. As redes de área local ou LANs, tal como o nome implica, referem-se tipicamente a uma única estrutura ou a uma região geográfica pequena. Os grupos de LANs interligados podem ser vistos como se fossem um campus dentro de ambientes maiores. As MANs conectam-se a pontos ou nós de uma região geográfica maior que uma LAN, mas menor do que uma WAN. Algumas das tecnologias de LANs podem ser utilizadas numa MAN, como é o caso do Gigabit Ethernet. [6] As WANs são redes geograficamente diversas e tipicamente usam tecnologias diferentes das LANs e das MANs. ou equipam. Tipicamente, as WANs são relacionáveis com os circuitos de telecomunicações de alta velocidade, quase sempre alugados, de modo a facilitar a conectividade. Nas WANs, raramente são usadas as mesmas tecnologias das LANs ou das MANs. São exemplo, tecnologias como o Frame Relay, os Serviços Integrados Digital de Rede (ISDN), o X.25, o Asynchronous Transfer Mode (ATM), entre outros, podendo ser escolhidos em função do serviço e da distância. 3
1.1 Definição de Topologias Dentro da definição de uma rede, os pontos ou os nós são ligados por uma comunicação ou ligação física. Estas ligações, podem variar significativamente dependendo dos trajectos executados. [6] Assim e de seguida, vamos analisar quatro topologias básicas: Bus, Star, Token Ring e mesh. Cada topologia, é caracterizada pela sua diferenciação, quer através das suas características técnicas quer nos diferentes custos associados à sua implementação. Um bom projecto de redes, terá sempre em conta as diferentes topologias em consideração de modo a determinar a melhor solução. 1.1.1 Topologia Bus Uma topologia de Barramento ou Bus, é uma arquitetura linear do LAN (Local Area Network) em que nas transmissões da rede os dispositivos, ou as estações, propagam o comprimento inteiro do meio e são recebidos de perto por todos os nós. Exemplo de uma topologia de Bus são as redes de Ethernet/IEEE 802.3, tal como ilustrado nafigura seguinte. Numa topologia de Bus, todos os dispositivos são ligados a um cabo central. Esta é a topologia mais geralmente utilizada na rede, tendo várias adaptações, entre elas o barramento linear e de árvore. Em todas as topologias de Busas comunicações são conduzidas nos condutores comuns onde o receptor e o transmissor são conectados aos mesmos fios de uma comunicação tal como todos os nós restantes da rede. Isto permite que a transmissão de um nó seja recebida por inteiro no outro. 4
Figura 1 Rede: Topologia de Bus 1.1.2 Topologia Estrela Uma topologia da estrela (ou Star) é uma arquitetura de LAN em que os dispositivos ou as estações de uma rede são ligados a um dispositivo central das comunicações, tal como se fosse um interruptor. As topologias lógicas de bus e do anel são frequentemente executadas fisicamente em topologias de estrela. Figura 2 Rede: Topologia de Estrela Numa topologia de estrela, todos os dispositivos são ligados a um cubo central. Os nós comunicam-se através da rede passando os dados através do cubo. 5
1.1.3 Topologia Anel (Token Ring) Uma topologia do anel é uma arquitetura de LAN na qual os dispositivos ou as estações de uma rede, são unidos conectados pelas ligações unidirecionais da transmissão a um único laço fechado.os exemplos comuns de topologias do anel são o símbolo Ring/IEEE 802.5 e redes do FDDI. Figura 3 Rede: Topologia de Anel (Token Ring) A segunda topologia da rede mais popular é a topologia do anel, em que cada nó age como um repetidor, conforme apresentado na figura seguinte. A transmissão começa numa estação central, geralmente o controlador, e é emitida a um nó.quando o nó recebe a transmissão, processa a informação se necessário e emite-a então ao nó seguinte no anel. As redes longas são possíveis porque cada nó recondiciona a transmissão, e tempo do throughput em torno do anel é configurável. Todos os dispositivos são conectados a um outro na forma de um laço fechado, de modo a que cada dispositivo seja ligado directamente a outros dois dispositivos. 1.1.4 Topologia Mesh Uma topologia de entrelançamento ou mesh, é uma arquitectura de LAN à qual cada dispositivo ou estação da rede é ligada a cada outra dispositivo ou estação. Estas topologias são caras para implementar, acrescidas do incómodo para controlar número das ligações na rede, o qual pode crescerexponencialmente. Para calcular o número das ligações numa rede inteiramente entrelaçada, obtém-se da seguinte forma: 6
(N x (N-1))/2, onde N é o número dos dispositivos na rede. Figura 4 Rede: Topologia de Entrelaçamento (Mesh) A topologia mesh liga cada nó com outro nó, criando um trajecto de dados isolado entre cada nó. 1.1.5 Escolha Acertada da Topologia e implicação nas Redes Sem Fios A topologia a implementar deve ser em exigências de conectividade, no orçamento, e na cablagem disponível. A topologia de bus é a mais simples executar, sendo ainda a topologia o mais utilizada na rede. Por outro lado, a topologia do anel é a mais cara executar. A topologia de bus é extremamente comum nas LANs da empresa; no entanto, a espinha dorsal da mesma é muita vezes projectada recorrendo à topologia do anel, por forma a dar um desempenho mais elevado. A topologia do anel alcança um melhor desempenho face à topologia de bus, uma vez que o meio físico em que os dados viajam não é compartilhado entre todos os computadores na rede (somente os computadores adjacentes compartilham do meio dado). Na topologia bus todos os computadores que se ligaram à parte da rede no mesmo meio físico, originam como resultado o congestionamento da colisão e do meio (a rede torna-se demasiado ocupada) e daqui resulta um desempenho mais baixo. Por último, é recomendado de um modo geral para a implementação e ambiente de desenvolvimento de redes sem fios (WLANs) a topologia de estrela, dado que fornece uma melhor gestão da largura de banda da rede. 7
1.2 As Redes VPN (Virtual Private Networks) As redes VPN, ou também conhecidas entre nós por redes privadas virtuais, são uma extensão dos WANs (Wide Area Network). As redes WANs permitem que um computador seja ligado a uma LAN remota através de uma ligação de WAN, onde uma ligação WAN pode ser implementada sobre uma linha de telefone ou uma linha alugada. Os dados trocados sobre uma ligação WAN podem ir completamente para muitos outros computadores e são alvo de hackers e de adversários os quais tem assim a possibilidade alcançar a informação, podendo mesmo alterá-la e fazer uso dela para fins ilicítos, causando inúmeros prejuízos às empresas, em muitos casos irreparáveis. Face a isto, é requerido um túnel seguro entre o computador e a LAN remota, de modo a para proteger a informação. Aos VPNs coube esta exigência reservando somente o acesso autorizado do pessoal à LAN. Todo os dados são trocados num formato encriptado de modo que ele não possa de modo algum ser violado. Figura 5 As Redes VPNs As VPNs estão a tornar-se cada vez mais populares, permitindo que os funcionários de uma empresa no decorrer do seu trabalho utilizem uma ligação remota de VPN sobre uma ligação WAN em vez de uma conexão WAN nua e crua. 8
2 O MODELO DO SISTEMA OSI E O ENQUADRAMENTO NOS PROTOCOLOS WIRELESS Um protocolo descreve o formato em que uma mensagem deve estar, quando se pretende comunicar entre computadores, ou seja, os protocolos permitem que diferentes tipos de computadores possam comunicar entre si apesar das suas diferenças. Fazem-no desta forma, descrevendo um formato padrão e o método para as comunicações aderindo a um modelo da arquitetura.uma arquitetura, divide os processos das comunicações em lógica, passando esses grupos constituintes a chamarem-se camadas. [5] O modelo do Open Systems Interconnection (OSI) foi criado em meados de 1980s, validados pela pela organização de padrões internacional (ISO) de modo a ajudar os fabricantes e integradores dxe sistemas a tornarem interoperáveis os dispositivos da rede. O modelo de OSI descreve como dados da rede, a informação que é comunicada de um computador a um outro, com os meios da rede. Este modelo quebra esta informação em sete camadas distintas, cada uma com um atributos originais das respectivas propriedades. Cada camada interage directamente com suas camadas adjacentes.as sete camadas de OSI são mostradas em figura seguinte. 9
Figura 6 As 7 Camadas do Modelo OSI. Modelo Da Referência de ISO/OSI A OSI, ou a interconexão de sistema aberto, definem através deste modelo uma estrutura de infraestrutura de rede o networking - para executar protocolos em sete camadas. O controlo é passado de uma camada à seguinte, começando na camada de aplicação de uma estação, e prosseguindo até à camada inferior, obedecendo à hierarquia. As redes de computadores modernas são projectadas de modo altamente estruturado. Para reduzir a complexidade do projecto, a maioria de redes são organizadas tal e qual como se fossem uma série de camadas, cada uma delas construídas sob a camada anterior. O modelo da referência de ISO/OSI é baseado numa proposta desenvolvida pela organização de padrões internacional (ISO). O modelo é chamado modelo da referência de ISO/OSI, porque se trata de se aberto sistema que é, os sistemas que estão abertos para uma comunicação com outros sistemas. A flexibilidade é, sem dúvida alguma, a exigência preliminar para um sistema aberto aceitável. Antes do modelo da referência de ISO/OSI, a maioria de redes de computador eram proprietárias e monolíticas, caso em que se tinha de adquirir o sistema inteiro da rede a um só fabricante. Para além disto, não eram integráveis com outros sistemas da rede e a sua gestão era difícil de manter. O modelo da referência da OSI adicionou a flexibilidade ao modelo da rede dividindo um sistema da rede em sete partes distintas. O controlo é passado de uma camada para a seguinte, começando a partir da camada de aplicação, prosseguindo até às camadas inferiores. Desde que as sete camadas são empilhadas, o modelo da referência é conhecido também como a pilha de OSI. O modelo da referência permite que os vários fabricantes produzam os diferentes componentes de uma rede o chamado networking de modo a garantir a sua interoperacionalidade. Assim, resulta daqui uma melhor opção na implementação da rede, de modo que se possa construir uma rede baseada nos respectivos requerimentos e necessidades. [5] Camada de aplicação (camada 7). A camada de aplicação é o nível o mais 10
elevado do modelo de OSI e é a relação directa ao utilizador. Suporta processos que tratam dos aspectos de uma comunicação de uma aplicação. A camada de aplicação é responsável por identificar e estabelecer disponibilidade do parceiro pretendido de uma comunicação.esta camada é também responsável para determinar se os recursos existentes são suficientes para uma comunicação pretendida. Camada de apresentação (camada 6). A camada de apresentação apresenta dados da camada de aplicação.é essencialmente um tradutor. As tarefas gostam da compressão de dados, o decompression, o encryption, e o decryption são associados com esta camada. A camada de apresentação define o modo como as aplicações podem incorporar a rede. Camada de sessão (camada 5). A camada de sessão faz o contacto inicial com os outros computadores e ajustam as linhas acima de uma comunicação. Formata os dados para transferência entre nós, fornece o re-início e a recuperação da sessão, e executa a manutenção geral da sessão de extremidade a extremidade. Estabelece uma sessão de uma comunicação em três fases diferentes: ligação ou estabelecimento, transferência de dados, e libertação da ligação. Camada de transporte (camada 4). A camada de transporte é responsável por manter a integridade e o controlo end-to-end da sessão. Define o modo como dirigir-se às posições físicas e/ou aos dispositivos na rede, ligações entre nós, e o internetworking das mensagens. Os serviços localizados no segmento da camada de transporte, efectuam a montagem dos dados das aplicações da camada superior e unem-no no mesmo código de dados, fornecendo serviços de transporte end-to-end dos dados, através do estabelecimento de uma ligação lógica entre o anfitrião da emissão e o anfitrião do destino de uma rede. 11
Camada de rede (camada 3). A camada de rede define como os pacotes pequenos dos dados são distribuidos e atrasados entre sistemas de extremidade na mesma rede ou em redes interligadas. Nesta camada, o roteamento de mensagem, a deteção de erro, e o controle do tráfego dos dados do nó são controlados. A emissão dos pacotes da rede da fonte à rede de destino são a função de rede preliminar da camada. O protocolo do IP opera nesta camada. Camada de ligação de dados (camada 2). A camada de ligação de dados define o protocolo, por isso os computadores devem seguir para alcançar a rede de modo a transmitir e receber mensagens. O token ring e o Ethernet operam dentro desta camada, a qual estabelece a ligação de comunicações entre dispositivos individuais sobre uma ligação física. A camada de ligação de dados assegura-se de que as mensagens são entregues ao dispositivo apropriado, e traduz as mensagens de cima em frames a transmitir para a camada física (camada 1). A ligação de dados é definida em formatos onde a mensagem em frames dos dados é adicionada ao encabeçamento da mensagem que contem o endereço do destino e da fonte da rede. Contem também o Logical Link Control e os sublayers do Media Access Control (MAC). Camada física (camada 1). A camada física tem somente duas responsabilidades: para emitir e receber frames ou bocados de mensagem. A camada física define a ligação física entre o computador e a rede e as conversões das frames em tensões ou impulsos da luz para a transmissão. Define o modo eléctrico e os aspectos mecânicos da relação do dispositivo a um meio de transmissão física, tal como o twisted pair, o co-axial, ou a fibra. www.syngress.com 12