PDF de programación - Tecnologías Wi-Fi

REDES

Área de Ingeniería Telemática

Tecnologías Wi-Fi

Area de Ingeniería Telemática

http://www.tlm.unavarra.es

Redes

4º Ingeniería Informática


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Temario

Introducción a las redes

1. 
2.  Tecnologías para redes de área local
3.  Conmutación de circuitos
4.  Tecnologías para redes de área extensa y última

milla

5.  Encaminamiento
6.  Arquitectura de conmutadores de paquetes
7.  Control de acceso al medio
8.  Transporte extremo a extremo


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Contenido

•  Nivel físico
•  Service Sets
•  Movilidad
•  Control de acceso al medio
•  Formato de las tramas


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Estándar Wireless LANs

IEEE 802.11 (1999)

• 
•  LAN basada en medio inalámbrico
•  Certificación de la Wi-Fi Alliance (http://www.wi-fi.org/)
•  Hay diferentes niveles físicos posibles
•  MAC 802.11 es común a todos ellos
•  MAC intenta ofrecer un acceso justo al medio

Enlace

Físico

MAC
802.3
PHY
802.3

LLC
802.2

MAC
802.11

FHSS PHY

802.11

DSSS PHY

802.11

OFDM PHY

802.11

HR/DSSS PHY

802.11


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Nivel físico

•  Emplean bandas que no requieren licencia

–  2.4 - 2.5 GHz es la C-Band Industrial, Scientific and Medical (ISM) (Por

ejemplo los hornos microondas, algunos teléfonos inalámbricos, etc)

–  Unlicensed National Information Infrastructure bands (en torno a 5GHz)

Estándar
802.11
802.11a
802.11b
802.11g
802.11n

Velocidad Máx

2 Mbps
54 Mbps
11 Mbps
54 Mbps

Frecuencia
2.4 GHz
5 GHz
2.4 GHz
2.4 GHz

300 Mbps (x2)

2.4 y/o 5 GHz

Enlace

Físico

MAC
802.3
PHY
802.3

LLC
802.2

MAC
802.11

FHSS PHY

802.11

DSSS PHY

802.11

OFDM PHY

802.11

HR/DSSS PHY

802.11


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Nivel físico

802.11b
•  HR/DSSS = High Rate Direct-Sequence Spread Spectrum (hasta 11Mbps)
•  En EEUU 11 canales (14 en Japón, 13 en Europa-ETSI)
•  BW aprox. de un canal menor de 25MHz (atenuación mayor de 30dB)
•  Separación entre canales de 5MHz
•  Canales 1-6-11 tienen ya escasa interferencia

25MHz

Canal 1

Canal 6

Canal 11

Frecuencia

Enlace

Físico

MAC
802.3
PHY
802.3

LLC
802.2

MAC
802.11

FHSS PHY

802.11

DSSS PHY

802.11

OFDM PHY

802.11

HR/DSSS PHY

802.11


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Nivel físico

802.11a
•  OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplexing
•  En torno a 23 canales (unos 12 que no se solapan)
802.11g
•  OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplexing
•  Compatible con 802.11b
802.11n (aprobado 11 de Septiembre de 2009)
•  MIMO = Multiple Input Multiple Output
•  Canales de diferente BW (20MHz, 40 MHz)
•  En 2.4GHz hasta 3 canales que no se solapan (solo uno de 40MHz), a 5GHz

hasta 21 (unos 9 si son de 40MHz)

•  Compatible con 802.11a/b/g

Enlace

Físico

MAC
802.3
PHY
802.3

LLC
802.2

MAC
802.11

FHSS PHY

802.11

DSSS PHY

802.11

OFDM PHY

802.11

HR/DSSS PHY

802.11


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Futuro

802.11ac
•  Very High Throughput <6GHz
802.11ad
•  Very High Throughput in 60GHz
• 

“To define standardized modifications to both the 802.11 physical layers (PHY)
and the 802.11 Medium Access Control Layer (MAC) to enable operation in the
60 GHz frequency band (typically 57-66 GHz) capable of very high throughput.”

•  Muy reciente

Enlace

Físico

MAC
802.3
PHY
802.3

LLC
802.2

MAC
802.11

FHSS PHY

802.11

DSSS PHY

802.11

OFDM PHY

802.11

HR/DSSS PHY

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Wireless LANs

CSMA/CD)

•  Para el usuario una WLAN funciona como una Ethernet compartida
•  MAC 802.11 intenta ofrecer un acceso justo al medio
•  Las estaciones no poseen la capacidad de detectar colisiones (no
•  Los dispositivos hacen broadcast de la señal de radio (…)
•  Un receptor puede estar en el alcance de varios transmisores (…)
•  El transmisor antepone a su transmisión un Service Set Identifier (SSID
•  El receptor usa el SSID para filtrar las señales que desea recibir

ó BSSID)

Topologías

•  Topologías:

–  Independent Basic Service Sets (IBSSs) o Ad Hoc BSS
–  Basic Service Sets (BSSs) o Infraestructure BSS
–  Extended Service Sets (ESSs)

•  Un Service Set es una agrupación lógica de dispositivos


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IBSS

Independent Basic Service Set ó Ad-hoc network

• 
•  Grupo de estaciones 802.11 comunicándose directamente entre ellas
•  Es una WLAN peer-to-peer (…)
•  Generalmente pequeñas y duran poco tiempo
•  No hay límite al número de miembros
•  En ocasiones algunos miembros no pueden comunicarse con todos los

demás

•  BSSID es elegido al azar (número de 48bits empezando por 10)


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BSS

Incluye una estación especializada: Access Point (AP) (Punto
de acceso)

•  Basic Service Set o Infraestructure BSS
• 
•  Los clientes no se comunican directamente sino a través del AP
•  El AP puede incluir un uplink que conecta a red cableada
•  BSSID es la MAC Wi-Fi del AP

(…)


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ESS

•  Extended Service Set
•  Varias BSS conectadas por sus interfaces de uplink
•  Todas empleando el mismo ESSID
•  Se intercomunican através del Distribution System (DS) (… …)

DS


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ESS

•  El DS normalmente está creado en base a una Ethernet
•  Podría emplearse un DS
•  El AP actúa como un puente

Distribution System)

inalámbrico (WDS = Wireless

DS


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ESS

•  La Ethernet no forma entera el DS,

es solo el DS medium

•  En realidad, la comunicación entre
estaciones inalámbricas atraviesa el
DS

Backbone network

Sistema de
distribución
Medio
inalámbrico

DS


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Unirse a un BSS

Proceso de sondeo
•  Usuario envía una trama de sondeo (probe) (…)
•  Normalmente en todos los canales que soporta
•  A la menor velocidad soportada (1Mbps)
• 

Incluye
soporta y el SSID al que pertenece

información sobre

las velocidades que


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Unirse a un BSS

•  APs responden (probe response) (…)
•  El cliente averigua:

–  Potencia de señal con cada uno
–  SSID de cada uno
–  Velocidades soportadas

•  Cliente selecciona a cuál asociarse

Unirse a un BSS

Proceso de autentificación
• 

[Asignatura sobre seguridad en la técnica]


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Unirse a un BSS


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request)

rechazo

Proceso de asociación
•  Cliente envía una trama de solicitud de asociación (association

•  El AP responde (association response) con un aceptación o

•  AP asigna un puerto lógico al cliente (AID, Association

Identifier)


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802.11 Asociación

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existe una red llamada wifinet
y usa autentificación SKA
(shared key auth)

Peticion autentificación
challenge cifrado

Petición asociación

A partir de aquí puedo
enviar a los demas hosts
y al router

BEACON SSID: wifinet
BEACON SSID: wifinet

challenge
auth ok

Asociación ok

SSID: wifinet


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Movilidad

•  802.11 ofrece movilidad en el nivel de enlace
•  Transparente para los niveles superiores
•  Todo el contenido de un ESS es la misma LAN
•  El ESS sabe hacer llegar una trama a donde esté el

destino

ESS


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Movilidad

Sin transición
•  Estaciones se mueven dentro del área de

covertura de un mismo AP

ESS


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Movilidad

Transición BSS
•  Estaciones se mueven dentro de un mismo ESS cambiando de AP
•  Reasociación, normalmente al detectar otro AP con más potencia
•  Requiere cooperación entre los APs para conocer a cuál se encuentra

asociado el usuario

•  Durante bastante tiempo esa cooperación no estuvo estandarizada

(802.11F pero retirado en 2006)

ESS


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Movilidad

Transición ESS
•  De un ESS a otro distinto
•  No soportado por 802.11
•  Comunicación de capas superiores se ve interrumpida
•  Se creará una nueva asociación y nueva configuración de red
•  Para TCP/IP existe la posibilidad de Mobile IP

ESS

ESS’


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Subnivel MAC

• 
• 

IEEE 802.3 (Ethernet) usa CSMA/CD
IEEE 802.11 (Wi-Fi):
–  DCF = Distributed Coordination Function

•  CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance
•  Mandatory
•  Modo infraestructura o ad-hoc
•  Difícil obtener un throughput por encima de WiFi de más de un 60%

LLC
802.2

Servicio con
contienda

Enlace

Físico

MAC
802.3

Distributed Coordination Function (DCF)

PHY
802.3

FHSS P