Redes Avançadas

Prof. Mateus Raeder

Universidade do Vale do Rio dos Sinos- São Leopoldo -

Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Tecnologias de cobertura de Redes sem Fio

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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

C é o terminal exposto a B;

• 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.

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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