Redes
Avançadas
Prof. Mateus Raeder
Universidade do Vale do Rio dos Sinos
- São Leopoldo -
Tecnologias de cobertura de Redes sem Fio
Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder
WBAN – 802.15 TG6
• WBAN (Wireless Body Area Network)
– Padrão de comunicação otimizado para dispositivos de
baixa potência com o propósito de operarem no entorno
do corpo humano. (e.g. aplicações médicas e
entretenimento)
– Alcance: até 1 metro
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WPAN – 802.15
• WPAN (Wireless Personal Area Network)
– Padrão de comunicação para redes sem fio com baixo
consumo e consequente de curta distância (e.g.
Bluetooth).
– Alcance: até 10 metros
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WLAN – 802.11
• WLAN (Wireless Local Area Network)
– Padrão de comunicação para Redes Sem Fio que busca
correspondência as redes locais cabeadas (e.g. 802.11g).
– Alcance: até 500 metros
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WMAN – 802.16
• WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks)
– Padrão de comunicação para Redes Sem Fio que tem por
objetivo possuir área de cobertura proporcional a uma
cidade (e.g. WiMax).
– Alcance: até 50 quilômetros
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WWAN – 802.16
• WWAN (Wireless Wide Area Network)
– Padrão para comunicação de Redes Sem Fio de longa
distância (e.g. CDMA e GSM).
– Alcance: Superior a 50 quilômetros
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Padrão 802.11
• Resolução 802.11 do IEEE trata da padronização de
redes locais sem fio (WLANs), primeiro padrão foi
desenvolvido em 1997
• Define
– subcamada de controle de acesso ao meio (MAC)
– infra-estrutura de rede
• Taxa de transferência de 2 Mbps
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Padrão 802.11 – Topologia
• Basic Service Set:
– É a topologia mais básica. Contando com um Access Point
(AP) e um conjunto de clientes
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Padrão 802.11 – Topologia
• Extended Service Set (ESS)
– Conjunto de BSS interligadas por uma rede cabeada
(Ethernet)
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Padrão 802.11 – Topologia
• Interdependent Service Set (ISS)
– Também conhecida com Ad-Hoc
– Todos os clientes se comunicam entre si, sem necessidade
de um AP
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Padrão 802.11 – Serviços
• A arquitetura deste protocolo é baseada em nove
tipos de serviços
– quatro serviços de estação
– cinco serviços de distribuição
• Os serviços de estação se relacionam à atividades
dentro de uma única célula.
• Os serviços de distribuição se relacionam ao
gerenciamento da associação a células e à
relação com as estações situadas fora da célula.
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Padrão 802.11 – Serviços
• Serviços de Distribuição
– Associação
• Uma vez associado ao AP ele está liberado para trafegar dados
através do mesmo.
– Re-associação
• As estação podem se desassociar, e para usar este recurso
novamente deve se reassociar ao AP.
– Desassociação
• Um estação que for desassociada do AP não pode mais
trafegar dados.
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Padrão 802.11 – Serviços
• Serviços de Distribuição
– Distribuição
• Dependendo do destino os quadros enviados.
– Integração.
• Os quadros devem ser adequados ao meio em que estão
sendo enviados.
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Padrão 802.11 – Serviços
• Serviços de Estação
– Autenticação
• Uma estação deve estar autenticada para transmitir dados.
– Desautenticação
• Quando uma estação é desautenticada ela não pode mais
utilizar a rede.
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Padrão 802.11 – Serviços
• Serviços de Estação
– Privacidade
• Por questão de segurança , todas as informações enviadas em
uma LAN sem fio devem ser criptografadas.
– Entrega de dados
• Por fim o objetivo é atingido. Questões de detecção e correção
de erros são deixadas para camadas mais altas.
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Padrão 802.11 – Arquitetura
• Formada por duas subcamadas:
– LLC (Logical Link Control)
• oculta as diferenças entre as versões do padrão 802.
– MAC(Medium Access Control):
• Define como o meio físico é acessado.
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Padrão 802.11
• Subcamada MAC
– Permite dois tipos de funções de acesso ao meio:
• Coordenação distribuída (Distributed Coordination Function DCF)
– Topologia ad hoc (múltiplos saltos ou comunicação direta)
» Períodos de espera para transmitir;
• Coordenação pontual (Point Coordination Function - PCF):
– Topologia centralizada;
– Coordenada por Pontos de Acesso (Access Points);
» Ex.: Redes Celulares;
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Padrão 802.11
• Protocolos MAC
– Protocolos de controle de acesso ao meio (Medium Access
Control Protocols)
• Motivação:
– Vários dispositivos podem simultaneamente acessar o meio
compartilhado:
– Colisões impossibilitam a comunicação;
– Um protocolo de controle de acesso ao meio (MAC) define
regras que governam o acesso ao meio compartilhado:
• Assegura a comunicação sistemática, equitativa e eficiente.
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Padrão 802.11
• CSMA (Carrier Sense Multiple Access):
– Múltiplo Acesso com Detecção de Portadora(sinal);
• Disponibiliza um mecanismo de detecção de uso do meio de
transmissão compartilhado;
– Funcionamento:
– Se o dispositivo "ouve" pacotes no meio de transmissão, ele
aguarda o meio ficar livre;
– Se ele transmitisse, ocorreriam colisões;
• Técnica para determinar se o meio está em uso:
– O sistema de sensor do dispositivo detecta a presença ou
ausência de energia elétrica ou outra forma de energia.
– Somente dispositivos dentro do raio do transmissor detectam a
utilização do canal
PROBLEMAS...
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Padrão 802.11
• Problema do Terminal Escondido
– Situação hipotética:
• Nodo A
– Está ao alcance do nodo B, mas não de C;
• Nodo C:
– Está ao alcance do nodo B, mas não de A;
• Nodo B:
– Está ao alcance dos dois nodos anteriores;
• Problema:
– Enquanto A transmite para B, C não detecta essa transmissão
e transmite para B, provocando colisões.
C é o terminal
escondido para A;
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Padrão 802.11
• Problema do Terminal Exposto
– Situação hipotética:
• Nodo B:
– Está transmitindo para A;
• Nodo C:
– Verifica que o canal está ocupado;
• Nodo D:
– Está ao alcance somente de C;
– Problema:
• Enquanto B transmite para A, C poderia transmitir para D,
porém ele verifica que o canal está ocupado.
C é o terminal
exposto a B;
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Padrão 802.11
• Protocolos MAC
– Dispositivo em Captura:
• Nodos A e C estão transmitindo para B;
• A interferência dessa comunicação pode gerar uma colisão
em B;
• Porém, se um dos sinais estiver com uma intensidade muito
mais elevada que o outro, B pode receber o sinal com
sucesso;
• Isto pode melhorar o desempenho das redes, mas geram
um controle do canal não equitativo;
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Padrão 802.11
• Protocolos MAC
– Métricas de Desempenho:
– Características importantes para medir desempenho em redes
sem fio:
• Retardo
– Tempo médio gasto por um pacote na fila até a sua transmissão
- > controle do tráfego;
• Vazão
– Capacidade de transmissão -> bps;
• Equidade
– Mesmas regras aplicadas a todos os dispositivos, mas pode existir
prioridades;
• Consumo de Energia;
• Suporte a tráfego Multimídia;
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Padrão 802.11
• CSMA/CA
– Modo Básico de operação:
• CSMA p-persistente (backoff);
• Se o canal é detectado livre, o transmissor espera um tempo
DIFS (Distributed Interframe Space).
• Se o quadro permanecer livre durante o período DIFS, então
ocorre a transmissão do pacote imediatamente após o DIFS.
• A transmissão é concluída somente após o transmissor
receber um ACK.
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Padrão 802.11
• CSMA/CA
– Modo Básico de operação (cont.):
• Caso o meio esteja ocupado, é iniciado um processo de
backoff, onde a estação escolhe um tempo aleatório
uniformemente distribuído e então cria o temporizador
backoff.
• O temporizador é decrementado periodicamente. Quando
o temporizador expira, a transmissão é refeita.
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Padrão 802.11
• CSMA/CA
• Modo opcional de operação:
– Diálogo RTS/CTS (Request to Send/Clear to Send):
– Um terminal que deseja transmitir verifica o estado do canal.
Se estiver livre então ele transmite um pacote RTS. O terminal
destino ao receber envia um pacote CTS. Quando o
transmissor recebe um CTS ele entende que o canal foi
adquirido e inicia a transmissão de dados.
• Pacotes incluem a informação sobre o tempo que a
transmissão irá demorar.
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Padrão 802.11
• Modo opcional de operação (cont.):
– Os terminais que recebam RTS/CTS usam a informação
para iniciar um temporizador:
• Network Allocation Vector - NAV
– Informa o período de tempo que o meio estará indisponível
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