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 Redes sem Fios: Introdução

Sumário Histórico Wifi Dispositivos Funcionamento Características Aplicações Resumo dos padrões Referências Bibliográficas

Evolução das redes WLAN (Wireless LAN) Aplicações: Armazenagem Comércio Hospitais Educação Negócios Doméstico Rádio Tipo de Rede Largura de banda 860 Kbit/s 900 MHz 1 and 2 Mbps 2.4 GHz Proprietário 1 e 2 Mbit/s 54 Mbit/s 11 Mbit/s Padronizado 2.4 GHz 5 GHz IEEE 802.11 (Rascunhos) 802.11 Regulam. 802.11a,b Regulam. 802.11g Rascunho 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002

IEEE 802.11 e o Wi-Fi Alliance IEEE LAN/MAN Standards Committee (LMSC) Primeiro padrão IEEE 802.11 disponibilizado em 1997 Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) Divulga o programa Wi-FI (wireless fidelity) O objetivo é possibilitar que qualquer fabricante de equipamentos no padrão IEEE 802.11 possa testar a compatibilidade da implementação

Wi-Fi Wi-Fi Alliance WECA mudou o nome para Wi-Fi (Wireless Fidelity Alliance) Centenas de empresas participantes Mais de 350 produtos certificados de compatibilidade http://www.wi-fi.org/

Dispositivos WLAN Access Points Asus RT-AC66U (IEEE 802.11ac) http://www.asus.com/Networking/RTAC66U/

Antenas Tipos de antena, de acordo com a frequência: 2.4GHz 5 GHz Orientação Vertical Horizontal Propagação do sinal Omnidirecional Setorial Direcional

Interfaces de Rede Padrões disponíveis nas interfaces: IEEE 802.11b/g/n IEEE 802.11a (pouco comum) IEEE 802.11ac (novidade) Barramentos: Integradas (onboard) USB PCI/PCIe IEEE 802.11ac (Asus PCE-AC66)

Modo Infraestrutura Uso de ponto de acesso para o restante da infraestrutura (Access Point) Primeiro AP: Intalk wr1200 Rede cabeada

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

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

SSID: Service Set Identifier Arquitetura 802.11 - WLAN Internet 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 AP hub, switch ou roteador AP BSS 1 SSID: Service Set Identifier BSS 2

Canais e Associação 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) 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 Resposta de assosiação do AP

Mobilidade dentro da mesma subrede 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 Detecção de sinal fraco Inicia a busca por um sinal mais forte 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 A tabela MAC do switch realiza a atualização automática router hub or switch BBS 1 AP 1 AP 2 H1 BBS 2

CSMA: Carrier Sense, Multiple Access 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 As estações não enviam se o canal estiver ocupado Previnir colisões antes de enviar Entretanto, a detecção em transferências existentes nem sempre é possível

CA: evasão de colisões (congestion avoidance) Em redes ethernet cabeadas As estações escutam o meio físico enquanto transmitem Detectam colisões com outras transmissões Se detectada outra transmissão, aborta a e entra no processo de envio novamente Em redes sem fios Não é possível detectar todas as colisões Terminal escondido Intensidade de sinal fraco (variável) Escutar o meio físico enquanto transmite A intensidade do sinal recebido é muito menor do que o sinal transmitido Custo alto para construção de hardware com capacidade de detecção de colisões Portanto, o padrão IEEE 802.11 não detecta colisões

CSMA/CA (Carrier Sensing Multiple Access with Collision Avoidance) Simuladores: http://tintillier.org/wifi/ http://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/csma-ca/withouthidden.html http://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/csma-ca/withhidden.html

Acesso ao meio físico RTS/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 controle O emissor envia um quadro RTS (Request to Send), que inclui quantidade de dados O receptor responde com um quadro CTS (Clear to Send) Se o emissor recebe um CTS, transmite a quantidade de dados anunciada Se outro host receber um CTS, permanecerá inativo por um tempo determinado Se outro host receber um RTS, mas não CTS, fica livre para enviar

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

Serviços Distribuição e integração Associação, reassociação e disassociação Autenticação e desautenticação Privacidade e Segurança

Distribuição 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 A distribuição dos quadros é realizada pelo AP para as estações associadas

Integração O serviço de integração é provido pelo sistema de distribuição Permite a conexão do sistema de distribuição (AP) ao restante da rede

Associação É o registro realizado pela estação no sistema de distribuição (AP)

Reassociação 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 Usado em áreas com o mesmo SSID nos APs

Desassociação 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

Autenticação/Desautenticação Pela natureza da tecnologia sem fios, o meio físico é “público” 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 Normalmente, acontece com a queda na qualidade do sinal

Interferência no sinal 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 interferência entre APs, devem ser usados apenas os canais 1, 6 e 11 de forma intercalada

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

Instalação em ambientes internos Características em instalações internas: Interferência de outros APs Obstáculos (paredes, ferro, cobre, concreto, estruturas metálicas, vidro, armários, portas...) Estações dispersas (o sinal deve se propagar em todas as direções) Dicas de posicionamento de APs: http://www.cisco.com/en/US/docs/solutions/Enterprise/Mobility/wifich5.html

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

Impacto nas aplicações 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 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

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

Ambiente de WISP WISP (Wireless Internet Service Provider) Mikrotik (http://www.miktorik.com)

Resumo dos padrões

Referências Bibliográficas ENGST, Adam Engst. Kit do iniciante em redes sem fio: o guia prático sobre redes wi-fi. 2. ed. São Paulo. Pearson, 2005. HAYKIN, Simon; MOHER, Michael. Sistemas modernos de comunicação wireless. Porto Alegre. Bookman, 2008. RAPPAPORT, Theodore S. Comunicações sem fio - Princípios e práticas. 2.ed. São Paulo. Pearson, 2009. ROSS, John. O Livro do Wireless - um guia definitivo para wi-fi e redes sem fio. Alta Books, 2009. RUFINO, Nélson Murilo de O. SEGURANÇA EM REDES SEM FIO - APRENDA A PROTEGER. 3. ed. Rio de Janeiro. Novatec, 2011. 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, 2010. BENEDETTI, Ryan; ANDERSON, Al. Use a Cabeça! Redes de Computadores. Rio de Janeiro. Alta Books, 2010.

Referências Bibliográficas Wireless Deployment Technology and Component Overview - http://technet.microsoft.com/en-us/library/bb457015.aspx IEEE 802.11 – Standards - http://standards.ieee.org/about/get/802/802.11.html IEEE 802.11 – Timeline - http://www.ieee802.org/11/Reports/802.11_Timelines.htm IEEE 802.11 - https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11