Redes Locais Sem Fio

Redes Locais Sem Fio Prof. Rafael Guimarães Redes sem Fio Aula 13 Aula 13 Rafael Guimarães 1 / 63

Sumário Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 2 / 63

Motivação e Objetivos Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 3 / 63

Motivação e Objetivos Motivação e Objetivos Motivação As LANs estão presentes em instituições educacionais, nas casas das pessoas, em cafés, no trabalho... Mobilidade. Os sistemas sem fio, locais, podem integrar uma rede com fios para computadores portáteis (laptops, notebooks ou palmtops) dentro de uma sala ou edifício. Objetivos Estudar a tecnologia IEEE 802.11 (mais conhecida como WiFi) e seus padrões 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n 802.11ac Aula 13 Rafael Guimarães 4 / 63

Introdução Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 5 / 63

Introdução Introdução As redes sem fio do tipo LAN ou WLAN (Wireless Local Area Network) refere-se a comunicação de equipamentos em áreas restritas (sala, edifícios). Compartilhamento de recursos computacionais. Portabilidade. Flexibilidade. Baixo custo de instalação Aula 13 Rafael Guimarães 6 / 63

Introdução Tipos de Rede Sem Fio WWAN Grande Abrangência GSM, GPRS, UMTS, LTE... Aula 13 Rafael Guimarães 7 / 63

Introdução Tipos de Rede Sem Fio WMAN Abrangência Metropolitana WiMax Aula 13 Rafael Guimarães 8 / 63

Introdução Tipos de Rede Sem Fio WLAN Abrangência Local WiFi Aula 13 Rafael Guimarães 9 / 63

Introdução Tipos de Rede Sem Fio WPAN Abrangência Pessoal (10 metros) Bluetooth Aula 13 Rafael Guimarães 10 / 63

Introdução Tipos de Rede Sem Fio Aula 13 Rafael Guimarães 11 / 63

Terminologia Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 12 / 63

Terminologia Terminologia Aula 13 Rafael Guimarães 13 / 63

Terminologia Terminologia Aula 13 Rafael Guimarães 14 / 63

Terminologia Terminologia Aula 13 Rafael Guimarães 15 / 63

Terminologia Modos de rede Modo Infra-Estrutura Hospedeiros associados a uma estação-base Todos os serviços (endereçamento e roteamento) são fornecidos pela rede com a qual estiverem conectados por meio da estação base. Modo Ad hoc Não há estações-base Nós podem transmitir somente para outros nós dentro do alcance do enlace Nós se organizam numa rede: roteiam entre eles próprios Aula 13 Rafael Guimarães 16 / 63

Terminologia Modes de Rede Aula 13 Rafael Guimarães 17 / 63

WiFi Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 18 / 63

WiFi Introdução O que é o WiFi? WiFi é um conjunto de especificações para redes locais sem fio (WLAN - Wireless Local Area Network) baseada no padrão IEEE 802.11. Abreviatura do termo inglês Wireless Fidelity ; Possível conectar redes próximas através de radiofrequência; Permite ao usuário utilizar a rede em qualquer ponto dentro dos limites de alcance da transmissão; Atualmente é o padrão para redes sem fio. Aula 13 Rafael Guimarães 19 / 63

WiFi Introdução Histórico 1997: o comitê de padronização da IEEE aprovou o padrão IEEE 802.11; nessa versão inicial, as taxas de transmissão nominais atingiam 1 e 2 Mbps; 1999: nasceu a Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA)com a união de grandes empresas: 3Com, Nokia, Lucent Technologies (atualmente Alcatel-Lucent) e Symbol Technologies (adquirida pela Motorola); 2003: WECA passou a se chamar Wi-Fi Alliance; 2009: foi aprovada a versão final da especificação 802.11n; 2012: IEEE 802.11ac, atualmente em fase de desenvolvimento, permitirá multi-estação de WLAN com velocidade de pelo menos 1 gigabit por segundo. Aula 13 Rafael Guimarães 20 / 63

Arquitetura 802.11 Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 21 / 63

Arquitetura 802.11 Arquitetura de LAN Aula 13 Rafael Guimarães 22 / 63

Arquitetura 802.11 Canais e associação Cada estação sem fio precisa se associar com um AP antes de poder enviar ou receber quadros 802.11 contendo dados de camada de rede; Todos os padrões IEEE 802.11 utilizam associação; Ao instalar um AP, um administrador de rede designa ao ponto de acesso um Identificador de Conjunto de Serviços (SSID); O administrador também deve designar um número de canal ao AP; Será discutida a associação referente ao padrão IEEE 802.11b. Aula 13 Rafael Guimarães 23 / 63

Arquitetura 802.11 Canais e associação - padrão 802.11b No padrão 802.11b o espectro de 2,4 GHz a 2,485 GHz é dividido em 11 canais, que se sobrepõem parcialmente, de diferentes frequências Os canais 1,6 e 11 é o único conjunto de 3 canais não sobrepostos; O administrador do AP escolhe a frequência para o AP; Possível interferência: canal pode ser o mesmo que aquele escolhido por um AP vizinho! Hospedeiro: deve se associar com um AP Estação sem fio cria um fio virtual entre ela mesma e o AP; Aula 13 Rafael Guimarães 24 / 63

Arquitetura 802.11 Canais e associação - padrão 802.11b Aula 13 Rafael Guimarães 25 / 63

Arquitetura 802.11 Canais e associação - padrão 802.11b Pergunta Como a estação sem fio sabe quais os APs estão presentes? O padrão 802.11b requer que o AP envie periodicamente quadros de sinalização (Beacon Frames), normalmente a cada 100ms, cada qual incluindo seu o SSID e o endereço MAC do AP; Todos os padrões IEEE 802.11 utilizam associação; Pode ser realizada alguma forma de autenticação Baseada no endereço MAC; Através de senha; Após a associação, a estação enviará um DHCP por meio do AP para obter um endereço IP na sub-rede do AP. Aula 13 Rafael Guimarães 26 / 63

Padrões WiFi Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 27 / 63

Padrões WiFi Introdução Aula 13 Rafael Guimarães 28 / 63

Padrões WiFi 802.11b Caracteristicas Primeira norma a ser lançada e mais usada (1999); Opera numa frequência de 2,4 Ghz; Taxa teórica de 11 Mbps (Na prática - 6 Mbps); Alcance de 300m em espaço aberto e 50m em espaço fechado; Alta interferência por telefones móveis, Bluetooth R e microondas; Usa ponto de acesso (AP); Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada física Todos os hospedeiros usam a mesma sequência de código. CSMA/CA (Evita colisões); Até 32 utilizadores por ponto de acesso; Baixo preço do equipamento e largura de banda garantida. Aula 13 Rafael Guimarães 29 / 63

Padrões WiFi 802.11b Aula 13 Rafael Guimarães 30 / 63

Padrões WiFi 802.11a Caracteristicas Opera na frequência de 5 Ghz; Taxa máxima de transferência de 54 Mbps; Curto alcance; 64 utilizadores por AP; Sem interferência; Incompatibilidade com padrões b e g, além de incompatibilidade com novas atualizações de segurança e codificações. Aula 13 Rafael Guimarães 31 / 63

Padrões WiFi 802.11a Aula 13 Rafael Guimarães 32 / 63

Padrões WiFi 802.11a Aula 13 Rafael Guimarães 33 / 63

Padrões WiFi 802.11g Caracteristicas Lançado em 2003; Melhorias na segurança e novas codificações Totalmente compatível com 802.11b; Taxas de transmissão de até 54 Mbps (30 Mbps na prática); 2,4 Ghz com a mesma cobertura do padrão 802.11b; Utiliza OFDM Quando se comunica com o padrão b, utiliza DSSS Autênticação WEP ou WPA; CSMA/CA; Aula 13 Rafael Guimarães 34 / 63

Padrões WiFi 802.11g Aula 13 Rafael Guimarães 35 / 63

Padrões WiFi 802.11g Aula 13 Rafael Guimarães 36 / 63

Padrões WiFi 802.11n Caracteristicas Lançado em 2009; Amplia a capacidade de transmissão para até 450 Mbps (taxa real de 65 Mbps a 300 Mbps); Uso do MIMO-OFDM Configuração comum é AP e receptores com 3 antenas. Frequências de 2,4 e 5 GHz; Intervalo de guarda de 400 ns ou 800 ns Canais de 20 MHz ou 40 MHz; Altas velocidades e melhoria em relação a latência, alcance (400m) e confiabilidade; CSMA/CA; Aula 13 Rafael Guimarães 37 / 63

Padrões WiFi 802.11n com canal de 20 MHz Aula 13 Rafael Guimarães 38 / 63

Padrões WiFi 802.11n com canal de 40 MHz Aula 13 Rafael Guimarães 39 / 63

Padrões WiFi 802.11n Aula 13 Rafael Guimarães 40 / 63

Padrões WiFi 802.11ac Caracteristicas O sucessor do 802.11n, também chamada de 5G WiFi; Deve ser lançado em 2014 ou 2015; Velocidade de até 433 Mbps no modo mais simples; Modo mais avançado pode alcançar 6 Gbps; Frequência de 5 GHz; Cada canal possui banda de 80 MHz; Esquema de Multi-User MIMO Permite transmissão e recepção de sinal de vários terminais, como se estes trabalhassem de maneira colaborativa, na mesma frequência. Beamforming para otimizar a transmissão de informação; CSMA/CA; Aula 13 Rafael Guimarães 41 / 63

QoS para Redes 802.11 Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 42 / 63

QoS para Redes 802.11 Introdução Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 43 / 63

QoS para Redes 802.11 Introdução Introdução Enlaces sem fio são não-confiáveis. A Qualidade de Serviço (QoS) é um aspecto de implantação e operação importante para as redes de pacote como um todo. Redes sem fio Simples. Robustas. Baixo custo de operação. Os métodos de acesso ao meio do padrão 802.11 não implementam nenhum mecanismo de priorização de tráfego. Todas as estações e todo o tráfego estão submetidos às mesmas regras de transmissão. Aula 13 Rafael Guimarães 44 / 63

QoS para Redes 802.11 Introdução Introdução 802.11 original se baseava no serviço de melhor esforço. Parte do tempo de acesso ao meio desperdiçada com Fragmentações. Espaços entre quadros. Reconhecimentos. Aula 13 Rafael Guimarães 45 / 63

QoS para Redes 802.11 Introdução Introdução Em redes fixas a questão do QoS normalmente é tratada na camada de rede ou camadas superiores. Em redes móveis esta questão deve ser tratada na camada de enlace. Em 2005 o IEEE publicou o padrão 802.11e que tem como objetivo estabelecer um método de priorização de acesso ao meio. Este método tem como base a classificação do tráfego a ser transmitido Tráfego background; Tráfego best effort; Tráfego de vídeo; Tráfego de voz. Aula 13 Rafael Guimarães 46 / 63

QoS para Redes 802.11 QoS Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 47 / 63

QoS para Redes 802.11 QoS QoS A qualidade de serviço (QoS) expressa a qualidade da transmissão em uma rede de comunicação. O QoS é um conjunto de parâmetros que traduz a expectativa do usuário Taxa de transmissão de bits. Atrasos. Confiabilidade. Bloqueio de chamada. Segurança. etc. Aula 13 Rafael Guimarães 48 / 63

QoS para Redes 802.11 QoS Características Para fornecer Qualidade de Serviço, é necessário: Disponibilidade do serviço. Qualidade da informação. Entrega consistente. Aplicações em tempo real necessitam que certos parâmetros sejam atendidos, caso contrário a comunicação é comprometida. Aula 13 Rafael Guimarães 49 / 63

QoS para Redes 802.11 QoS Parâmentros Largura de Banda (bandwidth): Dados que podem ser transmitidos por unidade de tempo. Vazão (throughput): quantidade de dados transmitidos com sucesso por unidade de tempo. Atraso (delay): tempo entre o envio da mensagem até seu recebimento. Variação do Atraso (jitter): variação entre atrasos de um mesmo dado. Taxa de erro de bit: relação entre os bits entregues com sucesso e os bits recebidos com erro. Aula 13 Rafael Guimarães 50 / 63

QoS para Redes 802.11 QoS para redes 802.11 Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 51 / 63

QoS para Redes 802.11 QoS para redes 802.11 Redes WiFi Mobilidade em redes sem fio. Interferência de outros usuários. Diffserv não funciona em redes sem fio. O 802.11e oferece uma função de coordenação, a Função de Coordenação Híbrida (Hibrid Coordination Function - HCF). A HCF possui um Coordenador Híbrido (Hybrid Coordinator - HC), responsável pela funcionalidade de QoS. Aula 13 Rafael Guimarães 52 / 63

QoS para Redes 802.11 QoS para redes 802.11 QoS redes WiFi Mobilidade em redes sem fio. Interferência de outros usuários. Diffserv não funciona em redes sem fio. O 802.11e oferece uma função de coordenação, a Função de Coordenação Híbrida (Hibrid Coordination Function - HCF). A HCF possui um Coordenador Híbrido (Hybrid Coordinator - HC), responsável pela funcionalidade de QoS, geralmente implementado no ponto de acesso. Aula 13 Rafael Guimarães 53 / 63

QoS para Redes 802.11 QoS para redes 802.11 802.11e Criada para prover diferenciação por fluxo de dados e não por estação. Estações são chamadas de QSTAs (QoS Station). Provê o modo de acesso EDCF que complementa o modo de acesso DCF (coordenação distribuída) para utilização de diferenciação de serviços. Aula 13 Rafael Guimarães 54 / 63

QoS para Redes 802.11 QoS para redes 802.11 802.11e Disponibiliza 8 categorias de acesso (AC) nas QSTAs para suportar até 8 prioridades do usuário (UP). Em cada estação uma ou mais UPs são atribuídas para cada AC. Prioridades são atribuídas através de configurações dos parâmetros da camada MAC. Novo tipo de intervalo chamado AIFS (DIFS + slot de tempo). Cada categoria de tráfego (TC) em uma estação comporta-se como uma estação virtual. TCs disputam o meio e implementam processos de backoff independentes. Aula 13 Rafael Guimarães 55 / 63

WiFI vs WiMAX Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 56 / 63

WiFI vs WiMAX WiFI vs WiMAX Padrões de comunicação sem fio. Propósitos diferentes 802.11 (WiFi) fornece mobilidade a LAN. 802.16 (WiMAX) fornece acesso de banda larga sem fio à redes MAN. Ambos criam hot spots, ou seja, áreas ao redor de uma antena central na qual as pessoas podem compartilhar informações sem a necessidade de uma infraestrutura fixa (conexão sem fio). Aula 13 Rafael Guimarães 57 / 63

WiFI vs WiMAX WiFI vs WiMAX O padrão IEEE 802.16 irá fornecer o backhaul para conectar hotspots 802.11. Aula 13 Rafael Guimarães 58 / 63

WiFI vs WiMAX WiFI vs WiMAX Aula 13 Rafael Guimarães 59 / 63

WiFI vs WiMAX WiFI vs WiMAX Aula 13 Rafael Guimarães 60 / 63

WiFI vs WiMAX WiFI vs WiMAX Aula 13 Rafael Guimarães 61 / 63

Referências Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Terminologia 4 WiFi 5 Arquitetura 802.11 6 Padrões WiFi 7 QoS para Redes 802.11 Introdução QoS QoS para redes 802.11 8 WiFI vs WiMAX 9 Referências Aula 13 Rafael Guimarães 62 / 63

Referências Referências 1 O que é Wi-Fi (IEEE 802.11)?, Emerson Alecrim, - disponível em www.infowester.com; 2 KUROSE, James F. e Ross, Keith W, Redes de Computadores e a Internet: uma abordagem top-down, 3 a. Edição, Ed. Pearson Education do Brasil LTDA, 2006. 634p; 3 Qual a diferença entre adaptadores wireless de 54 Mbps, 150 Mbps e 300 Mbps?, Wikerson Landim, disponível em http://www.tecmundo.com.br; 4 A Technical Tutorial on the IEEE 802.11 Standard, Pablo Brenner, julho 1998; 5 http://www.lee.eng.uerj.br/ rubi/cursos/rcsf Aula 13 Rafael Guimarães 63 / 63