Redes Wireless
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Redes Wireless
Referências Bibliográficas
• ENGST, Adam: Kit do Iniciante
em Redes sem Fio. São Paulo,
Elsevier, 2005
• ROSS, John : WI FI – Instale,
Configure e Use Rede sem Fio.
Rio de Janeiro, Alta Books, 2003
• Rufino, Nelson M.O. : Segurança
em Redes sem Fio. São Paulo,
Novatec, 2005.
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Sistema Genérico de Comunicações
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Sistema Genérico de Comunicações
• 1. Fonte: produz a informação na forma de símbolos
(ex. 'A', 'B', 'C');
• 2. Destino: para quem a informação é dirigida;
• 3. Codificador: transforma a informação para uma
forma que possa ser transmitida no canal. (exemplo:
caracter '9' para '0011 1001');
• 4. Decodificador: recupera o símbolo original da
informação;
• 5. Emissor: entrega um sinal de energia adequada ao
meio (modulador);
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Sistema Genérico de Comunicações
• 6. Meio: propaga a energia entregue pelo emissor até
o receptor;
• 7. Receptor: retira a energia do meio e recupera o
código transmitido (demodulador);
• 8. Ruído: fator inerente ao meio de comunicação;
• 9. Canal: transporta os símbolos e a informação
associada da fonte ao destino.
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Meios Físicos de Transmissão
• Os meios físicos de transmissão servem para
levar a informação da origem ao destino no
processo de comunicação de dados,
determinando a quantidade de informação que
pode ser transmitida em certo intervalo de
tempo e também a distância máxima que a
informação pode percorrer na rede sem
repetidores.
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Redes Wireless
Meios Físicos de Transmissão
• A quantidade de informação está relacionada
diretamente com a freqüência dos sinais elétricos
codificados, e quanto maior a freqüência, maior é a
atenuação e a distorção dos sinais.
• A atenuação é uma perda de potência devido à
dissipação dos sinais no meio, e a distorção é uma
deformação na forma de onda devido à diferença de
velocidade com que se propagam as diferentes
componentes de freqüência do sinal original.
• Se estes fatores ultrapassarem certos limites, o sinal é
irrecuperável no receptor, provocando perda de
informação na transmissão.
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Meios Físicos de Transmissão
• Existem vários protocolos (regras) para efetuar a
comunicação utilizando como suporte os meios
físicos. Vamos ver as particularidades de cada um dos
mais utilizados atualmente.
• As principais particularidades abordadas são as
seguintes:
 custo;
 banda passante (ou velocidade máxima);
 imunidade a ruído e confiabilidade;
 limitação geográfica devido à atenuação característica do
meio.
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Meios Físicos de Transmissão
• Estas particularidades são muito importantes
para a escolha do meio de transmissão
adequado à determinada aplicação, além de
influenciar no custo do sistema.
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Meios Físicos de Transmissão
• Os meios físicos abordados são os seguintes:
meio magnético
par trançado
cabo coaxial,
fibra ótica
vácuo (ondas de rádio)  nosso foco
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Ondas de Rádio
• Meio físico é o ar ou o espaço
• As ondas de rádio estão na faixa das
microondas e para este tipo de freqüência
existem dois elementos importantes:
as torres de retransmissão
comunicação via satélite.
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Ondas de Rádio
• A comunicação via torres de retransmissão necessita
visibilidade entre as torres, pois as microondas
percorrem uma linha reta, sem acompanhar a
curvatura do globo terrestre.
• Um satélite de comunicações pode ser imaginado
como um grande repetidor de microondas no céu.
• Existem satélites síncronos (ou geoestacionários) e
assíncronos.
• Os satélites síncronos acompanham a trajetória da
terra, ficando sobre a linha do equador a 36.000 Km
de altitude.
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Ondas de Rádio
• Um problema com a transmissão via satélite são os
atrasos na conexão fim a fim.
• Um atraso típico de satélite é de 250 a 300 ms.
• A título de comparação, links terrestres de
microondas tem um atraso de propagação de
aproximadamente 4 μs/km e cabo coaxial tem um
atraso de aproximadamente 5 μs/km.
• Uma informação interessante sobre satélites é que o
custo para transmitir uma mensagem é independente
da distância percorrida.
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Redes Wireless
Ondas de Rádio
• O custo de transmitir uma mensagem através do
oceano em um link intercontinental é o mesmo que
para transmitir a mensagem para o outro lado da rua.
• A transmissão é broadcast, ou seja, não possui um
destinatário específico.
• Qualquer antena direcionada adequadamente pode
receber a informação.
• Isto faz com que algumas emissoras enviem
mensagens criptografadas (codificadas), para evitar a
recepção por pessoas não autorizadas.
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Ondas de Rádio
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Redes Wireless
Ondas de Rádio
Principais bandas padronizadas para satélites
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Aplicações
• Computação Móvel - Mercado em 2005
16%
Escritório Móvel
8%
45%
Comunicações Pessoais
Vendas em Campo
5%
Serviçoes em Campo
Transportes
26%
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Aplicações
•
•
•
•
•
•
•
•
Localização de Pessoas
Localização de Veículos
Leitura de Medidores
Aplicações Financeiras e bancárias móveis
Compras em Supermercados
Correio Eletrônico
Wireless Docking
Hot Spots
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Localização de Pessoas
• Características
– O celular emite um sinal periódico que permite que
o telefone seja localizado e as chamadas de entrada
encaminhadas ao assinante.
– Com a facilidade de se triangular um sinal e anotar
sua posição, pode-se localizá-lo facilmente
– O assinante torna-se um potencial candidato para
receber informações aplicáveis a área onde está
• Restaurantes, postos de gasolina, hotéis, shoppings, etc.
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Localização de Pessoas
• Software de Suporte
– Wireless Application Protocol (WAP)
– Wireless Markup Language (WML)
• Software do destino determina a localização do usuário,
verifica sua base de dados, cria uma série de minipáginas WEB que serão transmitidas para o celular do
assinante
– Entrada de dados numérica ou via teclas especiais
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Localização de Veículos
• Pagamento automático de pedágios
– Sistema proprietário que não funciona em todo o Brasil;
depende da concessionária da estrada
• Sistema de Navegação de Veículos
– Sistema baseado em CD-ROM contendo o mapa da área
geográfica mais sistema GPS (Global Positioning Satellite)
• O GPS é usado para apontar a localização do veículo permitindo
que o navegador mostre o mapa da região
• Atualmente a maioria dos sistemas de navegação são
unidirecionais, precisando atualização periódica dos CD´s
• Espera-se integração com celulares permitindo atualização
automática de informações e interatividade
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Redes Wireless
Leitura de Medidores
• A leitura de medidores representa um custo
alto em pessoal para os fornecedores de
serviços (água, luz, gás, etc)  Problema
• Automação do serviço com leitura realizada
por um veículo em movimento  Solução
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Redes Wireless
Aplicações Financeiras e Bancárias Móveis
• Embora as transações bancárias e de segurança
em tempo real tenham crescido muito nos
últimos anos, ainda são realizadas a partir de
localizações fixas
• Em crescimento, via WAP, a possibilidade de
consultar preços de ações, negociá-las e
realizar transferências bancárias a partir de
estações em movimento
Problema: escassez de banda
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Compras em Supermercado
• Características
– Informação de ofertas via sistemas Wireless
– Uso de PDAs (Personal Digital Assistants) para
obter uma amostra das ofertas e localização de
produtos
– Para os operadores de supermercados a
possibilidade de prover informações via um
sistema wireless representa uma forma de melhorar
o serviço ao cliente sem depender de pessoal
qualificado
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Correio eletrônico
• Embora não seja um serviço novo, está sendo
muito ampliado pelo uso do sistema celular
• Representará uma fonte adicional de
faturamento para os operadores do serviço
celular
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Redes Wireless
Wireless Docking
• Docking
– Conexão física entre um notebook e uma estação
física
• Wireless Docking
– Posicionamento de dois dispositivos dentro da
proximidade especificada, permitindo
sincronização e troca de informações
• Tecnologias
– Bluetooth e IEEE 802.11
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Redes Wireless
Acesso a LANs e Ports Móveis
• Características
– Conexão a uma LAN em ambientes onde a
conexão física é difícil
– Hot Spots
• Instalação de portais sem fio
–
–
–
–
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Hotéis
Aeroportos
Hospitais,
Etc.
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Wireless LAN (WLAN)
• Benefícios
–
–
–
–
Mobilidade
Áreas Difíceis de cabear
Redes Temporárias
Patrimônios Históricos
– Casa da Sogra (meu caso)
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Wireless LAN (WLAN)
• Problemas Potenciais
– Propagação Multipath (variável no tempo, no atraso, na
atenuação)
– Perdas de Potência (varia com o quadrado da distância)
– Interferência de sinais de rádio
– Duração das baterias
– Interoperabilidade dos sistemas
– Segurança
– Problemas de conectividade das aplicações
– Planejamento de instalações
– Riscos de saúde (???)
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Redes Wireless
Wireless LAN (WLAN)
• Faixa de frequência ISM (Industry, Cientific,
Medical)
– 902 - 928 Mhz
– 2,4 - 2,4835 GHz
– 5,725 - 5,850 GHz
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Usuários WLANs
• End-user appliances
– Interface entre usuário e a rede wireless
• Classes
–
–
–
–
–
–
–
–
Estações de trabalho desktop
Computadores laptop
Computadores palmtop
PCs de mão
Computadores pen-based
PDAs (personal digital assistants)
Scanners de mão e coletores de dados
Impressoras portáteis
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Wireless LAN (WLAN)
• Características Gerais
– Sistema de comunicações estabelecido através do uso de
rádio freqüência, que pode funcionar ou como extensão de
uma LAN existente, ou como uma alternativa para uma
LAN cabeada
• Tecnologias
–
–
–
–
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)
Infravermelho
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
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Wireless LAN (WLAN)
• Topologias
– Rede de Infraestrutura
– Peer-to-Peer
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Redes Wireless
Wireless LAN - Aplicações
• Acesso Nômade
• Interconexão de Prédios
• Extensão de LAN(pontes)
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Redes Wireless
Wireless LAN - Aplicações
• Extensão de LANs
–
–
–
–
Grandes áreas de espaços abertos (fábricas, armazéns, garagens, etc)
Prédios históricos
Pequenos escritórios (custo cabeação)
Instalações temporárias (show-room, eventos, etc)
• Interconexão entre prédios
– Rapidez (emergências)
– Flexibilidade
• Acesso Nômade
– Mobile computing (laptos, palmtops, etc)
– Redes improvisadas em aeroportos, shoppings, hospitais, hotéis, etc
(redes ad-hoc)
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Redes Wireless
Wireless LAN - Padronização IEEE 802.11
• Diferenças relativas às redes cabeadas
– Gerência de energia
• Vida útil das baterias
– Banda Passante
• Limitada
– Segurança
• Privacidade - nível físico vulnerável
– Endereçamento
• Mobilidade - reconhecimento de nível 2
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Redes Wireless
Wireless LAN - IEEE 802.11
• Camada Física
– FHSS - 1 Mbps e 2 Mbps (opcional)
– DSSS - 1 Mbps e 2 Mbps
• IEEE 802.11b (adaptativo)
– 1, 2, 5.5 e 11 Mbps
• High-rate DSSS com Complementary Code Key (CCK)
• IEEE 802.11a (adaptativo)
– 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 e 54 Mbps em 5 GHz
• Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
– 12 canais de 20 MHz
• IEEE 802.11g
– Até 54 Mbps com OFDM em 2,4 GHz
• 3 canais de 30 MHz
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Redes Wireless
Wireless LAN - Características Básicas
• Seleção de Freqüência
– Necessidade de se oferecer um padrão que pudesse
ser usado globalmente  2,4 GHz (ISM)
– Banda passante 83 MHz
• Máxima Potência Transmitida
– América do Norte : 1W
– Europa : 100 mW
– Japão : 10 mW/MHz
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Redes Wireless
Wireless LAN
• Elementos Básicos
–
–
–
–
BSA - Basic Service Area
BSS - Basic Service Set
ESA - Extended Service Area
ESS - Extended Service Set
• Identificação da rede
– NID = ESS-ID + BSS-ID
UNEB/2006
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Wireless LAN (WLAN)
• Arquitetura IEEE 802.11
802.2 LLC
MAC
MAC Management
Medium Independent Layer
Convergent Layer
Medium Dependent Layer
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Redes Wireless
Wireless LAN - Serviços IEEE 802.11
• Serviços na estação
–
–
–
–
Autenticação
Desautenticação
Privacidade
MSDU (MAC Service Data Unit) delivery
• Serviços no Sistema de Distribuição
–
–
–
–
–
Associação
Desassociação
Distribuição
Integração
Reassociação
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Redes Wireless
Wireless LAN - Autenticação
• Open System Authentication
Estação
Iniciadora
quadro de autenticação
Estação
Autenticadora
•Authentication Algorithm Identification =
“Open Systems”
•Authentication Transaction Sequence
Number = 1
quadro de autenticação
•Authentication Algorithm Identification =
“Open Systems”
•Authentication Transaction Sequence
Number = 2
•Resultado do pedido de autenticação =
aceita ou rejeita
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Redes Wireless
Wireless LAN - Autenticação
• Shared Key Authentication
Estação
Solicitante
quadro de autenticação
Estação
Respondedora
Authentication Algorithm Identification = “Shared Key”
Authentication Transaction Sequence Number = 1
quadro de autenticação
Authentication Algorithm Identification = “Shared Key”
Authentication Transaction Sequence Number = 2
Challenge text (serviço WEP)
quadro de autenticação
Authentication Algorithm Identification = “Shared Key”
Authentication Transaction Sequence Number = 3
Challenge text criptografado
quadro de autenticação
Authentication Algorithm Identification = “Shared Key”
Authentication Transaction Sequence Number = 4
Resultado da autenticação
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Redes Wireless
Wireless LAN - Desautenticação
• Procedimento
– Estação requerendo se dessassociar de uma outra
invoca o serviço de desautenticação
• Envia um quadro de gerenciamento de autenticação (ou
um grupo de quadro para múltiplas estações) para
notificar o término da autenticação
– É uma notificação, portanto não pode ser recusada
UNEB/2006
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Redes Wireless
Wireless LAN - Privacidade
• Serviço Opcional
– Aplicado a todos os quadros de dados e alguns
quadros de gerenciamento de autenticação
– Baseado no algoritmo de criptografia WEP
• Chave de 64 ou 128 bits e algoritmo RC4
• Cabeçalhos de nível físico não são criptografados
permitindo que todas as estações recebem informação
de controle
Texto
original
Chave
Encriptação
Texto cifrado
Chave
Decriptação
Texto
original
Meio wireless
UNEB/2006
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Redes Wireless
Wireless LAN - Privacidade
• Wired Equivalency Privacy
Frame Body
Plain Text
+
Algoritmo de
integridade
Chave
Secreta
UNEB/2006
Gerador de
número
pseudo-aleatório
Frame Body
Cipher Text +
ICV
Integrity
Check Value
(ICV)
Seqüência Chave
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Frame Body
Cipher Text
+
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Redes Wireless
Wireless LAN - Associação
• Procedimentos
– Serviço invocado antes de enviar informação
através de um sistema de distribuição
– A associação mapeia uma estação ao sistema de
distribuição via um ponto de acesso (AP)
– Cada estação pode estar associada a um único AP
– Cada AP pode ter várias estações associadas
– A associação é um primeiro passo para prover
mobilidade das estações entre BSS´s
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Redes Wireless
Wireless LAN - Desassociação
• Procedimento
– Uma estação ou ponto de acesso pode invocar uma
desassociação para terminar uma associação
– É uma notificação, portanto não pode ser recusada
– As estações deve se desassociar quando saírem da
rede.
– Por exemplo: um AP pode desassociar todas as
suas estações por necessidade de manutenção
UNEB/2006
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Redes Wireless
Wireless LAN - Distribuição
• Serviço
– Uma estação usa o serviço de distribuição sempre
que envia quadros MAC através de um sistema de
distribuição
– O padrão IEEE 802.11 não especifica como o
sistema de distribuição entrega os dados
– O serviço de distribuição provê o sistema de
distribuição com informação suficiente para
determinar o BSS destinatário
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49
Redes Wireless
Wireless LAN - Integração
• Serviço
– Permite a entrega de quadros MAC através de um
portal entre um sistema de distribuição e uma LAN
não IEEE 802.11
– Implementa todas as conversões de espaço de
endereços ou de meio requeridas - tradução de
quadros MAC
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Redes Wireless
Wireless LAN - Reassociação
• Serviço
– Permite que uma estação mude seu estado atual de
associação
– Provê funcionalidades adicionais para suportar mobilidade
na transição de BSS das estações associadas
• Permite que uma estação mude sua associação de um AP para outro
AP
• Mantém o sistema de distribuição informado sobre os
mapeamentos atuais de estações e AP´s
• Serviço iniciado sempre pela estação móvel
– Permite que uma estação mude atributos de associação
enquanto a estação permanece associada ao mesmo AP
UNEB/2006
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Redes Wireless
Wireless LAN
• Estados da Estação
Estado 1
(não-autenticado,
não associado)
Autenticação
bem sucedida
Notificação de
desautenticação
Estado 2
Notificação de
desautenticação
(Autenticado, não
associado)
Associação ou
re-associação
bem sucedida
Quadros Classe 1 e 2
permitidos
Notificação de
desassociação
Estado 3
(Autenticado,
Associado)
UNEB/2006
Quadros Classe 1
permitidos
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Quadros Classe 1,2 e 3
permitidos
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Redes Wireless
Wireless LAN - Quadros Classe 1
• Quadros de Controle
–
–
–
–
Request-to-Send (RTS)
Clear-to-Send (CTS)
Acknowledgement (ACK)
contention-Free (CF)
• Quadros de Gerenciamento
–
–
–
–
–
Probe request/response
Beacon
Authentication
Deauthentication
Annoucement Traffic Indication Message (ATIM)
• Quadros de Dados
UNEB/2006
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53
Redes Wireless
Wireless LAN - Quadros Classe 2
• Quadros de Gerenciamento
– Association request/response
– Reassociation request/response
– Disassociation
UNEB/2006
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54
Redes Wireless
Wireless LAN - Quadros Classe 3
• Quadros de Dados
• Quadros de Gerenciamento
– Desautenticação
• Quadros de Controle
– Power safe poll (gerenciamento de energia no AP)
UNEB/2006
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Redes Wireless
Wireless LAN - Camada MAC IEEE 802.11
• Operações Principais
– Acesso ao meio wireless
• DCF - Distributed Coordination Function
– CSMA-CA
• PCF - Point Coordination Function
– Acesso baseado em prioridade (pooling)
– Acesso a uma rede
• Descoberta de estação ou AP
– Modo scanning passivo (aguarda beacon com SSID desejado)
– Modo scanning ativo (envia probe indicando SSID desejado)
– Prover Autenticação e Privacidade
• Open System Authentication
• Shared Key Authentication
UNEB/2006
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Redes Wireless
Wireless LAN - DCF
• Mecanismos para detecção de portadora
– Mecanismo físico
• Provido por cada camada física
– Mecanismo virtual
• Baseado na informação de reserva, constante no campo
Duração de todos os quadros
– A coordenação MAC monitora o campo Duração de todos os
quadros MAC e coloca essa informação no Network
Allocation Vector (NAV) da estação se o valor é maior do que
o valor atual do NAV
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Redes Wireless
Wireless LAN - DCF
– O NAV funciona como um temporizador, começando com um
valor igual ao valor do campo Duração do último quadro MAC
transmitido no meio contando até zero
– Quando o NAV chega em zero, a estação pode transmitir se a
coordenação PHY indicar o meio livre
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Redes Wireless
Redes Wireless - CSMA-CD no ambiente Wireless
• Problemas
– Dificuldade com transceptores que transmitem e
recebem simultaneamente  mais complexos e
mais caros
– Uma estação não escuta necessariamente todas as
outras
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Redes Wireless
Wireless LAN - CSMA-CA
• Protocolo
– Escutar se o meio está livre (CSMA)
– Meio livre  Collision Avoidance (CA)
• Esperar Inter-Frame Space (IFS)
– SIFS (short IFS)
» Maior prioridade (quadros de ACK)
– PIFS (Point Coordination Function IFS)
» Prioridade intermediária (quadros sem concorrência)
– DIFS (Distributed Coordination Function IFS)
» Menor prioridade
• Esperar tempo aleatório após IFS (e meio continua livre)
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Redes Wireless
Redes Wireless - ACK Positivo
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Redes Wireless
Redes Wireless - PCF
• Objetivo
– Provê transferência de quadros sem concorrência (contention-free) para
aplicações tempo-rela críticas
• Reside no AP
• Operação
– Todas as estações estabelecem seus valores de NAV no início de cada
período sem concorrência
– No início de cada período, o AP envia um quadro beacon com um CF
Parameter Set indicando a duração do período sem concorrência e que
todas as estações usam para utilizar seus NAV
– Após o beacon, o PCF envia:
•
•
•
•
UNEB/2006
Quadro de dados
Quadro CF Poll
Quadro CF Poll + Dados
Quadro CF End
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Redes Wireless
Redes Wireless - RTS/CTS
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Redes Wireless
Redes Wireless - RTS/CTS
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Redes Wireless
Redes Wireless - Formato Geral do Quadro MAC
Quadro de Gerenciamento (00)
Quadro de Controle (01)
Quadro de Dados (10)
Reservado (11)
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Redes Wireless
Redes Wireless - Gerenciamento MAC
• Sincronismo
– Estação-AP
– Entre estações
• Associação
– Com AP
– Com outras estações
• Consumo de Energia
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