Redes Locales Inalámbricas 802.11 - WiFi Primara jornada de Telemática ACIS Noviembre 13 de 2003 cardila@compucentro.com.co

Agenda Introducción IEEE802.11 Bluetooth Clasificación Generalidades Protocolos Servicios Bluetooth

Introducción El futuro Algunos creen en un mundo con dos medios de transmisión: Fibra Computadores no móviles Teléfonos Faxes Inalámbrico Todos los móviles

Introducción Inalámbricos Fijos .vs. Móviles

Clasificación Interconexión de sistemas LANs WANs

Clasificación Interconexión de sistemas Componentes sin cables Distancias cortas Monitor, ratón, teclado, impresora Cámaras, audífonos, scanners Bluetooth

Clasificación Relación Maestro – Esclavo

Clasificación Relación Maestro - Esclavo Maestro dice a dispositivos: Qué direcciones usar Cuando hacer broadcast Qué tan largo transmitir Qué frecuencias pueden usar ….

Clasificación LANs Velocidades de decenas de Mbs Distancias de decenas de metros Estándarizadas por IEEE802.11 Conocido como WiFi

Clasificación LANs Populares en: Oficinas pequeñas Casas Edificios viejos Cafeterías corporativas Salas de conferencias

Clasificación LANs Computadores con módem y antena Antena en el techo a la que hablan También pueden hablar directamente

Clasificación WANs WANs inalámbricas son de varios tipos: Satelitales Microondas Celulares

Clasificación WANs Celulares Tres generaciones Análoga para voz solamente Digital para voz solamente Digital para voz y datos Velocidades por debajo de 1Mbps Distancias de Kms entre móvil y base

Clasificación WANs - Redes en aviones

Agenda Introducción IEEE802.11 Bluetooth Clasificación Generalidades Protocolos Servicios Bluetooth

IEEE802.11 - Generalidades Percepción de éxito Robert Metcalfe (1995) Las redes inalámbricas serán como los inodoros portátiles; alambre su casa y su oficina!

IEEE802.11 – Generalidades Modos de Operación Dos modos de Operación: En presencia de un Access Point Con comunicación directa

IEEE802.11 – Generalidades Retos Frecuencia disponible internacionalmente Privacidad Duración de baterías Salud humana Relación AB/Costo

IEEE802.11 - Generalidades Configuración Común Edificio con Access Points estratégicamente ubicados Alambrados entre si con cobre y/o fibra Edificio es un sistema celular Una celda por cuarto C/celda tiene canal con AB de 11 a 54 Mbps

IEEE802.11 – Generalidades Topología

IEEE802.11 – Generalidades Primera Versión 1 o 2 Mbps Quejas por lentitud

IEEE802.11 – Generalidades Nueva Versión 1999 AB > 54 Mbps 802.11 b Mismo rango de frecuencia Nueva técnica de modulación 11 Mbps 802.11 g Modulación de 802.11 a Banda de 802.11 b

IEEE802.11 – Generalidades Percepción de éxito Está siendo instalado en: Aeropuertos y estaciones de tren Hoteles Malls Universidades Coffee shops Hará por Internet lo que notebooks hicieron por computación Combinación con celulares

IEEE802.11 – Generalidades Técnicas de transmisión Frequency Hopping Spread Spectrum Transmisor cambia de frecuencia Cientos de veces/seg. Popular entre militares Difícil de detectar Básicamente imposibles de interferir Mejor con multipath fading Al llegar reflexiones receptor en otra f 802.11 y Bluetooth la usan

IEEE802.11 – Generalidades ISM Segmento no asignado Industrial, Scientific, Medical Controles de garajes Teléfonos inalámbricos Juguetes Ratones inalámbricos Usan técnicas Spread Spectrum

IEEE802.11 – Generalidades ISM Para dispositivos con P < 1 watt

IEEE802.11 – Generalidades ISM Banda 900 MHz mejor pero congestionada No disponible mundialmente Banda 2.4 Ghz disponible en mayoría de países Interferencia de hornos microondas y radares Bluetooth y 802.11 b y g operan en esta banda Banda de 5.7 es nueva y no desarrollada Dispositivos caros 802.11a la usa Se volverá más popular

Agenda Introducción IEEE802.11 Bluetooth Clasificación Estructura general Protocolos Servicios Bluetooth

Protocolos Similar a Ethernet pero….. Características inherentemente distintas No es posible oír antes de transmitir Multipath fading Impresoras en red Hand off

Protocolos CSMA tiene problemas Interferencia importa en receptor no transmisor Problema de la estación escondida Problema de la estación expuesta A diferencia de Ethernet puede haber múltiples transmisiones simultáneas/segmento

Protocolos – Orígenes MACA Multiple Access with Collision Avoidance Transmisor estimula a receptor para enviar frame corto Estaciones cercanas lo detectan No transmiten en la duración del frame real

Protocolos – Orígenes MACA

Protocolos – Orígenes MACA RTS tiene 30 bytes Incluye longitud de frame que quiere enviar CTS contiene la longitud copiada de RTS Estación que oye RTS está cerca de A Debe callarse hasta que llegue el CTS Estación que oye CTS está cerca de B Debe callarse durante frame de datos

Protocolos – Orígenes MACA C puede transmitir durante datos D oye CTS pero no RTS Debe callarse mientras datos E debe callarse todo le tiempo Si colisión en RTS Transmisor espera lapso al azar y retransmite Binary exponential backoff

Protocolos – Orígenes MACAW Refinación a MACA en 1994 MACA for Wireless MACA no usa ACK en enlace Sólo retransmite transporte ACK de enlace después de cada frame CSMA es útil Evitar colisiones de RTS

Protocolos Pila de 802.11

Protocolos – Nivel Físico FHSS y DSSS Short-range radio Banda 2.4 GHZ ISM No licencia Compite con garajes de control remoto También con microondas y teléfonos inalámbricos Todas operan entre 1 y 2 Mbps Potencia baja para evitar conflictos

Protocolos – Nivel Físico OFDM y HRDSSS Incluidas en el 99 54 y 11 Mbps Nuevo esquema OFDM en 2001 Banda diferente

Protocolos MAC 802.11 Distinto y más complejo que Ethernet por características del medio Problemas de la estación escondida y estación expuesta

Protocolos MAC 802.11 Radios son Half/Duplex Conclusión No pueden oír mientras trasmiten Conclusión 802.11 no puede usar CSMA/CD

Protocolos MAC 802.11 Dos modos de operación DCF: Distributed Coordination Function Sin control central, similar a Ethernet PCF: Point Coordination function Estación base coordina todo Implementaciones deben soportar DCF PCF es opcional

Protocolos MAC 802.11 - DCF CSMA/CA CSMA with Collision Avoidance Dos métodos de operación Para transmitir estación oye medio Si libre empieza a transmitir No oye mientras transmite Envía frame completo Puede ser destruido en el receptor por interferencia en su zona Binary Exponential Backoff

Protocolos MAC 802.11 - DCF Otro modo de operación: MACAW Oye virtualmente el canal

Protocolos MAC 802.11 DCF - Fragmentación Canales menos confiables Probabilidad de éxito de un frame inversamente proporcional a longitud Para frame de n bits Probabilidad de un bit en error p Probabilidad de frame exitoso (1-p)**n Para p = 10**-4 y L = 12,144 bits (ethernet) Probabilidad de frame exitoso es 30% Si p = 10**-5 uno de cada 9 frames se dañarán Si p = 10**-6 más de 1% de los frames se dañarán Una docena por segundo

Protocolos MAC 802.11 DCF - Fragmentación 802.11 permite dividir frames en fragmentos Cada uno con su propio checksum C/u numerado y ack con stop and wait Al llegar CTS transmisor puede hacer fragment burst Se retransmiten fragmentos, no frames Tamaño mín de fragmentos se define por celda NAV sólo mantiene canal vacío hasta siguiente ack

Protocolos MAC 802.11 DCF – Fragment Bust

Protocolos - MAC 802.11 PCF Base polea estaciones No hay colisiones Estándar no define política de poleo

Protocolos - MAC 802.11 PCF Mecanismo básico: Base broadcast beacon frame con parámetros del sistema Hopping sequences, sync de reloj, etc Invita a nuevas estaciones a registrarse Estaciones registradas reciben una cierta porción del espectro Permite administración de QOS

Protocolos - MAC 802.11 Power Management Importante en redes de dispositivos móviles Base puede mandar a dormir estaciones Les hace buffering de frames

Protocolos - MAC 802.11 Coexistencia de DCF y PCF 802.1 lo permite en la misma celda

Protocolos - MAC 802.11 Estructura de Frames Tres clases de frames Datos, control y administración C/u con su header Campos usados por nivel MAC Otros para nivel físico

Agenda Introducción IEEE802.11 Bluetooth Clasificación Generalidades Protocolos Servicios Bluetooth

Servicios IEEE802.11 especifica 9 servicios 5 servicios de distribución Provistos por estación base Relacionados con entrada y salida de estaciones de celdas 4 servicios de estación Intracelda

Servicios De Distribución Asociación Estaciones se conectan a base Al entrar a celda Anuncia identidad y capacidades Velocidades que soporta Requerimiento de PCF Requerimientos de administración de potencia Base puede aceptar o no a estación Si se acepta debe autenticarse

Servicios De Distribución Des-Asociación Base o estación puede iniciarla Estación debe hacerlo antes de salir o apagarse Base la usa antes de apagarse para mantenimiento

Servicios De Distribución Re-Asociación Estación la usa para cambiar de base Útil para moverse de una celda a otra Evita pérdida de datos Distribución Resuelve enrutamiento de frames enviados a base Si local a celda, se envían al aire directamente Alternativamente se meten a red alambrada

Servicios De Distribución Integración Traduce direcciones 802.11 a direcciones de otras redes Convierte formatos de frames

Servicios De Estación Autenticación Desautenticación Después de asociación Base envía reto pidiendo password Estación responde encriptando frame reto Lo envía a base Desautenticación Estación lo ejecuta cuando quiere salirse de la red

Servicios De Estación Privacidad Encripción y desencripción Usa RC4 Inventado por Ronald Rivest de MIT

Servicios De Estación Entrega de datos No se garantiza entrega al 100% Modelado al estilo Ethernet Niveles superiores retransmiten

Agenda Introducción IEEE802.11 Bluetooth Clasificación Estructura general Protocolos Bluetooth

Bluetooth En 1994 Ericsson, IBM, Intel, Nokia y Toshiba conformaron SIG Special Interest Group Objetivo: Estándar de conexión inalámbrica de dispositivos de computación y TC Radios de rango corto, baja potencia y baratos Nombre proveniente de Harald Blaatand II Rey Vikingo 940-981 Unificó Dinamarca y Noruega Sin cables!!

Bluetooth Objetivo Inicialmente conexión de dispositivos Se extendió a LANs Compite con 802.11 Interfieren eléctricamente HP lanzó una red Bluetooth sin éxito En 07/99 salió V1.0 en 1500 pág. 802.15 lo acogió como estándar de PAN Primera versión de PAN 802.15.1 en 2002 Se espera que los dos estándares converjan

Bluetooth Arquitectura Unidad básica: piconet Nodo maestro Máximo 7 nodos esclavos Distancia máx. de 10 m. Varias piconets pueden estar en el mismo cuarto Se conectan por bridge Scatternet Conjunto de piconets interconectadas

Bluetooth - Arquitectura Conexión de Piconets

Bluetooth Arquitectura Piconet puede contener además 255 nodos parqueados Dispositivos que maestro ha bajado a estado de bajo consumo de potencia Ahorra baterías Dispositivos parqueados solo esperan ser activados

Bluetooth Arquitectura Maestro/esclavo abarata implementación Objetivo de chips: 5 dólares Esclavos son medio tontos Piconet es conceptualmente un sistema TDM centralizado No hay comunicación esclavo-esclavo