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Redes Inalámbricas Estándar 802.11 Redes inalámbricas (+) • • • • • • • • Movilidad Facilidad de instalación (tiempo, costo) Flexibilidad Comodidad Productividad Expansión geográfica (+/-) Crecimiento en máquinas (+/-) Acceso (+/-) Redes inalámbricas (-) • Alcance • Costo adicionales por más APs • Interferencia • Ruido de dispositivos externos, microndas, teléfonos inalámbricos, bluetooth • Velocidad • Lenta con respecto a LANs alambradas (+/-) • Congestión • Consumo de potencia • Más alcance → más potencia • Laptops • Seguridad Seguridad en redes inalámbricas • Facilidad de acceso – Una de las ventajas – Principal desventaja con respecto a seguridad • Wardriving – Espías externos – Consumo de capacidad • Puntos de acceso no autorizados – Redes no autorizadas – Y no vigiladas por los administradores Red Aloha • • • • Universidad de Hawaii Junio de 1971 Norman Abramson Permitir a 7 campus en 4 islas acceder a la computadora central (mainframe) – IBM 360/65 con 750 Kbytes de RAM • Por medio de canales de radio UHF – Canales de 100 Khz. – 407.350 MHz. Y 413.475 MHz. Sistema ALOHA MENEHUNE • Versión hawaiana del IMP de ArpaNet (Internet) – Interface Message Processor • Inglés – Imp: diablillo, demonio • Hawaii – Menehune: Duende legendario Terminal Control Unit • Terminal ↔ TCU interfaz RS-232 • Paquetes de 704 bits – 32 bits identificación – 32 bits de paridad – 80 caracteres de información • Transmisión – 24,000 bauds – 24 milisegundos por paquete Funcionamiento Aloha Funcionamiento Aloha • Las estaciones transmiten por la banda de 405.35 MHz. – El acceso al medio es aleatorio y sin necesidad de sincronía • El Menehune transmite por la banda de 413.475 MHz. – La transmisión es broadcast • Después de que una estación transmite espera un tiempo para recibir un ACK, en caso de que no lo reciba retransmite el paquete Por qué no se uso el sistema tradicional de transmisión por teléfono (dial-up) o líneas dedicadas (leased lines) • Para distancias largas es muy caro • El tiempo de establecimiento conexión para líneas dial-up es muy grande para la cantidad de tráfico • Tráfico en ráfagas con tiempos de ocio grandes • Naturaleza asimétrica de la comunicación • La calidad de las líneas no era muy buena Aloha • “La principal innovación de Aloha no fue el uso de comunicaciones inalámbricas para computadoras” • “Sino el uso de una arquitectura de comunicación broadcast para el acceso aleatorio al canal” • No se usó lo tradicional FDMA o TDMA Operación • Estaciones conectadas a un Medio Compartido • No hay Controladora Central • Transmisión serial al medio • CSMA/CD • Colisiones Medio Compartido Transmisión en el BUS • Estaciones conectadas a un medio compartido • Sin controladora central o primaria • Sin banda de señalización Colisiones Colisión Persistencia y No persistencia Persistente p Métodos de persistencia • ¿Cuál es el mejor? • ¿Cuál seleccionó Ethernet? CSMA/CD Estación Estaciónlista lista para paratransmitir transmitir Escuchar Escuchar canal canal Ocupado Esperar Esperartiempo tiempoaleatorio aleatorio (Algoritmo (AlgoritmoBEB) BEB) Libre Transmitir Transmitir escuchando escuchando Transmisión Transmisión exitosa exitosa Colisión Detener Detenertransmisión transmisión yy Enviar Enviarseñal señal“jamming” “jamming” • Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection • Usada por Ethernet • Maneja colisiones • Persistente 1 Problemas de CSMA/CD en inalámbricas • Limitantes de CSMA/CD – Detección de colisiones: • Costosa • difícil (diferencial de energía) • no detectadas (estación escondida) • Mejoras a CSMA/CD – No ser tan agresivo al acceder al medio – Si el medio se detecta ocioso, esperar hasta que transcurra un tiempo adicional – Usar ACKs CSMA/CA • Carrier Sense – Capacidad de determinar si el medio está ocupado • Multiple Access – Todas las estaciones pueden transmitir – Con “justicia” (igual derecho) • Collision Avoidance – Una sola estación tiene acceso al medio a la vez – Estaciones 802.11 NO pueden transmitir y recibir al mismo tiempo (Half-duplex) – No pueden detectar colisiones durante la transmisión CSMA/CA • Una estación si no está transmitiendo, está monitorizando el medio – CCA (Clear Channel Assessment) • CSMA/CA minimiza el riesgo de colisiones – Sin un overhead excesivo • Collision Detection vs Collision Avoidance – Detección de colisiones es más eficiente – El manejo lleva tiempo • CSMA/CA tiene menor throughput que CSMA/CD – Throughput/Data Rate CSMA/CA • DCF: Distributed Coordination Function – Sin QoS • PCF: Point Coordination Function – Opcional – AP toma el control y asigna turnos a las estaciones • HFC: Hybrid Coordination Function – Para QoS – EDCA (Enhanced Distributed Channel Access) CSMA/CA • Las estaciones deben de completar un proceso de mediación antes de transmitir un frame • Este proceso involucra que todas las estaciones estén en “silencio” por un lapso variable • La estación que termine este ŕpceso primero es la que transmite CSMA/CA Aleatorio • IFS: InterFrame Space – 6 diferentes – Puede ser usado para definir prioridades • Ventana de contienda usa el algoritmo BEB – Binary Exponential Backoff Backoff 802.11 Interframe Space (IFS) • RIFS: Reduced Interframe Space • SIFS: Short Interframe Space • PIFS: PCF Interframe Space • DIFS: DCF Interframe Space • AIFS: Arbitration Interframe Space • EIFS: Extended Interframe Space Estación Estación lista lista Escuchar Escuchar canal canal CSMA/CA Ocupado • Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance Libre Esperar EsperarIFS IFS Ventana de contienda para el cálculo de R aleatoriok entre 0 y 2 -1 Esperar RR Esperar ranuras ranuras Todavía Todavía ocupado? ocupado? Si No Esperar Esperar SIFS SIFS Si Transmisión Transmisión exitosa exitosa – k > 15 • No detecta colisiones • Por eso usa reconocimientos (ACKs) • Funciona mejor que CSMA/CD pero............. Enviar Enviarframe frame ACK ACK recibido? recibido? • El ciclo total se realiza 16 veces No Estación escondida AP A B • B no detecta que A está transmitiendo • Si B intenta transmitir a AP hay colisión con la señal de A RTS/CTS (Request To Send/Clear To Send) Rango de A Rango de B • A quiere transmitir a B • A transmite un RTS a B – Lo escuchan todas las máquinas en el rango de A (B, C y E – Pero no lo escucha D, que potencialmente puede causar una colisión • B transmite un CTS en respuesta a A – Ahora sí D que está en el rango de A escucha el aviso – C no lo escucha pero no importa porque ya escuchó el RTS CSMA/CA y NAV Emisor Receptor Otras estaciones Marco (Datos) tiempo • Se evitan las colisiones No sensan el medio tiempo tiempo tiempo • DIFS: Distributed InterFrame Space • SIFS: Short InterFrame Space • Tanto el RTS y el CTS llevan la duración de la transmisión del marco RTS/CTS • RTS/CTS consume capacidad, así es que se usa solamente en ambientes de alta capacidad y con muchos usuarios • En ambientes pequeños la estación escondida no es un problema • En ambientes empresariales si la cobertura es lo suficientemente densa tampoco es problema • RTS Threshold determina que para frames más grandes se usará RTS/CTS • NAV es un carrier sense virtual establecido por el campo de duración (en ?segs) de la mayoría de los frames • ¿Por qué no se usa un ACK virtual estilo Ethernet? DCF (CSMA/CA) IEEE 802.11 Bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) Canales DSSS Canales 802.11 Cobertura empresarial Cobertura empresarial Frequency Hopping Spread Spectrum Frec. (Hz) f9 f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 f0 Tiempo Dwell Time: 400 mseg Banda de 2.4 Ghz (ISM) 79 sub-bandas de 1 MHz FSK: 1 ó 2 bits por baud Direct Sequence Spread Spectrum Chip code para 1: 100110 1 0 0 Chip code para 0: 011001 1 1 0 100110 011001 011001 100110 100110 011001 0 1 0 1 1 0 0 11 0 0 1 1 0 Direct Sequence Spread Spectrum • Chip codes también se llaman PN codes (Pseudorandom Noise codes) • Consume más potencia por la frecuencia que se necesita en la transmisión y recepción de los códigos PN, que es mucho mayor que la frecuencia de los datos • 802.11 usa la secuencia de Barker 10110111000 – 0 → 10110111000 – 1 → 01001000111 802.11a • Octubre 1999 • 5 GHz • 54 Mbps (max)/ 23 Mbps (tip) • 35 mts (int), 115 mts (ext) • OFDM 802.11b • Octubre 1999 • 2.4 GHz • 11 Mbps • 35 mts (int), 115 mts (ext) • DSSS 802.11g • Junio 2003 • 2.4 GHz • 54 Mbps (max), 20 Mbps (tip) • 38 mts (int), 125 mts (ext) • OFDM 802.11n • Fecha: Oct 2009 (Draft 2007) • 2.4 Ghz/5 GHz • 600 Mbps (max), 120 Mbps (tip) • 70 mts (int), 250 mts (ext) • MIMO – Multiple Input Multiple Output 802.11ac • Fecha: Diciembre 2013 • 5 GHz • 600 Mbps (2.4GHz) • 2.6 Gbps (5GHz) • 35 mts (int), 115 mts (ext) • OFDM IEEE 802.11 Independent BSS (IBSS) IEEE 802.11 802.11 MPDU Encabezado 802.11 • MPDU: MAC Protocol Data Unit • Encabezado máximo es de 32 bytes – 802.11n agrega campo HT de 4 bytes • El tamaño del encabezado no es está fijo – QoS sólo se usa en Data frames – No siempre se utilizan las 4 direcciones – La mayoría de los frames usa 3 direcciones – ACK usan sólo una dirección Campo de Control • 11 subcampos • Protocol Version – 2 bits – Siempre es cero, compatibilidad • Type y Subtype – Identifican la función del frame – Management, Control y Data Combinaciones válidas To DS y From DS • Distribution System • Cambian el significado de las 4 direcciones MAC • Indican el flujo de datos entre BSS y DS Hacia DS Desde DS Address 1 Address 2 Address 3 Address 4 0 0 Estación Destino Estación Origen BSS ID N/A 0 1 Estación Destino AP transmisor Estación Origen N/A 1 0 AP receptor Estación Origen Estación Destino N/A 1 1 AP receptor AP transmisor Estación Destino Estación Origen Direccionamiento Direccionamiento Direccionamiento Direccionamiento More Fragments • Servicio de fragmentación para dividir MSDUs en elementos más pequeños • 1 si sigue otro fragmento, 0 si es el último o no está fragmentado • Sólo para frames con dirección unicast en el receptor (Address 1) • Si la longitud del MPDU excede Fragmentation Threshold el MSDU se fragmenta • Cada fragmento tiene encabezado, cuerpo y FCS (MPDU) • Cada fragmento tiene un fragment number • Cada fragmento se envía independientemente y requiere acknowledgement • La estación receptora ensambla todos los fragmentos – Secuence number y Fragment number Retry • • • • • 0: Transmisión original (primera) de un frame 1: Retransmisión del frame FCS no pasa → No hay ACK → Retransmisión Multicast y Broadcast no requieren ACK Casi todos los frames unicast requieren ACK – RTS no, CTS es ACK implícito Power Management • 1: Indica al Access Point que usará ahorro de energía • El Access Point guardará todos los frames del cliente • La estación apagará parte de su receptor para conservar energía More Data • Cuando una estación se asocia a un AP, ésta recibe un AID (Association Identifier) • Cuando el AP está guardando frames de un estación que está en modo Power Save y transmite el siguiente Beacon, el AID de la estación estará presente en el campo TIM (Traffic Indication Map) indicando que el AP tiene información pendiente para dicha estación • TIM es una lista de todas las estaciones que tienen frames pendientes (almacenados) de envío • Una estación está despierta (awake) o semidormida (doze) • Cuando una STA está despierta analiza el beacon a ver si está presente en la lista TIM • El campo More Data sirve para que el AP indique a la STA que tiene datos pendientes almacenados More Data • La STA está en estado awake – Verifica si su AID está en TIM – Si está awake STA manda PS-Poll a AP – AP envía frame a la STA – Si More está en 1 STA sigue pidiendo frames Protected Frame • Indica si los datos (MSDU payload) están cifrados • Originalmente WEP → TKIP → CCMP • No indica que tipo de cifrado Order • Si es 1, los frames se tienen que procesar en orden • Rara vez se usa Duration • 16 bits • Carrier Sense virtual • Manejo de ahorro energía antiguo (legacy) – Numero de AID • Se usa PCF (Point Coordination Function) • Principal propósito es iniciar el NAV con este valor de las estaciones quie están escuchando • Tiempo en microsegundos • En un frame de datos – Duration = 1 SIFS + ACK • ACK – Duration = 0 Sequence Control • 16 bits • 4 bits Fragment Number – Se incrementa con cada fragmento de un MSDU • 12 bits Sequence Number – Cada MSDU lo incrementa en 1 – Hasta 4095 y se reinicia en cero • Sequence Number • Para ensamblar los fragmentos de un MPDU Frames de administración • Authentication y Deauthentication – Autenticación – Terminar comunicación segura • Association (Request, response) – Asociación – Para que el AP dedique recursos y se sincronice con la tarjeta – Velocidades de transmisión posibles, SSID Frames de administración • Reassociation (Request, response) – En caso de que una estación se mueva a otra zona con un AP de señal más potente – El nuevo AP se comunica con el AP antiguo para que le envie frames pendientes • Disassociation – Para “darse de baja” en forma correcta – El AP libera recursos (memoria, tabla de asociación) Frames de administración • Beacon – Broadcast del AP, dando a conocer su presencia – SSID, hora • Probe (request, response) – Verificar presencia de Aps – Contestar con velocidad de transmisiones Frames de control • Request To Send (RTS) – Duración • Clear To Send (CTS) – Duración • Acknowledgement (ACK) – Verificación del frame que llega – En caso de no recibir ACK se retransmite el frame correspndiente Conexión a la red estación AP
