Tecnologias para Wireles LAN
(IEEE 802.11)
e
Wireless PAN (BlueTooth)
(IEEE 802.15.1)
Edgard Jamhour
Wireless LAN
• WLAN: Termo utilizado para definir
qualquer um dos seguintes padrões
definidos pelo IEEE:
• IEEE 802.11:
– Velocidade limitada a 2 Mbps em 2.4GHz.
• IEEE 802.11b
– Velocidade limitadaa 11 Mbps em 2.4GHz.
• IEEE 802.11a
– Velocidade limitada a 54 Mbps em 5 GHz.
• IEEE 802.11g
– Velocidade em torno de 20Mbs em 2.4GHz.
Padrões IEEE 802.11x
• Define duas formas de organizar
redes WLAN:
– Ad-hoc:
• Apenas computadores computadores
isolados que formam uma rede Workgroup.
– Infra-estrutura:
• Computadores e um Access Point que
permite a integração desses computadores
com uma rede fixa.
Ad-Hoc
AD-HOC
• Ad-hoc:
– Sem estrutura pré-definida.
– Cada computador é capaz de
se comunicar com qualquer
outro.
– Pode ser implementado
através de técnicas de
broadcast ou mestre escravo.
– Também chamado de IBSS:
Independent Basic Service
Set.
Rede wireless isolada
Infra-estrutura
INFRA-ESTRUTURA
• Infra-estrutura:
Linha Física
Ponto
de
acesso
Rede wireless integrada a uma rede física
– Os computadores se
conectam a um
elemento de rede
central denominado
access point.
– Uma WLAN pode ter
vários access points
conectados entre si
através de uma rede
física.
– Funciona de maneira
similar as redes
celulares.
Rede WLAN com Access Point
• ESS: (Extended Service Set)
– Conjunto de BSS com áreas de cobertura sobrepostas.
• Toda comunicação é feita através do Acces Point
• A função do access point é formar uma ponte entre a rede wireless e a rede
física.
– Esta comunicação de WLAN é chamada de infra-estrutura.
IEEE 802.11 e Modelo OSI
• O padrão WLAN
pertence a família
IEEE 802.x.
• Como os demais
membros dessa
família, a WLAN
define o
funcionamento da
camada física e
da subcamada
MAC.
Camada Física (IEEE 802.11)
• A camada Física é responsável pela
transmissão dos dados.
• Duas técnicas são possíveis:
– Transmissão por RF:
• Utiliza a faixa de freqüência entre 2.4 - 2.4835 GHz
• O sinal pode ser interceptado por receptores
colocados fora do prédio.
– Transmissão por pulsos de Infra-Vermelho
• Utiliza faixas de 300 - 428,000 GHz
• Mais seguro, mas é afetado pela luz do sol e por
obstáculos.
Transmissão por RF
• A transmissão por RF utiliza uma faixa que
é reservada no mundo inteiro:
– Faixa reservada para aplicações industriais,
médicas e de pesquisa.
Modulação IEEE 802.11
• Banda Passante Disponível (2,4GHz):
– Aproximadamente 80 MHz
• Dois modos de modulação são especificados:
– DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum
– FHSS: Frequency Hoped Spread Spectrum
• Na especificação 802.11 dois modos de
modulação podem ser utilizados FHSS ou DSSS.
• Para a especificação 802.11b somente o modo
DSSS é utilizado.
CHIPPING ...
• Técnica para tornar o sinal mais robusto em
relação ao ruído.
– Cada bit é representado por um símbolo (CHIP),
contendo vários bits.
– A redundância do sinal permite verificar e compensar
erros.
– A redundância permite distribuir melhor o espectro de
potência do sinal.
Seqüência de bits de dados
Seqüência de Símbolos
Técnicas de Modulação Utilizadas
BPSK
Utiliza símbolos de 11 bits
(Binary Phase
Shift Keying ):
(1 símbolo = 1 bit de dados).
Taxa de transferência 1 MSps = 1 Mbps
(Msps: milhão de símbolos por segundo)
QPSK
(Quadrature
Phase Shift
Keying)
Utiliza símbolos de 11 bits
(1 símbolo = 2 bits de dados)
CCK
(Complementary
Code Keying)
Utiliza símbolos de 8 bits, transmitidos em conjuntos de 64
palavras.
Taxa de transferência 1 MSps = 2 Mbps
A taxa de transmissão é de 1.325MSps.
Os símbolos pode representar :
4 bits de dados: 5,5 Mbps
8 bits de dados: 11 Mbs.
Representação da Informação
• Cada bit de informação é combinado com um número pseudo
randômico (PN – Pseudo-random Numerical Sequence) através de
uma operação XOR.
• O resultado então é modulado para transmissão em RF.
Recepção da Informação
• Na recepção, o PN é retirado para recuperar o sinal
original. O XOR com o número randômico permite retirar
interferências somadas ao sinal durante a transmissão.
Efeito do XOR com o número randômico
• As taxas de transmissão de 1 e 2 Mbps foram inicialmente
especificadas.
– Estas taxas foram ampliadas para 5.5 e 11 Mbps, recentemente.
• O efeito do XOR é de espalhar o espectro mantendo a potência total do
sinal constante.
– Deste efeito de espalhamento resulta o nome das técnicas de modulação:
DSSS e FHSS.
XO
R
f
Após o XOR, o espectro de freqüência é maior, mas a potência é constante.
Observe que os picos de potência são reduzidos.
f
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
• Utilizada somente na especificação IEEE 802.11.
• A banda passante é dividida em 79 canais de
1MHz, não sobrepostos.
– Taxa máxima de transmissão 1 MSps.
– 1 ou 2 Mbits/s
• O transmissor deve mudar de canal de acordo
com uma seqüência pseudo-randômica
– dwell time = 20 ms (tempo máximo numa dada
frequência).
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
• Potência máxima a 1 W (mas, o dispositivo
deve ser capaz de reduzir sua potência a
100 mW).
– Transmissão em NRZ
– Quadros definidos de acordo com o padrão da
camada física (PHY), que inclui delimitadores
de quadro e CRC de 16 bits.
– Um mecanismos de sincronização distribuído
é definido para fazer com que os saltos de
frequencia ocorram no mesmo instante.
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
• Lista de frequências ordenadas pseudorandômicas (FCC 15.247)
– 78 padrões de frequência organizadas em 3
grupos de 26 padrões cada.
• 2042+(b[i]+k) mod 79
• onde:
– b[i] é a freqüência de base.
» 2042, 2456, 2472, 2447, etc.
– k é o número da sequencia pseudo-randômica.
– Seqüências de um mesmo grupo colidem em
média 3 vezes e, no máximo, 5.
• FH permite a co-existência de 26 redes.
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)
• Nesta técnica, a banda de 2.4GHz é
dividida em 14 canais de 22MHz.
• Canais adjacentes sobrepõe um ao
outro parcialmente, com 3 dos 14
canais sendo totalmente não
sobrepostos.
• Os dados são enviados por um
destes canais de 22MHz sem saltos
para outras freqüências.
Canais WLAN
• Observa-se que apesar da modulação DSS definir 14
canais, apenas 3 não são sobrepostos.
Número de Canais de WLAN
• A faixa de freqüências disponível, 2.4 - 2.4835 GHz (83,5
MHz) permite acomodar até 3 canais WLAN sem
sobreposição.
• Ou seja, num mesmo espaço física pode ser
estabelecidos até três comunicações simultâneas sem
interferência.
Velocidades de DSSS
• A especificação 802.11b determina a troca da taxa de
transferência dinamicamente dependendo das condições
do sinal, de acordo com a tabela abaixo:
Camada MAC e CSMA/CA
• Para permitir a construção de redes WLAN
com muitos computadores e apenas três
canais disponíveis, uma protocolo de
controle de acesso ao meio foi definido
pelo IEEE 802.11.
• Este protocolo é implementado pela
camada MAC, sendo responsável por
evitar colisões entre os computadores que
utilizam o mesmo canal.
Algoritmo MAC
• O algoritmo MAC utiliza duas técnicas
combinadas:
– Carrier Sense Multiple Access with
Collision Avoidance (CSMA/CA)
protocol.
– DCF: Distributed Coordination Function.
CSMA/CA
• O CSMA/CA pode ser resumido como
segue:
– A) O computador escuta o meio antes de
transmitir.
– B) Se o meio estiver ocupado ele seta um
contador de espera com um número
randômico.
– C) A cada intervalo que ele verifica que o meio
está livre ele decrementa o contador. Se o
meio não estiver livre ele não decrementa.
– D) Quando o contador atinge zero ele
transmite o pacote.
Distributed Coordination Function: DCF
• O IEEE 802.11 é incapaz de determinar se ocorreram colisões. Por
isso cada pacote recebido corretamente é verificado pelo receptor.
transmissor
RTS (Ready to Send)
Tamanho do pacote
receptor
CTS (Clear to Send)
Pacote de dados
ACK (Clear to Send)
Verifica
CRC
Problema do Nó Escondido
• A troca de RTS e CTS é feita para evitar colisões entre
nós que estão em regiões de cobertura deferente.
A quer falar com B, mas este está ocupado falando com C.
Prioridade das Mensagens ACK
• SIFS: Short Inter Frame Space.
• DIFS: DCF Inter Frame Space.
– ACK: maior prioridade.
– Outros frames: devem esperar o DIFS.
Tipos de Frames
• Os principais tipos de frames são:
– Data Frames:
• Frames para transmissão de dados;
– Control Frames:
• São frames utilizados para controle de acesso ao
meio, entre eles estão RTS, CTS e ACK;
– Management Frames:
• São frames transmitidos da mesma forma que os
frames de dados, porém com informações de
gerenciamento. Estes frames não são repassados
para as camadas superiores da pilha de protocolo;
Formato dos Frames
• O formato do frame consiste de um conjunto de campos
em uma ordem específica em todos os frames.
• Alguns campos só estão presentes em alguns tipos de
frames,dentre eles estão: Address 2, Address 3,
Sequence Control, Address 4 e Frame Body.
Frame Control Field
• Este campo está presente em todos os frames
transmitidos, tem o seguinte formato:
Descrição dos Campos
• Protocol Version (2 bits):
– versão atual: 0.
• Type (2 bits):
– 00: Management,
– 01: Control,
– 10: Data,
– 11: Reservado
• Subtype (2 bits):
– Sua interpretação depende do campo tipo.
Pode indicar frames do tipo RTS, CTS, etc.
Descrição dos Campos
• ToDS/FromDS (2 bits):
– 0 0: Uma estração para outra
– 1 0: O frame tem como destino o DS (AP)
– 0 1: O frame tem como origem o DS (AP)
– 1 1: O frame está sendo distribuído de um AP
para outro (WDS)
• More Fragments (1 bit):
– O valor 1 indica mais que existem mais
Fragmentos pertencentes ao mesmo frame.
Descrição dos Campos
• Retry (1 bit):
– O valor 1 indica que o frame está sendo retransmitido.
• Power Management (1 bit):
– O valor 1 indica que a estação entrará em modo
econômico de energia, 0 indica que estará no modo
ativo.
• More Data (1 bit):
– Indica se há mais frames a serem transmitidos do AP
para a estação,este campo é utilizado em conjunto
com o Power Management para que a estação não
entre no modo econômico,
Descrição dos Campos
• WEP (1 bit):
– O valor 1 indica que frame está sendo
transmitido em modo criptografado.
• Order:
– Indica se o frame esta sendo transmitido
utilizando uma classe de serviço
• StrictOrder (1 bit):
– onde o valor 1 indica que o frame está sendo
transmitido utilizando o StrictOrder (usado
quando há fragmentação).
Endereços MAC
• Endereços 1,2,3,4: Indica endereços IEEE MAC
da origem e destino, finais e intermediários.
• O significado destes campos depende da
combinação ToDS/FromDS do frame.
• Os possíveis endereços contidos nestes campos
são:
–
–
–
–
–
DA (Destination Address)
SA (Source Address)
RA (Receiver Address):
TA (Transmitter Address)
BSSID (Basic Service Set Identification)
Endereços MAC
• DA (Destination Address):
– É o endereço do destino final do frame.
• SA (Source Address):
– É o endereço de origem do frame, ou seja, da primeira estação a
transmiti-lo.
• RA (Receiver Address):
– É o endereço que determina o destino imediato do pacote, por
exemplo, o endereço do AP (Access Point).
• TA (Transmitter Address):
– É o endereço que determina a estação que transmitiu o frame,
esta estação pode ser um ponto intermediário da comunicação,
por exemplo, um AP (Access Point).
• BSSID (Basic Service Set Identification):
– É a identificação da BSS em que se encontram as estações.
Utilizado também para limitar o alcance de broadcasts.
Endereços MAC
TRANSMISSOR
SA: Source Address
RA: Receiver Address
ACCESS POINT
TA: Transmitter Address
RECEPTOR
DA: Destination Address
Endereçamento WLAN
1=indo para um AP
destino físico
1=vindo de um AP
origem ou destino final
origem física
Riscos de Segurança das Redes Wireless
• Redes Wireless são mais inseguras do
que as redes físicas:
– As informações podem ser copiadas por
dispositivos receptores colocados sem
permissão.
– Serviços de rede podem ser retirados (deny of
service) por estações que entram na rede sem
permissão.
• Ao contrário das redes físicas, os ataques
podem ser feitos por indivíduos sem
acesso a uma porta de Hub ou Switch.
WEP
• Para que as redes Wireless possam ser
implementadas num ambiente corporativo, o
IEEE 802.11 define a implementação de um
protocolo de segurança denominado WEP:
– Wireless Equivalent Privacy
• O IEEE tem duas versões de WEP definidas:
– WEP 1: 64 bits
• Chaves de 40 e 24 bits.
– WEP2: 128 bits
• Chaves de 104 e 24 bits.
• WEP 1 já está disponível nos produtos 802.11b,
WEP2 ainda não.
WEP 1
• Os princípios do WEP são:
– Razoavelmente forte.
– Auto-sincronizado (para estações que entram
e saem na área de cobertura)
– Computacionalmente eficiente (pode ser
implementado por hardware ou software).
– Exportável
– Opcional (sua implementação não é
obrigatório em todos os sistemas IEEE
802.11).
Segurança no WEP
• O WEP especifica dois recursos de segurança:
• Autenticação
• Criptografia
• A criptografia é baseada numa técnica de chave
secreta.
– A mesma chave é utilizada para criptografar e
decriptografar dados.
• Dois processos são aplicados sobre os dados a
serem transmitidos:
– Um para criptografar os dados.
– Outro para evitar que os dados sejam modificados
durante a transmissão (algoritmo de integridade).
Transmissão: Criptografia
Chave Compartilhada
(40 bits)
Chave de 64 bits
Vetor de Inicialização - IV
(24 bits)
Algoritmo de
Integridade
(CRC 32)
Dados
(plaintext)
Valor de
Verificação de
Integridade ICV
(32 bits)
Gerador de Números
Pseudo-Randômicos
(RC4)
PRNS
(Pseudo-random Number
Sequency
XOR
CipherText
Transmissão
• 1) O WEP computa o cheksum da mensagem:
– c(M) que não depende da chave secreta “K”,
• 2) Usa um “IV” (Initialization Vector) "v" e utilizando RC4
gera um keystream: RC4(v,k).
– “IV” é um número que deve ser gerado pelo emissor, o WEP
implementa o “IV” como sendo seqüencial, iniciando do valor 0
sempre que o cartão de rede for reiniciado.
• 3) Computar o XOR de c(M) com o keystream RC4(v,k)
para determinar o ciphertext (texto encriptado).
• 4) Transmitir o ciphertext pelo link de rádio.
Recepção: Decriptografia
Chave Compartilhada
(40 bits)
Chave de 64 bits
Gerador de Números
Pseudo-Randômicos
(RC4)
IV
CipherText
PRNS
(Pseudo-random Number
Sequency
Algoritmo de Decriptografia
ICV
PlainText
Algoritmo de
Integridade
(CRC 32)
Comparador
ICV
Recepção
• 1) O WEP gera o keystream utilizando o
valor de “v”, retirado do pacote recebido, e
a chave secreta “k”: RC4(v,k).
• 2) Computa o XOR do ciphertext com o
keystream RC4(v,k).
• 3) Checar se c'=c(M') e caso seja aceitar
que M' como a mensagem transmitida.
Overhead no WEP
• Os dados realmente transmitidos é composto por
três campos:
– Dados (criptografado).
– Valor de Integridade (criptografado).
– Vetor de Inicialização (em aberto).
IV
(4 bytes)
Dados
(>= 1 byte)
ICV
(4 bytes)
criptografado
Autenticação
• A autenticação pode ser de dois tipos:
– Open System
• Sistema Aberto, isto é, sem autenticação.
• A estação fala com qualquer outra estação da qual receba
sinal.
– Chave Compartilhada (Shared Key)
• As estações precisam provar sua identidade para rede antes
de transmitir qualquer informação para outras estações.
• No modo infra-estrutura a autenticação é
implementada pelo Access Point.
Autenticação
1.
A estação solicitante envia um frame
de autenticação para o Access Point
("AP").
2.
O AP responde para estação com
uma mensagem de 128 bytes
denominada challenge text (“CT”).
3.
A estação solicitante criptografa o CT
com a chave compartilhada e envia
para o AP.
4.
O AP decriptografa e CT e compara
com o que enviou. Se for igual a
autenticação é aceita, caso contrário,
rejeitada.
RADIUS e EAP
• RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service) é
definido em RFCs do IETF.
• Uma implementação adotada por muitos fabricantes é
utilização do padrão RADIUS para efetuar a autenticação
dos usuários da rede WLAN
– O uso do RADIUS tem por objetivo retirar do dispositivo de rede
a responsabilidade de armazenar informações de verificação de
senha.
• Os dispositivos de rede se comunicam com o RADIUS
através de um protocolo denominado EAP:
– Extensible Authentication Protocol
– EAP suporta vários tipos de autenticação: Kerberos, ChallengeResponse, TLS, etc.
RADIUS/EAP em Redes Wireless
authenticator
suplicant
EAPOL: EAP encapsulation over LANS
Aplicável para LANs do tipo Ethernet, incluindo, WLAN.
authentication
Server
Resumo
Bridge
Radius Server
Laptop computer
Ethernet
Port connect
Access blocked
EAPOL
EAPOL-Start
RADIUS
EAP-Request/Identity
EAP-Response/Identity
Radius-Access-Request
Radius-Access-Challenge
EAP-Request
EAP-Response (cred)
Radius-Access-Request
Radius-Access-Accept
EAP-Success
Access allowed
Autenticação com RADIUS
• 1) Cliente WLAN tenta acessar a rede;
• 2) O Access point(autenticador) responde a
requisição e pergunta pela identificação;
• 3) Cliente responde a identificação ao Access
Point;
• 4) O Access Point encaminha a requisição de
acesso ao servidor RADIUS com a identificação
do usuário;
Autenticação com RADIUS
• 5) Radius server responde com uma Challenge
para o Access point. A Challenge irá indicar o
tipo de autenticação EAP requisitado pelo
servidor;
• 6) O Access point envia a Challenge ao cliente;
• 7) Se o cliente aceita o tipo de autenticação EAP,
então a negociação irá continuar, se não, o
cliente irá sugerir um método alternativo para a
autenticação.
Autenticação com RADIUS
• 8) O Access point encaminha a resposta para o
RADIUS server;
• 9) Se as credenciais estiverem corretas, o
servidor RADIUS aceita o usuário, caso
contrário, o usuário é rejeitado;
• 10) Se a autenticação for bem sucedida, o
Access point conecta o cliente a rede.
LEAP
• A Cisco implementa um protocolo denominado
LEAP (Lightweight Extensible Authentication
Protocol) em sua linha de equipamentos Aironet.
• Opcionalmente pode-se utilizar o serviço de
RADIUS como parte do processo de Login, onde
os clientes geram dinamicamente uma nova
chave WEP ao invés de usar chaves estáticas.
• Todos os clientes têm chave única, que reduz,
mas não elimina os problemas com os
algoritmos de inicialização.
Problemas do WEP
• WEP usa o algoritmo de encriptação
RC4, que é conhecido como stream
cipher.
– Um stream cipher opera gerando um
número pseudo-randômico com a chave
e o vetor de inicialização do dispositivo.
• Umas das regras para a utilização de
keystreams, no caso do RC4 é nunca
reutilizar um keystream.
Problemas do WEP
• Suponha um keystream “K” e dois
cypertexts P1 e P2 no protocolo WEP
temos:
– C1 = P1 XOR K
– C2 = P2 XOR K
– C1 XOR C2 =
P1 XOR K XOR P2 XOR K =
P1 XOR P2
• Nesse modo de operação faz com que o
keystream fique vulnerável para ataques.
Problemas com WEP
• O keystream utilizado pelo WEP é
RC4(v,k), Ele depende de “v” e “K”.
– O valor de “K” é fixo, então o keystream passa
a depender somente do valor de “v”.
• O WEP implementa “v” como um valor de
24 bits no header dos pacotes, assim “v”
pode ter 2^24 valores ou
aproximadamente 16 milhões de
possibilidades.
Problemas no WEP
• Depois de 16 milhões de pacotes “v”
será reutilizado.
– É possível para um observador
armazernar as mensagens
criptografadas em sequência, criando
assim uma base para decriptografia.
• Existe ainda um outro problema: visto
que os adaptadores de rede zeram o
valor de “v” sempre que são
reinicializados.
WEP2
• WEP2 está em fase de aprovação pelo IEEE
• Seu objetivo é aumentar a segurança das redes
WLAN implementando:
– uma criptografia de chaves de 128 bits
– um melhor método de encriptação
• De maneira geral o WEP2 ainda é muito
parecido com o WEP1, mas utilizando também o
algorítmos de encriptação RC4 e o mesmo
sistema de valor IC (Integrity Check), o que já
vem gerando muitas críticas.
Outros Aspectos
• Endereçamento:
– Mesma técnica de endereçamento de 48 bits
utilizados por outros protocolos IEEE 802.
• Sincronização de Relógios:
– Mensagens denominadas “Time Beacon” são
enviadas periodicamente pelo “Time Master” para
resincronizar os relógios das estações de trabalho.
– No modo infra-estrutura, o “Time Master” é o Access
Point.
• Economia de Energia:
– Os “Time Beacon” são utilizados também para
acordar os computadores que entram em estado de
dormência para economizar energia.
Exemplo
• CISCO Aironet 350 Series Access Points
– Suporta taxa de transmissão de 11 Mpbs
– Compatível com o IEEE 802.11b
– Utiliza rádios de 100 mW.
• Outras características:
– 802.1x-based Extensible Authentication Protocol (EAP)
• O Wireless device se autentica com RADIUS.
• Se bem sucedido, recebe a chave WEP dinamicamente.
– Seleção automática de canal.
– DHCP (BOOTP)
– Interface Ethernet 10/100 para integração com rede WAN.
• Alcance:
– Interno: até 39.6 m (11 Mbps) e 107 m (1 Mpbs)
– Externo: até 244 m (11 Mbps) e 610 m (1 Mpbs).
Aironet 350
Placas de Rede Sem Fio
• As placas WLAN são fornecidas tipicamente para slots
PCMCIA.
• São vendidos também adaptadores de PCMCIA para
PCI, a fim de conectá-las a computadores fixos.
Pontos de Acesso
• A potência do Aironet 350 (100mW) pode ser reduzida a fim de cobrir
uma área menor.
• Também pode-se desabilitar os recursos proprietários da Cisco para
obter compatibilidade com outros equipamentos.
Pontos de
Acesso
podem ser
utilizados
também
como
repetidores.
Roaming entre Pontos de Acesso
• O serviço de Roaming entre pontos de acesso
não é coberto pela especificação do IEEE.
• Esse serviço é dispobilizado opcionalmente
através de implementações proprietárias de
fabricantes, como a CISCO.
1. A estação envia um pedido de associação, o qual
todos os pontos de acesso que possuem área de
cobertura suficiente respondem.
2. A estação escolhe qual ponto de acesso irá se
associar baseada em critérios como: qualidade e
força do sinal e número de usuários.
Roaming entre Pontos de Acesso
3. O ponto de acesso no qual a estação se associou
guarda em uma tabela o MAC da estação que
acabou se de associar.
4. Quando a estação troca de ponto de acesso
(Roaming), este novo ponto de acesso guarda o
MAC da estação e faz broadcast na rede “dizendo”
que o MAC X está a ele associado.
5. O ponto de acesso que a estação estava
anteriormente ligada recebe este pacote informando
sua nova localização e quando algum pacote chega a
ele para a estação ele encaminha-o para o novo
ponto de acesso.
Pontes Wireless (Bridges)
• O bridge tem como função interligadar redes fisicamente distantes,
podendo ter um alcance de até 28 Km, tendo somente como
restrição uma linha de visada entre as antenas. A interligação das
redes pode ser ponto a ponto ou ponto para multiponto.
Bridge Ponto-Multiponto
• Nos casos onde a comunicação é ponto a ponto, preferencialmente
deve-se utilizar antenas unidirecionais para alcançar maiores
distâncias. Nos casos de ponto a multiponto o uso de antenas
ominidirecionais (Multidirecionais) diminui seu alcance.
Especificação
• O próprio Aironet 350 pode funcionar também
como Bridge.
Workgroup Bridges Aironet 350
• Para uso como uma bridge de uma rede cabeada, possui uma portal
ethernet, a qual pode ser ligado um hub com até 8 estações. Este
equipamento se liga a um ponto de acesso formando assim uma
ponte com outra rede sem fio ou cabeada.
Características
• Principais características do Workgroup Bridge Aironet
350.
Padrão IEEE 802.11a
• Esta nova especificação surgiu principalmente
da necessidade de uma maior taxa de
transferência.
• Outro fator de grande influência foi a grande
quantidade de dispositivos utilizando a faixa de
2.4GHz, como por exemplo: redes 802.11b,
telefones sem fio, microondas, dispositivos
bluetooth, HomeRF, etc.
• Atuando na faixa de 5GHz, os ruídos e trafego
gerado pelos dispositivos anteriormente citados
não interferem na comunicação desta rede.
Caracaterísticas
• A taxa de transferência pode chegar a
54Mbps.
• IEEE 802.11a tem uma camada física
incompatível com a versão IEEE 802.11b:
– Modulação Orthogonal Frequency Division
Multiplexing (OFDM).
• Esta modulação tem um overhead menor que a
DSSS (praticamente dobra a eficiência de uso da
banda disponível).
Características
• A camada MAC do IEEE 802.11a é
idêntica ao IEEE 802.11b.
• A freqüencia de 5GHz faz com que o sinal
se atenue duas vezes mais rápido que em
2.4GHz.
– Um grande problema que os fabricantes vêm
enfrentando para a implementação desta
especificação é o alto consumo de energia
que os dispositivos utilizam.
HiperLAN/2
• HiperLAN/2
– (High Perfornance Radio Local Area Network
type 2)
• Desenvolvido pelo ETSI dentro do
contexto do projeto BRAN
– BRAN (Broadband Radio Access Network),
– ETSI (European Telecommunications
Standards Intitute)
HiperLAN/2
• Similar ao protocolo IEEE 802.11a
– Pode operar em modo ponto-a-ponto ou infraestrutura
– Opera na faixa de 5 GHz e pode chegar a 54
Mbps.
– Utiliza modulação OFDM: Orthogonal
Frequency Division Multiplex
• Tecnologia orientada a Conexão
– Ponto a Ponto ou Ponto-Multiponte
– Conexões com QoS sob Demana.
BlueTooth (PAN)
• Padrão para comunicação sem-fio, de
curto alcance e baixo-custo:
– Aproximadamente de 10 metros e até 100
metros em condições ideais e baixo custo.
– Velocidade em torno de 1 Mb
• Inicialmente projetado para eliminar cabos
na conexão de periféricos a computadores
de mesa.
PAN
• Atualmente BlueTooth é considerado uma
tecnologia para PAN que prevê inúmeras
aplicações:
– PAN (Personal Area Network – IEEE 802.15)
– Sincronizar dados com hand-helds e PCs
– Acessar dados e e-mail em um hand-held remoto com
o uso de um celular Bluetooth.
• O padrão IEEE 802.15 contempla outras
tecnologias para PAN.
História
• Bluetooth SIG (Special Interest Group)
– Criado em 1998 pela Ericsson, Nokia, IBM entre
outras.
– Define expansões da tecnologia BlueTooth.
– Consórcio com mais de 2000 empresas em todo o
mundo.
“O nome Bluetooth foi uma homenagem ao
unificador da Dinamarca, um rei dinamarquês
chamado Harald Blatand, mais conhecido como
Harald Bluetooth, esse apelido era devido Harald
possuir uma arcada dentária com uma
incrustação azulada.”
Protocolo Bluetooth
Camada Radio
• Define os requisitos de operação do transceiver
bluetooth operando em FHS na banda de 2.4 GHz.
• Define 3 classes de potência:
– Power Class 1: 100 m e 20 dBm,
– Power Class 2: 10 m e 4 dBm,
– Power Class 3: 10 cm e 10 dBm.
• Utiliza Modulação GFSK (Gaussian Frequency Shift
Keying)
– Representação de bits 1 e 0 por desvio de freqüência.
Camada BaseBand
• Os protocolos BaseBand são rotinas de estabelecimento de enlace
de baixo nível.
• Os canais Bluetooth são bidirecionais, e criados com uma técnica
conhecida como:
– Frequency Hop Time Division Duplex Channel
• Canais com time slots de 625 msec (1600 hop/sec)
PicoNets
• Os dispositivos Bluetooth se comunicam entre si e
formam uma rede denominada piconet, na qual podem
existir até oito dispositivos interligados, sendo um deles o
mestre e os outros dispositivos escravos.
MESTRE
ESCRAVO
ScatterNet
• Nas aplicações Bluetooth, várias piconets independentes e não
sincronizadas podem se sobrepor ou existir na mesma área.
• Neste caso, forma-se um sistema ad hoc disperso denominado
scatternet, composto de múltiplas redes, cada uma contendo um
número limitado de dispositivos.
Freqüência de Operação do BlueTooth
• Os dispositivos bluetooth operam na freqüência
de 2,45 GHz da faixa ISM (Industrial, Scientific,
Medical).
– Mesma faixa utilizada pelo WLAN (IEEE 802.11x), o
que provoca interferência entre as duas tecnologias.
• Para a operação do Bluetooth na faixa ISM de
2,45 GHz, foram definidas 79 portadoras
espaçadas de 1 MHz.
– Um dipositivo Bluetooth comuta constantemente os
canais que utiliza para transmissão, a fim de evitar
colisões.
– Essa técnicas é conhecida por “Salto em Freqüência”.
Salto em Freqüência
• A comunicação entre os dispositivos Bluetooth é
feita através do estabelecimento de um canal
FH-CDMA
– FH-CDMA (Frequency Hopping - Code-Division
Multiple Access).
• O transmissor envia o sinal numa série pseudo-randômica de
freqüências.
• Para captar o sinal, o receptor deve saltar acompanhando
exatamente a mesma série utilizada pelo transmissor.
• Um grande número de seqüências pseudoaleatórias de freqüências foi definido.
Mestre-Escravo na Piconet
• Cada piconet ocupa um canal Bluetooth:
– Um canal é identificado por uma seqüência de
freqüências e pelo relógio (fase do salto) do
dispositivo mestre.
• Os escravos devem se sincronizar ao
mestre
– A freqüência de base dos saltos é definida
pelo Bluetooth device address (BD_ADDR) do
mestre (endereço de 48 bits).
Mestre-Escravo na Piconet
• O dispositivo mestre muda sua
freqüência de transmissão 1600
vezes por segundo com o objetivo de
minimizar potenciais interferências.
– O dispositivo mestre muda de freqüência
de acordo com uma seqüencia pseudoaleatória definida por uma algorítmo
executado por ele mesmo.
Exemplo
• Exemplo de salto em freqüência para a seqüência 5 - 2 6 - 3 - 1 - 4:
Canais BlueTooth
• Um canal é dividido em slots de duração de 625 micro
segundos. De modo a simplificar a implementação,
comunicações full-duplex são alcançadas aplicando-se
TDD (Time-Division Duplex).
Pacotes Bluetooth
• Os pacotes bluetooth são compostos por três partes:
– Access Code (72 bits): utilizado para sincronização, paging e
inquiring.
– Header (54 bits): utilizado para endereçamento e controle de fluxo
(sequenciamento).
– Payload (0 a 2745 bits)
Controle de Acesso ao Meio
• Todo o controle de tráfego dentro da
piconet é realizado pelo dispositivo
mestre.
• Comunicações possíveis:
– ponto-a-ponto entre o dispositivo mestre
e um escravo
– comunicações ponto-a-multiponto entre
o dispositivo mestre e os escravos são
possíveis.
Controle de Acesso ao Meio
• Para evitar a colisão devido a
múltiplas transmissões de dispositivos
escravos, o dispositivo mestre utiliza
a técnica de polling.
• Deste modo, somente o dispositivo
indicado no slot mestre-para-escravo
pode transmitir no slot escravo-paramestre seguinte.
Conexões entre Dispositivos BlueTooth
• Três elementos são utilizados para o
estabelecimento de conexões entre
os dispositivos:
– scan: acordar para recepção conexão
– page: solicitar conexão para transmitir
– inquiry: descobrir outros elementos na
rede.
Scan
• Para economizar energia, os dispositivos
que estiverem ociosos podem "dormir".
• Periodicamente eles acordam para
verificar se existe algum outro dispositivo
tentando estabelecer uma conexão.
• Cada vez que o dispositivo acorda, ele
verifica uma portadora diferente.
• A janela de varredura utilizada é de
aproximadamente 10 ms.
Page
• O page é utilizado pelo dispositivo que
deseja estabelecer uma conexão.
• Neste caso, são transmitidos dois pedidos
de conexão seguidos em diferentes
portadoras, a cada 1,25 ms.
• O dispositivo paging transmite duas vezes
um pedido de conexão e escuta duas
vezes para verificar se há alguma
resposta.
Inquiry
• Mensagens de inquiry são difundidas por
um dispositivo que deseja determinar
quais outros dispositivos estão em sua
área de alcance e suas características.
• Ao receber uma mensagem desse tipo, um
dispositivo deve retornar um pacote do tipo
FHS (Frequency Hoppingsynchronization)
contendo além de sua identidade,
informações para o sincronismo entre os
dispositivos.
LMP (Link Manager Protocol)
• Configuração do Link
• – Caracterísiticas suportadas
• – Qualidade de serviço
• – Segurança e Autenticação
• – Estabelecimento dos canais lógicos
• Funções de Segurança
• – Autenticação
• – Criptografia e Gerência de Chaves
Logical Link Control and Adaptation Layer
Protocol (L2CAP)
• Implementas as seguintes funcionalidades:
• Multiplexagem de protocolos
– Permite identificar o protocolo transportado.
• Segmentação e remontagem de pacotes
– Os pacotes bluetooth tem tamanho limitado a 2745 bits.
– Pacotes superiores a esse tamanho precisam ser fragmentados
e remontados.
• Qualidade de serviço
– Apenas o modo “Best Effort” é obrigatórios.
– Outros modos de QoS são opcionais
• Token Rate, Token Bucket Size, Peak Bandwidth, Latency, Delay
Variation
Demais Camadas
• RFCOMM
– Emulação da porta serial sobre o protocolo L2CAP.
• Telephony Control Protocol
– Permite o controle de canais de voz utilizando bluetooth.
• SDP: Service Discovery Protocol
– Mecanismo que permite as aplicações descobrir os serviços disponíveis
em um dispositivo.
– Permite procurar os dispositivos por atributos.
– Cliente-Servidor: Usualmente a aplicação é o cliente e o device é o
servidor. O cliente consulta o device e recebe uma lista de atributos dos
serviços disponíveis.
• Example of color printer ServiceClassIDList
–
–
–
–
DuplexColorPostscriptPrintServiceClassID
ColorPostscriptPrinterServiceClassID
PostscriptPrinterServiceClassID
PrinterServiceClassID
Hardware
• A placa com Bluetooth inclui um sistema de desenvolvimento de
software com a camada MAC (Medium Access Control Layer).
– O Bluetooth suporta os principais protocolos como: TCP/IP, HID e
RFCOMM.
• Todo o padrão é implementado em um único microchip de 9 x 9
milímetros com valor, por volta de 5 dólares.
Especificações
•
Banda de freqüência: 2,4 GHZ
•
Potência do transmissor: 1 milliWatt (0 dBm)
•
Tecnologia: Difusão de Espectro - Seqüências diretas e saltos de freqüência
•
Número máximo de canais de voz: 3 por piconet
•
Número máximo de canais de dados: 7 por piconet
•
Velocidade de transmissão: 721 Kbps por piconet
•
Alcance: 10 metros podendo ir aos 100 metros
•
Número de dispositivos que suporta: 8 por piconet
•
Segurança: Sim, ao nível do Data Link
•
Necessidade de Consumo: 2,7 volts.
•
Consumo de energia: 30 uA desligado, 60 uA parado, 300 uA em stanby, 8-30 mA em transmissão.
•
Dimensão e Peso: 25 mm X 13 mm X 2mm e pesa algumas gramas.