3 - Redes de Comutadores - ethernet wifi

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3 - Redes de Comutadores - ethernet wifi

  1. 1. Redes de Computadores - Enlaces Locais - Ethernet e WiFi Prof. André Peres andre.peres@poa.ifrs.edu.br
  2. 2. Sobre este material • Vídeos da apresentação em: Parte 1 - Enlace Ethernet Parte 2 - Enlace Wifi Este trabalho está licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial-SemDerivações 4.0 Internacional. Para ver uma cópia desta licença, visite http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/.
  3. 3. Referências Redes de Computadores (impresso) Redes de Computadores (e-book) Redes de Computadores II (impresso) Redes de Computadores II (e-book) Redes de Computadores III (impresso) Redes de Computadores III (e-book)
  4. 4. Introdução • Enlace Ethernet • padrão IEEE 802.3 • serviço do tipo “melhor esforço” • não orientado à conexão • não possui mensagens de erro/confirmações de recebimento • quadros recebidos com erro são descartados • motivo: custo/benefício • confiabilidade do enlace vs overhead para controle de erros
  5. 5. Introdução • Enlace Ethernet • quadro ethernet: • tamanho máximo: 1500 bytes • tamanho mínimo: 46 bytes fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman)
  6. 6. Introdução • Enlace Ethernet • quadro ethernet: • tamanho máximo: 1500 bytes • tamanho mínimo: 46 bytes fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman) ● Preâmbulo + SFD ● total: 64 bits ● 7 bytes: 01010101 → sincronismo de relógios entre emissor/receptor ● 1 byte SFD → Start Frame Delimiter: indica o início do quadro de enlace
  7. 7. Introdução • Enlace Ethernet • quadro ethernet: • tamanho máximo: 1500 bytes • tamanho mínimo: 46 bytes fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman) ● Endereço destino ● MAC Address (Media Access Control) ● 48 bits → 6 bytes
  8. 8. Introdução • Enlace Ethernet • quadro ethernet: • tamanho máximo: 1500 bytes • tamanho mínimo: 46 bytes fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman) ● Endereço origem ● MAC Address (Media Access Control) ● 48 bits → 6 bytes
  9. 9. Introdução • Enlace Ethernet • quadro ethernet: • tamanho máximo: 1500 bytes • tamanho mínimo: 46 bytes fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman) ● Comprimento ou Tipo ● 2 bytes ● indica o tamanho do quadro ou o protocolo sendo “transportado” ● comprimento: valores entre 46 e 1500 ● tipos de protocolo: normalmente: IP ou ARP
  10. 10. Introdução • Enlace Ethernet • quadro ethernet: • tamanho máximo: 1500 bytes • tamanho mínimo: 46 bytes fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman) ● Dados ● entre 46 e 1500 bytes ● dados sendo transportados pelo quadro
  11. 11. Introdução • Enlace Ethernet • quadro ethernet: • tamanho máximo: 1500 bytes • tamanho mínimo: 46 bytes fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman) ● CRC-32 ● 4 bytes ● cálculo de verificação de erros
  12. 12. Introdução • Enlace Ethernet • Endereçamento: • MAC Address → endereço “físico” • gravado na placa de rede pelo fabricante • formado por 6 bytes • 3 bytes indicam o fabricante • 3 bytes seriais • cada placa de rede fabricada possui um endereço único • representa-se o endereço em hexadecimal separando os bytes por “:” • ex: 08:00:27:7D:A1:85
  13. 13. Introdução • Enlace Ethernet • Endereçamento: tipos de endereços • unicast → endereça um host • oitavo bit = 0 (primeiro byte é par) • multicast → endereça um conjunto de hosts • oitavo bit = 1 (primeiro byte é impar) • broadcast → endereça todos os hosts do enlace local • todos os bits = 1 • endereço: FF:FF:FF:FF:FF:FF
  14. 14. Introdução • Enlace Ethernet - half-duplex • quando em modo half-duplex → CSMA/CD • Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection • objetivo do CSMA/CD: • utilizado em redes com acesso ao meio compartilhado • minimizar o impacto de colisões através de sua detecção e interrupção da transmissão • modo utilizado quando existe possibilidade de colisão: • rede em barra (cabo coaxial) • rede com hubs • rede com switchs (configuração)
  15. 15. Introdução • Enlace Ethernet - half-duplex • Carrier Sense → escuta antes de transmitir • colisões apenas em transmissões "simultâneas" • Collision Detection → detecta colisões • enquanto transmite, permanece escutando • se o que escuta é diferente de sua própria transmissão → colisão !
  16. 16. Introdução • Enlace Ethernet - half-duplex • Quando ocorre colisão • perda dos quadros colididos • as estações abortam a transmissão imediatamente após a detecção (ainda no início da transmissão) • Retransmissão através do algoritmo de backoff • estação sorteia um valor a ser multiplicado por um time slot. O resultado é o tempo que deverá aguardar antes da tentativa de retransmissão • o valor a ser multiplicado pelo TS depende da quantidade de colisões
  17. 17. Introdução • Enlace Ethernet - half-duplex • Retransmissão através do algoritmo de backoff • N = 2c - 1 → c = número de colisões • na primeira colisão c=1 ou seja: N=0 ou N=1 • na segunda colisão N=0, N=1, N=2 ou N=3 → 22 -1=3 • o número máximo de tentativas = 10 • isso possibilita até N = 210 -1 = 1023
  18. 18. Introdução • Enlace Ethernet - half-duplex • Definição do time slot • considerar o tempo de propagação dos sinais na rede • necessário para detectar colisões de todos os quadros • tempo de envio de 512 bits (64 bytes) • 64 bytes = tamanho mínimo de quadros ethernet • ex: rede 10 Mbps = 512/10.000.000 segundos • TS=51,2 microssegundos (µs) • rede 1 Gbps = 0,512µs
  19. 19. Introdução • Enlace Ethernet - full-duplex • conexões ponto-a-ponto entre estação e switch • não existem colisões • não necessita CSMA/CD • switchs com memória interna (fila de quadros) • necessidade de controle de fluxo • quadros de controle entre switch e estação • possibilidade de enviar um comando PAUSE para a estação
  20. 20. Introdução • Enlace Ethernet - full-duplex • autonegociação • entre witch e estação • definição do modo de operação (half ou full duplex) • definição da velocidade da rede • caso a autonegociação falhe: • problemas de conexão • é possível fixar modo de operação e velocidade na porta do switch e na estação
  21. 21. Introdução • Enlace Ethernet - padrões fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman)
  22. 22. Introdução • Enlace WiFi • padrão IEEE 802.11 (WLAN) • baseado no padrão ethernet • utiliza faixas de frequência ISM de 2,4GHz e 5,7GHz • possui 3 arranjos de conexão: BSS ESS ad-hoc (basic service set) (extended SS)
  23. 23. Introdução • Enlace WiFi • realiza controle de erros de transmissão de quadros • algoritmo stop-and-wait • necessário devido aos problemas da transmissão sem fios • diminui a vazão pela metade devido ao overhead • a comunicação half-duplex
  24. 24. Introdução • Enlace WiFi • protocolos de acesso ao meio: • DCF (Distributed Coordination Function) • acesso ao meio compartilhado • pode utilizar CSMA/CA • pode utilizar apenas CSMA (tipo mais usual) • PCF (Point Coordination Function) • acesso ao meio ordenado • Access Point realiza pooling das estações • mesma técnica das redes bluetooth • não usual
  25. 25. Introdução • Enlace WiFi • DCF com CSMA • a estação escuta o meio • se estiver ocioso, transmite • não detecta colisões (colisão de todo o quadro) • o não recebimento do ACK indica colisão/erro • é o modelo mais utilizado (padrão) • problema: nodos escondidos
  26. 26. Introdução • Enlace WiFi • problema do nodo escondido: • o AP está ao alcance de A • o AP está ao alcance de B • A não está ao alcance de B • se A "escutar" o meio (CSMA) não irá detectar uma transmissão de B e assumirá o meio como ocioso ! • possibilidade de colisões completas e tardias
  27. 27. • Enlace WiFi • DCF com CSMA/CA • Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance • Soluciona o problema de nodos escondidos 1. estação escuta o meio 2. se o meio estiver "livre" a estação envia um quadro contendo: • RTS = Request to Send; NAV = Network Allocation Vector 3. ao receber o RTS a estação destino responde com: • CTS = Clear to Send; NAV atualizado 4. ao receber o CTS a estação origem envia o quadro 5. a estação destino responde com a confirmação ACK Introdução
  28. 28. • Enlace WiFi • CSMA/CA Introdução
  29. 29. • Enlace WiFi • CSMA/CA • O NAV impede que as demais estações utilizem o meio e causem colisões tardias • o CSMA/CA não é utilizado por padrão → overhead • necessário configurar explicitamente nos APs • define-se um limiar de tamanho de quadros • quadros acima do limiar utilizam RTS/CTS • evita o overhead para quadros "pequenos" Introdução
  30. 30. • Enlace WiFi • CSMA/CA Introdução
  31. 31. • Enlace WiFi • Padrões 802.11 • diferenças de nível físico Introdução Padrão Ano de lançamento Frequência Espalhamento Espectral Vazão Máxima 801.11 1997 2,4 GHz FHSS / DSSS 2 Mbps 802.11b 1999 2,4 GHz HR-DSSS 11 Mbps 802.11a 1999 5,7 GHz OFDM 54 Mbps 802.11g 2002 2,4 GHz OFDM 54 Mbps 802.11n 2007 2,4 GHz + 5,7 GHz OFDM + MIMO 600 Mbps 802.11ac 2013 5,7 GHz OFDM + MIMO 1,3 Gbps
  32. 32. • Enlace WiFi • As redes 802.11g, 802.11n e 802.11ac • utilizam a técnica de espalhamento espectral OFDM • Orthogonal Frequency Division Multiplexing ex: OFDM nas redes 802.11g fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman) Introdução
  33. 33. • Enlace WiFi • As redes 802.11n e 802.11ac • utilizam múltiplas antenas com transmissão em paralelo [1] [2] [1] Linksys Website: http://store.linksys.com/Linksys-WRT1900AC-Open-Source-Wireless-Router_ stcVVproductId158014980VVcatId551966VVviewprod.htm#self [2] Asus Website: http://www.asus.com/Networking/PCEAC68/ Introdução
  34. 34. • Enlace WiFi • Segurança: • Padrão → sem segurança para acesso à rede • não deve ser utilizado • WEP → utilização de senha de acesso • possui problemas GRAVES de segurança • não deve ser utilizado • WPA → atualização do WEP • possui problemas de segurança • permite ataques de força bruta offline • WPA2 → criptografia forte (AES) • deve ser utilizado Introdução
  35. 35. • Enlace WiFi • Segurança: • autenticação por PSK • pre-shared key • senha de acesso compartilhada • usuários domésticos e SOHO • senha configurada no AP e nas estações • autenticação enterprise (802.1x) • requer servidor de autenticação (RADIUS) • pode ser utilizado com certificados • mais robusto Introdução
  36. 36. • Enlace WiFi • Segurança: • usuário doméstico e SOHO: • WPA2 + PSK • escolha uma senha forte ! • usuário empresarial • WPA2 + enterprise (802.1x) Introdução

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