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Redes sem Fios – Introdução 1 Redes sem Fios: Introdução Faculdade de Tecnologia Senac Pelotas Curso Superior em Tecnologia de Redes de Computadores Unidade.

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1 Redes sem Fios – Introdução 1 Redes sem Fios: Introdução Faculdade de Tecnologia Senac Pelotas Curso Superior em Tecnologia de Redes de Computadores Unidade Curricular - Redes Sem Fios Prof. Eduardo Maroñas Monks

2 Redes sem Fios – Introdução 2 Sumário Histórico Histórico Wifi Wifi Dispositivos Dispositivos Funcionamento Funcionamento Características Características Aplicações Aplicações Resumo dos padrões Resumo dos padrões Referências Bibliográficas Referências Bibliográficas

3 Redes sem Fios – Introdução Kbit/s 900 MHz 1 and 2 Mbps 2.4 GHz Proprietário Evolução das redes WLAN (Wireless LAN) Aplicações: Aplicações: Armazenagem Armazenagem Comércio Comércio Hospitais Hospitais Educação Educação Negócios Negócios Doméstico Doméstico Regulam a,b Regulam g Rascunho e 2 Mbit/s 2.4 GHz 11 Mbit/s 54 Mbit/s Padronizado 5 GHz Rádio Tipo de Rede Largura de banda IEEE (Rascunhos) IEEE (Rascunhos)

4 Redes sem Fios – Introdução 4 IEEE e o Wi-Fi Alliance IEEE LAN/MAN Standards Committee (LMSC) IEEE LAN/MAN Standards Committee (LMSC) Primeiro padrão IEEE disponibilizado em 1997 Primeiro padrão IEEE disponibilizado em 1997 Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) Divulga o programa Wi-FI (wireless fidelity) Divulga o programa Wi-FI (wireless fidelity) O objetivo é possibilitar que qualquer fabricante de equipamentos no padrão IEEE possa testar a compatibilidade da implementação O objetivo é possibilitar que qualquer fabricante de equipamentos no padrão IEEE possa testar a compatibilidade da implementação

5 Redes sem Fios – Introdução 5 Wi-Fi Wi-Fi Alliance Wi-Fi Alliance – WECA mudou o nome para Wi-Fi (Wireless Fidelity Alliance) – Centenas de empresas participantes – Mais de 350 produtos certificados de compatibilidade –

6 Redes sem Fios – Introdução 6 Dispositivos WLAN Access Points Asus RT-AC66U (IEEE ac) /

7 Redes sem Fios – Introdução 7 Antenas Tipos de antena, de acordo com a frequência: 2.4GHz 5 GHz Orientação Vertical Horizontal Propagação do sinal Omnidirecional Setorial Direcional

8 Redes sem Fios – Introdução 8 Interfaces de Rede Padrões disponíveis nas interfaces: Padrões disponíveis nas interfaces: IEEE b/g/n IEEE b/g/n IEEE a (pouco comum) IEEE a (pouco comum) IEEE ac (novidade) IEEE ac (novidade) Barramentos: Barramentos: Integradas (onboard) Integradas (onboard) USB USB PCI/PCIe PCI/PCIe IEEE ac (Asus PCE-AC66)

9 Redes sem Fios – Introdução 9 Modo Infraestrutura Uso de ponto Uso de ponto de acesso para o restante da infraestrutura (Access Point) Rede cabeada Primeiro AP: Intalk wr1200

10 Redes sem Fios – Introdução 10 Modo Ad-Hoc Configuração ponto a ponto, onde os clientes fazem conexão diretamente Configuração ponto a ponto, onde os clientes fazem conexão diretamente Usado em redes com topologias mesh e redes de sensores sem fios Usado em redes com topologias mesh e redes de sensores sem fios

11 Redes sem Fios – Introdução 11 Rede Mesh Cada cliente na rede age com um acesso ou um roteador Alta disponibilidade e balanceamento de carga Alta disponibilidade e balanceamento de carga Diversos protocolos de roteamento: OLSR, AODV… Diversos protocolos de roteamento: OLSR, AODV…

12 Redes sem Fios – Introdução 12 Arquitetura WLAN Access Point (AP) – Estação base que faz a comunicação com os hosts sem fios Basic Service Set (BSS) – Área de cobertura de um AP – Identificado pelo SSID Access Point (AP) – Estação base que faz a comunicação com os hosts sem fios Basic Service Set (BSS) – Área de cobertura de um AP – Identificado pelo SSID BSS 1 BSS 2 Internet hub, switch ou roteador AP SSID: Service Set Identifier

13 Redes sem Fios – Introdução 13 Canais e Associação Múltiplos canais em frequências diferentes Múltiplos canais em frequências diferentes – Escolha da frequência pode ser manual ou automática – Interferência causada por outros APs na mesma frequência AP enviam quadros beacon periodicamente (100ms) AP enviam quadros beacon periodicamente (100ms) – Os quadros contêm o nome (SSID) e o endereço MAC – Os hosts buscam canais, esperando quadros beacon – Os hosts selecionam o AP para associação, baseado em perfil de conexão prévio e da qualidade do sinal Quadros Beacon oriundos dos APs Requisição de associação do host Requisição de associação do host Resposta de assosiação do AP Resposta de assosiação do AP Quadros Beacon oriundos dos APs Requisição de associação do host Requisição de associação do host Resposta de assosiação do AP Resposta de assosiação do AP

14 Redes sem Fios – Introdução 14 Mobilidade dentro da mesma subrede H1 permanece na mesma rede IP H1 permanece na mesma rede IP – O endereçamento permanece o mesmo – As transferências podem continuar sem interrupção H1 reconhece a necessidade de troca de AP H1 reconhece a necessidade de troca de AP – Detecção de sinal fraco – Inicia a busca por um sinal mais forte Troca por um AP com o mesmo SSID Troca por um AP com o mesmo SSID – H1 realização a disassociação do AP inicial – Realiza a associação em outro com o mesmo SSID O switch aprende a nova localização O switch aprende a nova localização – A tabela MAC do switch realiza a atualização automática hub or switch AP 2 AP 1 H1 BBS 2 BBS 1 router

15 Redes sem Fios – Introdução 15 CSMA: Carrier Sense, Multiple Access O canal é um meio físico compartilhado O canal é um meio físico compartilhado – Clientes e AP disputam o meio – Várias estações podem querem transmitir ao mesmo tempo Verificar o canal antes de transmitir Verificar o canal antes de transmitir – As estações não enviam se o canal estiver ocupado – Previnir colisões antes de enviar – Entretanto, a detecção em transferências existentes nem sempre é possível

16 Redes sem Fios – Introdução 16 CA: evasão de colisões (congestion avoidance) Em redes ethernet cabeadasEm redes ethernet cabeadas As estações escutam o meio físico enquanto transmitemAs estações escutam o meio físico enquanto transmitem Detectam colisões com outras transmissõesDetectam colisões com outras transmissões Se detectada outra transmissão, aborta a e entra no processo de envio novamenteSe detectada outra transmissão, aborta a e entra no processo de envio novamente Em redes sem fiosEm redes sem fios Não é possível detectar todas as colisõesNão é possível detectar todas as colisões Terminal escondidoTerminal escondido Intensidade de sinal fraco (variável)Intensidade de sinal fraco (variável) Escutar o meio físico enquanto transmiteEscutar o meio físico enquanto transmite A intensidade do sinal recebido é muito menor do que o sinal transmitidoA intensidade do sinal recebido é muito menor do que o sinal transmitido Custo alto para construção de hardware com capacidade de detecção de colisõesCusto alto para construção de hardware com capacidade de detecção de colisões Portanto, o padrão IEEE não detecta colisões

17 Redes sem Fios – Introdução 17 CSMA/CA (Carrier Sensing Multiple Access with Collision Avoidance) Simuladores: ca/withouthidden.htmlhttp://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/csma- ca/withouthidden.htmlhttp://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/csma- ca/withouthidden.htmlhttp://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/csma- ca/withouthidden.html ca/withhidden.htmlhttp://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/csma- ca/withhidden.htmlhttp://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/csma- ca/withhidden.htmlhttp://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/csma- ca/withhidden.html

18 Redes sem Fios – Introdução 18 Acesso ao meio físico RTS/CTS (Request to Send /Clear to Send) – função opcional para redução de colisões quando as estações não se enxergamRTS/CTS (Request to Send /Clear to Send) – função opcional para redução de colisões quando as estações não se enxergam Antes da transmissão, são trocados quadros de controleAntes da transmissão, são trocados quadros de controle O emissor envia um quadro RTS (Request to Send), que inclui quantidade de dadosO emissor envia um quadro RTS (Request to Send), que inclui quantidade de dados O receptor responde com um quadro CTS (Clear to Send)O receptor responde com um quadro CTS (Clear to Send) Se o emissor recebe um CTS, transmite a quantidade de dados anunciadaSe o emissor recebe um CTS, transmite a quantidade de dados anunciada Se outro host receber um CTS, permanecerá inativo por um tempo determinadoSe outro host receber um CTS, permanecerá inativo por um tempo determinado Se outro host receber um RTS, mas não CTS, fica livre para enviarSe outro host receber um RTS, mas não CTS, fica livre para enviar

19 Redes sem Fios – Introdução 19 Acesso ao meio físico Mecanismos de reconhecimento e retransmissão na camada de enlace de dadosMecanismos de reconhecimento e retransmissão na camada de enlace de dados CRC para detectar errosCRC para detectar erros Estações receptoras enviam um reconhecimento (acknowledgment)Estações receptoras enviam um reconhecimento (acknowledgment) Estações emissoras retransmitem em caso de não receber um ACKEstações emissoras retransmitem em caso de não receber um ACK As tentativas de retransmissão param ao chegar ao limite máximo (backoff)As tentativas de retransmissão param ao chegar ao limite máximo (backoff)

20 Redes sem Fios – Introdução 20 Serviços Distribuição e integração Distribuição e integração Associação, reassociação e disassociação Associação, reassociação e disassociação Autenticação e desautenticação Autenticação e desautenticação Privacidade e Segurança Privacidade e Segurança

21 Redes sem Fios – Introdução 21 Distribuição Este serviço é usado pelas estações em modo infraestrutura Este serviço é usado pelas estações em modo infraestrutura Quando um quadro é recebido pelo AP, é usado o serviço de distruição para a entrega ao destino Quando um quadro é recebido pelo AP, é usado o serviço de distruição para a entrega ao destino A distribuição dos quadros é realizada pelo AP para as estações associadas A distribuição dos quadros é realizada pelo AP para as estações associadas

22 Redes sem Fios – Introdução 22 Integração O serviço de integração é provido pelo sistema de distribuição O serviço de integração é provido pelo sistema de distribuição Permite a conexão do sistema de distribuição (AP) ao restante da rede Permite a conexão do sistema de distribuição (AP) ao restante da rede

23 Redes sem Fios – Introdução 23 Associação É o registro realizado pela estação no sistema de distribuição (AP) É o registro realizado pela estação no sistema de distribuição (AP)

24 Redes sem Fios – Introdução 24 Reassociação Quando uma estação se movimenta entre áreas de cobertura, avalia a qualidade de sinal e pode trocar de AP Quando uma estação se movimenta entre áreas de cobertura, avalia a qualidade de sinal e pode trocar de AP A estação inicia o processo de avaliação e possível troca de AP A estação inicia o processo de avaliação e possível troca de AP Usado em áreas com o mesmo SSID nos APs Usado em áreas com o mesmo SSID nos APs

25 Redes sem Fios – Introdução 25 Desassociação As estações utilizam o serviço de desassociação (disassociation) para terminar a associação em um AP As estações utilizam o serviço de desassociação (disassociation) para terminar a associação em um AP Normalmente, acontece no processo de finalização do sistema operacional, em queda de qualidade do sinal ou manualmente executado pelo usuário Normalmente, acontece no processo de finalização do sistema operacional, em queda de qualidade do sinal ou manualmente executado pelo usuário

26 Redes sem Fios – Introdução 26 Autenticação/Desautenticação Pela natureza da tecnologia sem fios, o meio físico é público Pela natureza da tecnologia sem fios, o meio físico é público Autenticação é um pré-requisito para o uso da rede sem fios Autenticação é um pré-requisito para o uso da rede sem fios – Modo aberto (Open) – Modo criptografado (chave compartilhada, IEEE 802.1x) No processo de desautenticação, é encerrado a associação da estação no AP No processo de desautenticação, é encerrado a associação da estação no AP – Normalmente, acontece com a queda na qualidade do sinal

27 Redes sem Fios – Introdução 27 Interferência no sinal Devem ser utilizados canais diferentes em APs próximos Devem ser utilizados canais diferentes em APs próximos Para evitar a interferência de outros APs e de dispositivos que trabalham na mesma faixa de frequência (forno microondas, telefones sem fios) Para evitar a interferência de outros APs e de dispositivos que trabalham na mesma faixa de frequência (forno microondas, telefones sem fios) Para evitar interferência entre APs, devem ser usados apenas os canais 1, 6 e 11 de forma intercalada Para evitar interferência entre APs, devem ser usados apenas os canais 1, 6 e 11 de forma intercalada

28 Redes sem Fios – Introdução 28 Instalação externa Características em instalações externas que prejudicam o sinal e a visada das antenas: Topografia do terreno (montanhas)Topografia do terreno (montanhas) Curvatura da terraCurvatura da terra Construções (prédios)Construções (prédios) ÁrvoresÁrvores Meio-ambiente (umidade, chuva)Meio-ambiente (umidade, chuva) Acesso aos equipamentos (torres)Acesso aos equipamentos (torres) Infraestrutura (alimentação, cabeamento, segurança)Infraestrutura (alimentação, cabeamento, segurança)

29 Redes sem Fios – Introdução 29 Instalação em ambientes internos Características em instalações internas: Interferência de outros APsInterferência de outros APs Obstáculos (paredes, ferro, cobre, concreto, estruturas metálicas, vidro, armários, portas...)Obstáculos (paredes, ferro, cobre, concreto, estruturas metálicas, vidro, armários, portas...) Estações dispersas (o sinal deve se propagar em todas as direções)Estações dispersas (o sinal deve se propagar em todas as direções) Dicas de posicionamento de APs:

30 Redes sem Fios – Introdução 30 Problema com altas taxas de erros Propagação do sinal por caminhos diversos (Multi-path propagation) – Ondas eletromagnéticas são refletidas por objetos – Desta forma, o sinal se dispersa em vários caminhos com diferentes tamanhos de onda – Isto causa problemas na interpretação do sinal no receptor receptor transmissor

31 Redes sem Fios – Introdução 31 Impacto nas aplicações Em redes wireless, tem como característica alta perda de pacotes, não originadas por congestionamento Em redes wireless, tem como característica alta perda de pacotes, não originadas por congestionamento Devido a mobilidade, interrupções temporárias na sessão TCP e modificações no RTT Devido a mobilidade, interrupções temporárias na sessão TCP e modificações no RTT O desempenho das aplicações são afetadas: O desempenho das aplicações são afetadas: – TCP trata perdas de pacotes como um sinal de congestionamento na rede – Os tempos de RTT são usados pelo TCP para regular as retransmissões – Problemas com pacotes fora de ordem no TCP Vazão: aproximadamente, 40% da largura de banda nominal

32 Redes sem Fios – Introdução 32 Estratégias básicas de segurança Trocar o nome do SSID padrão Trocar o nome do SSID padrão Trocar a senha padrão do AP Trocar a senha padrão do AP Não divulgar o SSID (fraco) Não divulgar o SSID (fraco) Filtrar por MAC as estações (fraco) Filtrar por MAC as estações (fraco) Ativar o WEP (Wired Equivalency Protection) (fraco) Ativar o WEP (Wired Equivalency Protection) (fraco) – Senha compartilhada Ativar WPA (Wi-Fi Protected Access) (médio) Ativar WPA (Wi-Fi Protected Access) (médio) – Senha compartilhada – Modo enterprise (IEEE 802.1x/RADIUS) Ativar WPA2 (Wi-Fi Protected Access) (forte) Ativar WPA2 (Wi-Fi Protected Access) (forte) – Senha compartilhada – Modo enterprise (IEEE 802.1x/RADIUS)

33 Redes sem Fios – Introdução 33 Ambiente de WISP WISP (Wireless Internet Service Provider) WISP (Wireless Internet Service Provider) – Mikrotik (http://www.miktorik.com)

34 Redes sem Fios – Introdução 34 Resumodos padrões Resumo dos padrões

35 Redes sem Fios – Introdução 35 Referências Bibliográficas ENGST, Adam Engst. Kit do iniciante em redes sem fio: o guia prático sobre redes wi-fi. 2. ed. São Paulo. Pearson, ENGST, Adam Engst. Kit do iniciante em redes sem fio: o guia prático sobre redes wi-fi. 2. ed. São Paulo. Pearson, HAYKIN, Simon; MOHER, Michael. Sistemas modernos de comunicação wireless. Porto Alegre.Bookman, HAYKIN, Simon; MOHER, Michael. Sistemas modernos de comunicação wireless. Porto Alegre.Bookman, RAPPAPORT, Theodore S. Comunicações sem fio - Princípios e práticas. 2.ed. São Paulo. Pearson, RAPPAPORT, Theodore S. Comunicações sem fio - Princípios e práticas. 2.ed. São Paulo. Pearson, ROSS, John. O Livro do Wireless - um guia definitivo para wi-fi e redes sem fio. Alta Books, ROSS, John. O Livro do Wireless - um guia definitivo para wi-fi e redes sem fio. Alta Books, RUFINO, Nélson Murilo de O. SEGURANÇA EM REDES SEM FIO - APRENDA A PROTEGER. 3. ed.Rio de Janeiro. Novatec, RUFINO, Nélson Murilo de O. SEGURANÇA EM REDES SEM FIO - APRENDA A PROTEGER. 3. ed.Rio de Janeiro. Novatec, KUROSE, James; ROSS, Keith. Redes de computadores e a internet: uma abordagem top-down. 3.ed. São Paulo. Pearson Education,2008. KUROSE, James; ROSS, Keith. Redes de computadores e a internet: uma abordagem top-down. 3.ed. São Paulo. Pearson Education,2008. MORAES, Alexandre Fernandes de. Redes Sem Fio - Instalação, Configuração e Segurança. Rio de Janeiro. Érica, MORAES, Alexandre Fernandes de. Redes Sem Fio - Instalação, Configuração e Segurança. Rio de Janeiro. Érica, BENEDETTI, Ryan; ANDERSON, Al. Use a Cabeça! Redes de Computadores. Rio de Janeiro. Alta Books, BENEDETTI, Ryan; ANDERSON, Al. Use a Cabeça! Redes de Computadores. Rio de Janeiro. Alta Books, 2010.

36 Redes sem Fios – Introdução 36 Referências Bibliográficas Wireless Deployment Technology and Component Overview - Wireless Deployment Technology and Component Overview - IEEE – Standards - IEEE – Standards - IEEE – Timeline - IEEE – Timeline - IEEE https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_ IEEE https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_ https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11


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