Redes

1
Redes Avançadas
Prof. Mateus Raeder
Universidade do Vale do Rio dos Sinos- São
Leopoldo -
2
Tecnologias de cobertura de Redes sem Fio
3
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

5
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

6
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

7
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

8
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

10
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 - gt controle do tráfego
• Vazão 
• Capacidade de transmissão -gt 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.

27
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.

28
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