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1 Sistemas inalámbricos y movilidad Master de Telemática, Mondragon Unibertsitatea Mondragón, 11-12 de abril de 2002 Rogelio Montañana Universidad de Valencia.

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1 1 Sistemas inalámbricos y movilidad Master de Telemática, Mondragon Unibertsitatea Mondragón, de abril de 2002 Rogelio Montañana Universidad de Valencia

2 2 Sumario LANs inalámbricas Redes de telefonía celular IP móvil

3 3 LANs Inalámbricas Comparación tecnologías inalámbricas móviles Historia Modelo de referencia Nivel físico Nivel MAC Ejemplos de aplicación Puentes inalámbricos

4 4 Tipo de redWWAN (Wireless WAN) WLAN 99 (Wireless LAN) WLAN 97 (Wireless LAN) WPAN (Wireless Personal Area Network) EstándarGSM/GPRS/UMTSIEEE a y b IEEE IEEE (Bluetooth) Velocidad9,6/170/2000 Kb/s11-54 Mb/s1-2 Mb/s721 Kb/s Frecuencia0,9/1,8/2,1 GHz2,4 y 5 GHz2,4 GHz e Infarrojos 2,4 GHz Rango35 Km70 m150 m10 m Técnica radio VariasDSSSFHSS y DSSS FHSS Itinerancia (roaming) Sí No Equivalente a: Conexión telefónica (módem) LAN de media- alta velocidad LAN de baja velocidad Cables de conexión Comparación de tecnologías inalámbricas móviles

5 5 Historia de las WLANs FechaEvento 1986Primeras LANs inalámbricas. 860 Kb/s. Banda de 900 MHz (no disponible en Europa) 1993Primeros sistemas propietarios de 1 y 2 Mb/s en banda de 2,4 GHz 7/1997El IEEE aprueba estándar y 2 Mb/s. Banda de 2,4 GHz e infrarrojos 1998Primeros sistemas preestándar b (11 Mb/s a 2,4 GHz) 9/1999El IEEE aprueba suplementos b (hasta 11 Mb/s en 2,4 GHz) y a (hasta 54 Mb/s en 5 GHz, no disponible en Europa) 12/2001Primeros productos comerciales a 12/2001Publicación borrador e (QoS en WLANs) 2º sem (est.)Publicación borrador g (hasta 54 Mb/s en 2,4 GHz)

6 6 Modelo de referencia de PMD (Physical Media Dependent) PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) Subcapa MAC: Acceso al medio (CSMA/CA) Acuses de recibo Fragmentación Confidencialidad (WEP) Capa de enlace Capa física InfrarrojosOFDMDSSSFHSS

7 7 LANs Inalámbricas Comparación tecnologías inalámbricas móviles Historia Modelo de referencia Nivel físico Nivel MAC Ejemplos de aplicación Puentes inalámbricos

8 8 Nivel físico en Infrarrojos: solo válido en distancias muy cortas y en la misma habitación Radio: –FHSS (Frequency Hoping Spread Spectrum): Sistema de bajo rendimiento, poco utilizado actualmente. –DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): Buen rendimiento y alcance. El más utilizado hoy en día. –OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Máximo rendimiento pero usa banda de 5 GHz, solo regulada actualmente en EEUU. Los equipos que utilizan diferentes sistemas no pueden interoperar entre sí

9 9 Medios del nivel físico en Nivel físicoInfrarrojosFHSSDSSSOFDM Banda850 – 950 nm2,4 GHz 5 GHz Velocidades * 1 y 2 Mb/s (802.11) 1 y 2 Mb/s (802.11) 5,5 y 11 Mb/s (802.11b) 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 54 Mb/s (802.11a) Alcance (a vel. Max.) 20 m150 m30 m5 m UtilizaciónMuy raraPoca. En desuso MuchaPoca. Creciente CaracterísticasNo atraviesa paredes Interferencias Bluetooth y hornos microondas Buen rendimiento y alcance Máximo rendimiento * Las velocidades subrayadas son obligatorias, las demás son opcionales

10 10 Velocidad en función del alcance para Valores medios para interior en ambientes de oficina. En exteriores los alcances pueden ser hasta cinco veces mayores. El alcance real depende del entorno. Los equipos se adaptan automáticamente a la máxima velocidad posible en cada caso

11 11 Espectro electromagnético La mayor parte del espectro radioeléctrico está regulada por la ITU-R y se requiere licencia para emitir La ITU-R divide el mundo en tres regiones. Cada una tiene una regulación diferente de las frecuencias (http://www.itu.int/brfreqalloc/). Algunos países tienen normativas propias más restrictivas.http://www.itu.int/brfreqalloc/ Como no sería práctico pedir licencia para cada WLAN el IEEE buscó una banda no regulada disponible en todo el mundo y consideró que la de 2,4 GHz (banda ISM, Industrial-Científica- Médica) era la más adecuada. Las frecuencias exactas difieren en cada región, e incluso para algunos países

12 12 Banda 2,4 GHz para según regiones Región ITU-RRangoPotencia máxima 1: Europa (excepto España)2,4000 – 2,4835 GHz100 mW Francia2,4465 – 2,4835 GHz100 mW España2,445 – 2,475 GHz100 mW 2: EEUU y Canadá2,400 – 2,4835 GHz1000 mW 3: Japón2,471 – 2,497 GHz10 mW/MHz

13 13 Espectro Disperso Para reducir la interferencia en la banda de 2,4 GHz las emisiones de más de 1 mW se han de hacer en espectro disperso Has dos formas de hacer una emisión de espectro disperso: –Frecuency Hopping (salto de frecuencia). El emisor va cambiando continuamente de canal. El receptor ha de seguirlo. –Direct Sequence (secuencia directa). El emisor emplea un canal muy ancho. La potencia de emisión es similar al caso anterior, pero al repartirse en una banda mucho mas ancha la señal es de baja intensidad (poca potencia por Hz).

14 14 Frequency Hopping vs Direct Sequence Frequency Hopping Direct Sequence Frecuencia 2,4 GHz 2,4835 GHz C. 9 C. 20 C. 45 C. 78 C. 58 C. 73 Frecuencia 2,4 GHz 2,4835 GHz Canal 1 Canal 7 Canal 13 El emisor cambia de canal continuamente (unas 50 veces por segundo) Cuando el canal coincide con la interferencia la señal no se recibe; la trama se retransmite en el siguiente salto Interferencia El canal es muy ancho; la señal contiene mucha información redundante Aunque haya intereferencia el receptor puede extraer los datos de la señal 1 MHz 22 MHz Tiempo 20 ms

15 15 Frequency Hopping Direct Sequence Potencia (mW/Hz) Frecuencia (MHz) Potencia (mW/Hz) Frecuencia (MHz) 1 MHz 22 MHz Señal concentrada, gran intensidad Elevada relación S/R Área bajo la curva: 100 mW Señal dispersa, baja intensidad Reducida relación S/R Área bajo la curva: 100 mW Frequency Hopping vs Direct Sequence 100 5

16 16 Canales DSSS a 2,4 GHz Región ITU-R o país CanalFrecuencia (MHz) EEUU y Canadá EuropaEspañaFranciaJapón 12412XX XX XX XX XX XX XX XX XX XXXX XXXX X-X X-X X

17 17 Reparto de canales DSSS a 2,4GHz Europa (canales 1 a 13) Francia (canales 10 a 13) España (canales 10 y 11) EEUU y Canadá (canales 1 a 11) Japón (canal 14) Canal ,4000 GHz2,4835 GHz MHz

18 18 Canales DSSS simultáneos Si se quiere utilizar más de un canal en una misma zona hay que elegir frecuencias que no se solapen. El máximo es de tres canales: –EEUU y Canadá: Canales 1, 6 y 11 –Europa: Canales 1, 7 y 13 –España y Japón: no se puede utilizar más de un canal simultáneamente Francia, que tenía una normativa similar a España, la ha suprimido recientemente para adecuarla al resto de Europa Con diferentes canales se pueden constituyen LANs inalámbricas independientes en una misma zona

19 19 Banda de 5 GHz (802.11a) Para a el IEEE ha elegido la banda de 5 GHz, que permite canales de mayor ancho de banda Un equipo a no puede interoperar con uno b. La parte de radio es completamente diferente En EEUU la FCC ya ha asignado esta banda para a En Europa esta banda está asignada hace tiempo a HIPERLAN/2, WLAN de alta velocidad estandarizada por ETSI (European Telecommunications Standards Institute) poco utilizada en la práctica. La aprobación de a en Europa está pendiente de realizar modificaciones que le permitan coexistir con HIPERLAN/2

20 20 Interferencias Externas: –Bluetooth interfiere con FHSS (usan la misma banda). No interfiere con DSSS. –Los hornos de microondas (funcionan a 2,4 GHz) interfieren con FHSS. También hay reportadas interferencias entre hornos de microondas y FHSS(misma banda). A DSSS no le afectan. –Otros dispositivos que funciona en 2,4 GHz (teléfonos inalámbricos, mandos a distancia de puertas de garage, etc.) tienen una potencia demasiado baja para interferir con las WLANs –En los sistemas por infrarrojos la luz solar puede afectar la transmisión Internas (de la propia señal): –Debidas a multitrayectoria

21 21 Interferencia debida a la multitrayectoria Se produce interferencia debido a la diferencia de tiempo entre la señal que llega directamente y la que llega reflejada por diversos obstáculos. En estos casos se solía usar FHSS, que va mejor que DSSS. Pero hoy en día se ha resuelto con las antenas diversidad (dobles antenas)

22 22 Antenas diversidad El equipo (normalmente un punto de acceso) tiene dos antenas. El proceso es el siguiente: –El equipo recibe la señal por las dos antenas y compara, eligiendo la que le da mejor calidad de señal. El proceso se realiza de forma independiente para cada trama recibida, utilizando los bits de preámbulo (128 en DSSS) para hacer la medida –Para emitir a esa estación se usa la antena que dió mejor señal en recepción la última vez –Si la emisión falla (no se recibe el ACK) cambia a la otra antena y reintenta Las dos antenas cubren la misma zona Al resolver el problema de la interferencia multitrayectoria de DSSS el uso de FHSS ha caído en desuso

23 23 LANs Inalámbricas Comparación tecnologías inalámbricas móviles Historia Modelo de referencia Nivel físico Nivel MAC Ejemplos de aplicación Puentes inalámbricos

24 24 Red ad hoc o BSS (Basic Service Set) PC de sobremesa PC portátil Las tramas se transmiten directamente de emisor a receptor Para que los portátiles puedan salir a Internet este PC puede actuar de router Internet / / / / /24 Tarjeta PCI Tarjeta PCMCIA

25 25 Protocolo MAC de El protocolo MAC utiliza una variante de Ethernet llamada CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Colision Avoidance) No puede usarse CSMA/CD porque el emisor de radio una vez empieza a transmitir no puede detectar si hay otras emisiones en marcha (no puede distinguir otras emisiones de la suya propia)

26 26 Protocolo CSMA/CA Cuando una estación quiere enviar una trama escucha primero para ver si alguien está transmitiendo. Si el canal está libre la estación transmite Si está ocupado se espera a que el emisor termine y reciba su ACK, después se espera un tiempo aleatorio y transmite. El tiempo en espera se mide por intervalos de duración constante Al terminar espera a que el receptor le envíe una confirmación (ACK). Si esta no se produce dentro de un tiempo prefijado considera que se ha producido una colisión, en cuyo caso repite el proceso desde el principio

27 27 Algoritmo de retroceso de CSMA/CA Emisor (A) Receptor (B) Segundo emisor (C) DIFS (50ms) Trama de Datos ACK DIFS SIFS (10ms) Trama de Datos Tiempo de retención (Carrier Sense) Tiempo aleatorio DIFS: DCF (Distributed Coordination Function) Inter Frame Space SIFS: Short Inter Frame Space

28 28 Colisiones Pueden producirse porque dos estaciones a la espera elijan el mismo número de intervalos (mismo tiempo aleatorio) para transmitir después de la emisión en curso. En ese caso reintentan ampliando exponencialmente el rango de intervalos y vuelven a elegir. Es similar a Ethernet salvo que las estaciones no detectan la colisión, infieren que se ha producido cuando no reciben el ACK esperado También se produce una colisión cuando dos estaciones deciden transmitir a la vez, o casi a la vez. Pero este riesgo es mínimo. Para una distancia entre estaciones de 70m el tiempo que tarda en llegar la señal es de 0,23 s

29 29 Fragmentación En el nivel MAC de se prevé la posibilidad de que el emisor fragmente una trama para enviarla en trozos más pequeños Por cada fragmento se devuelve un ACK por lo que en caso necesario es retransmitido por separado. Si el emisor ve que las tramas no están llegando bien puede decidir fragmentar las tramas grandes para que tengan mas probabilidad de llegar al receptor La fragmentación permite enviar datos en entornos con mucho ruido, aun a costa de aumentar el overhead Todas las estaciones están obligadas a soportar la fragmentación en recepción, pero no en transmisión

30 30 El problema de la estación oculta A B C 1: A quiere transmitir una trama a B. Detecta el medio libre y transmite 2: Mientras A está transmitiendo C quiere enviar una trama a B. Detecta el medio libre (pues no capta la emisión de A) y transmite Alcance de B 3. Se produce una colisión en la intersección por lo que B no recibe ninguna de las dos tramas 3 70 m Tr. 1 2 Alcance de A Alcance de C

31 31 Solución al problema de la estación oculta A B C 1: Antes de transmitir la trama A envía un mensaje RTS (Request To Send) 2: B responde al RTS con un CTS (Clear To Send) 3. C no capta el RTS, pero sí el CTS. Sabe que no debe transmitir durante el tiempo equivalente a 500 bytes RTS 1: RTS: Quiero enviar a B una trama de 500 bytes 4. A envía su trama seguro de no colisionar con otras estaciones 3: Debo estar callado durante los próximos 500 bytes CTS 2: CTS: vale A, envíame esa trama de 500 bytes CTS Tr. 4

32 32 RTS/CTS El uso de mensajes RTS/CTS se denomina a veces Virtual Carrier Sense Permite a una estación reservar el medio durante una trama para su uso exclusivo Si todas las estaciones se escuchan directamente entre sí el uso de RTS/CTS no aporta nada y supone un overhead importante, sobre todo en tramas pequeñas No todos los equipos soportan el uso de RTS/CTS. Lo que lo soportan permiten indicar en un parámetro de configuración a partir de que tamaño de trama se quiere utilizar RTS/CTS. También se puede deshabilitar por completo su uso, cosa bastante habitual

33 33 Internet Punto de acceso (AP) PC de sobremesa PC portátil PC de sobremesa PC portátil PDA PC táctil / / / / / / /24 La comunicación entre dos estaciones siempre se hace a través del punto de acceso, que actúa como un puente Red con un punto de acceso

34 34 Puntos de acceso Con puntos de acceso (AP) cada trama requiere dos emisiones de radio (salvo que el destino esté en la LAN y no en la WLAN). Aunque haya estaciones ocultas la comunicación siempre es posible, pues se hace a través del AP que siempre está accesible para todos Los AP son dispositivos fijos de la red. Por tanto: –Sus antenas pueden situarse en lugares estratégicos, y pueden ser de alta ganancia. –Se pueden dotar de antenas diversidad (para evitar los problemas de multitrayectoria) –No tienen requerimientos de bajo consumo (no usan baterías)

35 35 Internet Topología de un ESS (Extended Service Set) Canal 1 Canal 6 Sistema de distribución (DS) El DS es el medio de comunicación entre los AP. Normalmente es Ethernet, pero puede ser cualquier otra LAN

36 36 Internet Red con un AP cableado y un repetidor Canal 1

37 37 Asociación de APs con estaciones Cuando una estación se enciende busca un AP en su celda. Si recibe respuesta de varios atiende al que le envía una señal más potente. La estación se registra con el AP elegido. Como consecuencia de esto el AP le incluye en su tabla MAC El AP se comporta para las estaciones de su celda como un hub inalámbrico. En la conexión entre su celda y el sistema de distribución el AP actúa como un puente

38 38 Itinerancia (Roaming) Los AP envían regularmente (10 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. Esto permite la itinerancia (roaming) sin que las conexiones se corten. Los estándares no detallan como debe realizarse la itinerancia, por lo que la interoperablidad en este aspecto no siempre es posible Para corregirlo varios fabricantes han desarrollado el IAPP (Inter-Access Point Protocol)

39 39 Internet Canal 1 Canal 7 Canal 13 Tres AP superpuestos Las estaciones se sintonizan a cualquiera de los tres canales Cada canal dispone de 11 Mb/s de capacidad Los APs se pueden conectar a puertos de un conmutador y asignar a diferentes VLANs En este caso es imprescindible utilizar canales no solapados

40 40 Ahorro de energía Importante en WLANs ya que muchos dispositivos funciona con baterías Muchos equipos contemplan un modo de funcionamiento latente o standby de bajo consumo en el que no pueden recibir tramas Antes de echarse a dormir las estaciones deben avisar a su AP, para que retenga las tramas que se les envíen durante ese tiempo. Periódicamente las estaciones dormidas han de despertarse y escuchar si el AP tiene algo para ellos El AP descarta las tramas retenidas cuando ha pasado un tiempo sin que sean solicitadas

41 41 Rendimiento El rendimiento real suele ser el 50-60% de la velocidad nominal. Por ejemplo con 11 Mb/s se pueden obtener 6 Mb/s en el mejor de los casos. El overhead se debe a: –Mensajes de ACK (uno por trama) –Mensajes RTS/CTS (si se usan) –Fragmentación (si se produce) –Protocolo MAC (colisiones, esperas aleatorias, intervalos entre tramas) –Transmisión del Preámbulo (sincronización, selección de antena, etc.) e información de control, que indica entre otras cosas la velocidad que se va a utilizar en el envío, por lo que se transmite a la velocidad mínima (1 Mb/s en FHSS y DSSS, 6 Mb/s en OFDM). Solo por esto el rendimiento de DSSS a 11 Mb/s nunca puede ser mayor del 85% (9,35 Mb/s)

42 42 Seguridad Los clientes y el punto de acceso se asocian mediante un SSID (System Set Identifier) común. El SSID sirve para la identificación de los clientes ante el punto de acceso, y permite crear grupos lógicos independientes en la misma zona (parecido a las VLANs) Esto no es en sí mismo una medida de seguridad, sino un mecanismo para organizar y gestionar una WLAN en zonas donde tengan que coexistir varias en el mismo canal

43 43 Seguridad Se dispone de mecanismos de autentificación y de encriptación. La encriptación permite mantener la confidencialidad aun en caso de que la emisión sea capturada por un extraño. El mecanismo es opcional y se denomina WEP (Wireless Equivalent Privacy). Se basa en encriptación de 40 o de 128 bits. También se usa en Bluetooth Recientemente se han detectado fallos en WEP que lo hacen vulnerable (ver En casos donde la seguridad sea importante se recomienda usar túneles IPSec.http://www.cs.umd.edu/~waa/wireless.html

44 44 Salud La radiación electromagnética de 2,4 GHz es absorbida por el agua y la calienta (hornos de microondas). Por tanto un emisor WLAN podría calentar el tejido humano Sin embargo la potencia radiada es tan baja (100 mW máximo) que el efecto es despreciable. Es mayor la influencia de un horno de microondas en funcionamiento. Un terminal GSM pequeño transmite potencias de hasta 800 mW y se tiene mucho más cerca del cuerpo normalmente (aunque GSM no emite en la banda de 2,4 GHz). Los equipos WLAN solo emiten cuando transmiten datos. Un teléfono GSM emite mientras está encendido.

45 45 LANs Inalámbricas Comparación tecnologías inalámbricas móviles Historia Modelo de referencia Nivel físico Nivel MAC Ejemplos de aplicación Puentes inalámbricos

46 m 600 m LAN inalámbrica en un almacén (caso 1) Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles por todo el almacén para conexión de los AP Antenas omnidireccionales de mástil de alta ganancia (5,2 dBi) Canal 1 Canal 13 Canal 7

47 47 LAN inalámbrica en un almacén (caso 2) 260 m 600 m Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles sólo en un lado del almacén Antenas Yagi (13,5 dBi) y Dipolo diversidad(2,14 dBi) Canal 1 Canal 13 Canal 1 Canal 7

48 48 LAN inalámbrica en un campus 260 m 600 m EdificioPatio Antenas dipolo diversidad (2,14dBi) en las aulas y de parche (8,5 dBi) montadas en pared para el patio Canal 1 Canal 11 Canal 6 Aula 5 Aula 1 Aula 6Aula 7Aula 8 Aula 2Aula 3Aula 4 Pasillo

49 49 Ejemplos de antenas Antena dipolo diversidad para efectos multitrayectoria (2,14 dBi) Antena de parche para montaje en pared interior o exterior (8,5 dBi) Alcance: 3 Km a 2 Mb/s 1 Km a 11 Mb/s Radiación horizontal

50 50 LANs Inalámbricas Comparación tecnologías inalámbricas móviles Historia Modelo de referencia Nivel físico Nivel MAC Ejemplos de aplicación Puentes inalámbricos

51 51 Puentes inalámbricos entre LANs Los sistemas de transmisión vía radio de las LANs inalámbricas puedes aprovecharse para unir LANs entre sí Esto permite en ocasiones un ahorro considerable de costos en alquiler de circuitos telefónicos Los dispositivos que se utilizan son puentes inalámbricos, parecidos a los puntos de acceso Como los puntos a unir no son móviles se pueden usar antenas muy direccionales, con lo que el alcance puede ser considerable

52 52 Configuración punto a punto Ganancia máxima: 20 dBi (antena parabólica) Potencia máxima: 100 mW Restricciones ETSI: Alcance máximo: 10 Km (visión directa) Cable coaxial de 50 de baja atenuación lo más corto posible (30 m max.) Ethernet Hasta 10 Km Visión directa

53 53 Antenas de largo alcance Antena Yagi exterior (13,5 dBi) Alcance: 6 Km a 2 Mb/s 2 Km a 11 Mb/s Antena Parabólica exterior (20 dBi) Alcance: 10 Km a 2 Mb/s 4,5 Km a 11 Mb/s

54 54 ¿Qué se entiende por visión directa? No basta con ver la otra antena, es preciso tener una visión amplia En realidad se requiere una elipse libre de obstáculos entre antenas La vegetación puede crecer y obstaculizar la visión en alguna época del año Anchura zona Fresnel para 2,4 GHz: Distancia100 m500 m2 Km10 Km 1ª Zona Fresnel3,5 m8 m16 m36 m 2ª Zona Fresnel5 m12 m22 m50 m Primera zona Fresnel Segunda zona Fresnel d d + /2 d + 2 /2

55 55 Técnicas para aumentar el alcance Hasta 10 Km Hasta 10 Km Hasta 10 Km Hasta 10 Km Canal 10Canal 11 Canal 10 Hasta 11 Mb/s para cada enlace Hasta 11 Mb/s, compartidos entre ambos enlaces Posible problema de estación oculta (entre A y C). Necesidad de utilizar mensajes RTS/CTS Edificio AEdificio BEdificio C

56 56 Técnicas para aumentar la capacidad Canal 1 Canal 7 Canal 13 Hasta 33 Mb/s Imprescindible utilizar canales no solapados

57 57 Configuración multipunto Antena omnidireccional o de parche (o varias parabólicas) Capacidad compartida por todos los enlaces Posible problema de estación oculta. Conveniente utilizar RTS/CTS Antena direccional (parche, yagi o parabólica)

58 58 Precios productos b (orientativos) Equipos Tarjeta PCMCIA 300 Tarjeta PCI 500 Punto de acceso 2000 Puente 2600 Antenas Dipolo estándar (2,14 dBi) 60 Omnidireccional alta ganancia (5,2 dBi) 160 Dipolo Diversidad (2,14 dBi) 250 Parche (8,5 dBi) 300 Yagi (13,5 dBi) 490 Parabólica (20 dBi) 1400

59 59 Bluetooth Objetivo: reemplazar cables de conexión entre periféricos Esta tecnología se creó en el seno de un Grupo de Trabajo creado por Nokia y Ericsson. Mas tarde lo adoptó el IEEE como el comité Bluetooth fue un rey danés que en el siglo X unificó Dinamarca y Noruega El estándar está actualmente en fase de borrador, pendiente de aprobación

60 60 Nivel físico en Bluetooth Tecnología muy similar a FHSS: –Misma banda (2,4 GHz) –Misma tecnología de radio (Frequency Hoping) Pero: –Potencias de emisión inferiores (diseñado para equipos portátiles, como PDAs, con baterías de baja capacidad) –Alcance mucho menor (10 m) –Velocidad más reducida (721 Kb/s) – Cambio de frecuencias mucho más frecuente que en (1600 en vez de 50 veces por segundo) Existe una probabilidad, aunque remota, de interferencia entre: –Dos redes Bluetooth próximas –Una red Bluetooth y una FHSS (y DSSS) a 2,4 GHz –Una red Bluetooth y un horno de microondas

61 61 Arquitectura y protocolo MAC de Bluetooth Arquitectura: –No hay puntos de acceso, solo estaciones (PCs portátiles, PDAs, impresoras, etc.) –Uno de los dispositivos de la red actúa como maestro y el resto como esclavos. –El maestro fija el patrón de salto de frecuencias y da las señales de reloj para que el resto de dispositivos se sincronicen con él. Protocolo MAC: –El maestro se encarga de dar turno de palabra a los esclavos

62 62 Sumario LANs inalámbricas Redes de telefonía celular IP móvil

63 63 Historia Años 70: los laboratorios Bell prueban la telefonía celular analógica (telefonía de 1ª generación, 1G). No estandarizada. Años 80: se comercializa la 1G, sobre todo en Norte de Europa. Aparecen incompatibilidades entre países. En España, aparece MoviLine. 1982: El CEPT (Conference of Europe Posts and Telecom) crea el Groupe Special Mobile (GSM) para estandarizar telefonía 2G 1989: La estandarización de GSM se traslada de CEPT a ETSI 1991: Se comercializa GSM en Europa (inicialmente 900 MHz) 1993: Existen 36 redes GSM en 22 países diferentes 2000: Aparece GPRS (General Packet Radio Service, 2,5G). Solución provisional para datos mientras llega UMTS (3G)

64 64 Objetivos de GSM Uso mas eficiente del espectro que la telefonía analógica, utilizando técnicas de multiplexación en tiempo y frecuencia. Incluir roaming internacional Terminales y sistema de bajo coste Buena calidad de voz (comparable a la telefonía fija) Ampliación de servicios Baja potencia de transmisión: reutilización de canales, al no saturar canales de células vecinas Privacidad en las comunicaciones

65 65 Tipos de servicio Teleservicios: voz, SMS (Short Message Service) de 160 bytes, fax, etc... Servicios portadores (datos) Servicios complementarios (llamadas en espera, multiconferencias, identificación de llamadas, etc...)

66 66 Radiofrecuencia (1/2) GSM utiliza dos bandas de frecuencia cada una de 25 Mhz de anchura: – Mhz, desde la estación móvil a la estación base (ascendente) – Mhz, desde la estación base a la estación móvil (descendente) Cada banda se divide en 125 canales de 200 KHz de anchura cada uno. El primer canal está reservado, por lo que hay disponibles 124. También se han definido servicios en bandas de 1800 MHz (denominado DCS 1800) y de 1900 MHz (denominado PCS 1900, usado en América).

67 67 Asignación de frecuencias en telefonía celular digital MHz GSM asc. GSM desc. DCS 1800 asc. DCS 1800 desc. DECT UMTS (FDD-TDD-MSS) UMTS (FDD-MSS)

68 68 Radiofrecuencia (2/2) Cada canal se divide por TDMA (Time Division Multiple Access, Acceso Multiple por Division de Tiempo) en ocho ranuras o slots que dan servicio a otros tantos usuarios: La ranura asignada a una comunicación se cambia (en tiempo y frecuencia) a razón de 217 cambios/seg; esto se denomina frequency hopping y se hace para evitar interferencias. Cada ranura transporta 22,8 Kb/s de información digital en bruto; por ella se puede enviar voz (13,2 Kb/s) o datos (9,6 Kb/s). La combinación de una ranura de subida y una de bajada forma un canal físico duplex. El número de canales disponibles es teóricamente de 124*8=992. Sin embargo muchos no se pueden usar para evitar conflicto con las celdas vecinas

69 69 Uso de frecuencias en GSM 890,2 MHz 890,4 MHz 914,8 MHz 935,2 MHz 935,4 MHz 959,8 MHz Desc. (Base a Móvil) Asc. (Móvil a Base) Tiempo Frecuencia Trama TDM Canal

70 70 Codificación de voz en GSM Una conversación telefónica normal ocupa en formato digital 64 Kb/s ( muestras de un byte por segundo) En GSM la voz se comprime según un algoritmo llamado RPE- LPC (Regular Pulse Excited – Linear Predictive Coder) que da una calidad casi equivalente usando sólo 13,2 Kb/s Además en GSM solo se transmite cuando la persona habla (transmisión discontinua o supresión de silencios). Esto supone un ahorro del 60% en el canal y reduce el gasto de batería del emisor. Para evitar que el receptor crea que la conexión se ha cortado la transmisión discontinua se acompaña de ruido de confort.

71 71 Terminales GSM Los terminales puedes ser de tres tipos según su potencia: –Fijos (en vehículos): 20 W (vatios) –Portables (de maletín): 5 y 8 W –De mano: 2 y 0,8 W El alcance máximo (independientemente de la potencia) es de 35 Km. Esto se debe al retardo máximo en la propagación de la señal que requiere el uso de TDMA. Los terminales siempre operan a la mínima potencia posible para que haya comunicación con la estación base. De esta forma se minimiza la interferencia en las celdas vecinas. El BER se ha de mantener entre y Si el BER es mayor se aumenta la potencia (hasta llegar al máximo). Si el BER es menor se disminuye, hasta llegar al mínimo, que es de 20 mW.

72 72 Celdas GSM El área atendida por una estación base (BTS) se denomina celda. Todos los usuarios de una misma celda comparten los canales disponibles. Cuanto mas usuarios hay dentro de una celda mas riesgo hay de que se produzca saturación. En zonas con elevada densidad de usuarios (ej. ciudades) se tiende a crear celdas pequeñas. En zonas rurales, con densidad pequeña, se prefiere crear celdas grandes. Las celdas vecinas se agrupan en clusters. Dentro de un cluster cada canales solo se utiliza una vez, para evitar interferencias. Cada cluster está formado por 4, 7, 12 o 21 celdas, según la topología del terreno y las circunstancias concretas de la zona.

73 73 MSC BSC BTS Arquitectura de una red GSM (1/2) MS MS: Mobile Station BTS: Base Transceiver Station BSC: Base Station Controller MSC: Mobile Services switching Center BSS: Base Station Subsystem SIM: Subscriber Identity Module NSS: Network Switching Subsystem Celda

74 74 RTC (Red telefónica conmutada) MSC EIRAuC HLRVLR BSC BTS Interfaz Um Interfaz Abis Interfaz A Estación Móvil BSS (Subsistema de la estación base) NSS (Subsistema de conmutación de red) Arquitectura de una red GSM (2/2) SIM: MS: BTS: BSC: BSS: Subscriber Identity Module Mobile Station Base Transceiver Station Base Station Controller Base Station Subsystem HLR: VLR: MSC: EIR: AuC: NSS: Home Location Register Visitor Location Register Mobile Services switching Center Equipment Identity Register Authentication Center Network Switching Subsystem MS

75 75 Mobile Station (MS) Mobile Station (MS) con potencia de 0,8 hasta 20 W (coches). Posee un número de serie o IMEI International Mobile Equipment Identity (de 15 dígitos) Posee un módulo SIM (Subscriber Identity Module) protegido con PIN (Personal Identificacion Number) El módulo SIM contiene el International Mobile Subscriber Identity IMSI, que es utilizado para identificación del usuario.

76 76 Base Station Subsystem (BSS) Se compone de dos partes: BTS: Base Transceiver Station, que incluye transceptor y antenas (laminares o dipolos). Cada BTS define una celda. BSC: Base Station Controller, se encarga de handovers, saltos de frecuencia (frequency hopping del CDMA). Actúa como concentrador de tráfico.

77 77 NSS: Network Switching Subsystem (1/3) Esta formada por ocho componentes: MSC (Mobile Services Switching Center): Es el componente central del NSS y se encarga de realizar las labores de conmutación dentro de la red, así como de proporcionar conexión con otras redes. GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center): es un dispositivo traductor (puede ser software o hardware) que se encarga de interconectar dos redes haciendo que los protocolos de comunicaciones que existen an ambas redes se entiendan, por ejemplo con la telefonía fija.

78 78 NSS: Network Switching Subsystem (2/3) AuC (Authentication Center): se encarga de la autentificación de los usuarios (utilizando el IMSI del módulo SIM). EIR (Equipment Identity Register): proporciona seguridad a nivel de equipos válidos. Contiene una base de datos con los IMEI de todas las MS autorizadas en la red. Si una MS cuyo IMEI no está en el EIR trata de hacer uso de la red se le rechaza. GIWU (GSM Interworking Unit): sirve como interfaz de comunicación entre diferentes redes para comunicación de datos. OSS (Operation Support Subsystem): controla y monitoriza la red GSM

79 79 Home Location Register (HLR): base de datos distribuida (única por red GSM) que contiene información sobre localización y características de los usuarios conectados a cada MSC. Visitor Location Register (VLR): contiene toda la información sobre un usuario de otra red necesaria para que dicho usuario acceda a los servicios de red (información extraída del HLR y MSC). NSS: Network Switching Subsystem (3/3)

80 80 Roaming Se produce cuando tratamos de identificarnos y el terminal no es capaz de encontrar la red. Permite que un usuario haga uso de una red foránea (si el operador tiene acuerdo y el roaming está habilitado) La red foránea obtiene el HLR del usuario y lo incorpora en su VLR. El usuario visitante corre a cargo con el costo extra cuando recibe una llamada.

81 81 Handover Al menos una vez por segundo el terminal GSM evalúa las posibles alternativas a la estación base actual El terminal intenta cambiar a otra estación base cuando: –La señal actual no cumple un nivel de calidad mínimo, o –Otra estación base ofrece una señal de mayor calidad El cambio de estación se denomina handover o handoff. Tipos de handover: –De canales en la misma celda, –De celdas (BTS) dentro de la misma BSC –De celdas de BSCs diferentes pero que dependen del mismo MSC –De celdas que dependen de diferente MSC

82 82 GPRS (General Packet Radio Service) Es una nueva tecnología para la transmisión de datos en redes móviles GSM. Conexión de alta velocidad. Utiliza misma infraestructura radio que GSM. Supone una nueva red de conmutación superpuesta a la red convencional GSM. Uso de paquetes, no orientado a conexión --> uso más eficiente del espectro Los usuarios están permanentemente conectados Conocido como GSM-IP pues utiliza la red GSM para acceder a Internet.

83 83 Conmutación de paquetes vs circuitos Conmutación de circuitos: Necesidad de establecimiento de conexión Canal dedicado (1:1) Facturación basada en tiempo de conexión Posibilidad de aplicaciones en tiempo real Una sobrecarga en el sistema resulta en una señal de ocupado Conmutación de paquetes: Sin establecimiento de conexión Canal compartido (1:N / N:M) Facturación basada en información transmitida Sólo permite aplicaciones en near real time Una sobrecarga en el sistema resulta en una disminución de la velocidad

84 84 Características de GPRS La facturación se realiza por cantidad de datos transmitidos, no por tiempo. El usuario puede estar siempre conectado (always on), ya que sólo se factura por tráfico Los canales son compartidos por varios usuarios Se puede recibir simultáneamente voz y datos (terminales clase A) Alcanza velocidades de hasta 171,2 Kb/s Incorpora un backbone para transmisión de datos en modo paquete, paralelo al de modo circuito Las aplicaciones GPRS pueden ser punto a punto y punto a multipunto (p.ej. información de tiempo, tráfico, noticias,...)

85 85 Los 2 elementos fundamentales de la arquitectura GPRS son SGSN y GGSN: SGSN (Serving GPRS Support Node) –Es el elemento que gestiona todas las funciones de movilidad, autenticación y registro en la red de las estaciones móviles. –Está conectado al BSC y es el punto de acceso a la red GPRS cuando un terminal solicita este servicio. –Cuando una estación quiere enviar/recibir datos hacia o desde redes externas, el SGSN intercambia los datos con el pertinente GGSN. Encapsula los paquetes. GGSN (Gateway GPRS Support Node) –Se conecta a redes externas como Internet o X.25. –Es un dispositivo de encaminamiento hacia una subred ya que hace que la infraestructura de la red GPRS sea transparente vista desde fuera. –Cuando recibe datos dirigidos hacia un usuario específico, comprueba si la dirección está activa, y en caso afirmativo, envía los datos al SGSN. –Encamina hacia la red correspondiente los datos que origina el móvil. Arquitectura GPRS (1/4)

86 86 Arquitectura GPRS (2/4) INTERNET HLR GSM Red GSM BSC MSC GPRS PCU INTERNET GGSN SGSN DATOS VOZ

87 87 Arquitectura GPRS (3/4) Internet Red Corporación 1 Red Corporación 2 Red IP /24 Red IP /24 Red IP /24 Host móvil Host Host El GGSN se comporta como un router, de forma que camufla las características especiales de la red GPRS desde el punto de vista de la red externa Red GSM/GPRS Routers GGSN

88 88 Arquitectura GPRS (4/4) La red GPRS es una nueva red de Conmutación de Paquetes que se superpone y convive con la actual estructura de Conmutación de Circuitos propia de GSM RTB/RDSI Otras redes BTS BSC MSC/VLR GMSC HLR GSM Conmutación de Circuítos GSM BSS Internet Intranet GPRS Conmutación de Paquetes SGSN GGSN

89 89 Tráfico de datos en GPRS GPRS utiliza las mismas ranuras TDM que GSM, con cuatro posibles esquemas de codificación: Se pueden usar varias ranuras de un mismo canal en una misma comunicación. La velocidad máxima teórica es de 21,4 * 8 = 171,2 Kb/s El número de ranuras y la codificación empleadas son negociados entre la red y el usuario Se distingue entre la información real y la útil transmitida CS-1CS-2CS-3CS-4 9,05 Kb/s13,4 Kb/s15,6 Kb/s21,4 Kb/s

90 Los slots se asignan dinámicamente según necesidades. Se asignan por separado para cada sentido, pudiendo establecer conexiones asimétricas. Ejemplos de asignación de slots en tramas TDMA: Enlace Ascendente Enlace Descendente Enlace Ascendente Enlace Descendente Enlace Ascendente Enlace Descendente Asignación de slots en GPRS 1:1 2:2 1:4 { { {

91 91 Velocidad en GPRS Cada canal de radio: 8 ranuras GPRS emplea hasta 8 ranuras (un canal completo): GSM: 1 conexión 1 ranura 1 canal para datos 9.6 Kb/s 2 tipos de canales en GPRS: Estáticos: se usan única y exclusivamente para datos. Dinámicos: se usan para voz o datos. La voz tiene prioridad Esquema de codif.Tasa por canal (Kb/s)Veloc. Max. Teórica (Kb/s) CS-19,0572,4 CS-213,4107,2 CS-315,6124,8 CS-421,4171,2

92 92 Direccionamiento en GPRS El direccionamiento se realiza por medio de direcciones IP Según la naturaleza de estas direcciones tendremos: –Direcciones IP Privadas: accesibles sólo dentro de un entorno determinado dentro de la red –Direcciones IP Públicas: accesibles desde cualquier punto de Internet Según la asignación de estas direcciones tendremos: –Direcciones IP Estáticas: estas direcciones irán asociadas de forma estática vía el HLR –Direcciones IP Dinámicas: estas direcciones se obtienen de unos pools de direcciones gestionados bien por el Operador de la red bien por una Entidad Externa (como un servidor DHCP).

93 93 Datos Clases de terminales móviles GPRS (1/2) CLASE B Se pueden realizar y recibir llamadas en voz o en datos de manera secuencial. Son los terminales disponibles actualmente (año 2002) Retenida Llamada voz Fin llamada establecida CLASE C El terminal sólo puede usarse para datos o para voz (pero no ambos) en función de la configuración elegida. Se esperan en forma de tarjeta para introducir en PC portátil Útiles en servicios de telemetría, telecontrol, etc... Siguen datos

94 94 Clases de terminales móviles GPRS (2/2) CLASE A Soportan tráfico simultáneo. El usuario puede hacer y recibir llamadas en los 2 tipos de servicio sin interrupción de ninguno de ellos Datos Llamada voz Siguen datos establecida Estos terminales aún no están disponibles Existen dudas sobre la viabilidad de su comercialización

95 95 UMTS (Universal Mobile Telecom System) Nueva tecnología radio, red de 3ª generación (3G) Red con mayor capacidad, completamente basada en conmutación de paquetes Mayores velocidades de datos: hasta 2 Mbps en condiciones estáticas (a menos de 10 km/h) y hasta 384 kbit/s con movilidad (en espacios abiertos) Nuevos terminales (más potentes, con posibilidad de ser sistemas abiertos y de ejecutar un sistema operativo). Nueva tarjeta SIM. Basado en la tecnología de WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) que emplea espectro disperso. Permite enmascarar señales con cadenas pseudoaleatorias para compartir mismo medio Utiliza IPv6 sobre backbone de ATM Pretende introducir VozIP (VoIP)

96 96 UMTS vs GPRS Problemas de UMTS: Dudosa interoperabilidad de equipos de red (p.ej entre Europa, EEUU y Japón) Dudosa disponibilidad de terminales (problemas de consumo) Cobertura sólo en ciudades de más de habitantes Poca madurez y dudosa comercialización Ventajas de GPRS: Desarrollo de Aplicaciones novedosas que serán utilizables en UMTS Estímulo de los usuarios (especialmente empresas) en el uso de aplicaciones de transmisión de datos en un entorno celular Aprendizaje del operador en este nuevo mercado y en la nueva tecnología de datos

97 97 Sumario LANs inalámbricas Redes de telefonía celular IP móvil

98 98 Movilidad y Portabilidad Movilidad: El host se traslada de una red origen a una red destino. Se requiere que la conexión se mantenga en todo momento mientras el host se mueve. Portabilidad: Se requiere conexión en la red origen y en la red destino, pero la conexión puede perderse durante el cambio de una red a otra. En ambos casos se requiere la máxima transparencia posible del usuario respecto al cambio de ubicación

99 99 ¿Qué es IP móvil? Mecanismo a nivel de red diseñado para permitir la movilidad de un host en Internet de forma que se mantenga en todo momento su dirección IP original, así como las conexiones o sesiones que tuviera establecidas El cambio de router se produce dinámicamente y de forma transparente a los niveles superiores. Las sesiones se mantienen incluso durante el cambio de router, siempre y cuando la comunicación se mantenga en todo momento, aunque la velocidad de movimiento puede influir en este factor IP móvil está diseñado para resolver el problema de la macro movilidad, o sea entre redes diferentes. La micro movilidad (entre células en una red inalámbrica) se resuelve mejor con mecanismos a nivel de enlace.

100 100 Movilidad en IP: el problema A /16 por A A /16 por D A D CB Internet A /16 por A A /16 por D Red /16 Red /16 A /16 por A A /16 por D A D CB Internet A /16 por A A /16 por D Red /16 Red /16 Ping ? ¡Host X queda inaccesible al cambiar de LAN! X X Y Y

101 101 Solución DHCP + DNS dinámico A /16 por A A /16 por D A D CB Internet A /16 por A A /16 por D Red /16 Red /16 Ping ? Host queda inaccesible al cambiar de LAN El host recibe una nueva dirección en la red visitada No requiere cambios de software en el host ni en los routers No se consigue transparencia, y las sesiones se interrumpen A pesar de eso es una solución aceptable (y recomendable) en la mayoría de los casos (si solo se requiere portabilidad) X Y

102 102 Solución LAM (Local Area Mobility) Propietaria Cisco A /16 por A A /16 por D A /32 por D A D CB Internet A /16 por A A /16 por D Red /16 Red /16 Ping A /32 por E0 A /32 por B Ofrece transparencia y portabilidad, pero no movilidad. No mantiene sesiones No requiere cambios de software en los hosts, solo en los routers Requiere propagar rutas host por toda la red Convergencia lenta Difícil realizar agregación de rutas Problemas de escalabilidad X Y

103 103 Túnel IP de A hacia D Solución IP móvil A /16 por A A /16 por D A D CB Internet A /16 por A A /16 por D Red /16 Red /16 Ping Se construye un túnel entre el router habitual (A) y el router visitado (D). Ofrece completa transparencia y movilidad Requiere cambios de software en el host y en los routers La ruta resultante no es en general óptima Paquetes encapsulados X Y

104 104 Terminología de IP móvil A D CB Internet Home Agent (HA) Foreign Agent (FA) Mobile Node (MN) Correspondent Node (CN) Care of Address (CoA) La Care of Address es la dirección IP donde se termina el túnel (en este caso la de la interfaz ethernet del router D) Home network (HN): /16 Foreign network (FN): /16 Home Address (HAd): X Y

105 105 Ventajas de IP móvil Sólo el HA (Home Agent) y el FA (Foreign Agent) necesitan saber la ubicación del host móvil. Los demás routers realizan encaminamiento de paquetes de la manera normal. Solo los routers y los hosts móviles necesitan nuevo software. Transparente al resto de la red Escalable. Solo el HA y el FA almacenan información de estado El host móvil siempre está accesible en la misma dirección IP. Se produce ineficiencia por: –Encapsulado (cabecera IP adicional) –Ruta no óptima (problema de triangulación) como consecuencia del túnel (sólo en el sentido CN MN)

106 106 Funcionamiento de IP móvil Para el funcionamiento de IP móvil es fundamental que el MN localice a su FA. Esto se hace por medio de extensiones al mecanismo de Router Discovery (RFC 1256) que usa mensajes ICMP (Agent Solicitation y Agent Advertisement) El MN emite a intervalos regulares mensajes de búsqueda de agentes (Agent Solicitation). Si recibe respuesta del HA deduce que está en su casa (su HN) y no usa los servicios de IP móvil Si el MN recibe respuesta de un FA inspecciona el prefijo de red; si se trata de una red extraña pide la CoA y envía un mensaje de registro a su HA para que construya el túnel Por otro lado los agentes (HA y FA) se anuncian periódicamente en el ámbito de su LAN (TTL = 1) e indican cuales son sus posibilidades (actuar como HA, como FA o como ambos) Si el MN recibe un Agent Advertisement de un FA nuevo deduce que ha cambiado de zona (quizá se está moviendo); entonces pide una nueva CoA y se reregistra en su HA.

107 107 Proceso de IP móvil (simplificado) HA: A D CB Internet HN: /16 FN: /16 HA FA MN CN 1 1: El MN busca y descubre al FA (Agent Solicitation) 4: El HA construye el túnel y encapsula paquetes del CN hacia el MN 4 5: En sentido contrario el FA enruta paquetes (sin pasar por el túnel) del MN hacia el CN 5 2 2: El FA le indica al MN la CoA CoA: lista de desplazados (mobility binding) MNCoA 3: El MN se registra en el HA a través del FA Si el MN se mueve y se conecta a través de otro FA el proceso se repite. La nueva entrada del MN en la tabla del HA (con otra CoA) borra la anterior. Esto permite el cambio de FA (roaming) sin perder la comunicación. 3 Lista de vistantes MNHA

108 108 Funcionamiento de IP móvil: resumen ProcesoMecanismo Descubrimiento de agentes (FA y/o HA) Paquetes ICMP. Mensajes Agent Solicitation y Agent Advertisement Registro del MN en el HA vía el FA Datagramas UDP. Mensajes Registration Request y Registration Reply Creación del túnel HA FA Opciones: IP-en-IP Encapsulado mínimo GRE (Generic routing encapsulation)

109 109 Seguridad en IP móvil La autentificación de los mensajes de registro entre el MN y el HA es fundamental. De lo contrario un impostor podría suplantar al MN Los mensajes de registro tienen una extensión de autentificación basada en una clave hash MD5 y un timestamp, para evitar los replay attacks. La autentificación es obligatoria para el registro del MN en el HA y opcional en los demás casos

110 110 Comunicación de hosts de la HN con el MN A D B HN: /16 FN: /16 MN FA HA X 1: Un datagrama de MN a X (que está en la HN) llega sin problemas usando las rutas estándar (D-B-A). 2: Pero un datagrama de X a MN no llega: X lanza una ARP Request (buscando la MAC de X) que no es respondida. X no sabe que MN está fuera de su red. 3: Para evitarlo se utiliza el Proxy ARP: el HA suplanta al MN y responde en su lugar a la ARP Request, anunciando su propia MAC para la IP del MN. 4: Para asegurar la rápida actualización de las ARP caches, cuando el MN se va de la HN el HA manda un mensaje ARP anunciando su dirección MAC para la IP del MN, sin esperar ningún ARP Request. Esto se conoce como Gratuitous ARP. ARP Request: ¿quién es ?

111 111 Características de IP móvil El MN y el FA deben tener comunicación a nivel de enlace, sin routers intermedios. El túnel es unidireccional, los datagramas de vuelta (desde el MN al CN) siguen la ruta normal estándar, sin túneles (salvo que el CN sea también un MN). Pero si los routers tienen filtros rechazarán datagramas que vengan de la FN (Foreign Network) con dirección de origen HA (Home Address); en ese caso hay que hacer el túnel bidireccional (camino de vuelta a través del HA).

112 112 Problema de IP móvil en routers con filtros A D CB Internet Red /16 Red /16 No aceptar paquetes con IP origen /16 permit ip any deny ip any any 1: El MN envía un datagrama hacia el CN siguiendo la ruta normal (D-B-C). 2: El router B revisa la dirección de origen del datagrama y lo rechaza pues no cumple la condición impuesta para esa interfaz MN CN

113 113 Túnel bidireccional: Solución al problema de routers con filtros A D CB Internet Red /16 Red /16 No aceptar paquetes con IP origen /16 permit ip any deny ip any any 1: MN envía a D un datagrama para CN 3: B revisa el datagrama y lo acepta pues la dirección de origen es D. Lo envía por tanto hacia A Túnel bidireccional 4: A desencapsula el datagrama y lo envía a CN por la ruta normal MN CN 2: D encapsula el datagrama y lo envía hacia A a través del túnel

114 114 IP móvil sin Foreign Agent A /16 por A A /16 por D A D CB Internet A /16 por A A /16 por D Red /16 Red /16 Ping Al MN se le asigna una IP de la red visitada (por DHCP u otro mecanismo) Esta IP actúa como Care of Address (co-located Care of Address) El túnel va directamente desde el Home Agent hacia el Mobile Node Evita establecer un FA en cada red, pero requiere disponer en la red visitada de un rango de direcciones reservado para CoA y el software del host es más complejo Paquetes encapsulados HA (CoA) MN CN Túnel IP de HA hacia MN

115 115 Encapsulado CN MN TCP/UDPDatosHA FA(CoA) Túnel HA FA: CN MNTCP/UDPDatosHA MN(CoA) Túnel HA MN: MN CNTCP/UDPDatosFA(CoA) HA Túnel FA HA: MN CNTCP/UDPDatosMN(CoA) HA Túnel MN HA: Datagrama original IP origen IP destino Cabecera IP original Cabecera IP túnel Ida: Vuelta:

116 116 Documentos sobre IP Móvil (IETF) RFCs (IPv4): –IP Móvil: RFC 2002 –Encapsulado: RFC 2003, RFC 2004, RFC 1701 –Aplicabilidad de IP Móvil: RFC 2005 –MIBs de IP Móvil: RFC 2006 Grupo de trabajo de IP Móvil (desarrollos en curso): –http://www.ietf.org/html.charters/mobileip-charter.html

117 117 Desarrollos en curso Optimización de ruta: –Intenta evitar el problema de la ineficiencia debida a la triangulación –El HA informa al CN de la CoA asociada con el MN para que éste cree su propio túnel directo, sin hacer uso del HA –El HA informa al CN de la nueva CoA del MN cada vez que ésta cambia Otros desarrollos: – Seguridad y autentificación –Calidad de Servicio

118 118 IP móvil e IPv6 Aún no está estandarizado para IPv6. El borrador está en Principales diferencias: –En vez de túneles se utiliza la cabecera de routing (de IPv6). El CN envía directamente los datagramas al MN. Esto conlleva automáticamente la optimización de ruta –La cabecera de routing resuelve también el problema de los routers con filtros sin recurrir al uso de túneles inversos –No existen Foreign Agents (pero si Home Agents) –No se requiere el uso de Proxy ARP y Gratuitous ARP. En su lugar se emplea el protocolo Neighbour Discovery de IPv6 (RFC 2461) Los protocolos son más sencillos, robustos y eficientes


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