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MC. Lirio Ruiz Guerra Cómputo Móvil. Redes Inalámbricas IntoducciónEstándar IEEE 802Estándar IEEE 802.11 Topología WLAN Redes Inalámbricas 2.

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1 MC. Lirio Ruiz Guerra Cómputo Móvil

2 Redes Inalámbricas IntoducciónEstándar IEEE 802Estándar IEEE Topología WLAN Redes Inalámbricas 2

3 Introducción 3

4 Aplicaciones de Redes WLAN Ampliación de redes LAN 4

5 Aplicaciones de Redes WLAN Interconexión de edificios 5

6 Aplicaciones de Redes WLAN Acceso nómada 6

7 Aplicaciones de Redes WLAN Trabajo en red ad hoc 7

8 Requisitos de Redes Inalámbricas 8 Rendimiento Número de Nodos Conexión a la LAN troncal Área de Servicio Consumo de energía Robustez en la transmisión y seguridad Funcionamiento de redes adyacentes Funcionamiento sin licencia Traspasos (Handoff)/Itinerancia(Roaming) Configuración dinámica.

9 El medio inalámbrico 9 Espectro Electromagnético (EM) Conjunto de los tipos de radiación. Radiación Energía que viaja en ondas y que se propaga en la distancia. Onda Perturbación o variación que transfiere energía progresivamente de un punto a otro. Onda electromagnética Forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio

10 El medio inalámbrico 10 Onda electromagnética

11 El medio Inalámbrico 11 Frecuencia Se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre unos 3 Hz y unos 300 GHz NombreSiglasBanda ITUFrecuenciasLongitud de onda Inferior a 3 Hz> km Extra baja frecuencia Extremely low frequencyELF13-30 Hz km – km Super baja frecuencia Super low frequencySLF Hz km – 1000 km Ultra baja frecuencia Ultra low frequencyULF3300–3000 Hz1000 km – 100 km Muy baja frecuencia Very low frequencyVLF43–30 kHz100 km – 10 km Baja frecuencia Low frequencyLF530–300 kHz10 km – 1 km Media frecuencia Medium frequencyMF6300–3000 kHz1 km – 100 m Alta frecuencia High frequencyHF73–30 MHz100 m – 10 m Muy alta frecuencia Very high frequencyVHF830–300 MHz10 m – 1 m Ultra alta frecuencia Ultra high frequencyUHF9300–3000 MHz1 m – 100 mm Super alta frecuencia Super high frequencySHF GHz100 mm – 10 mm Extra alta frecuencia Extremely high frequencyEHF GHz10 mm – 1 mm Por encima de los 300 GHz < 1 mm

12 Dispositivos 12 PDA Teléfonos Impresoras Proyectores Tablet PC Cámaras de seguridad Lectores de códigos de barra Dispositivos personalizados para los mercados verticales Cuidado de la salud Fabricación Ventas Restaurantes

13 Retos y Problemas de las WLAN 13 Interferencia y degradación de la señal de radio Administración de la energía Interoperabilidad Seguridad de la red Fiabilidad y conectividad Problemas de instalación y diseño del sitio Temas de la salud Rumbo Futuro

14 Estándarización 14 Interoperabilidad entre los productos de varios fabricantes Desarrollo más rápido del producto Estabilidad Posibilidad de actualización Reducción de costos. Estándar Público Estándar oficial.

15 Modelo OSI 15 Datos Segmentos Paquetes Bits Frame

16 Estandar IEEE Lista de estándares Actividad interactiva

17 Tecnologías y Estándares Inalámbricos 17 WAN Red de Área Extensa MAN Red de Área Metropolitana LAN Red de Área local PAN Red de área Personal

18 IEEE

19 IEEE

20 IEEE Capa Física 20 Infrarrojos: solo válido en distancias muy cortas y en la misma habitación (802.11). Radio FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum): Sistema de bajo rendimiento, poco utilizado actualmente.(802.11) Radio DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): Buen rendimiento y alcance. El más utilizado hoy en día. ( /b/g) Radio OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Usado para altas velocidades (>11 Mb/s) en la banda de 5 GHz (802.11a/h). Emplea una técnica parecida a ADSL para aprovechar el espectro lo mejor posible. Los equipos que utilizan diferentes sistemas no pueden interoperar entre sí (salvo que tengan varias etapas de radio). Dentro de un mismo sistema hay autonegociación de la velocidad y funcionalidades.

21 Capafísica Capa física. Subcapa PLCP 21 La subcapa PLCP desempeña las funciones que son comunes a todos los medios de transmisión La subcapa PLCP incorpora una cabecera que se antepone a la trama MAC. La trama así construida es la que se transmite en el medio físico Las principales funciones que desempeña la cabecera PLCP son: – Establecer la sincronización entre emisor y receptores a fin de que interpreten correctamente el principio de cada bit y de la trama misma – Indicar la velocidad de transmisión utilizada – Dar tiempo a los receptores de elegir la mejor antena, en caso de utilizar antenas diversidad.

22 7 Bytes 1 Byte 7 Bytes 2 Byte 1 Byte 1 Byte 2 Bytes 2 Bytes Trama física de 802.3: Trama física de b: Sincronización: Para que los receptores se sincronicen con el emisor (misma función que el preámbulo en 802.3) Inicio de trama: para marcar el inicio de trama (misma función que en 802.3) Señal: Marca la velocidad de transmisión (5,5 ó 11 Mb/s) Servicio: no se utiliza Longitud: indica el tiempo que durará la transmisión CRC: para detectar errores en la cabecera PLCP Trama de la Subcapa PLCP 22

23 Espectro radioeléctrico: regulación 23 La zona del espectro electromagnético utilizada para emisiones de radio se denomina espectro radioeléctrico, y abarca desde 9 KHz hasta 300 GHz A nivel mundial el espectro radioeléctrico está regulado por la ITU-R, es decir la ITU-R decide quien puede emitir en cada banda de frecuencias, y bajo que condiciones Para emitir en la mayoría de las bandas se requiere autorización (licencia) La ITU-R divide el mundo en tres regiones: – Región 1: EMEA (Europa. Medio Oriente y África) – Región 2: América – Región 3: Asia y Oceanía Cada región tiene una regulación diferente. Además muchos países imponen regulaciones adicionales propias.

24 Bandas ISM 24 La ITU-R ha previsto unas bandas, llamadas ISM (Industrial- Scientific-Medical) en las que se puede emitir sin licencia. Algunos teléfonos inalámbricos, algunos controles remotos y los hornos de microondas hacen uso de las bandas ISM. De esta forma no hay que pedir licencia al comprar un horno de microondas. Las redes inalámbrica utilizan siempre bandas ISM, pues no sería viable pedir licencia para cada red inalámbrica que se quisiera instalar. La emisión en la banda ISM, aunque no esté regulada debe cumplir unas condiciones bastante estrictas en la potencia máxima de emisión y el tipo de antena utilizado

25 Bandas ISM de la ITU-R 25 BandaAnchuraRegión ITUUso en WLAN 6,765 – 6,795 MHz30 kHzTodasNo 13,553 – 13,567 MHz14 kHzTodasNo 26,957 – 27,283 MHz326 kHzTodasNo 40,66 – 40,70 MHz40 kHzTodasNo – 434,79 MHz174 kHz1 (EMEA)No 902 – 928 MHz26 MHz2 (América)Sistemas propietarios antiguos (solo en América) 2,4 – 2,5 GHz100 MHzTodas802.11, b, g 5,725 – 5,875 GHz150 MHzTodas a 24 – GHz250 MHzTodasNo 61 – 61,5 GHz500 MHzTodasNo 122 – 123 GHz1 GHzTodasNo 244 – 246 GHz2 GHzTodasNo Hornos de microondas Telefonía GSM

26 Banda de 2,4 GHz (802.11b/g) 26 Es la más utilizada La utilizan tres estándares: (legacy): FHSS y DSSS: 1 y 2 Mb/s b: HR/DSSS: 5,5 y 11 Mb/s g: DSSS-OFDM: de 6 a 54 Mb/s Cada estándar es compatible con los anteriores, es decir un equipo g siempre puede interoperar con uno b y ambos con uno legacy

27 Espectro disperso 27 Debido a su carácter no regulado las bandas ISM son un medio hostil pues normalmente tienen un nivel de ruido elevado e interferencias. Para superar esos inconvenientes lo mejor posible se utilizan técnicas de espectro expandido o espectro disperso (spread spectrum, SS). En redes inalámbricas se emplean dos tipos: Por salto de frecuencia (Frequency Hopping, FHSS). Se empleaba en las primeras redes , hoy en día esta en desuso. Se sigue empleando en (Bluetooth). Por secuencia directa (Direct Sequence, DSSS). Se emplea en todas las redes actuales

28 Espectro disperso por salto de frecuencia (FHSS) 28 Inventado por la actriz austríaca (e ingeniero de telecomunicaciones) Hedy Lamarr en 1941, como sistema de radio para guiar los misiles de los aliados contra Hitler. El emisor y el receptor van cambiando continuamente de frecuencia, siguiendo una secuencia previamente acordada. Para emitir se emplea un canal estrecho y se concentra en él toda la energía. En se utilizan 79 canales de 1 Mhz y se cambia de canal cada 0,4 segundos. En Bluetooth se cambia más a menudo. Puede haber diferentes emisores simultáneos si usan distinta secuencia o si usan la misma pero no van sincronizados.

29 Salto De Frecuencia (FHSS) La información se transmite brincando de manera aleatoria en intervalos de tiempo fijos, llamados chips, de un canal de frecuencia a otro en la banda total. Aquel receptor sincronizado con el transmisor que tenga exactamente el mismo código de salto podrá brincar a las frecuencias correspondientes y extraer la información. 29

30 Técnicas de Spread Spectrum Beneficios No se producen interferencias con otras señales Mayor inmunidad al ruido Difíciles de interceptar Frequency Hopping (FHSS) Utiliza una de 78 secuencias del salto. Salto a un nuevo canal del 1MHz (sobre un total de 79 canales) por lo menos cada 400milliseconds Requiere la adquisición y la sincronización del salto X = symbol Barker sequence Result of multiplication Symbol time t s 10 Chip time t c Time f3f3f3f3 f2f2f2f2 f1f1f1f1 f4f4f4f4 f5f5f5f5 f6f6f6f6 f7f7f7f7Freq. 30

31 Menor inmunidad al ruido. Mayor alcance, menor velocidad. Por ejemplo en el caso de la banda de 2.4 GHz se divide en 79 canales contiguos no solapados de 1 MHz de ancho cada uno. Salto De Frecuencia (FHSS) Time f3f3f3f3 f2f2f2f2 f1f1f1f1 f4f4f4f4 f5f5f5f5 f6f6f6f6 f7f7f7f7Freq. 31

32 Espectro disperso por Secuencia Directa (DSSS) 32 El emisor utiliza un canal muy ancho y envía la información codificada con mucha redundancia. La energía emitida se reparte en una banda más ancha que en FHSS. Se confía en que el receptor sea capaz de descifrar la información, aun en el caso de que se produzca alguna interferencia en alguna frecuencia. El canal permanece constante todo el tiempo. En se utilizan canales de 22 MHz. Puede haber diferentes emisores simultáneos si usan canales diferentes no solapados

33 Secuencia Directa (DSSS) La información se mezcla con un patrón pseudo aleatorio de bits, con una frecuencia mucho mayor que la de la información a transmitir. Aquel receptor que tenga el mismo código de extensión, será capaz de regenerar la información original. 33

34 Secuencia Directa (DSSS) Menor alcance, mayor velocidad. Puede enviar mayor número de paquetes en un mismo tiempo. Por ejemplo en el caso de la banda de 2.4 GHz se divide en 14 canales solapados de 22 MHz de ancho cada uno. 34

35 Reparto de canales DSSS a 2,4GHz 35 Europa (canales 1 a 13) EEUU y México (canales 1 a 11) MHz MHz Número de Canal 22 MHz Mhz 2408

36 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: América y México: canales 1, 6 y 11 Europa: canales 1, 7 y 13 Con diferentes canales se pueden constituir LANs inalámbricas independientes en una misma zona 36

37 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 interferencia el receptor puede extraer los datos de la señal 1 MHz 22 MHz Tiempo 0,4 s 37

38 Frequency Hopping vs Direct Sequence 38

39 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

40 Frequency Hopping vs Direct Sequence 40 FH permite mayor número de emisores simultáneos y soporta mejor la interferencia por multitrayectoria (rebotes). DS permite mayor capacidad (802.11b). La interferencia multitrayectoria se resuelve con antenas diversidad. Hoy en día FH no se utiliza en , solo en Bluetooth (802.15)

41 Interferencias 41 Externas: Bluetooth transmite a 2,4 GHz por FHSS. Interfiere menos con DSSS. Nada con a (5 GHz) Los hornos de microondas (funcionan a 2,4 GHz) interfieren con FHSS. A DSSS le afectan menos. Nada a a. 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 (rebotes de la señal en paredes, techos, etc.).

42 Se produce interferencia debido a la diferencia de tiempo entre la señal que llega directamente y la que llega reflejada por diversos obstáculos. La señal puede llegar a anularse por completo si el retraso de la onda reflejada coincide con media longitud de onda. En estos casos un leve movimiento de la antena resuelve el problema. FHSS es más resistente a la interferencia multitrayectoria que DSSS. Pero hoy en día este problema se resuelve con antenas diversidad La señal verde recorre más de la línea en amarillo. El receptor recibe la señal en rojo. TR Interferencia debida a la multitrayectoria 42

43 Antenas diversidad Se utilizan normalmente en los puntos de acceso para minimizar la interferencia multitrayectoria. 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 el preámbulo (128 bits en 2,4 GHz) para hacer la medida Para emitir a una estación se usa la antena que dió mejor señal la última vez que se recibió algo de ella Si la emisión falla (no se recibe el ACK) cambia a la otra antena y reintenta Las dos antenas cubren la misma zona Longitud de onda a 2,4 GHz: 12,5 cm 43

44 Funcionamiento de OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 44 OFDM divide el canal en varias subportadoras o subcanales que envían los datos en paralelo, modulados en una portadora analógica Los subcanales son ortogonales entre sí, con lo que se minimiza la interferencia y se puede minimizar la separación entre ellos En a el canal se divide en 52 subcanales, cada uno de unos 300 KHz de anchura De los 52 subcanales 48 se usan para datos y 4 para corrección de errores

45 IEEE

46 IEEE g utiliza una arquitectura híbrida para ofrecer compatibilidad hacia atrás con b

47 IEEE MAC 47 STA: Station AP: Access Point DS: Distribution System BSS: Basic Service Set IBSS: Independet Service Set SSID: Service Set ID ESS: Extended Service Set

48 ESS IEEE MAC 48 STA: Station AP: Access Point DS: Distribution System BSS: Basic Service Set SSID: Service Set ID IBSS: Independet Service Set ESS: Extended Service Set IBSS BSS STA AP BSS DS

49 IEEE MAC->Funciones 49 Entrega fiable de datos. Control de Acceso al medio. Seguridad.

50 IEEE MAC->Funciones 50 Entrega fiable de datos. Gabriel Ana Pedro Datos ACK Datos Todos los envíos son confirmados mediante ACK. Si Gabriel envía una trama a Ana tiene que mandarla al AP, que se la reenvía. Si Gabriel envía una trama a un destino remoto (fuera de la celda) el AP se encarga de mandarla por el DS.

51 IEEE MAC->Funciones 51 Control de Acceso al medio. DCF (Distributed Coordination Function). No hay un control centralizado de la red, todas las estaciones son iguales. Colisiones. Es el modo normal en las redes Ad hoc. PCF (Point Coordination Function). El AP(acces point) controla todas las transmisiones. Libre de colisiones. Sólo puede usarse en modo infraesctructura (con puntos de acceso).

52 IEEE MAC->Funciones 52

53 IEEE MAC->DCF 53 En modo DCF puede haber contención (colisiones). Para resolverlas se utiliza una variante de Ethernet llamada CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision 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) PC de sobremesa PC portátil Las tramas se transmiten directamente de emisor a receptor / / / /24 Tarjeta PCI Tarjeta PCMCIA

54 IEEE MAC->DCF 54 NAV (Network Allocation Vector) Cada estación mantiene un contador de tiempo retrospectivo llamado NAV (Network Allocation Vector) que indica el tiempo que queda para que el canal quede libre. El NAV se actualiza con el valor que aparece en cada tramas emitida en la celda, excepto si el nuevo NAV es más pequeño que el que ya había, en cuyo caso se ignora Una estación no intentará transmitir mientras NAV > 0

55 IEEE MAC->DCF 55 Espacios entre tramas Para asegurar un funcionamiento adecuado y equitativo de CSMA/CA, la DCF incluye un conjunto de retardos que se ordenan de acuerdo con un esquema prioridades. El ntervalo básico es el IFS. El intervalo de tiempo entre tramas se denomina IFS InterFrame Slots. Es el tiempo transcurrido desde el último bit de la trama anterior hasta el primer bit del preámbulo de la trama siguiente.

56 IEEE MAC->DCF 56 Espacios entre tramas. Para el acceso basado en prioridad se utilizan tres valores de ISF. SIFS: Short InterFrame Space (< slot time) PIFS: PCF InterFrame Space (=SIFS+1slot) DIFS: DCF InterFrame Space (=SIFS+2slots)

57 IEEE MAC->DCF 57 Lógica de control de acceso.

58 Algoritmo de retroceso de CSMA/CA Emisor (A) Receptor (B) Segundo emisor (C) DIFS Trama de Datos ACK DIFS SIFS Trama de Datos Tiempo de retención (Carrier Sense) Tiempo aleatorio DIFS: DCF Inter Frame Space SIFS: Short Inter Frame Space DCF: Distributed Coordination Function PCF: Point Coordination Function DIFS: DCF Inter Frame Space SIFS: Short Inter Frame Space DCF: Distributed Coordination Function PCF: Point Coordination Function 58

59 IEEE MAC->DCF Colisiones Pueden producirse colisiones porque dos estaciones a la espera elijan por casualidad el mismo número de intervalos para empezar a transmitir. En ese caso reintentarán duplicando cada vez el rango de intervalos, entre los que eligen al azar un nuevo número. Es similar a Ethernet, salvo que en este caso las estaciones no detectan las colisiones sino que las infieren por la ausencia del ACK. 59

60 Alcance de C Alcance de B Alcance de A 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. 3. Se produce una colisión en la intersección por lo que B no recibe ninguna de las dos tramas m Tr. 1 2 IEEE MAC->DCF 1: A: Ahí va una trama de 100 ms 2: B: Debo estar callado durante los próximos 100ms NAV = 100 ms 3: C: Ahí va una trama de 200 ms 60

61 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: de acuerdo A, envíame esa trama de 500 bytes que dices CTS Tr. 4 IEEE MAC->DCF 61

62 IEEE MAC->DCF 62 Detección de portadora virtual por medio de RTS/CTS Datos No disponible RTS CTSACK Tiempo: D C Receptor: B Emisor: A SIFS Se puede calcular cuanto tiempo va a estar ocupado el canal porque en los mensajes RTS/CTS va información sobre la longitud de la trama a transmitir. A B C D

63 IEEE MAC->DCF Inconvenientes/ventajas de usar RTS/CTS Inconvenientes: Aumenta de la latencia (cada envío ha de ir precedido del intercambio de dos mensajes) Reducción de rendimiento Aumenta la proporción de tiempo que el canal se utiliza para enviar mensajes de control. Ventajas: Se reducen las colisiones en los casos donde se da la situación de la estación oculta. Recomendación: activar RTS/CTS solo en las estaciones que por su distancia o ubicación se sospeche que no se van a oír entre sí 63

64 IEEE MAC->DCF 64 AP A RTS/CTS E D C B F RTS/CTS RTS/CTS debería activarse en A y en F únicamente Si no estuviera A o F no haría falta activar RTS/CTS en ninguna estación Si una estación sufre una elevada tasa de colisiones y se encuentra relativamente alejada de su AP es posible que convenga activarle los mensajes RTS/CTS. En ningún caso hace falta activar estos mensaje sen el AP, ya que cuando reciba un RTS él siempre responderá con el CTS correspondiente Estas estaciones escuchan a todas las demás, pero no se escuchan entre ellas

65 Mensajes RTS/CTS El uso de RTS/CTS se denomina a veces Virtual Carrier Sense, ya que permite a una estación reservar el medio durante una trama para su uso exclusivo. Una vez emitidos los dos mensajes ya todos saben que el canal esta reservado para esta transmisión. El uso de RTS/CTS se activa por configuración, pero no todas las interfaces lo soportan. En algunos casos al configurar RTS/CTS se puede especificar a partir de que tamaño de trama se quiere utilizar. Si se pone >2312 bytes no se usa nunca, si se pone 1 se usa siempre. Esto tiene sentido ya que el beneficio de utilizar RTS/CTS es mayor cuanto mayores son las tramas transmitidas 65

66 IEEE MAC->DCF 66 Ejemplos de configuración de RTS/CTS Activación sin ajuste de tamaño mínimo Activación con ajuste de tamaño mínimo

67 IEEE MAC->PCF 67 Internet Punto de acceso (AP) PC PC portátil PC 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 Solo puede darse cuando hay un punto de acceso o AP (red de infraestructura). El AP interroga a todas las estaciones 10 a 100 veces por segundo y les pregunta si tienen algo que enviar. Las estaciones piden recursos (capacidad) al AP y este asigna según disponibilidad. Al asignarse capacidad de forma planificada no se producen colisiones. Para que el AP obtenga acceso al medio utiliza PIFS. PCF InterFrame space

68 IEEE MAC->PCF Un AP tiene normalmente dos direcciones MAC: La de su interfaz en la red cableada (DS) normalmente Ethernet La de su interfaz inalámbrica La dirección MAC de la interfaz inalámbrica se utiliza como identificador del BSS que corresponde a ese AP y se denomina el BSSID (BSS Identifier). Este dato es fundamental para el funcionamiento de una red La dirección MAC de la interfaz ethernet no tiene interés para la red inalámbrica y no aparece nunca en las tramas. Pero esta dirección es la que normalmente se asocia con la dirección IP del AP y será por tanto la que aparecerá en las tablas ARP Si el AP tiene mas de una interfaz inalámbrica (por ejemplo un AP de banda dual a/b) cada una tendrá una dirección MAC diferente. En ese caso cada emisor de radio configura un BSS diferente y tendrá por tanto un BSSID diferente, aunque evidentemente sus áreas de cobertura estarán fuertemente solapadas BSSID para b BSSID para a Dirección de la interfaz Ethernet (asociada con la dirección IP) 68

69 IEEE MAC->Trama 69 Trama de Control. Acceso al Medio. Garantiza entrega confiable de datos. Trama de datos Transmisión de datos. Trama de Administración o gestión Gestionar la comunicación. Comunicación entre estaciones y puntos de acceso.

70 Permite la coexistencia de varias versiones del protocolo Indica si se trata de una trama de datos, de control o de gestión Indica por ejemplo si es una trama RTS o CTS Indican si la trama va hacia o viene desde un AP o DS Indica que siguen más fragmentos Indica que esta trama es un reenvío Para dormir o despertar a una estación Advierte que el emisor tiene más tramas para enviar La trama está encriptada con WEP (Wireless Equivalent Privacy) Las tramas que tiene puesto este bit se han de procesar por orden Dice cuanto tiempo va a estar ocupado el canal por esta trama Dirección de destino (1), (2) origen, Varios(3), casi no se utiliza(4) Número de secuencia (cuando la trama es un fragmento) Vers.: Tipo: Subtipo: to DS, from DS: MF: retry.: Pwr: More: WEP: Order: Duración: Dirección 1,2,3,4: Seq.: Frame Control Duración Addr. 1 Addr. 2 Addr. 3 Seq Addr. 4 FCS Bytes Frame Body Vers Tipo subtipo To DS From DS MF retry Power mgt More data WEP order bits management (00) control (01), data (10), reserved (11) Formato de trama To DS From DS Significado 00Trama de estación a estación (ad hoc) 10Trama de estación hacia AP 01Trama de AP hacia estación 11Trama de AP hacia AP (DS inalámbrico) *La dirección 2 es a la que se deben enviar los ACKs

71 Versión Tipo Subtipo order WEP More Power Retransmission MF From DS To DS Duración Direc.1 Destino Direc.2 Fuente Direc.3 Direc.4 Sequence management (00) control (01), data (10), reserved (11) Formato de trama

72 Veamos como se enviaría una trama en una red ad hoc entre dos estaciones. Por simplificar supondremos que las direcciones MAC son A y B. AB Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DD) Dirección 2 (DO) Dirección 3 Seq.Dirección 4 DatosCRC Paso 1: A envía la trama hacia B: BA H. DS 0 D. DS 0 00 Paso 2: B envía el ACK hacia A IP 1 2 BSSID Cuando se crea una red ad hoc la primera estación que aparece en la red genera un BSSID aleatorio que la identifica Envío de tramas en (ad hoc) 72

73 C X AP2 Vamos a ver en esta red como se transmite una trama en los siguientes casos: 1.De A hacia B (A-AP1-B) 2.De A hacia X (A-AP1-X) 3.De X hacia A (X-AP1-A) 4.De A hacia C (A-AP1-AP2-C) 5.De C hacia D (C-AP2-AP3-D) El sistema de distribución está formado por una red Ethernet y por tanto los puntos de acceso tendrán que hacer de puentes transparentes y traductores entre y Por simplificar supondremos que las direcciones MAC de los hosts son A, B, C, D y X, y que las direcciones MAC de la interfaz inalámbrica de los APs (y por tanto su BSSID) son AP1, AP2 y AP3. AB AP1 D AP3 Envío de tramas en (infraestructura) 73

74 Control Trama Dura- ción Dirección 1 (BSSID) Dirección 2 (DO) Dirección 3 (DD) Seq.Dirección 4 DatosCRC Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DD) Dirección 2 (BSSID) Dirección 3 (DO) Seq.Dirección 4 DatosCRC IP Paso 1: A envía la trama hacia AP1: AP1AB H. DS 1 D. DS 0 10 Paso 3: AP1 envía la trama hacia B: BAP1A H. DS 0 D. DS 1 01 En es preciso indicar quien transmite la trama pues es a quien hay que enviar el ACK. Las direcciones del transmisor y receptor pueden se diferentes de las de origen y destino de la trama Paso 2: AP1 envía el ACK hacia A Paso 4: B envía el ACK hacia AP1 X C AP2 AB AP Caso 1: De A hacia B 74

75 Control Trama Dura- ción Dirección 1 (BSSID) Dirección 2 (DO) Dirección 3 (DD) Seq.Dirección 4 DatosCRC IP Paso 1: A envía la trama hacia AP1: AP1AX H. DS 1 D. DS 0 10 Paso 3: AP1 envía la trama hacia X: En se utiliza encapsulado LLC/SNAP (802.2), en Ethernet se usa Ethertype. El AP se encarga de convertir uno en otro (es un puente transparente) La trama Ethernet no contiene el BSSID la dirección del AP Paso 2: AP1 envía el ACK hacia A Dirección Destino Dirección Origen ETypeDatosCRC XA X C AP2 AB AP IP Caso 2: De A hacia X 75

76 Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DD) Dirección 2 (BSSID) Dirección 3 (DO) Seq.Dirección 4 DatosCRC IP Paso 1: X envía la trama hacia AP1: AAP1X H. DS 0 D. DS 1 01 Paso 2: AP1 envía trama hacia A: Paso 3: A envía el ACK hacia AP1 Dirección Destino Dirección Origen ETypeDatosCRC AX La trama Ethernet no contiene la dirección de AP1, pero como AP1 habrá enviado a la red tramas con dirección de origen A el conmutador tendrán la dirección MAC de A en el puerto donde esté conectado AP1 X C AP2 AB AP IP Caso 3: De X hacia A 76

77 Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DD) Dirección 2 (BSSID) Dirección 3 (DO) Seq.Dirección 4 DatosCRC IP Control Trama Dura- ción Dirección 1 (BSSID) Dirección 2 (DO) Dirección 3 (DD) Seq.Dirección 4 DatosCRC IP AAP1C H. DS 1 D. DS 0 10 Paso 3: AP1 envía trama hacia AP2: Paso 2: AP1 envía el ACK hacia A Dirección Destino Dirección Origen ETypeDatosCRC CA Paso 1: A envía la trama hacia AP1: AP2CA H. DS 0 D. DS 1 01 Paso 4: AP2 envía trama hacia C: Paso 5: C envía el ACK hacia AP2 X C AP2 AB AP IP Caso 4: De A hacia C 77

78 Control Trama Dura- ción Dirección 1 (BSSID) Dirección 2 (DO) Dirección 3 (DD) Seq.Dirección 4 DatosCR C Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DD) Dirección 2 (BSSID) Dirección 3 (DO) Seq.Dirección 4 DatosCRC Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DR) Dirección 2 (DT) Dirección 3 (DD) Seq.Dirección 4 (DO) DatosCRC IP CAP2D H. DS 1 D. DS 0 10 Paso 3: AP2 envía la trama hacia AP3: Paso 2: AP2 envía el ACK hacia C Paso 1: C envía la trama hacia AP2: AP3DC H. DS 0 D. DS 1 01 Paso 5: AP3 envía trama hacia D: Paso 6: D envía el ACK hacia AP3 C AP2 D AP3 AP2D H. DS 1 D. DS 1 11 C Paso 4: AP3 envía el ACK hacia AP2: Caso 5: De C hacia D 78

79 IEEE >Fragmentación La redes WLAN tienen una mayor tasa de error que las LAN Por eso se prevé la posibilidad de que el emisor fragmente una trama para enviarla en trozos más pequeños. Si el emisor ve que las tramas no están llegando bien puede decidir fragmentarlas para que tengan mas probabilidad de llegar bien al receptor Por cada fragmento se devuelve un ACK por lo que en caso necesario es retransmitido por separado. 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. 79

80 IEEE MAC->Fragmentación La separación entre Frag n y ACK es de 10 ms (SIFS). De esta forma las demás estaciones (C y D) no pueden interrumpir el envío. A B C D Tiempo RTS CTS Frag 1 ACK No disponible Frag 2 Frag 3 SIFS 80

81 IEEE MAC->Servicios Cada red inalámbrica (ad hoc, BSS o ESS) se identifica por un SSID (Service Set Identifier) que es una cadena de hasta 32 caracteres alfanuméricos Cuando el SSID corresponde a un ESS a veces se denomina ESSID (Extended Service Set Identifier) No confundir el SSID (o ESSID) con el BSSID (la dirección MAC de la interfaz inalámbrica de un AP). Un ESS tiene un SSID, pero puede tener muchos BSSID Cualquier estación que pretenda participar en una red debe configurarse con el SSID correcto Pero ¿Cómo averigua una estación los SSID que están disponibles en un momento dado? 81

82 IEEE MAC->Servicios Los APs difunden periódicamente unos mensajes broadcast llamados beacon en los que indican el SSID de la red a la que pertenecen. Típicamente los beacon se envían 10 veces por segundo Un AP puede configurarse para que no envíe beacons, o para que los envíe ocultando su SSID. Esto se hace a veces como medida de seguridad, pero los SSID no viajan encriptados por lo que el SSID se puede averiguar capturando un mensaje de otra estación Además de esperar a recibir beacons las estaciones pueden enviar mensajes probe request (sonda pregunta) buscando APs. Un AP está obligado a responder con un probe response si: El probe request indicaba el SSID del AP El probe request indicaba un SSID de 0 bytes (SSID broadcast) 82

83 IEEE MAC->Servicios Una red debe ofrecer dos tipos de servicios: Servicios de distribución (5): son ofrecidos por los puntos de acceso a las estaciones que se encuentran dentro de su alcance. Servicios de estación (4): son utilizados por las estaciones para comunicar dentro de una celda (es decir en un Basic Service Set o BSS) 83

84 Servicios de distribución Asociación: lo utiliza una estación cuando está dentro del área de cobertura de un AP. Anuncia su identidad y capacidades (velocidades, gestión de energía, etc.) Desasociación: cuando la estación o el AP quiere despedirse (por ejemplo porque se va a apagar) Reasociación: se utiliza cuando una estación se mueve y cambia al área de cobertura de otro AP dentro del mismo ESS (handover). Distribución: determina como enrutar las tramas según el destino esté en la misma celda o no. Integración: se encarga de la traducción a formatos diferentes cuando parte del trayecto se hace por una red no

85 Servicios de estación Autenticación: una vez se ha efectuado la asociación se ha de validar a la estación solicitante. Deautenticación: para terminar la comunicación ordenadamente primero hay que desautenticar y luego desasociar. Una vez desautenticado no se puede usar la red. Privacidad: se encarga de la encriptación/desencriptación de la información. El algoritmo utilizado es el RC4. Se han puesto de manifiesto varios errores en las funciones de privacidad de las redes Entrega de los datos: se encarga del envío de los datos por el enlace de radio una vez se han cumplido todos los requisitos previos (asociación, autenticación y privacidad) 85

86 Asociación de estaciones con APs Cuando una STA se enciende busca un AP. Si recibe respuesta de varios atiende al que le envía la señal más potente. La STA se asocia con el AP elegido. El AP incluye su MAC en la tabla de asociados El AP se comporta para las STAs de su celda como un hub inalámbrico. En la conexión entre la celda y el sistema de distribución el AP actúa como un puente. 86

87 Itinerancia (Roaming o Handover) 87 Los AP envían regularmente ( veces por segundo) mensajes de guía (beacon) para anunciar su presencia a las STA que se encuentran en su zona Si una STA se mueve y cambia de celda detectará otro AP más potente y cambiará su registro. Esto permite la itinerancia (handover) sin que las conexiones se corten. Para que el handover pueda hacerse correctamente debe haber una zona de solapamiento entre las dos celdas (entrante y saliente) y la estación debe permanecer el tiempo suficiente en ella. Por tanto el handover depende del tamaño de la zona de solapamiento y de la velocidad con que se mueve la estación

88 Proceso de Handover 1: La estación se enciende. Se autentifica y asocia con el AP A (el más próximo) 2: La estación se mueve y se pre-autentifica con el AP B A BC 3: La estación decide reasociarse con B 4: B notifica a A la nueva ubicación de X con lo que X se desasocia de A. A envía a B cualquier trama para X en curso X X X X 5: X sigue moviéndose por lo que más tarde repite el proceso con C

89 IEEE MAC->Servicios 89 No Autenticado No Asociado Autenticado No Asociado Autenticación Autenticado No Asociado No Autenticado No Asociado Deautenticación AsociaciónDeasociación SSID: Informatica1006 BSSID: 000B86A867C1BSSID: 000B86A882E1 BSSID: 000B86A87781 Reasociación Autenticado Asociado Autenticado Asociado Autenticado Asociado

90 Topologías Inalámbricas 90 WLAN inalámbricas en un edificio. Puentes inalámbricos edificio a edificio

91 Topologías Inalámbricas 91 WLAN inalámbricas en un edificio. Ad hoc Stand Alone ESS con BSS de distintos canales ESS con BSS repetidor. Mismo canal AP Modo raíz Puente Modo raíz Conexión a internet por modem Conexión a internet por cable/ADSL. PC de sobremesa PC portátil Las tramas se transmiten directamente de emisor a receptor / / / /24 Tarjeta PCI Tarjeta PCMCIA

92 Topologías Inalámbricas 92 Puente inalámbrico edificio a edificio. Punto a punto. Punto a multipunto.


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