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1. Wi-Fi: LANs sem fio 802.11 Redes sem fios e redes móveis Ana Caroline Brito Luísa Rocha Luís Cláudio Rocha Raquel Oliveira 8 de Dezembro de 2016 Universidade Federal do Rio Grande do Norte 1 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
2. Sumário 1 Arquitetura 2 Protocolo 3 Quadro 4 Mobilidade 5 Recursos avançados 6 Conclusão 2 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
3. Arquitetura Arquitetura 802.11 A arquitetura 802.11 é composta fundamentalmente pelo conjunto básico de serviço (ou basic service set – BSS) Estações sem fio Estação-base 3 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
4. Arquitetura Arquitetura 802.11 Arquitetura de LAN IEEE 802.11 pode ser ilustrada como a seguir: 4 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
5. Arquitetura Arquitetura 802.11 Rede Ad hoc IEEE 802.11 é uma alternativa ao modelo apresentado anteriormente, funcionando de maneira local e sem centralização 5 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
6. Arquitetura Canais e associação A instalação de um AP (access point) inclui: Designação de um Identificador de Conjunto de Serviços (service set identifier – SSID) Número de canal Como se associar a um AP? Selva de Wi-fis: uma estação sem fio que recebe sinal de duas ou mais APs Pesquisa pelos canais O padrão 802.11b exige que cada AP envie quadros de sinalização (indicando SSID e endereço MAC) 6 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
7. Arquitetura Canais e associação A busca por um AP pode ser feito por meio de varredura passiva ou varredura ativa Varredura passiva 7 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
8. Arquitetura Canais e associação A busca por um AP pode ser feito por meio de varredura passiva ou varredura ativa Varredura ativa O hospedeiro enviará uma mensagem de descoberta DHCP para obter o endereço da sub-rede do AP 8 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
9. Protocolo Protocolo MAC 802.11 Protocolo CSMA/CA: uso de técnicas para evitar colisões Diferente da Ethernet, 802.11 não implementa detecção de colisões O sinal é fraco demais para enviar e receber ao mesmo tempo Problema do nó oculto: colisões com nós inalcançáveis não são detectadas ARQ (Automatic Repeat Query) Reconhecimento/retransmissão direto na camada enlace Short Inter-Frame Spacing: tempo de espera antes de enviar um ACK Se o transmissor não receber o ACK depois de um certo número de tentativas, ele desiste de enviar o quadro 9 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
10. Protocolo O Protocolo CSMA/CA 1 Se o canal está vazio, transmissor envia seu frame depois um dado tempo (Distributed Inter-frame Space) 2 Caso contrário, espera ficar vazio para então começar a contagem regressiva de um valor aleatório Evita colisões de dois transmissões esperando o canal 3 Quando a contagem terminar, o transmissor envia seu frame e espera o ACK 4 Se um ACK é recebido, volta para o passo 3 caso tenha outro frame a enviar. Caso contrário, tenta de novo desde o passo 2 10 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
11. Protocolo O Protocolo CSMA/CA 11 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
12. Protocolo Nós ocultos: RTS e CTS Usados para evitar a colisão de nós ocultos RTS (Request to Send): quadro enviado para o ponto de acesso indicando o tempo requerido para transmitir os dados CTS (Clear to Send): quadro enviado do ponto de acesso em broadcast para permitir o envio dos dados além de notificar os outros nós para que não enviem nada no tempo determinado 12 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
13. Protocolo Nós ocultos: RTS e CTS 13 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
14. Protocolo WiFi para Conexões ponto-a-ponto Uso de antenas direcionadas Baixo custo de construção do hardware Conexões de quilômetros de distância 14 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
15. Quadro Quadro IEEE 802.11 ID da estação que esta transmitindo quando sub-tipo = power save poll FCS = CRC = Verificação de redundância cíclica 15 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
16. Quadro Quadro - Cabeçalho - Wireshark captura 16 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
17. Quadro Controle de Quadro Tipo Controle Dados (ativa o campo to DS/from DS) Gerenciamento Gerenciamento de energia modo ativo/ modo economia 17 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
18. Quadro Controle de Quadro - Wireshark captura 18 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
19. Quadro Campos de Endereço Identificador BSS (BSSID): Quando vindo de uma estação que opera em modo infra-estrutura BSS, BSSID = endereço MAC do AP Quando vindo de uma estação que opera em modo ad hoc, BSSID = número random, gerado e localmente administrado pela estação que iniciou a transmissão Endereço destino (DA) Endereço Fonte(SA) Endereço do Receptor (RA) Endereço do Transmissor (TA) 19 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
20. Mobilidade Mobilidade na mesma sub-rede IP 20 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
21. Mobilidade Mobilidade na mesma sub-rede IP Para o nó / AP: 1 H1 detecta diminuição na intensidade do sinal 1 vindo de AP1. 2 H1 procura um sinal mais forte e eventualmente recebe beacon frames de AP2. 3 H1 desassocia de AP1 e se associa com AP2. 1A intensidade do sinal é medida em decibeis e o nó tem acesso a essa informação. Veremos no Wireshark. 21 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
22. Mobilidade Mobilidade na mesma sub-rede IP Para o switch (possível solução): 1 AP2 manda um quadro Ethernet para o switch dizendo que H1 mudou de rota. 2 O switch atualiza a tabela de repasse. 22 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
23. Recursos avançados Taxa de transmissão adaptativa Bit error rate (BER) aumenta inversamente à signal-noise ratio (SNR). SNR diminui com a distância. O protocolo 802.11 detecta quando está havendo perdas e diminui a taxa de transmissão. A ideia é idêntica ao do controle de congestionamento do TCP. 23 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
24. Recursos avançados Taxa de transmissão adaptativa Se dois quadros seguidos não são reconhecidos, a taxa de transmissão diminui. Se dez quadros seguidos são reconhecidos, a taxa de transmissão aumenta. 24 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
25. Recursos avançados Economia de energia Wi-Fi é uma tecnologia de interesse principalmente para dispositivos móveis. Dispositivos móveis, por serem alimentados por bateria, têm restrições de consumo de energia. Para economizar bateria, o dispositivo desliga pela maior parte do tempo e só liga na hora que for necessário. 25 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
26. Recursos avançados Economia de energia 1 Transmissor avisa ao AP que vai dormir (PowerManagement = 1) 2 Transmissor seta um “despertador” para pouco antes do beacon frame chegar 3 AP percebe que nó vai dormir e bufferiza quadros que devem ser encaminhados a esse nó 4 ...espera... 5 Nó acorda pouco antes da chegada do beacon frame 6 Beacon frame informa quais nós tem quadros bufferizados em espera 7 Caso nó não tenha nenhum quadro para ele, volta a dormir; caso contrário, requisita o recebimento. Segundo Kurose, é possível para o nó manter-se em baixa energia por mais de 90% do tempo. 26 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11
27. Conclusão Conclusões Em geral, mais complexo e custoso que Ethernet. A transmissão sem fio tem alguns problemas idiossincráticos (nós ocultos, mobilidade em sub-rede, atenuação rápida de sinal, economia de energia). Cada um desses problemas exige a criação de serviços / protocolos para que o funcionamento seja minimamente eficaz. 27 / 27 Wi-Fi: LANs sem fio 802.11