1 Introducción - Departamento de Sistemas e Informática

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERÍA Y AGRIMENSURA
ESCUELA DE ELECTRÓNICA
SISTEMAS DISTRIBUIDOS
- 2002 -
MONOGRAFÍA
Redes inalámbricas
IEEE 802.11a,b ,g
Nombre
Legajo
Jorge R. D’Agata
D-1268/8
Gonzalo Moyano
M-3123/2
Pablo Rodríguez
R-1859/7
Marcelo J. Suligoy
S-2191/1
Monografía – Sistemas Distribuidos
U.N.R.
1 Introducción
Durante algún tiempo, las compañías y los individuos han interconectado
computadoras con redes de área local (LANs). Esto permitió acceder y compartir datos,
aplicaciones y otros servicios no hallados en computadora en particular. El usuario de una
LAN tiene a su disposición mucha más información, datos y aplicaciones de los que podría
almacenar por sí mismo.
En el pasado todas las LANs estaban cableadas juntas y en una ubicación como se
observa en la figura 1.
¿Por qué alguien desearía una LAN inalámbrica? Hay muchas razones. Un número
creciente de usuarios de LANs se están convirtiendo en usuarios móviles. Estos usuarios
requieren estar conectados a la red independientemente del lugar donde se encuentren
porque quieren acceso simultaneo a la red. Esto hace que el uso de cables o LANs
cableadas no sea práctico o aún imposible.
Las LANs inalámbricas son muy fáciles de instalar. No se requiere cablear cada
estación de trabajo y cada habitación. Esta comodidad de instalación hace que las LANs
inalámbricas resulten inherentemente flexibles. Si una estación de trabajo debe ser movida,
la tarea puede realizarse fácilmente y sin cableado adicional, caídas de cables o
reconfiguración de la red. Otra ventaja es su portabilidad.
Si una compañía se traslada a una nueva ubicación, el sistema inalámbrico es mucho
más simple de mover, evitando tener que arrancar todos los cables sueltos que habrían
quedado en todo el edificio como producto de un sistema cableado. La mayoría de estas
ventajas también representan un ahorro de dinero.
Las redes Ad Hoc se instalan fácilmente en un ambiente inalámbrico: éstas se
discutirán posteriormente.
La figura 2 es un ejemplo de LAN inalámbrica.
Monografía – Sistemas Distribuidos
2
2 Medio Físico
Existen tres medios que pueden ser utilizados para la transmisión sobre LANs inalámbricas:
infrarrojo, radio frecuencia y microondas.
En 1985 los Estados Unidos lanzo las bandas de frecuencias industrial, científica y
médica (ISM). Estas bandas son 902 - 928 MHz, 2.4 – 2.4853 GHz y 5.725 – 5.85 GHz y no
requiere licencia de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC).
En la U.S. los sistemas RF deben implementar tecnología espectro expandido. Los
sistemas de RF deben restringir el espectro emitido a una banda. RF también se limita a un
vatio de potencia.
Los sistemas de microondas son considerados sistemas de potencia muy bajos y
deben operar a 500 miliwatts o menos.
2.1 Infrarrojo
Los sistemas infrarrojos son simples en diseño y por consiguiente económico. Ellos
usan las mismas frecuencias de señales utilizadas en líneas de fibra ópticas. Los sistemas
de IR detectan sólo la amplitud de la señal y por lo tanto la interferencia está muy reducida.
Éstos los sistemas no esta limitados en banda y de esta manera pueden lograr velocidades
de la transmisión mayor que la de otros sistemas.
La transmisión infrarroja opera en el espectro de luz y no requiere una licencia del
FCC para operar, otra característica atractiva. Hay dos maneras convencionales de
transmitir en una LAN infrarroja. Las transmisiones infrarrojas pueden ser apuntadas. Esto
da un buen rango un par de kilómetro y puede usarse al aire libre. También ofrece el más
alto ancho de banda y alto rendimiento. La otra manera es transmitir omni-direccionalmente
y hacer rebotar las señales por todas partes y en todas las direcciones. Esto reduce el
alcance a 90 - 180 metros, pero es un área de cobertura. La tecnología de infrarrojo fue
inicialmente muy popular porque entregaba datos a una alta tasa y a un precio relativamente
bajo. Los inconvenientes a los sistemas de infrarrojos es que el espectro de la transmisión
es compartido con el sol y otras cosas como luces fluorescentes. Si hay bastante
interferencia de otras fuentes puede quedar la LAN inservible. Los sistemas de infrarrojos
requieren una línea de visión sin obstáculos (LOS). Las señales infrarrojas no pueden
penetrar objetos opacos. Esto significa que desde una pared, hasta incluso la niebla puede
obstruir la señal.
2.2 Microondas
Los sistemas de microondas (MW) operan a menos de 500 miliwatts de potencia
conforme a las regulaciones de FCC.
Los sistemas MW son por lejano el mercado más chico. Usan transmisión del banda
estrecha con una sóla frecuencia de modulación y es principalmente fija en la banda
5.8GHz. La gran ventaja de los sistemas MW es su rendimiento superior alcanzado debido a
que no se han involucrado con sistemas de espectro expandido.
2.3 Radio
Monografía – Sistemas Distribuidos
3
Los sistemas de frecuencia de radio deben usar tecnología de espectro expandido en
los Estados Unidos. Esta tecnología de espectro expandido actualmente entra en dos tipos:
espectro expandido de secuencia directa (DSSS) y espectro expandido de salto de
frecuencia (FHSS).
2.3.1 Espectro expandido de secuencia directa (DSSS)
La transmisión de señal con espectro expandido de secuencia directa se extiende
sobre una banda permitida (por ejemplo 25MHz). Una cadena binaria aleatoria se usa para
modular la señal transmitida. Este cadena aleatoria es llamado código extendiendo. Los bit
de datos se mapean en un patrón de "chips" y el proceso se revierte en el destino. El
número de chips que representan un bit es la razón de expansión. Cuanto más alta es la
razón de expansión, más resistente a la interferencia es la señal. Cuanto más baja es la
razón de expansión, más aprovecha el usuario el ancho de banda.
La recuperación es más rápida en sistemas de DSSS debido a la habilidad de
expandir la señal sobre una banda más ancha.
2.3.2 Espectro Expandido de Frequency Hopping (FHSS)
Esta técnica divide la banda en muchos subcanalea pequeños (1MHz). La señal
después salta de subcanal a subcanal que transmite ráfagas cortas de datos en cada cauce
para un período fijo de tiempo, llamado dwell time. La sucesión saltos debe estar
sincronizada con el transmisor y el receptor o la información se perderá. La FCC exige que
la banda esté dividida en por lo menos 75 subcanales (o subportadoras) y que el dwell time
no sea más largo que 400ms. La Frequency hopping es menos suceptible a la interferencia
debido a que la frecuencia está cambiando constantemente. Esto hace que sistemas de
Frequency Hopping sean extremadamente difíciles de interceptar. Este rasgo da a los
Sistemas FH un grado alto de seguridad.
Debido a que los subcanales son más pequeños que en DSSS, el número de LANs
co-localizado puede ser mayor con sistemas de FHSS.
2.4 Multipath
La interferencia causada por señales que rebotan en paredes y/u otras barreras
llegando al receptor en momentos diferentes se llama interferencia multipath. La
interferencia de Multipath afecta sistemas IR, RF y MW. FHSS resuelve el problema del
multipath simplemente brincando a otras frecuencias. Otros sistemas usan algoritmos del
anti-multipath para evitar esta interferencia. Un subconjunto de multipath es el
desvanecimiento de Rayleigh. Esto ocurre cuando la diferencia en longitud del camino es un
múltiplo de mitad la longitud de onda llegando de diferentes direcciones.
3 Capa de Acceso al Medio
Monografía – Sistemas Distribuidos
4
Cada vez más la necesidad a la informática portátil y móvil para las redes de área
locales inalámbricas requeridas por las compañías e individuos continúa subiendo a lo largo
del mundo. Debido a este crecimiento, la IEEE formó un grupo de trabajo para desarrollar un
standard para la Capa de Control de Acceso al Medio (MAC) y la Capa Física (PHY) para la
conectividad inalámbrica para las computadoras estacionarias, portátiles, y móviles dentro
de una área local. Este grupo de trabajo es el IEEE 802.11.
3.1 Arquitectura 802.11
Cada computadora, móvil, portátil o fijo, es referido como una estación en 802.11. La
diferencia entre una estación portátil y móvil es que una estación portátil está en movimiento
de un punto a otro pero sólo se usa en un punto fijo. Las estaciones móviles acceden a la
LAN mientras se mueven.
3.2 Framing
Se especifican formatos del marco para los sistemas de LAN inalámbricos a través de
802.11. Cada marco consiste en un título de MAC, un cuerpo del marco y una secuencia de
control de marco (FCS).
El título de MAC consiste en siete campos y es 30 bytes de largo. Los campos son el
marco de control, duración, dirección 1, dirección 2, dirección 3, secuencia de control, y
dirección 4. El campo de control de marco es de 2 bytes de largo y esta compuesto de 11
subzonas. El campo de la versión protocolar es de 2 bits de longitud y está en el standard
802.11.
3.3 Protocolo de Control de Acceso al Medio
La mayoría de los productos de LANs cableadas usan Carrier Sense Multiple Access con
Detección de Colisión (CSMA/CD) como el protocolo de MAC. La detección de portadora
significa que la estación escuchará antes de que transmita. Si hay ya alguien transmitiendo,
entonces la estación espera e intenta de nuevo después. Si nadie está transmitiendo
entonces la estación prosigue y envía lo que tiene. Pero, ¿qué hace si dos estaciones
envían al mismo tiempo? Las transmisiones chocarán y la información se perderá. Esto es
donde la Detección de la Colisión entra en el juego. La estación escuchará para asegurar
que su transmisión llego a destino sin las colisiones. Si una colisión a ocurrido entonces las
estaciones esperan e intentan de nuevo después. El tiempo las esperas de la estación son
determinadas por el algoritmo backoff. Esta es una gran técnica de trabajos para LANs
cableadas pero la topologías inalámbricas pueden crear un problema debido al CSMA/CD.
El problema es el del nodo oculto.
El problema del Nodo Oculto se muestra anteriormente en Figura 6. Nodo C no puede
oír el nodo A. Así si el nodo A está transmitiendo, el nodo C no lo sabrá y también podría
transmitir. Esto producirá colisiones. La solución a este problema es Carrier Sense Multiple
Access con Anulación de la Colisión o CSMA/CA. CSMA/CA trabaja como sigue: la estación
escucha antes de enviar. Si alguien ya está transmitiendo, espera de nuevo por un periodo
del azar y prueba. Si nadie está transmitiendo entonces que envía un mensaje corto. Este
mensaje se llama el Listo para Enviar mensaje (RTS). Este mensaje contiene la dirección
del destino y la duración de la transmisión. Otras estaciones saben ahora que ellos deben
Monografía – Sistemas Distribuidos
5
esperar ese largo antes de que ellos puedan transmitir. El destino envía un mensaje corto
que es entonces el Despejado Para Enviar Mensaje (CTS). Este mensaje dice a la fuente
que puede enviar sin miedo de colisiones. Cada paquete se reconoce. Si un reconocimiento
no se recibe, la capa MAC retransmite los datos. Esta sucesión entera se llama handshake
de 4 vías.
La MAC también soporta un concepto denominado fragmentación que provee flexibilidad en
el diseño del transmisor/receptor y puede ser útil en entornos con interferencia RF. Un
transmisor 802.11 puede opcionalmente dividir los mensajes en fragmentos más pequeños
para transmisión secuencial. Un receptor puede recibir con más confiabilidad ráfagas de
datos más cortas, porque la transmisión de menor duración de cada fragmento reduce la
probabilidad de que se produzcan errores debidos al desvanecimiento de la señal o al ruido.
Además los fragmentos más pequeños tienen mejores probabilidades de escapar a la
interferencia en forma de ráfagas, como la proveniente de una fuente de microondas.
Provisión de Roaming
La provisión de roaming incorporada en el 802.11 también presenta varias ventajas.
Por ejemplo la mayoría de las WLANs existentes requieren nodos clientes que hagan roam
de un AP a otro: todos usan el mismo canal.
Típicamente los Aps están conectados mediante un backbone cableado. Como se
indicó anteriormente, cuando todos los APs utilizan el mismo canal, la productividad
agregada disponible para toda la red está limitada a la de un canal. Esta limitación es
necesaria porque ofrecer 100% de cobertura en un esquema del tipo celular requiere que
los clientes estén a veces en el rango de múltiples APs.
El standard 802.11 incluye mecanismos para permitir a un cliente hacer roam entre
múltiples APs que pueden estar operando en el mismo canal o en canales separados.
WEP 802.11: Conceptos y vulnerabilidad
La seguridad de una WLAN es muy importante, especialmente para aplicaciones que
manejan información valiosa. Por ejemplo las redes que transmiten números de tarjetas de
crédito para verificación deben enfatizar la seguridad.
WEP (Wired Equivalent Privacy) es el standard opcional de encriptación del 802.11
implementado en la capa MAC que la mayoría de las NICs (Network Iterface Cards) y los
puntos de acceso soportan (el standard especifica el uso del algoritmo de seguridad RC4 de
RSA). Este mecanismo es especialmente importante porque las transmisiones de RF –aún
las de espectro expandido- pueden ser interceptadas más fácilmente que las transmisiones
por cable.
Si un usuario activa la WEP, la NIC encripta la carga útil ( cuerpo del marco y CRC)
de cada marco 802.11 antes de transmitir usando un stream de cifrado provisto por
Seguridad RSA. La estación receptora, como un punto de acceso u otra NIC radial, lleva a
cabo la desencriptación al llegar el marco. Por lo tanto el WEP 802.11 sólo encripta datos
entre estaciones 802.11. En cuanto el marco entra al lado cableado de la red, como entre
puntos de acceso, ya no se aplica WEP.
WEP especifica una clave secreta compartida de 40 o 64 bits para encriptar y
desencriptar datos. Algunos distribuidores también incluyen claves de 128 bits (conocido
como WEP2) en sus productos. Con WEP la estación receptora debe usar la misma clave
para desencriptar.
Monografía – Sistemas Distribuidos
6
Manejo de Potencia
El roaming sugiere que por naturaleza muchos clientes WLANs serán sistemas
portátiles.
El hecho de que los sistemas portátiles están alimentados típicamente por baterías
conducen a otro área de especialización en la especificación de la MAC 802.11.
Particularmente se agregaron características a la MAC que podrían maximizar la vida de la
batería en clientes portátiles vía esquemas de manejo de potencia.
Monografía – Sistemas Distribuidos
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Standard IEEE 802.11b
IEEE 802.11b La red de área local inalámbrica standard "Velocidad Alta" (WLAN) opera en
la banda de Frecuencia de Radio
(RF) no autorizada de los
2.4GHz (2.4 a 2.483 GHz) y
puede transmitir a 11Mbps
(Megabits por segundo). se lanzó
en septiembre de 1999 después
de que el Instituto de Ingenieros
Electrónicos y Eléctricos (IEEE)
había lanzado IEEE 802.11 en
junio de 1997.
El standard IEEE 802.11b define
sólo los dos nivela más bajos del
modelo OSI (Interconexión de los
Sistemas Abierta), la Capa Física (PHY) y la Capa de Enlace de Datos (Control de Acceso al
Medio, subcapa MAC).
Modos de operación
El IEEE 802.11b define dos piezas de equipo, una estación inalámbrica que normalmente es
un PC o un Portátil con una tarjeta de interface de red inalámbrica (NIC), y un punto de
acceso (AP), cuál actúa como un puente entre las estaciones inalámbricas y Sistema de
Distribución (DS) o redes cableadas. Hay dos modos del funcionamiento en IEEE 802.11b,
Modo de la Infraestructura y Modo Ad Hoc.
1. Modo de la Infraestructura
El Modo de la infraestructura consiste en por lo menos un punto de acceso conectado
al Sistema de Distribución.
 Basis Service Set (BSS).
Un punto de acceso provee una función de puente local para BSS. Todas las
estaciones inalámbricas se comunican con el punto de acceso (AP) y ya no se
comunican directamente. Todos los marcos son retransmitido entre estaciones
inalámbricas mediante el Punto de Acceso.
 Extended Service Set (ESS).
Un Conjunto de Servicio Extendido es un conjunto de infraestructuras BSS
Monografía – Sistemas Distribuidos
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donde los APs se comunican entre ellos para enviar tráfico de un BSS a otro
para facilitar el movimiento de estaciones inalámbricas entre BSSs.
2. Modo Ad Hoc

Independent Basic Service Set (IBSS) o Peer to Peer
Las estaciones inalámbricas se comunican directamente unas con otras. Cada
estación podría no ser capaz de comunicarse con cualquier otro debido a las
limitaciones de alcance. No hay APs en un IBSS. Por lo tanto todas las
estaciones necesitan estar dentro del rango de las otras y se comunican
directamente.
Capa Física IEEE 802.11b
La capa física (PHY) cubre la interfaz física entre dispositivos y se encarga de transmitir bits
sobre el canal de comunicación. Esta capa física es una extensión de la capa física IEEE
802.11, la cual soporta 1 y 2 Mbps. El IEEE 802.11b pude soportar tasas de datos más altas
de 5.5 y 11 Mbps mediante el empleo de Complementary Code Keying (CCK) con
modulación Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) y tecnología Direct-Sequence SpreadSpectrum (DSSS).
Además el IEEE 802.11b define dynamic rate shifting, permitiendo que las tasas de
datos se ajusten automáticamente para condiciones de ruido. Esto significa que los
dispositivos IEEE 802.11b transmitirán a menores velocidades (5.5, 2 y 1 Mbps) bajo ruido.
Cuando los dispositivos regresan al rango de transmisión de mayor velocidad, la conexión
incrementará su velocidad automáticamente.
Tradicionalmente el IEEE 802.11 utiliza FHSS o DSSS. Ambas son buenas soluciones para
tasas de 1 a 2 Mbps. Sin embargo en U.S. el IEEE 802.11b no puede usar FHSS para
velocidades más altas sin violar las reglamentaciones de la FCC.
IEEE 802.11b Data Rate Specifications
Data Rate
Code Length
1 Mbps
11 (Barker Sequence)
2 Mbps
11 (Barker Sequence)
5.5 Mbps
8 (CCK)
11 Mbps
8 (CCK)
Note: Mbps
Modulation
BPSK
QPSK
QPSK
QPSK
Symbol Rate
1 MSps
1 MSps
1.375 MSps
1.375 MSps
Bits/Symbol
1
2
4
8
Megabits per second
Monografía – Sistemas Distribuidos
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MSps
BPSK
QPSK
CCK
Million Symbols per second
Binary Phase Shift Keying uses one phase shift for each bit.
Quadrature Phase Shift Keying uses four rotations (0, 90, 180 and 270
degrees)
Complementary Code Keying uses 4 bits per carrier for 5.5 Mbps, and 8 bits
per carrier for 11 Mbps
La capa física del 802.11b está dividida en dos partes: el Physical Layer Convergence
Protocol (PLCP) y la subcapa Physical Medium Dependent (PMD). La PMD se encarga
de la codificación inalámbrica. La PLCP presenta una interfaz común para la subcapa MAC
para escribir y proveer detección de portadora y CCA (Clear Channnel Assessment).
Plcp tiene dos estructuras: un preámbulo corto y uno largo. Todos los sistemas 802.11b
compatibles tienen que soportar el preámbulo largo. La opción de preámbulo corto se
provee en el standard para mejorar la eficiencia de la productividad de una red al transmitir
datos especiales tales como VoIP (Voice over IP) y video.
El Formato de Marco PLCP
1. El Preámbulo PLCP


El
Campo
de
Sincronización
(Sync) consiste en
128 bits para el
preámbulo largo y 56
bits para el corto.
El
Campo
16-bit
Start
Frame
Delimiter (SFD) se
utiliza para marcar el
comienzo de cada
marco.
2. El Encabezado PLCP




El Campo 8-bit Signal or Data rate (DR) indica cuán rápidamente serán
transmitidos los datos.
El Campo 8-bit Service está reservado para uso futuro.
El Campo 16-bit Length indica la longitud del resultante MAC PDU (Medium
Access Control sublayer's Protocol Data Unit).
El Campo 16-bit Cyclic Redundancy Code (CRC) se utiliza para deteción de
errores.
Subcapa de Control de Acceso al Medio IEEE 802.11b
Monografía – Sistemas Distribuidos
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El subcapa MAC del IEEE 802.11b sirve como la interface entre la capa física y el host
device. Soporta ambos los modos del funcionamiento de Infrastructure y Ad Hoc. Dos
características de robustez de la subcapa MAC del IEEE 802.11b son el Control de
Redundancia Cíclico (CRC) y Fragmentación del Paquete. Cada paquete tiene un CRC
calculado y vinculado para asegurar que los datos no se corrompen en el transporte. La
Fragmentación del Paquete enviará paquetes grandes en pedazos pequeños cuando
transmite un mensaje por el aire. Esto tiene dos ventajas. La primera ventaja es reducir la
necesidad por el retransmisión porque la probabilidad de un paquete se corrompa aumenta
con el tamaño del paquete. La segunda ventaja es que en caso de corrupción del paquete,
el nodo necesita al retransmitir sólo un fragmento pequeño, por consiguiente es más rápido.
Inter Frame Space (IFS)
Four types of Inter Frame Spaces
Short IFS (SIFS) es el periodo entre la realización de transmisión del paquete y la
salida del marco de ACK. (El IFS mínimo)
2. Point Coordination IFS (PIFS) es un SIFS más un Slot Time.
3. Distributed IFS (DIFS) es un PIFS más un Slot Time.
4. Extended IFS (EIFS) es un IFS más largo usado por una estación que ha recibido un
paquete que no podría entender. Esto se requiere para prevenir colisiones.
1.
Physical Carrier Sense
El IEEE 802.11b utiliza Carrier Sense
Multiple
Access/Collision
Avoidance (CSMA/CA). CSMA/CA es
llamado Función de Coordinación
Distribuida (DCF). Esto requiere que
cada estación escuche para otros
usuarios. Si el canal está inactivo, la
estación
puede
transmitir.
Sin
embargo, si está ocupado, cada
estación debe esperar hasta que la
transmisión se detenga en cuyo
tiempo el receptor le envía un ACK. Entonces cada estación debe esperar por un tiempo
igual a DIFS, más un número de slot times para la próxima transmisión y evitar colisiones.
El CSMA/CA también incluye una Función Point Coordination opcional (PCF) que se usa
para preparar un punto de acceso como un punto de coordinación. En esta función, el
coordinador del punto le asigna prioridad a cada cliente en un marco de la transmisión dado.
La opción de PCF se usa para tráfico de multimedios.
Virtual Carrier Sense
Una suposición del Physical Carrier Sense es que cada estación puede "escuchar" todas las
otras estaciones. Esto no siempre es verdad. En "El Problema del Nodo Oculto" todas las
estaciones inalámbricas A, B y C pueden ver el AP P. A y B pueden verse entre si, lo mismo
ocurre con B y C, pero A no puede ver C.
Monografía – Sistemas Distribuidos
11
Para manejar este problema la IEEE
802.11b
especifica
un
protocolo
Handshake de 4 vías opcional de
petición para enviar/despejado para
enviar (RTS/CTS). Este protocolo reduce
la probabilidad de una colisión en el área
del receptor. Cuando una estación quiere
transmitir datos, envía un RTS y esperas
primero a que el punto de acceso
conteste con un CTS. Puesto que todas
las estaciones en la red pueden oír el punto de acceso, el CTS causa que cualquier
transmisión intencional se retrase y permite a la estación transmitir y recibir un paquete
acknowledgment(ACK).
The IEEE 802.11b MAC Frame Format






Frame Control (FC): versión del protocolo y tipo de marco (management, data and
control).
Duración/ID (ID)
 Station ID es usado para Ahorro de energía eligiendo el tipo de paquete de
mensaje.
 El valor de duración es usado el cálculo del Network Allocation Vector
(NAV).
Address fields (1-4) contiene hasta 4 direcciones (source, destination, transmittion
and receiver addresses) dependiendo del campo de control de marco (los bits ToDS y
FromDS).
Sequence Control consiste en número de fragmento y número de la secuencia. Se
usa para representar el orden de fragmentos diferentes que pertenecen al mismo
marco y reconocer duplicaciones del paquete.
Data es esta la información que es transmitida o recibida.
CRC contiene 32-bit Cyclic Redundancy Check (CRC).
The usage of different Address fields (1-4) according to ToDS and FromDs bits setting
ToDS
FromDS
Address 1
Address 2
Address 3
Address 4
0
0
DA
SA
APA
N/A
0
1
DA
APA
SA
N/A
1
0
APA
SA
DA
N/A
1
1
RA
TA
DA
SA
Nota:
DA - Destination Address
SA - Source Address
RA - Recipient Address
TA - Transmitter Address
APA - Access Point Address
Monografía – Sistemas Distribuidos
12
Formato de control de paquete










Protocol Version indicates the version of IEEE 802.11 standard.
Type & Subtype: Type - Management, Control and Data , Subtype - RTS, CTS, ACK
etc
To DS is set to 1 when the frame is sent to Distribution System (DS)
From DS is set to 1 when the frame is received from the Distribution System (DS)
More Fragment is set to 1 when there are more fragments belonging to the same
frame following the current fragment
Retry indicates that this fragment is a retransmission of a previously transmitted
fragment. (For receiver to recognize duplicate transmissions of frames)
Power Management indicates the power management mode that the station will be in
after the transmission of the frame.
More Data indicates that there are more frames buffered to this station.
WEP indicates that the frame body is encrypted according to the WEP (wired
equivalent privacy) algorithm.
Order indicates that the frame is being sent using the Strictly-Ordered service class.
Monografía – Sistemas Distribuidos
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Standard IEEE 802.11a
La última tecnología inalámbrica disponible, el standard IEEE 802.11 a, permite
implementar LANs inalámbricas rápidas, robustas y flexibles cuya instalación y
mantenimiento resultan económicos en entornos corporativos, gubernamentales, médicos y
educativos. Veremos cómo difiere del standard 802.11 b. Enumeraremos sus beneficios
comparados con otras soluciones de conectividad y destacaremos las opciones de
seguridad y las ventajas de las redes inalámbricas.
Aunque los standards 802.11 b y 802.11 a fueron establecidos simultáneamente, el
802.11 b llegó primero al mercado debido a su implementación técnica más simple. Sin
embargo el 802.11 a, ofreciendo ventajas de desempeño significativas, se encuentra ahora
disponible para los administradores de IT y las organizaciones que necesitan LANs
inalámbricas robustas y de alta velocidad. Las ventajas del standard 802.11 a incluyen:
* Cinco veces la velocidad
* Hasta trece veces más capacidad
* Confiabilidad superior del sistema en la banda descongestionada de 5 Ghz
* Disponibilidad mundial
* Mejor opción de actualización de la red
* Compatibilidad cliente con instalaciones 802.11 b existentes.
802.11a - cinco veces la velocidad
La velocidad de las conexiones de red es un factor limitante para la mayoría de las
aplicaciones de negocios. La velocidad de conexión determina qué tan bien funciona una
aplicación en una organización, tanto o mejor que la velocidad de los procesadores. Una
computadora de escritorio a 2.1 GHz que intercambia datos en una red mediante un módem
de 56 k, no se acerca a su desempeño potencial. La productividad de los empleados en tal
red o aún en una red 802.11 b de 11 Mbps está restringida (las aplicaciones de negocios
actuales generan archivos de datos muy grandes. Aplicaciones tales como hojas de cálculo,
programas de gráficos, software de presentación, CAD y otros producen archivos del orden
de los megabytes).
A 54 Mbps el 802.11 a tiene unas cinco veces la velocidad del 802.11 b. Esto significa
que puede haber un mayor número de usuarios por punto de acceso en relación con el 11 b
y además las aplicaciones se ejecutarán a la velocidad apropiada para la cual fueron
diseñadas.
Monografía – Sistemas Distribuidos
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Otra consideración en la comparación entre el 802.11 a y el 802.11 b es que aunque
la velocidad de conexión decrece con la distancia al punto de acceso bajo ambos standards,
el 802.11 a es siempre más rápido en toda distancia. La relación distancia / desempeño
muestra que el 802.11 b requiere un mayor número de puntos de acceso para cubrir
efectivamente un área determinada y una menor velocidad de conexión promedio disponible
para usuarios que no se hallan próximos a un punto de acceso.
Actualmente la empresa Proxim ofrece el modo 2X, no oficialmente especificado en el
802.11 a, que permite conexiones de hasta 108 Mbps.
802.11a - trece veces la capacidad de las redes 802.11b
Junto con la velocidad de conexión, la capacidad es un factor determinante en la
productividad. Mayor capacidad permite que más usuarios accedan a una red de
computadoras.
Existe una diferencia entre el 802.11a y el 802.11b en la forma de entregar capacidad
de red vía inalámbrica.
La red inalámbrica ideal consiste en puntos de acceso vecinos que operan sobre
diferentes canales. El empleo de diferentes canales permite a los trabajadores conectarse a
la red sin experimentar interferencia proveniente de otros usuarios o una inaceptable
dilución de las tasas de transferencia de datos. Cuanto mayor número de canales se
empleen, es menos probable que estos problemas ocurran.
Por este motivo es difícil escalar una red inalámbrica 802.11b: este standard sólo
tiene tres canales. Esto significa que, en grandes despliegues, es probable que al menos un
punto de acceso con un canal competidor estará instalado cerca de otro. Esto es
especialmente problemático con redes en edificios de múltiples pisos porque las señales
inalámbricas se irradian en todas direcciones, no sólo horizontalmente.
En contraste, el standard 802.11a usa ocho canales independientes. Estos canales
adicionales permiten a las redes 802.11a entregar hasta 13 veces la productividad de las
redes 802.11b con menos interferencia, a través de los pisos y entre ellos.
Monografía – Sistemas Distribuidos
15
802.11a - menos interferencia de otros dispositivos inalámbricos
Otra razón para el superior desempeño del 802.11a es que opera en la no
congestionada banda
UNII de 5 GHz. En contraste, el 802.11b opera en la altamente congestionada banda ISM de
2.4 GHz . Las computadoras conectadas a una LAN inalámbrica que utiliza 802.11b deben
competir con muchos otros artefactos - incluyendo teléfonos inalámbricos, hornos de
microondas y productos Bluetooth - por conexiones en el mismo espectro. Esto significa que
las señales a veces no son tan claras y puede ser disminuida la productividad.
802.11a - un standard mundial
Las corporaciones multinacionales, organizaciones gubernamentales y otros quienes
requieren estandarización de sistemas en todo el mundo, estarán complacidos al notar que
el 802.11a ha sido certificado en Estados Unidos, Canadá, México, en más de 10 países de
Europa Occidental y en Japón. Con más países certificando día a día, el 802.11a está en
camino de convertirse en el standard global para LANs inalámbricas.
802.11a - mejor camino de migración a velocidades mayores
Las ventajas del 802.11a son numerosas y obvias, pero qué sucede con aquellas
corporaciones e instituciones que ya han adoptado el 802.11b. Pueden migrar fácilmente a
conectividad del tipo 802.11a y además ambos standards pueden coexistir en la misma
organización, con usuarios conmutando entre sistemas mientras hacen roam. El 802.11a
puede ser desplegado junto a instalaciones 802.11b existentes sin temor de interferencias
debido a que opera en una banda diferente.
802.11a - logrando compatibilidad hacia atrás con redes 802.11b
Monografía – Sistemas Distribuidos
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Mientras otros podrían estar de acuerdo en que el 11a es una migración más simple
hacia velocidad mayor, podrían preguntarse acerca de la compatibilidad con sistemas 11b
en otros lugares. ¿Cómo me conecto a un 11a en la oficina y también me conecto
fácilmente con redes 11b en mi hogar o en hot spots públicos en aeropuertos o cafés?
Afortunadamente no se necesita llevar dos placas inalámbricas. Ya se encuentran listas
para ser desplegadas placas cliente 802.11a/b de modo dual. Estas placas funcionan como
las placas de redes inalámbricas comunes de laptops, pero pueden detectar el standard
inalámbrico en uso y automáticamente cambiar a ese sistema. Cuando un usuario camina
de una celda 802.11b a una 802.11a la placa “ve” cuál sistema utilizar y hace el ajuste al
vuelo.
No sólo de esta manera se resuelve cualquier conflicto de sistemas en un campus
(digamos que el departamento de ingeniería usa 802.11a pero el de marketing usa
802.11b), sino también permite a usuarios con LANs inalámbricas hogareñas (típicamente
usando 802.11b) conectarse a sus LANs inalámbricas en el trabajo(empleando 802.11a).
Esto también significa compatibilidad universal para usuarios de hot spots públicos.
El 802.11a , al ofrecer compatibilidad hacia atrás, protege la inversión en tecnología de las
WLANs existentes.
Características Técnicas
Capa física
El 802.11 a utiliza 300 MHz de ancho de banda en la banda U-NII (Unlicensed
National Information Infrastructure). Aunque los 200 MHz inferiores están físicamente
contiguos, la FCC ha dividido los 300 MHz totales en tres dominios diferentes de 100 MHz,
cada uno de los cuales con una potencia máxima de salida legal diferente como se observa
en el siguiente gráfico:
Dada su alta potencia de salida, los dispositivos que transmiten en la banda alta
tenderán a ser productos edificio-a-edificio. Las bandas baja y media son más apropiadas
para productos de interior de edificios. Un requerimiento específico para la banda baja es
que todos los dispositivos deben emplear antenas integradas.
Esquema de modulación OFDM
El 802.11 a usa Orthogonal Frequency Division Multiplexing, un nuevo esquema de
codificación que ofrece beneficios sobre espectro expandido en disponibilidad del canal tasa
de datos. La disponibilidad del canal es significativa porque cuantos más canales
independientes haya disponibles, más escalable se vuelve la red inalámbrica. La alta tasa
de datos se logra combinando muchas subportadoras de menor velocidad para crear un
canal de alta velocidad.
Monografía – Sistemas Distribuidos
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El 802.11 a utiliza OFDM para definir un total de 8 canales de 20 MHz no solapables
a través de las dos bandas inferiores; cada uno de estos canales está dividido en 52
subportadoras de aproximadamente 300 KHz de ancho cada una.
Las subportadoras se transmiten en paralelo, es decir se envían y reciben
simultáneamente. El dispositivo receptor procesa las señales individuales, cada una
representando una fracción de los datos totales, que juntas constituyen la señal real. Con
tantas subportadoras componiendo cada canal, una cantidad enorme de información pude
ser enviada de una vez.
Con tanta información por transmisión se torna necesario resguardarla contra la
pérdida de datos. Se agregó Forward Error Correction (FEC) a la especificación 802.11 a
para este propósito (la información redundante transmitida no tiene un impacto significativo
en el desempeño del sistema, dada la alta velocidad de operación del mismo).
Otra amenaza a la integridad de la transmisión es la reflexión multipath, también
denominada delay spread, lo cual puede ocasionar un aumento en la amplitud de la señal
recibida, una cancelación de la misma o inclusive, si el retardo es lo suficientemente
prolongado, la señal demorada se mezcla con la siguiente transmisión. OFDM especifica
una menor tasa de símbolos para reducir la posibilidad de que una señal se mezcle con la
siguiente.
Tasa de
datos
Los
dispositivos que utilizan el 802.11 a deben soportar velocidades de 6, 12 y 24 Mbps. Hay
velocidades opcionales de 9, 18, 36, 48 y 54 Mbps. Estas diferencias son el resultado de la
implementación de diferentes técnicas de modulación y niveles FEC. Para alcanzar 54
Mbps se emplea quadrature amplitude modulation de 64 niveles (64 QAM)
Capa MAC
Monografía – Sistemas Distribuidos
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El 802.11 a utiliza la misma tecnología de capa de Control de Acceso a Medios (MAC)
que el 802.11 b: carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA-CA).
Monografía – Sistemas Distribuidos
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IEEE 802.11g
Si sus aplicaciones de LAN inalámbricas requieren alto desempeño, entonces usted
está enfrentando una decisión probablemente por si usar 802.11a o esperar por 802.11g.
Antes de hacer la elección, usted necesita entender totalmente lo que ambos normas tiene
que ofrecer. Comparemos y contrastemos estas dos tecnologías compitiendo y entonces
vea cuál mejor encaja en sus necesidades.
802.11g
La norma 802.11g todavía está bajo desarrollo, y estará probablemente disponible su
versión final a finales del 2002. La 802.11g es una extensión de la 802.11b, la base de la
mayoría de LANs inalámbricas en existencia hoy. La 802.11g aumentará la tasa de datos de
la 802.11b a 54 Mbps dentro de la banda de 2.4 GHz que usa la tecnología de OFDM
(orthogonal frecuencia división multiplexing). Este standard no está aún ratificado, por lo
tanto no hay actualmente productos disponibles.
El 11g utiliza las mismas frecuencias y los mismos tres canales que el 802.11b en la
banda de 2.4 Ghz. El resultado es interferencia entre sistemas 11b y 11g, haciéndolos
incompatibles de modo tal que el 11g no puede ser desplegado simultáneamente con redes
11b existentes. Esto evita que los administradores de redes puedan agregar usuarios que
necesiten mayores velocidades sin quitar primero completamente la red 11b original, aún si
los usuarios de baja velocidad continuarán trabajando en forma inalámbrica con sus tarjetas
cliente 11b.
Un problema grande con 802.11g, qué también aplica a 802.11b, es interferencia de
RF considerable de otros dispositivos de 2.4 GHz, como los más nuevos teléfonos
inalámbricos. Las compañías se quejan a menudo del desempeño limitado de LAN
inalámbrico cuando las personas en el establecimiento operan teléfonos inalámbricos. Es
posible manejar el problema limitando fuentes de interferencia de RF; sin embargo, no
siempre puede eliminarse el problema.
Monografía – Sistemas Distribuidos
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Siglas
AP - access point
BSS - basic service set
CSMA/CA - carrier sense multiple access with collision avoidance
CSMA/CD - carrier sense multiple access with collision detection
CTS - clear to send
DS - distribution system
DSS - distribution system services
DSSS - direct sequence spread spectrum
ESS - extended service set
FCC - Federal Communications Committee
FCS - frame check sequence
FHSS - frequency hopping spread spectrum
IBSS - independent basic service set
IR - infrared
LAN - local area network
MAC - medium access control layer
MSDU - MAC service data unit
MW - microwave
PHY - physical layer
RF - radio frequency
RTS - ready to send
WEP - wired equivalent privacy
Monografía – Sistemas Distribuidos
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Referencias
3com, "IEEE 802.11b Wireless LANs Wireless Freedom at Ethernet Speeds," [Online
document],25 April 2000. Available URL:
http://www.3com.com/technology/tech_net/white_papers/503072.html
Al Petrick, "Standard and Protocols IEEE 802.11 b Wireless Ethernets," [Online document],
June 2000. Available URL: http://www.csdmag.com/main/2000/06/0006stand.htm
Angela Champness, "IEEE 802.11 DSSS: The Path To High Speed Wireless Data
Networking," [Online document]. Available URL: http://www.wifi.net/downloads/weca80211boverview.pdf
Breezecom, "IEEE 802.11 Technical Tutorial," [Online document]. Available URL:
http://www.breezecom.com/Materials/PDFFiles/802.11Tut.pdf
Dr. Arian Durresi, "Wireless Data Networking IEEE 802.11 & Overview of IEEE 802.11b,"
[Online document]. Available URL: http://www.cis.ohiostate.edu/~durresi/presentations/802.11.pdf
Joel Conover, "Anatomy of IEEE 802.11b Wireless," [Online document], 7 August 2000,
Available URL: http://www.networkcomputing.com/1115/1115ws2.html
"Introduction to IEEE 802.11," [Online document]. Available URL:
http://www.intelligraphics.com/articles/80211_article.html
IEEE P802.11, “Draft Standard for Wireless LAN Medium Access Control and Physical
Layer Specification” 9 May 1997
Chen, Kwang-Cheng “Medium Access Control of Wireless LANs for Mobile Computing”
IEEE Network Sep/Oct 1994 V8 N5
Balakrishna, Saraswati “Network Topologies in Wireless LANs IFSM 652” Dec 20 1995
Pahlavan, Kaveh “Trends in local wireless data networks IEEE Vehicular Techonology
Conference v1” 1996 p. 21-25
Gibson, J. “The Communications Handbook” IEEE Press, CRC Press 1997
Weber State U., www.weber.edu/ist/itfm/lanstren.ht
The Wireless LAN Alliance, www.wlana.com
BreezeCom, www.breezecom.com
WaveAccess, www.waveaccess.com
http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/cis788-97/wireless_lans/index.htm
www.radiolan.com
Davis, P.T. McGuffin, C.R. “Wireless Local Area Networks”
McGraw-Hill 1994
Monografía – Sistemas Distribuidos
22
Bates, B. “Wireless Networked Communications”
McGraw-Hill 1994
Muller, N. “Wireless Data Networking”
Artech House 1995
Santamaria, A. “Wireless LAN Systems”
Artech House 1994
Rappaport, T. “Wireless Communications”
Prentice Hall 1996
Garg, V. Wilkes, J. “Wireless and Personal Communications Systems”
Prentice Hall 1996
Información de la compañía Proxim
Monografía – Sistemas Distribuidos
23