REDES INALAMBRICAS 802.11

REDES INALAMBRICAS
802.11 - WiFi
INTRODUCCION
• Las redes inalámbricas surgen en
respuesta a la necesidad de movilidad de
usuario en entornos de red cada vez más
dinámicos.
• Permiten la comunicación entre equipos
sin utilizar cables.
ORGANIZACIÓN DE UNA RED
802.11
CARACTERISTICAS DE UNA RED
802.11
+ Permite la movilidad de los usuarios
+ Facilidad de instalación
+ Costos de instalación mínimos
+ Ideal para despliegues ad – hoc
– Alcance limitado
– Alta susceptibilidad a las interferencias
– Datos de usuario expuestos durante su
transmisión
ARQUITECTURA 802.11
DESCRIPCION DE ELEMENTOS
DE UNA RED 802.11
• BSS – Basic Service Set – se corresponde con un
célula.
• BSA – Basic Service Area – el área de cobertura
geográfica del un BSS
• ME – Movil Equipment – estación móvil
• AP/BE – Access Point/Base Equipment – punto de
acceso a estación base
• SISTEMA DE DISTRIBUCION – mecanismo de
interconexión entre BSS
• ESS – Extended Service Set – La agrupación de varios
BSS mediante un sistema de distribución
• Portal – Parte funcional de los AP que permite la
conexión de BSS – sistema de distribución.
MODOS DE OPERACION
• Modo infraestructura
– Utiliza un AP, el cual
coordina las
comunicaciones de
los ME mediante un
algoritmo de control
de acceso
centralizado
ME
ME
ME
AP
MODOS DE OPERACION
• Modo Ad – hoc
– Se crea una red
de manera
dinámica entre
ME alcanzables
entre si
– Utiliza un método
de acceso
distribuido
ME
ME
ME
MODELO DE REFERENCIA
CAPA FISICA 802.11
LA CAPA FISICA
• 802.11 – Infrarrojos
– Transmisión difusa (no requiere línea de
vista) a 0.85 o 0.95 micras
– Transmite a 1 o 2 Mbps
– 1Mbps – codifica 4 bits en una palabra de 16
bits que contiene 15 ceros y 1 uno (Código de
Gray)
– 2Mbps – codifica 2 bits en una palabra de 4
bits que contiene 3 ceros y 1 uno
LA CAPA FISICA
• 802.11 – FHSS (Espectro Disperso con
Salto de Frecuencias)
– Utiliza 79 canales de 1Mbps cada uno
– Salta aleatoriamente entre canales. El
receptor debe conocer la secuencia de saltos
y el tiempo de permanencia en cada canal
para poder recuperar los datos.
– Opera en la banda ISM de 2.4GHz
– Ofrece resistencia al desvanecimiento de
múltiples rutas
FHSS – Frecuency Hopping with
Spread Spectrum
Frecuencia
2,4835 GHz
C. 78
C. 73
C. 58
C. 45
20-400 ms
Interferencia
C. 20
1 MHz
2,4 GHz
C. 9
Tiempo
LA CAPA FISICA
• 802.11 – DSSS (Espectro Disperso de
Secuencia Directa)
– Transmite a 1 o 2Mbps
– Cada bit se transmite como 11 chips
utilizando la secuencia Baker.
– A 1Mbps transmite a 1 bit por baudio
utilizando desplazamiento de fase
– A 2Mbps transmite a 2 bit por baudio
utilizando desplazamiento de fase
DSSS – Direct Sequence Spread
Spectrum
Frecuencia
2,4835 GHz
22 MHz
2,4 GHz
Canal 13
Canal 7
Interferencia
Canal 1
Tiempo
LA CAPA FISICA
• 802.11b – HR-DSSS (Espectro Disperso de Secuencia
Directa de alta velocidad)
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Utiliza la banda ISM de 2.4GHz
Utiliza 11 millones de chips/seg. para alcanzar 11Mbps
Transmite a 1, 2, 5.5 y 11Mbps
A 1Mbps transmite 1 bit por baudio utilizando modulación por
desplazamiento de fase
A 2Mbps transmite 2 bit por baudio utilizando modulación por
desplazamiento de fase
A 5.5 y 11Mbps transmite a 1375Mbaudios
A 5.5Mbps transmite 4 bit por baudio utilizando códigos
Walsh/Hadamard
A 11Mbps transmite 8 bit por baudio utilizando códigos
Walsh/Hadamard
Rango aproximadamente 7 veces mayor a 802.11a.
LA CAPA FISICA
• 802.11a – OFDM (Multiplexado por
División de Frecuencias Ortogonales)
– Utiliza la banda ISM de 5GHz.
– Transmite a 54Mbps
– Utiliza 52 frecuencias diferentes: 48 para
datos y 4 para sincronización
– Cada canal es de 20MHz
LA CAPA FISICA
• 802.11g – OFDM
– Utiliza la banda ISM de 2.4GHz
– Puede alcanzar tasas de transmisión de
datos de hasta 54Mbps
– Es compatible con 802.11b
– La modulación OFDM y el esquema de
codificación son idénticos a los de 802.11a
LA CAPA FISICA
• 802.11n
– Se espera su aprobación para finales del 2009
– Utiliza las bandas ISM de 2.4GHz y 5GHz
– Permitirá alcanzar tasas de transmisión de hasta
248Mbps (600Mbps)
– Utiliza tecnologia MIMO(Multiple-Input MultipleOutput), la cual consiste en utilizar múltiples antenas
para transmisión y recepción.
– Transmite utilizando codificación OFDM sobre
canales de 40MHz
– Utiliza la tecnología de “frame aggregation”
LA SUBCAPA MAC 802.11
LA SUBCAPA MAC 802.11
PROBLEMA DE LA ESTACION
OCULTA
• ME1 esta
transmitiendo a
ME2
• ME3 desea enviar a
ME2 pero no puede
oír que ME2 esta
ocupado.
• Si ME3 transmite,
las tramas de ME1
y ME3 colisionarán
en ME2
PROBLEMA DE LA ESTACION
EXPUESTA
• ME1 esta
transmitiendo a
ME4 (que no se
ve en la figura)
• ME2 desea enviar
a ME3 pero
piensa
erróneamente que
la transmisión
fallara
ME1
ME2
ME3
CONTROL DE ACCESO AL
MEDIO
• DCF (DISTRIBUTED COORDINATION
FUNCTION)
– Utiliza control distribuido
• PCF (POINT COORDINATION
FUNCTION)
– Utiliza la estación base para controlar las
actividades en su celda
DCF
• Utiliza el protocolo CSMA/CA (Carrier
Sense Multiple Access with Collision
Avoidance)
• CSMA/CA puede utilizar detección de
canal físico y virtual
CDF - DETECCION DE CANAL
FISICO
• Cuando una estación desea transmitir, detecta
el canal
• Si esta inactivo, comienza a transmitir
• No detecta el canal mientras transmite pero
emite su trama completa
• Si el canal esta ocupado, el emisor espera hasta
que esté inactivo parar comenzar a transmitir
• Si ocurre una colisión, las estaciones
involucradas esperan un tiempo aleatorio
mediante el algoritmo de retroceso exponencial
binario de Ethernet y vuelven a intentarlo mas
tarde
DCF – DETECION DE CANAL
VIRTUAL
• Este modo CSMA/CA se basa en MACAW.
• Cuando una estación desea transmitir, envía
una trama RTS a la estación destino, solicitando
permiso para transmitir.
• La estación destino, si otorga el permiso, envía
una trama CTS.
• Cuando la estación origen recibe la trama CTS
puede enviar su trama y comenzar su
temporizador ACK
• La estación destino, al recibir correctamente la
trama, envía un ACK y termina el intercambio
DCF – DETECION DE CANAL
VIRTUAL
• Las estaciones que están dentro del
alcance de las estaciones origen o
destino, al detectar las tramas RTS o
CTS, activan una señal interna NAV
(Network Asignation Vector) y se
abstienen de transmitir por cierto periodo
de tiempo, indicado en las tramas RTS y
CTS
DCF – DETECION DE CANAL
VIRTUAL
• ME1 DESEA TRANSMITIR A ME2
TS
R
CT
S
CT
S
DCF – DETECION DE CANAL
VIRTUAL
TRANSMISION DE
FRAGMENTOS
PCF
• El AP coordina las comunicaciones entre los ME
de su BSS
• Periodicamente, el AP emite una trama
BEACON para consultar a cada estación por
datos para transmitir
• No existen colisiones debido al control
centralizado
• PCF y DCF pueden coexistir
• DCF es obligatorio, mientras que PCF es
opcional
ESPACIADO INTER TRAMAS
802.11
• SIFS – Espaciado Corto Entre Tramas. se utiliza para enviar tramas
CTS, ACK o el siguiente fragmento de una ráfaga de segmentos
• PIFS – Espaciado Entre Tramas PCF. Se utiliza para enviar tramas
BEACON
• DIFS – Espaciado Entre Tramas DCF. Se utiliza para que cualquier
estación intente adquirir el canal
• EIFS – Espaciado Entre Tramas Extendido. La utiliza una estación
que acaba de recibir una trama errónea o desconocida para
reportarla
FORMATO DE TRAMA 802.11
Bytes
Bits
2
2
6
6
6
2
6
Control
Trama
Duración
Dirección
1
Dirección
2
Dirección
3
Seq.
Dirección
4
2
2
4
1
1
1
1
1
1
Ver.
Tipo
Subtipo
Hacia
DS
Desde
DS
MF
Reint.
Pwr
Mas
Ver.:
Tipo:
Subtipo:
Hacia DS, Desde DS:
MF:
Reint.:
Pwr:
Mas:
W:
O:
Duración:
Dirección 1,2,3,4:
Seq.:
0-2312
1
Datos
4
Check
sum
1
W O
Permite la coexistencia de varias verisones del protocolo
Indica si se trata de una trama de datos, de control o de gestión
Indica por ejemplo si es una trama RTS o CTS
Indica los AP de origen y destino en caso de ruta por un ESS
Indica que siguen más fragmentos
Indica que esta trama es un reenvío
Para ‘dormir’ o ‘despertar’ a una estación
Advierte que el emisor tiene más tramas para enviar
La trama está encriptada con WEP (Wireless Equivalent Privacy)
Las tramas que tiene puesto este bit se han de procesar por orden
Dice cuanto tiempo va a estar ocupado el canal por esta trama
Dirección de origen(1), destino(2), AP origen (3) y destino(4)
Número de secuencia (cuando la trama es un fragmento)
SERVICIOS EN UNA RED 802.11
• Una red 802.11 debe ofrecer dos tipos de
servicios:
– Servicios de distribución (5): son ofrecidos
por los puntos de acceso a las estaciones
que se encuentran dentro de su alcance
– Servicios de estación (4): son utilizados por
las estaciones para comunicar dentro de una
celda (es decir en un Basic Service Set o
BSS)
SERVICIOS DE DISTRIBUCIÓN
• ASOCIACION: servicio utilizado por una estación
cuando está dentro del área de cobertura de un AP.
Anuncia su identidad y capacidades (velocidades,
gestión de energía, etc.)
• DISOCIACION: cuando la estación o el AP quiere
despedirse (por ejemplo porque se va a apagar)
• REASOCIACION: se utiliza cuando una estación se
mueve y cambia al área de cobertura de otro AP
dentro del mismo ESS (handover)
• DISTRIBUCION: determina como enrutar las tramas
según el destino esté en la misma celda o no
• INTEGRACION: se encarga de la traducción a
formatos diferentes cuando parte del trayecto se
hace por una red no 802.11
SERVICIOS DE ESTACIÓN
• AUTENTICACION: una vez se ha efectuado la asociación
se ha de validar a la estación solicitante. Esto se hace
mediante un mecanismo de reto similar al CHAP usado
en PPP
• DEAUTENTICACION: para terminar la comunicación
ordenadamente primero hay que deautenticar y luego
desasociar. Una vez deautenticado no se puede usar la
red.
• PRIVACIDAD: se encarga de la encriptación y
desencriptación de la información. El algoritmo utilizado
es el RC4. Se han puesto de manifiesto varios errores en
las funciones de privacidad de las redes 802.11
• ENTREGA DE LOS DATOS: se encarga del envío de los
datos por el enlace de radio una vez se han cumplido
todos los requisitos previos (asociación, autenticación y
privacidad)
ROAMING O HANDOVER
• Los AP envían regularmente (10-100 veces por segundo)
mensajes de guía (BEACON) para anunciar su presencia
a las estaciones que se encuentran en su zona
• Si una estación se mueve y cambia de celda detectará
otro AP más potente y cambiará su registro de asociación.
Esto permite la itinerancia (“handover”) sin que las
conexiones se corten.
• Para que el handover pueda hacerse correctamente,
entre las celdas origen y destino debe haber una zona de
solapamiento y la estación debe permanecer el tiempo
suficiente en ella. Por tanto el Handover depende del
tamaño de la zona de solapamiento y de la velocidad con
que se mueve la estación
PROCESO DE HANDOVER
1
1.
2.
3.
4.
La estación ME se enciende. Se asocia y autentifica con el AP A
La estación se mueve y se pre-autentifica con el AP B
La estación decide reasociarse con B
B notifica a A la nueva ubicación de ME con lo que ME se disocia
de A. A envía a B cualquier trama para ME en curso
5. ME sigue moviéndose por lo que más tarde repite el proceso con C