O documento resume os principais conceitos sobre as redes Ethernet e WiFi, incluindo a estrutura dos quadros Ethernet, os modos de operação half-duplex e full-duplex da Ethernet, os protocolos de acesso ao meio WiFi como CSMA/CA e os padrões 802.11.

1. Redes de Computadores
- Enlaces Locais -
Ethernet e WiFi
Prof. André Peres
andre.peres@poa.ifrs.edu.br

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Introdução
• Enlace Ethernet - padrões
fonte: Loureiro, Schmitt, Peres e Oliveira - Redes de Computadores III - Nível de Enlace e Físico (Bookman)

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. 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. 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. 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. 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. • 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. • Enlace WiFi
• CSMA/CA
Introdução

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. • Enlace WiFi
• CSMA/CA
Introdução

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. • 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. • 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. • 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. • 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. • Enlace WiFi
• Segurança:
• usuário doméstico e SOHO:
• WPA2 + PSK
• escolha uma senha forte !
• usuário empresarial
• WPA2 + enterprise (802.1x)
Introdução