Redes Sem Fio

Redes sem Fio

Prof. MSc. Nelcileno Virgílio de Souza Araújourl: br.geocities.com/nelcilenoe-mail : [email protected] : [email protected] : 84012955

Programa

Introdução a Redes de Computadores sem Fio

IEEE 802.11BluetoothIEEE 802.16

Comunicação sem Fio

Usada desde o início do século passado Telégrafo

Avanço da tecnologia sem fio Rádio e televisão

Mais recentemente aparece em Telefones celulares Satélites Redes sem fio

Redes sem fio - Introdução

Apresentam as maiores perspectivas atualmente Recebem os mais vultosos investimentos em pesquisa

e desenvolvimento Permitem a interconexão de diferentes tipos de

dispositivos Impressoras Faxes Telefones Agendas eletrônicas Computadores pessoais Outros

Redes sem fio - Introdução

Podem ser divididas em Redes para interconexão de sistemas ou redes pessoais sem

fio Objetivo principal a eliminação de fios Ex.: Bluetooth

Redes locais sem fio Ex.: IEEE 802.11

Redes metropolitanas sem fio Ex.: IEEE 802.16

Várias redes sem fio visam explorar a mobilidade do usuário Característica importante, intrínseca e exclusiva das redes

sem fio

Comunicação sem fio - Introdução

Transmissão sem fio utiliza o ar como meio Métodos de transmissão no ar

Rádio Microondas Infravermelho Luz


Principais problemas Grande atenuação Limitado alcance Espectro de freqüências disponível Interferência Dificuldade de se atingir altas taxas de

transmissão Segurança Reflexões do sinal no interior de uma casa


Informações transferidas entre origem e destino através de sinais eletromagnéticos.

Comunicação sem fio – Introdução

Sinais são transmitidos em meios físicos, também chamados meios de transmissão

Meios físicos Guiados

Ex.: cabo coaxial, cabo de pares trançados etc. Não guiados

Ex.: espaço livre Não há confinamento das ondas

eletromagnéticas


Cada meio físico possui características próprias em relação a Banda passante Atenuação Sensibilidade a ruídos Custo Outros


Características fundamentais dos sinais Comprimento de onda () Velocidade de propagação (v = * f) Índice de refração do meio (n = c / v, onde c é a

velocidade da luz no vácuo)


Propagação de uma onda em meios com índices de refração diferentes pode gerar Refração

É o desvio que o trajeto do sinal sofre ao atravessar uma superfície que separa dois meios transparentes.

Reflexão Ocorre quando um sinal encontra uma superfície grande

comparada ao comprimento de onda do sinal Em ambientes fechados

Ondas se refletem em paredes e móveis Em ambientes abertos

Ondas se refletem em casas, prédios, montanhas e carros

Comunicação sem fio – Espectro

A extensão completa da energia armazenada ou propagada pelos campos de energia elétrica e magnética. A parte mais baixa do espectro é conhecida como energia não-ionizante, e inclui freqüências de energia elétrica, de rádio, de infravermelho, a luz visível e o ultra-violeta. A parte mais alta do espectro é conhecida como energia ionizante e inclui raios X e gama.

Comunicação sem fio – Espectro

Espectro eletromagnético para telecomunicações (fonte: Stallings)

Comunicação sem fio – Antenas


Antena é um condutor elétrico ou um sistema de condutores Necessária para a transmissão e a recepção de

sinais através do ar Na transmissão

Antena converte energia elétrica em energia eletromagnética

Antena irradia essa energia no ar Na recepção

Antena capta energia eletromagnética do ar Antena converte essa energia em energia elétrica


Uma única antena pode ser usada para transmissão e recepção

Antena irradia potência em todas as direções Mas não apresenta o mesmo desempenho em

todas as direções Em geral, quanto maior a freqüência, mais

direcional é o feixe gerado pela antena Antenas podem ser

Omnidirecionais Direcionais


OmnidirecionalMaioria das antenasAlcance de transmissão cobre uma área

circular em torno do transmissorDuas estações se comunicando →

estações na vizinhança devem permanecer caladas

Para não haver interferência


Omnidirecional


Direcional Pode minimizar o problema de interferência Área coberta pode ser aproximada por um setor

circular Antena gera um feixe focado

Reutilização espacial pode ser mais explorada Ganhos de transmissão e de recepção são maiores Alcance de transmissão é maior


Direcional


O sucesso do projeto depende fundamentalmente do sistema irradiante (antena).

Parâmetros para a escolha de uma antenaGanhoDistânciaLargura de onda


Ganho - Expresso em dbi, é o aumento da potência do sinal após processado por um dispositivo eletrônico. Usualmente, ganhos maiores revertem em distâncias maiores, contudo maiores distâncias exigem largura de onda menor e margem de erro muito maior. Para evitar esses problemas, alguns fatores como vento e prédios existentes no trajeto do sinal devem ser considerados no projeto da rede wireless.


Distância - A antena a ser escolhida deve cobrir uma distância maior que a aplicação necessária. Caso seja utilizada uma antena operando em sua capacidade máxima, provavelmente os sinais chegarão mais fracos que o exigido pela aplicação.


Largura da onda - Expressa em graus, a largura de onda denota o alcance de um sinal. Geralmente, quanto mais larga for a onda, mais curta será a área de cobertura. Por outro lado, as ondas mais largas compensam os fatores ambientais, como o vento, que afetam adversamente a performance da antena.

Comunicação sem fio – Problemas

Problemas de transmissão sem fioAtenuaçãoPerda no espaço livreRuídosDesvanecimentoAbsorção atmosférica

Comunicação sem fio – atenuação

Força de um sinal cai com a distância Redução chamada de atenuação

Sinal recebido deve ter uma força suficiente para que o circuito do receptor possa detectá-lo e interpretá-lo Sinal muito forte pode sobrecarregar o circuito

Distorção

Sinal deve manter um nível suficientemente mais alto do que o ruído para ser recebido sem erros

Comunicação sem fio – atenuação

Além de uma determinada distância, a atenuação torna-se muito forteUsam-se repetidores ou amplificadores

Atenuação varia com a freqüênciaÉ maior nas freqüências mais altas

Técnicas para equalizar a atenuação através de uma banda de freqüências são usadas

Comunicação sem fio – perda no espaço livre

Tipo particular de atenuação em transmissões sem fio

Sinal se espalha conforme a distância aumenta → atenuação cada vez maior a medida que o sinal se afasta da antena transmissoraSinal se dispersa por uma área cada vez

maior

Comunicação sem fio – ruídos

Sinais não desejados entre a transmissão e a recepção

Quatro tipos Térmico Intermodulação Diafonia (crosstalk) Impulsivo

Comunicação sem fio – ruído térmico

Devido à agitação térmica dos elétronsUniformemente distribuído através do

espectro de freqüênciasRuído branco

Comunicação sem fio – ruído por intermodulação

Devido ao compartilhamento de um mesmo meio de transmissão entre sinais de diferentes freqüências

Produz sinais em uma freqüência que é a soma ou a diferença entre as freqüências originais ou entre múltiplos dessas freqüências

Ocorre quando há não-linearidade no transmissor, no receptor ou no sistema de transmissão interveniente Não-linearidade pode ser causada por

Mau funcionamento de componentes Uso excessivo de força de sinais Natureza dos amplificadores utilizados

Comunicação sem fio – diafonia

Linha cruzada como na telefoniaPode ocorrer quando sinais indesejados

são pegos por antenas de microondasEfeito dominante nas bandas ISM

Comunicação sem fio – ruído impulsivo

Consiste de pulsos ou picos irregulares de ruídos de curta duração e relativamente grande amplitude

Gerado por trovões e falhas no sistema de comunicação

Comunicação sem fio – desvanecimento

Fading Variação temporal da potência do sinal

recebido Causada pelo mudanças no meio de transmissão

ou no(s) caminho(s) Em um ambiente fixo

Afetado por mudanças nas condições atmosféricas Ex.: chuva (rainfall)

Em um ambiente móvel Afetado pelas mudanças na localização relativa de

vários obstáculos

Comunicação sem fio – múltiplos caminhos

Sinal recebido pelo receptor é composto de sinais vindo de diferentes direções e caminhosDiferente das comunicações cabeadas

Mecanismos de propagaçãoReflexãoDifraçãoDispersão

Comunicação sem fio – múltiplos caminhos

Comunicação sem fio – absorção atmosférica

Chuva e neblina (fog) causam a dispersão de ondas que gera atenuação Isso pode ser uma causa principal de

perdasEm áreas com muita chuva, as distâncias

envolvidas devem ser pequenas ou bandas de freqüências mais baixas devem ser usadas

Comunicação sem fio – modos de propagação

Sinal irradiado pode se propagar de três formas Acima do solo (ground wave) No céu (sky wave) Através de visada direta


Acima do solo Segue o contorno da terra Pode-se propagar por distâncias consideráveis Freqüências até 2 MHz Ondas sofrem difração na terra Ondas são espalhadas pela atmosfera

Não penetram na atmosfera mais alta Ex.: Rádio AM


No céu Sinal é refratado na ionosfera Pode-se propagar por distâncias consideráveis

através de saltos entre a terra e a ionosfera Freqüências de 2 a 30 MHz Ex.: Rádio-amador


Visada diretaAntenas devem estar alinhadas

Comunicação via satélite – sinais de 30 MHz não são refletidos na ionosfera

Comunicação no solo – antenas com linha de visada efetiva devido à refração

Topologias de comunicação

Programa



Redes sem fio

Dividida em 2 categorias Redes com infra-estrutura

Toda a comunicação é realizada através de um ponto de acesso Ex.: redes celulares

Redes sem fio

Redes sem infra-estrutura ou redes ad hocEstações se comunicam diretamente

Redes ad hoc de comunicação diretaRedes ad hoc de múltiplos saltos

Estações também se comportam como roteadores

Redes ad hoc

Redes ad hoc de múltiplos saltos

Redes ad hoc

Principais características Auto-organização dinâmica Topologia arbitrária e temporária

Vantagens Grande flexibilidade

Podem ser formadas em lugares ermos Baixo custo de instalação Robustez

Podem resistir a catástrofes da natureza e a situações de destruição por motivo de guerra

Principais aplicações Ambientes onde

Não há infra-estrutura A infra-estrutura existente não é confiável

Redes locais sem fio - WLAN


IEEE 802.11:Aprovado em 07/1997;Provê taxa de transferência de 1 e 2Mbps;Trabalha na faixa de freqüência de até

2,4GHz;Baixa taxa de transmissão de dados;Está Obsoleto.


IEEE 802.11a :Aprovada em 1999;Taxa de transferencia de até 54 Mbps;Trabalha na faixa de 5 GHz;Alto custo de implementação e consumo de

energia;Não indicado para dispositivos móveis.


IEEE 802.11b :Última revisão em 07/2001;Taxa de transferencia de até 11Mbps;Trabalha na faixa de 2,4GHz;Desempenho semelhante ao Ethernet

10Mbps;Foi a implementação de WLAN mais

popular, e seu uso é incentivado pelo Wi-Fi Alliance


IEEE 802.11g :Aprovado em 2003;Taxa de transferência de até 54 Mbps;Trabalha na faixa de 2,4GHz;Substituiu o padrão 802.11b;Atualmente é a implementação de WLAN

mais popular;Seu uso é incentivado pelo Wi-Fi Alliance.


IEEE 802.11n : MIMO Nova especificação 2007; Taxa de transferência de até 300 Mbps, 600 Mbps; Trabalha na faixa de 2,4GHz; MIMO – Multiple in Multiple out HDTV, VoIP Substituirá o padrão 802.11g ????


Arquitetura do padrão IEEE 802.11 Unidade Básica de Serviço (BSS - Basic Service Set); Estações (STAs); O meio sem fio (RF); Ponto de acesso (AP); Sistema Distribuído (DS); Conjunto estendido de serviços (ESS - Extended Service Set );


Topologia das WLANs

Controle de acesso ao meio – 802.11 - CSMA

O problema do terminal escondido

BA C• A envia para B, C não pode receber de A • C quer enviar para B• Se utilizar CSMA/CD:

• C escuta o meio “livre”, depois C transmite para B

• Colisão em B, mas A não consegue detectar a colisão

• Dessa forma, A está “escondido” de C

Controle de acesso ao meio – 802.11 - CSMA

O problema do terminal exposto

BA C D

• B transmite para A, C quer enviar para D• Se utilizar CSMA/CD

• C escuta o meio “ocupado”, então C espera

• Mas A está fora do alcance de C, sendo assim a espera não é necessária

• Dessa forma, C está “exposto” a B

Subcamada MAC IEEE 802.11 – CSMA/CA

Transmissor 802.111. Se o canal é percebido quieto (idle)

por DIFS então Transmite o quadro inteiro (sem CD).2. Se o canal é percebido ocupado, então Inicia um tempo de backoff aleatório Temporizador decrementa contador

enquanto o canal estiver ocioso Transmite quando temporizador expira

Se não recebe ACK, aumenta o intervalo de recuo (backoff) aleatório; repete passo 2.

Receptor 802.11 Se o quadro é recebido corretamente retorna ACK depois de SIFS (ACK é

necessário devido ao problema do terminal oculto)


Evitando colisõesIdéia: permite o transmissor “reservar” o canal em vez de acessar

aleatoriamente ao enviar quadros de dados: evita colisões de quadros grandes

Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) à estação-base usando CSMA

RTSs podem ainda colidir uns com os outros, mas são pequenos

BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS RTS é ouvido por todos os nós Transmissor envia o quadro de dados Outras estações deferem suas transmissões Após recepção do pacote, destinatário envia confirmação

(i.e., ACK).


Não é perfeito; pode ocorrer colisões: primeiro caso


Não é perfeito; pode ocorrer colisões: segundo caso


Funções de coordenação do controle de acesso ao meio:

A função de coordenação é quem determina qual e quando uma estação pertencente ao BSS possui permissão para enviar e receber dados utilizando o meio sem fio.

PCF - Point Coordination Function;DCF - Distributed Coordination Function;


Point Coordination Function Utiliza uma estação-base

de controle Função do PCF realizada

pelo Point Coordinator (PC) no AP

Livre de contenção! Polling: estação base

coordena transmissão das demais estações, sem que estas precisem concorrer pelo canal

PCF deve conviver com o modo DCF!

PCF - Point Coordination Function

No início nominal de um período CFP, o PC (AP) escuta o meio. Caso este fique ocioso por um intervalo PIFS, o PC (AP) inicia o CFP de fato.

CFP é iniciado com a transmissão de um beacon (sincronização é uma das funções do AP). Intervalos SIFS são utilizados entre transmissões subsequentes.

DIFS - Distributed interframe spaceSIFS - Short interframe spaceNAV – Network Allocation Vector

PCF - Point Coordination Function

Caso o CFP esteja pouco carregado o PC pode encurtar o CFP dando mais tempo para o período de contenção, para isso o PC envia um CF-End.

DIFS - Distributed interframe spaceSIFS - Short interframe spaceNAV – Network Allocation Vector

DCF - Distributed Coordination Function

Também conhecido como modo ad hoc;

Não utiliza nenhuma forma de infraestrutura central de controle;

Utiliza Carrier Sense Multiple Access with collision avoidance)


Uma estação ao sentir o meio ocioso por um período DIFS (DCF interframe space) transmite!

Em caso de colisão (assume-se que ocorreu!): calcula um random backoff (tempo de espera durante a

janela de contenção), e continua o carrier sense: caso o meio ficar ocupado durante o tempo de espera,

congela contador e continua assim que o meio estiver ocioso novamente.

caso contador zere (durante meio ocioso), transmite.

Diferentes tempos de espera: Short IFS (SIFS) para pacotes com prioridade (pacotes de controle), e PCF IFS (PIFS) para coordenação com estação base (no modo com infraestrutura).


Tecnologias de transmissão de redes sem fio


Espalhamento Espectral: É uma técnica de transmissão por rádio-freqüência,

desenvolvida por militares para uso em sistemas de comunicação confiáveis e seguros.

Inventada na Alemanha durante a II Guerra Mundial, com algoritmos simples de salto de freqüência.

Apesar de ser um meio confiável, só foi adotado como padrão comercial em 1997

Com o uso da banda não-licenciada ISM (Industrial Scientific e Medical), os dispositivos passaram a necessitar de uma tecnologia que preserve os vários sinais da interferência uns nos outros.


A tecnologia Spread Spectrum usa uma técnica de codificação para transmissão digital que, ao invés de transmitir o sinal continuamente sobre uma banda de freqüência estreita, várias partes são transmitidas separadamente através de um amplo espectro de freqüência. 902MHz à 928MHz →Freqüência utilizada por telefones sem

fio 2400MHz à 2483,5MHz →Freqüências utilizadas pelo padrão

IEEE 802.11 5725MHz à 5850MHz→Freqüências utilizadas pelo padrão

IEEE 802.15


FHSS – Frequency Hoping Spread Spectrum: Utiliza um sinal que alterna sua freqüência em um padrão

conhecido pelo transmissor e pelo receptor. Técnica padrão do rascunho do IEEE 802.11 em 1997 que

mais foi empregada. O IEEE especifica 79 canais de 1MHz e 78 seqüências

diferentes de salto de freqüência. Cada um destes canais é usado por um tempo máximo de

400 milisegundos.


FHSS – Frequency Hoping Spread Spectrum


DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum: O método de modulação Direct Sequency é a

técnica mais utilizada nos dias de hoje, adotada pelo padrão 802.11b e, também pelo padrão 802.11g.

A transmissão de Direct Sequency Spread Spectrum é uma técnica usada para transmitir um sinal sobre uma ampla banda de freqüência.


DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum: O sistema Direct Sequency Spread Spectrum, é

assim chamado porque emprega uma seqüência de codificação de alta velocidade, através do qual a informação básica é enviada para modular a portadora.

É gerado um padrão de bits redundantes para cada bit a ser transmitido. O sinal com a informação (símbolo) a ser transmitida é multiplicado por um código digital de alta taxa, o qual espalha a largura de banda antes da transmissão


DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum: Mesmo se um ou mais bits no chip for perdido

durante a transmissão, técnicas estatísticas embutidas no rádio poderão recuperar o dado original sem a necessidade desse ser retransmitido.


OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM, é uma técnica de comunicação que usa a largura de

banda de um canal de freqüência, quebrando-a em vários sub-canais igualmente espaçados.

Cada subportadora é independente de qualquer outra sub-portadora.

Cada sub-canal é uma sub-portadora usada para carregar uma porção da informação.


OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing: Alta imunidade de interferência. Alto custo de hardware Alta eficiência de utilização do espectro. Alto consumo de energia, o que dificulta sua utilização em

dispositivos móveis, como PDAs e Notebooks Separa o sinal de RF em sub-sinais, transmitidos

simultaneamente em diferentes freqüências. Proporciona uma taxa de transmissão maior que o DSSS.

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Quadro 802.11: endereçamento

Address 2: endereço MACdo host sem fio ou do AP transmitindo o quadro

Address 1: endereço MAChost sem fio ou do AP Que vai receber o quadro

Address 3: endereço MAC da interface do rot. ao qual o AP esta conectado

Address 4: usado somente no modo ad hoc

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Quadro 802.11

R1 MAC addr AP MAC addr

dest. address source address

Quadro 802.3(ethernet)

Quadro 802.11: endereçamento

Obs: uma das principais funções de um AP é converterum quadro 802.11 para um quadro ethernet e vice-versa

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Quadro 802.11: endereçamentoduração do tempo de transmissão reservado (RTS/CTS)

Num. de seq do quadro(para tx confiável com ARQ)

Tipo do quadro(associação, RTS, CTS, ACK, dados)

Definem o significado dos campos address,que mudam conforme o modo de uso e Se quem envia é um host ou um AP

Quadro 802.11 - endereçamento

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

802.11: mobilidade dentro da mesma sub-rede

router H1 permanece na mesma

sub-rede: endereço IP pode permanecer o mesmo (hub ou switch)

switch: qual AP está associado com H1?

“self-learning”: switches montam suas tabelas automaticamente, mas não estão aptos a manusear mobilidade excessiva. Existe um par entre o end. de sua interface e H1 Solução: AP2 difunde um quadro ethernet com o endereço fonte de H1 logo depois da associação

RFC 3220 Tem muitas das características já vistas:

Agentes nativos, agentes externos, registro de agente externo, care-of addresses, encapsulamento (pacote-dentro-de-pacote)

Três componentes do padrão: Roteamento indireto de datagramas Descoberta de agentes Registro com o agente nativo

IP móvel

IP móvel: roteamento indireto

Anúncio de agente: agente externos/nativos anunciam serviços enviando pacotes ICMP em broadcast (typefield = 9)

R bit: registrorequerido

H,F bits: home e/ou foreign agent

IP móvel: descoberta de agentes

IP móvel: exemplo de registros

Segurança IEEE 802.11

War-driving: dirija em torno da área da Baía (de S. Fco.) verifique quantas redes 802.11 estão disponíveis! Mais do que 9000 acessíveis em vias públicas 85% não usam nenhuma criptografia/autenticação Facilitam a bisbilhotagem de pacotes e diversos

ataques! Tornando o 802.11 seguro

cifragem, autenticação primeira tentativa de segurança 802.11: Wired

Equivalent Privacy (WEP): um fracasso! tentativa atual: 802.11i

Wired Equivalent Privacy (WEP)

autenticação como no protocolo ap4.0 host solicita autenticação do ponto de acesso ponto de acesso envia nonce de 128 bits host codifica o nonce usando chave simétrica

compartilhada ponto de acesso decifra o nonce, autentica o host

não há mecanismo de distribuição de chaves autenticação: basta conhecer a chave compartilhada

Cifragem de dados com o WEP

Host/AP compartilham chave simétrica de 40 bits (semi-permanente)

Host concatena vetor de inicialização (IV) de 24-bits para criar chave de 64-bits

Chave de 64 bits usada para gerar fluxo de chaves, kiIV

kiIV usado para cifrar o i-ésimo byte, di, no quadro:

ci = di XOR kiIV

IV e bytes cifrados, ci são enviados no quadro

Cifragem WEP 802.11

Cifragem WEP do lado do transmissor

Quebrando a cifragem WEP 802.11

Furo de segurança: IV de 24-bits, um IV por quadro, -> IV’s são eventualmente reutilizados IV transmitido em texto aberto -> reutilização do IV é detectada Ataque:

Trudy faz com que Alice cifre textos abertos conhecidos d1 d2 d3 d4 …

Trudy vê: ci = di XOR kiIV

Trudy conhece ci di, então pode calcular kiIV

Trudy conhece seqüência de chaves de cifragem k1IV k2

IV k3IV …

Na próxima vez que IV for usado, Trudy poderá decifrar!

802.11i: segurança melhorada

Diversas formas (mais fortes) de cifragem são possíveis

Provê distribuição de chaves Usa servidor de autenticação separado do ponto de

acesso

802.11i: quatro fases da operação

EAP: protocolo extensível de autenticação

EAP: fim-a-fim (móvel) para protocolo do servidor de autenticação

EAP enviado sobre “enlaces” separados móvel-para-AP (EAP sobre LAN) AP para servidor de autenticação (RADIUS sobre UDP)

Programa



Tecnologia Bluetooth

O que é Bluetooth ? Tecnologia de

transmissão de dados, por meio de uma rede ad hoc, que permite a interconexão de dispositivos eletrônicos sem a utilização de cabos.

Tecnologia: Tamanho facilita a

integração com qualquer dispositivo.


Características Técnicas:

Opera em banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) não licenciada, na faixa de 2,4 GHz divididos em 79 canais.

Utiliza freqüência de transmissão espectral através de saltos pseudo-aleatórios com taxa de 1600 saltos por segundo.

Padrão IEEE 802.15.

Velocidade máxima de 721Kbps.


Características Técnicas:

Alcance ideal de 10m (modo padrão).

Alcance máximo : depende das características do transmissor e receptor.

Opera em modo Full-Duplex.

Rede Bluetooth “ad hoc”

Não existe uma topologia predeterminada e nem controle centralizado;

Não requer uma infra-estrutura como: Backbone ou pontos de acesso configurados antecipadamente.

Bluetooth utilizada redes ad hoc denominadas PICONETS.

Topologia de Rede PICONET

Dispositivos Bluetooth se intercomunicam através de uma rede denominada PICONET.

Uma rede PICONET é formada por 1 dispositivo Mestre e no máximo 7 dispositivos Escravos.

O dispositivo Mestre da PICONE define a sequência pseudo-aleatória de frequência através de clock.

Técnica de Pooling;

Um dispositivo pode ser: Escravo de várias PICONETs; Mestre de apenas uma PICONET; Mestre de uma PICONET e escravo de vários outras.

Topologia de Rede Bluetooth

PICONET

Topologia de Rede Bluetooth

SCATTERNET:SCATTERNET:

É formada pela interconexão de duas ou mais PICONETS facilitando a comunicação entre elas;

O nó comum pode enviar e receber pacotes em cada PICONET e também transmitir pacotes de uma PICONET para outra;

Um nó pode ser escravo em ambas as PICONETs ou pode ser escravo em uma e mestre em outra;

Topologia de Rede SCATTERNET

Exemplo de Processo de Conexão

•Descoberta: Estado que um dispositivo tenta localizar outros dispositivos que esteja em sua área de cobertura.

• Conexão: Dispositivo tenta se conectar com outros dispositivos descobertos. São enviadas 2 mensagens de conexão(Paging) a cada 1,25 ms.

Processo de Descoberta

D

A

HM

N

L

PO

Q

B

C

F

KJ

G

I

E

D

A

10 metros

MN

L

PO

Q

B

C

F

KJ

G

I

E

Processo de Conexão

D

E

FH

G

I

KJ

C

MN

L

PO

Q

BBAA

Processo de Conexão

DH

B

C

MN

L

PO

Q

E

FG

I

J

F

J

I

E

G

KK

A

Aspectos de Segurança

Modos de Segurança: Modo 1: Sem Segurança – Este modo é utilizado em

dispositivos que não possuem aplicações críticas. Dados são facilmente acessados.

Modo 2: Segurança no Nível de Serviço – Não inicializa nenhum necanismo de segurança antes de estabelecer o link, após os procedimentos de Autenticação, Autorização e Criptografia são incializados.

Modo 3: Segurança no Nível de Link – Inicia o mecanismo de segurança, antes de estabelecer a conexão. Pode rejeitar um dispositivo antes mesmo da sua conexão efetivada. Somente se comunica com dispositivos “pré-pareado”.


Atributos utilizados somente na segurança em nível de serviços – Modo 2: Autorização; Autenticação; Criptografia.


Autorização:

Autorização é necessária para um dispositivo dar permissão para acesso de serviços particulares;

Para autorização e necessário:

Autenticação do dispositivo.

O serviço que esta sendo pedido e relatado para o dispositivo que está provendo-o.

O dispositivo determina quando permite ou não o acesso a aquele serviço.


Autenticação: Durante a autenticação o dispositivo determina se vai

compartilhar a chave com outro dispositivo se:

Os dois dispositivos forem novos é necessário criar uma chave de iniciação;

Esta chave de iniciação é usada para criar uma conexão semi-permanente entre dois dispositivos.

O Processo de autenticação é definido como O Processo de autenticação é definido como processo de PAIRING na camada Bluetooth.processo de PAIRING na camada Bluetooth.


Criptografia:

Evita as escutas não autorizadas, mantendo a privacidade do canal de comunicação.

Utiliza o algoritmo de criptografia E0 e SAFER+ de 64 ou 128 bits.


Outras Características:

Invisibilidade – E possível configurar o dispositivo para que ele não seja encontrado na rede pelo modo “discover” , e sim apenas pelo endereço.

Segurança no nível de Aplicação – A aplicação pode incluir sua própria forma de segurança.

Vulnerabilidades

Discoverable Mode: Alguns dispositivos em “non-discoverable mode” ou

em “hidden mode” podem ser descobertos. Existem ferramentas especializadas em explorar

este tipo de vulnerabilidade.

Pairing (processo de Autenticação): Chave de autenticação é compartilhada pelos

dispositivos em processo de Pairing. A chave de autenticação pode ser descoberta

através de ataque de força bruta.

Vulnerabilidades

Ataque BlueSniper: Conhecido como ataque de 1 milha; Utiliza poderosa antena “yagi” para aumentar a área

de cobertura do dispositivo. Desenvolvido pela equipe de segurança da Flexilis,

utiliza software própria para realizar ataques de invasão em dispositivos vulneráveis sem a necessidade de Pairing.]

Apresentado pela primeira vez na DEFCON – 2004.

Programa



Qualidade de ServiçoBaixa latênciaSuporte a áudio e vídeoPossibilidade de prover serviços

premium garantidos para empresasPossibilidade de aumentar o volume de

usuários utilizando melhor esforço para clientes residenciais

IEEE 802.16 - WIMAX

Vazão Esquema robusto de modulação Modulação adaptativa Alta vazão

Escalabilidade Suporta flexíveis larguras de banda Suporta espectros licenciados e não-licenciados Pode-se incrementar o número de usuários

através da divisão de um setor de 20 Mhz em dois setores de 10 Mhz ou 4 setores de 5 MHz

IEEE 802.16 - WIMAX

Cobertura Suporta um esquema robusto e dinâmico de

modulação Suporta técnicas de topologia mesh e “smart

antenna” Pode-se utilizar múltiplas antenas

Segurança Privacidade e encriptação Transmissões seguras Autenticação de usuários

IEEE 802.16 - WIMAX

Introdução

Worldwide Interoperability for Microwave Access Interface sem-fio para WMAN

Introdução

WiMax Forum Certifica conformidade com IEEE 802.16 Promove interoperabilidade Promove a tecnologia

Introdução

Histórico IEEE 802.161999 – Criação do BWA Working Group2001 – Primeira versão e três emendas2001 – Formado WiMax Fórum2003 – IEEE802.16REVd2004 – Conclusão do projeto200? – IEEE 802.16e

Camada Física

Padrões SC e SCa (Single Carrier) OFDM e OFDMA (Orthogonal frequency-division multiplexing)

Modulações BPSK e Spread BPSK (Binary Phase-Shift Keying)

constelação de 2 símbolos QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) e QPSK com

mapeamento de Gray constelação de 4 símbolos

16/64/256-QAM (State Quadrature Amplitude Modulation)

Camada Física

Blocos FEC (Forward Error Correction) de tamanho fixo

Slots físicos 4 símbolos QAM (Quadrature Amplitude

Modulation)

Camada Física

SC (Single Carrier)Portadora única10 Ghz a 66 GhzComunicação em linha de visadaAntenas direcionaisQPSK, 16-QAM (opcional no uplink) e 64-

QAM (opcional) Robustez e eficiência

Camada Física

SC (Single Carrier)Divisão entre sub-quadros de downlink e

uplinkFDD( Frequency Division Duplexing )

Frequências diferentes

Camada Física

SC (Single Carrier)TDD (Time Division Duplexing)

Momentos diferentes Possibilidade de divisão desigual

Camada Física

SC (Single Carrier) Sub-quadro de downlink TDD

Preâmbulo para sincronização e uniformização Seção de controle com DL-MAP e UL-MAP Seções TDM divididas por modulação Intervalo TTG (transmit/receive transition gap)

Camada Física

SC (Single Carrier) Sub-quadro de downlink FDD

Mesmo princípio do TDD Seção TDMA (Time-Division Multiple Access)

Decodificação de regiões específicas Transmissão antes de receber o sub-quadro completo

Camada Física

SC (Single Carrier) Subquadro de uplink

Transmissão TDMA Número variável de PDUs Espaço reservado para primeiro acesso e requisitos de

banda SSTGs e TTG

Camada Física

SC (Single Carrier)TC (transmission convergence)

Presente nos sub-quadros de downlink e uplinkTransformar PDUs da MAC em blocos FEC

Camada Física

SCa (Single Carrier a) Portadora única Similar ao SC Freqüências abaixo de 11 GHz Transmissão sem linha de visada FDD ou TDD Downlink TDM ou TDMA Uplink TDM Spread BPSK, BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM e

256-QAM (opcional)

Camada Física

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) Multiplexação por frequências Freqüências abaixo de 11 GHz FTT (Fast Fourier Transform) com 256 portadoras BPSK, QPSK com mapeamento de Gray, 16-QAM e

64-QAM (opcional) FDD ou TDD (obrigatório para bandas não

licenciadas)

Camada Física

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)Sinal no domínio do tempo

Cópia do final do símbolo (Tg) em seu início

Camada Física

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) Sinal no domínio das frequências

Sub-portadoras de dados Sub-portadoras piloto Sub-portadoras nulas

DC, inativas, bandas guarda

Camada Física

OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) Multiplexação por frequências Freqüências abaixo de 11 GHz FTT com 2048 e 4096 portadoras Modulações QPSK com mapeamento de Gray, 16-

QAM e 64-QAM (opcional) FDD ou TDD (obrigatório para bandas não

licenciadas) Estações cliente podem ser H-FDD

Camada Física

OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) Domínio do tempo

Semelhante ao OFDM

Domínio das freqüências Divisão em sub-canais

MAC

PDU

MAC

Suporte a PHYSubcamada de convergência

Otimização RLC (Radio Link Control)Escolha do perfil de tráfego

RNG-REQ e RNG-REP

MAC

Permissões para requisição de bandaGPC (Grant per Connection)GPSS (Grant per Subscriber Station)

Autonomia na Instalação

Segurança

Subcamada de SegurançaPrivacidade, autenticação e autorizaçãoVulnerabilidades eliminadas no novo

padrãoAdição do AESAssociações de segurança

Mantêm o estado de segurança de uma conexãoPrimárias, estáticas ou dinâmicasSAID (Security Association Identifier )

Segurança

PKM (Private Key Management)Sincronização de dados de chavesCertificados X.509

Fabricante e estação cliente específicaCriptografia RSA

Segurança

PKM (Private Key Management) Primeira mensagem (cliente para base)

Envio do certificado do fabricante

Segunda mensagem (cliente para base) Envio do certificado da estação cliente SAID primário Algoritmos de criptografia suportados

Terceira mensagem (base para cliente) Cria uma associação de segurança Chave de autorização encriptada

Segurança

PKM (Private Key Management)Ataques de estações base piratas

A estação base não é autenticadaResposta construída com informações públicas

Segurança

TEKs (Traffic Encryption Keys) Chaves de encriptação de tráfego Duas ativas a cada momento para cada SAID

Mais antiga expira na metade da vida da mais recente

Criptografia de dados DES (Data Encryption Standard) em modo CBC (Cipher-

Block Chaining) AES (Advanced Encryption Standard) em modo CCM

(Counter with Cipher Block Chaining Message Authentication Code )

Conclusão

WiMax é realidade fora do Brasil

Extraído de http://www.towerstream.com/

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