Redes Inalámbricas Estándar 802.11. Redes inalámbricas (+) Movilidad Facilidad de instalación (tiempo, costo) Flexibilidad Comodidad Productividad Expansión.

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1 Redes Inalámbricas Estándar 802.11

2 Redes inalámbricas (+) Movilidad Facilidad de instalación (tiempo, costo) Flexibilidad Comodidad Productividad Expansión geográfica ( +/- ) Crecimiento en máquinas (+/-) Acceso (+/-)

3 Redes inalámbricas (-) Alcance Costo adicionales por más APs Interferencia Ruido de dispositivos externos, microndas, teléfonos inalámbricos, bluetooth Velocidad Lenta con respecto a LANs alambradas (+/-) Congestión Consumo de potencia Más alcance → más potencia Laptops Seguridad

4 Seguridad en redes inalámbricas Facilidad de acceso – Una de las ventajas – Principal desventaja con respecto a seguridad Wardriving – Espías externos – Consumo de capacidad Puntos de acceso no autorizados – Redes no autorizadas – Y no vigiladas por los administradores

5 Red Aloha Universidad de Hawaii Junio de 1971 Norman Abramson Permitir a 7 campus en 4 islas acceder a la computadora central (mainframe) – IBM 360/65 con 750 Kbytes de RAM Por medio de canales de radio UHF – Canales de 100 Khz. – 407.350 MHz. Y 413.475 MHz.

6 Sistema ALOHA

7 MENEHUNE Versión hawaiana del IMP de ArpaNet (Internet) – Interface Message Processor Inglés – Imp: diablillo, demonio Hawaii – Menehune: Duende legendario

8 Terminal Control Unit Terminal ↔ TCU interfaz RS-232 Paquetes de 704 bits – 32 bits identificación – 32 bits de paridad – 80 caracteres de información Transmisión – 24,000 bauds – 24 milisegundos por paquete

9 Funcionamiento Aloha

10 Las estaciones transmiten por la banda de 405.35 MHz. – El acceso al medio es aleatorio y sin necesidad de sincronía El Menehune transmite por la banda de 413.475 MHz. – La transmisión es broadcast Después de que una estación transmite espera un tiempo para recibir un ACK, en caso de que no lo reciba retransmite el paquete

11 Por qué no se uso el sistema tradicional de transmisión por teléfono (dial-up) o líneas dedicadas (leased lines) Para distancias largas es muy caro El tiempo de establecimiento conexión para líneas dial-up es muy grande para la cantidad de tráfico Tráfico en ráfagas con tiempos de ocio grandes Naturaleza asimétrica de la comunicación La calidad de las líneas no era muy buena

12 Aloha “La principal innovación de Aloha no fue el uso de comunicaciones inalámbricas para computadoras” “Sino el uso de una arquitectura de comunicación broadcast para el acceso aleatorio al canal” No se usó lo tradicional FDMA o TDMA

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14 Operación Estaciones conectadas a un Medio Compartido No hay Controladora Central Transmisión serial al medio CSMA/CD Colisiones

15 Medio Compartido

16 Transmisión en el BUS Estaciones conectadas a un medio compartido Sin controladora central o primaria Sin banda de señalización

17 Colisión Colisiones

18 Persistencia y No persistencia

19 Persistente p

20 Métodos de persistencia ¿Cuál es el mejor? ¿Cuál seleccionó Ethernet?

21 CSMA/CD Estación lista para transmitir Estación lista para transmitir Escuchar canal Escuchar canal Transmitir escuchando Transmitir escuchando Detener transmisión y Enviar señal “jamming” Detener transmisión y Enviar señal “jamming” Colisión Ocupado Transmisión exitosa Transmisión exitosa Libre Esperar tiempo aleatorio (Algoritmo BEB) Esperar tiempo aleatorio (Algoritmo BEB) Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection Usada por Ethernet Maneja colisiones Persistente 1

22 Problemas de CSMA/CD en inalámbricas Limitantes de CSMA/CD – Detección de colisiones: Costosa difícil (diferencial de energía) no detectadas (estación escondida) Mejoras a CSMA/CD – No ser tan agresivo al acceder al medio – Si el medio se detecta ocioso, esperar hasta que transcurra un tiempo adicional – Usar ACKs

23 CSMA/CA Carrier Sense – Capacidad de determinar si el medio está ocupado Multiple Access – T odas las estaciones pueden transmitir – Con “justicia” (igual derecho) Collision Avoidance – Una sola estación tiene acceso al medio a la vez – Estaciones 802.11 NO pueden transmitir y recibir al mismo tiempo (Half-duplex) – No pueden detectar colisiones durante la transmisión

24 CSMA/CA Una estación si no está transmitiendo, está monitorizando el medio – CCA (Clear Channel Assessment) CSMA/CA minimiza el riesgo de colisiones – Sin un overhead excesivo Collision Detection vs Collision Avoidance – Detección de colisiones es más eficiente – El manejo lleva tiempo CSMA/CA tiene menor throughput que CSMA/CD – Throughput/Data Rate

25 CSMA/CA DCF: Distributed Coordination Function – Sin QoS PCF: Point Coordination Function – Opcional – AP toma el control y asigna turnos a las estaciones HFC: Hybrid Coordination Function – Para QoS – EDCA (Enhanced Distributed Channel Access)

26 CSMA/CA Las estaciones deben de completar un proceso de mediación antes de transmitir un frame Este proceso involucra que todas las estaciones estén en “silencio” por un lapso variable La estación que termine este ŕpceso primero es la que transmite

27 CSMA/CA IFS: InterFrame Space – 6 diferentes – Puede ser usado para definir prioridades Ventana de contienda usa el algoritmo BEB – Binary Exponential Backoff Aleatorio

28 Backoff 802.11

29 Interframe Space (IFS) RIFS: Reduced Interframe Space SIFS: Short Interframe Space PIFS: PCF Interframe Space DIFS: DCF Interframe Space AIFS: Arbitration Interframe Space EIFS: Extended Interframe Space

30 CSMA/CA Estación lista Estación lista Escuchar canal Escuchar canal Libre Esperar IFS Ocupado Esperar R ranuras Esperar R ranuras Enviar frame Esperar SIFS ACK recibido? ACK recibido? No Transmisión exitosa Transmisión exitosa Si Avoidance Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance El ciclo total se realiza 16 veces – k > 15 No detecta colisiones Por eso usa reconocimientos (ACKs) Funciona mejor que CSMA/CD pero............. Ventana de contienda R para el cálculo de R aleatorio entre 0 y 2 k -1 Todavía ocupado? Todavía ocupado? Si No

31 Estación escondida B AP B no detecta que A está transmitiendo Si B intenta transmitir a AP hay colisión con la señal de A Solución.......... A

32 RTS/CTS ( Request To Send/Clear To Send ) Rango de A Rango de B A quiere transmitir a B A transmite un RTS a B – Lo escuchan todas las máquinas en el rango de A (B, C y E – Pero no lo escucha D, que potencialmente puede causar una colisión B transmite un CTS en respuesta a A – Ahora sí D que está en el rango de A escucha el aviso – C no lo escucha pero no importa porque ya escuchó el RTS

33 CSMA/CA y NAV EmisorReceptorOtras estaciones Marco (Datos) tiempo No sensan el medio Se evitan las colisiones DIFS: Distributed InterFrame Space SIFS: Short InterFrame Space Tanto el RTS y el CTS llevan la duración de la transmisión del marco

34 RTS/CTS RTS/CTS consume capacidad, así es que se usa solamente en ambientes de alta capacidad y con muchos usuarios En ambientes pequeños la estación escondida no es un problema En ambientes empresariales si la cobertura es lo suficientemente densa tampoco es problema RTS Threshold determina que para frames más grandes se usará RTS/CTS NAV es un carrier sense virtual establecido por el campo de duración (en ?segs) de la mayoría de los frames ¿Por qué no se usa un ACK virtual estilo Ethernet?

35 DCF (CSMA/CA)

36 IEEE 802.11

37 Bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical)

38 Canales DSSS

39 Canales 802.11

40 Cobertura empresarial

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42 Frequency Hopping Spread Spectrum Dwell Time: 400 mseg Banda de 2.4 Ghz (ISM) 79 sub-bandas de 1 MHz FSK: 1 ó 2 bits por baud Tiempo f1f1 f0f0 f3f3 f2f2 f5f5 f4f4 f7f7 f6f6 f9f9 f8f8 Frec. (Hz)

43 Direct Sequence Spread Spectrum Chip code para 1: 100110Chip code para 0: 011001 100110 100110 011001 1 0 0 1 1 0 0 1

44 Direct Sequence Spread Spectrum Chip codes también se llaman PN codes (Pseudorandom Noise codes) Consume más potencia por la frecuencia que se necesita en la transmisión y recepción de los códigos PN, que es mucho mayor que la frecuencia de los datos 10110111000 802.11 usa la secuencia de Barker 10110111000 – 0 → 10110111000 – 1 → 01001000111

45 802.11a Octubre 1999 5 GHz 54 Mbps (max)/ 23 Mbps (tip) 35 mts (int), 115 mts (ext) OFDM

46 802.11b Octubre 1999 2.4 GHz 11 Mbps 35 mts (int), 115 mts (ext) DSSS

47 802.11g Junio 2003 2.4 GHz 54 Mbps (max), 20 Mbps (tip) 38 mts (int), 125 mts (ext) OFDM

48 802.11n Fecha: Oct 2009 (Draft 2007) 2.4 Ghz/5 GHz 600 Mbps (max), 120 Mbps (tip) 70 mts (int), 250 mts (ext) MIMO – Multiple Input Multiple Output

49 802.11ac Fecha: Diciembre 2013 5 GHz 600 Mbps (2.4GHz) 2.6 Gbps (5GHz) 35 mts (int), 115 mts (ext) OFDM

50 IEEE 802.11 Independent BSS (IBSS)

51 IEEE 802.11

52 802.11 MPDU

53 Encabezado 802.11 MPDU: MAC Protocol Data Unit Encabezado máximo es de 32 bytes – 802.11n agrega campo HT de 4 bytes El tamaño del encabezado no es está fijo – QoS sólo se usa en Data frames – No siempre se utilizan las 4 direcciones – La mayoría de los frames usa 3 direcciones – ACK usan sólo una dirección

54 Campo de Control 11 subcampos Protocol Version – 2 bits – Siempre es cero, compatibilidad Type y Subtype – Identifican la función del frame – Management, Control y Data

55 Combinaciones válidas

56 To DS y From DS Distribution System Cambian el significado de las 4 direcciones MAC Indican el flujo de datos entre BSS y DS AP transmisor Estación Origen AP transmisor Estación Origen Address 2 Estación Destino Estación Origen BSS ID Address 3 Estación Origen N/A N/A N/A Address 4 AP receptor Estación Destino Address 1 1 0 1 0 Desde DS 1 1 0 0 Hacia DS

57 Direccionamiento

58 Direccionamiento

59 Direccionamiento

60 Direccionamiento

61 More Fragments Servicio de fragmentación para dividir MSDUs en elementos más pequeños 1 si sigue otro fragmento, 0 si es el último o no está fragmentado Sólo para frames con dirección unicast en el receptor (Address 1) Si la longitud del MPDU excede Fragmentation Threshold el MSDU se fragmenta Cada fragmento tiene encabezado, cuerpo y FCS (MPDU) Cada fragmento tiene un fragment number Cada fragmento se envía independientemente y requiere acknowledgement La estación receptora ensambla todos los fragmentos – Secuence number y Fragment number

62 Retry 0: Transmisión original (primera) de un frame 1: Retransmisión del frame FCS no pasa → No hay ACK → Retransmisión Multicast y Broadcast no requieren ACK Casi todos los frames unicast requieren ACK – RTS no, CTS es ACK implícito

63 Power Management 1 : Indica al Access Point que usará ahorro de energía El Access Point guardará todos los frames del cliente La estación apagará parte de su receptor para conservar energía

64 More Data Cuando una estación se asocia a un AP, ésta recibe un AID (Association Identifier) Cuando el AP está guardando frames de un estación que está en modo Power Save y transmite el siguiente Beacon, el AID de la estación estará presente en el campo TIM (Traffic Indication Map) indicando que el AP tiene información pendiente para dicha estación TIM es una lista de todas las estaciones que tienen frames pendientes (almacenados) de envío Una estación está despierta (awake) o semidormida (doze) Cuando una STA está despierta analiza el beacon a ver si está presente en la lista TIM El campo More Data sirve para que el AP indique a la STA que tiene datos pendientes almacenados

65 More Data La STA está en estado awake – Verifica si su AID está en TIM – Si está awake STA manda PS-Poll a AP – AP envía frame a la STA – Si More está en 1 STA sigue pidiendo frames

66 Protected Frame Indica si los datos (MSDU payload) están cifrados Originalmente WEP → TKIP → CCMP No indica que tipo de cifrado

67 Order Si es 1, los frames se tienen que procesar en orden Rara vez se usa

68 Duration 16 bits Carrier Sense virtual Manejo de ahorro energía antiguo (legacy) – Numero de AID Se usa PCF (Point Coordination Function) Principal propósito es iniciar el NAV con este valor de las estaciones quie están escuchando Tiempo en microsegundos En un frame de datos – Duration = 1 SIFS + ACK ACK – Duration = 0

69 Sequence Control 16 bits 4 bits Fragment Number – Se incrementa con cada fragmento de un MSDU 12 bits Sequence Number – Cada MSDU lo incrementa en 1 – Hasta 4095 y se reinicia en cero Sequence Number Para ensamblar los fragmentos de un MPDU

70 Frames de administración Authentication y Deauthentication – Autenticación – Terminar comunicación segura Association (Request, response) – Asociación – Para que el AP dedique recursos y se sincronice con la tarjeta – Velocidades de transmisión posibles, SSID

71 Frames de administración Reassociation (Request, response) – En caso de que una estación se mueva a otra zona con un AP de señal más potente – El nuevo AP se comunica con el AP antiguo para que le envie frames pendientes Disassociation – Para “darse de baja” en forma correcta – El AP libera recursos (memoria, tabla de asociación)

72 Frames de administración Beacon – Broadcast del AP, dando a conocer su presencia – SSID, hora Probe (request, response) – Verificar presencia de Aps – Contestar con velocidad de transmisiones

73 Frames de control Request To Send (RTS) – Duración Clear To Send (CTS) – Duración Acknowledgement (ACK) – Verificación del frame que llega – En caso de no recibir ACK se retransmite el frame correspndiente

74 Conexión a la red estaciónAP