Redes de Computadores sem Fio

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica

Faculdade de Engenharia

Universidade do Estado do Rio de Janeiro

Prof. Marcelo Gonçalves Rubinstein

Redes de Computadores sem Fio

Programa

� Introdução a Redes de Computadores sem Fio

� IEEE 802.11

� Bluetooth

� Avaliação de Desempenho

� Redes de Sensores

� IEEE 802.16

Rede IEEE 802.11

� Criação de vários tipos de redes sem fio

� Desejo de ligar computadores portáteis sem utilizar fios

� Mobilidade

� Incompatibilidade entre essas redes → IEEE

criou o padrão 802.11

� Tecnologia de rede de maior êxito comercial

depois da Ethernet

� Conhecida como Wi-Fi (Wireless Fidelity)

Arquitetura do IEEE 802.11

� Componentes que interagem para prover uma

rede local transparente para as camadas

superiores

� Conjunto básico de serviços (BSS – Basic

Service Set)

� Bloco fundamental de construção da arquitetura

� Grupo de estações sob uma mesma função decoordenação

� Função determina quando uma estação pode transmitir e

receber dados


� Dois modos

� Ad hoc

� Não usa ponto de acesso

� BSS independente

Exemplo de rede ad hoc


� Dois modos (cont.)

� Infraestruturado

� Comunicação passa por um ponto de acesso

� Vários pontos de acesso podem ser interligados através

de um backbone

� Sistema de distribuição

� Conjunto das estações e do sistema de distribuição

formam um ESS (Extended Service Set)

� Parece ser uma única rede para as camadas

superiores

Exemplo de rede infraestruturada

Rede IEEE 802.11 - gerenciamento

� Escaneamento

� Autenticação

� Associação

� Outros

Rede IEEE 802.11 - escaneamento

� Para encontrar as redes na vizinhança

� Utiliza alguns parâmetros

� Tipo de BSS: independente, infraestruturado ou ambos

� BSSID (endereço MAC do AP): individual (busca poruma rede específica) ou difusão (busca por qualquerrede)

� SSID: individual ou difusão

� Tipo de procura: ativa ou passiva

� Ativa: transmite probe requests

� Passiva: muda para cada canal na lista e espera por

quadros de sinalização (beacon)

Rede IEEE 802.11 - escaneamento

� Utiliza alguns parâmetros (cont.)

� Lista de canais

� Pode ser uma lista de canais (DSSS) ou um padrão de

saltos (FHSS)

� Outros

Rede IEEE 802.11 - autenticação

� Autenticação de “baixo nível”

� Estação apresenta sua identidade (endereço

MAC) antes de enviar quadros

� Rede infraestruturada

� Autenticação da estação e não do ponto de acesso

� Dois tipos

� De sistema de aberto (open system authentication)

� Simples troca de quadros com as identidades

� De chave compartilhada (shared key authentication)

� Usa o WEP (Wired Equivalent Privacy)

� Desafio (texto em claro) é enviado ao cliente e a resposta

(texto cifrado) prova que o cliente possui a chave

Rede IEEE 802.11 - autenticação

� Também pode ser usada lista de acesso

� Filtragem de endereços MAC

Rede IEEE 802.11 - associação

� Só para redes infraestruturadas

� Permite que o sistema de distribuição localize

cada estação

� APs podem repassar as informações da

associação para outros APs dentro do mesmo

ESS

Rede IEEE 802.11b - canais e associação

� Espectro de 2,4 a 2,485 GHz é dividido em 11

canais

� Canais com partes superpostas com canais vizinhos

� Administrador escolhe um canal para o AP

Rede IEEE 802.11b - canais e associação

� Hospedeiro se associa a um AP

� Varre os 11 canais em busca de quadros desinalização (beacon)

� Beacon inclui o SSID (Service Set IDentifier) e o MAC do

AP

� Escolhe um AP para se associar

� Se autentica e faz a associação

� Geralmente usa DHCP para obter um endereço dasub-rede do AP

Rede IEEE 802.11

� Dois mecanismos de acesso ao meio

� DCF (Distributed Coordination Function)

� Distribuído

� PCF (Point Coordination Function)

� Centralizado

� DCF

� Modo básico

� Usa CSMA/CA

� Modo com RTS/CTS

� CSMA/CA com RTS/CTS

Esquema básico de acesso ao DCF

� Intervalos entre quadros

� DIFS (Distributed InterFrame Space)

� Dados

� SIFS (Short InterFrame Space)

� ACK


� Estação que quer transmitir um quadro ouve o

meio

� Meio livre por DIFS

� Estação transmite o quadro

� Meio ocupado

� Estação espera o meio ficar livre por DIFS e entra na

fase de backoff

� Resposta

� Backoff

� Evita a captura do meio

Lógica de transmissão do IEEE 802.11 (após o primeiro quadro)



� Resposta

� CRC

� Reconhecimento positivo – ACK

� SIFS < DIFS


� Backoff

� Escolhe-se um número aleatório de slots entre 0 e CWassociado a um temporizador de backoff

� Meio livre por mais de DIFS → decrementa-se o

temporizador a cada tempo de slot

� Tempo de slot correspondente ao atraso máximo de

propagação dentro de um BSS e a outros atrasos

� Temporizador para quando há alguma transmissão

� Quando o temporizador chega a zero → transmite o

quadro


� CW (Contention Window)

� Aumenta quando uma colisão é inferida

� ACK não é recebido em um determinado tempo

� Próxima potência de 2 menos 1

� Até CWmax

� CWmin e CWmax dependem da camada física

� Quadro é descartado após um número máximo

de tentativas de transmissão

Rede IEEE 802.11

� CSMA/CA com RTS e CTS

� Baseado no MACAW

� Evita o problema do terminal escondido

� Detecção virtual de portadora

� Vetor de alocação de rede (NAV)

� Armazena informações relativas à ocupação do meio

� Quadros RTS e CTS enviados em uma das taxasbásicas da rede

� Para que estações que ouvem RTS e CTS possam

entender as informações de duração da comunicação

Rede IEEE 802.11

� CSMA/CA com RTS e CTS

� Podem existir ainda colisões de RTS

� Diferenças entre alcances de transmissão e interferência

� Alcance de interferência é duas vezes maior do que

o alcance de transmissão para redes WaveLAN

� Colisões podem ocorrer em um nó intermediário

� Eficiência diminuída devido à sobrecarga

� Uso de RTS/CTS a partir de um tamanho mínimo de

quadro

Mecanismo DCF com RTS e CTS

� Intervalos entre quadros

� DIFS

� RTS

� SIFS

� CTS

� Dados

� ACK

Mecanismo DCF com RTS e CTS

Mecanismo PCF

� Opcional

� Usado para tráfegos de tempo real

� Coordenador de ponto (no ponto de acesso)

consulta cada estação

� Transmissão sem contenção

� Tempo de acesso dividido em períodos de

superquadros

� Período livre de contenção (Contention Free Period -CFP)

� Período de contenção (Contention Period - CP)

� Usa o DCF

Mecanismo PCF - CFP

� Coordenador de ponto faz consultas (polling)

� Cada estação só pode transmitir quando receber

uma consulta

� Geralmente as estações recebem dados quando

são consultadas

� No fim do CFP começa um CP

Mecanismo PCF

� Coordenador inicia e controla o CFP

� Coordenador escuta o meio livre por PIFS

� Point Coordination InterFrame Space

� SIFS < PIFS < DIFS

� Início de um CFP

� Difusão de um sinal de beacon

� CFPmaxduration adicionada aos respectivos NAVs

Mecanismo PCF

� CFP pode terminar através do envio de um

CFend pelo coordenador

� Por exemplo quando a rede está com pouca carga

� Início de um CFP pode ser adiado

� Transmissão no modo DCF

� Duração do CFP muda

Mecanismo PCF

� Chega a vez de uma estação transmitir

� Coordenador envia um quadro de dados (se existir)dentro de um quadro de consulta (piggyback)

� Resposta

� ACK após SIFS (com dados se for o caso)

Mecanismo PCF

...

Mecanismo PCF

...

Mecanismo PCF

� Após transmitir a todas as estações de uma lista

de consultas, coordenador pode enviar quadros

a qualquer estação

� Se ainda houver tempo

� Estações pedem para entrar na lista de

consultas através de quadros de pedidos de

associação com o ponto de acesso

� Pedidos incluem um campo que indica se a estação écapaz de responder a enquetes durante o CFP

Mecanismo PCF

� Problemas

� Geração de atraso indesejado

� Diminuição do CFP quando uma estação continua

transmitindo após o tempo previsto para o superquadro

� Limitação da duração máxima do CFP que pode

provocar o adiamento de uma transmissão para o

próximo CFP

� Sobrecarga devido ao polling

Fragmentação

� Diminui a probabilidade de erros

� Suporte para a fragmentação de quadros em

transmissões ponto-a-ponto e remontagem do

quadro

� Receptores devem ter suporte a fragmentação

� Fragmentação é opcional nos transmissores

� Fragmentationthreshold

Fragmentação

� Fragmentos enviados em rajada

� Se não houver interrupção devido a limitação deocupação do meio na camada física

� Fragmento enviado SIFS após o ACK do fragmentoanterior

� Duração nos quadros RTS e CTS (caso utilizados)

� Indica o tempo necessário para a recepção do ACK do

próximo fragmento

� Duração nos quadros de dados e ACK

� Indica a duração total do próximo fragmento e do ACK

� Fragmentos enviados como quadros individuais

no CFP

Fragmentação

Exemplo de fragmentação no IEEE 802.11

Fragmentação

Exemplo de fragmentação com RTS e CTS no IEEE 802.11

Redes de Computadores sem Fio

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