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* Tecnologia em Redes de Computadores Redes Sem Fio Leandro de Faria Freitas leandro.freitas@bh.estacio.br leandrodefariafreitas@gmail.com * * RSF– Loja especializada em produtos Wireless http://www.wirelessnetworkproducts.com/ a RSF – IEEE 802 * RSF – Comparação dos padrões IEEE 802 (sem fio) * RSF – Comparação dos padrões IEEE 802 (sem fio) * RSF – WLAN Padrões e mercado 802.11 Wi-Fi Arquitetura 802.11 Componentes, antenas e acessórios Site survey Testes de desempenho Segurança 802.11n * RSF – WLAN 802.11 802.11 Padrões do IEEE para redes locais sem fio http://www.ieee802.org/11/ Guia rápido de referência: http://www.ieee802.org/11/QuickGuide_IEEE_802_WG_and_Activities.htm Padrões: 802.11a/b/g/n 802.11i - WPA2 802.11e - QoS e Power Save ... * RSF – WLAN Wi-Fi Wi-Fi = Wireless Fidelity Conhecida até 1999 como “Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA)” Marca da Wi-Fi Alliance - http://www.wi-fi.org/ Hoje é “sinônimo” do IEEE 802.11 Certifica produtos pertencentes à classe WLAN * RSF – WLAN Padrões e mercado 802.11 Wi-Fi Arquitetura 802.11 Componentes, antenas e acessórios Site survey Testes de desempenho Segurança 802.11n * 802.1 Manage-ment 802.3 MAC 802.3 PHY 802.5 MAC 802.5 PHY 802.11 PHY 802.11a PHY 802.11b PHY 802.11g PHY 802.2 Logical Link Control (LLC) 802.11 Medium Access Control (MAC) CSMA/CD (Ethernet) CSMA/CA Token Ring CSMA/CA (Wireless LAN) RSF – WLAN Arquitetura 802.11 802.11n PHY * RSF – WLAN – Arq. 802.11 CSMA/CA 802.11 PHY 802.11a PHY 802.11b PHY 802.11g PHY 802.11 Medium Access Control (MAC) CSMA/CA CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Diferente da rede cabeada, estações WLAN gerando tráfego não podem detectar colisões → elas evitam colisões 802.11n PHY * CSMA/CA Poderia utilizar Infravermelho e RF. A especificação original de RF da camada física definia dois formatos de sinal (espalhamento): FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Taxas de transferência de dados suportadas: 1 and 2 Mbit/s. Banda ISM: 2.4 - 2.4835 GHz 802.11 PHY 802.11a PHY 802.11b PHY 802.11g PHY 802.11 Medium Access Control (MAC) CSMA/CA 802.11n PHY “Caducou” em 1999 RSF – WLAN – Arq. 802.11 802.11 * 802.11a opera na banda de 5.8 GHz. Banda: 5.725 – 5.875 GHz Utiliza OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Taxas de transferência suportadas: Muitas entre 6 e 54 Mbit/s. RSF – WLAN – Arq. 802.11 802.11a CSMA/CA 802.11 PHY 802.11a PHY 802.11b PHY 802.11g PHY 802.11 Medium Access Control (MAC) CSMA/CA 802.11n PHY Pouco utilizado no Brasil e Europa * O primeiro padrão largamente utilizado. DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) como o 802.11, mas com maiores taxas: 1, 2, 5.5, 11 Mbit/s Muda automaticamente a “velocidade” em caso de problemas na transmissão. Banda ISM: 2.4 - 2.4835 GHz RSF – WLAN – Arq. 802.11 802.11b CSMA/CA 802.11 PHY 802.11a PHY 802.11b PHY 802.11g PHY 802.11 Medium Access Control (MAC) CSMA/CA 802.11n PHY Obsoleto * 802.11g é o padrão mais utilizado hoje em dia, opera na mesma banda do 802.11b. Banda ISM: 2.4 - 2.4835 GHz OFDM e DSSS Taxas de tranf. suportadas: Várias entre 1 to 54 Mbit/s CSMA/CA 802.11 PHY 802.11a PHY 802.11b PHY 802.11g PHY 802.11 Medium Access Control (MAC) CSMA/CA 802.11n PHY RSF – WLAN – Arq. 802.11 802.11g * 802.11n é o novo padrão. Lançado oficialmente em nov/2009. Banda ISM: 2.4 - 2.4835 GHz + 5.725 – 5.875 GHz OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Taxas de tranf. suportadas: Várias até 600 Mbit/s CSMA/CA 802.11 PHY 802.11a PHY 802.11b PHY 802.11g PHY 802.11 Medium Access Control (MAC) CSMA/CA 802.11n PHY RSF – WLAN – Arq. 802.11 802.11n Será abordado em maiores detelhas no decorrer do curso * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Desafios da Camada MAC Qualidade de RF: Diferente da maioria dos outros protocolos de enlace, a subcamada MAC do 802.11 utiliza confirmação positiva. Todos os frames são confirmados. * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Desafios da Camada MAC Problema da estação oculta e exposta: * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Camada MAC Para lidar com estes problemas, foram criados dois modos de operação: DCF (Distributed Coordination Function): Não utiliza controle central Semelhante ao Ethernet Dois tipos CSMA/CA “puro” CSMA/CA com MACAW Implementação obrigatória PCF (Point Coordination Function): Utiliza a estação base – BS ou AP – para controlar toda a atividade em sua célula Trabalha com polling Não há colisão Implementação opcional * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Camada MAC - DCF Baseado no protocolo CSMA/CA “puro” É utilizado como uma função de coordenação distribuída Acesso múltiplo com detecção da portadora Tenta prevenir colisões com intervalos entre dados Se houve colisão, as estações esperam um tempo aleatório para tentar transmitir novamente (backoff algotithm) * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Camada MAC - DCF Baseado no protocolo CSMA/CA com MACAW Utilização de RTS e CTS RTS = Request to Send CTS = Clear to Send * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Camada MAC - DCF Utilização de detecção de canal virtual com CSMA/CA e MACAW NAV = Network Allocation Vector - Alocação de “canal virtual” = “fica esperando a conversa terminar” * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Camada MAC – DCF – Fragment. Quanto maior o quadro, maior a probabilidade de haver interferência e o consequente dano ao pacote. Neste caso, utiliza-se fragmentação. Controle feito com SIFS ??? * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Camada MAC – DCF – Intervalos SIFS – Short InterFrame Spacing Utilizado para permitir que partes de um único diálogo tenham a chance de transmitir primeiro (normalmente com fragmentos). PIFS – PCF InterFrame Spacing Estação base envia pacotes de controle. DIFS – DCF InterFrame Spacing Qualquer estação pode tentar adquirir a posse do canal para enviar um novo quadro. EIFS – Extended InterFrame Spacing Utilizado por estações que receberam um quadro defeituoso. * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Camada MAC – DCF – Intervalos * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Camada MAC – DCF – Fragment. * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Camada MAC – PCF Implementado sobre o DCF * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Camada MAC – PCF Utilizado principalmente para criar um intervalo de tempo “sem contenção” (quando a AP distribui os slots de tempo de acesso) Normalmente demandado por aplicações de tempo real PC = Point Coordinator * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Estrutura do Quadro São definidos 3 tipos de quadros: Dados Controle: RTS, CTS ou ACK Gerenciamento: Associação, Autenticação, … Ex: Quadro de Dados * Independent Basic Service Set (IBSS) Estrutura descentralizada Flexível: Redes permanentes e temporárias Infrastructure Basic Service Set (BSS) Componentes: Station (STA) Access Point (AP) or Point Coordinator (PC) RSF – WLAN – Arq. 802.11 Topologias IBSS BSS * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Topologias - ESS BSS BSS BSS ESS O padrão não define detalhes de implementação Pode ser cabeada ou sem fio Distribution System (DS) * BSSID (Basic Service Set Identity) BSS: MAC address da AP Ad-Hoc: número aleatório escolhido pelo dispositivo que inicia a rede SSID (Service Set ID) Conhecido como “o nome da rede” Tamanho: 2~32 bytes 0: é o SSID de broadcast Deve ser único; utilizado para distinguir as WLAN´s AP´s e estações que querem formar uma única WLAN devem utilizar o mesmo SSID RSF – WLAN – Arq. 802.11 BSSID e SSID * A arquitetura IEEE 802.11 define 9 serviços: 4 chamados de estação e 5 de distribuição. Serviços de Estação (atividades dentro de uma única célula): Authentication Deauthentication Confidentiality se chamava privacy quando apenas o WEP existia Data delivery entrega de dados Serviços de Distributição (gerenciamento de associação e interação com estações fora da célula): Association gera a conexão entre STA e a AP Disassociation Reassociation como associação, mas informa a antiga AP Distribution encaminhamento de pacotes (papel de switch) Integration conecta a WLAN com outras LANs, conversão de formatos de pacotes Similar a conectar/desconectar um cabo em uma rede tradicional (end. MAC) RSF – WLAN – Arq. 802.11 Serviços de Rede * Estado1: unauthenticated, unassociated Estado 2: authenticated, unassociated Estado 3: authenticated, associated Disassociation notification Successful authentication Deauthentication notification Successful authentication or reassociation Class 1, 2 & 3 frames Class 1 & 2 frames Class 1 frames Deauthentication notification Uma STA pode estar autenticada em várias AP´s, mas associada a apenas uma RSF – WLAN – Arq. 802.11 Serviços de Rede - Estados * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Suporte a mobilidade Transição na mesma ESS Transição entre ESS´s diferentes Roaming possível com: Mobile-IP soluções proprietárias * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Suporte a mobilidade * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Beacon Beacons são pequenos frames utilizados para organizar e sincronizar a comunicação: Sincronização de clock Configurações de parâmetros FH e DS Informações de SSID Traffic Indication MAP (TIM) Indica aos cliente que há tráfego de multicast/broadcast para ser enviado pela AP Informações sobre taxa de transmissão * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Scanning Escaneamento Passivo: Estações escutam o meio para identificar a existência das redes * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Scanning Escaneamento Ativo: Estações enviam probes em cada canal na tentativa de encontrar uma rede conhecida (SSID configurado) ou com desconhecida (SSID de broadcast) * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Adaptação Dinâmica Ajuste automático de velocidade: DSR - Dynamic Rate Switching ASR - Automatic Rate Selection * RSF – WLAN – Arq. 802.11 Modos de operação das AP´s Access Point Brigde Normalmente mutuamente exclusivo com o modo AP Dois tipos: Ponto a ponto Ponto a multiponto Repetidor: AP não se conecta a uma rede cabeada Ela “repete” o sinal de outra AP Mesmo SSID (?), canal e sobreposição de sinal Cliente * RSF – WLAN Componentes, antenas e acessórios Padrões e mercado 802.11 Wi-Fi Arquitetura 802.11 Componentes, antenas e acessórios Site survey Testes de desempenho Segurança 802.11n * RSF – WLAN – Componentes Access Point - Características Antenas: fixas ou removíveis Capacidade de filtragem de endereços MAC Capacidade de filtragem de protocolos (firewall?) Configuração e gerenciamento via browser ou console Padrões de segurança suportados Serviços de DHCP e NAT Roteamento * RSF – WLAN – Componentes Access Point - Indoor * RSF – WLAN – Componentes Access Point - Outdoor * RSF – WLAN – Componentes Acessórios Amplificadores Atenuadores Protetor contra raios (lightning arrestors) Conectores Spliters Cabos Pigtail Caixas de proteção * RSF – WLAN – Componentes Acessórios Amplificadores Atenuadores * RSF – WLAN – Componentes Acessórios Protetor contra raios (lightning arrestors) Spliters * RSF – WLAN – Componentes Acessórios Conectores SMA Tipo N TNC * RSF – WLAN – Componentes Acessórios Conectores * RSF – WLAN – Componentes Acessórios Cabos Utilize o menor comprimento possível Com menor perda (de boa qualidade qualidade!) Mesma impedância dos outros componentes * RSF – WLAN – Componentes Acessórios Pigtail Faz a conversão de padrões diferentes de conectores * RSF – WLAN – Componentes Acessórios Caixa de proteção * RSF – WLAN – Componentes Acessórios Caixa de proteção * RSF – WLAN – Componentes Antenas Tipos de antenas: Omnidirecionais: todas as direções Semi-direcionais: focadas em um ângulo específico Direcionais: muito focadas em uma direção * RSF – WLAN – Componentes Antenas – Diagrama de Irradiação * RSF – WLAN – Componentes Antenas Omnidirecionais Outdoor Indoor * RSF – WLAN – Componentes Antenas Semi-direcionais Yagi Setoriais Horizontal Vertical * RSF – WLAN – Componentes Antenas Direcionais Parabólicas Horizontal Vertical * RSF – WLAN – Componentes Antenas – Zona de Fresnel Direcionais Links: ficar atendo à Zona de Fresnel Causado por difração das ondas em uma abertura circular Obstáculos dentro desta zona causam recebimento de sinais fora de fase (multi-caminho) * RSF – WLAN – Componentes Antenas – Zona de Fresnel Uma obstrução de até 40% é aceitável Mas até 20% é o recomendado 60% 100% * RSF – WLAN – Componentes Antenas – Zona de Fresnel 1ª zona – 0º a 90º 2ª zona – 90º a 270º 3ª zona – 270º a 450º * RSF – WLAN – Componentes Antenas – Zona de Fresnel http://www.wirelessconnections.net/calcs/FresnelZone.asp http://www.afar.net/fresnel-zone-calculator/ * RSF – WLAN – Componentes Antenas “Home made” :-D http://freeantennas.com/projects/Ez-10/ * RSF – WLAN – Componentes Antenas “Home made” :-D http://freeantennas.com/projects/template2/index.html http://www.youtube.com/watch?v=YOBfxbpxosA&feature=related * RSF – WLAN Atividade Estruturada TP 1 – AV2 Construir uma antena “home made” compatível com D-Link 700 AP ou Linksys WAP 54G O grupo que fizer a antena com a melhor construção e ganho receberá pontos extras * RSF – WLAN – Componentes Prática Configuração básica da AP Troca de Antena Medição do sinal Checagem do espectro com Wi-Spy * RSF – WLAN Site Survey Padrões e mercado 802.11 Wi-Fi Arquitetura 802.11 Componentes, antenas e acessórios Site survey Testes de desempenho Segurança 802.11n * RSF – WLAN – Site Survey Definição “Site survey” é uma metodologia aplicada na inspeção técnica minuciosa do local que será objeto da instalação de uma nova infra-estrutura de rede, na avaliação dos resultados obtidos com as melhorias da infra-estrutura existente ou mesmo na identificação e solução dos problemas de um sistema já em funcionamento.” Não ocorre apenas em redes wireless. * RSF – WLAN – Site Survey Objetivo Assegurar que o número, localização e configuração da nova instalação de rede forneçam as funcionalidades requeridas e propiciem um desempenho compatível com o investimento proposto no projeto. * RSF – WLAN – Site Survey Procedimentos Preliminares Questionário executivo: Análise das necessidades do negócio: Qual o nível de segurança requerido? Quantos usuários da rede sem fio por área em média? Haverá aplicações com necessidades de desempenho em tempo real? (voz e vídeo) Redes e dispositivos existentes Número de usuários Sistema operacionais Qual a largura de banda requerida? * RSF – WLAN – Site Survey Considerações Obstrução por obstáculos Fontes de interferência Telefones 2.4 GHz Câmeras Wireless Outras redes ... Comportamento de RF: Atenuação Reflexão Refração Difração Absorção * RSF – WLAN – Site Survey Equipamentos – o que levar? Access Point (para geração de sinal) Antenas Notebook com utilitários específicos para redes wireless Bateria, extensão elétrica Cabos de rede Plantas da área de cobertura Escadas, trena, lanterna, binóculo, ferramentas, ... GPS ... * RSF – WLAN – Site Survey Procedimentos Os procedimentos envolvidos na metodologia visam dimensionar adequadamente o local para a instalação dos equipamentos e cabos (redes estruturadas) ou de Pontos de Acesso (redes wireless), permitindo que todas as estações possam ter qualidade nas conexões e obtenham total acesso às aplicações disponíveis na rede. * RSF – WLAN – Site Survey Procedimentos Estratégia 1 – Projeto Obtenção dos diagramas representativos do local de instalação da infra-estrutura da rede (plantas da edificação) para a definição das rotas do cabeamento e/ou linhas de visada; Identificação e localização dos pontos de rede nas áreas de trabalho e locais de concentração de equipamentos para a elaboração das plantas, desenhos e esquemáticos, seguindo uma simbologia padronizada; * RSF – WLAN – Site Survey Procedimentos Estratégia 1 – Projeto Inspeção visual do local para a definição da prumada da rede e identificação de possíveis obstáculos para a passagem de cabos e/ou montagem dos Pontos de Acesso; Verificação de facilidades quanto ao fornecimento de energia elétrica, condições do aterramento, sistemas de controle de ventilação, temperatura e umidade nos pontos de concentração de equipamentos; * RSF – WLAN – Site Survey Procedimentos Estratégia 1 – Projeto Definição dos requisitos da rede quanto: Cobertura (área geográfica ocupada pela rede estruturada ou que se pretende alcançar via rede wireless); Performance (que irá depender das aplicações de rede); Mobilidade (em redes wireless, roaming entre pontos de acesso); Número de pontos ativos na(s) área(s) de trabalho; Tipos de equipamentos utilizados; Interfaces disponíveis; Segurança física e lógica; Possibilidade de ampliação; Orçamento do projeto; Prazo de instalação. * RSF – WLAN – Site Survey Procedimentos Estratégia 1 – Projeto Identificação de possíveis fontes de interferência EMI/RFI; Definição da potência dos Pontos de Acesso (limites legais, área de cobertura e tipos de antenas); Planejamento das freqüências utilizadas (escolha dos canais dos AP’s); Instalação e testes de aceitação da rede; Documentação do design final da infra-estrutura da rede efetivamente construída (As Built). * RSF – WLAN – Site Survey Procedimentos Estratégia 2 – “Incremental” Obtenção dos diagramas representativos (plantas) - It is important that you have an accurate blueprint of the facility you are surveying so you can diagram coverage zones and access point locations as the survey is performed. Execute um reconhecimento do ambiente - More often than not, the person performing the survey has been contracted, and has no familiarity with the area being surveyed. Doing an initial site walk thru will familiarize the surveyor of the facility. It will also let any on site IT or management point out areas that may not need coverage. Determine visualmente um ponto de início - An experienced surveyor will be able to analyze a facility and determine a starting point. This starting point is in no way set in stone, but provides for the first zone to be tested for data throughput between the temporarily installed network, and the client PC. It is best to start in a corner of the building and work to the other side. * RSF – WLAN – Site Survey Procedimentos Estratégia 2 – “Incremental” Instale a primeira AP- Using a lift, you will now temporarily install the access point and chosen antenna to the ceiling. Depending on the environment, you will choose either a Dipole, Directional, or Omni-Directional antenna. Other considerations would be the Peak Gain (dBi) of the antenna. Determine a taxa de transferência entre a AP e o PC - Using software to send data back and forth between the installed network and the client PC, you will now walk through the facility and monitor actual throughput. Measuring actual throughput will give you the best representation of what to expect when your completed network is in place. Determine a área de cobertura - As you walk further from the AP you will see the throughput rates begin to drop. As soon as they have dropped to your allowable throughput cutoff rate you have found the end of your zone. You should try to test the entire zone and determine the exact perimeter in which to use as a cut off area. The throughput rates should be determined prior to the site survey and depend on what sort of data is being transferred on your network. * RSF – WLAN – Site Survey Procedimentos Estratégia 2 – “Incremental” Repita o processo para a próxima área de cobertura - With zone one completed you should have a good idea of the coverage to expect. Take down the installed access point & antenna, and reinstall in a neighboring zone. Repeat the steps to determine coverage area. Continue this process until the entire building is covered. Keep in mind that all zones will not necessarily require the same antenna type, or dBi. Selecione os canais para as AP´s - Each AP can be configured on a different frequency - or channel. The available channels on the B/G spectrum (at least in the US) are 1 - 11. The only non-overlapping channels would be 1, 6, 11. To minimize interference between your access points it is important to develop an AP layout that uses only these channels, and keeps the same channels as far away from one another as possible. * RSF – WLAN – Site Survey Softwares Existem muitas opções no mercado: Ekahau Heatmapper (Free) Ekahau SiteSurvey VisiWare WirelessMon Pro * % http://wi-spy.com/products * ‘ * RSF – WLAN – Site Survey Softwares – netsh netsh wlan show networks mode=bssid * RSF – WLAN Testes de desempenho Padrões e mercado 802.11 Wi-Fi Arquitetura 802.11 Componentes, antenas e acessórios Site survey Testes de desempenho Segurança 802.11n * RSF – WLAN Testes de desempenho Assim que a rede estiver operacional, é interessante que seja observado o desempenho da mesma. É importante estar atento a: Manter histórico (geração de gráficos) Variações do tempo de resposta Variações no throughput máximo Variações na “qualidade do sinal” (SNR ou RSSI) * RSF – WLAN Testes de desempenho Ferramentas: Conectividade e variação do tempo de resposta: ping (multiping, pingplotter, colasoft ping, konst pinger...) MTR (traceroute gráfico) MRTG/CACTI Throughput: Netpersec com transferência de arquivos (FTP) Jperf (iperf) Qualidade do sinal: inSSIDer Netstumbler * RSF – WLAN Próximas aulas Segurança 802.11n Práticas * Redes Sem Fio Bibliografia: Behrouz Forouzan Comunicação de dados e redes de computadores Artmed/Bookman 3a. edição 2006 capitulo 17 – telefonia celular e redes de satélite 22 páginas Kurose James Redes de computadores e a Internet Pearson 3a. Edição 2005 redes sem fio e redes móveis 49 páginas Simon Haykin Sistemas modernos de comunicação wireless Artmed/Bookman 1a. Edição 2008 capitulo 7 - arquiteturas wireless 29 páginas Técnicas de comunicação Eletronica - Paul Young Pearson Education - 5º Edição. 2005 Capítulo: modulação digital e de pulsos - 22 páginas Capítulo: Antenas - 22 páginas * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *