Tema 4. Redes de área local inalámbricas Departamento de Tecnología Electrónica Algunas de las transparencias tienen copyright: Redes de computadoras: Un enfoque descendente Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, April 2009. Tema 4. Redes de área local inalámbricas Redes de área local inalámbricas 1

Tema 4: Redes de área local inalámbricas 4.1 Introducción 4.2 Estándar IEEE 802.11 4.2.1 Estándares 4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11 4.2.3 Norma IEEE 802.11 4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11 Redes de área local inalámbricas 2

Tema 4: Redes de área local inalámbricas 4.1 Introducción 4.2 Estándar IEEE 802.11 4.2.1 Estándares 4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11 4.2.3 Norma IEEE 802.11 4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11 Redes de área local inalámbricas 3

Redes de área local inalámbricas Introducción Introducción Redes sin cables Emplean el espectro radioeléctrico En general se integran dentro de una LAN cableada ¿Por qué? Permiten movilidad Permiten instalaciones en lugares que no pueden instalarse cables (o suponen altos costes) Redes de área local inalámbricas 4

Redes de área local inalámbricas Introducción Introducción Redes de área local inalámbricas 5

Redes de área local inalámbricas Introducción Ventajas: Permiten las mismas características que las LAN cableadas pero sin limitación de los cables. Movilidad Reducen tiempo/coste de instalación Adaptabilidad Funcionan tanto dentro de un edificio como entre edificios Inconvenientes: Requieren un medio de transmisión basado en radio frecuencia (RF) -> Ocupación del espectro radioeléctrico Menores velocidades de transmisión que en LAN cableadas Problemas de seguridad Redes de área local inalámbricas

Espectro radioeléctrico Uso del espectro inalámbrico 0-200 MHz: Radio, televisión, controles inalámbricos, teléfonos inalámbricos, mandos de coches, televisiones, etc. 200 MHz- 1GHz: alarmas, implantes médicos, walkie talkies, televisión, teléfonos móviles. 1- 2 GHz: GPS, telemetría médica, teléfonos móviles 2.4 GHz: banda libre… radio satélite, teléfonos por satélite, hornos microondas, radares meteorológicos, WI-FI, BLUETOOTH. 2.5- 5 GHz: comunicaciones por satélite (p.e, TV) 5-50 GHz: Wi-fi, radares de policía 50-300 GHz: señales a corta distancia. Redes de área local inalámbricas

Espectro radioeléctrico Bandas de frecuencia ISM: 900 – 928 MHz 2,400 – 2,4835 GHz 5,725 – 5,850 GHz Redes de área local inalámbricas

Tema 4: Redes de área local inalámbricas 4.1 Introducción 4.2 Estándar IEEE 802.11 4.2.1 Estándares 4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11 4.2.3 Norma IEEE 802.11 4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11 Redes de área local inalámbricas 9

Tema 4: Redes de área local inalámbricas Estándares La estandarización de las WLANs corre a cargo de IEEE y WIFI Alliance. IEEE en la norma 802.11 se encarga de: Definir la especificaciones de WLANs de alta prestaciones. Asegurar Interoperabilidad Seguridad Calidad del Servicio. WIFI Alliance se encarga de: Certificar que un producto de un fabricante puede interoperar con el de otro Promover el uso de las WLANs Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Estándares Normas LAN/MAN Redes de área local inalámbricas 11

Tema 4: Redes de área local inalámbricas 4.1 Introducción 4.2 Estándar IEEE 802.11 4.2.1 Estándares 4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11 4.2.3 Norma IEEE 802.11 4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11 Redes de área local inalámbricas 12

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Las redes que cumplen la norma 802.11 están compuestas de cuatro elementos básicos: Sistema de distribución Punto de acceso Estación o cliente Medio inalámbrico Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Estación o cliente: Dispositivo con una NIC que cumple el estándar IEEE 802.11 PC, Portátil, PDA,… Adaptadores de red inalámbricos Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Estación o cliente Adaptadores de red inalámbricos Son módulos de radio Varios tipos de adaptadores Wi-Fi Tarjetas PCI Con antena incorporada Con antena independiente Adaptadores USB Con antena interna Con antena externa Adaptadores PCMCIA Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Estación o cliente Adaptadores de red inalámbricos Tarjetas PCI Con antena incorporada Más habituales Problema: son muy sensibles al lugar donde se coloque el ordenador Con antena independiente Permite poner la antena en una posición en la que la señal llegue con más intensidad. Las tarjetas PCI compatibles con IEEE 802.11n presentan la particularidad de tener tres antenas. Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Estación o cliente Adaptadores de red inalámbricos Tarjetas PCI Ventajas Fiables, ya que una vez instalados no suelen presentar ningún problema. Inconvenientes Precisan instalación de hardware No permite su uso nada más que en un ordenador Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Estación o cliente Adaptadores de red inalámbricos Adaptadores USB Con antena interna Más habituales, con menor alcance y más económicos Con antena externa Más ganancia y, por lo tanto, más calidad de señal También hay adaptadores compatibles con IEEE 802.11n con tres antenas. Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Estación o cliente Adaptadores de red inalámbricos Adaptadores USB Ventajas Gran movilidad, lo que nos permite colocarlos en el sitio donde tengamos una mejor señal. Se pueden utilizar en cualquier ordenador, pues solo es necesario que tengamos un puerto USB disponible. En caso de necesidad es muy sencillo pasarlos de un equipo a otro (sólo hay que instalar los drivers correspondientes). Inconvenientes Bastante más inestables que las tarjetas PCI – Wifi Los modelos con antena interior no suelen tener mucha ganancia, por lo que en sitios con mala calidad de señal no suelen funcionar muy bien. Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Estación o cliente Adaptadores de red inalámbricos Adaptadores PCMCIA Con antena interna Más prácticos para un portátil, pero tienen algo menos de alcance (ganancia menor) que los modelos con antena externa. Con antena externa Tienen mayor alcance que los de antena interna. La antena no suele ser demasiado grande, y normalmente se puede plegar para el transporte, por lo que no suele ser muy molesta. También hay adaptadores IEEE 802.11n con tres antenas, pero en este caso suelen ser internas, más que nada por razones prácticas. Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Estación o cliente Adaptadores de red inalámbricos Adaptadores PCMCIA Ventajas Suelen tener una mejor calidad de recepción que los adaptadores USB, prácticamente la misma que una tarjeta PCI - Wi-Fi. Inconvenientes Solo se puede utilizar en ordenadores que dispongan de puerto PCMCIA. Todos ellos precisan la instalación de drivers. Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Punto de acceso (AP): Dispositivo que realiza el “control del acceso al medio” a los clientes de WLAN y permiten la conexión a la red cableada (puente) Un punto de acceso es un concentrador inalámbrico. Debe distinguirse de un router inalámbrico, que es muy común en el mercado actual. Un router inalámbrico es una combinación entre un punto de acceso y un router, y puede ejecutar tareas más complejas que las de un punto de acceso. Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Punto de acceso (AP): Puente: dispositivo que permite interconectar diferentes redes, independientemente del protocolo que cada una utilice. Trabaja en los niveles 1 y 2 del modelo OSI Un router permite también interconectar varias redes, pero a diferencia de un puente, estas deben utilizar el mismo protocolo. (Nivel 3, p.e, IP) Si se desea interconectar dos redes que utilizan el mismo protocolo (p.e. IP) es recomendable utilizar un router. Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Estación y AP Antenas Antenas direccionales o directivas Orientan la señal en una dirección muy determinada con un haz estrecho pero de largo alcance. El alcance de una antena direccional viene determinado por una combinación de la ganancia de la antena, la potencia de emisión del punto de acceso emisor y la sensibilidad de recepción del punto de acceso receptor. Fuera de la zona de cobertura no se escucha nada. Se suelen utilizar para unir dos puntos a largas distancias Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Estación y AP Antenas Antenas omnidireccionales Orientan la señal en todas direcciones con un haz amplio pero de corto alcance Se suelen utilizar para dar una señal extensa en los alrededores Antenas sectoriales Son la mezcla de las antenas direccionales y las omnidireccionales. Son más costosas Se suelen utilizar cuando se necesita llegar a largas distancias y a la vez, a un área extensa. Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Medio inalámbrico: Uso de a RF para transportar las MAC_PDUs. Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Componentes de red 802.11 Sistema de Distribución: Tecnología LAN o WLAN utilizada para ampliar el área de cobertura de una WLAN. En el caso inalámbrico: Existen varios AP. Un AP actúa como maestro, llamado WDS AP. (WDS = Wireless Distribution System). Los demás son AP esclavos y actúan como repetidores, llamados WDS Station. Todos en el mismo canal. SSID común o diferente. No es estándar. No es soportado por todos los equipos incluso pueden haber incompatibilidades. Incompatible con algunos mecanismos de seguridad. Redes de área local inalámbricas

Tema 4: Redes de área local inalámbricas 4.1 Introducción 4.2 Estándar IEEE 802.11 4.2.1 Estándares 4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11 4.2.3 Norma IEEE 802.11 4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11 Redes de área local inalámbricas 28

Redes de área local inalámbricas Norma IEEE 802.11 Norma IEEE 802.11 LLC (802.2) MAC PHY Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel físico Nivel Físico (PHY) Topología celular. Half-duplex Se utilizan las bandas de frecuencia de 2,4 y 5 GHz No requieren el uso de licencia En cada banda existen un conjunto de canales Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel físico Nivel Físico (PHY) Topología celular. Alternativas de nivel físico Norma Banda Velocidad 802.11a 5 GHz 54 Mbps 802.11b 2,4 GHz 11 Mbps 802.11g 802.11n las dos 200 Mbps Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC. Cada MAC_PDU con datos es asentida por el receptor. Implementa algoritmos de encriptación y autenticación. Una MAC_PDU puede contener hasta 4 direcciones MAC (origen, destino, transmisor y receptor). Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Cabecera LLC/SNAP (802.2) Trama 802.11 de datos Control Trama Dura- ción Dirección Destino Origen 3 Seq. 4 Datos CRC IP 2 Bytes 2 Bytes 6 Bytes 6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 6 Bytes 0-2312 Bytes 4 Bytes Trama Ethernet Dirección Destino Origen EType Datos CRC IP 6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 46-1500 Bytes 4 Bytes Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC Existen tres tipos de MAC_PDUs: Datos Control Gestión Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC MAC_PDUs de datos: Transportan información de nivel superior (MAC_SDU) La MAC_PCI es de 34 bytes. La MTU es de 2312. En el caso de muchas interferencias se habilita la fragmentación/ensamblado de la MAC_SDU Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC MAC_PDUs de control: Se usan para la “reserva” del medio y reconocimiento. ACK lo envía el subnivel MAC para reconocer que ha recibido correctamente una MAC_PDU de datos. No indica que el destino de la MAC_PDU lo ha recibido RTS (Request to Send) / CTS (Clear to Send) para la reserva del medio RTS lo envía el subnivel MAC para solicitar el uso del medio y el tiempo total que lo va a necesitar (duración reserva) CTS lo envía el subnivel MAC como respuesta a un RTS, indica que el subnivel MAC que envió RTS puede enviar y la duración de la reserva (tiempo que queda de reserva) Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC MAC_PDUs de gestión: Sirven para gestionar el enlace inalámbrico. Beacon. La envía subnivel MAC periódicamente para informar de la existencia de una red inalámbrica Intervalo es un parámetro configurable Probe request. Sirve para que el subnivel MAC rastree un área en busca de redes inalámbricas. Se informa de las velocidades soportadas Probe response. Enviado por el subnivel MAC en respuesta a un Probe request. Association request. Sirve para que el subnivel MAC solicite “conectarse” a una red inalámbrica. Association response. Confirmación de la “conexión” a una red inalámbrica. Otras. Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC El Control de Acceso al Medio (MAC) presenta cambios sustanciales para adecuarlo al medio inalámbrico. En Ethernet, CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection - acceso múltiple por detección de portadora con detección de colisión -). En redes inalámbricas resulta demasiado costoso, ya que los errores de transmisión son más frecuentes. Se añaden un nuevos mecanismos para MAC: CSMA/CA y MACA. Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC Técnica de acceso al medio CSMA/CA Antes de transmitir una información, una estación debe determinar el estado del medio (libre o ocupado) Si el canal no está ocupado, se realiza una espera adicional llamada espaciado entre tramas (IFS = InterFrame Space) Si el canal se encuentra ocupado o se ocupa durante la espera, se ha de esperar hasta el final de la transacción actual Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC Técnica de acceso al medio CSMA/CA Tras finalizar la transacción actual se ejecuta el algoritmo de Backoff Determina una espera adicional y aleatoria escogida uniformemente en un intervalo llamado ventana de contienda (CW) Se mide en ranuras temporales (slots) Si durante esta espera el medio no permanece libre durante un tiempo igual o superior a IFS, dicha espera queda suspendida hasta que se cumpla dicha condición. Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Llegada dato a transmitir Espera Subnivel MAC Técnica de acceso al medio CSMA/CA IFS IFS IFS IFS Datos CW Estación A Datos CW B Datos Backoff C Datos Backoff CW D Datos Backoff CW E Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC Técnica de acceso al medio CSMA/CA Problemas en WLAN: Nodos ocultos. Canal ocupado por estación que otro nodo no oye. Nodos expuestos. Estación cree que el canal está ocupado aunque está libre ya que el nodo que oye no interfiere en su comunicación. Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC Técnica de acceso al medio CSMA/CA Problemas en WLAN: Nodos ocultos. Nodos expuestos Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC Técnica de acceso al medio MACA Contienda con posibilidad de reserva para evitar colisiones (CSMA/CA, CA = Collision Avoidance) Más restrictivo que el CSMA/CA estándar: RTS (Request to Send) / CTS (Clear to Send) DIFS (Distributed IFS)/ SIFS (Short IFS) NAV (equivalente al tiempo dado por el algoritmo de backoff). No se emplea debido a la sobrecarga si: Pocas estaciones en la red. Red muy densa. Todas las estaciones en el alcance de todos. Tramas pequeñas. Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC Técnica de acceso al medio MACA Redes de área local inalámbricas

Tema 4: Redes de área local inalámbricas 4.1 Introducción 4.2 Estándar IEEE 802.11 4.2.1 Estándares 4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11 4.2.3 Norma IEEE 802.11 4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11 Redes de área local inalámbricas 46

Redes de área local inalámbricas Topologías de red IEEE 802.11 El bloque de comunicación básico de una red 802.11 es el BSS (Basic Service Set) o celda. Un BSS tiene un área de cobertura de tal forma que todas las estaciones que pertenezcan al BSS pueden comunicarse entre ellas. Se le asigna un nombre conocido como SSID (Service Set Identifier) Según el número de BSSs y dispositivos que aparezca existen tres tipos de redes 802.11: Redes Ad hoc o Independientes BSS (IBSS). Sólo existen clientes. Redes Infraestructura o Infraestructura BSS. Existen clientes y un punto de acceso. EBSS Existen múltiples BSS para permitir mayores áreas de cobertura Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Topologías de red IEEE 802.11 Tipos de redes 802.11 Ad hoc Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Topologías de red IEEE 802.11 Tipos de redes 802.11 Infraestructura BSS Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Topologías de red IEEE 802.11 Tipos de redes 802.11 EBSS BSS BSS EBSS Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Topologías de red IEEE 802.11 Funcionamiento modo Infraestructura / EBSS Cada AP tiene un BSSID (Basic Service Set Identifier), que coincide con la MAC de su interfaz Wireless, y un SSID, configurado por el administrador de la red. En EBSS cada celda tendría el mismo SSID pero se distinguiría por el BSSID de su AP. En la norma no se limita el número de clientes a los que un AP puede dar servicio. Un cliente para “conectarse” a una red inalámbrica debe conocer el BSSID y el SSID de la celda. Los APs envían periódicamente Beacon con el BSSID y opcionalmente con el SSID El cliente envía un Probe request con el SSID esperando un Probe response del AP con su BSSID. Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Topologías de red IEEE 802.11 Funcionamiento modo Infraestructura / EBSS Un cliente con el BSSID y SSID de una celda solicita la asociación (conexión) a un AP mediante Association Request El AP si acepta al cliente le envía una Association Response con un identificador de Asociación El AP registra en su tabla de direcciones la MAC del cliente Un AP controla la comunicación de todos los clientes que tiene asociado Los clientes nunca se comunican directamente entre ellos Sólo procesan MAC_PDUs que provengan del AP al que están asociado. Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Topologías de red IEEE 802.11 Funcionamiento modo Infraestructura / EBSS Los APs mantienen tablas de direcciones como los puentes Aprenden del tráfico que pasa por él Reenvían basándose en la dirección MAC destino Un AP, conectado a un sistema de distribución, actúa como un puente, pero Inyecta tráfico en la interfaz wireless si el destino es uno de sus clientes o es broadcast/multicast Inyecta tráfico en el sistema de distribución como lo haría un puente El AP adaptaría el direccionamiento lógico si es necesario P.E: sistema de distribución basado en 802.3 Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Topologías de red IEEE 802.11 Asociación Redes de área local inalámbricas

Redes de área local inalámbricas Topologías de red IEEE 802.11 Envío de MAC-PDU de datos Redes de área local inalámbricas