Cómputo Móvil MC. Lirio Ruiz Guerra

Redes Inalámbricas Redes Inalámbricas Intoducción Estándar IEEE 802 Topología WLAN

Introducción Las redes inalámbricas permiten conectar dispositivos en cualquier lugar, en cualquier momento, y de una forma totalmente personal, utilizando como medio de transmisión el aire, sin necesidad de utilizar cables. Ventajas: Movilidad, facilidad y rapidez de instalación, flexibilidad, reducción de costo de mantenimiento. Escalabilidad. Desventajas: Velocidad, rango de conectividad, seguridad

Aplicaciones de Redes WLAN Ampliación de redes LAN

Aplicaciones de Redes WLAN Interconexión de edificios

Aplicaciones de Redes WLAN Acceso nómada

Aplicaciones de Redes WLAN Trabajo en red ad hoc

Requisitos de Redes Inalámbricas 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.

El medio inalámbrico Espectro Electromagnético (EM) Radiación Onda 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

El medio inalámbrico Onda electromagnética

El medio Inalámbrico Frecuencia Nombre Siglas Banda ITU Frecuencias Longitud de onda Inferior a 3 Hz > 100.000 km Extra baja frecuencia Extremely low frequency ELF 1 3-30 Hz 100.000 km – 10.000 km Super baja frecuencia Super low frequency SLF 2 30-300 Hz 10.000 km – 1000 km Ultra baja frecuencia Ultra low frequency ULF 3 300–3000 Hz 1000 km – 100 km Muy baja frecuencia Very low frequency VLF 4 3–30 kHz 100 km – 10 km Baja frecuencia Low frequency LF 5 30–300 kHz 10 km – 1 km Media frecuencia Medium frequency MF 6 300–3000 kHz 1 km – 100 m Alta frecuencia High frequency HF 7 3–30 MHz 100 m – 10 m Muy alta frecuencia Very high frequency VHF 8 30–300 MHz 10 m – 1 m Ultra alta frecuencia Ultra high frequency UHF 9 300–3000 MHz 1 m – 100 mm Super alta frecuencia Super high frequency SHF 10 3-30 GHz 100 mm – 10 mm Extra alta frecuencia Extremely high frequency EHF 11 30-300 GHz 10 mm – 1 mm Por encima de los 300 GHz < 1 mm Frecuencia Se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre unos 3 Hz y unos 300 GHz

Dispositivos 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

Retos y Problemas de las WLAN 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 Libro de cisco

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

Modelo OSI Datos Segmentos Paquetes Frame Bits Aplicación Presentación Tipo de comunicación: e-mail, C/S Presentación Encriptación y conversión de datos: ASCII a EBCDIC, BCD a binario, etc Sesión Iniciar, pausar, la sesión, manteniendo el orden. Transporte Asegurar la entrega completa del archivo o mensaje. Red Establecer la ruta de los mensajes a través de la red , utilizando la dir. lógica Enlace Transmitir frames de nodo a nodo. Dirección física Física Señales eléctricas Datos Segmentos Paquetes Aplicación: Frame Bits

Estandar IEEE 802 Lista de estándares Actividad interactiva 802 Redes de Computadora 802.1 HILI High Level Interface con Niveles Superiores 802.2 LLC Logical link Control Control del Enlace Lógico 802.3 CSMA/CD 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.6 Redes MAN 802.7 BBTAG BroadBand Technical Advisory Group Redes LAN de Banda Ancha 802.8 FOTAG Fiber Optics Technical Grupo asesor técnico de fibra óptica 802.9 ISLAN Integrated Services LAN Servicios LAN integrados. 802.10 SILS Standard for interoperable LAN Security Seguridad en LAN 802.11 WLAN Wireless LAN Redes LAN inalámbricas 802.11a 802.11b 802.11g 802.12 Prioridad de la demanda 802.14 Red de comunicación de banda ancha basada en TV por cable 802.15 WPAN Wireless PAN Red Inalámbrica de Área Personal 802.16 BBWA BroadBand Wireless Acces WMAN Red de Área Metropolitana 802.17 RPRSG Reslient Packet Ring Group Grupo de paquete en anillo elástico 802.18 802.19 802.20 Lista de estándares Actividad interactiva

Tecnologías y Estándares Inalámbricos Tipo de red / Característica WAN MAN LAN PAN Estándar GSM/GPRS/UMTS 802.16 WiMax 802.11 (WiFi) 802.15 (Bluetooth) Velocidad 10-384 Kbps <6-54 Mbps 2-54 Mbps < 1 Mbps Frecuencia 0.9/1.8/2.1 GHz 2-11 / 11-60 GHz 2,4 y 5 GHz 2,4 GHz Rango >35 Km 3-10, 30-50 Km 70 - 150 m 10 m Técnica radio Varias OFDM FHSS, DSSS, OFDM FHSS Aplicaciones PDAs móviles, telefonía celular Fixed. Ultima milla Redes empresariales Punto a punto, dispositivo a dispositivo WAN Red de Área Extensa MAN Red de Área Metropolitana 802.16 LAN Red de Área local 802.11 PAN Red de área Personal 802.15 MAN- Frecuencia 2-11 de la antena al usuario y 11-60 entre antenas

IEEE 802 Los puentes transparentes forman parte del estándar IEEE 802.1. En el modelo utilizado por dichos estándares los puentes transparentes se encuentran en la capa de enlace, justo por encima de la parte específica de cada tecnología LAN. De esta forma resultan ser independientes del tipo de LAN y aplicables a todas ellas.

IEEE 802.11 La norma 802.11 sigue el mismo modelo o arquitectura de toda la familia 802, es decir especifica la capa física y la subcapa MAC de la capa de enlace. En la capa física se distinguen dos subcapas. La inferior, llamada PMD (Physical Media Dependent), corresponde al conjunto de especificaciones de cada uno de los sistemas de transmisión a nivel físico. La subcapa superior, PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) se encarga de homogeneizar de cara a la capa MAC las peculiaridades de las diversas especificaciones de la subcapa PMD. En la subcapa MAC se especifica el protocolo de acceso al medio propiamente dicho, así como una serie de peculiaridades propias de redes inalámbricas como son el envío de acuses de recibo (ACK), la posibilidad de realizar fragmentación de las tramas y los mecanismos de encriptación para dar confidencialidad a los datos transmitidos

IEEE 802.11 Capa Física 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. (802.11-/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.

Capa física. Subcapa PLCP Redes Inalámbricas y Movilidad Capa física. Subcapa PLCP Subcapa PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) Subcapa PMD (Physical Medium Dependent) Capa física 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. Ampliación Redes

Trama de la Subcapa PLCP Redes Inalámbricas y Movilidad Trama de la Subcapa PLCP Preámbulo Inicio de trama Trama MAC Trama física de 802.3: 7 Bytes 1 Byte Sincronización Inicio de trama Señal Servicio Longitud CRC Trama MAC Trama física de 802.11b: 7 Bytes 2 Byte 1 Byte 1 Byte 2 Bytes 2 Bytes 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 Ampliación Redes

Espectro radioeléctrico: regulación Redes Inalámbricas y Movilidad Espectro radioeléctrico: regulación 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. Ampliación Redes

Redes Inalámbricas y Movilidad Bandas ISM 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 Ampliación Redes

Redes Inalámbricas y Movilidad Bandas ISM de la ITU-R Banda Anchura Región ITU Uso en WLAN 6,765 – 6,795 MHz 30 kHz Todas No 13,553 – 13,567 MHz 14 kHz 26,957 – 27,283 MHz 326 kHz 40,66 – 40,70 MHz 40 kHz 433.05 – 434,79 MHz 174 kHz 1 (EMEA) 902 – 928 MHz 26 MHz 2 (América) Sistemas propietarios antiguos (solo en América) 2,4 – 2,5 GHz 100 MHz 802.11, 802.11b, 802.11 g 5,725 – 5,875 GHz 150 MHz 802.11 a 24 – 24.25 GHz 250 MHz 61 – 61,5 GHz 500 MHz 122 – 123 GHz 1 GHz 244 – 246 GHz 2 GHz Telefonía GSM Hornos de microondas En esta tabla se muestran cuales son las bandas de frecuencias designadas por la ITU para aplicaciones industriales, científicas y médicas. Estas bandas son ‘no licenciadas’, es decir pueden utilizarse sin nencesidad de solicitar previa autorización (licencia) siempre y cuando no se superen las potencias establecidas. Las cinco primeras bandas que aparecen en la tabla no se utilizan en redes inalámbricas pues su reducida anchura no permite el envío de un caudal de datos aceptable. La banda de 900 MHz solo está autorizada como no licenciada en la región 2 de la ITU, que corresponde a Estados Unidos y Canadá. La banda de 2,4 GHz es la única que tiene aplicación en todo el mundo. Se utiliza en el estándar original 802.11 y en las extensiones 802.11b y 802.11g. La banda de 5 GHz se utiliza en el estándar 802.11a. La banda de mayor frecuencia son las que tienen una mayor anchura de banda. Sin embargo no se utilizan porque los equipos para estas frecuencias son más caros y tienen menor alcance que los de 2,4 ó 5 GHz Ampliación Redes

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

Redes Inalámbricas y Movilidad Espectro disperso 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 802.11, hoy en día esta en desuso. Se sigue empleando en 802.15 (Bluetooth). Por secuencia directa (Direct Sequence, DSSS). Se emplea en todas las redes 802.11 actuales Ampliación Redes

Espectro disperso por salto de frecuencia (FHSS) Redes Inalámbricas y Movilidad Espectro disperso por salto de frecuencia (FHSS) 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 802.11 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 . Ampliación Redes

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. NOTAS DE CLASE

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 Freq. f3 f2 f1 f4 f5 f6 f7 Time Direct Sequence (DSSS) Utiliza uno de los 11 canales ‘solapados’ X = “symbol” “Barker” sequence Result of multiplication Symbol time ts “1” “0” Chip time tc

Salto De Frecuencia (FHSS) Menor inmunidad al ruido. Mayor alcance, menor velocidad. Por ejemplo en el caso de 802.11 la banda de 2.4 GHz se divide en 79 canales contiguos no solapados de 1 MHz de ancho cada uno. f3 f2 f1 f4 f5 f6 f7 NOTAS DE CLASE Freq. Time

Espectro disperso por Secuencia Directa (DSSS) Redes Inalámbricas y Movilidad Espectro disperso por Secuencia Directa (DSSS) 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 802.11 se utilizan canales de 22 MHz. Puede haber diferentes emisores simultáneos si usan canales diferentes no solapados Ampliación Redes

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. NOTAS DE CLASE DSSS 1600 SALTOS POR SEGUNDO

Secuencia Directa (DSSS) Menor alcance, mayor velocidad. Puede enviar mayor número de paquetes en un mismo tiempo. Por ejemplo en el caso de 802.11 la banda de 2.4 GHz se divide en 14 canales solapados de 22 MHz de ancho cada uno.

Reparto de canales DSSS a 2,4GHz Europa (canales 1 a 13) EEUU y México (canales 1 a 11) 1 7 13 6 11 22 MHz 2 3 4 5 8 9 10 2400 MHz Número de Canal 2412 2417 2422 2427 2432 2437 2442 2447 2452 2457 2462 12 2467 2472 2483 14 5 Mhz 2408 Esta figura muestra la división en canales de la banda de 2,4 GHz para DSSS. Cada canal está desplazado 5 MHz respecto al anterior (excepto el canal 14) y tiene una anchura de 22 MHz, por lo que los canales contiguos se solapan. Si se requieren canales completamente separados en Europa se recomienda emplear el 1, el 7 y el 13. En EEUU y Canadá se deben utilizar el 1, el 6 y el 11 pues el 12, 13 y 14 no están permitidos. El uso de diferentes canales no solapados (como el 1, el 7 y el 13) permite constituir en una misma área redes inalámbricas completamente independientes, por ejemplo para aumentar el rendimiento. NOTAS DE CLASE Los canalesde 1,6 y 11 esta garantizado de que no se traslapan

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

Frequency Hopping vs Direct Sequence Redes Inalámbricas y Movilidad Frequency Hopping vs Direct Sequence 2,4835 GHz 2,4835 GHz C. 78 C. 73 Canal 13 C. 58 Frecuencia Frecuencia C. 45 0,4 s Canal 7 Interferencia Interferencia C. 20 22 MHz Canal 1 1 MHz C. 9 2,4 GHz 2,4 GHz Tiempo Tiempo Frequency Hopping Direct Sequence En Frequency Hopping el emisor está cambiando de canal continuamente. Por ejemplo en el caso de 802.11 la banda de 2,4 GHz se divide en 79 canales contiguos no solapados de 1 MHz de anchura cada uno. El emisor cambia de canal siguiendo una secuencia pseudoaleatoria preestablecida, que utiliza por igual todos los canales. El receptor conoce la secuencia de canales que utiliza el emisor, y la sigue también. En caso de que un agente externo produzca una interferencia esta afectará a algún canal o canales en concreto; si alguna de las emisiones coincide con la interferencia el receptor no podrá separar la señal del ruido y la trama no será recibida. En ese caso el emisor retransmitirá la trama, confiando que en el siguiente intento no coincida la interferencia con ninguno de los canales utilizados. En Direct Sequence el emisor emplea un canal mucho más ancho de lo que en principio le haría falta para el caudal de datos que desea enviar. Los datos se transforman antes de enviarlos dando lugar a una secuencia de símbolos que contiene mucha redundancia; el número de bits enviados realmente es muy superior a la la tasa real de bits transmitidos. Esta redundancia se construye de tal manera que el receptor es capaz de regenerar los datos originales aun en el caso de que se presente una interferencia dentro del canal, siempre y cuando la interferencia sea de una anchura relativamente pequeña. 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 El canal es muy ancho; la señal contiene mucha información redundante Aunque haya interferencia el receptor puede extraer los datos de la señal Ampliación Redes

Frequency Hopping vs Direct Sequence Redes Inalámbricas y Movilidad Frequency Hopping vs Direct Sequence Ampliación Redes

Frequency Hopping vs Direct Sequence Redes Inalámbricas y Movilidad Frequency Hopping vs Direct Sequence 1 MHz 100 Potencia (mW/Hz) Potencia (mW/Hz) 22 MHz 5 Esta figura explicar de forma simplificada la diferencia entre Frequency Hopping y uno de Direct Sequence. En el caso de FH toda la potencia de emisión (100 mW) se concentra en una franja estrecha del espectro, mientras que en DS se reparte en un rango mucho mas amplio. Sin embargo la potencia emitida en ambos casos es similar (en el ejemplo los 100 mW máximos permitidos en Europa). En el caso de FH tenemos una señal de banda estrecha pero de gran intensidad, lo cual da una elevada relación señal/ruido. De acuerdo con el teorema de Nyquist un canal estrecho nos permite enviar pocos baudios, pero de acuerdo con la ley de Shannon la elevada relación señal/ruido permitirá enviar muchos bits por baudio. En el caso de DS tenemos una señal de banda ancha pero de baja intensidad, lo cual nos dará una relación señal/ruido pequeña. Según el teorema de Nyquist tenemos ahora posibilidad de enviar muchos baudios, pero la ley de Shannon nos dice que con una relación señal/ruido pequeña podremos enviar pocos bits por baudio. En principio podríamos pensar que ambas aproximaciones darían lugar a velocidades de transmisión similares. Aunque esto era así en la especificación inicial de 802.11 (tanto FHSS como DSSS llegaban a velocidades de 2 Mb/s) las técnicas de codificación más recientes, utilizadas en 802.11g, han situado en clara ventaja a los sistemas DSSS, que llegan a velocidades de hasta 54 Mb/s. Frecuencia (MHz) Frecuencia (MHz) Frequency Hopping Direct Sequence 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 Ampliación Redes

Frequency Hopping vs Direct Sequence Redes Inalámbricas y Movilidad Frequency Hopping vs Direct Sequence 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 802.11, solo en Bluetooth (802.15) Ampliación Redes

Interferencias Externas: Internas (de la propia señal): Bluetooth transmite a 2,4 GHz por FHSS. Interfiere menos con DSSS. Nada con 802.11a (5 GHz) Los hornos de microondas (funcionan a 2,4 GHz) interfieren con FHSS. A DSSS le afectan menos. Nada a 802.11a. 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.).

Interferencia debida a la multitrayectoria La señal verde recorre más de la línea en amarillo. El receptor recibe la señal en rojo. 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 interferencia debida a la multitrayectoria afecta de forma importante a las emisiones de radio. El problema se debe a que la onda electromagnética no solo llega al receptor en línea recta, sino que también llega reflejada por objetos sólidos presentes entre el emisor y el receptor. Dependiendo de la ubicación concreta de uno y otro (mas concretamente de sus antenas) la onda reflejada puede o no llegar al receptor. Si llega el receptor tendrá problemas pues la onda reflejada, al hacer un camino más largo, llega más tarde por lo que no coincide con la onda original. Normalmente la onda recibida directamente es más intensa, pero a menudo la onda reflejada no tiene una intensidad despreciable por lo que es percibida como una molesta interferencia por el receptor. A menudo pequeñas variaciones en la ubicación de la antena del emisor o del receptor provocan cambios significativos, para bien o para mal, en la cantidad de interferencia recibida como consecuencia de la multitrayectoria. Este fenómeno se puede observar claramente a veces cuando oímos la radio de FM en un coche en la cola de un semáforo: en ocasiones observamos como pequeñas variaciones de 2 ó 3 metros en la ubicación del coche tienen efectos dramáticos en la calidad de la señal de radio recibida de una emisora; sin embargo para otra emisora el comportamiento puede ser diferente. NOTAS DE CLASE La señal original es la linea roja y las demas son repeticiones de la señal. Son como los ecos de la señal

Redes Inalámbricas y Movilidad Antenas diversidad Longitud de onda a 2,4 GHz: 12,5 cm 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 Las antenas diversidad son una aportación reciente a las LANs inalámbricas para reducir los problemas producidos por la multitrayectoria. Normalmente se implementan en los puntos de acceso ya que estos dispositivos se encuentran en comunicación con todas las estaciones de la red. La antena diversidad consiste en dos antenas reales que se conectan por separado al receptor de radio. Cuando el equipo recibe una trama prueba a utilizar ambas antenas y elige la que considera más conveniente. El sondeo se realiza mientras recibe el preámbulo de la trama, que por ejemplo en el caso de DSSS tiene una longitud de 128 bits (que a 11 Mb/s equivale a 11,6 microsegundos). Cuando ha de emitir una trama a una estación el emisor no puede saber cual de las dos antenas es la más adecuada. En este caso se utiliza la antena que dió mejor calidad la última vez que se recibió una trama de dicha estación. Si la emisión falla se reintenta enviando la trama por la otra antena. Es importante observar que las dos antenas de una antena diversidad cubren la misma zona, no se pueden utilizar para cubrir zonas diferentes. Puede resultar sorprendente como una diferencia de unos centímetros puede suponer una diferencia significativa en el efecto multitrayectoria de la señal recibida o emitida por una antena diversidad, cuando en el caso de una emisión de FM hacía falta mover el coche algunos metros. Pero debemos tener en cuenta que la longitud de onda de una emisión de FM es de unos 3 m, mientras que la longitud de onda de las emisiones de 2,4 GHz es de 12,5 cm. El efecto de las antenas diversidad es perceptible con diferencias de ubicación de ¼ de la longitud de onda. Ampliación Redes

Funcionamiento de OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Redes Inalámbricas y Movilidad Funcionamiento de OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 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 802.11a 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 Ampliación Redes

IEEE 802.11 Grupo Contenido 802.11 IR, Banda 2,4 GHz transmisión hasta 2 Mb/s 802.11a Banda 5 GHz transmisión hasta 54 Mb/s. América 802.11b Banda 2,4 GHz transmisión hasta 11 Mb/s 802.11d Funcionamiento en niveles variables de potencia 802.11e Calidad de Servicio 802.11f Protocolo para la comunicación entre APs en un DS 802.11g Banda 2,4 GHz, transmisión hasta 54 Mb/s 802.11h Banda 5 GHz transmisión hasta 54 Mb/s. Europa 802.11i Seguridad (corrección de fallos al protocolo WEP) 802.11j Banda de 4,9 y 5 GHz en Japón 802.11k Mejoras en la medición de recursos de radio 802.11m Revisión e interpretación de los estándares 802.11n Alto rendimiento 802.11p Acceso inalámbrico para vehículos en movimiento 802.11r Roaming rápido 802.11s Mallado del ESS (Extended Service Set) 802.11t Recomendaciones para evaluación de rendimiento 802.11u Interoperabilidad con redes externas 802.11v Gestión de redes inalámbricas

No máx. de canales sin solape IEEE 802.11 Norma Frecuencia Ghz Técnica de radio Alcance M Velocidad Máxima Mbps No máx. de canales sin solape 802.11a 5 OFDM 25-75 54 12 802.11b 2.4 DSSS 100-150 11 3 802.11g 802.11g utiliza una arquitectura híbrida para ofrecer compatibilidad hacia atrás con 802.11b

IEEE 802.11 MAC STA: Station AP: Access Point DS: Distribution System BSS: Basic Service Set IBSS: Independet Service Set SSID: Service Set ID ESS: Extended Service Set

IEEE 802.11 MAC ESS BSS DS AP STA BSS IBSS STA: Station AP: Access Point DS: Distribution System BSS: Basic Service Set SSID: Service Set ID IBSS: Independet Service Set ESS: Extended Service Set BSS

IEEE 802.11 MAC->Funciones Entrega fiable de datos. Control de Acceso al medio. Seguridad.

IEEE 802.11 MAC->Funciones Entrega fiable de datos. Datos Datos ACK ACK Pedro Ana Gabriel 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.

IEEE 802.11 MAC->Funciones 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).

IEEE 802.11 MAC->Funciones PCF se basa en DCF, al ser el AP un dispositivo inalámbrico también debe competir por el medio al querer enviar una trama, es por eso que tiene que hacer uso de DCF

IEEE 802.11 MAC->DCF 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 147.156.2.1/24 147.156.2.2/24 147.156.2.3/24 147.156.2.4/24 Tarjeta PCI Tarjeta PCMCIA El caso más sencillo de red inalámbrica es el que se constituye cuando se colocan físicamente próximos varios ordenadores dotados de tarjeta de red inalámbrica. En este caso cada ordenador se comunica con los demás directamente. Al ser un medio broadcast cada trama es recibida por todos los ordenadores (por todos los que se encuentren dentro del rango de alcance del emisor). A nivel IP la numeración deberá corresponder a una red, es decir todos los ordenadores deberán configurarse con una dirección IP que tenga un prefijo común.

IEEE 802.11 MAC->DCF 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

IEEE 802.11 MAC->DCF 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.

IEEE 802.11 MAC->DCF 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)

IEEE 802.11 MAC->DCF Lógica de control de acceso.

Algoritmo de retroceso de CSMA/CA DIFS SIFS Emisor (A) Trama de Datos Receptor (B) ACK DIFS Segundo emisor (C) Esta figura muestra como funciona el protocolo CSMA/CA en 802.11. Supongamos que una estación (A) desea transmitir una trama hacia B y detecta que el canal está libre. A espera el tiempo DIFS (50 ms) y a continuación empieza a transmitir. De esta forma se asegura que cualquier trama emitida en la red irá separada de la anterior al menos por este espacio de tiempo. Una vez ha terminado de emitir su trama A espera una confirmación (ACK) de B. Dicha confirmación es un mensaje de alta prioridad, por lo que no ha de esperar el tiempo habitual (DIFS) después de que termine la trama de A, sino que solo ha de esperar el tiempo SIFS (10 ms). Durante el tiempo SIFS B ha calculado y comprobado que el CRC de la trama que ha recibido de A es correcto. En algún momento durante la emisión de la trama de A C desea enviar una trama a D (no mostrado en la figura). Como detecta que el canal está ocupado C espera, y cuando se produce el ACK de B C sigue esperando, ya que no se ha llegado a producir una pausa lo bastante grande (50 ms) en ningún momento. Cuando por fin termina el ACK de B C empieza a contar el tiempo y cuando pasan 50 ms (DIFS) sabe que el canal está libre. Entonces no transmite de inmediato sino después del tiempo aleatorio que ha calculado. Esto reduce el riesgo de colisión con otras estaciones que pudieran también estar observando el proceso de A y B y esperando para transmitir a continuación. Si durante el tiempo aleatorio C detecta que alguna estación transmite congelará su contador de tiempo aleatorio para volver a activarlo 50 ms (DIFS) después de que haya cesado toda actividad. NOTAS DE CLASE Por cada trama que se envía se recibe un ACK 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

Redes Inalámbricas y Movilidad IEEE 802.11 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. Cuando una estación ha emitido una trama y no ha recibido el correspondiente ACK deduce que se ha producido una colisión. En este caso la estación repite el proceso antes descrito, pero al tratarse de un segundo intento esta vez se amplía el rango de intervalos para la elección del tiempo aleatorio. De forma análoga a lo que ocurre en Ethernet el número de intervalos crece de forma exponencial hasta un valor máximo a partir del cual el contador se reinicia y el proceso se repite desde el principio. Ampliación Redes

IEEE 802.11 MAC->DCF Alcance de A Alcance de B Alcance de C 2: B: Debo estar callado durante los próximos 100ms NAV = 100 ms 1: A: Ahí va una trama de 100 ms 3: C: Ahí va una trama de 200 ms Tr. 1 Tr. 2 A B C 3 70 m 70 m El problema de la estación oculta es una consecuencia del hecho de que en una red inalámbrica no todas las estaciones tienen por que ver a todas las demás. Esto provoca situaciones problemáticas como la que aparece en la figura. Supongamos que A quiere enviar una trama a B. A detecta que el canal está libre y empieza a transmitir. Instantes más tarde, cuando A está aún transmitiendo, C quiere también enviar una trama a B; C detecta que el canal está libre, ya que el no está recibiendo la emisión de A pues se encuentra fuera de su radio de cobertura. Por tanto C empieza a transmitir y en B se produce una colisión. Como consecuencia B no recibe correctamente ni la trama de A ni la de C. NOTAS DE CLASE Misma distacia mismas condiciones de trabajo A no escucha a C tiene que recorre 140 m y viceversa 1: A quiere transmitir una trama a B. Detecta el medio libre y transmite. 3. Se produce una colisión en la intersección por lo que B no recibe ninguna de las dos tramas. 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.

IEEE 802.11 MAC->DCF 2: CTS: de acuerdo A, envíame esa trama de 500 bytes que dices 3: Debo estar callado durante los próximos 500 bytes 1: RTS: Quiero enviar a B una trama de 500 bytes A B C RTS CTS CTS Tr. 4 La solución que normalmente se aplica al problema de la estación oculta se basa en el intercambio entre emisor y receptor de dos mensajes previos al envío de la trama. El emisor (A) envía un mensaje RTS (Request To Send) a B en el que le advierte de su deseo de enviarle una trama; además en dicho mensaje A le informa de la longitud de la misma. Este mensaje no es recibido por C. Como respuesta al mensaje de A B envía un CTS (Clear To Send) en le que le confirma su disposición a recibir la trama que A le anuncia. Dicho mensaje CTS lleva también indicada la longitud de la trama que B espera recibir de A. C no recibe el mensaje RTS enviado por A, pero sí recibe el CTS enviado por B. Del contenido del mensaje CTS C puede deducir por cuanto tiempo estará ocupado el canal que comparte con B, pues el mensaje incluye indicación de la longitud de la trama a transmitir y C conoce la velocidad con que se realiza la transmisión. NOTAS DE CLASE La solucion es el protocolo CA RTS Resolisitud para transmision CTS SI se puede hacer la transmision es una confirmacion de transmision CLS Libre para transmitir 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 4. A envía su trama seguro de no colisionar con otras estaciones

Redes Inalámbricas y Movilidad IEEE 802.11 MAC->DCF Detección de portadora virtual por medio de RTS/CTS SIFS SIFS SIFS RTS Datos Emisor: A CTS ACK Receptor: B No disponible C No disponible D Tiempo: 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 Ampliación Redes

Redes Inalámbricas y Movilidad IEEE 802.11 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 Ampliación Redes

Redes Inalámbricas y Movilidad IEEE 802.11 MAC->DCF Estas estaciones escuchan a todas las demás, pero no se ‘escuchan’ entre ellas A RTS/CTS D B AP C F RTS/CTS E 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 Ampliación Redes

Redes Inalámbricas y Movilidad 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 Ampliación Redes

Redes Inalámbricas y Movilidad IEEE 802.11 MAC->DCF Ejemplos de configuración de RTS/CTS Activación sin ajuste de tamaño mínimo Activación con ajuste de tamaño mínimo Ampliación Redes

IEEE 802.11 MAC->PCF 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 La comunicación entre dos estaciones siempre se hace a través del punto de acceso, que actúa como un puente PC portátil PC táctil 147.156.1.23/24 147.156.1.22/24 Punto de acceso (AP) PDA PC 147.156.1.24/24 147.156.1.21/24 147.156.1.1/24 Internet PC PC portátil 147.156.1.25/24 147.156.1.20/24

Redes Inalámbricas y Movilidad IEEE 802.11 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 802.11 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 802.11a/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 Dirección de la interfaz Ethernet (asociada con la dirección IP) BSSID para 802.11b BSSID para 802.11a Ampliación Redes

IEEE 802.11 MAC->Trama Trama de Control. Trama de datos 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.

Formato de trama 802.11 Vers Tipo subtipo 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 Bytes Frame Control Duración Addr. 1 Addr. 2 Addr. 3 Seq Addr. 4 FCS 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 Bytes Frame Body To DS From DS Significado Trama de estación a estación (ad hoc) 1 Trama de estación hacia AP Trama de AP hacia estación Trama de AP hacia AP (DS inalámbrico) Vers Tipo subtipo To DS From DS MF retry Power mgt More data WEP order 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 bits management (00) control (01), data (10), reserved (11) Vers.: Tipo: Subtipo: to DS, from DS: MF: retry.: Pwr: More: WEP: Order: Duración: Dirección 1,2,3,4: Seq.: 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) To DS From Ds Dir1 Dir2 * Dir3 Dir 4 DD DO BSSID NA 1 APD APO DD- dir destino DO Dir origen NA No aplica APD AP destino APO AP origen *La dirección 2 es a la que se deben enviar los ACKs

Formato de trama 802.11 management (00) control (01), data (10), reserved (11) 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 NOTAS DE CLASE Management 00 bits de gestión BSSID(BASIC SET SERVICE IDENTIFIED) Es la dirección MAC con la que se puede identificar. Dirección del punto de acceso destino El No. Secuencia me permite ensamblar las tramas. Es la mac con el punto de acceso con el que me estoy asociando

Envío de tramas en 802.11 (ad hoc) Redes Inalámbricas y Movilidad Envío de tramas en 802.11 (ad hoc) 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. 1 A B 2 Paso 1: A envía la trama hacia B: B A BSSID H. DS D. DS Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DD) 2 (DO) 3 Seq. 4 Datos CRC 00 IP Paso 2: B envía el ACK hacia A Cuando se crea una red ad hoc la primera estación que aparece en la red genera un BSSID aleatorio que la identifica Ampliación Redes

Envío de tramas en 802.11 (infraestructura) Redes Inalámbricas y Movilidad Envío de tramas en 802.11 (infraestructura) A B C D X AP1 AP2 AP3 Vamos a ver en esta red como se transmite una trama en los siguientes casos: De A hacia B (A-AP1-B) De A hacia X (A-AP1-X) De X hacia A (X-AP1-A) De A hacia C (A-AP1-AP2-C) 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 802.3 y 802.11 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. Ampliación Redes

Redes Inalámbricas y Movilidad Caso 1: De A hacia B A B X C 1 2 3 4 AP1 Paso 1: A envía la trama hacia AP1: AP2 AP1 A B H. DS 1 D. DS Control Trama Dura- ción Dirección 1 (BSSID) 2 (DO) 3 (DD) Seq. 4 Datos CRC 10 IP Paso 2: AP1 envía el ACK hacia A Paso 3: AP1 envía la trama hacia B: B AP1 A H. DS D. DS 1 Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DD) 2 (BSSID) 3 (DO) Seq. 4 Datos CRC 01 IP Paso 4: B envía el ACK hacia AP1 En 802.11 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 Ampliación Redes

Redes Inalámbricas y Movilidad Caso 2: De A hacia X A B X C 1 2 3 AP1 Paso 1: A envía la trama hacia AP1: AP2 AP1 A X H. DS 1 D. DS Control Trama Dura- ción Dirección 1 (BSSID) 2 (DO) 3 (DD) Seq. 4 Datos CRC 10 IP Paso 2: AP1 envía el ACK hacia A Paso 3: AP1 envía la trama hacia X: X A Dirección Destino Origen EType Datos CRC IP En 802.11 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 Ampliación Redes

Redes Inalámbricas y Movilidad Caso 3: De X hacia A A B X C 2 3 1 AP1 Paso 1: X envía la trama hacia AP1: AP2 A X Dirección Destino Origen EType Datos CRC IP Paso 2: AP1 envía trama hacia A: A AP1 X H. DS D. DS 1 Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DD) 2 (BSSID) 3 (DO) Seq. 4 Datos CRC 01 IP Paso 3: A envía el ACK hacia AP1 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 Ampliación Redes

Redes Inalámbricas y Movilidad Caso 4: De A hacia C A B X C 1 2 4 5 AP1 3 Paso 1: A envía la trama hacia AP1: AP2 AP1 A C H. DS 1 D. DS Control Trama Dura- ción Dirección 1 (BSSID) 2 (DO) 3 (DD) Seq. 4 Datos CRC 10 IP Paso 2: AP1 envía el ACK hacia A Paso 3: AP1 envía trama hacia AP2: C A Dirección Destino Origen EType Datos CRC IP Paso 4: AP2 envía trama hacia C: C AP2 A H. DS D. DS 1 Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DD) 2 (BSSID) 3 (DO) Seq. 4 Datos CRC 01 IP Paso 5: C envía el ACK hacia AP2 Ampliación Redes

Redes Inalámbricas y Movilidad Caso 5: De C hacia D C D 1 2 5 6 3 AP2 AP3 Paso 1: C envía la trama hacia AP2: 4 AP2 C D H. DS 1 D. DS Control Trama Dura- ción Dirección 1 (BSSID) 2 (DO) 3 (DD) Seq. 4 Datos CRC 10 IP Paso 2: AP2 envía el ACK hacia C Paso 3: AP2 envía la trama hacia AP3: AP3 AP2 D C H. DS 1 D. DS Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DR) 2 (DT) 3 (DD) Seq. 4 (DO) Datos CRC 11 IP Paso 4: AP3 envía el ACK hacia AP2: Paso 5: AP3 envía trama hacia D: D AP3 C H. DS D. DS 1 Control Trama Dura- ción Dirección 1 (DD) 2 (BSSID) 3 (DO) Seq. 4 Datos CRC 01 IP Paso 6: D envía el ACK hacia AP3 Ampliación Redes

IEEE 802.11->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. Muchas de las interferencias que se producen en las transmisiones por radio afectan la emisión en intervalos muy cortos de tiempo. En estos casos la transmisión de tramas grandes resulta especialmente comprometida, pues el riesgo de que una interferencia estropee toda la emisión es muy grande. En situaciones de elevada tasa de error del medio físico es preferible manejar tramas de pequeño tamaño. Sin embargo el nivel de red, que no tiene un conocimiento de la situación de la red inalámbrica, suministra el paquete al nivel de enlace para que lo envíe en una única trama. Por este motivo el nivel MAC de 802.11 prevé un mecanismo por el cual el emisor puede, si lo considera conveniente, fragmentar la trama a enviar en otras más pequeñas. El receptor a su vez reensamblará la trama original para que sea entregada a los niveles superiores, con lo que la fragmentación actuará de forma transparente a ellos. En el caso de producirse fragmentación cada fragmento se enviará siguiendo el mecanismo de CSMA/CA antes descrito, y recibirá el correspondiente ACK del receptor. El overhead que puede introducir el uso de la fragmentación es considerable, pero puede ser rentable cuando la red tiene mucho ruido. NOTAS DE CLASE En este tipo de redes el desempeño es pequeño por tantos ACK que se envian por cada paquete

IEEE 802.11 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. SIFS SIFS SIFS SIFS SIFS SIFS SIFS RTS Frag 1 Frag 2 Frag 3 A CTS ACK ACK ACK B No disponible C No disponible D Tiempo

IEEE 802.11 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?

IEEE 802.11 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)

IEEE 802.11 MAC->Servicios Una red 802.11 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)

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 802.11.

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 802.11 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)

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. NOTA DE CLASE STA =estacion

Itinerancia (‘Roaming’ o ‘Handover’) Los AP envían regularmente (10-100 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

Proceso de Handover X X X 1 X 2 3 4 A B C 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 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 5: X sigue moviéndose por lo que más tarde repite el proceso con C

IEEE 802.11 MAC->Servicios No Autenticado No Asociado No Autenticado No Asociado Autenticación Deautenticación SSID: Informatica1006 Autenticado No Asociado Autenticado No Asociado Asociación Deasociación Reasociación Reasociación Autenticado Asociado Autenticado Asociado Autenticado Asociado BSSID: 000B86A867C1 BSSID: 000B86A882E1 BSSID: 000B86A87781

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

Topologías Inalámbricas PC de sobremesa PC portátil Las tramas se transmiten directamente de emisor a receptor 147.156.2.1/24 147.156.2.2/24 147.156.2.3/24 147.156.2.4/24 Tarjeta PCI Tarjeta PCMCIA 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 Conexión a internet por modem Conexión a internet por cable/ADSL. Superposición de las células del 10 al 15 %

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